EP2543076A2 - Method for doping a semiconductor substrate, and solar cell having two-stage doping - Google Patents

Method for doping a semiconductor substrate, and solar cell having two-stage doping

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EP2543076A2
EP2543076A2 EP11711262A EP11711262A EP2543076A2 EP 2543076 A2 EP2543076 A2 EP 2543076A2 EP 11711262 A EP11711262 A EP 11711262A EP 11711262 A EP11711262 A EP 11711262A EP 2543076 A2 EP2543076 A2 EP 2543076A2
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EP
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semiconductor substrate
solar cell
less
heavily doped
doping
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Withdrawn
Application number
EP11711262A
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Andreas Teppe
Matthias Geiger
Reinhold Schlosser
Adolf MÜNZER
Jan Schöne
Jörg ISENBERG
Tino KÜHN
Steffen Keller
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Centrotherm Photovoltaics AG
Original Assignee
Centrotherm Photovoltaics AG
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    • Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
    • Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product

Definitions

  • the invention relates to a method for doping a semiconductor substrate according to the preamble of claim 1 and to a solar cell according to the preamble of claim 12.
  • WO 2006/012840 proposes a method in which the used laser beam in a complex to be produced line focus with high aspect ratio, that is, with an order of magnitude greater height than the width of the line focus is focused on the semiconductor substrate. This method and the apparatus requirements for its implementation are complex and therefore expensive.
  • the present invention has the object of providing a method according to the preamble of claim 1 for Verhe- to provide supply with which the defect entry can be cost-effectively reduced in the semiconducting ⁇ tersubstrat.
  • the invention is based on the object to provide a solar cell with ⁇ a two-stage doping available, which is low cost to manufacture and has a verbes ⁇ serten efficiency.
  • the inventive method for doping a semiconductor substrate provides that the semiconductor substrate is heated by radiation and thereby Be ⁇ Do- in heated regions animal material from a dopant source into the Halbleitersub ⁇ strat is diffused. In the heating of the Halbleitersub ⁇ strats by the irradiation of the laser radiation an area fraction of the semiconductor substrate is melted and recrystallized, which is less than 10% of a total area of all irradiated areas.
  • More doped regions serve as a selective emitter ⁇ to, good electrical conductivity between a solar cell substrate used as a semiconductor substrate and disposed thereon a metallization to manufacture and thus to avoid losses during the transfer of the generated current largely. While it has hitherto been assumed in the prior art that a significant layer resistance reduction in the more heavily doped regions is required for this, it has unexpectedly been found that the contact resistance can be greatly reduced even with a comparatively low sheet resistance reduction with the method according to the invention. so that the desired good electrical conductivity between the solar cell substrate and disposed thereon a metallization can be prepared, so the associated contact resistance can be verrin ⁇ device.
  • the semiconductor substrate can be irradiated directly with the laser radiation.
  • one arranged on the Halbleitersub ⁇ strat layer can be irradiated, for example egg ⁇ ne phosphoric or borosilicate glass layer, which is referred to briefly as a P or B-glass layer in the following.
  • a P or B-glass layer in the following.
  • the on the semiconductor substrate angeord ⁇ designated layer is irradiated directly, but can vary depending on the used wavelength of the laser radiation and the thickness of the layer used, but laser radiation into surface reach the semiconductor substrate, there absorbed ⁇ and ensure heating of the semiconductor substrate.
  • a heat transfer from the disposed on the semiconductor substrate layer adjacent in Regio ⁇ NEN of the semiconductor substrate acting ⁇ be a heating of the semiconductor substrate in adjacent to the irradiated surface regions.
  • the already er Franciscon ⁇ te, disposed on the semiconductor substrate P-glass or B may be used glass layers. How it is applied to the semiconductor substrate, is irrelevant. Be Silizi ⁇ umsubstrate used as semiconductor substrates, they can be formed in a known phosphoric or Bordiffusio ⁇ ⁇ nen at play, by. Alternatively, as a dopant egg ne dopant solution is ⁇ classified on the semiconductor substrate. Furthermore, it is possible, inter alia, to arrange the semiconductor substrate during the irradiation in a dopant-containing atmosphere. In practice, it has proven effective to heat the semiconductor substrate having ⁇ means of local exposure to laser radiation locally and explode constitutionaldiffun- locally dopant in the heated areas. In this way, cost-effective two-stage Do ⁇ ttechnikstechnik can be formed, in particular two-stage ge emitter of solar cells, which are often referred to as selective emitters.
  • the semiconductor substrate is not melted during the irradiation with laser radiation. According to the previous view it would have been assumed that in this way no two-stage doping can be made. It has, however, shown that even with completeness ended avoid melting and hence the back ⁇ clearly critical defect formation recrystallization in more heavily doped regions of a two-stage or multi-stage doping good contact resistances are produced Kings ⁇ nen.
  • FIG. 6 illustrates this on the basis of test results. In the experiments on which these results were based, silicon wafers, which had a sheet resistance R s of (100 ⁇ 10) ⁇ / sq before local irradiation with laser radiation, which is referred to here for short as laser diffusion, formed the starting point. The contact resistance R c before laser diffusion was over 100 m ⁇ cm 2 .
  • the contact resistances achieved after the laser diffusion make it possible to form electrical contacts between the semiconductor substrate and metal-containing screen printing pastes with good conductivity, so that the efficiency of the solar cells can be improved in terms of cost. If, in addition, the sheet resistance or only slightly reduced in the heated preparation ⁇ chen, the spectral sensitivity of these areas remain relatively high despite the Reducing ⁇ th contact resistance, which is able to improve We ⁇ ciency addition, if light incident in parts of the heated areas can. If silicon substrates are used as semiconductor substrates, in particular silicon wafers, then a green laser radiation has proven itself, in particular one with a wavelength of 515 nm or 532 nm.
  • a development of the method according to the invention provides that a semiconductor substrate provided at least in sections with a surface texturing is used and by the irradiation with the laser radiation, structure peaks of the surface texturing over a cross-sectional area of less than 1 pm are melted, preferably over a cross-sectional area of less than 0.25 pm 2 . Ange ⁇ molten parts of the structure peaks are subsequently recrystallized. Said cross-sectional area extends approximately perpendicular to an incident direction of the laser beam. Radiation.
  • the surface texturing can be basically configured in any known per se, insbeson ⁇ particular wet chemical.
  • monocrystalline or multicrystalline silicon wafers are used as semiconductor substrates and the surface texturing is formed with an alkaline or acidic etching solution.
  • the light coupling can be increased in the semiconductor substrate, which has an advantageous effect on the efficiency of solar cells.
  • SEN process more heavily doped regions of a two-stage doping are formed by local diffusion of dopant in the heated areas.
  • the ⁇ particular as selective emitter called two-stage Emit ⁇ terdotieronne.
  • the weaker doped regions of the two-stage doping can be formed, for example, by a planar diffusion carried out before the application of the method, in particular by a diffusion of dopant from a solution containing dopant and applied to the semiconductor substrate or by tube diffusion.
  • a silicon wafer is preferably used in the method according to the invention as well as in the solar cell according to the invention.
  • the method according to the invention can be easily integrated into existing manufacturing processes for semiconductor components.
  • it can be cost-effectively integrated into known Solarzellenfer ⁇ operating procedure, and combined with other process steps because the cell front side can be processed independently of the rear of the cell.
  • using the method according to the invention it is possible to form a selective emitter on the front side of the solar cells and their rear sides by means of dielectric
  • the solar cell according to the invention has a so ⁇ larzellensubstrat at least from ⁇ section provided with a surface texturing and a two-stage doping.
  • Substructure tips objects are understood to mean the cross sections, at least from ⁇ -Section rejuvenate zellensub- strat with increasing distance from the Solar.
  • Such a solar cell is cost-effectively produced with the Inventive ⁇ proper method.
  • the surface texturing and the two-stage doping which are preferably as selective Emitter executed, allow high levels of efficiency. Since the Strukturspit zen surface texturing over a cross-sectional area of less than 1 pm 2 away melted and recrystallized, low defect densities can be realized in more heavily doped areas, which has a positive effect on the efficiency of the solar cell.
  • the solar cell substrate in the more heavily doped regions of the two-stage doping has a contact resistance of 10 m ⁇ cm 2 or less. Furthermore, it has in the more heavily doped regions of the two-stage doping a layer resistance which is at least 50% of the prevailing at the more weakly doped portions of the two-stage doping Schichtwiderstands- value, preferably at least 70% and particularly be ⁇ vorzugt at least 90% of the doped in weaker areas the two-stage doping prevailing sheet resistance value. This allows a good spectral sensitivity of the solar cell substrate in the more heavily doped regions and thus an improvement in efficiency.
  • An advantageous embodiment variant of this development provides that metallizations formed on the more heavily doped regions are made narrower than the more heavily doped regions on which they are formed. As a result ⁇ which falls during operation of the solar light on a part of the heavily doped regions. However, due to the only moderate to ge ⁇ slightly reduces sheet resistance in the more do ⁇ oriented units, these have a good spectral sensitivity recom- on, so that at most results in low efficiency losses over narrow executed heavily doped regions. Due to the more heavily doped regions widened compared to the metallizations, however, the manufacturing advantages set out above result in a lower accuracy requirement in the adjustment or alignment of the metallizations to the associated more heavily doped regions of the two-stage doping. In the following the invention will be explained in more detail with reference to figures. The same effect Ele ⁇ elements are herein denoted by the same reference numerals where appropriate. Show it:
  • Figure 1 Schematic representation of a first embodiment of the inventive method
  • Figure 2 is a schematic diagram of a second embodiment of the method according to the invention, wel ⁇ chem, the semiconductor substrate is not melted.
  • Figure 3 Schematic representation of a first variant of
  • FIG. 5 Schematic representation of a surface texturing with and without melted structure tips
  • Figure 6 contact and film resistors according to the imple ⁇ out the method according to the invention
  • Figure 7 scanning electron micrograph of a semiconductor substrate with surface texturing ⁇ after the process according to the invention
  • Figure 8 An embodiment of a solar cell according to the invention
  • Figure 9 Enlarged partial view of a plan view of the
  • FIG. 10 Scanning electron micrograph of a semiconductor substrate with surface texturing before carrying out the method according to the invention
  • FIG. 11 shows scanning electron micrograph of a semiconductor substrate with surface texturing ⁇ by carrying out the method according to the invention
  • FIG. 12 Scanning electron micrograph of a semiconductor substrate with surface texturing after carrying out the method according to the invention
  • FIG. 1 shows a schematic diagram of a first exemplary embodiment of the method according to the invention.
  • a surface texturing is formed on a solar cell substrate used as a semiconductor substrate 10.
  • a phosphorus diffusion 12 in which a weaker doping surface is formed on the surface of the solar cell substrate.
  • the Phosphordiffu ⁇ sion 12 can take place in known manner, ⁇ example, by a POCl3 -Rschreibendiffusion.
  • a phosphorus-containing solution can be spun onto a front side of the solar cell substrate and dopant can be diffused from this solution into the solar cell substrate.
  • the method according to the invention is not limited to the use of phosphorus or another n-type dopant.
  • Reason- additionally also p-dopants can be used, for example, may be provided instead of the phosphorus diffusion 10 is a Bordif ⁇ fusion.
