EP2938760A1 - Liquid doping media for the local doping of silicon wafers - Google Patents

Liquid doping media for the local doping of silicon wafers

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Publication number
EP2938760A1
EP2938760A1 EP13817655.7A EP13817655A EP2938760A1 EP 2938760 A1 EP2938760 A1 EP 2938760A1 EP 13817655 A EP13817655 A EP 13817655A EP 2938760 A1 EP2938760 A1 EP 2938760A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
doping
silicon
oxide
media
diffusion
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP13817655.7A
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Ingo Koehler
Oliver Doll
Sebastian Barth
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Merck Patent GmbH
Original Assignee
Merck Patent GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Merck Patent GmbH filed Critical Merck Patent GmbH
Priority to EP13817655.7A priority Critical patent/EP2938760A1/en
Publication of EP2938760A1 publication Critical patent/EP2938760A1/en
Withdrawn legal-status Critical Current

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Definitions

  • the present invention relates to a novel process for the preparation of printable, low viscosity oxide media, and their use in solar cell manufacturing, as well as the improved lifetime products produced using these novel media.
  • a silicon wafer (monocrystalline, multicrystalline or quasi-monocrystalline, p- or n-type base doping) is freed of adherent saw damage by means of an etching process and "simultaneously", usually in the same etching bath, texturized in this case, the creation of a preferred Surface (texture) as a result of the etching step or simply to understand the targeted, but not particularly oriented roughening of the wafer surface
  • the aforementioned etching solutions for treating the silicon wafers typically consist of dilute potassium hydroxide solution to which isopropyl alcohol has been added as solvent. Instead, other alcohols having a higher vapor pressure or higher boiling point than isopropyl alcohol may be added, provided that the desired etching result can be achieved thereby.
  • the desired etch result is a morphology that is randomly-etched, or rather etched out of the original surface.
  • Pyramids is characterized by square base. The density, the height and thus the base area of the pyramids can be influenced by a suitable choice of the above-mentioned constituents of the etching solution, the etching temperature and the residence time of the wafers in the etching basin.
  • Temperature range of 70 - ⁇ 90 ° C performed, with ⁇ tzabträge of up to 10 pm per wafer side can be achieved.
  • the etching solution may consist of potassium hydroxide solution with an average concentration (10-15%).
  • this etching technique is hardly used in industrial practice. More often becomes one
  • Etching solution consisting of nitric acid, hydrofluoric acid and water used.
  • This etching solution can be modified by various additives such as sulfuric acid, phosphoric acid, acetic acid, N-methylpyrrolidone and also surfactants, which u. a.
  • Wetting properties of the etching solution and their etch rate can be specifically influenced.
  • These acid etch mixtures produce a morphology of interstitially arranged etch pits on the surface.
  • the etching is typically carried out at temperatures in the range between 4 ° C to ⁇ 10 ° C and the ⁇ tzabtrag here is usually 4 pm to 6 pm.
  • the wafers are placed in a tube furnace in a quartz glass tube of a controlled atmosphere consisting of dried nitrogen, dried oxygen and phosphoryl chloride.
  • the wafers are introduced at temperatures between 600 and 700 ° C in the quartz glass tube.
  • the gas mixture is transported through the quartz glass tube.
  • the phosphoryl chloride decomposes into a vapor consisting of phosphorus oxide (eg P2O5) and chlorine gas.
  • the vapor of phosphorus oxide is deposited among other things on the wafer surfaces (occupancy).
  • the silicon surface is oxidized at these temperatures to form a thin oxide layer. In this layer, the deposited phosphorus oxide is embedded, whereby a mixed oxide of silicon dioxide and phosphorus oxide formed on the wafer surface.
  • This mixed oxide is called phosphosilicate glass (PSG).
  • PSG phosphosilicate glass
  • the mixed oxide serves the silicon wafer as a diffusion source, wherein in the course of the diffusion, the phosphorus oxide diffuses in the direction of the interface between PSG glass and silicon wafer and is reduced there by reaction with the silicon on the wafer surface (silicothermally) to phosphorus.
  • the resulting phosphor has a solubility which is orders of magnitude greater in silicon than in the glass matrix from which it is formed, and thus dissolves preferentially in silicon due to the very high segregation coefficient.
  • the phosphorus in silicon diffuses along the concentration gradient into the volume of silicon. In this diffusion process, concentration gradients of the order of 105 between typical
  • a PSG layer is formed, which typically has a layer thickness of 40 to 60 nm. in the
  • the composition of the gas mixture is adjusted so that the further supply of phosphoryl chloride is suppressed.
  • the surface of the silicon is further oxidized by the oxygen contained in the gas mixture, whereby a phosphorus depleted silicon dioxide layer is also generated between the actual doping source, the phosphorus oxide highly enriched PSG glass and the silicon wafer
  • the tube furnace is automatically cooled and the wafers can be removed from the process tube at temperatures between 600 ° C to 700 ° C.
  • Composition of the gas atmosphere used for doping the formation of a so-called boron skin can be detected on the wafers.
  • This boron skin is dependent on various influencing factors: decisive for the doping atmosphere, the temperature, the doping time, the
  • Pretreatment were subjected (for example, their structuring with diffusion-inhibiting and / or -unterbindenden layers and
  • Doping sources for example, dilute solutions of phosphoric or boric acid, as well as sol-gel-based systems or solutions of polymeric Borazilitatien can be used.
  • additional thickening polymers characterized, and contain dopants in a suitable form.
  • dopants in a suitable form.
  • evaporation of Solvents from the aforementioned doping media are usually followed by a high-temperature treatment during which undesirable and interfering additives which cause the formulation are either "burned" and / or pyrolyzed., The removal of solvents and the burn-out may or may not , take place simultaneously.
  • the coated substrates usually pass through a continuous furnace at temperatures between 800 ° C and 1000 ° C, to shorten the cycle time, the temperatures in comparison to
  • Gas phase diffusion in the tube furnace can be slightly increased.
  • the prevailing in the continuous furnace gas atmosphere can according to the
  • Nitrogen dry air, a mixture of dry oxygen and dry nitrogen and / or, depending on the design of the furnace to be passed, zones of one and the other of the above
  • Driving the dopant can in principle be decoupled from each other.
  • the wafers present after the doping are coated on both sides with more or less glass on both sides of the surface. More or less in this case refers to modifications that can be applied in the context of the doping process: double-sided diffusion vs. quasi one-sided diffusion mediated by back-to-back arrangement of two wafers in a parking space of the process boats used. The latter
  • Variant allows a predominantly one-sided doping, but does not completely prevent the diffusion on the back.
  • the wafers are on the one hand transhipped in batches in wet process boats and with their help in a solution of dilute hydrofluoric acid, typically 2% to 5%, immersed and left in this until either the surface is completely removed from the glasses, or Process cycle has expired, which represents a sum parameter of the necessary ⁇ tzdauer and the automatic process automation.
  • the complete removal of the glasses can be determined, for example, by the complete dewetting of the silicon wafer surface by the dilute aqueous hydrofluoric acid solution.
  • the etching of the glasses on the wafer surfaces can also be carried out in a horizontally operating method in which the wafers are introduced in a constant flow into an etching system in which the wafers pass through the corresponding process tanks horizontally (inline system).
  • the wafers are conveyed on rollers and rollers either through the process tanks and the etching solutions contained therein or the etching media are transported onto the wafer surfaces by means of roller application.
  • the typical residence time of the wafers in the case of etching the PSG glass is about 90 seconds, and the hydrofluoric acid used is somewhat more concentrated than in the batch process
  • the concentration of hydrofluoric acid is typically 5%.
  • the tank temperature compared to the
  • edge insulation -> glass etching is a process engineering necessity, which results from the system-inherent characteristics of the double-sided diffusion, even with intentional unilateral back-to-back diffusion.
  • parasitic pn junction On the (later) back side of the solar cell there is a large-area parasitic pn junction which, although due to process technology, is partly, but not completely, removed in the course of the later processing. As a result, the Front and back of the solar cell via a parasitic and
  • the wafers are unilaterally via an etching solution
  • the etching solution may contain as minor constituents, for example, sulfuric acid or phosphoric acid.
  • the etching solution is transported via rollers mediated on the back of the wafer.
  • the etching erosion typically achieved with these methods amounts to approximately 1 ⁇ m silicon at temperatures between 4 ° C. to 8 ° C. (including the glass layer present on the surface to be treated). In this method, the glass layer remaining on the opposite side of the wafer serves as a mask before
  • edge isolation can also be done with the help of
  • Plasma etching processes are performed. This plasma etching is then usually carried out before the glass etching. For this purpose, several wafers are stacked on each other and the outer edges become the plasma
  • the plasma is filled with fluorinated gases, for example
  • Tetrafluoromethane fed.
  • Solar cells with an anti-reflection coating which usually consists of amorphous and hydrogen-rich silicon nitride.
  • Antireflection coatings are conceivable. Possible coatings may include titanium dioxide, magnesium fluoride, tin dioxide and / or
  • the layer generates an electric field due to the numerous incorporated positive charges that charge carriers in the silicon can keep away from the surface and the recombination of these charge carriers at the
  • this layer depending on its optical parameters, such as refractive index and layer thickness, this layer generates a reflection-reducing property which contributes to the fact that more light can be coupled into the later solar cell. Both effects can increase the conversion efficiency of the solar cell.
  • the antireflection reduction is most pronounced in the wavelength range of the light of 600 nm.
  • the directional and non-directional reflection shows a value of about 1% to 3% of the originally incident light (perpendicular incidence to the surface normal of the silicon wafer).
  • the above-mentioned silicon nitride films are currently deposited on the surface generally by direct PECVD method.
  • a gas atmosphere of argon is ignited a plasma, in which silane and ammonia are introduced.
  • the silane and the ammonia are converted in the plasma by ionic and radical reactions to silicon nitride and thereby deposited on the wafer surface.
  • the properties of the layers can z. B. adjusted and controlled by the individual gas flows of the reactants.
  • the deposition of the above-mentioned silicon nitride layers can also be carried out using hydrogen as the carrier gas and / or the reactants alone. Typical deposition temperatures are in the range between 300 ° C to 400 ° C.
  • Alternative deposition methods may be, for example, LPCVD and / or sputtering. 5th generation of front electrode electrode
  • Silicon nitride coated wafer surface defines the front electrode.
  • the electrode has been established using the screen printing method using metallic
  • the sum of the residual constituents results from the rheological aids necessary for formulating the paste, such as, for example, solvents, binders and thickeners.
  • the silver paste contains a special Glasfrit mixture, mostly oxides and mixed oxides based on
  • the glass frit fulfills essentially two functions: on the one hand it serves as a bonding agent between the wafer surface and the mass of the silver particles to be sintered, on the other hand it is responsible for the penetration of the silicon nitride covering layer in order to enable the direct ohmic contact to the underlying silicon.
  • the penetration of the silicon nitride takes place via an etching process with subsequent diffusion of silver present dissolved in the glass frit matrix into the silicon surface, whereby the ohmic contact formation is achieved.
  • the silver paste is deposited by screen printing on the wafer surface and then dried at temperatures of about 200 ° C to 300 ° C for a few minutes. For the sake of completeness, it should be mentioned that double-printing processes also find industrial application, which make it possible to print on an electrode grid generated during the first printing step, a congruent second.
  • the solvents contained in the paste are expelled from the paste.
  • the printed wafer passes through a continuous furnace.
  • Such an oven generally has several heating zones, which can be independently controlled and tempered.
  • the wafers are heated to temperatures up to about 950 ° C.
  • the single wafer is typically exposed to this peak temperature for only a few seconds.
  • the wafer has temperatures of 600 ° C to 800 ° C. In these
  • Temperatures are contained in the silver paste contained organic impurities such as binder, and the etching of the silver paste.
  • Silicon nitride layer is initiated. During the short time interval of the prevailing peak temperatures, contact formation occurs.
  • the front electrode grid consists of thin fingers
  • the rear bus buses are also usually by means of
  • the back electrode is defined following the pressure of the bus buses.
  • the electrode material is made of aluminum, therefore, to define the electrode, an aluminum-containing paste by screen printing on the remaining free area of the wafer back with a
  • Edge distance ⁇ 1 mm is printed.
  • the remaining components are those already mentioned under point 5 (such as solvents, binders, etc.).
  • the aluminum paste is bonded to the wafer during co-firing by causing the aluminum particles to start to melt during heating and remove silicon from the wafer in the wafer
  • melt mixture acts as a dopant source and releases aluminum to the silicon (solubility limit:
  • This potential wall is generally referred to as the back surface field or back surface field.
  • edge isolation of the wafer has not already been carried out as described under point 3, this is typically carried out after co-firing with the aid of laser beam methods.
  • a laser beam is directed to the front of the solar cell and the front p-n junction is severed by means of the energy coupled in by this beam.
  • This trench with a depth of up to 5 pm due to
  • this laser trench is 30 pm to 60 pm wide and about 200 pm away from the edge of the solar cell.
  • solar cell architectures with both n-type and p-type base material. These solar cell types include PERT solar cells
  • structured diffusion barriers may be deposited on the silicon wafers prior to depositing the glasses to define the regions to be doped.
  • a disadvantage of this method is that in each case only one polarity (n or p) of
  • Doping can be achieved. Somewhat simpler than the structuring of the doping sources or that of any diffusion barriers is the direct laser-beam driven driving-in of dopants from previously onto the
  • Wafer surfaces deposited dopant sources This method makes it possible to save costly structuring steps. Nevertheless, it can not compensate for the disadvantage of a possible simultaneous simultaneous doping of two polarities on the same surface at the same time (co-diffusion), since this method is likewise based on a predeposition of a dopant source, which is activated only subsequently for the emission of the dopant. Disadvantage of this (post-) doping from such sources is the inevitable laser damage to the substrate: the laser beam must by absorbing the radiation into heat
  • Dotiermedien (doping inks) are produced.
  • Alkoxysilanes or alkoxyalkylsilanes which may contain individual or various saturated, unsaturated, branched, unbranched aliphatic, alicyclic and aromatic radicals, which in turn may be attached at any position of the alkoxide radical by heteroatoms selected from the group O, N, may be used to carry out the process according to the invention.
  • S, Cl, Br can be functionalized.
  • the alkoxysilanes of the invention are N-(2-aminoethoxysilanes of the invention.
  • the alkoxysilanes used according to the invention can have saturated, unsaturated, branched, unbranched aliphatic, alicyclic and aromatic radicals individually or different of these radicals, which in turn can be attached to any position of the alkoxide radical by heteroatoms selected from the group O, N, S, Cl , Br can be functionalized.
  • hydrolyzable radicals are halogen (F, Cl, Br or I, preferably Cl and Br), alkoxy (especially C 1 alkoxy, such as
  • Particularly preferred hydrolysable radicals are alkoxy groups, in particular methoxy and ethoxy.
  • non-hydrolyzable radicals R 1 in the context of the invention are alkyl, in particular C 1-4 -alkyl (such as, for example, methyl, ethyl, propyl and butyl), alkenyl (in particular C 2 -alkenyl, for example vinyl, -propenyl, 2-propenyl and butenyl), alkynyl (especially C 2- 4-AIkinyl such as acetylenyl and propargyl), and aryl, in particular C 6 -aryl, for example phenyl and naphthyl), wherein the groups just mentioned, optionally one or more Substituents, such as halogen and alkoxy, may have.
  • alkyl in particular C 1-4 -alkyl (such as, for example, methyl, ethyl, propyl and butyl)
  • alkenyl in particular C 2 -alkenyl, for example vinyl, -propenyl, 2-propeny
  • alkoxysilanes used in the sol-gel reaction can form a three-dimensional network, which can form a thin layer during drying and compression, which is convertible by thermal treatment in a dense glass layer.
  • Alkoxysilanes are therefore preferably used in the invention, the low-boiling radicals
  • the radicals are preferably methoxy, ethoxy, n-propoxy, i-propoxy and butoxy, most preferably methoxy and ethoxy. Particular preference is therefore given to the alkoxysilanes
  • Tetraethoxysilane (TEOS) and tetramethoxysilane (TMOS) worked.
  • alkoxyalkylsilanes in which one or two of the radicals have the meaning of alkyl, in particular C 1-4 -alkyl, such as e.g. Methyl, ethyl, propyl or butyl.
  • Reaction mixture a solvent or a solvent mixture are added in an appropriate amount, so that the reaction can be carried out in sufficient speed.
  • Suitable solvents for this purpose are those which are also formed by the condensation reaction itself, for example methanol, ethanol, propanol, butanol or other alcohols. Since protic solvents also lead to the termination of the condensation reaction, they can only be added in limited amounts. Aprotic, polar solvents, such as tetrahydrofuran, are therefore preferable.
  • Suitable inert solvents other than tetrahydrofuran are other sufficiently polar and non-protic solubilizers, for example 1,4-dioxane and dibenzyl ether, into consideration, it being possible to use further solvents having corresponding properties for this purpose.
  • By a suitable choice of the synthesis conditions it is possible to adjust the viscosity of the doping ink between a few mPas, for example 3 mPas, and 100 mPas.
  • Condensation reaction can be achieved by adding a sufficient amount of a protic solvent upon reaching a desired viscosity.
  • a protic solvent may include, for example, branched and unbranched, aliphatic, cyclic, saturated and unsaturated and aromatic mono-, di-, tri- and polyols, d.
  • protic solvents may be combined with any desired polar and non-polar aprotic solvents.
  • Solvent is not explicitly limited to substances that are added to
  • Tetramethylolpropane 2, 2-dimethyl-1, 3-pentanediol, tetradecanol or the like.
  • Compounds used are those selected from the group boron oxide, boric acid and boric acid esters.
  • phosphorus-containing compounds can be obtained oxide media with good properties, when the phosphorus-containing compounds are selected from the group of phosphorus (V) oxide, phosphoric acid, polyphosphoric acid, phosphoric acid esters and phosphonic acid esters with alpha and beta-functional siloxane-functionalized groups.
  • the printable oxide media in the form of doping media based on hybrid sols and or gels using alcoholates / esters, hydroxides or oxides of aluminum, gallium, germanium, zinc, tin, titanium, zirconium, or Lead, as well as their mixtures, so that a "hybrid" sol or gel is obtained using these components.
  • hybrid sols can be made sterically by addition of suitable masking agents, complexing agents and chelating agents in a sub stoichiometric ratio stabilize and on the other hand in terms of their
  • WO2012119685 A1 and WO20121 9684 A are known. The content of these publications is therefore included in the disclosure of the present application.
  • the oxide medium is up to a highly viscous, (nearly) glassy mass and the resulting product is brought back into solution, either by addition of a suitable solvent or solvent mixture.
  • a suitable solvent or solvent mixture for this protic and / or polar solvents are suitable, such as propanol, isopropanol, butanol, butyl acetate, or ethyl acetate u. a. Ethyl acetate, ethylene glycol monobutyl ether,
  • a stable mixture is prepared by the process according to the invention, which is storage stable for a period of at least three months.
  • the doping media produced by the process according to the invention are storage-stable, can be prepared reproducibly and are characterized by a constant, ie independent of the storage life, Doping power off. Furthermore, such media can be modified by the targeted addition of monofunctional or monoreactive (capping agent) siloxanes, so that the storage stability of the
  • Suitable monofunctional siloxanes for this purpose include: acetoxytrialkylsilanes, alkoxytrialkylsilanes, such as ethoxytrimethylsilane, halo-trialkylsilanes and their derivatives, and comparable compounds. That is, when "capping agents" are added to the oxide media during manufacture, this results in a further improvement in the stability of the resulting oxide media, making them particularly well suited for use as doped inks
  • the oxide media produced according to the invention may vary depending on the consistency, i. H. depending on their theological properties, such as, for example, their viscosity, by spin coating or dip coating, drop casting, curtain or slot dye coating, screen printing or flexoprinting, gravure, ink jet or aerosol jet printing, offset printing, Micro Contact Printing, Electrohydrodynamic
  • Glass layers are used, which act as a sodium and potassium diffusion barrier in the LCD technique as a result of thermal treatment, but in particular for the production of thin, dense glass layers on the cover glass of a display consisting of doped SiO 2 , the diffusion of ions from the Prevent coverslip into the liquid crystalline phase.
  • the present invention accordingly relates to the new, according to the invention
  • Oxidmedien which have been prepared according to the method described above and which binary or ternary systems from the group S1O2-P2O5, S1O2-B2O3, SiO 2 -P 2 O 5 - B2O3 and S1O2-Al2O3-B2O3 and / or mixtures of higher degree, which result from the use of alcoholates / esters, hydroxides or oxides of aluminum, gallium, germanium, zinc, tin, titanium, zirconium or lead during manufacture.
  • these hybrid sols can be obtained by addition of suitable
  • Masking agents, complex and chelating in a sub stoichiometric to a stoichiometric ratio on the one hand sterically stabilize and on the other hand in terms of their condensation and gelation rate but also in terms of the theological properties specifically influence and control. Suitable masking and complexing agents, as well
  • Chelating agents are known to those skilled in the patent applications WO 2012/119686 A, WO2012119685 A1 and WO2012119684 A.
  • the surface-printed oxide medium which is prepared by a method in the context of the invention, in a temperature range between 50 ° C and 750 ° C, preferably between 50 ° C and 500 ° C, more preferably between 50 ° C. and 400 ° C, using one or more, to be carried out sequentially Temper Colouren (tempering by means of a step function) and / or an annealing ramp, dried and compacted to the glazing, whereby a grip and abrasion resistant layer is formed with a thickness of up to 500 nm.
  • the heat treatment of the glazed on the surfaces layers at a temperature in the range between 750 ° C and 1100 ° C, preferably between 850 ° C and 1100 ° C, more preferably between 850 ° C and 000 ° C.
