DE102006030822A1 - Metal for fabricating metal contact structure of solar cell, involves strengthening metallic contact structure in electrolytic bath - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen einer metallischen Kontaktstruktur einer Solarzelle.The The invention relates to a method for producing a metallic Contact structure of a solar cell.
Eine Solarzelle stellt ein flächiges Halbleiterelement dar, bei dem mittels einfallender elektromagnetischer Strahlung eine Ladungsträgertrennung erzeugt wird, so dass zwischen mindestens zwei Kontakten der Solarzelle ein Potential entsteht und über einen mit diesen Kontakten verbundenen externen Stromkreis elektrische Leistung von der Solarzelle abgegriffen werden kann.A Solar cell provides a planar Semiconductor element, wherein by means of incident electromagnetic Radiation a charge carrier separation is generated, so that between at least two contacts of the solar cell a potential arises and over one electrical circuits connected to these contacts Power can be tapped from the solar cell.
Die Ladungsträger werden dabei über metallische Kontaktstrukturen eingesammelt, so dass durch Kontaktierung dieser Kontaktstrukturen an einem oder mehreren Kontaktpunkten die Ladungsträger in den externen Stromkreis eingespeist werden können.The charge carrier are over collected metallic contact structures, so that by contacting these contact structures at one or more contact points the charge carrier can be fed into the external circuit.
Hierzu werden typischerweise gitterartige metallische Kontaktstrukturen auf eine Oberfläche der Solarzelle aufgebracht, welche fingerartig die Oberfläche der Solarzelle überdecken, so dass aus allen Bereichen der Solarzelle die Ladungsträger in die Kontaktstruktur eintreten und in der Kontaktstruktur zu dem Kontaktpunkt und von dort in den externen Stromkreis fließen können.For this typically become grid-like metallic contact structures on a surface of the Solar cell applied, which finger-like the surface of the Cover solar cell, so that the charge carriers from all areas of the solar cell in the Contact structure and in the contact structure to the contact point and from there into the external circuit can flow.
Zur Vermeidung von Verlusten muss die metallische Kontaktstruktur einerseits einen geringen Kontaktwiderstand zu dem kontaktierten Halbleiterbereich der Solarzelle aufweisen und andererseits muss der Leitungswiderstand der Kontaktstruktur gering sein.to Avoidance of losses must be the metallic contact structure on the one hand a low contact resistance to the contacted semiconductor region have the solar cell and on the other hand, the line resistance the contact structure be low.
Sofern die metallische Kontaktstruktur zur Kontaktierung der Vorderseite der Solarzelle dient, durch die auch die Beleuchtung der Solarzelle stattfindet, muss die Kontaktstruktur weiterhin einen möglichst kleinen Flächenbereich der Vorderseite der Solarzelle abdecken, um Abschattungsverluste zu minimieren. Bekannt zur Herstellung solcher Kontaktstrukturen ist das vollständige Aufbringen des gesamten Kontaktgitters in einem Schritt mittels Siebdruck einer silberhaltigen Paste. Dabei entstehen jedoch breite Kontaktfinger mit begrenzter Leitfähigkeit und hohem elektrischen Kontaktwiderstand zum Halbleiter.Provided the metallic contact structure for contacting the front the solar cell serves, through which also the lighting of the solar cell takes place, the contact structure must continue as possible small surface area cover the front of the solar cell to shading losses to minimize. Known for the production of such contact structures is the whole Apply the entire contact grid in one step by means of Screen printing of a silver-containing paste. However, this creates wide Contact fingers with limited conductivity and high electrical Contact resistance to the semiconductor.
Weiterhin ist es bekannt, zunächst eine gitterartige, metallische Kontaktstruktur mittels Siebdruck auf die Vorderseite einer Silizium-Solarzelle aufzubringen und anschließend die Kontaktstruktur in einem elektrolytischen Bad zu verstärken. Bei dieser galvanischen (strominduzierten) Verstärkung werden die Solarzelle und eine Metallelektrode in das elektrolytische Bad gegeben, wobei sowohl die Kontaktstruktur als auch die Metallelektrode kontaktiert werden, so dass ein Potential zwischen diesen erzeugt werden kann, derart, dass von der Metallelektrode ausgehend Metallionen durch das elektrolytische Bad wandern und sich an der metallischen Kontaktstruktur der Solarzelle anlagern und diese somit verstärken.Farther it is known, first a grid-like, metallic contact structure by screen printing Apply to the front of a silicon solar cell and then the Strengthen contact structure in an electrolytic bath. at This galvanic (current-induced) amplification becomes the solar cell and a metal electrode is placed in the electrolytic bath, wherein both the contact structure and the metal electrode are contacted, so that a potential can be generated between them, so, that starting from the metal electrode metal ions by the electrolytic Bath wander and adhere to the metallic contact structure of the solar cell attach and thus strengthen it.
