DE112010004501T5 - Kontakt ohne Gitterleitungen für eine Photovoltaikzelle - Google Patents

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Abstract

Durch eine Anordnung von leitenden Durchkontaktierungen durch ein Substrat und optional durch eine Anordnung von leitenden Blöcken, die sich auf der Vorderseite einer Photovoltaikzelle befindet, wird ein elektrischer Kontakt mit der Vorderseite der Photovoltaikzelle bereitgestellt. Eine dielektrische Auskleidung stellt eine elektrische Trennung jeder leitenden Durchkontaktierung durch das Substrat gegenüber dem Halbleitermaterial der Photovoltaikzelle bereit. Eine dielektrische Schicht auf der Rückseite der Photovoltaikzelle ist so strukturiert, dass sie einen zusammenhängenden Bereich abdeckt, der alle leitenden Durchkontaktierungen durch das Substrat beinhaltet, während sie einen Abschnitt der Rückseite der Photovoltaikzelle freilegt. Eine Schicht eines leitenden Materials wird auf der Rückfläche der Photovoltaikzelle abgeschieden und so strukturiert, dass sie eine erste leitende Verdrahtungsstruktur, die die leitenden Durchkontaktierungen durch das Substrat elektrisch verbindet, und eine zweite leitende Verdrahtungsstruktur ausbildet, die eine elektrische Verbindung mit der Rückfläche der Photovoltaikzelle bereitstellt.

Description

  • Technisches Gebiet
  • Die vorliegende Erfindung bezieht sich im Allgemeinen auf Strukturen, die elektrische Kontakte nur von einer Rückseite einer Photovoltaikzelle mit mehreren Übergängen bereitstellen, um eine wirksame Fläche der Photovoltaikzelle zu vergrößern, und auf Verfahren zu ihrer Herstellung.
  • Hintergrundinformationen
  • Bei einer Photovoltaikzelle handelt es sich um eine Einheit, die Licht durch den photovoltaischen Effekt direkt in Elektrizität umwandelt. Baugruppen von Photovoltaikzellen werden zum Herstellen von Solarkollektoren, Solarmodulen oder photovoltaischen Anordnungen verwendet. Eine Photovoltaikzelle kann durch Bereitstellen eines großflächigen p-n-Übergangs in einem Halbleitermaterial ausgebildet werden.
  • Eine Raumladungszone wird um einen p-n-Übergang in einer Photovoltaikzelle ausgebildet. Photonen, die auf die Raumladungszone auftreffen, erzeugen zumindest ein Elektron-Loch-Paar, wenn sie durch das Halbleitermaterial in der Raumladungszone absorbiert werden. Die Elektronen und die Löcher diffundieren in entgegengesetzte Richtungen, wodurch sie positive Ladungen in dem Hauptabschnitt des p-dotierten Materials sammeln und negative Ladungen in dem Hauptabschnitt des n-dotierten Materials sammeln.
  • Herkömmliche Photovoltaikzellen sind so eingerichtet, dass sie einen p-dotierten Bereich auf einer Seite der Zelle und einen n-dotierten Bereich auf der gegenüberliegenden Seite der Zelle bereitstellen. Bei der Vorderseite der Zelle kann es sich zum Beispiel um den p-dotierten Bereich handeln, und bei der Rückfläche der Zelle kann es sich um den n-dotierten Bereich handeln oder umgekehrt. Erste elektrische Kontakte werden an einem Knoten der Photovoltaikzelle von der Vorderseite hergestellt, und zweite elektrische Kontakte werden an dem anderen Knoten der Photovoltaikzelle von der Rückfläche hergestellt. Da die elektrischen Kontakte auf der Vorderseite miteinander verdrahtet werden müssen, wird eine eindimensionale Anordnung von Metallleitungen auf der Vorderseite von herkömmlichen Photovoltaikzellen bereitgestellt. Solche Metallleitungen werden bei einer Photovoltaikzelle als „Gitterleitungen” bezeichnet.
  • Solche Gitterleitungen blockieren jedoch einen erheblichen Teil der Vorderseite der Photovoltaikzelle und verkleinern dadurch die wirksame Fläche der Photovoltaikzellen. Außerdem kann die Breite von Gitterleitungen auf der Vorderseite eine Schwellenbreite nicht überschreiten, um die Verkleinerung der wirksamen Fläche der Photovoltaikzelle zu begrenzen. Folglich ist der Widerstand der Gitterleitungen auf der Vorderseite der Photovoltaikzelle erheblich, und der Wirkungsgrad der Photovoltaikzelle wird durch Widerstandserhitzung der Gitterleitungen während des Betriebs verringert.
  • Daher besteht nach dem Stand der Technik ein Bedarf, das oben genannte Problem zu lösen.
  • ÜBERSICHT
  • Bei einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird eine Photovoltaikzelle bereitgestellt, bei der keine Verdrahtungsstruktur auf der Vorderseite eingesetzt wird.
  • Durch das Fehlen einer Verdrahtungsstruktur auf der Vorderseite wird die wirksame Fläche der Photovoltaikzelle vergrößert. Durch eine Anordnung von leitenden Durchkontaktierungen durch das Substrat und optional durch eine Anordnung von leitenden Blöcken, die sich auf der Vorderseite der Photovoltaikzelle befindet, wird ein elektrischer Kontakt mit der Vorderseite der Photovoltaikzelle bereitgestellt. Eine dielektrische Auskleidung stellt eine elektrische Trennung jeder leitenden Durchkontaktierung durch das Substrat gegenüber dem Halbleitermaterial der Photovoltaikzelle bereit. Eine dielektrische Schicht auf der Rückseite der Photovoltaikzelle ist so strukturiert, dass sie einen zusammenhängenden Bereich abdeckt, der alle leitenden Durchkontaktierungen durch das Substrat beinhaltet, während sie einen Abschnitt der Rückseite der Photovoltaikzelle freilegt. Eine Schicht eines leitenden Materials wird auf der Rückfläche der Photovoltaikzelle abgeschieden und so strukturiert, dass sie eine erste leitende Verdrahtungsstruktur, die die leitenden Durchkontaktierungen durch das Substrat elektrisch verbindet, und eine zweite leitende Verdrahtungsstruktur ausbildet, die eine elektrische Verbindung mit der Rückfläche der Photovoltaikzelle bereitstellt.
  • Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine Photovoltaikzellenstruktur bereitgestellt. Die Photovoltaikzellenstruktur umfasst ein Substrat, zumindest eine seitlich isolierte, durch das Substrat führende Kontaktstruktur, eine erste zusammenhängende Metallverdrahtungsstruktur und eine zweite zusammenhängende Metallverdrahtungsstruktur. Das Substrat umfasst ein Photovoltaikmaterial, das durch Bestrahlung mit elektromagnetischer Strahlung ein elektrisches Potenzial ungleich null über einer Vorderfläche und einer Rückfläche des Substrats erzeugt. Die zumindest eine seitlich isolierte, durch das Substrat führende Kontaktstruktur ist in das Substrat integriert. Jede der zumindest einen seitlich isolierten, durch das Substrat führenden Kontaktstruktur umfasst eine dielektrische Auskleidung und eine leitende Durchkontaktierung durch das Substrat, die leitend mit einem Flächenabschnitt des Substrats verbunden ist, der sich an der Vorderfläche befindet und elektrisch von der Rückfläche getrennt ist. Die erste zusammenhängende Metallverdrahtungsstruktur ist von der Rückfläche beabstandet und steht in Kontakt mit zumindest einer leitenden Durchkontaktierung durch das Substrat in der zumindest einen seitlich isolierten, durch das Substrat führenden Kontaktstruktur. Die zweite zusammenhängende Metallverdrahtungsstruktur steht mit der Rückfläche des Substrats in Kontakt. Das elektrische Potenzial ungleich null wird über der ersten und der zweiten zusammenhängenden Metallverdrahtungsstruktur bereitgestellt.
  • Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zum Ausbilden einer Photovoltaikzellenstruktur bereitgestellt. Eine dielektrische Schicht wird auf einer Rückfläche eines Substrats ausgebildet, das ein Photovoltaikmaterial umfasst, das bei Bestrahlung mit einer elektromagnetischen Strahlung ein elektrisches Potenzial ungleich null zwischen einer Vorderfläche und der Rückfläche des Substrats erzeugt. In dem Substrat ist zumindest ein durch das Substrat führender Graben ausgebildet. Zumindest eine seitlich isolierte, durch das Substrat führende Kontaktstruktur wird in dem Substrat ausgebildet, indem der zumindest eine durch das Substrat führende Graben gefüllt wird. Eine erste zusammenhängende Metallverdrahtungsstruktur wird auf der zumindest einen leitenden Durchkontaktierung durch das Substrat in der zumindest einen seitlich isolierten, durch das Substrat führenden Kontaktstruktur ausgebildet. Die erste zusammenhängende Metallverdrahtungsstruktur ist von der Rückfläche durch die dielektrische Schicht beabstandet. Eine zweite zusammenhängende Metallverdrahtungsstruktur ist direkt auf der Rückfläche des Substrats ausgebildet.
  • Kurze Beschreibung der Zeichnungen
  • Bei Figuren mit einem Zusatzkennzeichen „A” handelt es sich um Draufsichten. Bei 1 bis 3 und Figuren mit einem Zusatzkennzeichen „B” handelt es sich um vertikale Querschnittsansichten. Bei einer Ebene AB-B' in einer Figur mit einer numerischen Kennzeichnung und dem Zusatzkennzeichen „A” handelt es sich um die Ebene der vertikalen Querschnittsansichten für die Figur mit derselben numerischen Kennzeichnung und dem Zusatzkennzeichen „B”.
  • Die vorliegende Erfindung wird nun lediglich beispielhaft mit Bezug auf bevorzugte Ausführungsformen beschrieben, wie in den folgenden Figuren veranschaulicht:
  • 1 bis 3 und 4A bis 9B sind Ansichten einer ersten beispielhaften Photovoltaikzellenstruktur in verschiedenen Phasen eines Herstellungsprozesses gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
  • 10A bis 12B sind Ansichten einer zweiten beispielhaften Photovoltaikzellenstruktur in verschiedenen Phasen eines Herstellungsprozesses gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
  • 13A bis 14B sind Ansichten einer dritten beispielhaften Photovoltaikzellenstruktur in verschiedenen Phasen eines Herstellungsprozesses gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung; und
  • 15A und 15B sind Ansichten einer vierten beispielhaften Photovoltaikzellenstruktur gemäß einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
  • Genaue Beschreibung der Erfindung
  • Wie oben dargelegt, bezieht sich die vorliegende Erfindung auf Strukturen, die elektrische Kontakte nur von einer Rückseite einer Photovoltaikzelle mit mehreren Übergängen bereitstellen, um eine wirksame Fläche der Photovoltaikzelle zu vergrößern, und auf Verfahren zu ihrer Herstellung, die nun anhand der beigefügten Figuren genau beschrieben werden. In sämtlichen Zeichnungen werden dieselben Bezugszeichen oder Buchstaben verwendet, um gleiche oder gleichartige Elemente zu kennzeichnen. Die Zeichnungen sind nicht zwingend maßstabsgetreu dargestellt.
  • So, wie der Begriff hier verwendet wird, bezieht sich „Photovoltaikmaterial” auf jedes Material, das bei Bestrahlung mit einer elektromagnetischen Strahlung eine Spannungsdifferenz zwischen zwei Anschlüssen erzeugt. Die elektromagnetische Strahlung kann das sichtbare Spektrum, den ultravioletten Bereich und den Infrarotbereich umfassen.
  • So, wie der Begriff hier verwendet wird, ist ein erstes Element mit einem zweiten Element „leitend verbunden”, wenn ein Leitungsweg zwischen dem ersten und dem zweiten Element besteht, der das Durchfließen eines elektrischen Stroms ermöglicht.
  • So, wie der Begriff hier verwendet wird, bezieht sich eine „proximale Fläche” eines Elements, das sich auf einem Substrat befindet, auf die Fläche dieses Elements, die dem Substrat am nächsten gelegen ist.
  • So, wie der Begriff hier verwendet wird, bezieht sich eine „distale Fläche” eines Elements, das sich auf einem Substrat befindet, auf die Fläche dieses Elements, die von dem Substrat am weitesten entfernt ist.
  • So, wie der Begriff hier verwendet wird, ist ein erstes Element „direkt angrenzend an” ein zweites Element, wenn das erste und das zweite Element an einem Punkt, an einer eindimensionalen Kurve oder an einer zweidimensionalen Fläche physischen Kontakt haben.
  • So, wie der Begriff hier verwendet wird, handelt es sich bei einer „seitlich isolierten, durch ein Substrat führenden Kontaktstruktur” um eine Struktur, die ein leitendes Element und ein isolierendes Element beinhaltet, wobei das leitende Element ein erstes Element, das sich auf einer Seite eines Substrats befindet, und ein zweites Element, das sich auf der gegenüberliegenden Seite des Substrats befindet, leitend verbindet und das isolierende Element das leitende Element elektrisch von dem Substrat trennt.
  • Mit Bezug auf 1 umfasst eine erste beispielhafte Photovoltaikzellenstruktur gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ein Substrat 10 und eine Antireflexionsschicht 20, die sich auf der Vorderfläche 17 des Substrats 10 befindet. Das Substrat 10 umfasst ein Photovoltaikmaterial, das bei Bestrahlung mit elektromagnetischer Strahlung ein elektrisches Potenzial ungleich null zwischen der Vorderfläche 17 und der Rückfläche 19 des Substrats 10 erzeugt. Die elektromagnetische Strahlung kann sich im sichtbaren Spektrum, im ultravioletten Bereich und/oder im Infrarotbereich befinden.
  • Bei dem Photovoltaikmaterial kann es sich um ein kristallines Material oder ein amorphes Material handeln. Bei dem kristallinen Material kann es sich um monokristallines Silicium, polykristallines Silicium, Germanium, Galliumindium und/oder Galliumarsenid (GaAs) handeln. Bei dem amorphen und polykristallinen Material kann es sich um amorphes Silicium, Cadmiumtellurid (CdTe) und/oder Kupfer-Indium-Diselenid (CuInSe2 oder CIS) handeln. Das Photovoltaikmaterial kann in Form eines Blocks oder in Form einer Dünnschicht vorliegen.
  • Falls es sich bei dem Photovoltaikmaterial um ein Halbleitermaterial handelt, kann das Photovoltaikmaterial einen integrierten p-n-Übergang 15 in dem Substrat 10 aufweisen. In diesem Fall umfasst das Substrat ein p-dotiertes Halbleitermaterial und ein n-dotiertes Halbleitermaterial, die zusammen den p-n-Übergang 15 auf einer Fläche zwischen der Vorderfläche 17 und der Rückfläche 19 des Substrats 10 ausbilden. Im Allgemeinen kann jede Art von Photovoltaikmaterial in dem Substrat 10 für die Zwecke der bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung eingesetzt werden.
  • Das Substrat 10 umfasst einen „Flächenabschnitt” 39, bei dem es sich um einen Abschnitt des Substrats 10 direkt unter der Vorderfläche 17 des Substrats 10 handelt. Elektrische Ladungen eines Typs sammeln sich in dem Flächenbereich 39 des Substrats 10, wenn das Photovoltaikmaterial in dem Substrat 10 elektromagnetischer Strahlung ausgesetzt wird. Bei dem Flächenbereich 39 handelt es sich um einen Vorderflächenabschnitt des Photovoltaikmaterials, der sich an der Vorderseite des Substrats 10 befindet und von dem p-n-Übergang 15 beabstandet ist. Elektrische Ladungen des entgegengesetzten Typs sammeln sich in einem Rückflächenbereich 38 des Substrats 10, der sich direkt auf der Rückfläche 19 des Substrats 10 befindet. Wenn das Substrat 10 umgedreht wird, befindet sich der Rückflächenbereich 38 des Substrats 10 direkt unter der Rückfläche 19 des Substrats 10.