  • silicon-doping atoms such as boron and / or phosphorus
  • silicothermal reduction of the respective oxides on the substrate surface to the substrate itself deliver, whereby the conductivity of the silicon substrate is favorably favored favorable. It is particularly advantageous that due to the heat treatment of the printed substrate, the dopants depending on the
  • the surface concentrations of the dopant can usually assume values of greater than or equal to 1 ⁇ 10 19 to 1 ⁇ 10 21 atoms / cm 3 . This depends on the nature of the dopant used in the printable oxide medium.
  • Oxide media were covered by at least two powers of ten
  • hydrophilic means
  • hydrophobic in this context means: surfaces provided with silane termination, which does not exclude thin silicon layers on the surface
  • Silicon substrate to use and such silicon wafers with the
  • the effective dose of doping in the silicon substrate is thus affected by the temperature during the treatment and its duration, as well as indirectly by the diffusivity of the dopant in the thin oxide layer, but also by the temperature dependent segregation coefficients of the dopant between the silicon of the substrate and the
  • Silicon dioxide layer In general, the process according to the invention for the production of grip- and abrasion-resistant layers on silicon and silicon wafers can be characterized in that
  • Silicon wafers are printed with the oxide media as n-type dopant (for example, by ink jet printing), the printed Dotiermedien dried, compacted and then exposed to a subsequent gas phase diffusion with phosphoryl chloride, whereby high dopants are obtained in the printed areas and lower doping in the Be achieved areas that are exposed exclusively to the gas phase diffusion, or
  • Silicon wafers are printed with the oxide media as a p-type oxide medium, in this case with boron-containing precursors, the printed on doping dried, compacted and then exposed to a subsequent gas phase diffusion with boron trichloride or boron tribromide, whereby high doping is obtained in the printed areas and a lower doping is achieved in the areas which are exposed exclusively to the gas phase diffusion or
  • Doping medium is dried and / or compressed and from the compacted doped oxide medium by means of
  • Doping medium is dried and compacted and from the
  • compressed doping oxide medium is initiated by means of a suitable heat treatment, the doping of the underlying substrate, and subsequent to this doping process with subsequent local laser irradiation, the local doping of the underlying substrate material amplified and the dopant is driven deeper into the volume of the substrate
  • the silicon wafer is printed either over the whole area or locally with oxide media as doping media, which may be n- and p-doping media, optionally through
  • alternating structures which are dried and densified on printed structures and coated with suitable diffusion barrier materials, such as sol-gel based silica layers, sputtered or APCVD or PECVD based silicon dioxide, silicon nitride or silicon dioxide
  • Siliconoxynitrid für encapsulated and the doping acting oxide media are brought by suitable heat treatment for doping of the substrate,
  • the silicon wafer is printed either over the whole area or locally with oxide media as doping media, which may be n- and p-doping media. This may optionally have an alternating sequence of structures, such as printed n-doping oxide medium with any
  • Structure width for example, line width, adjacent to non-printed silicon surface, which also any combination thereof
  • the printed structures are dried and compacted, and subsequently the wafer surface can be provided with a doping medium of oppositely inducing majority charge carrier polarity over the entire surface or selectively printed on the already printed surface.
  • the last-mentioned doping media can be printable sol-gel-based oxidic doping materials, other printable doping inks and / or pastes, APCVD and / or PECVD glasses doped with dopants and dopants from conventional gas phase diffusion and doping.
  • doping oxide medium acts as a diffusion barrier to the one above it, and behaves as the majority majority carrier polarity-inducing dopant medium; Moreover, the opposite side of the
  • Wafer surface may be covered with a different and otherwise deposited (printed, CVD, PVD) diffusion barrier, such as a silicon dioxide, silicon nitride or
  • the silicon wafer is printed either over the whole area or locally with oxide media as doping media, which may be n- and p-doping media, optionally in alternating sequence, such as printed n-doping
  • any structure width for example, any line width, adjacent to non-printed Silicon surface, which also has any structural width.
  • the printed structures are dried and compacted, after which the wafer surface can be provided over the entire area with a doping medium with opposite inducing majority charge carrier polarity on the already printed wafer surface, and wherein the latter doping media can be printable sol-gel based oxidic dopants or other printable dopant inks and / or or pastes, doped APCVD and / or PECVD glasses, but also dopants from conventional gas phase diffusion and doping.
  • the overlapping arranged and doping acting doping media are brought by suitable heat treatment for doping of the substrate. In this case, the respectively underside, printed, doping oxide medium is due to appropriate
  • the opposite wafer surface can be covered by means of a different and otherwise deposited dopant source (printable sol-gel-based oxidic dopants, other printable
  • Oxide media their drying, and compaction and / or doping
  • thermal treatment resulting glass layers with a
  • the etchant used in this case contains as etchant hydrofluoric acid in a concentration of 0.001 to 10 wt .-% or 0.001 to 10 wt .-% hydrofluoric acid and 0.001 to 10 wt .-% phosphoric acid in the mixture.
  • the dried and compacted doping glasses can furthermore be removed from the wafer surface with other etching mixtures:
  • buffered hydrofluoric acid mixtures BHF
  • buffered oxide etch mixtures etching mixtures consisting of hydrofluoric and nitric acid, such as the so-called p-type etching, R-etching, S-etching, or etching mixtures, consisting of hydrofluoric acid and sulfuric acid, the aforementioned list not the Claim to completeness.
  • Inline diffusion is in principle the most efficient variant of doping silicon wafers, taking into account the industrial mass production of components that are manufactured under considerable cost pressure from two directions in billions of units. The cost pressure results both from a very pronounced political and market competitive situation. Inline diffusion can achieve industrial throughput rates that are typically between 15 to 25% higher than the usual
  • the dopant sources are applied to the wafers wet by means of suitable coating methods (spraying, rolling, screen printing, etc.), thermally dried, compacted and brought into the furnace system for diffusion.
  • suitable coating methods spraying, rolling, screen printing, etc.
  • Typical and commonly used sources of dopants are dilute ones
  • alcoholic in ethanol or isopropanol
  • aqueous solutions of phosphoric or boric acid should lead to a homogeneous film on the silicon surfaces, so that a uniform delivery of the dopant to the silicon is possible.
  • Phosphoric and boric acids have an increasing oxidic character upon drying of the solution and thermal transformation to polymeric species. The oxides in question are volatile and therefore can very easily contribute to auto-doping of regions of the substrate that were not initially homogeneously covered with the dopant source.
  • the structuring also relates to the creation of differently doped regions in a basically arbitrary, but often alternating, sequence in which either high and low-doped regions of a polarity (n- or p-type) or doped regions of alternating polarities (n - on p-type and vice versa) alternate.
  • n- or p-type polarity
  • doped regions of alternating polarities n - on p-type and vice versa
  • Wafer surface can be deposited
  • the printable dopant sources offer the potential to allow sufficient surface concentrations of dopants for the subsequent ohmic contacting of the doped regions
  • the printable dopant sources must be able to be driven into the treated silicon wafer in a co-diffusion step and thus simultaneously
  • Minority carrier lifetime is an essential basic parameter that decides on the conversion efficiency of a solar cell: low lifetime equal low efficiency and vice versa. Therefore, for the expert speaks against the use of the previously known printable doping media. The adverse effect on carrier lifetime is evident by the raw materials used to make the dopant media
  • auxiliaries necessary for the paste formulation, and in particular the polymeric binders are a source of contamination which is difficult to control and which has a negative effect on the performance of the silicon.
  • These adjuvants may contain unwanted, harmful metals and metal ions whose concentration is typically in the per mil range.
  • silicon reacts very sensitively to metallic contaminations already in the range of ppb to a few ppm - especially when the
  • Silicon treatment follows a high-temperature phase, which allows for the most effective distribution of these harmful contaminants in the bulk (via diffusion and "doping") of silicon. Such diffusions in wafers typically occur as a result of
  • Typical and particularly harmful contaminants are, for example, iron, copper, titanium, nickel and other transition metals from this group of
  • volume can penetrate than the desired dopants themselves, and thus can affect not only the surface of the silicon, but also its entire volume. So in case of iron, with the
  • binders added in the formulation of pastes are generally very difficult to even chemically clean up or free of their cargo of metallic trace elements. The effort to clean them is high and is due to the high cost in any
  • auxiliaries are a constant source of contamination, are favored by the unwanted contamination in the form of metallic species greatly.
  • Liquid phase dopant deposited on the silicon wafer surface In the subsequent drying of the liquid dopant, the metal ions contained in the ink are enriched in the remaining residue.
  • the enrichment factor is of the concentration in the liquid
  • the enrichment factor can be between 10 and 100. That is, with a metal ion load of 10 ppbw of any element, 100 ppbw to 1 ppmw in the dried
  • the layer containing the dopant thus represents a comparatively highly concentrated source of possible metal ions for the silicon substrate underneath.
  • the release of the metal ions from this layer is strongly dependent on the temperature and the
  • Material properties such as the segregation coefficient of the dopant layer over the silicon wafer dependent.
  • thermal activation of the dopant layer in order to allow the dopant to diffuse in silicon, can also considerably mobilize the metal ions.
  • diffusivity of most metal ions is many orders of magnitude higher than that of all dopants.
  • Metal ions (3d subgroup elements) diffused into the silicon although they can form silicides and partially precipitate as such, behave and / or precipitate on oxides and oxygen clusters and grain boundaries and dislocations, in some cases also very strongly. by electronically inducing deep impurities in the silicon. These depths
  • Impurities have a pronounced recombination activity for the minority carriers.
  • Minority carrier lifetime or diffusion length is one of the basic quality parameters of the silicon used for solar cell fabrication, it significantly determines the maximum conversion efficiency to be achieved. A very high one
  • printable, low viscosity oxide media of the present invention which can be prepared by a sol-gel process.
  • these oxide media can be produced by suitable additives as printable doping media.
  • novel doping media can be synthesized on the basis of the sol-gel process and, if this is necessary, can be further formulated.
  • the synthesis of the doping ink can be achieved by adding
  • Condensation initiators e.g. be controlled by a carboxylic anhydride in the absence of water. In this way, the degree of crosslinking in the ink is above the stoichiometry of the addition,
  • the acid anhydride for example, the acid anhydride, controllable.
  • the resulting ink is low viscosity and low viscosity. As a result, it is perfectly processable with suitable printing methods.
  • Suitable printing methods can be the following: Spin or Dip Coating, Drop Casting, Curtain or Slot Dye Coating, Screen or Flexo Printing, Gravure or Ink Jet or Aerosol Jet Printing, Offset Printing, Microcontact Printing, Electrohydrodynamic Dispensing, Roller or Spray Coating, Ultrasonic Spray Coating, Pipe Jetting, Laser Transfer Printing, Päd Printing, Flatbed Screen Printing and Rotary Screen Printing. This list is not exhaustive, and other printing methods may be suitable.
  • the properties of the doping media according to the invention can be adjusted in a targeted manner, so that they are optimally suitable for special printing processes and for application to specific surfaces, with which they can interact intensively. In this way you can target properties, such as
  • particulate additives eg aluminum hydroxides and
  • particulate additives eg aluminum hydroxides and
  • each printing and coating method has its own requirements for the ink to be printed.
  • parameters to be set individually for the respective printing method are those such as the surface tension, the
  • Viscosity and the total vapor pressure of the ink Viscosity and the total vapor pressure of the ink.
  • the printable media in addition to their use as a doping source as scratch protection and corrosion protection layers, eg. Example, in the manufacture of components in the metal industry, preferably in the electronics industry, and in particular in the production of microelectronic, photovoltaic and microelectromechanical (MEMS) components, application.
  • photovoltaic components are in particular solar cells and modules.
  • applications in the electronics industry are characterized by the use of said inks and pastes in the following, by way of example, but not exhaustive fields: fabrication of thin film solar cells from thin film solar modules, organic solar cell manufacturing, printed circuit and organic electronics manufacturing, manufacturing from
  • Display elements based on the technologies of thin-film transistors (TFT), liquid crystals (LCD), organic light-emitting diodes (OLED) and touch-sensitive capacitive and resistive sensors.
  • TFT thin-film transistors
  • LCD liquid crystals
  • OLED organic light-emitting diodes
  • the dopants prepared according to this method are:
  • Fig. 1 shows a 31 P-NMR measurement of an ink resulting in Example 1.
  • the chemical shift of free phosphoric acid is 0 ppm and is not detectable in this example.
  • the phosphoric acid must therefore be firmly bound in the Si0 2 matrix.
  • FIG. 2 shows the doping profiles of the doping tests as repeatable
  • a polished p-type silicon wafer is after HF cleaning with a phosphorus doped Si0 2 matrix according to Example 1 means
  • a resulting ECV profile of the diffused emitter is additionally shown the behavior of the auto and / or proximity doping.
  • the proximity is according to an arrangement of silicon wafers
  • FIG. 3 shows the ECV profiles of the above-described doping experiments.
  • Example 4 shows the ECV profiles of the above-described doping experiments.
  • a textured p-type silicon wafer is after HF cleaning with a phosphorus doped Si0 2 matrix according to Example 1 with isopropanol or a comparable solvent, defined by vapor pressure and / or Hansen-solubility parameter, ethyl acetate or a comparable
  • Solvent defined by vapor pressure and / or Hansen solubility parameter
  • butanol or a comparable solvent defined by vapor pressure and / or Hansen solubility parameter as
  • Solvent (mass ratio 1: 1: 0.25) printed by spray coating. After subsequent baking for 2 minutes on a hotplate (100 ° C), diffusion at 900 ° C for 15 minutes leads to a
  • FIG. Figure 4 shows a scanning electron micrograph (50,000X magnification) of the deposited diffusion layer on a pyramid of an alkaline textured (100) wafer. It is easy to see the homogeneous coverage of the surface by the sprayed-on PSG layer. The measured layer thickness is 44 nm.
  • FIG. 5 shows the sheet resistance distribution (top right) on a full-area ink deposited with doping medium according to example 1.
  • the ECV profile (bottom left) gives a typical measurement point on the sample.
  • a textured p-type silicon wafer is after HF cleaning with a phosphorus doped SiO 2 matrix according to Example 1, with
  • Dipropylene glycol monomethyl ether as solvent, locally printed by inkjet. After subsequent baking for 2 minutes on a hotplate (100 ° C), diffusion at 900 ° C for 15 minutes leads to a
  • a resultant ECV profile of the diffused emitter and a measurement 1 mm apart from the printed location are shown in FIG.
  • the surface concentrations of the two areas differed by a factor> 00.
  • Fig. 6 shows the ECV profile of the diffused emitter and a reference measurement 1 mm next to the printed area.
  • a polished p-type silicon wafer is after HF cleaning with a phosphorus doped Si0 2 matrix according to Example 1 means
  • Sheet resistance of 50 ⁇ / sqr determined via QSSPC measurement (quasi-stationary photoconductivity measurement) and read out at one
  • Injection density of 1 * 10 15 minority charge carriers / cm 3 demonstrated.
  • the life span is 130 ps.
  • the lifetime of a comparable but untreated, ie undoped, reference wafer is 320 ps.
  • the wafers are wet-chemically passivated by methanol-quinhydrone process.
  • FIG. 7 shows a comparative lifetime measurement of a p-type wafer doped with a commercially available doping ink against one
  • FIG. 8 compares the service life of a p-type wafer according to the procedure outlined above using a doping ink according to Example 1 of the lifetime of a commercially available doping ink.
  • the lifetime of the wafer coated with an ink of the invention is 520 ps, which is four times larger than that of the competitive approach.
  • the increase in lifetime is due to the optimized synthesis method using very pure chemicals and the adequate pre-purification of the solvents used.
  • Fig. 8 shows the comparative lifetime measurement of one using one prepared according to the optimized synthesis method and using adequately pretreated solvent treated wafers compared to a wafer after its doping with a commercially available doping ink.
  • a doping ink is prepared according to the following conditions: in a 250 ml flask, weigh 67.3 g of ethanol, 54.2 ethyl acetate, 13.3 g of acetic acid, 32.5 g of tetraethylorthosilicate, mix thoroughly and add 6.7 g of water. In this mixture, 1, 7 g of phosphorus pentoxide (P4O10) are dissolved and the mixture is heated to reflux for 24 h. After the synthesis of the doping ink is stored in a refrigerator at +8 ° C and used at certain time intervals for doping of silicon wafers. For this purpose, the ink is in each case by means of the spin coating process on a one-side polished, p-type wafer with a conductivity of 1-10 Q * cm
  • the wafer is dried at 00 ° C on a hot plate for 2 minutes and then fed to the doping in a conventional muffle furnace at 900 ° C for 20 minutes. After diffusion, the resulting PSG glass is removed from the wafer surface by dilute hydrofluoric acid ( ⁇ 2%) and the sheet resistance is determined by four-peak measurement.
  • the doping effect of the doping ink prepared according to this method demonstrates a pronounced time dependence of the doping effect to be observed. There is a proportional relationship: as the storage time of the doping medium increases, its doping capacity decreases. The doping medium shows no long-term storage stability.
  • Doping medium applied as a function of the storage time too Achieving layer resistance as a function of storage time of the doping medium during cooling.
  • the observation is furthermore independent of which type of phosphorus compound and in which order it is added: aqueous or crystalline phosphoric acid, polyphosphoric acid,
  • Phosphoric acid esters such as mono-, di- and tributyl phosphate or phosphorus pentoxide itself.
  • Mass fractions of the phosphor contained in the precursor substances still have a low doping effect as such, which are prepared with pentavalent phosphorus sources.
  • phosphonic acids may be, for example, phosphonic acid, dibutylphosphonate,
  • Solvents are given in the description). Alternatively, a solvent mixture according to Example 4 can be added in an appropriate amount. The resulting mixture is kept under
  • the doping ink may be synthesized using a mixture of tetraethyl orthosilicate and aluminum isobutylate.
  • the partial substitution of tetraethyl orthosilicate by aluminum isobutylate may require the substoichiometric addition of complexing ligands, such as those of acetylacetone, salicylic acid, 2,3-dihydroxy- and 3,4-dihydroxybenzoic acid, or mixtures thereof.
  • the doping was carried out at 950 ° C in a tube furnace for 30 minutes in a nitrogen atmosphere.
  • Tetrahydrofuran added.
  • the resulting mixture is brought to reflux using an oil bath (80 ° C).
  • 100 g of acetic anhydride are rapidly added dropwise from an attached dropping funnel.
  • 190 g is added to this mixture from another dropping funnel.
  • Tetraethylorthosilicate slowly added dropwise to the mixture introduced in the apparatus with vigorous stirring. After the addition of the tetraethyl orthosilicate, the temperature of the oil bath is raised to 20 ° C and the mixture is left under vigorous stirring for one hour at this temperature. The reaction is then followed by a
  • Solvent mixture consisting of 150 g of ethyl acetate, 600 g of isopropanol and 150 g of ethoxypropanol, quenched and refluxed for a further 60 minutes.
  • the doping ink enables a homogeneous spray coating of
  • the content of acetic anhydride in the reaction mixture according to this Example 10 can be varied. It has proven to be advantageous to use masses between 90 g and 380 g of the reactant.
  • the crosslinking of the oxide network can be determined by the amount of added acetic anhydride, the amount of tetrahydrofuran contained in the reaction mixture, the duration of the heating of the
  • Reaction mixture at 120 ° C, as well as the temperature of the heating are controlled.
  • the duration of heating can after complete Add all reactants between 30 minutes and 240 minutes.
  • inert solvents other tetra hydrofu ran other sufficiently polar and non-protic solubilizers, such as
  • a suitable capping agent such as preferably provided ethoxytrimethylsilane. It has proved to be advantageous, 10 ml to 50 ml of the capping material, in this case
  • Fig. 1 P-NMR profile of an ink according to Example 1.
  • the chemical shift of free phosphoric acid is 0 ppm and is not detectable in this example.
  • FIG. 2 Doping profiles of doping tests according to Example 2 with
  • Fig. 4 Scanning electron micrograph (50,000 times
  • the measured layer thickness is 44 nm.
  • FIG. 5 Sheet resistance distribution (top right) on a whole-area wafer treated with doping medium according to Example 1.
  • the ECV profile (bottom left) corresponds to a typical measurement point on the sample
  • Fig. 6 ECV profile of a diffused emitter and a
  • FIG. 7 Comparative lifetime measurement of a p-type wafer doped with a commercially available doping ink versus a comparable one.
  • FIG. 8 Comparative lifetime measurement of a wafer treated with a solvent produced according to the optimized synthesis method and using adequately pretreated solvent in comparison to a wafer after its doping with a commercially available doping ink
  • FIG. 9 Doping potential of a doping medium prepared according to Example 6; FIG. Layer resistance as a function of under cooling

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Abstract

The invention relates to a novel method for producing printable, low-viscous oxide media and to the use thereof in the production of solar cells.

Description

Flüssige Dotiermedien zur lokalen Dotierung von  Liquid doping media for the local doping of
Siliziumwafern  silicon wafers
Die vorliegende Erfindung betrifft ein neues Verfahren zur Herstellung von druckbaren, niedrigviskosen Oxidmedien, und deren Verwendung in der Solarzellenherstellung, sowie der durch Verwendung dieser neuen Medien hergestellten Produkte mit verbesserter Lebensdauer. The present invention relates to a novel process for the preparation of printable, low viscosity oxide media, and their use in solar cell manufacturing, as well as the improved lifetime products produced using these novel media.