  • a phosphosilicate glass layer is formed during the Phos ⁇ phordiffusion 12, which is briefly referred to as P-glass layer. This is subsequently irradiated with laser radiation in metallization regions of the front side of the solar cell substrate, that is to say those regions in which the front-side metallization of the solar cell will later be arranged.
  • FIG. 4 shows an impression of such an irradiation process.
  • This P-glass layer 54 may have been formed, for example, in the above-described phosphorus diffusion 12.
  • dopant from the P glass layer 54 has already been diffused into the solar cell substrate 50, and in this way a continuous, less heavily doped region 56 is formed.
  • the P-glass layer 54 is irradiated with laser radiation 60 in an irradiated region 62. Thereby, the P-glass layer 54 as well as adjacent thereto devisfestna ⁇ forth region 52 of the substrate 50 heats a locally.
  • the heating of the solar cell substrate 50 in the heated region 52 can be effected by absorption of laser radiation 60 and / or heat transfer effects from the P-glass layer 54 to the solar cell ⁇ substrate 50.
  • phosphorus from the P-glass layer 54 is diffused into the heated region 52 of the solar cell substrate 50, so that a more heavily doped region 58 is formed there.
  • the solar cell substrate in the course of irradiation of the P glass layer, is melted in an area fraction of less than 10% of the irradiated total area. 16. Transferring this to the representation of FIG. 4 would mean that a part of the heated Area 52 is melted. In the further course of the process according to FIG. 1, the melted-in parts of the solar cell substrate are recrystallized. This is followed by removal of the P glass layer. Furthermore, the front side of the solar cell substrate with a coating provided Sili ziumnitrid- 24. Furthermore, the Metallmaschinesbe- be rich, WUR trained in which heavily doped areas ⁇ the metallized 26. This metallization can be done in any manner known per se in principle.
  • FIG. 2 shows a further exemplary embodiment of the method according to the invention. This differs from the procedural ⁇ ren of Figure 1 in that is entirely dispensed with the fusion 16 of the solar cell substrate.
  • the representation of the weaker 56 and more heavily doped regions 58 by means of the dashed line in Figure 4 to understand.
  • the more heavily doped region 58 may have only a modified contact resistance with respect to the less heavily doped region 56.
  • the more heavily doped region 58 may differ from the less doped region 56 in that the sheet resistance in the more heavily doped region 58 is reduced from the sheet resistance value prevailing in the less doped region 56.
  • the amount of reduction of the sheet resistance in the more heavily doped region depends on the extent to which the solar cell substrate in the heated region 52 is fused and recrystallized. This he concludes ⁇ from the representation of Figure 6 and has been explained in more detail above.
  • the solar cell substrate 50 can have a surface texturing both in the irradiation variant of FIG. 3 and in the irradiation variant of FIG. 4, but this is not absolutely necessary.
  • the embodiment of the radiation in accordance with Figure 3 differs from the un ⁇ irradiation variant according to figure 4 is that in the variant according Figure 3, the Solarzellensub ⁇ strat 50 is irradiated directly with the laser radiation 60th Instead of the P-glass layer 54 known from FIG. 4, a dopant-containing atmosphere could serve as the dopant source from which dopant is diffused into the heated region 52.
  • the method according to the invention can thus be used flexibly both in coated and uncoated solar cell substrates.
  • FIGS. 1 and 2 can be formed, for example, by wet-chemical texturing etching of the solar cell substrate.
  • ⁇ in alkaline as well as acidic Texturiseriten Ver ⁇ application can find.
  • Surface textures made with acidic texture etch solutions are sometimes referred to as iso-textures.
  • FIG. 5 shows in the left half of the picture in two partial diagrams a) and b) a surface texture, as can be formed by means of an alkaline texture etching solution on a monocrystalline silicon wafer.
  • the partial representation a) shows a plan view of such a surface texturing 73, the partial representation b) a perspective view of this surface texturing 73.
  • the generated pyramid structures of the surface texturing 73 typically have a height designated as texture height h in the range of 3 pm to 15 pm.
  • the invention can also be used without difficulty in multicrystalline materials, in particular multicrystalline silicon materials. Instead of the pyramid structures shown in FIG. 5, depending on the etching solution used, surface texturing with other geometrical shapes then results. In the production of surface texturing on multicrystalline silicon materials, especially acidic texture etching solutions have proven to be successful.
  • the structure of the tips 74 of the microwaventextu ⁇ turing other hand are a cross-sectional area 78 is away ⁇ melted.
  • the partial representation c) and d) show the result of such a procedure.
  • the tapered structure tips 74 in the partial representations a) and b) melted and recrystallized structure pits 76 are now present.
  • the structure peaks of the surface texturing 73 are melted over a cross-sectional area 78 which is less than 1 pm 2 , preferably less than 0.25 pm 2 .
  • illustration ⁇ riert Figure 7 which shows a scanning electron micrograph of a surface texturing by carrying out the process according to the invention.
  • the structural tips were not or at least very little melted.
  • FIGS. 10 to 12 show the situation described more clearly in the images with a larger magnification. While FIG. 10 shows a scanning electron micrograph of a surface texturing before carrying out the method according to the invention, FIGS. 11 and 12 show scanning electron micrographs of surface texturing after carrying out the method according to the invention. As can be seen in FIGS. 11 and 12, during the implementation of the method according to the invention, the structure tips were melted very little or not at all.
  • Figure 8 shows a schematic representation of afindsbei ⁇ play of the solar cell according to the invention 70.
  • This includes a so ⁇ larzellensubstrat 50 on which liziumusion preferably by a Si- is formed.
  • the solar cell 70 a two-stage doping, which is formed of the more heavily doped region 58 and weakly doped areas 56th
  • the more heavily doped region 58 differs from the less heavily doped regions 56 in that a lower contact resistance prevails in the more heavily doped region 58.
  • the sheet resistance in the more heavily doped region may be reduced compared to the less heavily doped regions.
  • the layer ⁇ resistance in the more heavily doped regions 58 is at least 50% of the prevailing in weakly doped areas sheet resistance value, preferably at least 70% DIE ses value and particularly preferably 90% or more of the conditions prevailing in schisse ⁇ cher doped regions sheet resistance value. In this way, a comparatively high spectral sensitivity can also be realized in the more heavily doped regions.
  • FIG. 8 shows in a top view an enlarged Diagramdarstel ⁇ development of the portion A of the solar cell 70 of Figure 8.
  • the solar cell has a 70 surface-chentextur mich 73. Their structure tips 76 are intact in the left half of the picture. This left half of the picture shows the surface texturing 73 in a more weakly doped region 56.
  • the structure 76 of the surface texturing peaks 73 are schmtts simulation a cross 78 of less than 1 pm, preferably, melted by Weni ⁇ ger than 0.25 pm 2 away and recrystallized.
  • the hö ⁇ forth is the spectral sensitivity of the solar cell substrate in those portions of the heavily doped regions 58 which are not covered by the metallization , which affects po ⁇ sitive on the efficiency of the solar cell 70th
  • monocrystalline or multicrystalline silicon materials can be used as a semiconductor or solar cell substrate monocrystalline or multicrystalline Ma ⁇ terialien.

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Abstract

The invention relates to a method for doping a semiconductor substrate (50), wherein the semiconductor substrate (50) is heated by irradiation (14) with laser radiation (60) and at the same time dopant from a dopant source (54) is diffused (16) into the semiconductor substrate (50) in heated regions (52), and wherein when the semiconductor substrate (50) is heated by the irradiation (14) with laser radiation (60), a surface portion of the semiconductor substrate (50) that is less than 10% of the total surface of all irradiated regions (62) is melted (18) and recrystallized (20). The invention further relates to a solar cell.

Description

Verfahren zur Dotierung eines Halbleitersubstrats und Solarzelle mit zweistufiger Dotierung  Method for doping a semiconductor substrate and solar cell with two-stage doping
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Dotierung eines Halbleitersubstrats gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie eine Solarzelle gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 12. The invention relates to a method for doping a semiconductor substrate according to the preamble of claim 1 and to a solar cell according to the preamble of claim 12.
Aus dem Stand der Technik ist bekannt, ein Halbleitersubstrat unter Verwendung von Laserstrahlen zu erhitzen und dabei Dotierstoff aus einer Dotierstoffquelle in das Halbleitersub- strat einzudiffundieren . Insbesondere wurde vorgeschlagen, solche Verfahren bei der Herstellung selektiver Emitter zu verwenden. Bei derartigen Laserdiffusionen wird ein Halbleitersubstrat an seiner Oberfläche angeschmolzen. Dabei diffundiert Dotierstoff aus einer in der Umgebung angeordneten Do- tierstoffquelle in das angeschmolzene Halbleitersubstrat hin¬ ein, welches im weiteren abgekühlt und rekristallisiert wird. Im Ergebnis ergibt sich in dem angeschmolzenen und rekristal¬ lisierten Bereich des Halbleitersubstrats eine stärkere Dotie¬ rung als in umliegenden Bereichen des Halbleitersubstrats. Derartige lokal stärkere Dotierungen und daraus gebildete se¬ lektive Emitter sollten sich vorteilhaft auf den Wirkungsgrad von Solarzellen auswirken. Es hat sich jedoch gezeigt, dass durch das Anschmelzen und die nachfolgende Rekristallisation strukturelle Defekte in dem Halbleitersubstrat ausgebildet werden welche sich negativ auf den Wirkungsgrad auswirken und den Vorteil des erfolgten Dotierstoffeintrags überkompensieren können. Zudem besteht die Gefahr, dass unerwünschte Verunrei¬ nigungen in das Halbleitersubstrat eingetragen werden, welche den Wirkungsgrad gefertigter Solarzellen herabsetzen. It is known from the prior art to heat a semiconductor substrate using laser beams and thereby to diffuse dopant from a dopant source into the semiconductor substrate. In particular, it has been proposed to use such methods in the production of selective emitters. In such laser diffusions, a semiconductor substrate is fused on its surface. In this case, dopant diffuses from an arranged around Do- animal source of hydrogen in the fused semiconductor substrate towards a ¬ which is cooled in the further and recrystallized. As a result, a stronger Dotie ¬ tion than in surrounding areas of the semiconductor substrate results in the fused and rekristal ¬ ized region of the semiconductor substrate. Such locally stronger dopants and se ¬ selective emitters formed therefrom should have an advantageous effect on the efficiency of solar cells. However, it has been shown that structural defects are formed in the semiconductor substrate by the melting and the subsequent recrystallization, which have a negative effect on the efficiency and can overcompensate the advantage of the dopant introduced. There is also the risk that unwanted contami ¬ fixing certificates are registered in the semiconductor substrate, which reduce the efficiency of solar cells fabricated.
Um diese negativen Beeinträchtigungen zu vermeiden, wird in WO 2006/012840 ein Verfahren vorgeschlagen, bei welcher der eingesetzte Laserstrahl in einem aufwändig zu erzeugenden Linienfokus mit großem Aspektverhältnis, das heißt mit einer um Größenordnungen größeren Höhe als Breite des Linienfokus, auf das Halbleitersubstrat fokussiert wird. Dieses Verfahren sowie die apparativen Anforderungen zu dessen Durchführung sind aufwändig und damit kostenintensiv. In order to avoid these negative effects, WO 2006/012840 proposes a method in which the used laser beam in a complex to be produced line focus with high aspect ratio, that is, with an order of magnitude greater height than the width of the line focus is focused on the semiconductor substrate. This method and the apparatus requirements for its implementation are complex and therefore expensive.
Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zu Grunde, ein Verfahren gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 zur Verfü- gung zu stellen, mit welchem der Defekteintrag in das Halblei¬ tersubstrat aufwandsgünstig reduziert werden kann. Therefore, the present invention has the object of providing a method according to the preamble of claim 1 for Verfü- to provide supply with which the defect entry can be cost-effectively reduced in the semiconducting ¬ tersubstrat.
Diese Aufgabe wird gelöst durch ein gattungsgemäßes Verfahren mit den kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1. This object is achieved by a generic method with the characterizing features of claim 1.
Ferner liegt der Erfindung die Aufgabe zu Grunde, eine Solar¬ zelle mit einer zweistufigen Dotierung zur Verfügung zu stellen, welche aufwandsgünstig herstellbar ist und einen verbes¬ serten Wirkungsgrad aufweist. Further, the invention is based on the object to provide a solar cell with ¬ a two-stage doping available, which is low cost to manufacture and has a verbes ¬ serten efficiency.
Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Solarzelle mit den Merk¬ malen des Anspruchs 12. This object is achieved by a solar cell having the features of claim 12.
Vorteilhafte Weiterbildungen sind jeweils Gegenstand abhängi- ger Unteransprüche. Advantageous developments are each the subject of dependent subclaims.
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Dotierung eines Halbleitersubstrats sieht vor, dass das Halbleitersubstrat durch Be¬ strahlung erhitzt wird und dabei in erhitzten Bereichen Do- tierstoff aus einer Dotierstoffquelle in das Halbleitersub¬ strat eindiffundiert wird. Bei dem Erhitzen des Halbleitersub¬ strats durch die Bestrahlung mit der Laserstrahlung wird ein Flächenanteil des Halbleitersubstrats angeschmolzen und rekristallisiert, der weniger als 10% einer Gesamtfläche aller bestrahlten Bereiche beträgt. The inventive method for doping a semiconductor substrate provides that the semiconductor substrate is heated by radiation and thereby Be ¬ Do- in heated regions animal material from a dopant source into the Halbleitersub ¬ strat is diffused. In the heating of the Halbleitersub ¬ strats by the irradiation of the laser radiation an area fraction of the semiconductor substrate is melted and recrystallized, which is less than 10% of a total area of all irradiated areas.
Es wird demzufolge nur ein geringer Flächenanteil der mittels der Laserstrahlung erhitzten Bereiche des Halbleitersubstrats angeschmolzen und rekristallisiert. Das hinsichtlich der Defektbildung kritische Anschmelzen und Rekristallisieren wird somit weitgehend vermieden. Überraschenderweise hat sich ge¬ zeigt, dass auf diese Weise auch in denjenigen erhitzten Be- reichen, in welchen kein Aufschmelzen mit anschließender Kristallisation erfolgt, ein Dotierstoffeintrag möglich ist, der für die Ausbildung zweistufiger Dotierungen, insbesondere die Ausbildung von selektiven Emittern, guter Qualität ausreicht. Auch in diesen erhitzten Bereichen wird Dotierstoff eindiffun- diert und dessen Oberflächenkonzentration erhöht, was zu einem reduzierten Kontaktwiderstand führt. Consequently, only a small proportion of the area of the semiconductor substrate heated by the laser radiation is melted and recrystallized. The critical melting and recrystallization with respect to defect formation is thus largely avoided. Surprisingly, it has ge ¬ shows that rich in this way also in those heated loading, in which no melting takes place with subsequent crystallization, a Dotierstoffeintrag is possible, sufficient for the formation of two-stage doping, in particular the training of selective emitters, good quality , Dopant is also diffused in these heated areas and its surface concentration is increased, which leads to a reduced contact resistance.
Stärker dotierte Bereiche eines selektiven Emitters dienen da¬ zu, eine gute elektrische Leitfähigkeit zwischen einem als Halbleitersubstrat eingesetzten Solarzellensubstrat und einer darauf angeordneten Metallisierung herzustellen und somit Verluste bei der Abführung des generierten Stromes weitgehend zu vermeiden. Während im Stand der Technik bislang davon ausgegangen wurde, dass hierfür eine signifikante Schichtwider- Standsreduktion in den stärker dotierten Bereichen erforderlich ist, hat sich in unerwarteter Weise gezeigt, dass mit dem erfindungsgemäßen Verfahren bereits bei einer vergleichsweise geringen Schichtwiderstandsreduktion der Kontaktwiderstand stark verringert werden kann, sodass die erwünschte gute elektrische Leitfähigkeit zwischen dem Solarzellensubstrat und einer darauf angeordneten Metallisierung hergestellt werden kann, der zugehörige Kontaktübergangswiderstand also verrin¬ gert werden kann. Das Halbleitersubstrat kann direkt mit der Laserstrahlung be¬ strahlt werden. Alternativ kann eine auf dem Halbleitersub¬ strat angeordnete Schicht bestrahlt werden, beispielsweise ei¬ ne Phosphor- oder Borsilikatglasschicht, welche im Weiteren kurz als P- oder B-Glasschicht bezeichnet wird. Im zweitge¬ nannten Fall wird zwar die auf dem Halbleitersubstrat angeord¬ nete Schicht direkt bestrahlt, doch kann in Abhängigkeit von der eingesetzten Wellenlänge der Laserstrahlung und der Dicke der eingesetzten Schicht, dennoch Laserstrahlung in die Ober- fläche des Halbleitersubstrats gelangen, dort absorbiert wer¬ den und für eine Erhitzung des Halbleitersubstrats sorgen. Zu¬ dem oder alternativ kann ein Wärmeübergang von der auf der Halbleitersubstrat angeordneten Schicht in angrenzende Regio¬ nen des Halbleitersubstrats eine Erhitzung des Halbleitersub- strats in an die bestrahlte Fläche angrenzenden Regionen be¬ wirken . More doped regions serve as a selective emitter ¬ to, good electrical conductivity between a solar cell substrate used as a semiconductor substrate and disposed thereon a metallization to manufacture and thus to avoid losses during the transfer of the generated current largely. While it has hitherto been assumed in the prior art that a significant layer resistance reduction in the more heavily doped regions is required for this, it has unexpectedly been found that the contact resistance can be greatly reduced even with a comparatively low sheet resistance reduction with the method according to the invention. so that the desired good electrical conductivity between the solar cell substrate and disposed thereon a metallization can be prepared, so the associated contact resistance can be verrin ¬ device. The semiconductor substrate can be irradiated directly with the laser radiation. Alternatively, one arranged on the Halbleitersub ¬ strat layer can be irradiated, for example egg ¬ ne phosphoric or borosilicate glass layer, which is referred to briefly as a P or B-glass layer in the following. In zweitge ¬ called case, although the on the semiconductor substrate angeord ¬ designated layer is irradiated directly, but can vary depending on the used wavelength of the laser radiation and the thickness of the layer used, but laser radiation into surface reach the semiconductor substrate, there absorbed ¬ and ensure heating of the semiconductor substrate. To the ¬ or alternatively, a heat transfer from the disposed on the semiconductor substrate layer adjacent in Regio ¬ NEN of the semiconductor substrate acting ¬ be a heating of the semiconductor substrate in adjacent to the irradiated surface regions.
Als Dotierstoffquelle kann beispielsweise die bereits erwähn¬ te, auf dem Halbleitersubstrat angeordnete P-Glas- oder B- Glasschichten dienen. In welcher Weise diese auf das Halbleitersubstrat aufgebracht wird, ist unerheblich. Werden Silizi¬ umsubstrate als Halbleitersubstrate verwendet, können sie bei¬ spielsweise durch an sich bekannte Phosphor- oder Bordiffusio¬ nen gebildet werden. Alternativ kann als Dotierstoffquelle ei- ne dotierstoffhaltige Lösung auf dem Halbleitersubstrat ange¬ ordnet werden. Weiterhin besteht unter anderem die Möglichkeit, das Halbleitersubstrat während der Bestrahlung in einer dotierstoffhaltigen Atmosphäre anzuordnen. In der Praxis hat es sich bewährt, das Halbleitersubstrat mit¬ tels lokaler Bestrahlung mit Laserstrahlung lokal zu erhitzen und in den erhitzten Bereichen lokal Dotierstoff einzudiffun- dieren. Auf diese Weise können aufwandsgünstig zweistufige Do¬ tierungsstrukturen ausgebildet werden, insbesondere zweistufi- ge Emitter von Solarzellen, die häufig als selektive Emitter bezeichnet werden. As a dopant for example, the already erwähn ¬ te, disposed on the semiconductor substrate P-glass or B may be used glass layers. How it is applied to the semiconductor substrate, is irrelevant. Be Silizi ¬ umsubstrate used as semiconductor substrates, they can be formed in a known phosphoric or Bordiffusio ¬ ¬ nen at play, by. Alternatively, as a dopant egg ne dopant solution is ¬ classified on the semiconductor substrate. Furthermore, it is possible, inter alia, to arrange the semiconductor substrate during the irradiation in a dopant-containing atmosphere. In practice, it has proven effective to heat the semiconductor substrate having ¬ means of local exposure to laser radiation locally and explode einzudiffun- locally dopant in the heated areas. In this way, cost-effective two-stage Do ¬ tierungsstrukturen can be formed, in particular two-stage ge emitter of solar cells, which are often referred to as selective emitters.
In einer vorteilhaften Ausgestaltungsvariante des erfindungs- gemäßen Verfahrens wird das Halbleitersubstrat bei der Be¬ strahlung mit Laserstrahlung nicht angeschmolzen. Nach der bisherigen Sichtweise wäre davon auszugehen gewesen, dass auf diese Weise keine zweistufigen Dotierungen hergestellt werden können. Es hat sich jedoch gezeigt, dass selbst bei vollstän- diger Vermeidung eines Aufschmelzens und damit auch der hin¬ sichtlich der Defektbildung kritischen Rekristallisation in stärker dotierten Bereichen einer zweistufigen oder mehrstufigen Dotierung gute Kontaktwiderstände hergestellt werden kön¬ nen. Figur 6 illustriert dies anhand von Versuchsergebnissen. Bei den diesen Ergebnissen zu Grunde liegenden Versuchen bildeten Siliziumscheiben, die vor der lokalen Bestrahlung mit Laserstrahlung, welche hier kurz als Laserdiffusion bezeichnet wird, einen Schichtwiderstand Rs von (100 ±10) Ω/sq aufwiesen, den Ausgangspunkt. Der Kontaktwiderstand Rc betrug vor der La- serdiffusion über 100 mQcm2. In an advantageous embodiment variant of the method according to the invention, the semiconductor substrate is not melted during the irradiation with laser radiation. According to the previous view it would have been assumed that in this way no two-stage doping can be made. It has, however, shown that even with completeness ended avoid melting and hence the back ¬ clearly critical defect formation recrystallization in more heavily doped regions of a two-stage or multi-stage doping good contact resistances are produced Kings ¬ nen. FIG. 6 illustrates this on the basis of test results. In the experiments on which these results were based, silicon wafers, which had a sheet resistance R s of (100 ± 10) Ω / sq before local irradiation with laser radiation, which is referred to here for short as laser diffusion, formed the starting point. The contact resistance R c before laser diffusion was over 100 mΩcm 2 .