Für die industrielle Fertigung ist es wesentlich, dass der gesamte Herstellungsprozess der Solarzelle, insbesondere auch die Herstellung der Kontaktstruktur einfach und kostenunaufwendig durchgeführt werden kann, ohne dass der Wirkungsgrad der Solarzelle durch das gewählte Herstellungsverfahren wesentlich beeinträchtigt wird.For the industrial Manufacturing it is essential that the entire manufacturing process the solar cell, in particular the production of the contact structure can be performed easily and inexpensively without that the efficiency of the solar cell by the selected manufacturing process essential impaired becomes.
Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Herstellen einer Kontaktstruktur einer Solarzelle vorzuschlagen, welches kostengünstig und schnell durchführbar ist und andererseits die oben genannten Verlustmöglichkeiten auf ein Minimum reduziert.Of the The present invention is therefore based on the object, a method to suggest a contact structure of a solar cell, which economical and fast and on the other hand, the above loss possibilities to a minimum reduced.
Gelöst ist diese Aufgabe durch ein Verfahren zur Herstellung einer metallischen Kontaktstruktur einer Solarzelle gemäß Anspruch 1. Vorteilhafte Weiter bildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens finden sich in den Unteransprüchen 2 bis 17.This is solved Task by a method for producing a metallic contact structure a solar cell according to claim 1. Advantageous further developments of the method according to the invention can be found in the subclaims 2 to 17.
Das erfindungsgemäße Verfahren unterscheidet sich vom Stand der Technik also grundlegend dadurch, dass zunächst die metallische Kontaktstruktur durch eine metallhaltige Tinte erzeugt wird, welche mittels mindestens einer Druckdüse auf die Oberfläche der Solarzelle aufgebracht wird und anschließend eine Verstärkung der metallischen Kontaktstruktur in einem elektrolytischen Bad vorgenommen wird. Die Verstärkung kann dabei als bekannte stromlose Verstärkung unter Ausnutzung unterschiedlicher chemischer Potentiale erfolgen oder dadurch, dass in dem elektrolytischen Bad elektrisch eine Potentialdifferenz zwischen einer Metallelektrode und der metallischen Kontaktstruktur erzeugt wird und dadurch eine galvanische (strominduzierte) Verstärkung erfolgt.The inventive method differs fundamentally from the state of the art in that that first the metallic contact structure is generated by a metal-containing ink, which by means of at least one pressure nozzle on the surface of Solar cell is applied and then a reinforcement of the metallic contact structure made in an electrolytic bath becomes. The reinforcement can be used as a known electroless amplification using different chemical potentials or by the fact that in the electrolytic Bath electrically a potential difference between a metal electrode and the metallic contact structure is generated and thereby a galvanic (current-induced) amplification takes place.
Im Gegensatz zu dem Siebdruckverfahren, bei dem ein Sieb auf die Oberfläche der Solarzelle gelegt wird und mittels eines Rakels Siebdruckpaste durch das Sieb auf die Oberfläche der Solarzelle gedrückt wird, entsteht bei dem erfindungsgemäßen Verfahren die Kontaktstruktur durch Aufbringen der metallhaltigen Tinte durch eine Druckdüse, welche relativ zu der Solarzellenoberfläche und im wesentlichen parallel zu dieser bewegt wird.in the Contrary to the screen printing process, in which a sieve on the surface of the Solar cell is laid and by means of a squeegee screen printing paste the sieve on the surface pressed the solar cell is, arises in the inventive method, the contact structure by applying the metal-containing ink through a pressure nozzle, which is relatively to the solar cell surface and is moved substantially parallel to this.
Hierdurch
sind keine Drucksiebe erforderlich, da die Kontaktstruktur sich
aus der Relativbewegung zwischen Solarzellenoberfläche und
Druckdüse ergibt,
so dass Kosten eingespart werden können:
Das erfindungsgemäße Verfahren
kann für
unterschiedliche Solarzellengrößen benutzt
werden, indem das Bewegungsmuster der Druckdüse relativ zur Solarzellenoberfläche der
Solarzellengröße angepasst
wird.As a result, no pressure screens are required, since the contact structure results from the relative movement between the solar cell surface and the pressure nozzle, so that costs can be saved:
The inventive method can be used for different solar cell sizes by the movement pattern of the printing nozzle is adjusted relative to the solar cell surface of the solar cell size.
Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren lassen sich außerdem unterschiedliche Formen der metallischen Kontaktstrukturen verwirklichen. Insbesondere ist die Herstellung aller gängigen Kontaktstrukturen, das heißt gitterartige, kammartige oder sternförmige Kontaktstrukturen möglich.With the method according to the invention can also be realize different forms of metallic contact structures. In particular, the production of all common contact structures, the is called grid-like, comb-like or star-shaped contact structures possible.