Die Herstellung von einfachen bzw. der derzeit im Markt mit größtem Marktanteil vertretenen Solarzellen umfasst die im Folgenden skizzierten wesentlichen Herstellungsschritte: The production of simple solar cells or of the solar cells currently represented in the market with the largest market share comprises the essential production steps outlined below:
1. Sägeschadensätzung und Textur 1. saw damage etching and texture
Ein Siliziumwafer (monokristallin, multikristallin oder quasi-monokristallin, Basisdotierung p- oder n-Typ) wird mittels Ätzverfahren von anhaftenden Sägeschädigung befreit und„zeitgleich", im Regelfall in dem gleichen Ätzbad, texturiert. Unter Texturierung ist in diesem Fall die Schaffung einer vorzugsorientierten Oberfläche(nbeschaffenheit) in Folge des Ätzschrittes oder einfach die gezielte, aber nicht besonders orientierte Aufrauhung der Waferoberfläche zu verstehen. In Folge der Texturierung wirkt die A silicon wafer (monocrystalline, multicrystalline or quasi-monocrystalline, p- or n-type base doping) is freed of adherent saw damage by means of an etching process and "simultaneously", usually in the same etching bath, texturized in this case, the creation of a preferred Surface (texture) as a result of the etching step or simply to understand the targeted, but not particularly oriented roughening of the wafer surface
Oberfläche des Wafers nun als ein diffuser Reflektor und mindert somit die gerichtete, weilenlängen- und vom Winkel des Auftreffens abhängige Reflexion, was letztlich zu einer Erhöhung des absorbierten Anteils des auf die Oberfläche auftreffenden Lichtes führt und somit die Surface of the wafer now as a diffuse reflector and thus reduces the directional, weillängenlängen- and the angle of impact dependent reflection, which ultimately leads to an increase in the absorbed portion of the incident light on the surface and thus the
Konversionseffizienz der Solarzelle erhöht. Conversion efficiency of the solar cell increased.
Die vorher erwähnten Ätzlösungen zur Behandlung der Siliziumwafer bestehen im Falle monokristalliner Waf er typischerweise aus verdünnter Kalilauge, der als Lösungsmittel Isopropylalkohol zugesetzt ist. Es können stattdessen auch andere Alkohole mit höherem Dampfdruck oder höherem Siedepunkt als Isopropylalkohol hinzugefügt sein, sofern dadurch das gewünschte Ätzergebnis erzielt werden kann. Als gewünschtes Ätzergebnis erhält man typischerweise eine Morphologie, die von zufällig angeordneten, oder vielmehr aus der ursprünglichen Oberfläche herausgeätzten, Pyramiden mit quadratischer Grundfläche gekennzeichnet ist. Die Dichte, die Höhe und damit Grundfläche der Pyramiden kann durch geeignete Wahl der oben erwähnten Inhaltsstoffe der Ätzlösung, die Ätztemperatur und die Verweildauer der Wafer im Ätzbecken mit beeinflusst werden. In the case of monocrystalline wafers, the aforementioned etching solutions for treating the silicon wafers typically consist of dilute potassium hydroxide solution to which isopropyl alcohol has been added as solvent. Instead, other alcohols having a higher vapor pressure or higher boiling point than isopropyl alcohol may be added, provided that the desired etching result can be achieved thereby. Typically, the desired etch result is a morphology that is randomly-etched, or rather etched out of the original surface. Pyramids is characterized by square base. The density, the height and thus the base area of the pyramids can be influenced by a suitable choice of the above-mentioned constituents of the etching solution, the etching temperature and the residence time of the wafers in the etching basin.
Typischerweise wird die Texturierung der monokristallinen Wafer im Typically, the texturing of the monocrystalline wafer in
Temperaturbereich von 70 - <90 °C durchgeführt, wobei Ätzabträge von bis zu 10 pm pro Waferseite erzielt werden können. Temperature range of 70 - <90 ° C performed, with Ätzabträge of up to 10 pm per wafer side can be achieved.
Im Falle multikristalliner Siliziumwafer kann die Ätzlösung aus Kalilauge mit mittlerer Konzentration (10 - 15 %) bestehen. Diese Ätztechnik wird in der industriellen Praxis aber kaum noch angewandt. Häufiger wird eine In the case of multicrystalline silicon wafers, the etching solution may consist of potassium hydroxide solution with an average concentration (10-15%). However, this etching technique is hardly used in industrial practice. More often becomes one
Ätzlösung bestehend aus Salpetersäure, Flusssäure und Wasser verwendet. Diese Ätzlösung kann durch verschiedene Additive, wie beispielsweise Schwefelsäure, Phosphorsäure, Essigsäure, N-Methylpyrrolidon und auch Tensiden, modifiziert werden, womit u. a. Benetzungseigenschaften der Ätzlösung als auch deren Ätzrate gezielt beeinflusst werden können. Diese sauren Ätzmischungen erzeugen auf der Oberfläche eine Morphologie von in sich verschachtelt angeordneter Ätzgruben. Die Ätzung wird typischerweise bei Temperaturen im Bereich zwischen 4 °C bis <10 °C durchgeführt und der Ätzabtrag beträgt hier im Regelfall 4 pm bis 6 pm. Etching solution consisting of nitric acid, hydrofluoric acid and water used. This etching solution can be modified by various additives such as sulfuric acid, phosphoric acid, acetic acid, N-methylpyrrolidone and also surfactants, which u. a. Wetting properties of the etching solution and their etch rate can be specifically influenced. These acid etch mixtures produce a morphology of interstitially arranged etch pits on the surface. The etching is typically carried out at temperatures in the range between 4 ° C to <10 ° C and the Ätzabtrag here is usually 4 pm to 6 pm.
Direkt im Anschluss an die Texturierung werden die Siliziumwafer mit Immediately following the texturing, the silicon wafers are included
Wasser intensiv gereinigt und mit verdünnter Flusssäure behandelt, um die in Folge der vorhergehenden Behandlungsschritte entstandene chemische Oxidschichtschicht und darin als auch daran absorbierte und adsorbierte Verunreinigungen zur Vorbereitung der nachfolgenden Water is thoroughly cleaned and treated with dilute hydrofluoric acid to prepare the chemical oxide layer formed as a result of the preceding treatment steps and impurities absorbed therein as well as adsorbed thereon in preparation of the following
Hochtemperaturbehandlung zu entfernen. To remove high temperature treatment.
2. Diffusion und Dotierung 2. Diffusion and doping
Die im vorhergehenden Schritt geätzten und gereinigten Wafer (in diesem Fall p-Typ Basisdotierung) werden bei höheren Temperaturen, The wafers etched and cleaned in the previous step (in this case p-type base doping) are heated at higher temperatures,
typischerweise zwischen 750 °C und <1000 °C, mit Dampf, bestehend aus Phosphoroxid, behandelt. Dabei werden die Wafer in einen Rohrofen in einer Quarzglasröhre einer kontrollierten Atmosphäre, bestehend aus getrocknetem Stickstoff, getrocknetem Sauerstoff und Phosphorylchlorid, ausgesetzt. Die Wafer werden dazu bei Temperaturen zwischen 600 und 700 °C in das Quarzglasrohr eingebracht. Die Gasmischung wird durch das Quarzglasrohr transportiert. Während des Transportes der Gasmischung durch das stark erwärmte Rohr zerfällt das Phosphorylchlorid zu einem Dampf, bestehend aus Phosphoroxid (z. B. P2O5) und Chlorgas. Der Dampf aus Phosphoroxid schlägt sich u. a. auf den Waferoberflächen nieder (Belegung). Zeitgleich wird die Siliziumoberfläche bei diesen Temperaturen unter Bildung einer dünnen Oxidschicht oxidiert. In diese Schicht wird das niedergeschlagene Phosphoroxid eingebettet, wodurch eingemischtes Oxid aus Siliziumdioxid und Phosphoroxid auf der Waferoberfläche entsteht. typically between 750 ° C and <1000 ° C, treated with steam consisting of phosphorus oxide. The wafers are placed in a tube furnace in a quartz glass tube of a controlled atmosphere consisting of dried nitrogen, dried oxygen and phosphoryl chloride. The wafers are introduced at temperatures between 600 and 700 ° C in the quartz glass tube. The gas mixture is transported through the quartz glass tube. During transport of the gas mixture through the highly heated tube, the phosphoryl chloride decomposes into a vapor consisting of phosphorus oxide (eg P2O5) and chlorine gas. The vapor of phosphorus oxide is deposited among other things on the wafer surfaces (occupancy). At the same time, the silicon surface is oxidized at these temperatures to form a thin oxide layer. In this layer, the deposited phosphorus oxide is embedded, whereby a mixed oxide of silicon dioxide and phosphorus oxide formed on the wafer surface.
Dieses Mischoxid wird als Phosphorsilikatglas (PSG) bezeichnet. Dieses PSG-Glas verfügt in Abhängigkeit von der Konzentration des enthaltenen Phosphoroxids über unterschiedliche Erweichungspunkte und This mixed oxide is called phosphosilicate glass (PSG). This PSG glass has different softening points and, depending on the concentration of the contained phosphorus oxide
unterschiedliche Qiffusionskonstanten hinsichtlich des Phosphoroxides. Das Mischoxid dient dem Siliziumwafer als Diffusionsquelle, wobei im Verlauf der Diffusion das Phosphoroxid in Richtung der Grenzfläche zwischen PSG-Glas und Siliziumwafer diffundiert und dort durch Reaktion mit dem Silizium an der Waferoberfläche (silizothermisch) zu Phosphor reduziert wird. Das derart entstandene Phosphor verfügt über eine um Größenordnungen höhere Löslichkeit in Silizium als in der Glasmatrix, aus der es entstanden ist und löst sich dadurch aufgrund des sehr hohen Segregationskoeffizienten bevorzugt im Silizium. Nach dessen Lösung diffundiert der Phosphor im Silizium entlang des Konzentrationsgradienten in das Volumen des Siliziums ein. Bei diesem Diffusionsprozess entstehen Konzentrationsgradienten in der Größenordnung von 105 zwischen typischen different Qiffusionskonstanten with respect to the phosphorus oxide. The mixed oxide serves the silicon wafer as a diffusion source, wherein in the course of the diffusion, the phosphorus oxide diffuses in the direction of the interface between PSG glass and silicon wafer and is reduced there by reaction with the silicon on the wafer surface (silicothermally) to phosphorus. The resulting phosphor has a solubility which is orders of magnitude greater in silicon than in the glass matrix from which it is formed, and thus dissolves preferentially in silicon due to the very high segregation coefficient. After dissolution, the phosphorus in silicon diffuses along the concentration gradient into the volume of silicon. In this diffusion process, concentration gradients of the order of 105 between typical
Oberflächenkonzentrationen von 1021 Atomen/cm2 und der Basisdotierung im Bereich von 1016 Atomen/cm2. Die typische Diffusionstiefe beträgt 250 bis 500 nm und ist von der gewählten Diffusionstemperatur (beispielsweise 880 °C) und der Gesamtexpositionsdauer (Aufheizen & Belegungsphase & Eintreibephase & Abkühlen) der Wafer in der stark erwärmten Atmosphäre abhängig. Während der Belegungsphase entsteht eine PSG-Schicht, die eine typischer Weise eine Schichtdicke von 40 bis 60 nm aufweist. Im Surface concentrations of 1021 atoms / cm 2 and the base doping in the range of 1016 atoms / cm 2 . The typical depth of diffusion is from 250 to 500 nm and depends on the chosen diffusion temperature (eg, 880 ° C) and the total exposure time (heating & loading phase & driving phase & cooling) of the wafers in the highly heated atmosphere. During the coating phase, a PSG layer is formed, which typically has a layer thickness of 40 to 60 nm. in the
Anschluss an die Belegung der Wafer mit dem PSG-Glas, während derer bereits auch eine Diffusion in das Volumen des Siliziums stattfindet, folgt die Eintreibephase. Diese kann von der Belegungsphase entkoppelt werden, wird jedoch praktischerweise im Regelfall zeitlich unmittelbar an die Following the wetting of the wafers with the PSG glass, during which diffusion into the volume of the silicon already takes place, the drive-in phase follows. This can be decoupled from the assignment phase, However, conveniently, as a rule, directly in time
Belegung gekoppelt und findet üblicherweise deshalb auch bei der gleichen Temperatur statt. Dabei wird die Zusammensetzung der Gasmischung so angepasst, dass die weitere Zufuhr von Phosphorylchlorids unterbunden wird. Während des Eintreibens wird die Oberfläche des Siliziums durch den in der Gasmischung enthaltenen Sauerstoff weiter oxidiert, wodurch zwischen der eigentlichen Dotierquelle, dem an Phosphoroxid stark angereicherten PSG-Glas und dem Siliziumwafer eine an Phosphoroxid abgereicherte Siliziumdioxidschicht generiert wird, die ebenfalls Occupancy coupled and therefore usually takes place at the same temperature. The composition of the gas mixture is adjusted so that the further supply of phosphoryl chloride is suppressed. During driving, the surface of the silicon is further oxidized by the oxygen contained in the gas mixture, whereby a phosphorus depleted silicon dioxide layer is also generated between the actual doping source, the phosphorus oxide highly enriched PSG glass and the silicon wafer
Phosphoroxid enthält. Das Wachstum dieser Schicht ist im Verhältnis zum Massenstrom des Dotierstoffes aus der Quelle (PSG-Glas) sehr viel schneller, weil das Oxidwachstum durch die hohe Oberflächendotierung des Wafers selbst beschleunigt wird (Beschleunigung um eine bis zwei Contains phosphorus oxide. The growth of this layer is much faster in relation to the mass flow of the dopant from the source (PSG glass), because the oxide growth is accelerated by the high surface doping of the wafer itself (acceleration by one to two
Größenordnungen). Dadurch wird in gewisser Weise eine Verarmung oder Separierung der Dotierquelle erzielt, deren Durchdringung mit Orders of magnitude). As a result, in some way a depletion or separation of the doping source is achieved, whose penetration with
herandiffundierendem Phosphoroxid von dem Stoffstrom beeinflusst wird, der von der Temperatur und damit dem Diffusionskoeffizienten abhängig ist. Auf diese Weise kann die Dotierung des Siliziums in gewissen Grenzen kontrolliert werden. Eine typische Diffusionsdauer bestehend aus Belegungsund Eintreibephase beträgt beispielsweise 25 Minuten. Im Anschluss an diese Behandlung wird der Rohrofen automatisch abgekühlt und die Wafer können bei Temperaturen zwischen 600 °C bis 700 °C aus dem Prozessrohr ausgeschleust werden. is influenced by the flow of phosphorus depending on the temperature and thus the diffusion coefficient. In this way, the doping of the silicon can be controlled within certain limits. A typical duration of diffusion consisting of loading and driving phase is for example 25 minutes. Following this treatment, the tube furnace is automatically cooled and the wafers can be removed from the process tube at temperatures between 600 ° C to 700 ° C.
Im Falle einer Bordötierung der Wafer in Form einer n-Typ-Basisdotierung, wird ein anderes Verfahren durchlaufen, das hier nicht gesondert erläutert werden soll. Die Dotierung wird in diesen Fällen beispielsweise mit In the case of a padding of the wafers in the form of an n-type base doping, another method is used, which will not be explained separately here. The doping is in these cases, for example, with
Bortrichlorid oder Bortribromid durchgeführt. Je nach Wahl der Boron trichloride or boron tribromide. Depending on the choice of
Zusammensetzung der zur Dotierung eingesetzten Gasatmosphäre, kann die Bildung einer sogenannten Borhaut auf den Wafern festgestellt werden. Diese Borhaut ist von verschiedenen Einflussfaktoren abhängig: maßgeblich der Dotieratmosphäre, der Temperatur, der Dotierdauer, der Composition of the gas atmosphere used for doping, the formation of a so-called boron skin can be detected on the wafers. This boron skin is dependent on various influencing factors: decisive for the doping atmosphere, the temperature, the doping time, the
Quellkonzentration und den gekoppelten (oder linearkombinierten) zuvor genannten Parametern. Bei solchen Diffusionsprozessen versteht es sich von selbst, dass es bei den verwendeten Wafern keine Bereiche bevorzugter Diffusion und Dotierung geben kann (ausgenommen solcher, die durch inhomogene Gasflüsse und daraus resultierende inhomogen zusammengesetzte Gaspakete entstanden sind), sofern die Substrate nicht im Vorfeld einer entsprechenden Source concentration and the coupled (or linear combined) aforementioned parameters. In such diffusion processes, it goes without saying that there can be no regions of preferred diffusion and doping in the wafers used (with the exception of those which have arisen due to inhomogeneous gas flows and inhomogeneous gas packets resulting therefrom), unless the substrates are in advance of a corresponding one
Vorbehandlung unterworfen wurden (beispielsweise deren Strukturierung mit diffusionshemmenden und/oder -unterbindenden Schichten und Pretreatment were subjected (for example, their structuring with diffusion-inhibiting and / or -unterbindenden layers and
Materialien). Materials).
Der Vollständigkeit halber sei hier noch darauf verwiesen, dass es noch weitere Diffusions- und Dotiertechnologien gibt, welche sich unterschiedlich stark in der Herstellung kristalliner Solarzellen auf Basis von Silizium etabliert haben. So seien erwähnt, For the sake of completeness, it should be pointed out here that there are still other diffusion and doping technologies which have established themselves to varying degrees in the production of crystalline solar cells based on silicon. So be mentioned
- die Ionenimplantation,  - the ion implantation,
- die Dotierung, vermittelt über die Gasphasendeposition von Mischoxiden, wie beispielsweise deren von PSG- und BSG-(Borosilicat-)Glas, mittels APCVD-, PECVD-, MOCVD- und LPCVD-Verfahren,  the doping mediated via the gas phase deposition of mixed oxides, such as those of PSG and BSG (borosilicate) glass, by means of APCVD, PECVD, MOCVD and LPCVD processes,
- (Co-)Sputtering von Mischoxiden und/oder keramischen Materialien und Hartstoffen (z. B. Bornitrid), der Gasphasendeposition beider  - (Co) sputtering of mixed oxides and / or ceramic materials and hard materials (eg boron nitride), the gas phase deposition of both
letztgenannter, - der rein thermischen Gasphasendeposition ausgehend von festen Dotierstoffquellen (z. B. Boroxid und Bornitrid) sowie  the latter, the purely thermal gas phase deposition starting from solid dopant sources (eg boron oxide and boron nitride) as well as
- die Flüssigphasendeposition von dotierend wirkenden Flüssigkeiten  - The liquid phase deposition of doping acting liquids
(Tinten) und Pasten.  (Inks) and pastes.
Letztere werden häufig bei der sogenannten inline-Dotierung verwendet, bei der die entsprechenden Pasten und Tinten auf der zu dotierenden Seite des Wafers mittels geeigneten Verfahren aufgetragen werden. Nach dem oder auch bereits während des Auftragens werden die in den zur Dotierung eingesetzten Zusammensetzungen enthaltenen Lösungsmittel durch  The latter are often used in so-called in-line doping in which the corresponding pastes and inks are applied to the side of the wafer to be doped by suitable methods. After or even during the application, the solvents contained in the compositions used for doping are carried through
Temperatur- und/oder Vakuumbehandlung entfernt. Hierdurch bleibt der eigentliche Dotierstoff auf der Waferoberfläche zurück. Als flüssige Temperature and / or vacuum treatment removed. As a result, the actual dopant remains on the wafer surface. As liquid
Dotierquellen können beispielsweise verdünnte Lösungen von Phosphoroder Borsäure, als auch Sol-Gel-basierte Systeme oder auch Lösungen polymerer Borazilverbindungen eingesetzt werden. Entsprechende  Doping sources, for example, dilute solutions of phosphoric or boric acid, as well as sol-gel-based systems or solutions of polymeric Borazilverbindungen can be used. Appropriate
Dotierpasten sind fast ausschließlich durch die Verwendung von  Doping pastes are almost exclusively due to the use of
zusätzlichen verdickend wirkenden Polymeren gekennzeichnet, und enthalten Dotierstoffe in geeigneter Form. An die Verdampfung der Solventien aus den zuvor genannten Dotiermedien schließt sich meist eine Behandlung bei hoher Temperatur an, während derer unerwünschte und störende, aber die Formulierung bedingende, Zuschlagsstoffe entweder „verbrannt" und/oder pyrolysiert werden. Die Entfernung von Lösungsmitteln und das Ausbrennen können, müssen aber nicht, simultan erfolgen. additional thickening polymers characterized, and contain dopants in a suitable form. At the evaporation of Solvents from the aforementioned doping media are usually followed by a high-temperature treatment during which undesirable and interfering additives which cause the formulation are either "burned" and / or pyrolyzed., The removal of solvents and the burn-out may or may not , take place simultaneously.
Anschließend passieren die beschichteten Substrate üblicherweise einen Durchlaufofen bei Temperaturen zwischen 800 °C und 1000 °C, wobei zur Verkürzung der Durchlaufzeit die Temperaturen im Vergleich zur Subsequently, the coated substrates usually pass through a continuous furnace at temperatures between 800 ° C and 1000 ° C, to shorten the cycle time, the temperatures in comparison to
Gasphasendiffusion im Rohrofen leicht erhöht sein können. Die in dem Durchlaufofen vorherrschende Gasatmosphäre kann gemäß den Gas phase diffusion in the tube furnace can be slightly increased. The prevailing in the continuous furnace gas atmosphere can according to the
Erfordernissen der Dotierung unterschiedlich sein und aus trockenem Requirements of doping and dry
Stickstoff, trockener Luft, einem Gemisch aus trockenem Sauerstoff und trockenem Stickstoff und/oder, je nach Ausführung des zu passierenden Ofens, aus Zonen der einen und anderen der oben genannten Nitrogen, dry air, a mixture of dry oxygen and dry nitrogen and / or, depending on the design of the furnace to be passed, zones of one and the other of the above
Gasatmosphären bestehen. Weitere Gasmischungen sind vorstellbar, besitzen aber industriell derzeit keine größere Bedeutung. Ein Gas atmospheres exist. Other gas mixtures are conceivable, but currently have little industrial significance. One
Charakteristikum der inline-Diffusion ist, dass die Belegung und das Characteristic of the inline diffusion is that the occupation and the
Eintreiben des Dotierstoffes prinzipiell voneinander entkoppelt erfolgen können. Driving the dopant can in principle be decoupled from each other.