Wie Figur 6 entnommen werden kann, ergaben sich nach der Laserdiffusion selbst bei Vermeidung des Aufschmelzens und einem nahezu unveränderten Schichtwiderstand in den erhitzten Berei- chen gute Kontaktwiderstände von deutlich unter 10 mQcm2. Mit zunehmender Reduktion des Schichtwiderstandes nehmen auch die unerwünschten AufSchmelzungen und die Gefahr des Defekteintrages zu, der Kontaktwiderstand ändert sich jedoch nur noch ge¬ ringfügig. Dies zeigt, dass mit dem erfindungsgemäßen Verfah- ren zweistufige Dotierungen mit guter Qualität hergestellt werden können unter weitgehender oder sogar vollständiger Vermeidung des Aufschmelzens und Rekristallisierens des Halblei¬ tersubstrats. Auf aufwändige Verfahren wie die Erzeugung eines Linienfokus und die damit verbundenen Kosten kann verzichtet werden. Stattdessen können einfach zu realisierende Laserstrahlgeometrien wie runde, quadratische oder rechteckige Strahlgeometrien mit kleinem Aspektverhältnis, Gauß- oder Flattop-Profile Verwendung finden. Gegenüber dem aus dem Stand der Technik bekannten Linienfokus kann zudem auf aufwändig herzustellende optische Bauelemente verzichtet werden. As can be seen from FIG. 6, after the laser diffusion even with the avoidance of melting and a virtually unchanged sheet resistance in the heated areas, good contact resistances of well below 10 mΩcm 2 were obtained . With increasing reduction of the sheet resistance and the undesirable reflows and the risk of the defect entry are increasing, however, the contact resistance changes only ge ¬ insignificantly. This shows that with the inventive procedural ren two-stage doping can be produced with good quality while largely or even completely avoiding the melting and recrystallizing the semiconducting ¬ tersubstrats. Costly procedures such as the creation of a line focus and the associated costs can be dispensed with become. Instead, easy-to-implement laser beam geometries such as round, square or rectangular beam geometries with a low aspect ratio, Gaussian or Flattop profiles can be used. In contrast to the line focus known from the prior art, complicated optical components can also be dispensed with.
In der Solarzellenfertigung ermöglichen es die nach der Laserdiffusion erzielten Kontaktwiderstände, elektrische Kontakte zwischen dem Halbleitersubstrat und metallhaltigen Siebdruckpasten mit guter Leitfähigkeit auszubilden, sodass der Wirkungsgrad der Solarzellen aufwandsgünstig verbessert werden kann. Wird zudem der Schichtwiderstand in den erhitzten Berei¬ chen nicht oder nur geringfügig reduziert, so bleibt die spektrale Empfindlichkeit dieser Bereiche trotz des reduzier¬ ten Kontaktwiderstandes vergleichsweise hoch, was den Wir¬ kungsgrad zusätzlich zu verbessern vermag, sofern Licht in Teilbereiche der erhitzten Bereiche einfallen kann. Werden Siliziumsubstrate als Halbleitersubstrate verwendet, insbesondere Siliziumscheiben, so hat sich eine grüne Laserstrahlung bewährt, insbesondere ein mit einer Wellenlänge von 515 nm oder 532 nm. Eine Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens sieht vor, dass ein zumindest abschnittsweise mit einer Oberflächentextu- rierung versehenes Halbleitersubstrat verwendet wird und durch die Bestrahlung mit der Laserstrahlung Strukturspitzen der Oberflächentexturierung über eine Querschnittsfläche von weni- ger als 1 pm hinweg angeschmolzen werden, vorzugsweise über eine Querschnittsfläche von weniger als 0,25 pm2 hinweg. Ange¬ schmolzene Teile der Strukturspitzen werden nachfolgend rekristallisiert. Die genannte Querschnittsfläche erstreckt sich in etwa senkrecht zu einer Einfallsrichtung der Laser- Strahlung. Die Oberflächentexturierung kann grundsätzlich auf jegliche an sich bekannte Weise ausgebildet werden, insbeson¬ dere nasschemisch. Vorzugsweise werden mono- oder multikristalline Siliziumscheiben als Halbleitersubstrate verwendet und die Oberflächentexturierung mit einer alkalischen oder sauren Ätzlösung ausgebildet. Durch die Oberflächentexturie¬ rung kann die Lichteinkopplung in das Halbleitersubstrat erhöht werden, was sich bei Solarzellen vorteilhaft auf den Wirkungsgrad auswirkt . In solar cell production, the contact resistances achieved after the laser diffusion make it possible to form electrical contacts between the semiconductor substrate and metal-containing screen printing pastes with good conductivity, so that the efficiency of the solar cells can be improved in terms of cost. If, in addition, the sheet resistance or only slightly reduced in the heated preparation ¬ chen, the spectral sensitivity of these areas remain relatively high despite the Reducing ¬ th contact resistance, which is able to improve We ¬ ciency addition, if light incident in parts of the heated areas can. If silicon substrates are used as semiconductor substrates, in particular silicon wafers, then a green laser radiation has proven itself, in particular one with a wavelength of 515 nm or 532 nm. A development of the method according to the invention provides that a semiconductor substrate provided at least in sections with a surface texturing is used and by the irradiation with the laser radiation, structure peaks of the surface texturing over a cross-sectional area of less than 1 pm are melted, preferably over a cross-sectional area of less than 0.25 pm 2 . Ange ¬ molten parts of the structure peaks are subsequently recrystallized. Said cross-sectional area extends approximately perpendicular to an incident direction of the laser beam. Radiation. The surface texturing can be basically configured in any known per se, insbeson ¬ particular wet chemical. Preferably, monocrystalline or multicrystalline silicon wafers are used as semiconductor substrates and the surface texturing is formed with an alkaline or acidic etching solution. By Oberflächentexturie ¬ tion, the light coupling can be increased in the semiconductor substrate, which has an advantageous effect on the efficiency of solar cells.
Bei einer bevorzugten Ausführungsvariante des erfindungsgemä¬ ßen Verfahrens werden durch die lokale Eindiffusion von Dotierstoff in den erhitzten Bereichen stärker dotierte Bereiche einer zweistufigen Dotierung ausgebildet. Hierdurch können bei geringem Eintrag von Defekten in das Halbleitersubstrat auf¬ wandsgünstige zweistufige Dotierungen hergestellt werden, ins¬ besondere als selektive Emitter bezeichnete zweistufige Emit¬ terdotierungen. Diese ermöglichen wiederum eine Fertigung von Solarzellen mit erhöhtem Wirkungsgrad. Die schwächer dotierten Bereiche der zweistufigen Dotierung können beispielsweise durch eine vor der Anwendung des Verfahrens durchgeführten flächigen Diffusion ausgebildet werden, insbesondere durch eine Eindiffusion von Dotierstoff aus einer dotierstoffhaltigen und auf das Halbleitersubstrat aufgebrachten Lösung oder durch eine Röhrendiffusion. Vorteilhafterweise wird bei der nachfol¬ genden lokalen Eindiffusion von Dotierstoff in den erhitzten Bereichen der Schichtwiderstand wie oben beschrieben nicht oder nur geringfügig verringert, sodass die spektrale Empfind¬ lichkeit in stärker dotierten Bereichen weitgehend erhalten bleibt. Dies ermöglicht es, bei allenfalls geringfügig verrin¬ gertem Wirkungsrad der Solarzelle die stärker dotierten Berei¬ che breiter auszuführen als eine nachfolgend auf den stärker dotierten Bereichen ausgebildete Metallisierung, sodass die Justierung der Metallisierung relativ zu den stärker dotierten Bereichen mit geringerer Genauigkeit erfolgen kann. Hierdurch kann der Solarzellenherstellungsprozess aufwandsgünstiger ges¬ taltet und dessen Ausschussrate verringert werden. Als Halbleitersubstrat oder Solarzellensubstrat wird bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wie auch bei der erfindungsgemäßen Solarzelle vorzugsweise eine Siliziumscheibe eingesetzt. In a preferred embodiment of the invention shown SEN process more heavily doped regions of a two-stage doping are formed by local diffusion of dopant in the heated areas. In this way can be manufactured in ¬ wall favorable two-stage doping with low entry of defects in the semiconductor substrate, the ¬ particular as selective emitter called two-stage Emit ¬ terdotierungen. These in turn allow the production of solar cells with increased efficiency. The weaker doped regions of the two-stage doping can be formed, for example, by a planar diffusion carried out before the application of the method, in particular by a diffusion of dopant from a solution containing dopant and applied to the semiconductor substrate or by tube diffusion. Advantageously, in the nachfol ¬ constricting local diffusion of dopant in the heated areas of the sheet resistance as described above are not, or only slightly reduced, so that the spectral SENS ¬ friendliness is largely retained in the more heavily doped regions. This makes it possible to execute at most slightly verrin ¬ gertem degree of efficiency of the solar cell, the more heavily doped preparation ¬ che wider than a subsequently formed on the heavily doped areas of metallization, so that the adjustment of the metallization doped relative to the more Areas with less accuracy can be done. This allows the solar cell manufacturing process can expense favorable ges ¬ taltet and its rejection rate be reduced. As a semiconductor substrate or solar cell substrate, a silicon wafer is preferably used in the method according to the invention as well as in the solar cell according to the invention.
Das erfindungsgemäße Verfahren ist einfach in bestehende Fer- tigungsverfahren für Halbleiterbauelemente integrierbar. Insbesondere kann es aufwandsgünstig in bekannte Solarzellenfer¬ tigungsverfahren integriert und mit weiteren Prozessschritten kombiniert werden, da die Zellvorderseite unabhängig von der Zellrückseite prozessiert werden kann. So ist es beispielswei- se möglich, unter Verwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens einen selektiven Emitter auf der Vorderseite der Solarzellen auszubilden und deren Rückseiten mittels dielektrischer The method according to the invention can be easily integrated into existing manufacturing processes for semiconductor components. In particular, it can be cost-effectively integrated into known Solarzellenfer ¬ operating procedure, and combined with other process steps because the cell front side can be processed independently of the rear of the cell. For example, using the method according to the invention, it is possible to form a selective emitter on the front side of the solar cells and their rear sides by means of dielectric
Schichten oder einer Schichtabfolge dielektrischer Schichten zu passivieren. Passivating layers or a layer sequence of dielectric layers.
Die erfindungsgemäße Solarzelle weist ein zumindest ab¬ schnittsweise mit einer Oberflächentexturierung versehenes So¬ larzellensubstrat und eine zweistufige Dotierung auf. The solar cell according to the invention has a so ¬ larzellensubstrat at least from ¬ section provided with a surface texturing and a two-stage doping.