Es können somit unterschiedliche Größen und Formen von Kontaktstrukturen erzeugt werden, ohne dass dafür jeweils ein spezielles Drucksieb hergestellt werden muss.It can thus different sizes and Forms of contact structures are generated without having to do each one a special printing screen must be made.
Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, dass bei dem Aufbringen der metallhaltigen Tinte die Solarzelle nur mit einem geringen Druck beaufschlagt wird, verglichen mit dem herkömmlichen Siebdruckverfahren. Hierdurch wird die Bruchgefahr beim Herstellen der Kontaktstruktur verringert und darüber hinaus können Unebenheiten in der Oberfläche der Solarzelle leicht ausgeglichen werden: Zum einen ist durch die Beabstandung zwischen Druckdüse und Oberfläche der Solarzelle eine Unebenheit in der Oberfläche der Solarzelle unerheblich. Zum anderen kann die Druckdüse bei erheblichen Unebenheiten leicht diesen Unebenheiten nachgeführt werden, so dass ein annähernd konstanter Abstand zur Oberfläche vorliegt.One Another advantage of the method according to the invention is that in the application of the metal-containing ink, the solar cell only with a small pressure is compared with the usual Screen printing process. As a result, the risk of breakage during manufacture The contact structure can be reduced and, moreover, unevenness can occur in the surface the solar cell can be easily compensated: Spacing between pressure nozzle and surface the solar cell unevenness in the surface of the solar cell irrelevant. On the other hand, the pressure nozzle if significant unevenness easily follows these bumps, so that approx constant distance to the surface is present.
Untersuchungen der Anmelderin haben ergeben, dass für typische Silizium-Solarzellen ein Mindestabstand von Druckdüse zu der Oberfläche der Solarzelle von mindestens 100 µm für die Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens bei typischen Silizium-Solarzellen besonders geeignet ist.investigations The Applicant has found that for typical silicon solar cells a minimum distance from pressure nozzle to the surface of the Solar cell of at least 100 μm for the Application of the method according to the invention is particularly suitable for typical silicon solar cells.
In
einer vorzugsweisen Ausgestaltung wird die metallhaltige Tinte mittels
eines Inkjet-Druckverfahrens auf die Solarzelle aufgebracht. Das
Inkjet-Druckverfahren
ist zum Bedrucken von Materialien mit Farbstoff bereits bekannt
und findet insbesondere bei Tintenstrahldruckern eine breite Verwendung.
Eine Übersicht über die
Technik der Inkjet-Druckverfahren findet sich in
Wesentlich an dieser Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist, dass das bereits entwickelte Inkjet-Druckverfahren angewandt und mit der Verstärkung der Kontaktstruktur in einem elektrolytischen Bad kombiniert wird, so dass einerseits auf die kostengünstige und bezüglich der Gestaltung der metallischen Kontaktstruktur flexible Inkjet-Technik zurückgegriffen werden kann und andererseits die Vorteile der Verstärkung in einem elektrolytischen Bad genutzt werden.Essential in this embodiment of the method according to the invention is that the already developed inkjet printing process and applied with the reinforcement the contact structure is combined in an electrolytic bath, so on the one hand on the cost-effective and in terms of Design of the metallic contact structure flexible inkjet technology used and on the other hand the benefits of reinforcement in be used in an electrolytic bath.
Darüber hinaus werden Nachteile vermieden, welche bei der kompletten Herstellung der Kontaktstruktur mittels Inkjet-Druck auftreten. Als Hauptnachteil ist hierbei zu nennen, dass aufgrund der relativ geringen Metallmenge, die pro Inkjet-Durchgang aufgebracht wird, mehrere Durchgänge notwendig sind, um die Kontaktstruktur in der notwendigen Stärke bzw. Leitfähigkeit aufzubauen.Furthermore disadvantages are avoided, which in the complete production the contact structure by inkjet printing occur. As a main disadvantage It should be mentioned here that due to the relatively small amount of metal, which is applied per inkjet passage, several passes are necessary around the contact structure in the necessary strength or conductivity build.
