Selektive Emitterbildung durch Laserdotierung von Silizium Solarzellen

Abstract

Um die Produktionskosten von Solarzellen pro Wattpeak zu reduzieren liegt das Hauptaugenmerk auf der Optimierung des Wirkungsgrades. Der selektive Emitter kann dabei eine wichtige Rolle spielen: Er besteht aus hochdotierten Zonen unter den Metallkontakten, um eine gute Leitfähigkeit und einen geringeren Kontaktwiderstand zu erreichen, und einer phosphorarmen Zone zwischen den Kontaktfingern, um Verluste durch Rekombination und Absorption so gering wie möglich zu halten. Die Nachdotierung der hoch dotierten Bereiche wird mit einem Laser durchgeführt. Dabei schmilzt der Laser die n-Schicht lokal auf und Phosphoratome diffundieren aus der PSG-Schicht in das Silizium. In der Arbeit werden die Laserparameter für den Laserdoping-Prozess bestimmt und Schichtwiderstandsmessungen, sowie LBIC-Messungen an den prozessierten Wafern durchgeführt. Aus den erhaltenen Zellparametern werden Probleme aufgezeigt, die beim weiteren Prozessieren der Selektiven-Emitter-Solarzelle entstehen. Ein Hauptproblem ist der Abgleich der laserdotierten Bereiche mit dem Siebdruck der Metallkontakte. Kommt es zu einer Versetzung, führt das zu Problemen beim Sintern der Siebdruck-Pasten und es entstehen lokale Kurzschlüsse, welche die Zellparameter massiv beeinflussen. Abschließend werden theoretische Rechnungen durchgeführt um den laserinduzierten Schmelzprozess besser zu verstehen.

To reduce the production costs of solar cells per wattpeak, the focus is to optimize the efficiency. There, the selective emitter could take an important role: he consists of highly doped regions underneath the front contacts to achieve a good conductivity and a lower contact resistance, and a lowly doped emitter between the contact fingers to minimize losses by recombination and absorption. The doping of the highly doped regions is performed by a laser. The laser melts the n-layer local and phosphorus atoms can diffuse from the PSG-layer in the silicon. In the paper, the laser parameters for the laser-doping process are determined and carried out sheet resistance measurements and LBIC measurements on the processed wafers. The obtained cell parameters show problems that arise in the further processing of the selective-emitter solar cell. A major problem is the alignment of laser-doped regions with the screen printed metal contacts. A dislocation leads to problems during the firing process of the screen-printing pastes and induce local short-circuits that influence the cell parameters massively. Finally, theoretical calculations are carried out to understand the laser-induced melting process.