  • Die Antireflexionsschicht 20 befindet sich direkt auf der Vorderfläche 17 des Substrats 10. Bei der ersten beispielhaften Photovoltaikzellenstruktur kann es sich bei der Antireflexionsschicht 20 um ein dielektrisches Material, ein Halbleitermaterial oder ein leitendes Material handeln. Die Antireflexionsschicht 20 minimiert die Reflexion der elektromagnetischen Strahlung in dem Wellenlängenbereich, den das lichtempfindliche Material in dem Substrat 10 absorbiert. Die Dicke der Antireflexionsschicht 20 kann optimiert werden, um die Reflexion der elektromagnetischen Strahlung zu minimieren. Die Dicke der Antireflexionsschicht 20 kann zum Beispiel zwischen 5 nm und 100 nm betragen, wenngleich geringere und größere Dicken eingesetzt werden können. Das leitende Material der Antireflexionsschicht 20 weist bevorzugt einen niedrigen Absorptionskoeffizienten für elektromagnetische Strahlung in dem Wellenlängenbereich auf, den das lichtempfindliche Material in dem Substrat 10 absorbiert. Die Antireflexionsschicht 20 kann eine homogene Zusammensetzung aufweisen oder eine Vielzahl von Schichten mit unterschiedlichen Zusammensetzungen umfassen. Jedes andere Antireflexionsmaterial kann für die Antireflexionsschicht 20 der ersten bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung eingesetzt werden.
  • Mit Bezug auf 2 kann das Substrat 10 umgedreht werden, sodass die Rückfläche 19 des Substrats 10 nach oben gerichtet ist und die Antireflexionsschicht 20 nach unten gerichtet ist. Eine dielektrische Schicht 30 ist auf der Rückfläche 19 des Substrats 10 ausgebildet. Die dielektrische Schicht 30 kann zum Beispiel durch chemische Gasphasenabscheidung (CVD) eines dielektrischen Materials ausgebildet werden. Bei dem dielektrischen Material für die dielektrische Schicht 30 kann es sich um Siliciumoxid, Siliciumnitrid, ein dielektrisches Metalloxid, ein dielektrisches Metallnitrid oder eine Kombination daraus handeln. Die Dicke der dielektrischen Schicht 30, gemessen zwischen einer proximalen Fläche 31 der dielektrischen Schicht 30, die die Rückfläche des Substrats 10 berührt, und einer distalen Fläche 33 der dielektrischen Schicht 30, die freiliegt, kann zwischen 10 nm und 10.000 nm und bevorzugt zwischen 100 nm und 1.000 nm betragen, wenngleich geringere und größere Dicken eingesetzt werden können.
  • Mit Bezug auf 3 ist zumindest ein durch das Substrat führender Graben 11 in der dielektrischen Schicht 30 und dem Substrat 10 ausgebildet. Ein erster Photolack 37 kann zum Beispiel über der freiliegenden oberen Fläche der dielektrischen Schicht 30 aufgetragen und lithografisch strukturiert werden, um zumindest eine Öffnung auszubilden. Bei der zumindest einen Öffnung in dem Photolack 37 kann es sich um eine Vielzahl von Öffnungen handeln. Bei der Vielzahl von Öffnungen in dem Photolack 37 kann es sich zum Beispiel um eine eindimensionale Anordnung von Öffnungen oder um eine zweidimensionale Anordnung von Öffnungen handeln.
  • Die Struktur in der zumindest einen Öffnung in dem Photolack 37 wird in die dielektrische Schicht 30 und das Substrat 10 übertragen, um den zumindest einen durch das Substrat führenden Graben 11 auszubilden, der sich von der distalen Fläche 33 der dielektrischen Schicht 30 in eine Tiefe in dem Flächenbereich 39 des Substrats 10 erstreckt. Eine anisotrope Ätzung wie zum Beispiel eine reaktive Ionenätzung (RIE) kann verwendet werden, um das Material der dielektrischen Schicht 30 und des Substrats 10 in Bezug auf den Photolack 37 selektiv zu ätzen. Die horizontale Querschnittsfläche des zumindest einen durch das Substrat führenden Grabens 11 kann im Wesentlichen als Funktion der Tiefe in dem zumindest einen durch das Substrat führenden Graben 11 konstant sein, oder die horizontale Querschnittsfläche des zumindest einen durch das Substrat führenden Grabens 11 kann alternativ als Funktion der Tiefe aufgrund einer Abschrägung in den Seitenwänden des zumindest einen durch das Substrat führenden Grabens 11 abnehmen.
  • Die zur Ausbildung des zumindest einen durch das Substrat führenden Grabens 11 eingesetzte anisotrope Ätzung kann zeitlich so bestimmt werden, dass sie beendet wird, wenn sich zumindest eine Bodenfläche des zumindest einen durch das Substrat führenden Grabens 11 in dem Flächenbereich 39 des Substrats 10 befindet. Die anisotrope Ätzung endet, bevor die zumindest eine Bodenfläche des zumindest einen durch das Substrat führenden Grabens 11 die Antireflexionsschicht 20 erreicht. Infolgedessen legt die zumindest eine Bodenfläche des zumindest einen durch das Substrat führenden Grabens 11 eine Fläche frei, an der sich elektrische Ladungen sammeln, wenn das Photovoltaikmaterial des Substrats 10 durch elektromagnetische Strahlung angestrahlt wird. Der erste Photolack 37 wird anschließend beispielsweise durch Veraschung entfernt.
  • Mit Bezug auf 4A und 4B wird zumindest eine dielektrische Auskleidung 12 an den Seitenwänden des zumindest einen durch das Substrat führenden Grabens 11 ausgebildet. Die zumindest eine dielektrische Auskleidung 12 kann zum Beispiel durch Abscheiden einer Schicht eines dielektrischen Materials und durch anisotropes Ätzen der horizontalen Abschnitte der Schicht dielektrischen Materials ausgebildet werden. Die verbleibenden vertikalen Abschnitte der Schicht dielektrischen Materials an den Seitenwänden des zumindest einen durch das Substrat führenden Grabens 11 bilden die zumindest eine dielektrische Auskleidung 12. Der obere Abschnitt der zumindest einen dielektrischen Auskleidung 12 kann im Wesentlichen mit der distalen Fläche 33 der dielektrischen Schicht 30 koplanar sein. Folglich steht die zumindest eine dielektrische Auskleidung 12 über die Rückfläche des Substrats vor und berührt eine Seitenwand der dielektrischen Schicht 30.
  • Mit Bezug auf 5A und 5B wird der zumindest eine durch das Substrat führende Graben 11 mit einem leitenden Material gefüllt, um zumindest eine leitende Durchkontaktierung 40 durch das Substrat auszubilden. Bei dem leitenden Material kann es sich zum Beispiel um W, Al, Cu, Ag, Au, WN, TaN, TiN, ein leitendes, dotiertes Halbleitermaterial, eine leitende Halbleiter-Metalllegierung oder eine Kombination daraus handeln. Das leitende Material kann durch Galvanisieren, stromlose Abscheidung, chemische Gasphasenabscheidung (CVD), Atomlagenabscheidung (ALD), physikalische Gasphasenabscheidung (PVD) oder eine Kombination daraus abgeschieden werden. Das überschüssige Material auf der distalen Fläche 33 der dielektrischen Schicht 30 kann zum Beispiel durch chemisch-mechanisches Planarisieren, eine Vertiefungsätzung oder eine Kombination daraus entfernt werden.