Weiterhin sind in stärker dotierten Bereichen der zweistufigen Dotierung Strukturspitzen der Oberflächentexturierung über eine Querschnittsfläche von weniger als 1 pm2 hinweg angeschmol¬ zen und rekristallisiert. Unter Strukturspitzen werden dabei Objekte verstanden, deren Querschnitte sich zumindest ab¬ schnittsweise mit zunehmendem Abstand von dem Solar zellensub- strat verjüngen. Further structure in the tips are more heavily doped regions of the two-stage doping of the surface texturing a cross-sectional area of less than 1 pm 2 of time angeschmol ¬ zen and recrystallized. Substructure tips objects are understood to mean the cross sections, at least from ¬-Section rejuvenate zellensub- strat with increasing distance from the Solar.
Solch eine Solarzelle ist aufwandsgünstig mit dem erfindungs¬ gemäßen Verfahren herstellbar. Die Oberflächentexturierung und die zweistufige Dotierung, die vorzugsweise als selektiver Emitter ausgeführt ist, ermöglichen hohe Wirkungsgrade. Da die Strukturspit zen der Oberflächentexturierung über eine Querschnittsfläche von weniger als 1 pm2 hinweg angeschmolzen und rekristallisiert sind, können geringe Defektdichten in stärker dotierten Bereichen realisiert werden, was sich positiv auf den Wirkungsgrad der Solarzelle auswirkt. Such a solar cell is cost-effectively produced with the Inventive ¬ proper method. The surface texturing and the two-stage doping, which are preferably as selective Emitter executed, allow high levels of efficiency. Since the Strukturspit zen surface texturing over a cross-sectional area of less than 1 pm 2 away melted and recrystallized, low defect densities can be realized in more heavily doped areas, which has a positive effect on the efficiency of the solar cell.
Bei einer Weiterbildung der erfindungsgemäßen Solarzelle weist das Solarzellensubstrat in den stärker dotierten Bereichen der zweistufigen Dotierung einen Kontaktwiderstand von 10 mQcm2 oder weniger auf. Ferner weist es in den stärker dotierten Bereichen der zweistufigen Dotierung einen Schichtwiderstand auf, der mindestens 50% des in schwächer dotierten Bereichen der zweistufigen Dotierung vorherrschenden Schichtwiderstands- wertes beträgt, vorzugsweise mindestens 70% und besonders be¬ vorzugt mindestens 90% des in schwächer dotierten Bereichen der zweistufigen Dotierung vorherrschenden Schichtwiderstandswertes. Dies ermöglicht eine gute spektrale Empfindlichkeit des Solarzellensubstrats in den stärker dotierten Bereichen und somit eine Wirkungsgradverbesserung. In a development of the solar cell according to the invention, the solar cell substrate in the more heavily doped regions of the two-stage doping has a contact resistance of 10 mΩcm 2 or less. Furthermore, it has in the more heavily doped regions of the two-stage doping a layer resistance which is at least 50% of the prevailing at the more weakly doped portions of the two-stage doping Schichtwiderstands- value, preferably at least 70% and particularly be ¬ vorzugt at least 90% of the doped in weaker areas the two-stage doping prevailing sheet resistance value. This allows a good spectral sensitivity of the solar cell substrate in the more heavily doped regions and thus an improvement in efficiency.
Eine vorteilhafte Ausgestaltungsvariante dieser Weiterbildung sieht vor, dass auf den stärker dotierten Bereichen ausgebildete Metallisierungen schmaler ausgeführt sind als die stärker dotierten Bereiche, auf welchen sie ausgebildet sind. Infolge¬ dessen fällt im Betrieb der Solarzellen Licht auf Teile der stärker dotierten Bereiche ein. Aufgrund des nur mäßig bis ge¬ ringfügig reduzierten Schichtwiderstandes in den stärker do¬ tierten Bereichen weisen diese jedoch eine gute spektrale Emp- findlichkeit auf, sodass sich gegenüber schmaler ausgeführten stark dotierten Bereichen allenfalls geringe Wirkungsgradeinbußen ergeben. Aufgrund der gegenüber den Metallisierungen verbreiterten stärker dotierten Bereichen ergeben sich jedoch die oben dargelegten Fertigungsvorteile einer geringeren Ge- nauigkeitsanforderung bei der Justage beziehungsweise Ausrichtung der Metallisierungen zu den zugehörigen stärker dotierten Bereichen der zweistufigen Dotierung. Im Folgenden wird die Erfindung anhand von Figuren näher erläutert. Soweit zweckdienlich sind hierin gleichwirkende Ele¬ mente mit gleichen Bezugszeichen versehen. Es zeigen: An advantageous embodiment variant of this development provides that metallizations formed on the more heavily doped regions are made narrower than the more heavily doped regions on which they are formed. As a result ¬ which falls during operation of the solar light on a part of the heavily doped regions. However, due to the only moderate to ge ¬ slightly reduces sheet resistance in the more do ¬ oriented units, these have a good spectral sensitivity recom- on, so that at most results in low efficiency losses over narrow executed heavily doped regions. Due to the more heavily doped regions widened compared to the metallizations, however, the manufacturing advantages set out above result in a lower accuracy requirement in the adjustment or alignment of the metallizations to the associated more heavily doped regions of the two-stage doping. In the following the invention will be explained in more detail with reference to figures. The same effect Ele ¬ elements are herein denoted by the same reference numerals where appropriate. Show it:
Figur 1 Prinzipdarstellung eines ersten Ausführungsbei- spiels des erfindungsgemäßen Verfahrens Figure 1 Schematic representation of a first embodiment of the inventive method
Figur 2 Prinzipdarstellung eines zweiten Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Verfahrens, bei wel¬ chem das Halbleitersubstrat nicht angeschmolzen wird . Figur 3 Schematische Darstellung einer ersten Variante der Figure 2 is a schematic diagram of a second embodiment of the method according to the invention, wel ¬ chem, the semiconductor substrate is not melted. Figure 3 Schematic representation of a first variant of
Bestrahlung mit Laserstrahlung gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren  Irradiation with laser radiation according to the method of the invention
Figur 4 Schematische Darstellung einer zweiten Variante der Figure 4 Schematic representation of a second variant of
Bestrahlung mit Laserstrahlung gemäß dem erfin- dungsgemäßen Verfahren  Irradiation with laser radiation according to the method according to the invention
Figur 5 Schematische Darstellung einer Oberflächentexturie- rung mit und ohne angeschmolzene Strukturspitzen FIG. 5 Schematic representation of a surface texturing with and without melted structure tips
Figur 6 Kontakt- und Schichtwiderstände nach der Durchfüh¬ rung des erfindungsgemäßen Verfahrens Figur 7 Rasterelektronenmikroskopaufnahme eines Halbleiter¬ substrats mit Oberflächentexturierung nach Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens Figur 8 Ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Solarzelle Figure 6 contact and film resistors according to the imple ¬ out the method according to the invention Figure 7 scanning electron micrograph of a semiconductor substrate with surface texturing ¬ after the process according to the invention Figure 8 An embodiment of a solar cell according to the invention
Figur 9 Vergrößerte Teildarstellung einer Aufsicht auf die Figure 9 Enlarged partial view of a plan view of the
Solarzelle aus Figur 8 Figur 10 Rasterelektronenmikroskopaufnahme eines Halbleiter¬ substrats mit Oberflächentexturierung vor Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens Solar cell from FIG. 8 FIG. 10 Scanning electron micrograph of a semiconductor substrate with surface texturing before carrying out the method according to the invention
Figur 11 Rasterelektronenmikroskopaufnahme eines Halbleiter¬ substrats mit Oberflächentexturierung nach Durch- führung des erfindungsgemäßen Verfahrens 11 shows scanning electron micrograph of a semiconductor substrate with surface texturing ¬ by carrying out the method according to the invention
Figur 12 Rasterelektronenmikroskopaufnahme eines Halbleiter¬ substrats mit Oberflächentexturierung nach Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens FIG. 12 Scanning electron micrograph of a semiconductor substrate with surface texturing after carrying out the method according to the invention
Figur 1 zeigt eine Prinzipdarstellung eines ersten Ausfüh- rungsbeispiels des erfindungsgemäßen Verfahrens. Bei diesem wird zunächst eine Oberflächentexturierung auf einem als Halbleitersubstrat eingesetzten Solarzellensubstrat ausgebildet 10. Hieran schließt sich eine Phosphordiffusion 12 an, bei welcher flächig eine schwächere Dotierung an der Oberfläche des Solarzellensubstrats ausgebildet wird. Die Phosphordiffu¬ sion 12 kann auf an sich bekannte Weise erfolgen, beispiels¬ weise mittels einer POCl3-Röhrendiffusion . Alternativ kann beispielsweise eine phosphorhaltige Lösung auf eine Vorderseite des Solarzellensubstrats aufgesponnen werden und Dotierstoff aus dieser Lösung in das Solarzellensubstrat eindiffundiert werden. Wie bereits oben dargelegt wurde, ist das erfindungs¬ gemäße Verfahren jedoch nicht auf die Verwendung von Phosphor oder eines anderen Dotierstoffs des n-Typs beschränkt. Grund- sätzlich können auch p-Dotierungen verwendet werden, beispielsweise kann anstatt der Phosphordiffusion 10 eine Bordif¬ fusion vorgesehen sein. In dem Ausführungsbeispiel der Figur 1 wird während der Phos¬ phordiffusion 12 eine Phosphorsilikatglasschicht ausgebildet, welche im Weiteren kurz als P-Glasschicht bezeichnet wird. Diese wird im Weiteren in Metallisierungsbereichen der Vorderseite des Solarzellensubstrats, also denjenigen Bereichen, in welchen später die vorderseitige Metallisierung der Solarzelle angeordnet werden wird, mit Laserstrahlung bestrahlt 14. Einen Eindruck von solch einem Bestrahlungsvorgang vermittelt Figur 4. Diese zeigt ein Solarzellensubstrat 50, auf welchem an der oben liegenden Vorderseite eine P-Glasschicht angeordnet ist. Diese P-Glasschicht 54 kann beispielsweise bei der oben be¬ schriebenen Phosphordiffusion 12 gebildet worden sein. Bei der Phosphordiffusion 12 wurde bereits Dotierstoff aus der P- Glasschicht 54 in das Solarzellensubstrat 50 eindiffundiert und in dieser Weise ein durchgehender, schwächer dotierter Be- reich 56 ausgebildet. In der schematischen Darstellung der Figur 4 wird die P-Glasschicht 54 in einem bestrahlten Bereich 62 mit Laserstrahlung 60 bestrahlt. Hierdurch wird die P- Glasschicht 54 wie auch ein daran angrenzender oberflächenna¬ her Bereich 52 des Substrats 50 lokal erhitzt. Die Erhitzung des Solarzellensubstrats 50 in dem erhitzten Bereich 52 kann dabei durch Absorption von Laserstrahlung 60 und/oder Wärmeübergangseffekte von der P-Glasschicht 54 auf das Solarzellen¬ substrat 50 erfolgen. Infolge der beschriebenen lokalen Erhitzung der P-Glasschicht 54 und des Solarzellensubstrats 50 in dem erhitzten Bereich 52 wird Phosphor aus der P-Glasschicht 54 in den erhitzten Bereich 52 des Solarzellensubstrats 50 eindiffundiert, sodass dort ein stärker dotierter Bereich 58 ausgebildet wird. Dies stellt eine Eindiffusion 18 von Dotier- Stoff aus der P-Glasschicht 54 in das Solarzellensubstrat 50 im Sinne der Darstellung in Figur 1 dar. FIG. 1 shows a schematic diagram of a first exemplary embodiment of the method according to the invention. In this first, a surface texturing is formed on a solar cell substrate used as a semiconductor substrate 10. This is followed by a phosphorus diffusion 12, in which a weaker doping surface is formed on the surface of the solar cell substrate. The Phosphordiffu ¬ sion 12 can take place in known manner, ¬ example, by a POCl3 -Röhrendiffusion. Alternatively, for example, a phosphorus-containing solution can be spun onto a front side of the solar cell substrate and dopant can be diffused from this solution into the solar cell substrate. However, as already explained above, the method according to the invention is not limited to the use of phosphorus or another n-type dopant. Reason- additionally also p-dopants can be used, for example, may be provided instead of the phosphorus diffusion 10 is a Bordif ¬ fusion. In the embodiment of Figure 1, a phosphosilicate glass layer is formed during the Phos ¬ phordiffusion 12, which is briefly referred to as P-glass layer. This is subsequently irradiated with laser radiation in metallization regions of the front side of the solar cell substrate, that is to say those regions in which the front-side metallization of the solar cell will later be arranged. FIG. 4 shows an impression of such an irradiation process. This shows a solar cell substrate 50 on which on the upper front side a P-glass layer is arranged. This P-glass layer 54 may have been formed, for example, in the above-described phosphorus diffusion 12. In the case of the phosphorus diffusion 12, dopant from the P glass layer 54 has already been diffused into the solar cell substrate 50, and in this way a continuous, less heavily doped region 56 is formed. In the schematic representation of FIG. 4, the P-glass layer 54 is irradiated with laser radiation 60 in an irradiated region 62. Thereby, the P-glass layer 54 as well as adjacent thereto oberflächenna ¬ forth region 52 of the substrate 50 heats a locally. The heating of the solar cell substrate 50 in the heated region 52 can be effected by absorption of laser radiation 60 and / or heat transfer effects from the P-glass layer 54 to the solar cell ¬ substrate 50. As a result of the described local heating of the P-glass layer 54 and the solar cell substrate 50 in the heated region 52, phosphorus from the P-glass layer 54 is diffused into the heated region 52 of the solar cell substrate 50, so that a more heavily doped region 58 is formed there. This represents a diffusion 18 of doping Fabric from the P-glass layer 54 in the solar cell substrate 50 in the sense of the representation in Figure 1 represents.