Des Weiteren kann bei reinen Inkjet-Verfahren nur ein kleineres erreichbares Aspektverhältnis von Linienhöhe zu Linienbreite der fingerartigen Strukturen der Kontaktstruktur erreicht werden, wohingegen mit der Kombination Inkjet-Druck und anschließender Verstärkung in einem elektrolytischen Bad geringere Linienbreiten bei gleichem Leitungswiderstand erzeugt werden können, so dass die Abschattung der Solarzelle bei Beleuchtung geringer ist und damit ein höherer Wirkungsgrad der Solarzelle erzielt werden kann.Of Further, in pure inkjet processes only a smaller achievable Aspect ratio of line height to line width of the finger-like structures of the contact structure whereas, with the combination of inkjet printing and subsequent reinforcement in an electrolytic bath smaller line widths at the same Line resistance can be generated, so that the shading The solar cell is lower when lighting and thus a higher efficiency the solar cell can be achieved.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die metallische Kontaktstruktur mittels eines Aerosol-Druckverfahrens auf die Solarzelle aufgebracht. Auch bei diesem Verfahren wird eine metallhaltige Tinte mittels mindestens einer Druckdüse auf die Oberfläche der Solarzelle aufgebracht.In a further advantageous embodiment of the method according to the invention the metallic contact structure is formed by means of an aerosol printing process the solar cell applied. Also with this procedure becomes a metal-containing ink by means of at least one pressure nozzle on the surface applied to the solar cell.
Im Gegensatz zum Inkjet-Druckverfahren wird bei dem Aerosol-Verfahren zunächst ein Aerosol der Drucktinte erzeugt. Dieses Aerosol wird mittels einer Druckdüse auf die Solarzelle geleitet, wobei die Druckdüse an einem Druckkopf angebracht ist, indem mittels eines Fokussiergases das Aerosol gebündelt wird und in fokussierter Form der Druckdüse zugeleitet.in the Unlike the inkjet printing process is the aerosol process first generates an aerosol of the printing ink. This aerosol is by means of a pressure nozzle directed to the solar cell, with the pressure nozzle attached to a printhead is by focusing the aerosol by means of a focusing gas and fed in focused form of the pressure nozzle.
Hierdurch wird ein Kontakt zwischen Druckdüse und Tinte vermieden, so dass die Gefahr einer Verstopfung der Druckdüse im Vergleich zum Inkjet-Druckverfahren wesentlich geringer ist.hereby becomes a contact between pressure nozzle and ink avoided, so the risk of clogging of the pressure nozzle in comparison to the inkjet printing process is much lower.
Darüber hinaus ist durch die Fokussierung mittels des Fokussiergases der Druck von feineren Linien, verglichen mit dem Inkjet-Druckverfahren möglich, so dass nach der Verstärkung im elektrolytischen Bad insgesamt nochmals feinere Kontaktstrukturen und ein größeres Aspektverhältnis möglich sind und hierdurch Abschattungsverluste verringert werden können.Furthermore is by focusing by means of the focusing gas, the pressure of finer lines, compared with the inkjet printing method possible, so that after the reinforcement in the electrolytic bath, a total of even finer contact structures and a larger aspect ratio are possible and thereby shading losses can be reduced.
Untersuchungen der Anmelderin haben ergeben, dass durch die Fokussierung des Aerosols mittels des Fokussiergases ein größerer Abstand zwischen Druckdüse und Solarzellenoberfläche als bei dem Inkjet-Druckverfahren möglich ist, ohne dass Verschmierungen der Drucktinte auftreten. Insbesondere kann bei dem Aerosolverfahren ein Abstand von 1 mm zwischen Druckdüse und Oberfläche der Solarzelle bestehen, so dass auch größere Unebenheiten der Solarzellenoberfläche kein Nachführen der Druckdüse erfordern.Investigations by the applicant have shown that by focusing the aerosol by means of the focusing gas, a greater distance between the pressure nozzle and the solar cell surface than in the inkjet printing method is possible without Smudges of printing ink occur. In particular, in the aerosol process, there may be a distance of 1 mm between the pressure nozzle and the surface of the solar cell, so that even larger unevenness of the solar cell surface does not require tracking of the pressure nozzle.
Dadurch, dass bei dem erfindungsgemäßen Verfahren das Aufbringen der metallischen Struktur und das Verstärken mittels des elektrolytischen Bades in zwei Schritten vorgenommen wird, ist es möglich, in jedem Schritt jeweils ein Metall zu verwenden. So kann ein erstes Metall in der metallhaltigen Tinte enthalten sein und somit die metallische Kontaktstruktur auf der Oberfläche der Solarzelle bilden. Ein zweites Metall kann für die Verstärkung im elektrolytischen Bad gewählt werden, beispielsweise für die Metallelektrode bei der galvanischen Verstärkung, so dass die Verstärkung mittels dieses zweiten Metalls stattfindet.Thereby, that in the inventive method the application of the metallic structure and the reinforcing means of the electrolytic bath in two steps is it is possible to use a metal in each step. So a first Metal contained in the metal-containing ink and thus the form metallic contact structure on the surface of the solar cell. A second metal can for the reinforcement chosen in the electrolytic bath be, for example the metal electrode in the galvanic reinforcement, so that the gain means this second metal takes place.