  • Die zumindest eine dielektrische Auskleidung 12 und die zumindest eine leitende Durchkontaktierung 40 durch das Substrat bilden zusammen zumindest eine seitlich isolierte, durch das Substrat führende Kontaktstruktur (12, 40), die in das Substrat 10 integriert ist und einen vertikalen Leitungsweg bereitstellt, der in seitlicher Richtung elektrisch getrennt ist. Folglich ist die zumindest eine leitende Durchkontaktierung 40 durch das Substrat nur mit dem Flächenbereich 39 des Substrats 10 leitend verbunden, sie ist jedoch nicht mit einem anderen Abschnitt des Substrats 10 leitend verbunden. Die leitende Durchkontaktierung 40 durch das Substrat ist insbesondere von der Rückfläche 19 des Substrats 10 elektrisch getrennt.
  • Eine rückseitige Endfläche der zumindest einen leitenden Durchkontaktierung 40 durch das Substrat kann im Wesentlichen mit der distalen Fläche 33 der dielektrischen Schicht 30 koplanar sein. Jede der zumindest einen seitlich isolierten, durch das Substrat führenden Kontaktstruktur (12, 40) umfasst eine dielektrische Auskleidung 12 und eine leitende Durchkontaktierung 40 durch das Substrat, die leitend mit dem Flächenbereich 39 des Substrats 10 verbunden ist und elektrisch von der Rückfläche 19 des Substrats 10 getrennt ist. Ein Abschnitt der zumindest einen leitenden Durchkontaktierung 40 durch das Substrat steht über die Rückfläche 19 des Substrats 10 vor.
  • Bei der zumindest einen seitlich isolierten, durch das Substrat führenden Kontaktstruktur (12, 40) kann es sich um eine Vielzahl von seitlich isolierten, durch das Substrat führenden Kontaktstrukturen (12, 40) handeln, und es kann sich um eine eindimensionale Anordnung oder um eine zweidimensionale Anordnung von seitlich isolierten, durch das Substrat führenden Kontaktstrukturen (12, 40) handeln.
  • Mit Bezug auf 6A und 6B wird ein zweiter Photolack 47 auf die distale Fläche 33 der dielektrischen Schicht 30 aufgetragen. Der zweite Photolack 47 wird lithografisch strukturiert, sodass alle der zumindest einen leitenden Durchkontaktierung 40 durch das Substrat durch den zweiten Photolack 47 abgedeckt werden, während die distale Fläche 33 der dielektrischen Schicht 30 in Bereichen zwischen der zumindest einen leitenden Durchkontaktierung 40 durch das Substrat freiliegt. Die Position der zumindest einen leitenden Durchkontaktierung 40 durch das Substrat wird in 6A durch gepunktete Linien dargestellt. Nach der lithografischen Strukturierung kann es sich bei den Seitenwänden des zweiten Photolacks 47 um eine zusammenhängende Fläche handeln, die eine zusammenhängende Linie auf der distalen Fläche 33 der dielektrischen Schicht 30 überlagert, wobei die zusammenhängende Linie einen zusammenhängenden Bereich, der die Bereiche aller der zumindest einen leitenden Durchkontaktierung 40 durch das Substrat beinhaltet, von einem ergänzenden Bereich trennt.
  • Die Struktur in dem zweiten Photolack 47 wird in die dielektrische Schicht 30 übertragen, um eine strukturierte dielektrische Schicht 30' auszubilden, bei der es sich um einen verbleibenden Abschnitt der dielektrischen Schicht 30 nach der Übertragung der Struktur in den zweiten Photolack 47 handelt. Ein zusammenhängender Abschnitt der Rückfläche 19 des Substrats 10 ist nach der Ausbildung der strukturierten dielektrischen Schicht 30' freigelegt. Der zweite Photolack 47 wird anschließend entfernt. Die Entfernung des zweiten Photolacks 47 erfolgt bevorzugt selektiv in Bezug auf das Substrat 10 und die strukturierte dielektrische Schicht 30'.
  • Mit Bezug auf 7A und 7B wird eine Schicht 50L eines leitenden Materials auf der Rückfläche 19 des Substrats 10 und der/den freigelegten Fläche(n), d. h. der/den rückseitigen Endfläche(n) der zumindest einen leitenden Durchkontaktierung 40 durch das Substrat abgeschieden. Die Schicht 50L leitenden Materials weist ein leitendes Material wie zum Beispiel W, Al, Cu, Ag, Au, WN, TaN, TiN, ein leitendes, dotiertes Halbleitermaterial, eine leitende Halbleiter-Metalllegierung oder eine Kombination daraus auf. Bei dem leitenden Material der Schicht 50L leitenden Materials handelt es sich bevorzugt um ein metallisches Material. Die Schicht 50L leitenden Materials kann zum Beispiel durch Galvanisieren, stromlose Abscheidung, chemische Gasphasenabscheidung (CVD), Atomlagenabscheidung (ALD), physikalische Gasphasenabscheidung (PVD) oder eine Kombination daraus ausgebildet werden. Die Dicke der Schicht 50L leitenden Materials kann zwischen 100 nm und 10.000 nm und üblicherweise zwischen 300 nm und 3.000 nm betragen, wenngleich auch geringere und größere Dicken eingesetzt werden können. Die Schicht 50L leitenden Materials kann einen nichtvertieften Bereich 3 und einen vertieften Bereich 5 umfassen. Der nichtvertiefte Bereich 3 befindet sich über der strukturierten dielektrischen Schicht 30' und der zumindest einen leitenden Durchkontaktierung 40 durch das Substrat. Der vertiefte Bereich 5 befindet sich über einem Abschnitt der Rückfläche 19 des Substrats 10, der die strukturierte dielektrische Schicht 30' nicht berührt. Die Schicht 50L leitenden Materials kann im Wesentlichen vertikale Seitenwände zwischen einer freigelegten Fläche des nichtvertieften Bereichs 3 und einer freigelegten Fläche des vertieften Bereichs 5 aufweisen.
  • Mit Bezug auf 8A und 8B wird ein dritter Photolack 57 über der Schicht 50L leitenden Materials aufgetragen und lithografisch in zwei zusammenhängende Photolackabschnitte strukturiert, die voneinander getrennt sind. Ein erster zusammenhängender Bereich 57A des dritten Photolacks 57 überlagert alle der zumindest einen leitenden Durchkontaktierung 40 durch das Substrat. Nach der lithografischen Strukturierung ist die durch den ersten zusammenhängenden Bereich 57A des dritten Photolacks 57 abgedeckte Fläche bevorzugt kleiner als die durch den zweiten Photolack 47 abgedeckte Fläche (siehe 6A). Der zweite zusammenhängende Bereich 57B des dritten Photolacks 57 überlagert den gesamten vertieften Bereich 5 (siehe 7A und 7B) der Schicht 50L leitenden Materials.
  • Bei einer Ausführungsform überlagern die Seitenwände des zweiten zusammenhängenden Bereichs 57B des dritten Photolacks 57 die strukturierte dielektrische Schicht 30'.
  • Mit Bezug auf 9A und 9B wird die Struktur in dem dritten Photolack 57 beispielsweise durch eine anisotrope Ätzung in die Schicht 50L leitenden Materials übertragen. Ein erster verbleibender Abschnitt der Schicht 50L leitenden Materials wird unter dem ersten zusammenhängenden Abschnitt 57A des dritten Photolacks 57 ausgebildet, und ein zweiter verbleibender Abschnitt der Schicht 50L leitenden Materials wird unter dem zweiten zusammenhängenden Bereich 57B des dritten Photolacks 57 ausgebildet. Der erste verbleibende Abschnitt der Schicht 50L leitenden Materials wird aus dem Abschnitt der Schicht 50L leitenden Materials in dem nichtvertieften Bereich 3 (siehe 7A und 7B) abgeleitet. Der zweite verbleibende Abschnitt der Schicht 50L leitenden Materials umfasst den Abschnitt der Schicht 50L leitenden Materials in dem vertieften Bereich 5 (siehe 7A und 7B).