Bei dem Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens der Figur 1 wird im Zuge des Bestrahlens 14 der P-Glasschicht das Solarzellensubstrat in einem Flächenanteil von weniger als 10 % der bestrahlten Gesamtfläche angeschmolzen 16. Übertragen auf die Darstellung der Figur 4 hieße dies, dass ein Teil des erhitzten Bereichs 52 angeschmolzen wird. Im weiteren Verfah- rensablauf gemäß der Figur 1 werden die eingeschmolzenen Teile des Solarzellensubstrats rekristallisiert 20. Hieran schließt sich ein Entfernen der P-Glasschicht an. Des Weiteren wird die Vorderseite des Solarzellensubstrats mit einer Sili ziumnitrid- beschichtung versehen 24. Ferner werden die Metallisierungsbe- reiche, in welchen stärker dotierte Bereiche ausgebildet wur¬ den, metallisiert 26. Diese Metallisierung kann grundsätzlich auf jede an sich bekannte Art erfolgen. Bevorzugt werden me¬ tallhaltige Pasten auf die Metallisierungsbereiche aufge¬ bracht, insbesondere mittels an sich bekannter Druckverfahren wie beispielsweise Siebdruckverfahren, und eingesintert. In dieser Weise kann mit dem Verfahren gemäß der Darstellung der Figur 1 vorteilhaft eine Solarzelle mit einem selektiven Emit¬ ter ausgebildet werden. Figur 2 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel des erfindungs¬ gemäßen Verfahrens. Dieses unterscheidet sich von dem Verfah¬ ren nach Figur 1 darin, dass auf das Anschmelzen 16 des Solarzellensubstrats gänzlich verzichtet wird. Infolgedessen ergibt sich, wie bereits oben erläutert wurde, in den erhitzten Be- reichen des Solarzellensubstrats eine geringere Absenkung des Schichtwiderstandes, doch kann der Kontaktwiderstand hinrei¬ chend reduziert werden, um eine guten elektrischen Kontakt zwischen dem Solarzellensubstrat und bei der Metallisierung 26 aufgebrachten Kontakten, also ein entsprechend niedriger Kon- taktübergangswiderstand, erzielt werden. Gleichzeitig entfällt die Gefahr, dass bei der Rekristallisation aufgeschmolzener Bereiche des Solarzellensubstrats strukturelle Defekte ausge¬ bildet oder unerwünschte Verunreinigungen in das Solarzellen- Substrat eingetragen werden, was sich negativ auf den Wirkungsgrad der Solarzelle auswirken würde. In the exemplary embodiment of the method according to the invention of FIG. 1, in the course of irradiation of the P glass layer, the solar cell substrate is melted in an area fraction of less than 10% of the irradiated total area. 16. Transferring this to the representation of FIG. 4 would mean that a part of the heated Area 52 is melted. In the further course of the process according to FIG. 1, the melted-in parts of the solar cell substrate are recrystallized. This is followed by removal of the P glass layer. Furthermore, the front side of the solar cell substrate with a coating provided Sili ziumnitrid- 24. Furthermore, the Metallisierungsbe- be rich, WUR trained in which heavily doped areas ¬ the metallized 26. This metallization can be done in any manner known per se in principle. Me ¬ tallhaltige pastes are preferred on the metallization ¬ been introduced, in particular by means of known printing methods such as screen printing method, and sintered. In this way, a solar cell with a selective Emit ¬ ter can be formed with the method according to the illustration of FIG 1 is advantageous. FIG. 2 shows a further exemplary embodiment of the method according to the invention. This differs from the procedural ¬ ren of Figure 1 in that is entirely dispensed with the fusion 16 of the solar cell substrate. As a result arises, as explained above, in the heated loading of the solar cell substrate rich a lower reduction of the sheet resistance, but the contact resistance can be rea ¬ accordingly reduced to a good electrical contact between the solar cell substrate and deposited in the metallization 26 contacts So a correspondingly low con- contact resistance, can be achieved. At the same time the risk that during recrystallization of melted portions of the solar cell substrate structural defects out ¬ forms or undesirable impurities in the solar cell substrate to be entered, which would have a negative effect on the efficiency of the solar cell is not necessary.
Entsprechend ist die Darstellung der schwächer 56 und stärker dotierten Bereiche 58 mittels der gestrichelten Linie in Figur 4 zu verstehen. Der stärker dotierte Bereich 58 kann gegenüber dem schwächer dotierten Bereich 56 lediglich einen veränderten Kontaktwiderstand aufweisen. Zusätzlich kann sich der stärker dotierte Bereich 58 von dem schwächer dotierten Bereich 56 auch darin unterscheiden, dass der Schichtwiderstand in dem stärker dotierten Bereich 58 gegenüber dem in dem schwächer dotierten Bereich 56 vorherrschenden Schichtwiderstandswert verringert ist. Der Umfang der Verringerung des Schichtwiderstandes in dem stärker dotierten Bereich hängt davon ab, in welchem Umfang das Solarzellensubstrat in dem erhitzten Be- reich 52 angeschmolzen und rekristallisiert wird. Dies er¬ schließt sich aus der Darstellung der Figur 6 und wurde oben näher erläutert. Accordingly, the representation of the weaker 56 and more heavily doped regions 58 by means of the dashed line in Figure 4 to understand. The more heavily doped region 58 may have only a modified contact resistance with respect to the less heavily doped region 56. In addition, the more heavily doped region 58 may differ from the less doped region 56 in that the sheet resistance in the more heavily doped region 58 is reduced from the sheet resistance value prevailing in the less doped region 56. The amount of reduction of the sheet resistance in the more heavily doped region depends on the extent to which the solar cell substrate in the heated region 52 is fused and recrystallized. This he concludes ¬ from the representation of Figure 6 and has been explained in more detail above.
In den Figuren 3 und 4 wurde auf eine Darstellung etwaiger Oberflächentexturierungen der Übersichtlichkeit halber verzichtet. Grundsätzlich kann das Solarzellensubstrat 50 sowohl bei der Bestrahlungsvariante der Figur 3 wie auch bei der Be¬ strahlungsvariante der Figur 4 eine Oberflächentexturierung aufweisen, doch ist dies nicht zwingend erforderlich. In FIGS. 3 and 4, a representation of any surface textures has been omitted for the sake of clarity. In principle, the solar cell substrate 50 can have a surface texturing both in the irradiation variant of FIG. 3 and in the irradiation variant of FIG. 4, but this is not absolutely necessary.
Die Ausführungsvariante der Bestrahlung gemäß der Figur 3 un¬ terscheidet sich von der Bestrahlungsvariante nach Figur 4 darin, dass bei der Variante gemäß Figur 3 das Solarzellensub¬ strat 50 unmittelbar mit der Laserstrahlung 60 bestrahlt wird. Als Dotierstoffquelle könnte dabei anstelle der aus Figur 4 bekannten P-Glasschicht 54 eine dotierstoffhaltige Atmosphäre dienen, aus welcher Dotierstoff in den erhitzten Bereich 52 eindiffundiert wird. Das erfindungsgemäße Verfahren ist somit flexibel sowohl bei beschichteten wie auch bei unbeschichteten Solarzellensubstraten einsetzbar . The embodiment of the radiation in accordance with Figure 3 differs from the un ¬ irradiation variant according to figure 4 is that in the variant according Figure 3, the Solarzellensub ¬ strat 50 is irradiated directly with the laser radiation 60th Instead of the P-glass layer 54 known from FIG. 4, a dopant-containing atmosphere could serve as the dopant source from which dopant is diffused into the heated region 52. The method according to the invention can thus be used flexibly both in coated and uncoated solar cell substrates.