In
einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung werden für das Aufbringen
der metallischen Kontaktstruktur und für die Verstärkung im elektrolytischen Bad
unterschiedliche Metalle verwendet. Dies hat den Vorteil, dass die
Auswahl des Metalls für
unterschiedliche Funktionen optimiert werden kann:
So ist es
vorteilhaft, das Metall der metallhaltigen Tinte, das im ersten
Schritt als metallische Kontaktstruktur aufgebracht wird derart
zu wählen,
dass ein geringer elektrischer Kontaktwiderstand und eine hohe mechanische
Haftung mit der Oberfläche
der Solarzelle entstehen.In a further advantageous embodiment, different metals are used for the application of the metallic contact structure and for the reinforcement in the electrolytic bath. This has the advantage that the selection of the metal can be optimized for different functions:
Thus, it is advantageous to select the metal of the metal-containing ink which is applied in the first step as a metallic contact structure in such a way that a low electrical contact resistance and a high mechanical adhesion to the surface of the solar cell arise.
Bei der Verstärkung im elektrolytischen Bad ist hingegen vorteilhafterweise ein Metall zu wählen, welches einen geringen spezifischen Leitungswiderstand aufweist, so dass der Leitungswiderstand der Kontaktstruktur minimiert wird.at the reinforcement in the electrolytic bath, however, is advantageously a metal to choose which has a low specific line resistance, so that the line resistance of the contact structure is minimized.
Typische Silizium-Solarzellen weisen an der Seite, an der die metallische Kontaktstruktur aufgebracht werden soll einen n-dotierten Bereich auf. Hierbei sollte vorteilhafterweise der spezifische Kontaktwiderstand zwischen Kontaktstruktur und n-dotiertem Bereich kleiner als 1 × 10–3 Ω cm2 sein.Typical silicon solar cells have an n-doped region on the side at which the metallic contact structure is to be applied. In this case, the specific contact resistance between contact structure and n-doped region should advantageously be less than 1 × 10 -3 Ω cm 2 .
Daher ist insbesondere Nickel als Metallanteil der Tinte geeignet, da durch Nickel niedrige spezifische Kontaktwiderstände erhalten werden. Nickel weist darüber hinaus eine hohe Haftung mit der Siliziumoberfläche auf, so dass ein späteres Abreißen der Kontaktstruktur vermieden werden kann.Therefore In particular, nickel is suitable as the metal portion of the ink, since be obtained by nickel low specific contact resistance. Nickel points about that In addition, a high adhesion to the silicon surface, so that a later tearing of the Contact structure can be avoided.
Für die elektrolytische Verstärkung ist die Verwendung von Metallen mit einem spezifischen Leitungswiderstand < 3 × 10–8 Ω m vorteilhaft um joulsche Verluste aufgrund des Leitungswiderstandes des Kontaktgitters zu vermeiden. insbesondere ist die Verwendung von Silber oder Kupfer vorteilhaft, da diese Metalle einen geringen spezifischen Leitungswiderstand aufweisen.For the electrolytic reinforcement, the use of metals with a specific line resistance <3 × 10 -8 Ω m is advantageous in order to avoid negative losses due to the line resistance of the contact grid. In particular, the use of silver or copper is advantageous because these metals have a low resistivity.
Grundsätzlich sind
mit dem erfindungsgemäßen Verfahren
alle bekannten metallhaltigen Tinten verwendbar. Untersuchungen
der Anmelderin haben jedoch ergeben, dass gewisse metallhaltige
Tinten besondere Vorzüge
aufweisen:
Für
das erfindungsgemäße Verfahren
kann vorteilhafterweise als metallhaltige Tinte eine an sich bekannte
Silber-Siebdruckpaste verwendet werden, welche derart mit Lösungsmitteln
verdünnt
wird, dass sie in etwa 60 wg% Silberpartikel mit einer Größe von 1 µm bis 5 µm aufweist.
Die Verwendung einer solchen verdünnten Siebdruck-Paste hat den
Vorteil, dass solche Pasten in Siebdruckverfahren breite Verwendung
finden und daher bereits ausgiebig erforscht und kommerziell erhältlich sind
und durch die zusätzliche
Verdünnung
die Verstopfungsgefahr der Druckdüse verringert wird.In principle, all known metal-containing inks can be used with the process according to the invention. Investigations by the applicant have shown, however, that certain metal-containing inks have particular advantages:
For the process according to the invention can advantageously be used as a metal-containing ink is a known silver screen printing paste which is so diluted with solvents that it has approximately 60 wg% of silver particles with a size of 1 micron to 5 microns. The use of such a thinned screen printing paste has the advantage that such pastes are widely used in screen printing processes and therefore already extensively researched and commercially available and the additional dilution reduces the risk of clogging of the printing nozzle.