  • Der erste verbleibende Abschnitt der Schicht 50L leitenden Materials bildet eine zusammenhängende Metallverdrahtungsstruktur 50A, und der zweite verbleibende Abschnitt der Schicht 50L leitenden Materials bildet eine zweite zusammenhängende Metallverdrahtungsstruktur 50B. Die erste zusammenhängende Metallverdrahtungsstruktur 50A und die zweite zusammenhängende Metallverdrahtungsstruktur 50B sind seitlich durch einen zusammenhängenden Raum voneinander getrennt.
  • Die erste zusammenhängende Metallverdrahtungsstruktur 50A ist auf zumindest einer leitenden Durchkontaktierung 40 durch das Substrat in der zumindest einen seitlich isolierten, durch das Substrat führenden Kontaktstruktur (12, 40) ausgebildet. Die erste zusammenhängende Metallverdrahtungsstruktur 50A ist vertikal von der Rückfläche 19 des Substrats 10 durch die strukturierte dielektrische Schicht 30' beabstandet. Die zweite zusammenhängende Metallverdrahtungsstruktur 50B ist direkt auf der Rückfläche 19 des Substrats 10 ausgebildet. Der dritte Photolack 57 wird anschließend beispielsweise durch Veraschung entfernt.
  • Die strukturierte dielektrische Schicht 30' kann eine distale Fläche 33 aufweisen, die im Wesentlichen mit einer Endfläche der zumindest einen leitenden Durchkontaktierung 40 durch das Substrat koplanar ist. Die strukturierte dielektrische Schicht 30' kann eine proximale Fläche 31 aufweisen, die einen Abschnitt der Rückfläche 19 des Substrats 10 berührt. Des Weiteren kann die strukturierte dielektrische Fläche 30' eine vertikale Fläche 35 aufweisen, die äußere Seitenwände der zumindest einen dielektrischen Auskleidung 12 berührt.
  • Eine proximale Fläche 51 der ersten zusammenhängenden Metallverdrahtungsstruktur 50A berührt die distale Fläche 33 der strukturierten dielektrischen Schicht 30'. Die Gesamtheit einer proximalen Fläche 51 der ersten zusammenhängenden Metallverdrahtungsstruktur 50A kann mit der distalen Fläche 33 der strukturierten dielektrischen Schicht 30' koplanar sein. Alle vertikalen Seitenwände 56 der ersten zusammenhängenden Metallverdrahtungsstruktur 50A können direkt an die distale Fläche 33 der strukturierten dielektrischen Schicht 30' angrenzen. Einige vertikale Seitenwände 58 der zweiten zusammenhängenden Metallverdrahtungsstruktur 50B können direkt an die distale Fläche 33 der strukturierten dielektrischen Schicht 30' angrenzen. Die distale Fläche 59 der zweiten zusammenhängenden Metallverdrahtungsstruktur 50B kann mit einer distalen Fläche 53 der ersten zusammenhängenden Metallverdrahtungsstruktur 50A koplanar sein.
  • Die erste zusammenhängende Metallverdrahtungsstruktur 50A dient als ein Knoten der ersten beispielhaften Photovoltaikzelle, und die zweite zusammenhängende Metallverdrahtungsstruktur 50B dient als der andere Knoten der ersten beispielhaften Photovoltaikzelle. Die erste zusammenhängende Metallverdrahtungsstruktur 50A stellt durch die zumindest eine leitende Durchkontaktierung 40 durch das Substrat einen elektrischen Kontakt mit dem Flächenbereich 39 her. Die zweite zusammenhängende Metallverdrahtungsstruktur 50B stellt einen physischen und elektrischen Kontakt mit der Rückfläche 19 des Substrats 10 her und stellt dadurch einen elektrischen Kontakt mit einem Rückflächenbereich 38 des Substrats 10 her. Elektrische Ladungen eines Typs sammeln sich bei Bestrahlung des Substrats 10 mit elektromagnetischer Strahlung in dem Flächenbereich 39 des Substrats. Gleichzeitig sammeln sich elektrische Ladungen des entgegengesetzten Typs in dem Rückflächenbereich 38 des Substrats 10. Auf diese Weise wird bei Bestrahlung des Substrats 10 mit elektromagnetischer Strahlung ein elektrisches Potenzial ungleich null über der ersten und der zweiten zusammenhängenden Metallverdrahtungsstruktur (50A, 50B) bereitgestellt.
  • An der Vorderseite der ersten beispielhaften Photovoltaikzellenstruktur muss keine leitende Verdrahtungsstruktur vorhanden sein, da alle leitenden Verdrahtungsstrukturen (50A, 50B) auf der Rückseite des Substrats 10 bereitgestellt werden. Die Gesamtheit der Vorderfläche der ersten beispielhaften Photovoltaikzellenstruktur kann durch eine Antireflexionsschicht 20 abgedeckt sein, die zusammenhängend ist und kein Loch enthält. Auf diese Weise stellt die erste beispielhafte Photovoltaikzellenstruktur eine verbesserte Flächennutzung gegenüber Photovoltaikzellenstrukturen nach dem Stand der Technik bereit, für die ein Satz leitender Verdrahtungsstrukturen auf der Vorderseite erforderlich ist. Die verbesserte Flächennutzung bei der ersten beispielhaften Photovoltaikzellenstruktur erhöht den Wirkungsgrad und/oder die Kompaktheit gegenüber Strukturen nach dem Stand der Technik.
  • Der Verlust an wirksamer Fläche für die Photoerzeugung von elektrischen Ladungen bei der ersten beispielhaften Photovoltaikzellenstruktur ist auf die Fläche zurückzuführen, die von der zumindest einen seitlich isolierten, durch das Substrat führenden Kontaktstruktur (12, 40) eingenommen wird, die weniger als 2% der Fläche des Substrats 10 betragen kann. Dies steht im Gegensatz zu einem Flächenverlust von mehr als 10 aufgrund des Vorhandenseins von Metallleitungen auf der Vorderseite von Photovoltaikzellenstrukturen nach dem Stand der Technik. Folglich stellt die erste beispielhafte Photovoltaikzellenstruktur einen höheren Wirkungsgrad durch die Nutzung eines größeren Teils der durch das Substrat bereitgestellten Fläche 10 für die Photoerzeugung von Elektrizität bereit. Des Weiteren stellt die zumindest eine leitende Durchkontaktierung 40 durch das Substrat einen leistungsfähigen und kurzen Leitungsweg zu der Rückseite des Substrats 10 bereit, und die erste zusammenhängende Metallverdrahtungsstruktur 50A kann einen erheblichen Teil, z. B. 40% oder mehr, der Fläche des Substrats 10 zum Ausbilden eines Leitungsweges nutzen, wodurch der spezifische Widerstand der ersten zusammenhängenden Metallverdrahtungsstruktur 50A verringert wird.
  • Mit Bezug auf 10A und 10B wird eine zweite beispielhafte Photovoltaikzellenstruktur gemäß einer zweiten bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung aus der ersten beispielhaften Photovoltaikzellenstruktur von 3 durch Verwenden eines leitenden Materials für die Antireflexionsschicht 20 und Ausdehnen der anisotropen Ätzung während der Ausbildung des zumindest einen durch das Substrat führenden Grabens 11 abgeleitet.
  • Die anisotrope Ätzung, die zum Ausbilden des zumindest einen durch das Substrat führenden Grabens 11 angewendet wird, wird ausgedehnt, um durch alle Flächenbereiche 39 in dem Substrat 10 zu ätzen. Die anisotrope Ätzung kann ein Endpunktschema anwenden, damit sie an der proximalen Fläche 21 der Antireflexionsschicht 20 endet. Alternativ oder zusätzlich kann die Ätzchemikalie für die anisotrope Ätzung so ausgewählt werden, dass sie in Bezug auf das Material der Antireflexionsschicht 20 selektiv ist, d. h. dass sie nur das lichtempfindliche Material des Substrats 10 ätzt und nicht das Material der Antireflexionsschicht 20 ätzt. Bei einer Variante der zweiten Ausführungsform kann die Antireflexionsschicht 20 teilweise geätzt werden, sodass sich eine Bodenfläche des zumindest einen durch das Substrat führenden Grabens 11 in einem Abschnitt der Antireflexionsfläche 20 befindet.