Die Oberflächentexturierung gemäß der Ausführungsvarianten der Figuren 1 und 2 können beispielsweise durch nasschemisches Texturätzen des Solarzellensubstrats ausgebildet werden. Hier¬ bei können alkalische genauso wie saure Texturätzlösungen Ver¬ wendung finden. Mit sauren Texturätzlösungen hergestellte Oberflächentexturierungen werden teilweise als Isotexturen bezeichnet. Figur 5 zeigt in der linken Bildhälfte in zwei sche- matischen Teildarstellungen a) und b) eine Oberflächentextur, wie sie mittels einer alkalischen Texturätzlösung auf einer monokristallinen Siliziumscheibe ausgebildet werden kann. Die Teildarstellung a) zeigt dabei eine Aufsicht auf solch eine Oberflächentexturierung 73, die Teildarstellung b) eine per- spektivische Darstellung dieser Oberflächentexturierung 73. Die generierten Pyramidenstrukturen der Oberflächentexturierung 73 haben typischerweise eine als Texturhöhe h bezeichnete Höhe im Bereich von 3 pm bis 15 pm. Die Erfindung kann ohne Weiteres auch bei multikristallinen Materialien, insbesondere multikristallinen Siliziummaterialien Verwendung finden. Statt der in Figur 5 dargestellten Pyramidenstrukturen ergeben sich dann, je nach verwendeter Ätzlösung Oberflächentexturierungen mit anderen geometrischen Gestalten. Bei der Herstellung von Oberflächentexturierungen auf multikristallinen Siliziummate- rialien haben sich insbesondere saure Texturätzlösungen bewährt . The surface texturing according to the embodiment variants of FIGS. 1 and 2 can be formed, for example, by wet-chemical texturing etching of the solar cell substrate. Here ¬ in alkaline as well as acidic Texturätzlösungen Ver ¬ application can find. Surface textures made with acidic texture etch solutions are sometimes referred to as iso-textures. FIG. 5 shows in the left half of the picture in two partial diagrams a) and b) a surface texture, as can be formed by means of an alkaline texture etching solution on a monocrystalline silicon wafer. The partial representation a) shows a plan view of such a surface texturing 73, the partial representation b) a perspective view of this surface texturing 73. The generated pyramid structures of the surface texturing 73 typically have a height designated as texture height h in the range of 3 pm to 15 pm. The invention can also be used without difficulty in multicrystalline materials, in particular multicrystalline silicon materials. Instead of the pyramid structures shown in FIG. 5, depending on the etching solution used, surface texturing with other geometrical shapes then results. In the production of surface texturing on multicrystalline silicon materials, especially acidic texture etching solutions have proven to be successful.
Die Teildarstellungen a) und b) der Figur 5 zeigen die The partial representations a) and b) of Figure 5 show the
Oberflächentexturierung 73 vor Durchführung des erfindungsge- mäßen Verfahrens. Wird bei der Durchführung des erfindungsge¬ mäßen Verfahrens auf ein Anschmelzen des HalbleiterSubstrats bei der Bestrahlung mit Laserstrahlung verzichtet, so geben diese Teildarstellungen a) und b) auch den Zustand der Surface texturing 73 prior to the implementation of the invention according to the method. Is omitted partial melting of the semiconductor substrate upon exposure to laser radiation for carrying out the method erfindungsge ¬ MAESSEN, so give this part representations a) and b) also the state of the
Oberflächentexturierung nach Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens wieder. Strukturspitzen 74 der Oberflächentexturierung 73 sind dann nicht angeschmolzen worden. Surface texturing after performing the inventive method again. Texture peaks 74 of the surface texturing 73 have then not been melted.
Bei einer anderen Ausgestaltungsvariante des erfindungsgemäßen Verfahrens werden die Strukturspitzen 74 der Oberflächentextu¬ rierung hingegen über eine Querschnittsfläche 78 hinweg ange¬ schmolzen. Die Teildarstellung c) und d) zeigen das Resultat einer solchen Verfahrensführung. Anstelle der spitz zulaufenden Strukturspitzen 74 in den Teildarstellungen a) und b) lie- gen nunmehr angeschmolzene und rekristallisierte Strukturspit¬ zen 76 vor. Bei einer vorteilhaften Ausgestaltungsvariante des erfindungsgemäßen Verfahrens werden die Strukturspitzen der Oberflächentexturierung 73 über eine Querschnittsfläche 78 hinweg angeschmolzen, die weniger als 1 pm2, vorzugsweise weni- ger als 0,25 pm2 beträgt. Dass dies realisierbar ist, illust¬ riert Figur 7, welche eine Rasterelektronenmikroskopaufnahme einer Oberflächentexturierung nach Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens zeigt. Wie hierin erkennbar ist, wurden die Strukturspitzen nicht oder allenfalls sehr gering an- geschmolzen. Besser sichtbar ist der geschilderte Sachverhalt in den Aufnahmen mit stärkerer Vergrößerung der Figuren 10 bis 12. Während Figur 10 eine Rasterelektronenmikroskopaufnahme einer Oberflächentexturierung vor Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens zeigt, geben die Figuren 11 und 12 Raster- elektronenmikroskopaufnahmen von Oberflächentexturierungen nach Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens wieder. Wie in den Figuren 11 und 12 erkennbar ist, wurden die Strukturspitzen bei der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens sehr gering oder gar nicht angeschmolzen. Figur 8 zeigt in schematischer Darstellung ein Ausführungsbei¬ spiel der erfindungsgemäßen Solarzelle 70. Diese weist ein So¬ larzellensubstrat 50 auf, welches vorzugsweise durch eine Si- liziumscheibe gebildet ist. Wie in der schematischen Seitenan¬ sicht der Figur 8 erkennbar ist, weist die Solarzelle 70 eine zweistufige Dotierung auf, welche aus dem stärker dotierten Bereich 58 und schwächer dotierten Bereichen 56 gebildet ist. Der stärker dotierte Bereich 58 unterscheidet sich dabei von den schwächer dotierten Bereichen 56 dadurch, dass in dem stärker dotierten Bereich 58 ein geringerer Kontaktwiderstand vorherrscht. Zudem kann der Schichtwiderstand in dem stärker dotierten Bereich gegenüber den schwächer dotierten Bereichen verringert sein. Vorzugsweise weist die erfindungsgemäße So- larzelle der Figur 8 in dem stärker dotierten Bereich 58 einen Kontaktwiderstand von 10 mQcm2 oder weniger auf. Der Schicht¬ widerstand in den stärker dotierten Bereichen 58 beträgt mindestens 50% des in schwächer dotierten Bereichen vorherrschenden Schichtwiderstandswertes, vorzugsweise mindestens 70% die- ses Wertes und besonders bevorzugt 90% oder mehr des in schwä¬ cher dotierten Bereichen vorherrschenden Schichtwiderstandswertes. Auf diese Weise kann auch in den stärker dotierten Bereichen eine vergleichsweise hohe spektrale Empfindlichkeit realisiert werden. In another embodiment variant of the method according to the invention the structure of the tips 74 of the Oberflächentextu ¬ turing other hand, are a cross-sectional area 78 is away ¬ melted. The partial representation c) and d) show the result of such a procedure. Instead of the tapered structure tips 74 in the partial representations a) and b), melted and recrystallized structure pits 76 are now present. In an advantageous embodiment variant of the method according to the invention, the structure peaks of the surface texturing 73 are melted over a cross-sectional area 78 which is less than 1 pm 2 , preferably less than 0.25 pm 2 . That this is feasible, illustration ¬ riert Figure 7 which shows a scanning electron micrograph of a surface texturing by carrying out the process according to the invention. As can be seen herein, the structural tips were not or at least very little melted. FIGS. 10 to 12 show the situation described more clearly in the images with a larger magnification. While FIG. 10 shows a scanning electron micrograph of a surface texturing before carrying out the method according to the invention, FIGS. 11 and 12 show scanning electron micrographs of surface texturing after carrying out the method according to the invention. As can be seen in FIGS. 11 and 12, during the implementation of the method according to the invention, the structure tips were melted very little or not at all. Figure 8 shows a schematic representation of a Ausführungsbei ¬ play of the solar cell according to the invention 70. This includes a so ¬ larzellensubstrat 50 on which liziumscheibe preferably by a Si- is formed. As shown in the schematic view of FIG Seitenan ¬ is recognizable 8, the solar cell 70, a two-stage doping, which is formed of the more heavily doped region 58 and weakly doped areas 56th The more heavily doped region 58 differs from the less heavily doped regions 56 in that a lower contact resistance prevails in the more heavily doped region 58. In addition, the sheet resistance in the more heavily doped region may be reduced compared to the less heavily doped regions. Preferably, the solar cell according to the invention of FIG. 8 has a contact resistance of 10 mΩcm 2 or less in the more heavily doped region 58. The layer ¬ resistance in the more heavily doped regions 58 is at least 50% of the prevailing in weakly doped areas sheet resistance value, preferably at least 70% DIE ses value and particularly preferably 90% or more of the conditions prevailing in schwä ¬ cher doped regions sheet resistance value. In this way, a comparatively high spectral sensitivity can also be realized in the more heavily doped regions.