Untersuchungen der Anmelderin haben ergeben, dass eine Verwendung der Siebdruck-Paste für das Inkjet-Druckverfahren aufgrund der Partikelgröße der Metallpartikel in der Siebdruckpaste häufig zu Verstopfungen der Druckdüse führt, so dass es vorteilhaft ist, die Siebdruckpaste mittels Aerosoldruck aufzubringen, da hier kein Kontakt der Paste mit der Druckdüse stattfindet und daher die Wahrscheinlichkeit einer Verstopfung deutlich reduziert ist.investigations The applicant has found that a use of the screen printing paste for the inkjet printing process due to the particle size of the metal particles in the screen printing paste often too Blockages of the pressure nozzle leads, so that it is advantageous, the screen printing paste by means of aerosol printing apply, since there is no contact of the paste with the pressure nozzle and therefore significantly reduces the likelihood of constipation is.
Ebenso ist die Verwendung einer metallhaltigen Tinte vorteilhaft, welche Nanopartikel aufweist, wobei die Größe der als Nanopartikel vorliegenden Metallpartikel zwischen 20 nm und 1000 nm liegt. Der Gewichtsanteil der Metallpartikel und der Paste liegt sinnvollerweise im Bereich von 10 wg% bis 20 wg%.As well it is advantageous to use a metal-containing ink which Nanoparticles, wherein the size of the metal particles present as nanoparticles between 20 nm and 1000 nm. The proportion by weight of the metal particles and the paste is usefully in the range of 10% to 20% wg%.
Untersuchungen der Anmelderin haben ergeben, dass mit solch einer Tinte aufgrund der geringen Partikelgröße insbesondere in Verbindung mit dem Aerosol-Druckverfahren das Drucken von sehr feinen Linien mit einer Breite kleiner 10 µm möglich ist.investigations The Applicant has found that with such an ink due the small particle size in particular in connection with the aerosol printing process, the printing of very fine Lines with a width smaller than 10 microns is possible.
Darüber hinaus eignet sich diese Drucktinte auch für die Anwendung des Inkjet-Druckverfahrens, da aufgrund der geringeren Partikelgröße eine geringere Gefahr der Verstopfung der Druckdüse besteht.Furthermore This ink is also suitable for the use of the inkjet printing process, since due to the smaller particle size a lower risk of Blockage of the pressure nozzle consists.
Weiterhin ist es vorteilhaft, eine metallhaltige Tinte für das erfindungsgemäße Verfahren zu benutzen, bei der das Metall in gelöster Form, das heißt ionisch vorliegt. Solche Tinten werden auch metallorganische Tinten genannt. Der Metallanteil bei diesen Tinten beträgt in etwa 20 wg%.Farther it is advantageous to use a metal-containing ink for the process according to the invention to use, in which the metal in dissolved form, that is ionic is present. Such inks are also called organometallic inks. The metal content of these inks is about 20 wg%.
Untersuchungen der Anmelderin haben ergeben, dass die Verwendung dieser Tinte insbesondere für Inkjet-Druck geeignet ist, da das Metall nicht als Partikel in der Drucktinte vorliegt und somit eine Verstopfung der Druckdüse nahezu ausgeschlossen werden kann. Darüber hinaus ist aufgrund des Vorliegens des Metalls in ionischer Form (und nicht als Metallpartikel) das Drucken von sehr feinen Linien möglich.Investigations by the applicant have shown that the use of this ink is particularly suitable for inkjet printing, since the metal is not is present as a particle in the printing ink and thus a blockage of the pressure nozzle can be almost excluded. In addition, due to the presence of the metal in ionic form (and not as metal particles), the printing of very fine lines is possible.
Die Oberfläche einer Solarzelle, auf die eine metallische Kontaktierungsstruktur aufgebracht werden soll, weist üblicherweise eine dielektrische Schicht auf, welche aufgrund einer Oxidierung der Oberfläche entstanden ist oder welche willentlich aufgebracht wurde, um die Reflektionseigenschaft der Oberfläche zu verbessern und so einen erhöhten Anteil des auf die Solarzelle auftreffenden Lichts in die Solarzelle einzukoppeln.The surface a solar cell on which a metallic contacting structure is applied, usually has a dielectric layer due to oxidation the surface originated or which was willingly applied to the Reflection property of the surface to improve and so one increased Proportion of light striking the solar cell into the solar cell couple.
Für eine funktionierende Kontaktierung muss die Kontaktstruktur durch die dielektrische Schicht hindurch den darunter liegenden Bereich der Solarzelle kontaktieren.For a working Contacting must pass the contact structure through the dielectric layer Contact the underlying area of the solar cell.
Hierfür ist es aus den Siebdruckverfahren bekannt, der Siebdruckpaste Glasfritte hinzuzufügen und nach Drucken der Kontaktstruktur durch einen Temperaturschritt (Erhitzen der Solarzelle) einen durch die Glasfritte unterstütztes Durchfeuern (d.h. Durchätzen) der Metallstruktur durch die dielektrische Schicht zu erzeugen.This is it from the screen printing known, the screen printing paste glass frit add and after printing the contact structure by a temperature step (heating the solar cell) a supported by the glass frit firing (i.e., throughputs) of the metal structure through the dielectric layer.