3. Entfernung der Dotierstoffquelle und optionale Kantenisolation 3. Dopant source removal and optional edge isolation
Die nach der Dotierung vorliegenden Wafer sind beidseitig mit mehr oder weniger Glas auf beiden Seiten der Oberfläche beschichtet. Mehr oder weniger bezieht sich in diesem Fall auf Modifikationen, die im Rahmen des Dotierprozesses angewendet werden können: Doppelseiten-Diffusion vs. quasi einseitiger Diffusion vermittelt durch back-to-back Anordnung zweier Wafer in einem Stellplatz der verwendeten Prozessboote. Die letztere The wafers present after the doping are coated on both sides with more or less glass on both sides of the surface. More or less in this case refers to modifications that can be applied in the context of the doping process: double-sided diffusion vs. quasi one-sided diffusion mediated by back-to-back arrangement of two wafers in a parking space of the process boats used. The latter
Variante ermöglicht eine vorwiegend einseitige Dotierung, unterbindet die Diffusion auf der Rückseite jedoch nicht vollständig. In beiden Fällen ist es derzeit Stand der Technik die nach der Dotierung vorliegenden Gläser mittels Ätzens in verdünnter Flusssäure von den Oberflächen zu entfernen. Dazu werden die Wafer einerseits chargenweise in Nassprozessboote umgeladen und mit deren Hilfe in eine Lösung aus verdünnter Flusssäure, typischerweise 2 %ig bis 5 %ig, eingetaucht und in dieser so lange belassen, bis entweder die Oberfläche vollständig von dem Gläsern befreit ist, oder die Prozesszyklendauer abgelaufen ist, die ein Summenparameter aus der notwendigen Ätzdauer und der maschinellen Prozessautomatisierung darstellt. Die vollständige Entfernung der Gläser kann beispielsweise anhand der vollständigen Entnetzung der Siliziumwaferoberfläche durch die verdünnte wässrige Flusssäurelösung festgestellt werden. Die vollständige Entfernung eines PSG-Glases wird unter diesen Prozessbedingungen beispielsweise mit 2 %iger Flusssäurelösung innerhalb von 210 Sekunden bei Raumtemperatur erreicht. Die Ätzung entsprechender BSG-Gläser ist langsamer und erfordert längere Prozesszeiten und ggfs. auch höhere Konzentrationen der zum Einsatz gelangenden Flusssäure. Nach der Ätzung werden die Wafer mit Wasser gespült. Variant allows a predominantly one-sided doping, but does not completely prevent the diffusion on the back. In both cases, it is currently state of the art to remove the glasses present after doping by etching in dilute hydrofluoric acid from the surfaces. For this purpose, the wafers are on the one hand transhipped in batches in wet process boats and with their help in a solution of dilute hydrofluoric acid, typically 2% to 5%, immersed and left in this until either the surface is completely removed from the glasses, or Process cycle has expired, which represents a sum parameter of the necessary Ätzdauer and the automatic process automation. The complete removal of the glasses can be determined, for example, by the complete dewetting of the silicon wafer surface by the dilute aqueous hydrofluoric acid solution. The complete removal of a PSG glass is achieved under these process conditions, for example with 2% hydrofluoric acid solution within 210 seconds at room temperature. The etching of corresponding BSG glasses is slower and requires longer process times and possibly also higher concentrations of the hydrofluoric acid used. After etching, the wafers are rinsed with water.
Andererseits kann die Ätzung der Gläser auf den Waferoberflächen auch in einem horizontal operierenden Verfahren erfolgen, bei dem die Wafer in einem konstanten Fluss in eine Ätzanlage eingeführt werden, in welcher die Wafer die entsprechenden Prozessbecken horizontal durchlaufen (inline- Anlage). Dabei werden die Wafer auf Rollen und Walzen entweder durch die Prozessbecken und die darin enthaltenen Ätzlösungen gefördert oder die Ätzmedien mittels Walzenauftrag auf die Waferoberflächen transportiert. Die typische Verweildauer der Wafer beträgt im Falle des Ätzens des PSG- Glases etwa 90 Sekunden, und die zur Anwendung kommende Flusssäure ist etwas höher konzentriert als bei dem chargenweise arbeitenden On the other hand, the etching of the glasses on the wafer surfaces can also be carried out in a horizontally operating method in which the wafers are introduced in a constant flow into an etching system in which the wafers pass through the corresponding process tanks horizontally (inline system). In this case, the wafers are conveyed on rollers and rollers either through the process tanks and the etching solutions contained therein or the etching media are transported onto the wafer surfaces by means of roller application. The typical residence time of the wafers in the case of etching the PSG glass is about 90 seconds, and the hydrofluoric acid used is somewhat more concentrated than in the batch process
Verfahren, um die kürzere Verweildauer infolge einer erhöhten Ätzrate zu kompensieren. Die Konzentration der Flusssäure beträgt typischerweise 5 %. Optional kann zusätzlich die Beckentemperatur gegenüber der Method to compensate for the shorter residence time due to an increased etch rate. The concentration of hydrofluoric acid is typically 5%. Optionally, in addition, the tank temperature compared to the
Raumtemperatur leicht erhöht vorliegen (> 25 °C < 50 °C). Room temperature slightly increased (> 25 ° C <50 ° C).
Bei dem zuletzt skizzierten Verfahren hat es sich etabliert, die sogenannte Kantenisolation sequentiell gleichzeitig mit durchzuführen, wodurch sich ein leicht abgewandelter Prozessfluss ergibt: Kantenisolation -> Glasätzung. Die Kantenisolation ist eine prozesstechnische Notwendigkeit, die sich aus der systemimmanenten Charakteristik der doppelseitigen Diffusion, auch bei beabsichtigter einseitiger back-to-back Diffusion, ergibt. Auf der (späteren) Rückseite der Solarzelle liegt ein großflächiger parasitärer p-n-Übergang vor, der zwar, prozesstechnisch bedingt, teilweise, aber nicht vollständig im Laufe der späteren Prozessierung entfernt wird. Als Folge davon werden die Vorder- und Rückseite der Solarzelle über einen parasitären und In the method outlined last, it has become established to carry out the so-called edge isolation sequentially simultaneously, which results in a slightly modified process flow: edge insulation -> glass etching. The edge insulation is a process engineering necessity, which results from the system-inherent characteristics of the double-sided diffusion, even with intentional unilateral back-to-back diffusion. On the (later) back side of the solar cell there is a large-area parasitic pn junction which, although due to process technology, is partly, but not completely, removed in the course of the later processing. As a result, the Front and back of the solar cell via a parasitic and
verbleibenden p-n-Übergang (Tunnelkontakt) kurzgeschlossen sein, der die Konversionseffizienz der späteren Solarzelle reduziert. Zur Entfernung dieses Übergangs werden die Wafer einseitig über eine Ätzlösung remaining p-n junction (tunnel junction), which reduces the conversion efficiency of the subsequent solar cell. To remove this transition, the wafers are unilaterally via an etching solution
bestehend aus Salpetersäure und Flusssäure geführt. Die Ätzlösung kann als Nebenbestandteile beispielsweise Schwefelsäure oder Phosphorsäure enthalten. Alternativ wird die Ätzlösung über Walzen vermittelt auf die Rückseite des Wafers transportiert. Der typischerweise bei diesen Verfahren erzielte Ätzabtrag beträgt bei Temperaturen zwischen 4 °C bis 8 °C etwa 1 μιτι Silizium (inklusive der auf der zu behandelnden Oberfläche vorliegenden Glasschicht). Bei diesem Verfahren dient die auf der gegenüberliegenden Seite des Wafers noch vorhandene Glasschicht als Maske, die vor consisting of nitric acid and hydrofluoric acid. The etching solution may contain as minor constituents, for example, sulfuric acid or phosphoric acid. Alternatively, the etching solution is transported via rollers mediated on the back of the wafer. The etching erosion typically achieved with these methods amounts to approximately 1 μm silicon at temperatures between 4 ° C. to 8 ° C. (including the glass layer present on the surface to be treated). In this method, the glass layer remaining on the opposite side of the wafer serves as a mask before
Ätzübergriffen auf diese Seite einen gewissen Schutz ausübt. Diese Caught on this side exerts some protection. These
Glasschicht wird im Anschluss mit Hilfe der bereits beschriebenen Glass layer is subsequently using the already described
Glasätzung entfernt. Glass etching removed.
Darüber hinaus kann die Kantenisolation auch mit Hilfe von In addition, the edge isolation can also be done with the help of
Plasmaätzprozessen durchgeführt werden. Diese Plasmaätzung wird dann in der Regel vor der Glasätzung durchgeführt. Dazu werden mehrere Wafer aufeinander gestapelt und die Außenkanten werden dem Plasma Plasma etching processes are performed. This plasma etching is then usually carried out before the glass etching. For this purpose, several wafers are stacked on each other and the outer edges become the plasma
ausgesetzt. Das Plasma wird mit fluorierten Gasen, beispielsweise exposed. The plasma is filled with fluorinated gases, for example
Tetrafluormethan, gespeist. Die beim Plasmazerfall dieser Gase Tetrafluoromethane, fed. The plasma decay of these gases
auftretenden reaktiven Spezies ätzen die Kanten des Wafers. Im Anschluss an die Plasmaätzung wird dann im Allgemeinen die Glasätzung occurring reactive species etch the edges of the wafer. Following the plasma etch, then generally the glass etch
durchgeführt. carried out.
4. Beschichtung der Frontseite mit einer Antireflexionsschicht 4. Coating the front with an antireflection coating
Im Anschluss an die Ätzung des Glases und die optional erfolgte Following the etching of the glass and the optional
Kantenisolation findet die Beschichtung der Frontseite der späteren Edge insulation finds the coating of the front of the later
Solarzellen mit einer Antireflexionsbeschichtung statt, die üblicherweise aus amorphem und wasserstoffreichem Siliziumnitrid besteht. Alternative Solar cells with an anti-reflection coating instead, which usually consists of amorphous and hydrogen-rich silicon nitride. alternative
Antireflexionbeschichtungen sind vorstellbar. Mögliche Beschichtungen können Titandioxid, Magnesiumfluorid, Zinndioxid und/oder aus Antireflection coatings are conceivable. Possible coatings may include titanium dioxide, magnesium fluoride, tin dioxide and / or
entsprechenden Stapelschichten aus Siliziumdioxid und Siliziumnitrid bestehen. Es sind aber auch anders zusammengesetzte corresponding stacked layers of silicon dioxide and silicon nitride consist. But there are also different compounds
Antireflexionsbeschichtungen technisch möglich. Die Beschichtung der Waferoberfläche mit dem oben erwähnten Siliziumnitrid erfüllt im Antireflection coatings technically possible. The coating of the wafer surface with the silicon nitride mentioned above is fulfilled in
wesentlichen zwei Funktionen: einerseits generiert die Schicht aufgrund der zahlreichen inkorporierten positiven Ladungen ein elektrisches Feld, dass Ladungsträger im Silizium von der Oberfläche fern halten kann und die Rekombinationsgeschwindigkeit dieser Ladungsträger an der essentially two functions: on the one hand, the layer generates an electric field due to the numerous incorporated positive charges that charge carriers in the silicon can keep away from the surface and the recombination of these charge carriers at the
Siliziumoberfläche erheblich reduzieren kann (Feldeffektpassivierung), andererseits generiert diese Schicht in Abhängigkeit von ihren optischen Parametern, wie beispielsweise Brechungsindex und Schichtdicke, eine reflexionsmindernde Eigenschaft, die dazu beiträgt, dass in die spätere Solarzelle mehr Licht eingekoppelt werden kann. Durch beide Effekte kann die Konversionseffizienz der Solarzelle erhöht werden. Typische On the other hand, depending on its optical parameters, such as refractive index and layer thickness, this layer generates a reflection-reducing property which contributes to the fact that more light can be coupled into the later solar cell. Both effects can increase the conversion efficiency of the solar cell. typical
Eigenschaften der derzeit verwendeten Schichten sind: eine Schichtdicke von ~80 nm bei Verwendung von ausschließlich dem oben genannten Siliziumnitrid, welches einen Brechungsindex von etwa 2,05 aufweist. Die Antireflexionsminderung zeigt sich am deutlichsten im Wellenlängenbereich des Lichtes von 600 nm. Die gerichtete und ungerichtete Reflexion zeigt hierbei einen Wert von etwa 1 % bis 3 % des ursprünglich einfallenden Lichtes (senkrechter Einfall zur Oberflächennormalen des Siliziumwafers). Properties of the layers currently used are: a layer thickness of ~ 80 nm using only the above-mentioned silicon nitride, which has a refractive index of about 2.05. The antireflection reduction is most pronounced in the wavelength range of the light of 600 nm. The directional and non-directional reflection shows a value of about 1% to 3% of the originally incident light (perpendicular incidence to the surface normal of the silicon wafer).
Die oben erwähnten Siliziumnitridschichten werden zur Zeit im Allgemeinen mittels direktem PECVD-Verfahren auf der Oberfläche deponiert. Dazu wird einer Gasatmosphäre aus Argon ein Plasma gezündet, in welches Silan und Ammoniak eingeleitet werden. Das Silan und das Ammoniak werden in dem Plasma über ionische und radikalische Reaktionen zu Siliziumnitrid umgesetzt und dabei auf der Waferoberfläche deponiert. Die Eigenschaften der Schichten können z. B. über die individuellen Gasflüsse der Reaktanden eingestellt und kontrolliert werden. Die Abscheidung der oben erwähnten Siliziumnitridschichten kann auch mit Wasserstoff als Trägergas und/oder den Reaktanden allein erfolgen. Typische Abscheidetemperaturen liegen im Bereich zwischen 300 °C bis 400 °C. Alternative Abscheidemethoden können beispielsweise LPCVD und/oder Sputtern sein. 5. Erzeugung des Frontseitenelektrodeng Itters The above-mentioned silicon nitride films are currently deposited on the surface generally by direct PECVD method. For this purpose, a gas atmosphere of argon is ignited a plasma, in which silane and ammonia are introduced. The silane and the ammonia are converted in the plasma by ionic and radical reactions to silicon nitride and thereby deposited on the wafer surface. The properties of the layers can z. B. adjusted and controlled by the individual gas flows of the reactants. The deposition of the above-mentioned silicon nitride layers can also be carried out using hydrogen as the carrier gas and / or the reactants alone. Typical deposition temperatures are in the range between 300 ° C to 400 ° C. Alternative deposition methods may be, for example, LPCVD and / or sputtering. 5th generation of front electrode electrode
Nach der Deponierung der Antireflexionsschicht wird auf der mit After depositing the antireflection coating is on with
Siliziumnitrid beschichteten Waferoberfläche die Frontseitenelektrode definiert. In der industriellen Praxis hat es sich etabliert, die Elektrode mit Hilfe der Siebdruckmethode unter Verwendung von metallischen Silicon nitride coated wafer surface defines the front electrode. In industrial practice, the electrode has been established using the screen printing method using metallic
Sinterpasten zu erzeugen. Dieses ist jedoch nur eine von vielen To produce sinter pastes. This is just one of many
verschiedenen Möglichkeiten die gewünschten Metallkontakte herzustellen. different ways to produce the desired metal contacts.
Bei der Siebdruckmetallisierung wird in der Regel eine stark mit In screen printing metallization is usually a strong with
Silberpartikeln angereicherte Paste (Silberanteil >= 80 %) verwendet. Die Summe der Restbestandteile ergibt sich aus den zur Formulierung der Paste notwendigen rheologischen Hilfsmitteln, wie zum Beispiel Lösemittel, Binde- und Verdickungsmittel. Weiterhin enthält die Silberpaste einen spezielle Glasfrit-Mischung, meistens Oxide und Mischoxide auf der Basis von Silver particles enriched paste (silver content> = 80%) used. The sum of the residual constituents results from the rheological aids necessary for formulating the paste, such as, for example, solvents, binders and thickeners. Furthermore, the silver paste contains a special Glasfrit mixture, mostly oxides and mixed oxides based on
Siliziumdioxid, Borosilicatglas als auch Bleioxid und/oder Bismutoxid. Die Glasfrit erfüllt im Wesentlichen zwei Funktionen: sie dient einerseits als Haftvermittler zwischen der Waferoberfläche und der Masse der zu versinternden Silberpartikel, andererseits ist sie für die Penetration der Siliziumnitriddeckschicht verantwortlich, um den direkten ohm'schen Kontakt zu dem darunter befindlichen Silizium zu ermöglichen. Die Penetration des Siliziumnitrids erfolgt über einen Ätzprozess mit anschließender Diffusion von in der Glasfritmatrix gelöst vorliegendem Silber in die Siliziumoberfläche, wodurch die ohm'sche Kontaktbildung erzielt wird. In der Praxis wird die Silberpaste mittels Siebdruckens auf der Waferoberfläche deponiert und anschließend bei Temperaturen von etwa 200 °C bis 300 °C für wenige Minuten getrocknet. Der Vollständigkeit halber sei erwähnt, dass auch Doppeldruckprozesse industrielle Anwendung finden, die es ermöglichen, auf ein während des ersten Druckschrittes generiertes Elektrodengitter, ein deckungsgleiches zweites aufzudrucken. Somit wird die Stärke der Silica, borosilicate glass as well as lead oxide and / or bismuth oxide. The glass frit fulfills essentially two functions: on the one hand it serves as a bonding agent between the wafer surface and the mass of the silver particles to be sintered, on the other hand it is responsible for the penetration of the silicon nitride covering layer in order to enable the direct ohmic contact to the underlying silicon. The penetration of the silicon nitride takes place via an etching process with subsequent diffusion of silver present dissolved in the glass frit matrix into the silicon surface, whereby the ohmic contact formation is achieved. In practice, the silver paste is deposited by screen printing on the wafer surface and then dried at temperatures of about 200 ° C to 300 ° C for a few minutes. For the sake of completeness, it should be mentioned that double-printing processes also find industrial application, which make it possible to print on an electrode grid generated during the first printing step, a congruent second. Thus, the strength of the
Silbermetallisierung erhöht, was die Leitfähigkeit in dem Elektrodengitter positiv beeinflussen kann. Während dieser Trocknung werden die in der- Paste enthaltenen Lösemittel aus der Paste ausgetrieben. Anschließend passiert der bedruckte Wafer einen Durchlaufofen. Ein solcher Ofen verfügt im allgemeinen über mehrere Heizzonen, die unabhängig von einander angesteuert und temperiert werden können. Beim Passivieren des Durchlaufofens werden die Wafer auf Temperaturen bis etwa 950 °C erhitzt. Der einzelne Wafer wird jedoch im Regelfall dieser Spitzentemperatur nur für wenige Sekunden ausgesetzt. Während der verbleibenden Druchlaufphase weist der Wafer Temperaturen von 600 °C bis 800 °C auf. Bei diesen Silver metallization increases, which can positively influence the conductivity in the electrode grid. During this drying, the solvents contained in the paste are expelled from the paste. Subsequently, the printed wafer passes through a continuous furnace. Such an oven generally has several heating zones, which can be independently controlled and tempered. When passivating the Continuous furnace, the wafers are heated to temperatures up to about 950 ° C. However, the single wafer is typically exposed to this peak temperature for only a few seconds. During the remaining run-up phase, the wafer has temperatures of 600 ° C to 800 ° C. In these
Temperaturen werden in der Silberpaste enthaltene organische Begleitstoffe, wie beispielsweise Bindermittel, ausgebrannt und die Ätzung der Temperatures are contained in the silver paste contained organic impurities such as binder, and the etching of the
Siliziumnitridschicht wird initiiert. Während des kurzen Zeitintervalls der vorherrschenden Spitzentemperaturen findet die Kontaktbildung zum Silicon nitride layer is initiated. During the short time interval of the prevailing peak temperatures, contact formation occurs
Silizium statt. Anschließend lässt man die Wafer abkühlen . Silicon instead. Subsequently, the wafers are allowed to cool.
Der so kurz skizzierte Prozess der Kontaktbildung üblicherweise simultan mit den beiden verbleibenden Kontaktbildungen (vgl. 6 und 7) durchgeführt, weshalb man in diesem Fall auch von einem Ko-Feuerungsprozess spricht. The process of contact formation outlined so briefly is usually carried out simultaneously with the two remaining contact formations (see Figures 6 and 7), which is why in this case one also speaks of a co-firing process.
Das frontseitige Elektrodengitter besteht an sich aus dünnen Fingern The front electrode grid consists of thin fingers
(typische Anzahl >= 68), die eine Breite von typischerweise 80 [im bis 140 m aufweisen, als auch sammelnden Bussen mit Breiten im Bereich von 1 ,2 mm bis 2,2 mm (abhängig von deren Anzahl, typischerweise zwei bis drei). Die typische Höhe der gedruckten Silberelemente beträgt in der Regel zwischen 10 pm und 25 pm. Das Aspektverhältnis ist selten größer als 0,3. (typical number> = 68), which have a width of typically 80 [im to 140 m, as well as collecting buses with widths in the range of 1, 2 mm to 2.2 mm (depending on their number, typically two to three) , The typical height of the printed silver elements is usually between 10 pm and 25 pm. The aspect ratio is rarely greater than 0.3.