  • Zumindest eine dielektrische Auskleidung 12 wird wie bei der ersten Ausführungsform an den Seitenwänden des zumindest einen durch das Substrat führenden Grabens 11 ausgebildet. Die zumindest eine dielektrische Auskleidung 12 kann dieselbe Zusammensetzung aufweisen und kann mit denselben Verfahren ausgebildet werden wie bei der ersten Ausführungsform. Die zumindest eine dielektrische Auskleidung 12 der zweiten Ausführungsform berührt die Antireflexionsschicht 20. Folglich erstreckt sich die zumindest eine dielektrische Auskleidung 12 der zweiten Ausführungsform von der distalen Fläche 33 der dielektrischen Schicht 30 durch die dielektrische Schicht 30 und das Substrat 10 und bis zu der Antireflexionsschicht 20.
  • Mit Bezug auf 11A und 11B wird der zumindest eine durch das Substrat führende Graben 11 mit einem leitenden Material gefüllt, um wie bei der ersten Ausführungsform zumindest eine leitende Durchkontaktierung 40 durch das Substrat auszubilden. Das leitende Material kann dieselbe Zusammensetzung aufweisen und kann mit denselben Verfahren ausgebildet werden wie bei der ersten Ausführungsform. Die zumindest eine dielektrische Auskleidung 12 und die zumindest eine leitende Durchkontaktierung 40 durch das Substrat bilden zusammen zumindest eine seitlich isolierte, durch das Substrat führende Kontaktstruktur (12, 40), die in das Substrat 10 integriert ist und einen vertikalen Leitungsweg bereitstellt, der in seitlicher Richtung elektrisch getrennt ist. Die zumindest eine leitende Durchkontaktierung 40 durch das Substrat ist mit dem Flächenbereich 39 des Substrats 10 durch die Antireflexionsschicht 20 leitend verbunden, sie ist jedoch nicht mit einem anderen Abschnitt des Substrats 10 leitend verbunden. Die leitende Durchkontaktierung 40 durch das Substrat ist insbesondere von der Rückfläche 19 des Substrats 10 elektrisch getrennt.
  • Die Verarbeitungsschritte von 6A bis 9B werden auf dieselbe Weise ausgeführt wie bei der ersten Ausführungsform, um die in 12A und 12B dargestellte zweite beispielhafte Photovoltaikzellenstruktur bereitzustellen. Wie bei der ersten Ausführungsform dient die erste zusammenhängende Metallverdrahtungsstruktur 50A als ein Knoten der ersten beispielhaften Photovoltaikzelle, und die zweite zusammenhängende Metallverdrahtungsstruktur 50B dient als der andere Knoten der ersten beispielhaften Photovoltaikzelle. Die erste zusammenhängende Metallverdrahtungsstruktur 50A stellt durch die zumindest eine leitende Durchkontaktierung 40 durch das Substrat und die Antireflexionsschicht 20, die ein leitendes Material umfassen, einen elektrischen Kontakt mit dem Flächenbereich 39 her.
  • Mit Bezug auf 13A und 13B kann durch Vertiefen zumindest eines Abschnitts des Substrats 10 von der Vorderseite eine dritte beispielhafte Photovoltaikzellenstruktur gemäß einer dritten bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung aus der ersten beispielhaften Photovoltaikzellenstruktur von 9A und 9B oder aus der zweiten beispielhaften Photovoltaikzellenstruktur von 12A und 12B abgeleitet werden. Im Besonderen kann ein vierter Photolack 67 auf einer distalen Fläche 23 der Antireflexionsschicht 20 aufgetragen und lithografisch strukturiert werden, um zumindest eine Öffnung darin auszubilden. Die zumindest eine Öffnung in dem vierten Photolack 67 wird an der zumindest einen Durchkontaktierung 40 durch das Substrat, die sich in dem Substrat 10 befindet, ausgerichtet. Die Struktur in der zumindest einen Öffnung in dem vierten Photolack 67 wird durch eine Ätzung durch die Antireflexionsschicht 20 und in den Flächenbereich 39 des Substrats 10 übertragen. Bei der Ätzung kann es sich um eine anisotrope Ätzung handeln, die den vierten Photolack 67 als Ätzmaske verwendet.
  • Die Ätzung bildet zumindest einen vertieften Bereich 61 auf der Vorderseite des Substrats 10 aus, d. h. auf der Seite des Substrats 10, die den Flächenbereich 39 umfasst. Die Vorderseite befindet sich auf der gegenüberliegenden Seite der ersten und der zweiten zusammenhängenden Metallverdrahtungsstruktur (50A, 50B). Eine Endfläche der zumindest einen leitenden Durchkontaktierung 40 durch das Substrat ist in jedem des zumindest einen vertieften Bereichs 61 freigelegt. Die Tiefe des zumindest einen vertieften Bereichs 61 wird bevorzugt so gesteuert, dass sich die Bodenfläche jedes vertieften Bereichs 61 in dem Flächenbereich 39 des Substrats 10 befindet. Der vierte Photolack 67 wird anschließend in Bezug auf die zumindest eine leitende Durchkontaktierung 40 durch das Substrat selektiv entfernt.
  • Bei der dritten Ausführungsform kann es sich bei der Antireflexionsschicht 20 um ein dielektrisches Material, ein Halbleitermaterial oder ein leitendes Material handeln. Wenn es sich bei der zumindest einen Durchkontaktierung 40 durch das Substrat um eine eindimensionale Anordnung oder um eine zweidimensionale Anordnung einer Vielzahl von leitenden Durchkontaktierungen 40 durch das Substrat handelt, kann der zumindest eine vertiefte Bereich 61 eine eindimensionale Anordnung oder eine zweidimensionale Anordnung einer Vielzahl von vertieften Bereichen 61 sein.
  • Wie bei der ersten Ausführungsform muss die Vorderseite der ersten beispielhaften Photovoltaikzellenstruktur keine leitende Verdrahtungsstruktur aufweisen, da alle leitenden Verdrahtungsstrukturen (50A, 50B) auf der Rückseite des Substrats 10 bereitgestellt werden. Folglich ist bei der zweiten beispielhaften Photovoltaikzellenstruktur der Wirkungsgrad und/oder die Kompaktheit gegenüber Strukturen nach dem Stand der Technik erhöht.
  • Mit Bezug auf 14A und 14B kann zumindest ein leitender Stecker 60 durch Abscheiden eines leitenden Materials in dem zumindest einen vertieften Bereich 61 und Planarisieren des leitenden Materials ausgebildet werden. Die Planarisierung kann zum Beispiel durch chemisch-mechanisches Polieren, eine Vertiefungsätzung oder eine Kombination daraus bewirkt werden. Eine obere Fläche des zumindest einen leitenden Steckers 60 kann mit der distalen Fläche 23 der Antireflexionsschicht 20 koplanar sein. Der zumindest eine leitende Stecker 60 berührt die zumindest eine leitende Durchkontaktierung 40 durch das Substrat und den Flächenabschnitt 10 des Substrats 10, das das Photovoltaikmaterial umfasst. Der zumindest eine leitende Stecker 60 berührt seitlich die Seitenwände der Antireflexionsschicht 20.
  • Wenn es sich bei der zumindest einen Durchkontaktierung 40 durch das Substrat um eine eindimensionale Anordnung oder um eine zweidimensionale Anordnung einer Vielzahl von leitenden Durchkontaktierungen 40 durch das Substrat handelt, kann der zumindest eine leitende Stecker 60 eine eindimensionale Anordnung oder eine zweidimensionale Anordnung einer Vielzahl von leitenden Steckern 60 sein. Keiner der Vielzahl von leitenden Steckern 60 berührt einen anderen der Vielzahl von leitenden Steckern 60.