Die Verwendung von Glasfritte weist jedoch Nachteile auf, da der Ätzvorgang der Glasfritte durch die dielektrische Schicht nur Nährungsweise durch Wahl der Temperatur und Dauer des Temperaturschritts gesteuert werden kann, so dass eine Beschädigung der unter der dielektrischen Schicht liegenden Bereiche Solarzelle, insbesondere des n-dotierten Bereiches möglich ist.The However, use of glass frit has disadvantages because of the etching process the glass frit through the dielectric layer only approximate controlled by selecting the temperature and duration of the temperature step can be, so that damage the areas underlying the dielectric layer solar cell, in particular of the n-doped region is possible.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird daher die dielektrische Schicht auf der Oberfläche der Solarzelle, auf die die Kontaktstruktur aufgebracht werden soll, vor dem Aufbringen der metallhaltigen Tinte mittels eines Lasers entfernt. Hierbei wird die dielektrische Schicht nur in den Bereichen entfernt, in denen ein Kontakt zwischen der metallischen Kontaktstruktur und der Solarzelle stattfinden soll.In an advantageous embodiment of the method according to the invention Therefore, the dielectric layer on the surface of the Solar cell to which the contact structure is to be applied before applying the metal-containing ink by means of a laser away. Here, the dielectric layer is only in the areas in which there is a contact between the metallic contact structure and the solar cell should take place.
Um nach dem Entfernen der dielektrischen Schicht eine Oxidierung oder Verschmutzung der Oberfläche der Solarzelle in diesen Bereichen zu vermeiden, ist es vorteilhaft, die dielektrische Schicht mittels des Lasers unmittelbar vor dem Aufbringen der metallhaltigen Tinte auf die Oberfläche der Solarzelle zu entfernen.Around after removal of the dielectric layer oxidation or Pollution of the surface avoiding the solar cell in these areas, it is beneficial the dielectric layer by means of the laser immediately before Applying the metal-containing ink to the surface of the To remove solar cell.
Hierbei ist es insbesondere vorteilhaft, wenn der Laser oder zumindest die Austrittsöffnung des Lasers wie beispielsweise ein flexibler Lichtleiter ortsfest mit der Druckdüse verbunden ist. Auf diese Weise können Laser und Druckdüse derart justiert werden, dass bei der Relativbewegung von Solarzelle und Druckdüse zunächst mittels des Lasers die dielektrische Schicht entfernt wird und unmittelbar anschließend das Aufbringen der metallischen Kontaktstruktur mittels der Druckdüse erfolgt. Auf diese Weise ist keine Justierung zwischen den Verfahrensschritten des Entfernens der dielektrischen Schicht und des Aufbringens der metallischen Kontaktstruktur notwendig, vielmehr wird die dielektrische Schicht in demselben Verfahrensschritt entfernt, indem auch die metallhaltige Tinte aufgebracht wird.in this connection it is particularly advantageous if the laser or at least the outlet opening the laser such as a flexible optical fiber stationary with the pressure nozzle connected is. That way you can Laser and pressure nozzle be adjusted so that in the relative movement of solar cell and pressure nozzle first by means of the laser, the dielectric layer is removed and immediately subsequently the application of the metallic contact structure by means of the pressure nozzle takes place. In this way, there is no adjustment between the process steps the removal of the dielectric layer and the application of the metallic contact structure necessary, rather, the dielectric Layer removed in the same process step, including the metal-containing ink is applied.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird zunächst eine metallische Kontaktstruktur aufgebracht, welche anschließend in einem elektrolytischen Bad verstärkt wird. Um den Kontakt der metallischen Kontaktstruktur und der Verstärkung zu verbessern ist es vorteilhaft, wenn vor und/oder nach der Verstärkung im elektrolytischen Bad die Solarzelle für eine Zeitdauer zwischen einer Sekunde und dreißig Minuten auf eine Temperatur zwischen 100 °C und 900 °C erhitzt wird.at the method according to the invention will be first applied a metallic contact structure, which subsequently in reinforced an electrolytic bath becomes. To contact the metallic contact structure and the reinforcement it is advantageous if before and / or after reinforcement in the improve electrolytic bath the solar cell for a period between a Second and thirty minutes to a temperature between 100 ° C and 900 ° C is heated.