6. Erzeugung der rückseitigen Sammelbusse 6. Generation of back-bus buses
Die rückseitigen Sammelbusse werden in der Regel ebenfalls mittels The rear bus buses are also usually by means of
Siebdruckverfahren aufgebracht und definiert. Dazu findet eine der zur frontseitigen Metallisierung verwendeten ähnliche Silberpaste Anwendung. Diese Paste ist ähnlich zusammengesetzt, enthält aber eine Legierung aus Silber und Aluminium, worin der Anteil des Aluminiums typischerweise 2 % ausmacht. Daneben enthält diese Paste einen geringeren Glasfrit-Anteil. Die Sammelbusse, in der Regel zwei Stück, werden mit einer typischen Breite von 4 mm auf der Rückseite des Wafers mittels Siebdruck aufgedruckt werden und wie bereits unter Punkt 5 beschrieben verdichtet und versintert werden. 7. Erzeugung der rückseitigen Elektrode Screen printing applied and defined. For this purpose, one of the similar silver paste used for front metallization is used. This paste is similarly composed, but contains an alloy of silver and aluminum, wherein the proportion of aluminum is typically 2%. In addition, this paste contains a lower glass frit content. The bus busses, usually two, will be printed with a typical width of 4 mm on the back of the wafer by screen printing and, as already described under point 5, compacted and sintered. 7. Generation of the back electrode
Die rückseitige Elektrode wird im Anschluss an den Druck der Sammelbusse definiert. Das Elektrodenmaterial besteht aus Aluminium, weswegen zur Definition der Elektrode eine aluminiumhaltige Paste mittels Siebdruck auf der verbleibenden freien Fläche der Waferrückseite mit einem The back electrode is defined following the pressure of the bus buses. The electrode material is made of aluminum, therefore, to define the electrode, an aluminum-containing paste by screen printing on the remaining free area of the wafer back with a
Kantenabstand <1 mm aufgedruckt wird. Die Paste ist zu >= 80 % aus Aluminium zusammengesetzt. Die restlichen Komponenten sind solche, die bereits unter Punkt 5 erwähnt worden sind(wie z. B. Lösemittel, Bindemittel etc.). Die Aluminiumpaste wird während der Ko-Feuerung mit dem Wafer verbunden, indem während der Erwärmung die Aluminiumpartikel zu schmelzen beginnen und sich Silizium von dem Wafer in dem Edge distance <1 mm is printed. The paste is composed of> = 80% aluminum. The remaining components are those already mentioned under point 5 (such as solvents, binders, etc.). The aluminum paste is bonded to the wafer during co-firing by causing the aluminum particles to start to melt during heating and remove silicon from the wafer in the wafer
geschmolzenen Aluminium auflöst. Die Schmelzmischung fungiert als Dotierstoffquelle und gibt Aluminium an das Silizium ab (Löslichkeitsgrenze:dissolves molten aluminum. The melt mixture acts as a dopant source and releases aluminum to the silicon (solubility limit:
0,016 Atomprozent), wobei das Silizium infolge dieses Eintriebs p+ dotiert wird. Beim Abkühlen des Wafers scheidet sich auf der Waferoberfläche u. a. eine eutektische Mischung aus Aluminium und Silizium ab, die bei 577 °C erstarrt und eine Zusammensetzung mit einem Molenbruch von 0,12 Si aufweist. 0.016 atomic percent), whereby the silicon is p + doped as a result of this input drive. As the wafer cools, a eutectic mixture of aluminum and silicon, which solidifies at 577 ° C. and has a composition with a mole fraction of 0.12 Si, is deposited on the wafer surface, inter alia.
Infolge des Eintreibens des Aluminiums in das Silizium entsteht auf der Rückseite des Wafers eine hochdotierte p-Typ-Schicht, die auf Teile der freien Ladungsträger im Silizium als eine Art Spiegel fungiert ("elektrischer Spiegel"). Diese Ladungsträger können diesen Potentialwall nicht As a result of the driving of the aluminum into the silicon, a highly doped p-type layer is formed on the back side of the wafer, which acts as a kind of mirror on parts of the free charge carriers in the silicon ("electric mirror"). These charge carriers can not do this potential wall
überwinden und werden somit sehr effizient von der rückwärtigen overcome and thus become very efficient from the backward
Waferoberfläche ferngehalten, was sich somit in einer insgesamt reduzierten Rekombinationsrate von Ladungsträgern an dieser Oberfläche äußert. Keep remote wafer surface, which thus manifests itself in an overall reduced recombination of charge carriers on this surface.
Dieser Potentialwall wird im Allgemeinen als Rückseitenfeld oder back surface field bezeichnet. This potential wall is generally referred to as the back surface field or back surface field.
Die Abfolge der Verfahrensschritte, die unter den Punkten 5, 6 und 7 beschrieben sind, kann der hier skizzierten Reihenfolge entsprechen, muss es aber nicht. Dem Fachmann ist ersichtlich, dass die Abfolge der The sequence of process steps described in items 5, 6 and 7 may or may not be the same as outlined herein. The skilled person will see that the sequence of
geschilderten Prozessschritte im Prinzip in jeder vorstellbaren Kombinatorik ausgeführt werden können. 8. Optionale Kantenisolation described process steps can be executed in principle in any imaginable combinatorics. 8. Optional edge isolation
Sofern die Kantenisolation des Wafer nicht bereits, wie unter Punkt 3 beschrieben, erfolgte, wird diese typischerweise nach dem Ko-Feuem mit Hilfe von Laserstrahlverfahren durchgeführt. Dazu wird ein Laserstrahl auf die Vorderseite der Solarzelle dirigiert und der frontseitige p-n-Übergang wird mit Hilfe der durch diesen Strahl eingekoppelten Energie durchtrennt. Dabei werden Schnittgräben mit einer Tiefe von bis zu 5 pm infolge der If the edge isolation of the wafer has not already been carried out as described under point 3, this is typically carried out after co-firing with the aid of laser beam methods. For this purpose, a laser beam is directed to the front of the solar cell and the front p-n junction is severed by means of the energy coupled in by this beam. This trench with a depth of up to 5 pm due to
Einwirkung des Lasers generiert. Dabei wird Silizium über einen Action of the laser generated. This silicon is over a
Ablationsmechanismus von der behandelten Stelle entfernt bzw. aus dem Lasergraben geschleudert. Typischerweise ist dieser Lasergraben 30 pm bis 60 pm breit und etwa 200 pm von der Kante der Solarzelle entfernt. Ablation mechanism removed from the treated area or thrown out of the laser ditch. Typically, this laser trench is 30 pm to 60 pm wide and about 200 pm away from the edge of the solar cell.
Nach der Herstellung werden die Solarzellen charakterisiert und After production, the solar cells are characterized and
entsprechend ihrer individuellen Leistungen in einzelne Leistungskategorien klassiert. Classified according to their individual performance in individual performance categories.
Der Fachmann kennt Solarzellenarchitekturen mit sowohl n-Typ als auch p- typ-Basismaterial. Zu diesen Solarzellentypen zählen PERT-Solarzellen The person skilled in the art knows solar cell architectures with both n-type and p-type base material. These solar cell types include PERT solar cells
• PERC-Solarzellen • PERC solar cells
• PERL-Solarzellen  • PERL solar cells
• PERT-Solarzellen  • PERT solar cells
• daraus folgernd MWT-PERT- und MWT-PERL-Solarzellen  • As a result, MWT-PERT and MWT-PERL solar cells
• Bifaciale Solarzellen  • Bifacial solar cells
• Rückseitenkontaktzellen  • backside contact cells
• Rückseitenkontaktzellen mit interdigitierenden Kontakten  • Rear contact cells with interdigitating contacts
Auch die Wahl alternativer Dotiertechnologien, alternativ zu der bereits eingangs beschriebenen Gasphasendotierung, kann im Regelfall das The choice of alternative doping technologies, as an alternative to the gas phase doping already described above, can usually be the
Problem der Schaffung lokal unterschiedlich dotierter Bereiche auf dem Siliziumsubstrat nicht auflösen. Als Alternativtechnologien seien hier die Deponierung dotierter Gläser, bzw. die von amorphen Mischoxiden, mittels PECVD- und APCVD-Verfahren erwähnt. Aus diesen Gläsern kann eine thermisch induzierte Dotierung des sich unter diesen Gläsern befindenden Siliziums leicht erreicht werden. Zur Schaffung lokal unterschiedlich dotierter Bereiche müssen diese Gläser allerdings mittels Maskenprozessen geätzt werden, um die entsprechenden Strukturen aus diesen heraus zu Do not resolve the problem of creating locally differently doped regions on the silicon substrate. As alternative technologies here are the landfill doped glasses, or mentioned by amorphous mixed oxides, by means of PECVD and APCVD method. From these glasses, a thermally induced doping of the silicon located under these glasses can be easily achieved. To create locally differently endowed However, areas of these glasses must be etched by means of mask processes in order to get the corresponding structures out of them
präparieren. Alternativ hierzu können strukturierte Diffusionsbarrieren vor der Deponierung der Gläser auf den Siliziumwafern abgeschieden werden, um damit die zu dotierenden Bereiche zu definieren. Nachteilig bei diesem Verfahren ist allerdings, dass jeweils nur eine Polarität (n oder p) der prepare. Alternatively, structured diffusion barriers may be deposited on the silicon wafers prior to depositing the glasses to define the regions to be doped. A disadvantage of this method, however, is that in each case only one polarity (n or p) of
Dotierung erreicht werden kann. Etwas einfacher als die Strukturierung der Dotierquellen oder die von etwaigen Diffusionbarrieren ist das direkte laserstrahlgestützte Eintreiben von Dotierstoffen aus zuvor auf den Doping can be achieved. Somewhat simpler than the structuring of the doping sources or that of any diffusion barriers is the direct laser-beam driven driving-in of dopants from previously onto the
Waferoberflächen deponierten Dotierstoffquellen. Dieses Verfahren ermöglicht das Einsparen kostenintensiver Strukturierungsschritte. Kann dennoch den Nachteil einer möglicherweise gewollten simultanen Dotierung von zwei Polaritäten auf der gleichen Oberfläche zur gleichen Zeit (Co- Diffusion) nicht kompensieren, da dieses Verfahren ebenfalls auf einer Prädeponierung einer Dotierstoffquelle beruht, die nur nachträglich zur Abgabe des Dotierstoffes aktiviert wird. Nachteil dieses (Nach-)Dotierens aus solchen Quellen ist die unvermeidliche Laserschädigung des Substrates: der Laserstrahl muss mittels Absorption der Strahlung in Wärme Wafer surfaces deposited dopant sources. This method makes it possible to save costly structuring steps. Nevertheless, it can not compensate for the disadvantage of a possible simultaneous simultaneous doping of two polarities on the same surface at the same time (co-diffusion), since this method is likewise based on a predeposition of a dopant source, which is activated only subsequently for the emission of the dopant. Disadvantage of this (post-) doping from such sources is the inevitable laser damage to the substrate: the laser beam must by absorbing the radiation into heat
umgewandelt werden. Da die konventionellen Dotierstoffquellen aus being transformed. Since the conventional dopant sources off
Mischoxiden des Siliziums und der einzutreibenden Dotanden bestehen, also aus Boroxid im Falle von Bor, sind folglich die optischen Eigenschaften dieser Mischoxide denen des Siliziumoxids recht ähnlich. Daher verfügen diese Gläser (Mischoxide) über einen sehr geringen Absorptionskoeffizienten für Strahlung in dem betreffenden Wellenlängenbereich. Aus diesem Grund wird das sich unter den optisch transparenten Gläsern befindende Silizium als Absorptionsquelle verwendet. Das Silizium wird dabei teilweise bis zur Schmelze erwärmt, und erwärmt infolge dessen das über diesem befindliche Glas. Dadurch wird die Diffusion der Dotanden ermöglicht - und zwar um ein Vielfaches schneller gegenüber der, die bei normalen Mixed oxides of the silicon and the dopants to be introduced, ie of boron oxide in the case of boron, are consequently the optical properties of these mixed oxides quite similar to those of the silicon oxide. Therefore, these glasses (mixed oxides) have a very low absorption coefficient for radiation in the relevant wavelength range. For this reason, the silicon located under the optically transparent glasses is used as the absorption source. The silicon is partially heated to the melt, and as a result heats the glass above it. This allows the diffusion of the dopants - and many times faster compared to those at normal
Diffusionstemperaturen zu erwarten wäre, sodass sich eine sehr kurze Diffusionszeit für das Silizium ergibt (weniger als 1 Sekunde). Das Silizium soll nach der Absorption der Laserstrahlung infolge des starken Abtransports der Wärme in das restliche, nicht bestrahlte Volumen des Siliziums relativ schnell wieder abkühlen und dabei epitaktisch auf dem nicht Diffusion temperatures would be expected, resulting in a very short diffusion time for the silicon (less than 1 second). The silicon should cool down relatively quickly after the absorption of the laser radiation due to the strong removal of the heat in the remaining, unirradiated volume of silicon and thereby epitaxially on the not
aufgeschmolzenen Material erstarren. Der Gesamtprozess ist jedoch in der Realität von der Bildung von laserstrahlungsinduzierten Defekten begleitet, die möglicherweise auf nicht vollständiger epitaktischer Erstarrung und damit der Bildung von Kristalldefekten zurückzuführen sind. Dieses kann solidify molten material. The overall process, however, is in reality accompanied by the formation of laser-induced defects, possibly due to incomplete epitaxial solidification and thus the formation of crystal defects. This can
beispielsweise auf Versetzungen und Bildung von Leer- und Fehlstellen infolge des schockartig verlaufenden Prozesses zurückgeführt werden. Ein weiterer Nachteil der laserstrahlgestützten Diffusion ist die relative for example, due to dislocations and the formation of voids and defects as a result of the shocking process. Another disadvantage of laser-assisted diffusion is the relative
Ineffizienz, wenn größere Flächen schnell dotiert werden sollen, weil das Lasersystem die Oberfläche in einem Punktrasterverfahren abtastet. Bei schmalen, zu dotierenden Bereichen hat dieser Nachteil naturgemäß ein geringeres Gewicht. Jedoch erfordert das Laserdotieren eine sequentielle Deponierung der nachbehandelbaren Gläser. Inefficiency, when large areas are to be doped quickly, because the laser system scans the surface in a dot-matrix method. For narrow areas to be doped, this disadvantage naturally has a lower weight. However, laser doping requires sequential deposition of the aftertreatable glasses.
Aufgabenstellung der vorliegenden Erfindung Problem of the present invention
Durch die in der industriellen Herstellung von Solarzellen üblicher Weise verwendeten Technologien zum Dotieren, namentlich durch die By the technologies used in the industrial production of solar cells usual way for doping, namely by the
gasphasenvermittelte Diffusion mit reaktiven Vorstufen, wie gas-phase-mediated diffusion with reactive precursors, such as
Phosphorylchlorid und/oder Bortribromid, ist es nicht möglich, gezielt lokale Dotierungen und/oder lokal unterschiedliche Dotierungen auf Siliziumwafern zu erzeugen. Die Schaffung solcher Strukturen ist bei Anwendung bekannter Dotiertechnologien nur durch aufwändige und kostenintensive Strukturierung der Substrate möglich. Bei der Strukturierung müssen verschiedene Phosphoryl chloride and / or boron tribromide, it is not possible to selectively generate local dopants and / or locally different dopants on silicon wafers. The creation of such structures is only possible by the use of known doping technologies by costly and expensive structuring of the substrates. When structuring different
Maskenprozesse aufeinander abgestimmt werden, was die industrielle Massenfertigung solcher Substrate sehr komplex gestaltet. Aus diesem Grund haben sich Konzepte zur Herstellung von Solarzellen, die einer solchen Strukturierung bedürfen, bisher nicht durchsetzen können. Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein einfaches und preiswert durchführbares Verfahren, sowie ein in diesem Verfahren einsetzbares Medium, zur Verfügung zu stellen, wodurch diese Probleme beseitigt werden können. Mask processes are coordinated, which makes the industrial mass production of such substrates very complex. For this reason, concepts for the production of solar cells, which require such a structuring, have not been able to prevail. It is therefore an object of the present invention to provide a simple and inexpensive process feasible, as well as employable in this method medium, whereby these problems can be eliminated.
Gegenstand der Erfindung Subject of the invention
Es wurde gefunden, dass die oben beschriebenen Probleme durch ein Verfahren zur Herstellung von druckbaren und niedrigviskosen Oxidmedien (Viskosität <500mPas) gelöst werden können, wenn in einer wasserfreie Sol- Gel-basierten Synthese durch Kondensation von Alkoxysilanen mit symmetrischen und asymmetrischen Carbonsäureanhydriden durch kontrollierte Gelierung dünnflüssige, niederviskose Medien (Tinten) hergestellt werden. It has been found that the problems described above can be solved by a process for the preparation of printable and low-viscosity oxide media (viscosity <500 mPas) when used in an anhydrous sol-gel-based synthesis by condensation of alkoxysilanes with symmetrical and asymmetric carboxylic anhydrides by controlled gelation low-viscosity, low-viscosity media (inks) are produced.
Besonders gute Verfahrensergebnisse werden erzielt, wenn eine wasserfreie Sol-Gel-basierte Synthese durch Kondensation von Particularly good process results are achieved when an anhydrous sol-gel-based synthesis by condensation of
Alkoxysilanen oder Alkoxyalkylsilanen mit Alkoxysilanes or alkoxyalkylsilanes with
a) symmetrischen und asymmetrischen Carbonsäureanhydriden a) symmetric and asymmetric carboxylic acid anhydrides
i. in Gegenwart von borhaltigen Verbindungen  i. in the presence of boron-containing compounds
und/oder  and or
ii. in Gegenwart von phosphorhaltigen Verbindungen  ii. in the presence of phosphorus-containing compounds
durchgeführt wird und durch kontrollierte Gelierung niederviskose is carried out and controlled by low-viscosity gelation
Dotiermedien (Dotiertinten) hergestellt werden. Dotiermedien (doping inks) are produced.
Zur Durchführung des beschriebenen erfindungsgemäßen Verfahrens können Alkoxysilane oder Alkoxyalkylsilane verwendet werden, welche einzelne oder verschiedene gesättigte, ungesättigte verzweigte, unverzweigte aliphatische, alicyclische und aromatische Reste aufweisen können, die wiederum an beliebiger Position des Alkoxidrestes durch Heteroatome, ausgewählt aus der Gruppe O, N, S, Cl, Br funktionalisiert sein können. Alkoxysilanes or alkoxyalkylsilanes which may contain individual or various saturated, unsaturated, branched, unbranched aliphatic, alicyclic and aromatic radicals, which in turn may be attached at any position of the alkoxide radical by heteroatoms selected from the group O, N, may be used to carry out the process according to the invention. S, Cl, Br can be functionalized.
Bei den erfindungsgemäßen Alkoxysilanen handelt es sich um The alkoxysilanes of the invention are
Siliziumverbindungen, die über hydrolysierbare Reste und gegebenenfalls einen oder zwei nicht-hydrolysierbaren Rest(e) verfügen. Dieses bedeutet, dass die erfindungsgemäß verwendeten Alkoxysilane gesättigte, ungesättigte, verzweigte, unverzweigte aliphatische, alicyclische und aromatische Reste einzeln oder verschiedene dieser Reste aufweisen können, die wiederum an beliebiger Position des Alkoxidrestes durch Heteroatome, ausgewählt aus der Gruppe O, N, S, Cl, Br funktionalisiert sein können. Silicon compounds having hydrolyzable radicals and optionally one or two non-hydrolyzable radical (s). This means that the alkoxysilanes used according to the invention can have saturated, unsaturated, branched, unbranched aliphatic, alicyclic and aromatic radicals individually or different of these radicals, which in turn can be attached to any position of the alkoxide radical by heteroatoms selected from the group O, N, S, Cl , Br can be functionalized.
Beispiele für hydrolysierbare Reste sind Halogen (F, Cl, Br oder I, vorzugsweise Cl und Br), Alkoxy (insbesondere C1- -Alkoxy, wie z.B. Examples of hydrolyzable radicals are halogen (F, Cl, Br or I, preferably Cl and Br), alkoxy (especially C 1 alkoxy, such as
Methoxy, Ethoxy, n-Propoxy, i-Propoxy und Butoxy), Aryloxy (insbesondere C6-io-Aryloxy, z.B. Phenoxy). Besonders bevorzugte hydrolysierbare Reste sind Alkoxygruppen, insbesondere Methoxy und Ethoxy. Methoxy, ethoxy, n-propoxy, i-propoxy and butoxy), aryloxy (especially C 6- io aryloxy, eg, phenoxy). Particularly preferred hydrolysable radicals are alkoxy groups, in particular methoxy and ethoxy.
Beispiele für nicht-hydrolysierbare Reste R1 im Sinne der Erfindung sind Alkyl, insbesondere C1-4-Alkyl (wie z.B. Methyl, Ethyl, Propyl und Butyl), Alkenyl (insbesondere C2- -Alkenyl, wie z.B. Vinyl, -Propenyl, 2-Propenyl und Butenyl) , Alkinyl (insbesondere C2-4-AIkinyl, wie z.B. Acetylenyl und Propargyl) und Aryl, insbesondere C6-io-Aryl, wie z.B. Phenyl und Naphthyl), wobei die soeben genannten Gruppen gegebenenfalls einen oder mehrere Substituenten, wie z.B. Halogen und Alkoxy, aufweisen können. Examples of non-hydrolyzable radicals R 1 in the context of the invention are alkyl, in particular C 1-4 -alkyl (such as, for example, methyl, ethyl, propyl and butyl), alkenyl (in particular C 2 -alkenyl, for example vinyl, -propenyl, 2-propenyl and butenyl), alkynyl (especially C 2- 4-AIkinyl such as acetylenyl and propargyl), and aryl, in particular C 6 -aryl, for example phenyl and naphthyl), wherein the groups just mentioned, optionally one or more Substituents, such as halogen and alkoxy, may have.