Wie die Seitenansicht der Figur 8 zeigt, ist eine auf dem stärker dotierten Bereich 58 angeordnete Metallisierung 72 schmaler ausgeführt als der stark dotierte Bereich 58. Wie oben dargelegt wurde, kann auf diese Weise die Anforderung an die Justage bzw. Ausrichtungsgenauigkeit der Metallisierung 72 relativ zu dem stark dotierten Bereich 58 verringert werden, was die Stabilität des Herstellungsprozesses erhöht und das Ausschussrisiko verringert. Figur 9 zeigt in einer Aufsicht eine vergrößerte Teildarstel¬ lung des Teilbereichs A der Solarzelle 70 aus Figur 8. Wie hierin erkennbar ist, weist die Solarzelle 70 eine Oberflä- chentexturierung 73 auf. Deren Strukturspitzen 76 sind in der linken Bildhälfte intakt. Diese linke Bildhälfte zeigt die Oberflächentexturierung 73 in einem schwächer dotierten Bereich 56. Dieser grenzt, wie durch eine gestrichelte Linie an¬ gedeutet, an den stärker dotierten Bereich 58 an. Der stärker dotierte Teilbereich 58 ist, wie wiederum durch eine gestri- chelte Linie angedeutet, teilweise von der Metallisierung 72 überdeckt. In dem stärker dotierten Bereich 58 sind die Strukturspitzen 76 der Oberflächentexturierung 73 über eine Quer- schmttsfläche 78 von weniger als 1 pm , vorzugsweise von weni¬ ger als 0,25 pm2, hinweg angeschmolzen und rekristallisiert. Um so weniger der Schichtwiderstand in dem stärker dotierten Bereich 58 gegenüber dem in dem schwächer dotierten Bereich 56 vorherrschenden Schichtwiderstandswert reduziert ist, umso hö¬ her ist die spektrale Empfindlichkeit des Solarzellensubstrats in denjenigen Teilbereichen der stärker dotierten Bereiche 58, welche nicht von der Metallisierung bedeckt sind, was sich po¬ sitiv auf den Wirkungsgrad der Solarzelle 70 auswirkt. As shown in the side view of FIG. 8, a metallization 72 arranged on the more heavily doped region 58 is made narrower than the heavily doped region 58. As stated above, the requirement for the alignment accuracy of the metallization 72 relative to the heavily doped region 58, which increases the stability of the manufacturing process and reduces the risk of rejects. Figure 9 shows in a top view an enlarged Teildarstel ¬ development of the portion A of the solar cell 70 of Figure 8. As can be seen herein, the solar cell has a 70 surface-chentexturierung 73. Their structure tips 76 are intact in the left half of the picture. This left half of the picture shows the surface texturing 73 in a more weakly doped region 56. This limited, as interpreted by a broken line in ¬, to the more heavily doped region 58 at. The more heavily doped portion 58, as indicated in turn by a dashed line, partially covered by the metallization 72. In the more heavily doped region 58, the structure 76 of the surface texturing peaks 73 are schmttsfläche a cross 78 of less than 1 pm, preferably, melted by Weni ¬ ger than 0.25 pm 2 away and recrystallized. The less the sheet resistance is reduced in the more heavily doped region 58 with respect to the prevailing in the more weakly doped region 56 sheet resistance value, the hö ¬ forth is the spectral sensitivity of the solar cell substrate in those portions of the heavily doped regions 58 which are not covered by the metallization , which affects po ¬ sitive on the efficiency of the solar cell 70th
Bei den Darstellungen der Figuren 8 und 9 handelt es sich um Prinzipdarstellungen. Es ist daher offensichtlich, dass An- zahl, Gestalt und Geometrie der stärker dotierten Bereiche 58 wie auch der Metallisierungen 72 auf den jeweiligen Anwendungsfall abzustimmen sind. In the illustrations of Figures 8 and 9 are schematic diagrams. It is therefore obvious that the number, shape and geometry of the more heavily doped regions 58 as well as of the metallizations 72 are to be matched to the respective application.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wie auch bei der erfin- dungsgemäßen Solarzelle können als Halbleiter- beziehungsweise Solarzellensubstrat monokristalline oder multikristalline Ma¬ terialien verwendet werden, insbesondere monokristalline oder multikristalline Siliziummaterialien . Bezugs zeichenliste In the inventive method as well as in the inventive solar cell in particular monocrystalline or multicrystalline silicon materials can be used as a semiconductor or solar cell substrate monocrystalline or multicrystalline Ma ¬ terialien. Reference sign list
10 Ausbilden Oberflächentexturierung 10 Forming Surface Texturing
12 Phosphordiffusion  12 phosphorus diffusion
14 Bestrahlen mit Laserstrahlung  14 irradiation with laser radiation
16 Anschmelzen Solarzellensubstrat  16 melt solar cell substrate
18 Eindiffusion Dotierstoff  18 Indiffusion Dopant
20 Rekristallisation  20 recrystallization
22 Entfernen P-Glas  22 Remove P-glass
24 Siliziumnitridbeschichtung  24 silicon nitride coating
26 Metallisieren  26 metallization
50 Solarzellensubstrat 50 solar cell substrate
52 erhitzter Bereich  52 heated area
54 P-Glasschicht  54 P-glass layer
56 schwächer dotierter Bereich  56 weaker doped area
58 stärker dotierter Bereich  58 more heavily doped area
60 Laserstrahlung  60 laser radiation
62 bestrahlter Bereich  62 irradiated area
70 Solarzelle 70 solar cell
72 Metallisierung  72 metallization
73 Oberflächentexturierung  73 Surface Texturing
74 Strukturspitze  74 structure tip
76 angeschmolzene und rekristallisierte Strukturspitze 76 molten and recrystallized structure tip
78 Querschnittsfläche h Texturhöhe 78 Cross-sectional area h Texture height
SiN Siliziumnitrid  SiN silicon nitride

Claims

Patentansprüche claims
1. Verfahren zur Dotierung eines Halbleitersubstrats (50), bei welchem das Halbleitersubstrat (50) durch Bestrahlung (14) mit Laserstrahlung (60) erhitzt wird und dabei in erhitztenMethod for doping a semiconductor substrate (50), in which the semiconductor substrate (50) is heated by irradiation (14) with laser radiation (60) and heated therein
Bereichen (52) Dotierstoff aus einer Dotierstoffquelle (54) in das Halbleitersubstrat (50) eindiffundiert wird (16), d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , Regions (52) dopant from a dopant source (54) is diffused into the semiconductor substrate (50) (16), d a d u c h e c e n e c e n e,
dass bei dem Erhitzen des Halbleitersubstrats (50) durch die Bestrahlung (14) mit Laserstrahlung (60) ein Flächenanteil des Halbleitersubstrats (50) angeschmolzen (18) und rekristallisiert (20) wird, der weniger als 10% der Gesamt¬ fläche aller bestrahlten Bereiche (62) beträgt. that, in the heating of the semiconductor substrate (50) by irradiation (14) with laser radiation (60) includes a surface portion of the semiconductor substrate (50) melted (18) and recrystallized (20) is less than 10% of the total ¬ area of all irradiated areas (62).
2. Verfahren nach Anspruch 1, 2. The method according to claim 1,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t ,  characterized ,
dass das Halbleitersubstrat (50) mittels lokaler Bestrah¬ lung (14) mit Laserstrahlung (60) lokal erhitzt und in den erhitzten Bereichen (52) lokal Dotierstoff eindiffundiert wird ( 16 ) . that the semiconductor substrate (50) by means of local Bestrah ¬ lung (14) is heated locally by laser radiation (60) and in the heated areas (52) locally dopant is diffused (16).
3. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, 3. Method according to one of the preceding claims,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t ,  characterized ,
dass das Halbleitersubstrat (50) in einem Flächenanteil von weniger als 5% der Gesamtfläche aller bestrahlten Bereiche (62) angeschmolzen (18) und rekristallisiert (20) wird.  the semiconductor substrate (50) is fused (18) and recrystallized (20) in an area fraction of less than 5% of the total area of all the irradiated areas (62).
4. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, 4. Method according to one of the preceding claims,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t ,  characterized ,
dass das Halbleitersubstrat (50) bei der Bestrahlung (14) mit Laserstrahlung (60) nicht angeschmolzen wird.  that the semiconductor substrate (50) is not melted during the irradiation (14) with laser radiation (60).
5. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, 5. Method according to one of the preceding claims,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass in erhitzten Bereichen (52) ein Kontaktwiderstand des Halbleitersubstrats (50) auf 10 mQcm2 oder weniger redu¬ ziert, ein Schichtwiderstand des Halbleitersubstrats (50) jedoch gegenüber einem vor Eindiffusion (16) des Dotierstoffs vorherrschenden Wert um 50% oder weniger reduziert wird, vorzugsweise um 30% oder weniger und besonders bevor¬ zugt um 10% oder weniger. characterized , that in heated regions (52), a contact resistance of the semiconductor substrate (50) to 10 mQcm 2 or less redu ¬ sheet, a sheet resistance of the semiconductor substrate (50), however, compared to a pre-diffusion (16) of the dopant predominant value is reduced by 50% or less , preferably by 30% or less, and particularly before Trains t ¬ by 10% or less.
6. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, 6. The method according to any one of the preceding claims,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t ,  characterized ,
dass ein zumindest abschnittsweise mit einer Oberflächen- texturierung (73) versehenes Halbleitersubstrat (50) ver¬ wendet wird und Strukturspitzen (74, 76) der Oberflächen- texturierung über eine Querschnittsfläche (78) von weniger als 1 pm2 hinweg angeschmolzen werden (18), vorzugsweise über eine Querschnittsfläche (78) von weniger als 0,25 pm2 hinweg . in that a semiconductor substrate (50) provided at least in sections with a surface texturing (73) is used and structure tips (74, 76) of the surface texturing are melted over a cross-sectional area (78) of less than 1 μm 2 (18). , preferably over a cross-sectional area (78) of less than 0.25 pm 2 .
7. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, 7. The method according to any one of the preceding claims,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t ,  characterized ,
dass das Halbleitersubstrat (50) mit gepulster Laserstrah¬ lung (60) mit einer Pulsenergiedichte von weniger als 2 J/cm2 bestrahlt wird (14) . that the semiconductor substrate (50) with pulsed Laserstrah ¬ lung (60) is irradiated with a pulse energy density of less than 2 J / cm 2 (14).
8. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, 8. The method according to any one of the preceding claims,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t ,  characterized ,
dass das Halbleitersubstrat (50) mit gepulster Laserstrah¬ lung (60) bestrahlt wird (14), die eine Pulslänge zwischen 20 ns und 500 ns, vorzugsweise eine Pulslänge zwischen 100 ns und 300 ns, aufweist. that the semiconductor substrate (50) is irradiated with pulsed Laserstrah ¬ lung (60) (14) which has a pulse length between 20 ns and 500 ns, preferably a pulse length between 100 ns and 300 ns.
9. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, 9. The method according to any one of the preceding claims,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass Laserstrahlung (60) eines diodengepumpten Festkörperlasers verwendet wird. characterized , in that laser radiation (60) of a diode-pumped solid-state laser is used.
Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 9, Method according to one of claims 2 to 9,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , characterized ,
dass durch die lokale Eindiffusion (16) von Dotierstoff in den erhitzten Bereichen (52) stärker dotierte Bereiche (56) einer zweistufige Dotierung (56, 58) ausgebildet werden. in that more heavily doped regions (56) of a two-stage doping (56, 58) are formed by the local in-diffusion (16) of dopant in the heated regions (52).
Verfahren nach Anspruch 10, Method according to claim 10,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , characterized ,
dass ein Solarzellensubstrat (50) als Halbleitersubstrat (50) verwendet wird und in den stärker dotierten Bereichen (58) der zweistufigen Dotierung (56, 58) eine Metallisie¬ rung (72) aufgebracht wird (26) . that a solar cell substrate (50) is used as a semiconductor substrate (50) and in the more heavily doped regions (58) of the two-stage doping (56, 58) a metallization ¬ tion (72) is applied (26).
Solarzelle (70) aufweisend ein zumindest abschnittsweise mit einer Oberflächentexturierung (73) versehenes Solarzellensubstrat (50) und eine zweistufige Dotierung (56, 58), d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , A solar cell (70) comprising a solar cell substrate (50) provided at least in sections with a surface texturing (73) and a two-stage doping (56, 58), d a d u r c h e c e n e c e n e,
dass in stärker dotierten Bereichen (58) der zweistufigen Dotierung (56, 58) Strukturspitzen (76) der Oberflächentexturierung (73) über eine Querschnittsfläche (78) von weni¬ ger als 1 pm2 hinweg angeschmolzen und rekristallisiert sind . fused that in more heavily doped regions (58) of the two-stage doping (56, 58) structure tips (76) of the surface texturing (73) via a cross-sectional area (78) of Weni ¬ ger than 1 pm 2 of time and are recrystallized.
Solarzelle (70) nach Anspruch 12, A solar cell (70) according to claim 12,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , characterized ,
dass die Strukturspitzen (76) der Oberflächentexturierungthat the structure tips (76) of the surface texturing
(73) über eine Querschnittsfläche (78) von weniger als(73) over a cross-sectional area (78) of less than
0,25 pm2 hinweg angeschmolzen und rekristallisiert sind. Solarzelle (70) nach einem der Ansprüche 11 bis 12, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , 0.25 pm 2 melted and recrystallized. Solar cell (70) according to one of claims 11 to 12, characterized
dass das Solarzellensubstrat (50) that the solar cell substrate (50)
- in den stärker dotierten Bereichen (58) der zweistufigen Dotierung (56, 58) einen Kontaktwiderstand von 10 mQcm2 oder weniger aufweist und - In the more heavily doped regions (58) of the two-stage doping (56, 58) has a contact resistance of 10 mQcm 2 or less, and
- in den stärker dotierten Bereichen (58) der zweistufigen Dotierung (56, 68) einen Schichtwiderstand aufweist, der mindestens 50% des in schwächer dotierten Bereichen (56) der zweistufigen Dotierung (56, 58) vorherrschenden Schichtwiderstandswertes beträgt, vorzugsweise mindes¬ tens 70% und besonders bevorzugt mindestens 90%. - in the more heavily doped regions (58) of the two-stage doping (56, 68) has a sheet resistance that is at least 50% of the in weakly doped regions (56) of the two-stage doping (56, 58) prevailing sheet resistance value, preferably Minim ¬ least 70 % and more preferably at least 90%.
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