3.2 R¨ uck¨ atzen des Phosphor-Dotierprofils
3.2.4 Einfluss des R¨ uck¨ atzens auf die Oberfl¨ achen-Morphologie
Das R¨uck¨atzen erzeugt eine neue Oberfl¨ache, wodurch die optischen und elektrischen Ei-genschaften der Zelle beeinflusst werden. Die Morphologie der urspr¨unglichen Oberfl¨ache sollte m¨oglichst erhalten bleiben, da sie durch die Textur auf eine minimale Reflexion hin optimiert ist. F¨ur die R¨uck¨atzung von multikristallinem Silizium ist eine homogene und von der Kristallrichtung unabh¨angige ¨Atzrate wichtig, um einen homogenen Schichtwiderstand zu gew¨ahrleisten. Hierbei ist insbesondere das ¨Atzverhalten an Korngrenzen von Bedeu-tung, da eine lokal erh¨ohte ¨Atzrate zu einer vollst¨andigen Entfernung des Emitters und, sollte die Emitter-Metallisierung in Kontakt mit einer solchen Region kommen, zu einem reduzierten Parallelwiderstand f¨uhren kann.
Cz-Si: ¨Atzverhalten auf einer Pyramiden-Textur
Die sog.random-pyramid (RP)-Textur auf monokristallinen Solarzellen dient der Reduzie-rung der optischen Verluste durch Mehrfachreflexion an den geneigten Pyramiden-Flanken.
Das ¨Atzverhalten der verwendeten R¨uck¨atzl¨osung an den Pyramiden-Spitzen und -T¨alern wurde durch REM-Aufnahmen von stark zur¨uckge¨atzten Proben untersucht.
Abb. 3.7 (links) zeigt den Querschnitt einer dicken por-Si Schicht auf einer Pyramiden-Textur entlang einer gebrochenen Kante. Es l¨asst sich eine Abrundung des Pyramiden-Tals unter der por-Si Schicht beobachten. Auf einer identisch prozessierten Probe wurde die por-Si-Schicht durch 0,1-prozentige KOH-L¨osung abgenommen (siehe Abb. 3.7 rechts).
Dabei f¨allt auf, dass die Spitzen im Gegensatz zu den T¨alern nicht abgerundet sind. Die-ses Verhalten l¨asst sich durch eine richtungsunabh¨angige ¨Atzung vertikal zur Oberfl¨ache
3 Das Phosphor-Dotierprofil
Abb. 3.7: links: 265 nm dicke por-Si-Schicht auf Pyramidentextur,
rechts: Oberfl¨ache nach Entfernung der por-Si-Schicht (aus [96]).
erkl¨aren.
Die Abrundung der Pyramiden-T¨aler f¨allt bei der Erzeugung eines selektiven Emitters deutlich geringer aus als bei den abgebildeten Proben, da die Dicke der por-Si-Schicht ¨ ub-licherweise unter 50 nm betr¨agt, trotzdem ist mit einer Zunahme der Reflexion zu rechnen.
Der daraus resultierende Stromverlust wurde durch die Messung der Reflexion unterschied-lich weit zur¨uckge¨atzter und mit SiNX:H beschichteter Proben (ohne por-Si) quantifiziert.
Die R¨uck¨atztiefe wurde dabei aus dem ECV-Profil des nicht zur¨uckge¨atzten Emitters und den gemessenen Schichtwiderst¨anden ermittelt. Aus den Reflexionsdaten wurde unter Ver-wendung des ASTM G173-03 Spektrums [97] und der IQE einer Solarzelle mit selekti-vem Emitter die gewichtete Reflexion und der sich daraus ergebende Kurzschlussstrom jSC berechnet, beide sind in Abb. 3.8 dargestellt. Der Stromverlust bei einer R¨uck¨ atztie-fe <100 nm l¨asst sich so auf <0,1 mA/cm2 absch¨atzen. Bei einer Ausgangsdiffusion von 32 Ω/ entspricht diese Tiefe bereits einem Zielschichtwiderstand von ca. 130 Ω/. Sie kann damit als Obergrenze f¨ur einen auf einer solchen Diffusion basierenden Zellprozess betrachtet werden. F¨ur R¨uck¨atztiefen > 80 nm ist eine deutlich h¨ohere Steigung des jSC -Verlaufs zu erkennen. Eine Verwendung niedrigerer Ausgangsschichtwiderst¨ande als ca.
30 Ω/ scheint deshalb nicht sinnvoll, da damit in einem Zellprozess auch eine st¨arkere R¨uck¨atzung verbunden w¨are.