Wesentlich für den erfindungsgemäßen Einsatz ist, dass die verwendeten Alkoxysilane in der Sol-Gel-Reaktion ein dreidimensionales Netzwerk ausbilden können, wodurch sich beim Antrocknen und Verdichten eine dünne Schicht ausbilden kann, die durch Temperaturbehandlung in eine dichte Glasschicht umwandelbar ist. Vorzugsweise sind daher Alkoxysilane im Rahmen der Erfindung einsetzbar, die niedrig siedende Reste Essential for the use according to the invention is that the alkoxysilanes used in the sol-gel reaction can form a three-dimensional network, which can form a thin layer during drying and compression, which is convertible by thermal treatment in a dense glass layer. Alkoxysilanes are therefore preferably used in the invention, the low-boiling radicals
abgespalten. Daher bedeuten die Reste vorzugsweise Methoxy, Ethoxy, n- Propoxy, i-Propoxy und Butoxy, ganz besonders bevorzugt Methoxy und Ethoxy. Insbesondere bevorzugt wird daher mit den Alkoxysilanen cleaved. Therefore, the radicals are preferably methoxy, ethoxy, n-propoxy, i-propoxy and butoxy, most preferably methoxy and ethoxy. Particular preference is therefore given to the alkoxysilanes
Tetraethoxysilan (TEOS) und Tetramethoxysilan (TMOS) gearbeitet. Es kann aber auch mit Alkoxyalkylsilanen gearbeitet werden, worin ein oder zwei der Reste die Bedeutung Alkyl haben, insbesondere Ci-4-Alkyl, wie z.B. Methyl, Ethyl, Propyl oder Butyl. In diesem Fall sind Silane bevorzugt, die neben den Alkoxygruppen einen oder zwei Methyl- oder Ethyl-Reste aufweisen. Tetraethoxysilane (TEOS) and tetramethoxysilane (TMOS) worked. However, it is also possible to work with alkoxyalkylsilanes in which one or two of the radicals have the meaning of alkyl, in particular C 1-4 -alkyl, such as e.g. Methyl, ethyl, propyl or butyl. In this case, preference is given to silanes which have one or two methyl or ethyl radicals in addition to the alkoxy groups.
Obwohl die Sol-Gel-Reaktion wasserfrei durchgeführt wird, kann dem Although the sol-gel reaction is carried out anhydrous, the
Reaktionsgemisch ein Lösungsmittel oder ein Lösungsmittelgemisch in geeigneter Menge zugesetzt werden, so dass die Reaktion in ausreichender Geschwindigkeit erfolgen kann. Für diesen Zweck sind Lösungsmittel geeignet, die auch durch die Kondensationsreaktion selbst entstehen, beispielsweise Methanol, Ethanol, Propanol, Butanol oder andere Alkohole. Da protische Lösungsmittel auch zum Abbrechen der Kondensationsreaktion führen, können sie jedoch nur in beschränkten Mengen zugefügt werden. Aprotische, polare Lösungsmittel, wie Tetra hydrofu ran, sind daher vorzuziehen. Als inerte Lösungsmittel kommen außer Tetra hydrofu ran weitere ausreichend polare und nicht-protische Lösungsvermittler, wie beispielsweise 1 ,4-Dioxan und Dibenzylether, in Betracht, wobei für diesen Zweck weitere Lösungsmittel mit entsprechenden Eigenschaften einsetzbar sind. Durch eine geeignete Wahl der Synthesebedingungen ist es so möglich, die Viskosität der Dotiertinte zwischen wenigen mPas, zum Beispiel 3 mPas, und 100 mPas einzustellen. Reaction mixture, a solvent or a solvent mixture are added in an appropriate amount, so that the reaction can be carried out in sufficient speed. Suitable solvents for this purpose are those which are also formed by the condensation reaction itself, for example methanol, ethanol, propanol, butanol or other alcohols. Since protic solvents also lead to the termination of the condensation reaction, they can only be added in limited amounts. Aprotic, polar solvents, such as tetrahydrofuran, are therefore preferable. Suitable inert solvents other than tetrahydrofuran are other sufficiently polar and non-protic solubilizers, for example 1,4-dioxane and dibenzyl ether, into consideration, it being possible to use further solvents having corresponding properties for this purpose. By a suitable choice of the synthesis conditions, it is possible to adjust the viscosity of the doping ink between a few mPas, for example 3 mPas, and 100 mPas.
Dieses kann u. a. auch durch einen gezielten Abbruch der This can u. a. also by a targeted demolition of
Kondensationsreaktion (Sol-Gel-Reaktion) erreicht werden, indem bei Erreichen einer gewünschten Viskosität eine ausreichende Menge eines protischen Lösungsmittels zugegeben wird. Solche protischen Lösungsmittel können beispielsweise verzweigte und unverzweigte, aliphatische, cyclische, gesättigte und ungesättigte sowie aromatische Mono-, Di-, Tri- und Polyole , d. h. Alkohole, sowie Glykole, deren Monoether, Monoacetate und Condensation reaction (sol-gel reaction) can be achieved by adding a sufficient amount of a protic solvent upon reaching a desired viscosity. Such protic solvents may include, for example, branched and unbranched, aliphatic, cyclic, saturated and unsaturated and aromatic mono-, di-, tri- and polyols, d. H. Alcohols, as well as glycols, their monoethers, monoacetates and
dergleichen, Propylenglykole, deren Monoether und Monoacetate, sowie binäre, tertiäre, quartäre und höhere Mischungen solcher Lösungsmittel in beliebigen Volumen- und/oder Massenmischungsverhältnissen, wobei die die genannten protischen Lösungsmittel beliebig mit polaren und unpolaren aprotischen Lösungsmitteln kombiniert sein können. Der Begriff The like, propylene glycols, their monoethers and monoacetates, as well as binary, tertiary, quaternary and higher mixtures of such solvents in any volume and / or mass mixture ratios, said protic solvents may be combined with any desired polar and non-polar aprotic solvents. The term
Lösungsmittel ist explizit nicht auf Stoffe beschränkt, die bei Solvent is not explicitly limited to substances that are added to
Raumtemperatur in flüssigem Aggregatszustand vorliegen, wie z. B. Room temperature in liquid state, such. B.
Tetramethylolpropan, 2, 2-Dimethyl-1 , 3-pentandiol, Tetradecanol oder ähnliche. Tetramethylolpropane, 2, 2-dimethyl-1, 3-pentanediol, tetradecanol or the like.
Zur Herstellung von borhaltigen Dotiertinten werden als borhaltige For the preparation of boron-containing doping inks are used as boron-containing
Verbindungen solche verwendet, die ausgewählt sind aus der Gruppe Boroxid, Borsäure und Borsäureester. Compounds used are those selected from the group boron oxide, boric acid and boric acid esters.
Werden in dem erfindungsgemäßen Verfahren phosphorhaltige Are in the process according to the invention phosphorus
Verbindungen verwendet, können Oxidmedien mit guten Eigenschaften erhalten werden, wenn die phosphorhaltigen Verbindungen ausgewählt sind aus der Gruppe Phosphor(V)-oxid, Phosphorsäure, Polyphosphorsäure, Phosphorsäureester und Phosphonsäureester mit alpha- und beta-ständigen siloxanfunktionalisierten Gruppen. Nach dem beschriebenen Verfahren lassen sich die druckbaren Oxidmedien in Form von Dotiermedien auf Basis von Hybrid-Solen und oder -Gelen, unter Verwendung von Alkoholaten/Estern, Hydroxiden oder Oxiden des Aluminiums, Galliums, Germaniums, Zinks, Zinns, Titans, Zirkoniums, oder Bleis, sowie deren Mischungen, herstellen, so dass unter Verwendung dieser Komponenten ein„Hybrid"-Sol oder -Gel erhalten wird. Diese Hybridsole lassen sich durch Zugabe von geeigneten Maskierungsmitteln, Komplex- und Chelatbildnern in einem unter- bis vollständig stöchiometrischen Verhältnis einerseits sterisch stabilisieren und andererseits hinsichtlich ihrer Compounds used, can be obtained oxide media with good properties, when the phosphorus-containing compounds are selected from the group of phosphorus (V) oxide, phosphoric acid, polyphosphoric acid, phosphoric acid esters and phosphonic acid esters with alpha and beta-functional siloxane-functionalized groups. According to the described method, the printable oxide media in the form of doping media based on hybrid sols and or gels, using alcoholates / esters, hydroxides or oxides of aluminum, gallium, germanium, zinc, tin, titanium, zirconium, or Lead, as well as their mixtures, so that a "hybrid" sol or gel is obtained using these components.These hybrid sols can be made sterically by addition of suitable masking agents, complexing agents and chelating agents in a sub stoichiometric ratio stabilize and on the other hand in terms of their
Kondensations- und Gelierungsrate, aber auch hinsichtlich der rheologischen Eigenschaften gezielt beeinflussen und kontrollieren. Geeignete Condensation and gelling rate, but also in terms of rheological properties targeted influence and control. suitable
Maskierungs- und Komplexbildner, sowie Chelatisierungsmittel sind dem Fachmann aus den Patentanmeldungen WO 2012/ 19686 A, Masking and complexing agents, as well as chelating agents are those skilled in the patent applications WO 2012/19686 A,
WO2012119685 A1 und WO20121 9684 A bekannt. Der Inhalt dieser Schriften ist daher mit in die Offenbarung der vorliegenden Anmeldung einbezogen. WO2012119685 A1 and WO20121 9684 A are known. The content of these publications is therefore included in the disclosure of the present application.
Erfindungsgemäß wird das Oxidmedium bis zu einer hochviskosen, (nahezu) glasartigen Masse aufgeliert und das erhaltene Produkt wird, entweder durch Zusatz eines geeigneten Lösungsmittels oder Lösungsmittelgemischs wieder in Lösung gebracht. Hierfür sind protische und/oder polare Lösungsmittel geeignet, wie beispielsweise Propanol, Isopropanol, Butanol, Butylacetat, oder Ethylacetat u. a. Essigester, Ethylenglykolmonobutylether, According to the invention, the oxide medium is up to a highly viscous, (nearly) glassy mass and the resulting product is brought back into solution, either by addition of a suitable solvent or solvent mixture. For this protic and / or polar solvents are suitable, such as propanol, isopropanol, butanol, butyl acetate, or ethyl acetate u. a. Ethyl acetate, ethylene glycol monobutyl ether,
Diethylglykol, Diethylenglykol, Diethylenglykolmonobutylether, Diethyl glycol, diethylene glycol, diethylene glycol monobutyl ether,
Dipropylenglykolmonomethylether, und andere Glykole und deren Ether und andere, sowie Gemische solcher Lösungsmittel, in denen die Dipropylene glycol monomethyl ether, and other glycols and their ethers and others, and mixtures of such solvents in which
Kondensationsprodukte sowohl eine ausreichende Löslichkeit aufweisen, die aber auch einen für diesen Zweck geeigneten Dampfdruck aufweisen.  Condensation both have sufficient solubility, but also have a suitable vapor pressure for this purpose.
Auf diese Weise wird nach dem erfindungsgemäßen Verfahren eine stabile Mischung hergestellt, die für eine Zeit von mindestens drei Monaten lagerstabil ist. In this way, a stable mixture is prepared by the process according to the invention, which is storage stable for a period of at least three months.
Die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Dotiermedien sind lagerungsstabil, können reproduzierbar hergestellt werden und zeichnen sich durch eine konstante, d. h. von der Lagerungsdauer unabhängige, Dotierleistung aus. Des Weiteren können solche Medien durch das gezielte Zusetzen von monofunktionellen oder monoreaktiven (Capping-Mittel) Siloxanen modifiziert werden, so dass die Lagerungsstabilität der The doping media produced by the process according to the invention are storage-stable, can be prepared reproducibly and are characterized by a constant, ie independent of the storage life, Doping power off. Furthermore, such media can be modified by the targeted addition of monofunctional or monoreactive (capping agent) siloxanes, so that the storage stability of the
Dotiermedien gezielt verbessert wird. Hierfür geeignete monofunktionelle Siloxane sind unter anderem: Acetoxytrialkylsilane, Alkoxytrialkylsilane, wie Ethoxytrimethylsilan, Halogentrialkylsilane und deren Derivate sowie vergleichbare Verbindungen. Das heißt, wenn während der Herstellung den Oxidmedien„Capping-Mittel" zugesetzt werden, führt dieses zu einer weiteren Verbesserung der Stabilität der erhaltenen Oxidmedien, wodurch diese besonders gut geeignet sind zur Verwendung als Dotiertinten. Diese Dotiertinten können in der Bearbeitung von Siliziumwafern für Doping is specifically improved. Suitable monofunctional siloxanes for this purpose include: acetoxytrialkylsilanes, alkoxytrialkylsilanes, such as ethoxytrimethylsilane, halo-trialkylsilanes and their derivatives, and comparable compounds. That is, when "capping agents" are added to the oxide media during manufacture, this results in a further improvement in the stability of the resulting oxide media, making them particularly well suited for use as doped inks
photovoltaische, mikroelektronische, mikromechanische und mikrooptische Applikationen eingesetzt werden. photovoltaic, microelectronic, micromechanical and micro-optical applications are used.
Die erfindungsgemäß hergestellten Oxidmedien können je nach Konsistenz, d. h. je nach ihren Theologischen Eigenschaften, wie beispielsweise ihrer Viskosität, durch Spin- oder Dip-Coating, Drop-Casting, Curtain- oder Slot- dye Coating, Screen- oder Flexoprinting, Gravur-, Ink Jet- oder Aerosol Jet Printing, Offset Printing, Micro Contact Printing, Electrohydrodynamic The oxide media produced according to the invention may vary depending on the consistency, i. H. depending on their theological properties, such as, for example, their viscosity, by spin coating or dip coating, drop casting, curtain or slot dye coating, screen printing or flexoprinting, gravure, ink jet or aerosol jet printing, offset printing, Micro Contact Printing, Electrohydrodynamic
Dispensing, Roller- oder Spray-Coating, Ultrasonic Spray-Coating, Pipe Jetting, Laser Transfer Printing, Päd Printing, Flachbettsiebdruck Dispensing, Roller or Spray Coating, Ultrasonic Spray Coating, Pipe Jetting, Laser Transfer Printing, Päd Printing, Flatbed Screen Printing
Rotationssiebdruck verdruckt werden. Rotary screen printing be printed.
Entsprechend hergestellte Oxidmedien sind besonders gut geeignet zur Herstellung von PERC-, PERL-, PERT-, IBC-Solarzellen BJBC oder BCBJ) und Weiteren, wobei die Solarzellen weitere Architekturmerkmale, wie MWT, EWT, Selektiver Emitter, Selektives Front Surface Field, Selektives Back Surface Field und Bifacialität aufweisen. Weiterhin können die Correspondingly prepared oxide media are particularly well suited for the production of PERC, PERL, PERT, IBC solar cells BJBC or BCBJ) and others, wherein the solar cells further architectural features such as MWT, EWT, Selective Emitter, Selective Front Surface Field, Selective Back Surface field and bifaciality. Furthermore, the
erfindungsgemäßen Oxidmedien zur Herstellung dünner, dichter Oxide media according to the invention for the production of thinner, denser
Glasschichten verwendet werden, die infolge einer thermischen Behandlung als Natrium- und Kalium-Diffusionsbarriere in der LCD Technik wirken, insbesondere aber auch zur Herstellung dünner, dichter Glasschichten auf dem Deckglas eines Displays, bestehend aus dotiertem SiO2, welche die Diffusion von Ionen aus dem Deckglas in die Flüssigkristalline Phase hinein verhindern. Gegenstand der vorliegenden Erfindung sind dementsprechend auch die neuen, erfindungsgemäß hergestellten Oxidmedien, welche hergestellt worden sind nach dem oben beschriebenen Verfahren und welche binäre oder ternäre Systeme aus der Gruppe S1O2-P2O5, S1O2-B2O3, SiO2-P2O5- B2O3 und S1O2-AI2O3-B2O3 enthalten und/oder Mischungen höheren Grades, die sich durch die Verwendung von Alkoholaten/Estern, Hydroxiden oder Oxiden des Aluminiums, Galliums, Germaniums, Zinks, Zinns, Titans, Zirkoniums oder Bleis während der Herstellung ergeben. Wie oben bereits erwähnt, lassen sich diese Hybridsole durch Zugabe von geeigneten Glass layers are used, which act as a sodium and potassium diffusion barrier in the LCD technique as a result of thermal treatment, but in particular for the production of thin, dense glass layers on the cover glass of a display consisting of doped SiO 2 , the diffusion of ions from the Prevent coverslip into the liquid crystalline phase. The present invention accordingly relates to the new, according to the invention Oxidmedien which have been prepared according to the method described above and which binary or ternary systems from the group S1O2-P2O5, S1O2-B2O3, SiO 2 -P 2 O 5 - B2O3 and S1O2-Al2O3-B2O3 and / or mixtures of higher degree, which result from the use of alcoholates / esters, hydroxides or oxides of aluminum, gallium, germanium, zinc, tin, titanium, zirconium or lead during manufacture. As already mentioned above, these hybrid sols can be obtained by addition of suitable
Maskierungsmitteln, Komplex- und Chelatbildnern in einem unter- bis vollständig stöchiometrischen Verhältnis einerseits sterisch stabilisieren und andererseits hinsichtlich ihrer Kondensations- und Gelierungsrate aber auch hinsichtlich der Theologischen Eigenschaften gezielt beeinflussen und kontrollieren. Geeignete Maskierungs- und Komplexbildner, sowie Masking agents, complex and chelating in a sub stoichiometric to a stoichiometric ratio on the one hand sterically stabilize and on the other hand in terms of their condensation and gelation rate but also in terms of the theological properties specifically influence and control. Suitable masking and complexing agents, as well
Chelatisierungsmittel sind dem Fachmann aus den Patentanmeldungen WO 2012/119686 A, WO2012119685 A1 und WO2012119684 A bekannt. Chelating agents are known to those skilled in the patent applications WO 2012/119686 A, WO2012119685 A1 and WO2012119684 A.
Mittels der so erhaltenenOxidmedien ist es möglich, auf Siliziumwafern, eine griff- und abriebsfesten Schicht herzustellen. Dieses kann in einem By means of the oxide media thus obtained, it is possible to produce a grip and abrasion resistant layer on silicon wafers. This can be in one
Verfahren erfolgen, worin das auf der Oberfläche verdruckte Oxidmedium, welches nach einem Verfahren im Rahmen der Erfindung hergestellt ist, in einem Temperaturbereich zwischen 50 °C und 750 °C, bevorzugt zwischen 50 °C und 500 °C, besonders bevorzugt zwischen 50 °C und 400 °C, unter Anwendung von einem oder mehreren, sequentiell durchzuführenden Temperschritten (Temperung mittels einer Stufenfunktion) und/oder einer Temper-Rampe, angetrocknet und zur Verglasung verdichtet wird, wodurch sich eine griff- und abriebfeste Schicht bildet mit einer Dicke von bis zu 500 nm. Process are carried out, wherein the surface-printed oxide medium, which is prepared by a method in the context of the invention, in a temperature range between 50 ° C and 750 ° C, preferably between 50 ° C and 500 ° C, more preferably between 50 ° C. and 400 ° C, using one or more, to be carried out sequentially Temperschritten (tempering by means of a step function) and / or an annealing ramp, dried and compacted to the glazing, whereby a grip and abrasion resistant layer is formed with a thickness of up to 500 nm.
Anschließend erfolgt die Wärmebehandlung der auf den Oberflächen verglasten Schichten bei einer Temperatur im Bereich zwischen 750 °C und 1100 °C, bevorzugt zwischen 850 °C und 1100 °C, besonders bevorzugt zwischen 850 °C und 000 °C. Hierdurch werden siliziumdotierende Atome, wie Bor und/oder Phosphor, durch silicothermische Reduktion der jeweiligen Oxide an der Substratoberfläche an das Substrat selbst abgeben, wodurch die Leitfähigkeit des Siliziumsubstrats gezielt vorteilhaft beeinfiusst wird. Besonders vorteilhaft ist hierbei, dass aufgrund der Wärmebehandlung des bedruckten Substrats die Dotierstoffe in Abhängigkeit von der Subsequently, the heat treatment of the glazed on the surfaces layers at a temperature in the range between 750 ° C and 1100 ° C, preferably between 850 ° C and 1100 ° C, more preferably between 850 ° C and 000 ° C. As a result, silicon-doping atoms, such as boron and / or phosphorus, by silicothermal reduction of the respective oxides on the substrate surface to the substrate itself deliver, whereby the conductivity of the silicon substrate is favorably favored favorable. It is particularly advantageous that due to the heat treatment of the printed substrate, the dopants depending on the
Behandlungsdauer und -zeit in Tiefen von bis zu 1 pm transportiert und elektrische Schichtwiderstände von weniger als 10 Ω/sqr erzeugt werden.Treatment time and time transported in depths of up to 1 pm and electrical sheet resistances of less than 10 Ω / sqr generated.
Die Oberflächenkonzentrationen des Dotierstoffes kann dabei üblicherweise Werte von größer gleich 1*1019 bis 1*1021 Atomen/cm3 annehmen. Dieses ist von der Art des in dem druckbaren Oxidmedium verwendeten Dotierstoffes abhängig. The surface concentrations of the dopant can usually assume values of greater than or equal to 1 × 10 19 to 1 × 10 21 atoms / cm 3 . This depends on the nature of the dopant used in the printable oxide medium.
Es hat sich hierbei als besonders vorteilhaft erwiesen, dass sich  It has proved to be particularly advantageous that
anschließend die Oberflächenkonzentration der parasitären Dotierung von nicht vorab gezielt geschützten (maskierter) und mit den druckbaren then the surface concentration of the parasitic doping of not previously intentionally protected (masked) and with the printable
Oxidmedien nicht bedeckten Oberflächenbereiche des Siliziumsubstrates gegenüber solchen Bereichen, welche absichtlich mit den druckbaren Oxide media not covered surface areas of the silicon substrate against those areas intentionally with the printable
Oxidmedien bedeckt wurden, um mindestens zwei Zehner-Potenzen von derOxide media were covered by at least two powers of ten
Dotierung beabsichtigt dotierter Bereiche unterscheidet. Doping intentionally differentiates doped regions.