  • Die seitlichen Abmessungen des zumindest einen leitenden Steckers 60 können größer, gleich oder kleiner als die seitlichen Abmessungen der zumindest einen leitenden Durchkontaktierung 40 durch das Substrat sein. Folglich kann die von dem zumindest einen leitenden Stecker abgedeckte Fläche größer, gleich oder kleiner als eine horizontale Querschnittsfläche der zumindest einen leitenden Durchkontaktierung 40 durch das Substrat sein. Die Seitenwände des zumindest einen leitenden Steckers 60 berühren Seitenwände des Flächenbereichs 39 des Substrats 10. Eine Bodenfläche des zumindest einen leitenden Steckers 60 berührt die Endfläche einer darunter liegenden leitenden Durchkontaktierung 40 durch das Substrat und kann abhängig von der seitlichen Ausdehnung des zumindest einen leitenden Steckers 60 eine horizontale Fläche des Flächenbereichs 39 berühren.
  • Die Vorderseite der dritten beispielhaften Photovoltaikstruktur ist mit dem zumindest einen leitenden Stecker 60 besetzt. Keiner des zumindest einen leitenden Steckers 16 ist mit einem anderen des zumindest einen leitenden Steckers 60 auf der Vorderseite verbunden. Infolgedessen ist keine Leiterbahn an der Vorderseite der dritten beispielhaften Photovoltaikstruktur vorhanden. Die durch den zumindest einen leitenden Stecker 60 abgedeckte Fläche kann bis auf ein niedrigeres Niveau, als Strukturen nach dem Stand der Technik dies ermöglichen, minimiert werden. Beispielsweise decken Metallleitungen auf der Vorderfläche von Photovoltaikzellen nach dem Stand der Technik mehr als 10% der Fläche eines Substrats ab. Demgegenüber kann der zumindest eine leitende Stecker 60 in der dritten bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung eingesetzt werden, um weniger als 2% der Fläche des Substrats 10 ohne Leistungsverluste abzudecken, da der zumindest eine leitende Stecker 60 und die zumindest eine leitende Durchkontaktierung 40 durch das Substrat einen leistungsfähigen und kurzen Leitungsweg zu der Rückseite des Substrats 10 bereitstellen, und die erste zusammenhängende Metallverdrahtungsstruktur 50A kann einen wesentlichen Teil, z. B. 40% oder mehr, der Fläche des Substrats zum Ausbilden eines Leitungsweges nutzen.
  • Mit Bezug auf 15A und 15B kann eine vierte beispielhafte Photovoltaikzellenstruktur gemäß einer vierten bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung aus der zweiten beispielhaften Photovoltaikzellenstruktur von 12A und 12B durch Vertiefen zumindest eines Abschnitts der Antireflexionsschicht 20 abgeleitet werden. Bei der vierten Ausführungsform kann es sich bei der Antireflexionsschicht 20 um ein dielektrisches Material, ein Halbleitermaterial oder ein leitendes Material handeln.
  • Beispielsweise kann ein vierter (nicht dargestellter) Photolack auf eine distale Fläche 23 der Antireflexionsschicht 20 aufgetragen und lithografisch strukturiert werden, um zumindest eine Öffnung darin auszubilden.
  • Die zumindest eine Öffnung in dem vierten Photolack wird bevorzugt an der zumindest einen Durchkontaktierung 40 durch das Substrat, die sich in dem Substrat 10 befindet, ausgerichtet. Die Struktur in der zumindest einen Öffnung in dem vierten Photolack wird durch die Antireflexionsschicht 20 übertragen. Die Struktur in dem vierten Photolack wird nicht in das Substrat 10 übertragen.
  • Eine Schicht leitenden Materials wird abgeschieden und lithografisch strukturiert, um zumindest einen leitenden Stecker 60 auszubilden. Der zumindest eine leitende Stecker 60 berührt eine oder mehrere Endflächen der zumindest einen leitenden Durchkontaktierung 40 durch das Substrat und die Vorderfläche 17 des Substrats 10, das das Photovoltaikmaterial umfasst. Der zumindest eine leitende Stecker 60 berührt seitlich die Seitenwände der Antireflexionsschicht 20.
  • Wenn es sich bei der zumindest einen Durchkontaktierung 40 durch das Substrat um eine eindimensionale Anordnung oder um eine zweidimensionale Anordnung einer Vielzahl von leitenden Durchkontaktierungen 40 durch das Substrat handelt, kann der zumindest eine leitende Stecker 60 eine eindimensionale Anordnung oder eine zweidimensionale Anordnung einer Vielzahl von leitenden Steckern 60 sein. Keiner der Vielzahl von leitenden Steckern 60 berührt einen anderen der Vielzahl von leitenden Steckern 60.
  • Die vorliegende Erfindung ist zwar insbesondere in Bezug auf bevorzugte Ausführungsformen derselben dargestellt und beschrieben worden, für Fachleute versteht es sich jedoch, dass die obigen und andere Änderungen in Formen und Einzelheiten vorgenommen werden können, ohne vom Umfang der vorliegenden Erfindung abzuweichen. Die vorliegende Erfindung soll daher nicht auf die genauen beschriebenen und veranschaulichten Formen und Einzelheiten beschränkt werden, sondern soll in den Umfang der beigefügten Ansprüche fallen.
  • Um Missverständnisse auszuschließen, soll der Begriff „umfasst” so, wie er hier in der gesamten Beschreibung und den gesamten Ansprüchen verwendet wird, nicht so ausgelegt werden, dass er „besteht nur aus” bedeutet.

Claims (25)

  1. Photovoltaikzellenstruktur, die Folgendes umfasst: ein Substrat, das ein Photovoltaikmaterial umfasst, das durch Bestrahlung mit elektromagnetischer Strahlung ein elektrisches Potenzial ungleich null über einer Vorderfläche und einer Rückfläche des Substrats erzeugt; zumindest eine seitlich isolierte, durch das Substrat führende Kontaktstruktur, die in das Substrat integriert ist; eine erste zusammenhängende Metallverdrahtungsstruktur, die von der Rückfläche beabstandet ist und in Kontakt mit zumindest einer leitenden Durchkontaktierung durch das Substrat in der zumindest einen seitlich isolierten, durch das Substrat führenden Kontaktstruktur steht; und eine zweite zusammenhängende Metallverdrahtungsstruktur, die mit der Rückfläche des Substrats in Kontakt steht, wobei das elektrische Potenzial ungleich null über der ersten und der zweiten zusammenhängenden Metallverdrahtungsstruktur bereitgestellt wird.
  2. Photovoltaikzellenstruktur nach Anspruch 1, wobei jede der zumindest einen seitlich isolierten, durch das Substrat führenden Kontaktstruktur eine dielektrische Auskleidung und eine leitende Durchkontaktierung durch das Substrat umfasst, die leitend mit einem Flächenabschnitt des Substrats verbunden ist und elektrisch von der Rückfläche getrennt ist, und wobei sich der Flächenabschnitt auf der Vorderfläche befindet.
  3. Photovoltaikzellenstruktur nach Anspruch 2, wobei zumindest eine dielektrische Auskleidung und zumindest eine Durchkontaktierung durch das Substrat, die sich in der zumindest einen seitlich isolierten, durch das Substrat führenden Kontaktstruktur befinden, über die Rückfläche des Substrats vorstehen.
  4. Photovoltaikzellenstruktur nach Anspruch 3, die des Weiteren eine strukturierte dielektrische Schicht umfasst, die eine proximale Fläche, die einen Abschnitt der Rückfläche berührt, und eine vertikale Fläche aufweist, die äußere Seitenwände der zumindest einen dielektrischen Auskleidung berührt.
  5. Photovoltaikzellenstruktur nach Anspruch 4, wobei die strukturierte dielektrische Schicht eine distale Fläche aufweist, die im Wesentlichen mit einer Fläche der zumindest einen Durchkontaktierung durch das Substrat koplanar ist.
