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Alternativen zur pn-Bereichsdefinition für die Herstellung kristalliner Siliziumsolarzellen

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2003

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Faika, Katrin

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Alternative methods for pn-definition for fabrication of crystalline silicon solar cells
Publikationstyp
Dissertation
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Zusammenfassung

In this PhD thesis alternative pn-definition methods for the fabrication of crystalline silicon solar cells have been investigated. POCl3-emitter formation via the gas phase leads to short circuits in the contact region between the emitter and alloyed aluminium. POCl3-diffusion leads to a doping of the whole surface of the silicon wafer. By alloying the aluminium, deposited later on, at temperatures over 800°C, the emitter is locally overcompensated. During subsequent cooling, the highly doped p+-layer and a metallic back contact of eutectic composition are formed. The reason for the low shunt resistance is a direct connection along the wafer surface between the base contacting eutecticum and the neighbouring emitter.
In principle there are two different methods to avoid short circuit formation: either by a local deposition of a diffusion prohibiting medium before emitter formation - or subsequently by removing the emitter at defined regions. These additional procedures become costly, particularly for solar cells with interdigitated p- and n-type doping regions as with Emitter Wrap Through (EWT) solar cells. The main focus of the work presented in this thesis is the Al/P-codiffusion process, leading to shunt resistances of more than 10kOhmcm2 without additional processing steps for junction isolation. The codiffusion process has proved to be successful with both mono- and multicrystalline silicon wafers, to be independent of the deposited Al layer thickness and the choice of the diffusion media.
The independence of the shunt resistances from the length of the alloyed aluminium grid opens the possibility to use Al/P-codiffusion for pn-definition during the fabrication of solar cells with interdigitated p- and n-type doping regions.
The main advantage of the codiffusion process is the significant simplification of the solar cell fabrication because three separate processing steps of the standard sequence - emitter formation, BSF formation and pn-junction isolation - can be realized in one single high temperature step.

Zusammenfassung in einer weiteren Sprache

Im Rahmen der Arbeit wurden alternative Möglichkeiten zur pn-Bereichsdefinition für die Herstellung kristalliner Siliziumsolarzellen untersucht. Zellen, bei denen die Emitterbildung durch POCl3-Gasphasendiffusion erfolgt, weisen in der Kontaktregion zwischen Emitter und einlegiertem Aluminium Kurzschlüsse auf. Gasphasendiffusion führt zu einer Dotierung der gesamten Oberfläche des Siliziumwafers. Durch Einlegieren des anschließend aufgebrachten Aluminiums bei Temperaturen über 800°C wird der Emitter lokal überkompensiert. Während des Abkühlens bildet sich die hochdotierte p+-Schicht sowie ein metallischer Rückkontakt eutektischer Zusammensetzung. Eine Verbindung entlang der Waferoberfläche zwischen dem die Basis kontaktierenden Eutektikums und angrenzendem Emitter ist die Ursache für die stark reduzierten Shuntwiderstände. Es gibt zwei prinzipiell unterschiedliche Methoden zur Vermeidung der Kurzschlußbildung: zum einen das lokale Aufbringen eines diffusionsverhindernden Mediums vor der Emitterbildung, zum anderen das bereichsweise nachträgliche Entfernen des Emitters. Diese Verfahren sind jedoch speziell bei Solarzellen mit ineinander verschachtelten p- und n-leitenden Dotierbereichen wie beispielsweise bei Emitter Wrap Through (EWT) Solarzellen aufwendig und kostenintensiv.
Den Untersuchungsschwerpunkt im Rahmen dieser Arbeit stellt der Al/P-Codiffusionsprozeß dar, der ohne Anwendung zusätzlicher Prozeßschritte zur pn-Bereichsdefinition zu Shuntwiderständen > 10kOhmcm2 führt. Der Prozeß erwies sich als unabhängig von der Verwendung mono- oder multikristallinen Siliziums, von der aufgebrachten Aluminiumschichtdicke sowie von der Wahl der Diffusionsmedien. Aufgrund der Unabhängigkeit der Shuntwiderstände von der Länge des einlegierten Aluminiumgrids war die Möglichkeit gegeben den Al/P-Codiffusionsprozeß als Verfahren zur pn-Bereichsdefinition für die Herstellung von Solarzellen mit verschachtelten p- und n-leitenden Dotierregionen anzuwenden.
Der Vorteil des Codiffusionsprozesses besteht in einer Vereinfachung der Prozeßführung dadurch, daß drei Schritte der Standardsequenz - die Emitterbildung, die BSF-Bildung sowie die pn-Bereichsdefinition während eines einzigen Hochtemperaturschrittes realisiert werden können.

Fachgebiet (DDC)
530 Physik

Schlagwörter

Al/P-Codiffusion, pn-Bereichsdefinition, Shuntwiderstand, verschachtelte Dotierbereiche, Al/P-codiffusion, pn-definition, shunt resistance, interdigitated grids

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ISO 690FAIKA, Katrin, 2003. Alternativen zur pn-Bereichsdefinition für die Herstellung kristalliner Siliziumsolarzellen [Dissertation]. Konstanz: University of Konstanz
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July 21, 2003
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