Dieses Ergebnis wird erzielt, unabhängig davon ob das das Oxidmedium als Dotiermedium auf hydrophile und/oder hydrophobe Siliziumwaferoberflächen verdruckt wird. In diesem Zusammenhang bedeutet„hydrophil" mit This result is achieved, regardless of whether the oxide medium is printed as a doping medium on hydrophilic and / or hydrophobic silicon wafer surfaces. In this context, "hydrophilic" means
nasschemisch aufgebrachtem und/oder nativem Oxid versehene Oberfläche. Der Begriff„hydrophob" bedeutet in diesem Zusammenahng: mit Silan- Terminierung versehene Oberflächen. Es ist damit nicht ausgeschlossen dünne Siliziumschichten auf dem wet-chemically applied and / or native oxide provided surface. The term "hydrophobic" in this context means: surfaces provided with silane termination, which does not exclude thin silicon layers on the surface
Siliziumsubstrat zu verwenden, und solche Siliziumwafer mit den Silicon substrate to use, and such silicon wafers with the
erfindungsgemäßen Dotiertinten zu bedrucken und den Dotierstoff zur Diffusion in das Substrat anzuregen. Die effektive Dosis der sich in dem Siliciumsubstrat einstellenden Dotierung dann somit durch die Temperatur während der Behandlung und ihre Dauer, sowie indirekt durch die Diffusivität des Dotierstoffes in der dünnen Oxidschicht beeinflusst, gleichzeitig aber auch durch den von der Temperatur abhängigen Segregationskoeffizienten des Dotierstoffs zwischen dem Silizium des Substrats und der To print the doping inks according to the invention and to excite the dopant for diffusion into the substrate. The effective dose of doping in the silicon substrate is thus affected by the temperature during the treatment and its duration, as well as indirectly by the diffusivity of the dopant in the thin oxide layer, but also by the temperature dependent segregation coefficients of the dopant between the silicon of the substrate and the
Siliziumdioxidschicht. Verallgemeinert lässt sich das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung von griff- und abriebfesten Schichten auf Silizium und Siliziumwafern dadurch charakterisieren, dass Silicon dioxide layer. In general, the process according to the invention for the production of grip- and abrasion-resistant layers on silicon and silicon wafers can be characterized in that
a. Siliziumwafer mit den Oxidmedien als n-Typ-Dotiermedien bedruckt werden (beispielsweise mittels Ink Jet-Druck) die aufgedruckten Dotiermedien angetrocknet, verdichtet und anschließend einer nachträglichen Gasphasendiffusion mit Phosphorylchlorid ausgesetzt werden, wodurch hohe Dotierungen in den bedruckten Bereichen erhalten werden und geringere Dotierungen in den Bereichen, die ausschließlich der Gasphasendiffusion ausgesetzt sind, erzielt werden oder  a. Silicon wafers are printed with the oxide media as n-type dopant (for example, by ink jet printing), the printed Dotiermedien dried, compacted and then exposed to a subsequent gas phase diffusion with phosphoryl chloride, whereby high dopants are obtained in the printed areas and lower doping in the Be achieved areas that are exposed exclusively to the gas phase diffusion, or
b. Siliziumwafer mit den Oxidmedien als p-Typ-Oxidmedium bedruckt werden, in diesem Fall mit Bor-haltigen Precursoren, die aufgedruckten Dotiermedium angetrocknet, verdichtet und anschließend einer nachträglichen Gasphasendiffusion mit Bortrichlorid oder Bortribromid ausgesetzt werden, wodurch hohe Dotierung in den bedruckten Bereichen erhalten wird und eine geringere Dotierung in den Bereichen erzielt wird, die ausschließlich der Gasphasendiffusion ausgesetzt sind oder  b. Silicon wafers are printed with the oxide media as a p-type oxide medium, in this case with boron-containing precursors, the printed on doping dried, compacted and then exposed to a subsequent gas phase diffusion with boron trichloride or boron tribromide, whereby high doping is obtained in the printed areas and a lower doping is achieved in the areas which are exposed exclusively to the gas phase diffusion or
c. Siliziumwafer mit den Oxidmedien als n- oder p-Typ Dotiermedien strukturiert bedruckt, die aufgedruckten Dotiermedien angetrocknet, verdichtet und anschließend eine nachträglichen Gasphasendiffusion mit beispielsweise Phosphorylchlorid im Falle eines verwendeten n-Typ Dotiermediums oder mit beispielsweise Bortrichlorid oder Bortribromid im Falle eines verwendeten p-Typ Dotiermediums ausgesetzt werden, wodurch hohe Dotierungen in den nicht bedruckten Bereichen und niedrigere Dotierungen in den bedruckten Bereichen erhalten werden können, insofern die Quellkonzentration der verwendeten oxidischen Dotiermedien synthesebedingt kontrolliert gering gehalten und die aus den Dotiermedien erhaltenen Gläser eine Diffusionsbarriere gegenüber den aus der Gasphase an die Waferoberfläche transportierten und deponierten Gasphasendiffusanten darstellen  c. Silicon wafer with the oxide media printed as n- or p-type dopant printed structured, the printed on Dotiermedien dried, compacted and then a subsequent gas phase diffusion with, for example, phosphoryl chloride in the case of a used n-type doping medium or with, for example, boron trichloride or boron tribromide in the case of a p-type used Doping medium can be exposed, whereby high doping in the non-printed areas and lower dopants can be obtained in the printed areas, insofar as the source concentration of the oxidic doping media used controlled by the synthesis kept low and the glasses obtained from the doping a diffusion barrier against those from the gas phase to the Wafer surface transported and deposited depict gas phase diffuser
oder  or
d. Siliziumwafer mit den Oxidmedien als p-Typ Dotiermedien, in diesem Falle mit Bor-haltigenPrecursoren, bedruckt, die aufgedruckten  d. Silicon wafers with the oxide media as p-type doping media, in this case boron-containing precursors, printed on the printed
Dotiermedien angetrocknet, verdichtet und anschließend einer nachträglichen Gasphasendiffusion mit Bortrichlorid oder Bortribromid ausgesetzt werden, wodurch hohe Dotierungen in den bedruckten Bereichen erhalten und geringere Dotierungen in den Bereichen, die ausschließlich der Gasphasendiffusion ausgesetzt sind, erzielt werden und die in diesem Falle an der Waferoberfläche erhaltene Borhaut nachträglich mit Hilfe beispielsweise sequentieller nasschemischer Behandlung mit Salpeter- und Flusssäure von der Waferoberfläche abgetragen wird oder Doping dried, compacted and then one be exposed to subsequent gas phase diffusion with boron trichloride or boron tribromide, thereby obtaining high doping in the printed areas and lower dopants in the areas that are exposed exclusively to the gas phase diffusion, and obtained in this case at the wafer surface Borhaut subsequently using, for example, sequential wet chemical treatment is removed from the wafer surface with nitric and hydrofluoric acid or
e. auf dem Siliziumwafer ganzflächig deponiertes Oxidmedium als e. on the silicon wafer over the entire surface deposited oxide medium as
Dotiermedium angetrocknet und/oder verdichtet wird und aus dem verdichteten dotierend wirkenden Oxidmedium mit Hilfe von  Doping medium is dried and / or compressed and from the compacted doped oxide medium by means of
Laserbestrahlung, die lokale Dotierung des darunter liegenden  Laser irradiation, the local doping of the underlying
Substratmaterials initiiert wird,  Substrate material is initiated,
oder  or
f. auf dem Siliziumwafer ganzflächig deponiertes Oxidmedium als f. on the silicon wafer over the entire surface deposited oxide medium as
Dotiermedium angetrocknet und verdichtet wird und aus dem  Doping medium is dried and compacted and from the
verdichteten dotierend wirkenden Oxidmedium mit Hilfe einer geeigneten Wärmebehandlung die Dotierung des darunter liegenden Substrates initiiert wird, sowie im Anschluss an diesen Dotierprozess mit nachfolgender lokaler Laserbestrahlung, die lokale Dotierung des darunter liegenden Substratmaterials verstärkt und der Dotierstoff tiefer in das Volumen des Substrates eingetrieben wird,  compressed doping oxide medium is initiated by means of a suitable heat treatment, the doping of the underlying substrate, and subsequent to this doping process with subsequent local laser irradiation, the local doping of the underlying substrate material amplified and the dopant is driven deeper into the volume of the substrate
oder  or
g. der Siliziumwafer entweder ganzflächig oder lokal mit Oxidmedien als Dotiermedien, bei denen es sich um n- und p-dotierend wirkende Medien handeln kann, bedruckt wird, gegebenenfalls durch G. the silicon wafer is printed either over the whole area or locally with oxide media as doping media, which may be n- and p-doping media, optionally through
alternierende Strukturen, die gedruckten Strukturen angetrocknet und verdichtet werden und mit geeigneten Diffusionsbarrierematerialien, wie Sol-Gel-basierten Siliciumdioxidschichten, gesputterten oder APCVD- oder PECVD-basierten Siliziumdioxid-, Siliciumnitrid oder  alternating structures which are dried and densified on printed structures and coated with suitable diffusion barrier materials, such as sol-gel based silica layers, sputtered or APCVD or PECVD based silicon dioxide, silicon nitride or silicon dioxide
Siliciumoxynitridschichten verkapselt und die dotierend wirkenden Oxidmedien durch geeignete Wärmebehandlung zur Dotierung des Substrates gebracht werden,  Siliconoxynitridschichten encapsulated and the doping acting oxide media are brought by suitable heat treatment for doping of the substrate,
oder h. der Siliziumwafer entweder ganzflächig oder lokal mit Oxidmedien als Dotiermedien, bei denen es sich um n- und p-dotierend wirkende Medien handeln kann, bedruckt wird. Diese kann gegebenenfalls eine alternierender Strukturenabfolge aufweisen, wie beispielsweise gedrucktes n-dotierend wirkendes Oxidmedium mit beliebiger or H. the silicon wafer is printed either over the whole area or locally with oxide media as doping media, which may be n- and p-doping media. This may optionally have an alternating sequence of structures, such as printed n-doping oxide medium with any
Strukturbreite, beispielsweise Linienbreite, benachbart von nicht bedruckter Siliciumoberfläche, die ebenfalls eine beliebige  Structure width, for example, line width, adjacent to non-printed silicon surface, which also any
Strukturbreite aufweist. Die gedruckten Strukturen werden angetrocknet und verdichtet und daran anschließend kann die Waferoberfläche ganzflächig mit einem Dotiermedium entgegengesetzt induzierender Majoritätsladungsträgerpolarität versehen oder selektiv auf der bereits bedruckten Oberfläche bedruckt werden. Hierbei können die zuletzt genannten Dotiermedien druckbare Sol-Gel-basierende oxidische Dotiermaterialien, sonstige druckbare Dotiertinten und/oder -pasten, mit Dotierstoffen versehene APCVD- und/oder PECVD-Gläser als auch Dotierstoffe aus der herkömmlichen Gasphasendiffusion und - dotierung sein. Die überlappend angeordneten und dotierend  Has structure width. The printed structures are dried and compacted, and subsequently the wafer surface can be provided with a doping medium of oppositely inducing majority charge carrier polarity over the entire surface or selectively printed on the already printed surface. In this case, the last-mentioned doping media can be printable sol-gel-based oxidic doping materials, other printable doping inks and / or pastes, APCVD and / or PECVD glasses doped with dopants and dopants from conventional gas phase diffusion and doping. The overlapping arranged and doping
wirkenden Dotiermedien werden durch geeignete Wärmebehandlung zur Dotierung des Substrates gebracht. In diesem Zusammenhang wirkt sich das jeweils zu unterst befindliche, gedruckte, dotierend wirkende Oxidmedium infolge geeigneter Segregationskoeffizienten und ungenügender Diffusionslängen als Diffusionsbarriere gegenüber dem sich darüber befindlichen aus, und verhält sich als das die konträre Majoritätsladungsträgerpolarität induzierende Dotiermedium; wobei darüber hinaus die gegenüberliegende Seite der  acting doping are brought by suitable heat treatment for doping of the substrate. In this context, due to suitable segregation coefficients and insufficient diffusion lengths, the respectively underside printed, doping oxide medium acts as a diffusion barrier to the one above it, and behaves as the majority majority carrier polarity-inducing dopant medium; Moreover, the opposite side of the
Waferoberfläche mit einer andersartigen und in anderer Weise deponierten (gedruckt, CVD, PVD) Diffusionbarriere bedeckt sein kann, wie beispielsweise einer Siliciumdioxid-, Siliciumnitrid- oder  Wafer surface may be covered with a different and otherwise deposited (printed, CVD, PVD) diffusion barrier, such as a silicon dioxide, silicon nitride or
Siliciumoxynitridschicht;  silicon oxynitride;
oder  or
i. der Siliziumwafer entweder ganzflächig oder lokal mit Oxidmedien als Dotiermedien, bei denen es sich um n- und p-dotierend wirkende Medien handeln kann, bedruckt wird, gegebenenfalls in alternierender Strukturenabfolge, wie beispielsweise gedrucktes n-dotierend i. the silicon wafer is printed either over the whole area or locally with oxide media as doping media, which may be n- and p-doping media, optionally in alternating sequence, such as printed n-doping
wirkendes Oxidmedium beliebiger Strukturbreite, beispielsweise beliebiger Linienbreite, benachbart von nicht bedruckter Siliciumoberfläche, die ebenfalls eine beliebige Strukturbreite aufweist. Die gedruckten Strukturen werden getrocknet und verdichtet, wonach die Waferoberfläche ganzflächig mit einem Dotiermedium mit entgegengesetzt induzierender Majoritätsladungsträgerpolarität auf der bereits bedruckten Waferoberfläche versehen werden kann, und wobei die zuletzt genannten Dotiermedien druckbare Sol-Gel-basierende oxidische Dotiermaterialien sein können oder sonstige druckbare Dotiertinten und/oder -pasten, mit Dotierstoffen versehene APCVD- und/oder PECVD-Gläser aber auch Dotierstoffe aus der herkömmlichen Gasphasendiffusion und -dotierung sein können. Die überlappend angeordneten und dotierend wirkenden Dotiermedien werden durch geeignete Wärmebehandlung zur Dotierung des Substrates gebracht. Dabei wird das jeweils sich zu unterst befindliche, gedruckte, dotierend wirkende Oxidmedium sich infolge geeigneter acting oxide medium of any structure width, for example, any line width, adjacent to non-printed Silicon surface, which also has any structural width. The printed structures are dried and compacted, after which the wafer surface can be provided over the entire area with a doping medium with opposite inducing majority charge carrier polarity on the already printed wafer surface, and wherein the latter doping media can be printable sol-gel based oxidic dopants or other printable dopant inks and / or or pastes, doped APCVD and / or PECVD glasses, but also dopants from conventional gas phase diffusion and doping. The overlapping arranged and doping acting doping media are brought by suitable heat treatment for doping of the substrate. In this case, the respectively underside, printed, doping oxide medium is due to appropriate
Segregationskoeffizienten und ungenügender Diffusionslängen als Diffusionsbarriere gegenüber dem sich darüber befindlichen  Segregation coefficients and insufficient diffusion lengths as a diffusion barrier to the one above it
Oxidmedium verhalten, und wobei das letztere konträre  Oxid medium behave, and the latter contrary
Majoritätsladungsträgerpolarität induziert; gleichzeitig kann die gegenüberliegende Waferoberfläche mittels einer anderweitigen und sonstwie deponierten Dotierstoffquelle bedeckt sein (druckbare Sol- Gel-basierende oxidische Dotiermaterialien, sonstige druckbare  Majority carrier polarity induced; At the same time, the opposite wafer surface can be covered by means of a different and otherwise deposited dopant source (printable sol-gel-based oxidic dopants, other printable
Dotiertinten und/oder -pasten, mit Dotierstoffen versehene APCVD- und/oder PECVD-Gläser als auch Dotierstoffe aus der herkömmlichen Gasphasendiffusion), welche dieselbe oder auch entgegengesetzte Dotierung induzieren kann, wie diejenige aus der zu unterst  Doping inks and / or pastes, doped APCVD and / or PECVD glasses as well as dopants from conventional gas phase diffusion), which can induce the same or opposite doping, as that of the bottom
befindlichen Schicht der gegenüberliegenden Waferoberfläche.  located layer of the opposite wafer surface.
Durch einfache Temperaturbehandlung erfolgt in der so charakterisierten Schichtenfolge eine simultane Co-Diffusion aus den durch aufgedruckte Oxidmedien gebildeten Schichten unter Bildung von n- und p-Typ-Schichten oder solchen Schichten ausschließlich einer Majoritätsladungsträgerpolarität, die sich unterscheidende Dosen an Dotierstoff aufweisen können. Simultaneous co-diffusion from the layers formed by printed oxide media to form n- and p-type layers or those layers of only a majority carrier polarity, which may have differing doses of dopant, occurs in the thus characterized layer sequence.
Zur Ausbildung von hydrophoben Siliziumwaferoberflächen werden die in diesem Verfahren nach dem Verdrucken der erfindungsgemäßen For the formation of hydrophobic silicon wafer surfaces are in this process after the printing of the invention
Oxidmedien, deren Antrocknung, und Verdichtung und/oder der Dotierung durch Temperaturbehandlung entstandenen Glasschichten mit einer Oxide media, their drying, and compaction and / or doping By thermal treatment resulting glass layers with a
Säuremischung, enthaltend Flusssäure und gegebenenfalls Phosphorsäure, geätzt. Die dabei verwendete Ätzmischung enthält als Ätzmittel Flusssäure in einer Konzentration von 0,001 bis 10 Gew.-% oder 0,001 bis 10 Gew.-% Flusssäure und 0,001 bis 10 Gew.-% Phosphorsäure im Gemisch. Acid mixture containing hydrofluoric acid and optionally phosphoric acid, etched. The etchant used in this case contains as etchant hydrofluoric acid in a concentration of 0.001 to 10 wt .-% or 0.001 to 10 wt .-% hydrofluoric acid and 0.001 to 10 wt .-% phosphoric acid in the mixture.
Die angetrockneten und verdichteten Dotiergläser können des Weiteren mit anderen Ätzmischungen von der Waferoberfläche entfernt werden: The dried and compacted doping glasses can furthermore be removed from the wafer surface with other etching mixtures:
gepufferten Flusssäuremischungen (BHF), gepufferten Oxidätzmischungen, Ätzmischungen bestehend aus Fluss- und Salpetersäure, wie beispielsweise der sogenannten p-Ätze, R-Ätze, S-Ätze, oder Ätzmischungen, bestehend aus Fluss- und Schwefelsäure, wobei die zuvor genannte Aufzählung nicht den Anspruch auf Vollständigkeit erhebt. buffered hydrofluoric acid mixtures (BHF), buffered oxide etch mixtures, etching mixtures consisting of hydrofluoric and nitric acid, such as the so-called p-type etching, R-etching, S-etching, or etching mixtures, consisting of hydrofluoric acid and sulfuric acid, the aforementioned list not the Claim to completeness.
Eine bereits eingangs erwähnte, alternative Dotiertechnologie ist die sogenannte inline-Diffusion. Diese basiert auf der Deponierung der An already mentioned alternative doping technology is the so-called in-line diffusion. This is based on the landfill of
Dotierstoffquelle auf den Siliziumwafern, wonach diese einen Gürtelofen entsprechender Länge und Temperierung durchlaufen und infolge dieser Behandlung den gewünschten Dotierstoff an die Siliziumwafer abgeben. Die inline-Diffusion ist im Prinzip die leistungsfähigste Variante der Dotierung von Siliziumwafern unter Berücksichtigung der industriellen Massenfertigung von Bauteilen, die unter erheblichem Kostendruck aus zweierlei Richtungen in milliardenfacher Stückzahl gefertigt werden. Der Kostendruck ergibt sowohl aufgrund einer sehr ausgeprägten politisch als auch marktpartizipierenden Wettbewerbssituation. Die inline-Diffusion kann industrielle Durchsatzraten erzielen, die üblicherweise zwischen 15 bis 25 % über den üblichen Dotierstoffquelle on the silicon wafers, after which they pass through a belt furnace of appropriate length and temperature and release as a result of this treatment, the desired dopant to the silicon wafer. Inline diffusion is in principle the most efficient variant of doping silicon wafers, taking into account the industrial mass production of components that are manufactured under considerable cost pressure from two directions in billions of units. The cost pressure results both from a very pronounced political and market competitive situation. Inline diffusion can achieve industrial throughput rates that are typically between 15 to 25% higher than the usual
Durchsatzraten herkömmlicher Horizontalrohrofenanlagen liegen - wobei die Anwendung findenden inline-Diffusions-fähigen Ofensysteme in der Regel auch kostengünstiger als die typischen Horizontalrohrofenanlagen sind. Die inline-Diffusion sollte also prinzipiell einen erheblichen intrinsischen Throughput rates of conventional horizontal tube furnace systems are - wherein the application finding inline-diffusion-capable furnace systems are usually cheaper than the typical horizontal tube furnace systems. The inline diffusion should therefore in principle have a significant intrinsic
Kostenvorteil gegenüber der konventionell zur Anwendung kommenden Dotiertechnologie generieren können. Dennoch ist dieser Vorteil bisher kaum effizient in die Praxis umzusetzen gewesen. Die Gründe hierfür sind vielfältig. Ein wesentlicher Grund besteht beispielsweise in der Deponierung der Dotierstoffquelle. Üblicherweise werden bei der inline-Diffusion die Dotierstoffquellen mittels geeigneter Beschichtungsverfahren (Sprühen, Aufwalzen, Siebdrucken etc.) auf die Wafer nass aufgetragen, thermisch angetrocknet, verdichtet und zur Diffusion in das Ofensystem gebracht. Typische und häufig verwendete Dotierstoffquellen sind verdünnte Generate cost advantage over the conventionally used for doping technology. Nevertheless, this advantage has hardly been put into practice efficiently. There are multiple reasons for that. One important reason is, for example, the dumping of the dopant source. Usually, in inline diffusion, the dopant sources are applied to the wafers wet by means of suitable coating methods (spraying, rolling, screen printing, etc.), thermally dried, compacted and brought into the furnace system for diffusion. Typical and commonly used sources of dopants are dilute ones
alkoholische (in Ethanol oder Isopropanol) oder auch wässrige Lösungen von Phosphor- oder Borsäure. Optimalerweise sollten diese Lösungen zu einem homogenen Film auf den Siliziumoberflächen führen, damit eine gleichmäßige Abgabe des Dotierstoffes an das Silizium möglich ist. In der Regel wird aus verschiedenen Gründen, insbesondere auf sehr rauen Oberflächen, wie denen der texturierten Siliziumwaferoberflächen, keine homogene Beschichtung erzielt. Phosphor- und Borsäure verfügen nach Trocknung der Lösung und der thermischer Transformation zu polymeren Spezies über einen zunehmenden oxidischen Charakter. Die betreffenden Oxide sind leicht flüchtig und können daher sehr leicht zum Auto-Dotieren von Bereichen des Substrates beitragen, die ursprünglich nicht homogen mit der Dotierstoffquelle bedeckt waren. Die Flüchtigkeit erschwert allerdings auch die räumliche Kontrolle der Dotierstoffspezies, deren Mobilität nicht nur zur Dotierung auf der behandelten Oberfläche selbst (vorteilhaft) beiträgt, sondern auch zur Dotierung von Wafern und deren Oberflächen, die nicht direkt mit der Quelle versehen sind (analog zur konventionellen alcoholic (in ethanol or isopropanol) or aqueous solutions of phosphoric or boric acid. Optimally, these solutions should lead to a homogeneous film on the silicon surfaces, so that a uniform delivery of the dopant to the silicon is possible. As a rule, for various reasons, in particular on very rough surfaces, such as those of the textured silicon wafer surfaces, no homogeneous coating is achieved. Phosphoric and boric acids have an increasing oxidic character upon drying of the solution and thermal transformation to polymeric species. The oxides in question are volatile and therefore can very easily contribute to auto-doping of regions of the substrate that were not initially homogeneously covered with the dopant source. However, the volatility also impedes the spatial control of the dopant species whose mobility contributes not only to the doping on the treated surface itself (beneficial), but also to the doping of wafers and their surfaces that are not directly provided with the source (analogous to conventional
Gasphasendotierung). Aufgrund der Verwendung der genannten Gas phase doping). Due to the use of said
Flüssigphasendotiermedien kommt es auch zu prozesstechnisch bedingten Problemen, wie Korrosion der Depositionsanlagen und des Ofensystems. Die Korrosion zeigt sich beispielsweise sowohl bei den typischerweise verwendeten Sprühdüsen als auch an den Waferfördersystemen. Es können dadurch Metallionen in die Dotierstoffquelle gelangen, die dann bei dem anschließenden Hochtemperaturprozess in das Silizium eingetrieben werden (vgl. unten). Flüssigphasendotiermedien there are also process-related problems, such as corrosion of the deposition systems and the furnace system. The corrosion manifests itself, for example, both in the spray nozzles typically used and in the wafer delivery systems. As a result, metal ions can enter the dopant source, which are then driven into the silicon during the subsequent high-temperature process (see below).