  6. Photovoltaikzellenstruktur nach Anspruch 5, wobei eine proximale Fläche der ersten zusammenhängenden Metallverdrahtungsstruktur mit der distalen Fläche der strukturierten dielektrischen Schicht in Kontakt steht und vertikale Seitenwände der ersten und der zweiten zusammenhängenden Metallverdrahtungsstruktur direkt an die distale Fläche der strukturierten dielektrischen Schicht angrenzen.
  7. Photovoltaikzellenstruktur nach Anspruch 4 oder 5, wobei eine Gesamtheit einer proximalen Fläche der ersten zusammenhängenden Metallverdrahtungsstruktur mit einer distalen Fläche der strukturierten dielektrischen Schicht koplanar ist und eine distale Fläche der zweiten zusammenhängenden Metallverdrahtungsstruktur mit einer distalen Fläche der ersten zusammenhängenden Metallverdrahtungsstruktur koplanar ist.
  8. Photovoltaikzellenstruktur nach einem der Ansprüche 2 bis 7, wobei sich eine Endfläche der leitenden Durchkontaktierung durch das Substrat in dem Substrat befindet und von der Vorderfläche beabstandet ist.
  9. Photovoltaikzellenstruktur nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei es sich bei der zumindest einen seitlich isolierten, durch das Substrat führenden Kontaktstruktur um eine Vielzahl von seitlich isolierten, durch das Substrat führenden Kontaktstrukturen handelt.
  10. Photovoltaikzellenstruktur nach Anspruch 9, wobei es sich bei der Vielzahl von seitlich isolierten, durch das Substrat führenden Kontaktstrukturen um eine eindimensionale Anordnung von seitlich isolierten, durch das Substrat führenden Kontaktstrukturen oder um eine zweidimensionale Anordnung von seitlich isolierten, durch das Substrat führenden Kontaktstrukturen handelt.
  11. Photovoltaikzellenstruktur nach einem der vorangehenden Ansprüche, die des Weiteren eine Antireflexionsschicht umfasst, die sich direkt auf der Vorderfläche befindet.
  12. Photovoltaikzellenstruktur nach Anspruch 11, wobei es sich bei der Antireflexionsschicht um ein leitendes Material handelt und die leitende Durchkontaktierung durch das Substrat mit der Antireflexionsschicht in Kontakt steht.
  13. Photovoltaikzellenstruktur nach Anspruch 11 oder 12, wobei die Photovoltaikzellenstruktur des Weiteren zumindest einen leitenden Stecker umfasst, der eine Fläche zumindest einer leitenden Durchkontaktierung durch das Substrat in der zumindest einen seitlich isolierten, durch das Substrat führenden Kontaktstruktur berührt und den Flächenabschnitt des Substrats berührt.
  14. Photovoltaikzellenstruktur nach Anspruch 13, wobei es sich bei dem zumindest einen leitenden Stecker um eine eindimensionale Anordnung einer Vielzahl von leitenden Steckern oder um eine zweidimensionale Anordnung einer Vielzahl von leitenden Steckern handelt.
  15. Photovoltaikzellenstruktur nach Anspruch 13 oder 14, wobei der zumindest eine leitende Stecker Seitenwände der Antireflexionsschicht seitlich berührt.
  16. Photovoltaikzellenstruktur nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das Substrat ein p-dotiertes Halbleitermaterial und ein n-dotiertes Halbleitermaterial umfasst, die einen p-n-Übergang auf einer Fläche zwischen der Vorderfläche und der Rückfläche ausbilden.
  17. Verfahren zum Ausbilden einer Photovoltaikzellenstruktur, das Folgendes umfasst: Ausbilden einer dielektrischen Schicht auf einer Rückfläche eines Substrats, das ein Photovoltaikmaterial umfasst, das bei Bestrahlung mit einer elektromagnetischen Strahlung ein elektrisches Potenzial ungleich null über einer Vorderfläche und der Rückfläche des Substrats erzeugt; Ausbilden zumindest eines durch das Substrat führenden Grabens in dem Substrat; Ausbilden zumindest einer seitlich isolierten, durch das Substrat führenden Kontaktstruktur in dem Substrat durch Füllen des zumindest einen durch das Substrat führenden Grabens; Ausbilden einer ersten zusammenhängenden Metallverdrahtungsstruktur auf zumindest einer leitenden Durchkontaktierung durch das Substrat in der zumindest einen seitlich isolierten, durch das Substrat führenden Kontaktstruktur, wobei die erste zusammenhängende Metallverdrahtungsstruktur von der Rückfläche durch die dielektrische Schicht beabstandet ist; und Ausbilden einer zweiten zusammenhängenden Metallverdrahtungsstruktur direkt auf der Rückfläche des Substrats, wobei das elektrische Potenzial ungleich null über der ersten und der zweiten zusammenhängenden Metallverdrahtungsstruktur bereitgestellt wird.
  18. Verfahren nach Anspruch 17, wobei sich der zumindest eine durch das Substrat führende Graben von einer distalen Fläche der dielektrischen Schicht bis zu einem Flächenabschnitt des Substrats erstreckt und jede der zumindest einen seitlich isolierten, durch das Substrat führenden Kontaktstruktur eine dielektrische Auskleidung und eine leitende Durchkontaktierung durch das Substrat umfasst, die leitend mit dem Flächenabschnitt verbunden ist und elektrisch von der Rückfläche getrennt ist, und wobei sich der Flächenabschnitt auf der Vorderfläche befindet.
  19. Verfahren nach Anspruch 18, wobei die zumindest eine dielektrische Auskleidung durch Abscheiden und anisotropes Ätzen einer Schicht dielektrischen Materials in dem zumindest einen durch das Substrat führenden Graben ausgebildet wird, wobei die zumindest eine dielektrische Auskleidung über die Rückfläche des Substrats vorsteht und eine Seitenwand der dielektrischen Schicht berührt.
  20. Verfahren nach Anspruch 18, wobei ein Abschnitt zumindest einer leitenden Durchkontaktierung durch das Substrat in der zumindest einen seitlich isolierten, durch das Substrat führenden Kontaktstruktur seitlich von der dielektrischen Schicht umgeben ist und über die Rückfläche des Substrats vorsteht.
  21. Verfahren nach einem der Ansprüche 17 bis 20, das des Weiteren ein Strukturieren der dielektrischen Schicht umfasst, um einen Abschnitt der Rückfläche des Substrats freizulegen.
  22. Verfahren nach einem der Ansprüche 17 bis 21, das des Weiteren ein Abscheiden einer Schicht leitenden Materials auf der Rückfläche des Substrats und der zumindest einen leitenden Durchkontaktierung durch das Substrat umfasst.
  23. Verfahren nach einem der Ansprüche 17 bis 22, das des Weiteren ein Strukturieren der Schicht leitenden Materials umfasst, wobei es sich bei einem ersten verbleibenden Abschnitt der Schicht leitenden Materials um die erste zusammenhängende Metallverdrahtungsstruktur handelt und es sich bei einem zweiten verbleibenden Abschnitt der Schicht leitenden Materials um die zweite zusammenhängende Metallverdrahtungsstruktur handelt.
  24. Verfahren nach einem der Ansprüche 17 bis 23, das des Weiteren Folgendes umfasst: Ausbilden zumindest eines vertieften Bereichs auf der Vorderfläche, um zumindest eine Endfläche zumindest einer leitenden Durchkontaktierung durch das Substrat in der zumindest einen seitlich isolierten, durch das Substrat führenden Kontaktstruktur freizulegen; und Ausbilden zumindest eines leitenden Steckers, der die zumindest eine leitende Durchkontaktierung durch das Substrat und einen Flächenabschnitt des Substrats berührt, wobei sich der Flächenabschnitt auf der Vorderseite befindet.
  25. Verfahren nach Anspruch 24, wobei es sich bei dem zumindest einen leitenden Stecker um eine Vielzahl von leitenden Steckern handelt und keiner der Vielzahl von leitenden Steckern einen anderen der Vielzahl von leitenden Steckern berührt.
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