0 2 0 4 0 6 0 8 0 1 0 0 1 2 0 1 4 0 1 6 02 , 5 3 , 0 3 , 5 4 , 0 4 , 5 5 , 0
gewichtete Reflexion [%]
∆j SC [mA/cm²]
x [ n m ]
R e f l e x i o n
- 0 , 2 0 - 0 , 1 5 - 0 , 1 0 - 0 , 0 5 0 , 0 0 0 , 0 5
jS C V e r l u s t
Abb. 3.8: Gewichtete Reflexion ohne Metallisierung und berechneter jSC-Verlust in Abh¨ angig-keit der aus gemessenem Schichtwiderstand und ECV-Profil berechneten R¨uck¨atztiefe (Fehlerbalken aus Vierpunktmessung).
mc-Si: ¨Atzverhalten an Korngrenzen
Die in multikristallinem Silizium in hoher Dichte vorhandenen Versetzungen und Korn-grenzen stellen Fehler in der Kristallstruktur dar und k¨onnen damit potentiell zu einer erh¨ohten ¨Atzrate f¨uhren. Da die ¨ublicherweise zur chemischen Textur von mc-Si Wafern eingesetzte saure ¨Atzl¨osung ein solches Verhalten aufweist, wurde das ¨Atzverhalten der R¨uck¨atzl¨osung auf chemisch polierten mc-Si Proben untersucht. Die Proben wurden einer 30 Ω/-Diffusion ausgesetzt und anschließend zur¨uckge¨atzt. Nach Entfernung des por-Si kann auf REM-Aufnahmen an manchen Korngrenzen eine erh¨ohte ¨Atzrate beobachten werden, andere weisen hingegen einen homogenen Abtrag auf (siehe Abb. 3.9 links). Auf einigen Aufnahmen ist zudem ein kraterartiges An¨atzen von Versetzungslinien entlang von Korngrenzen (Abb. 3.9 rechts), aber auch auf monokristallinem Silizium (Abb. 3.7 rechts) zu beobachten.
Der Querschnitt einer stark ange¨atzten Korngrenze wurde durch einen Ionenstrahl (FIB) freigelegt, und ist in Abb. 3.10 links dargestellt. Die Tiefe des Grabens ist etwas tiefer als der fl¨achige Abtrag, zudem ist eine einseitige Abschr¨agung der Wand zu erkennen. Dies l¨asst den Schluss zu, dass nur bei bestimmten Kristallorientierungen an der Korngrenzfl¨ a-che eine erh¨ohte ¨Atzrate auftritt. Die An¨atzung tritt deutlich schw¨acher ausgepr¨agt auch
3 Das Phosphor-Dotierprofil
Abb. 3.9: links: 150–200 nm zur¨uckge¨atzte Probe mit ange¨atzter Korngrenze nach Entfernung des por-Si, KOH-R¨uckst¨ande in weiß sichtbar. Eine nicht ange¨atzte Korngrenze (ent-lang der Versetzungskrater) ist ebenfalls zu erkennen,
rechts: ¨Atzkrater durch Versetzungen nach starkem R¨uck¨atzen (150–200 nm) und Entfernung des por-Si, Kante gebrochen.
Abb. 3.10: links: durch FIB freigelegter Querschnitt einer ange¨atzten Korngrenze nach 150–
200 nm R¨uck¨atzung (aus [96]),
rechts: FIB-Schnitt quer zu einer ange¨atzten Korngrenze nach schwachem Zur¨
uck-¨atzen (ca. 60 nm).
bei schwachem Zur¨uck¨atzen auf (siehe Abb. 3.10 rechts).
Die ¨Atzgr¨aben entlang der Korngrenzen konnten nur auf zur¨uckge¨atzten Proben beobachtet werden. Aufnahmen derselben Korngrenze vor und nach dem R¨uck¨atzen zeigten ebenfalls, dass die ¨Atzgr¨aben erst nach der R¨uck¨atzung und nicht bereits durch die chemische Politur entstanden sind.
Eine R¨uck¨atzung bis in den p/n- ¨Ubergang der Solarzelle l¨asst eine deutliche Beeintr¨ achti-gung der Emitterqualit¨at erwarten, da senkrechte Fl¨achen bei einer senkrecht zur Wafero-berfl¨ache gerichteten SiNX:H-Abscheidung nicht oder nur sehr d¨unn beschichtet werden.
Eine hohe Rekombinationrate in der Raumladungszone erh¨oht die S¨attigungsstromdichte der zweiten Diodej02 und f¨uhrt damit zu Verlusten injSC undVOC, wie sie in dieser Arbeit bei Solarzellen aus mc-Si mit einer hohen Defektdichte auch zu beobachten waren (sie-he Abschnitt 4.5). Daraus l¨asst sich schließen, dass die R¨uck¨atztiefe auf mc-Si Solarzellen m¨oglichst gering gehalten werden sollte.