Eine Erhitzung der Solarzelle vor dem Verstärken im elektrolytischen Bad hat den Vorteil, dass in der Tinte enthaltene Lösungsmittel vor dem Eintauchen der Solarzelle in das elektrolytische Bad verdampfen. Der Schritt der Temperaturbehandlung und damit der Einsinterung kann auch mit einem nachgeführten Laserstrahl direkt nach dem Aufbringen der Metallschicht durchgeführt werden.A Heating the solar cell before amplifying in the electrolytic bath has the advantage that solvents contained in the ink before immersion evaporate the solar cell into the electrolytic bath. The step the temperature treatment and thus the Einsinterung can also with a tracked Laser beam can be performed directly after applying the metal layer.
Typischerweise wird das erfindungsgemäße Verfahren angewandt, um eine metallische Kontaktstruktur auf die Vorderseite einer Solarzelle aufzubringen. Die Rückseite der Solarzelle ist typischerweise mit einer ganzflächigen Metallisierung versehen, welche den Rückseitenkontakt der Solarzelle darstellt.typically, becomes the method according to the invention applied to a metallic contact structure on the front to apply a solar cell. The back of the solar cell is typically with a full-area Metallization provided, which represents the back side contact of the solar cell.
Die
Eigenschaft der Solarzelle, eine Trennung von Ladungsträgern bei
Bestrahlung mit Licht zu erzeugen kann daher ausgenutzt werden,
um eine galva nische (strominduzierte) Verstärkung vorzunehmen, ohne dass
die Solarzelle im galvanischen Bad kontaktiert werden müsste:
Hierzu
wird vorteilhafterweise die Solarzelle in das galvanische Bad gegeben
und mit Licht bestrahlt, so dass eine Potentialdifferenz zwischen
Vorder- und Rückseite
der Solarzelle erzeugt wird. Das Potential der Metallelektrode kann
nun derart gewählt
werden, dass eine Potentialdifferenz zwischen der Metallelektrode
und der Vorderseite der Solarzelle und damit der mittels des Druckverfahrens
aufgebrachten metallischen Kontaktstruktur entsteht, so dass in
dem elektrolytischen Bad ein Verstärken der metallischen Kontaktstruktur
stattfindet.The property of the solar cell to generate a separation of charge carriers when irradiated with light can therefore be exploited to make a galvanic (current-induced) amplification, without the solar cell would have to be contacted in the galvanic bath:
For this purpose, advantageously, the solar cell is placed in the galvanic bath and irradiated with light, so that a potential difference between the front and back of the solar cell is generated. The potential of the metal electrode can now be selected such that a potential difference between the metal electrode and the front side of the solar cell and thus the metallic contact structure applied by means of the printing process results, so that the metallic contact structure is reinforced in the electrolytic bath.
In einer weiteren vorzugsweisen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die Rückseite der Solarzelle während der galvanischen Verstärkung kontaktiert. Wie vorhergehend beschrieben wird die Solarzelle während der galvanischen Verstärkung beleuchtet, so dass eine Potentialdifferenz zwischen dem Vorder- und Rückseitenkontakt besteht. Zwischen der kontaktierten Rückseite der Solarzelle und der Metallelektrode in dem elektrolytischen Bad wird die Potentialdifferenz nun derart gewählt, dass keine Auflösung der Rückseitenmetallisierung der Solarzelle im elektrolytischen Bad erfolgt. Auf diese Weise wird erreicht, dass die galvanische Verstärkung lediglich den Vorderseitenkontakt der Solarzelle betrifft und dass sich lediglich die Metallelektrode im elektrolytischen Bad auflöst, nicht aber der Rückseitenkontakt der Solarzelle.In a further preferred embodiment of the method according to the invention will the back the solar cell during the galvanic reinforcement contacted. As previously described, the solar cell is during the galvanic reinforcement illuminated so that a potential difference between the front and backside contact consists. Between the contacted back of the solar cell and the metal electrode in the electrolytic bath becomes the potential difference now chosen so that no resolution the backside metallization the solar cell takes place in the electrolytic bath. In this way is achieved that the galvanic reinforcement only the front side contact of the Solar cell concerns and that only the metal electrode dissolves in the electrolytic bath, but not the backside contact the solar cell.
Ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens wird im Folgenden anhand der Figuren näher erläutert. Dabei zeigtOne embodiment the method according to the invention will be explained in more detail below with reference to the figures. It shows
In
An
dem Druckkopf ist ferner ein Lichtleiter
Das
Aerosol
Der Druckvorgang findet unter Normalatmosphäre bei Raumtemperatur statt.Of the Printing takes place under normal atmosphere at room temperature.
Die
Relativbewegung zwischen der Oberfläche
Nach
Abschluss dieses Verfahrensschrittes ist auf der Oberfläche
Nachdem
dieser Verfahrensschritt abgeschlossen ist, wird die Solarzelle
in ein elektrolytisches Bad zur galvanischen Verstärkung gegeben, wie
in
In
einem Behälter
Ferner
ist das Potential der Rückseite
der Solarzelle
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