Kommt man auf die bereits oben erwähnten neuen Solarzellenarchitekturen zurück, ist diesen allen gemeinsam, dass sie grundsätzlich auf strukturierten Substraten basieren. Die Strukturierung betrifft allerdings auch die Schaffung von unterschiedlich dotierten Bereichen in einer im Prinzip beliebigen, häufig jedoch alternierenden, Abfolge, bei der sich entweder hoch und niedrig dotierte Bereiche einer Polarität (n- oder p-Typ) oder aber dotierte Bereiche wechselnder Polaritäten (n- auf p-Typ und umgekehrt) aufeinander abwechseln. Zur Schaffung solcher Strukturen ist sowohl die Strukturierung des Substrates als auch das Deponieren dünner funktionaler Schichten denkbar. Coming back to the already mentioned new solar cell architectures, they all have in common that they are fundamentally based on structured substrates. However, the structuring also relates to the creation of differently doped regions in a basically arbitrary, but often alternating, sequence in which either high and low-doped regions of a polarity (n- or p-type) or doped regions of alternating polarities (n - on p-type and vice versa) alternate. To create such structures is both the structuring of the substrate as well as the deposition of thin functional layers conceivable.
Der Brückenschlag zwischen den genannten Strukturierungsanforderungen und beispielsweise der inline-Diffusion ergibt sich insofern, als dass geeignete Dotiermedien diese beiden Konzepte in sich vereinen können, sofern sie mindestens folgenden Anforderungen genügen: The bridging between the mentioned structuring requirements and, for example, the in-line diffusion arises insofar as suitable doping media can combine these two concepts, as long as they satisfy at least the following requirements:
• Dotierstoffquellen müssen druckbar sein, damit die Entkopplung der • Dopant sources must be printable to allow decoupling of the
Prädeponierung und der Diffusion ermöglicht wird, so dass  Predeposition and diffusion is enabled so that
Dotierstoffquellen unterschiedlicher Polaritäten in zwei  Dopant sources of different polarities in two
aufeinanderfolgenden Druckschritten in kleinen Strukturen auf der  successive printing steps in small structures on the
Waferoberfläche deponiert werden können  Wafer surface can be deposited
• die verdruckbaren Dotierstoffquellen das Potential bieten, ausreichende Oberflächenkonzentrationen an Dotierstoffen für die nachträgliche ohm'sche Kontaktierung der dotierten Bereiche zu ermöglichen  • The printable dopant sources offer the potential to allow sufficient surface concentrations of dopants for the subsequent ohmic contacting of the doped regions
• die verdruckbaren Dotierstoffquellen müssen in einem Co-Diffusionsschritt in den behandelten Siliziumwafer eingetrieben werden können und damit gleichzeitig  The printable dopant sources must be able to be driven into the treated silicon wafer in a co-diffusion step and thus simultaneously
• über eine geringe Gasphasenanreicherung verfügen (Ausdampfen der Quelle), um die ausschließlich scharf abgrenzende und damit lokale Dotierungen zu erzielen  • have a low gas phase enrichment (vaporization of the source) in order to achieve exclusively sharply delimiting and therefore local doping
• die verdruckbaren Dotierstoffquellen müssen in ihrer notwendigen  • The printable sources of dopant must be in their necessary
Formulierung über eine ausreichende chemische Reinheit verfügen, die zur Behandlung von Halbleiterbauteilen zwingend notwendig ist.  Have sufficient chemical purity formulation, which is mandatory for the treatment of semiconductor devices.
Die Wahl von Flüssigphasendotierstoffquellen ermöglicht zwar das Although the choice of liquid phase dopant sources allows this
strukturierte Aufbringen von Dotierquellen, die Dotierwirkung dieser Medien bleibt, wie oben bereits beschrieben, in der Regel allerdings nicht auf diese strukturierten Bereiche beschränkt. Es ist eine erhebliche Verschleppung (auto- und proximity-doping) von Dotierstoffen aus der Dotierquelle zu beobachten, die den Vorteil der strukturierten Deponierung zunichte macht. Mit den bisher bekannten Lösungen lässt sich die Dotierung daher nicht gezielt auf die deponierten Bereiche beschränken. Bekannte Dotiermedien verfügen darüber hinaus über eine Reihe weiterer signifikanter Nachteile, die erhebliche Anwendungsbeschränkungen mit sich bringen. Eine typische Nebenwirkung in der Anwendung solcher structured application of doping sources, the doping effect of these media remains, as described above, but generally not limited to these structured areas. There is a considerable carry-over (auto- and proximity-doping) of dopants from the doping source, which negates the advantage of structured landfill. With the hitherto known solutions, the doping can therefore not be limited specifically to the deposited areas. Known doping media also have a number of other significant disadvantages, which entail considerable application restrictions. A typical side effect in the use of such
Dotiefmedien ist das Auftreten eines signifikanten Einbruchs der Dotiefmedien is the occurrence of a significant collapse of the
Minoritätsträgerlebensdauer der behandelten Siliziumwafer. Die Minority carrier lifetime of treated silicon wafers. The
Minoritätsträgerlebensdauer ist ein wesentlicher Basisparameter, der über die Konversionseffizienz einer Solarzelle entscheidet: geringe Lebensdauer gleich geringe Effizienz und vice versa. Daher spricht für den Fachmann alles gegen die Verwendung der bisher bekannten druckbaren Dotiermedien. Der nachteilige Einfluss auf die Trägerlebensdauer wird offensichtlich durch die für die Herstellung der Dotiermedien verwendeten Rohstoffe Minority carrier lifetime is an essential basic parameter that decides on the conversion efficiency of a solar cell: low lifetime equal low efficiency and vice versa. Therefore, for the expert speaks against the use of the previously known printable doping media. The adverse effect on carrier lifetime is evident by the raw materials used to make the dopant media
hervorgerufen. Insbesondere die zur Pastenformulierung notwendigen Hilfsstoffe, und hier besonders die polymeren Bindemittel, stellen eine schwer zu kontrollierende Quelle für Kontaminationen dar, welche sich negativ auf die Leistungsfähigkeit des Siliziums auswirken. Diese Hilfsstoffe können unerwünschte, schädliche Metalle und Metallionen enthalten, deren Konzentration typischerweise im Promille-Bereich rangiert. Jedoch reagiert Silizium sehr sensibel auf metallische Kontaminationen bereits im Bereich von ppb bis wenigen ppm - insbesondere dann, wenn sich an die caused. In particular, the auxiliaries necessary for the paste formulation, and in particular the polymeric binders, are a source of contamination which is difficult to control and which has a negative effect on the performance of the silicon. These adjuvants may contain unwanted, harmful metals and metal ions whose concentration is typically in the per mil range. However, silicon reacts very sensitively to metallic contaminations already in the range of ppb to a few ppm - especially when the
Behandlung des Siliziums eine Hochtemperaturphase anschließt, die eine möglichst effektive Verteilung dieser schädlichen Kontaminationen in dem Volumen (via Diffusion und„Dotierung") des Siliziums ermöglicht. Solche Diffusionen in Wafern treten typischer Weise als Folge von Silicon treatment follows a high-temperature phase, which allows for the most effective distribution of these harmful contaminants in the bulk (via diffusion and "doping") of silicon. Such diffusions in wafers typically occur as a result of
Hochtemperaturprozesse auf, die wiederum für Zwecke erfolgen, für die man die Dotiermedien auf den Waferoberflächen deponiert hat. Typische und besonders schädliche Kontaminationen sind beispielsweise Eisen, Kupfer, Titan, Nickel und weitere Übergangsmetalle aus dieser Gruppe des High temperature processes, which in turn occur for purposes for which the doping media has been deposited on the wafer surfaces. Typical and particularly harmful contaminants are, for example, iron, copper, titanium, nickel and other transition metals from this group of
Periodensystems der Elemente. Diese Metalle gehören gleichzeitig zu. den mittelschnell bis sehr schnell in Silizium diffundierenden Dotanden, sodass sie während der Expositionsdauer der Dotierung sehr viel tiefer in das Periodic Table of the Elements. These metals belong to the same time. the medium fast to very fast diffusing in silicon dopants, so that during the exposure period of the doping much deeper into the
Volumen eindringen können als die erwünschten Dotanden selbst, und somit nicht nur die Oberfläche des Siliziums, sondern auch dessen gesamtes Volumen beeinträchtigen können. So ist im Falle des Eisens, des mit Volume can penetrate than the desired dopants themselves, and thus can affect not only the surface of the silicon, but also its entire volume. So in case of iron, with the
Abstand am weitesten verbreiteten und des im Regelfall mit der am höchsten Konzentration anzutreffenden Kontaminanten, mit einer typischen Distance most widespread and usually with the highest concentration of contaminants, with a typical
theoretischen Diffusionstiefe zu rechnen, welche unter typischen Diffusionsbedingungen, wie beispielsweise mit einer Plateauzeit von 30 Minuten bei 900 °C, die übliche Siliziumwaferdicke von 180 pm oder geringer mühelos um ein Vielfaches zu übertreffen vermag. Die Folge ist eine signifikante Reduktion der bereits erwähnten Minoritätsträgerlebensdauer und, da die Solarzelle ein„Volumenbauteil" darstellt, der Effizienz der Solarzelle im Ganzen. theoretical diffusion depth, which under typical Diffusion conditions, such as with a plateau time of 30 minutes at 900 ° C, the usual silicon wafer thickness of 180 pm or less can easily exceed many times. The result is a significant reduction of the minority carrier lifetime already mentioned and, because the solar cell is a "volume component", the efficiency of the solar cell as a whole.
Die bei der Formulierung von Pasten hinzugefügten Bindemittel sind in der Regel äußerst schwer bis gar nicht chemisch aufzureinigen bzw. von deren Fracht an metallischen Spurenelementen zu befreien. Der Aufwand zu deren Reinigung ist hoch und steht aufgrund der hohen Kosten in keinem The binders added in the formulation of pastes are generally very difficult to even chemically clean up or free of their cargo of metallic trace elements. The effort to clean them is high and is due to the high cost in any
Verhältnis zu dem Anspruch der Schaffung einer kostengünstigen und damit wettbewerbsfähigen, beispielsweise siebdruckfähigen Quelle für Dotierstoffe. Damit stellen diese Hilfsstoffe eine beständige Kontaminationsquelle dar, durch die unerwünschte Kontaminationen in Form von an metallischen Spezies stark begünstigt werden. Relationship to the claim of creating a cost-effective and thus competitive, for example, screen printable source of dopants. Thus, these auxiliaries are a constant source of contamination, are favored by the unwanted contamination in the form of metallic species greatly.
Eine weitere, nicht unbedeutende, Quelle für Kontaminanten stellt das Applikationsgerät zum Aufbringen und Verdrucken flüssiger Dotiermedien auf Siliciumwaferoberflächen dar. Konventionelle Flüssigphasendotierstoffe, welche beispielsweise bei der inline-Diffusion zur Anwendung kommen, wirken, wie bereits erwähnt, korrosiv auf das verwendete Druckequipment, wobei es sich in der Regel um eine Sprüheinrichtung handelt. Bei dieser, oft schleichend erfolgenden Korrosion werden Metallionen aus dem Werkstoff herausgelöst und in den Dotiertintenstrom überführt und durch diesen mitgeschleppt. Dergestalt werden die Metallionen mit dem Another, not insignificant, source of contaminants is the application device for applying and printing liquid dopants on silicon wafer surfaces. Conventional liquid phase dopants, which are used, for example, in inline diffusion, as mentioned above, corrosive to the printing equipment used, where is usually a spraying device. In this, often creeping corrosion metal ions are dissolved out of the material and transferred to the Dotiertintenstrom and dragged through it. In this way, the metal ions become with the
Flüssigphasendotierstoff auf der Siliciumwaferoberfläche deponiert. Bei der anschließenden Trocknung des flüssigen Dotierstoffs werden die in der Tinte enthaltenen Metallionen in dem zurückbleibenden Rückstand angereichert. Der Anreicherungsfaktor ist von der Konzentration in dem flüssigen Liquid phase dopant deposited on the silicon wafer surface. In the subsequent drying of the liquid dopant, the metal ions contained in the ink are enriched in the remaining residue. The enrichment factor is of the concentration in the liquid
Dotiermedium und der auf dem Wafer zurückbleibenden angetrockneten Dotierschicht, und somit dem realen oder virtuellen Feststoffanteil in der Dotiertinte abhängig. Der Anreicherungsfaktor kann zwischen 10 und 100 betragen. D. h., dass bei einer Metallionenfracht von 10 ppbw eines beliebigen Elementes 100 ppbw bis 1 ppmw in der getrockneten Doping medium and remaining on the wafer dried on doping layer, and thus the real or virtual solid content in the doping ink dependent. The enrichment factor can be between 10 and 100. That is, with a metal ion load of 10 ppbw of any element, 100 ppbw to 1 ppmw in the dried
Dotierschicht zurückbleiben bzw. dementsprechend in dieser akkumuliert werden können. Die den Dotierstoff enthaltende Schicht stellt somit eine vergleichsweise hochkonzentrierte Quelle an möglichen Metallionen für das sich darunter befindliche Siliziumsubstrat dar. Die Abgabe der Metallionen aus dieser Schicht ist stark von der Temperatur und den Dotierschicht remain or accumulated accordingly in this can be. The layer containing the dopant thus represents a comparatively highly concentrated source of possible metal ions for the silicon substrate underneath. The release of the metal ions from this layer is strongly dependent on the temperature and the
Materialeigenschaften, so beispielsweise dem Segregationskoeffizienten der Dotierstoffschicht gegenüber dem Silizumwafer, abhängig. Allgemein ist festzustellen, dass die thermische Aktivierung der Dotierstoffschicht, um dem Dotierstoff die Diffusion in Silizium zu ermöglichen, auch die Metallionen erheblich zu mobilisieren vermag. Dabei gilt weiterhin allgemein, dass die Diffusivität der meisten Metallionen um viele Größerordnungen höher ist, als die aller Dotierstoffe. In das Silicium eindiffundierte Metallionen (3d- Nebengruppenelemente) verhalten sich, obwohl sie Silicide bilden können und als solche teilweise präzipitieren, an Oxiden und Sauerstoffclustern und Korngrenzen und Versetzungen gegettert und/oder präzipitiert werden, - in manchen Fällen auch gerade deswegen - stark rekombinationsaktiv, indem sie elektronisch tiefe Störstellen im Silicium induzieren. Diese- tiefen Material properties, such as the segregation coefficient of the dopant layer over the silicon wafer dependent. In general, it can be stated that the thermal activation of the dopant layer, in order to allow the dopant to diffuse in silicon, can also considerably mobilize the metal ions. It is also general that the diffusivity of most metal ions is many orders of magnitude higher than that of all dopants. Metal ions (3d subgroup elements) diffused into the silicon, although they can form silicides and partially precipitate as such, behave and / or precipitate on oxides and oxygen clusters and grain boundaries and dislocations, in some cases also very strongly. by electronically inducing deep impurities in the silicon. These depths
Störstellen verfügen über eine ausgeprägte Rekombinationsaktivität für die Minoritätsladungsträger. Da andererseits die Impurities have a pronounced recombination activity for the minority carriers. On the other hand, the
Minoritätsladungsträgerlebensdauer oder -diffusionslänge einer der grundlegenden Qualitätsparameter des zur Solarzellenherstellung zur Anwendung kommenden Siliciums ist, entscheidet sie wesentlich über die maximal zu erreichende Konversionseffizienz mit. Eine sehr hohe Minority carrier lifetime or diffusion length is one of the basic quality parameters of the silicon used for solar cell fabrication, it significantly determines the maximum conversion efficiency to be achieved. A very high one
Minoritätsladungsträgerlebensdauer des Siliciums schließt demgemäß die gleichzeitige Anwesenheit von stark rekombinationsaktiven Minority carrier lifetime of the silicon accordingly excludes the co-presence of highly recombinant
Verunreinigungen im Silicium kategorisch aus. Impurities in the silicon categorically.
Überraschender Weise können diese Probleme durch die vorliegende, beschriebene Erfindung gelöst werden, und zwar durch erfindungsgemäße druckbare, niedrigviskose Oxidmedien, die durch ein Sol-Gel-Verfahren hergestellt werden können. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung können diese Oxidmedien durch entsprechende Zusätze als druckbare Dotiermedien hergestellt werden. Durch ein entsprechend angepasstes Verfahren und durch optimierte Syntheseansätze wird die Herstellung von druckbaren Dotiermedien ermöglicht, Surprisingly, these problems can be solved by the present invention described, by printable, low viscosity oxide media of the present invention which can be prepared by a sol-gel process. In the context of the present invention, these oxide media can be produced by suitable additives as printable doping media. By a correspondingly adapted method and by optimized synthesis approaches, the production of printable doping media is made possible,
• die über eine ausgezeichnete Lagerungsbeständigkeit verfügen, • die eine ausgezeichnete Druckleistung unter Ausschluss von • have excellent storage stability, • the excellent printing performance to the exclusion of
Verklebungen, Verschlüssen und Gelierungen in Sprüh- und Druckdüsen zeigen,  Show sticking, closing and gelation in spray and pressure nozzles,
• die über eine äußerst geringfügige intrinsische Kontaminationsfracht an metallischen Spezies verfügen und somit die Lebensdauer der  • have a very low intrinsic contamination load on metallic species and thus the lifetime of the
behandelten Siliziumwafer nicht negativ beeinflussen,  do not adversely affect treated silicon wafers
• die über ausreichendes Dotiervermögen verfügen, um selbst  • have enough doping ability to self-assemble
niedrigohmige Emitter auf texturierten Siliziumwafern problemlos herstellen zu können,  easy to produce low-resistance emitters on textured silicon wafers,
• die in ihrem Gehalt an Dotierstoffen dergestalt eingestellt werden können, dass Dotierprofile und die dazugehörigen elektrischen Schichtwiderstände in einem weiten Bereich sehr gut eingestellt und kontrolliert werden können,  • which can be adjusted in their content of dopants in such a way that doping profiles and the associated electrical film resistances can be set and controlled very well over a wide range,
• die sehr homogene Dotierungen der behandelten Silicumwafer  • the very homogeneous doping of the treated silicon wafers
ermöglichen,  enable,
• deren Reste sich nach der thermischen Behandlung sehr leicht von der Oberfläche behandelter Wafer entfernen lassen, und  • whose residues can be easily removed from the surface of treated wafers after thermal treatment, and
• die aufgrund der optimierten Syntheseführung über ein ausgezeichnet geringfügiges Verhalten des sogenannten Auto-Dotierens verfügen.  • which, due to the optimized synthesis, have an extremely slight behavior of the so-called auto-doping.
Die neuartigen Dotiermedien lassen sich auf Basis des Sol-Gel-Verfahrens synthetisieren und können, wenn dieses erforderlich ist, weiterführend formuliert werden. The novel doping media can be synthesized on the basis of the sol-gel process and, if this is necessary, can be further formulated.
Die Synthese der Dotiertinte kann durch Zugabe von The synthesis of the doping ink can be achieved by adding
Kondensationsinitiatoren, wie z.B. von einem Carbonsäureanhydrid unter Ausschluss von Wasser gezielt gesteuert werden. Auf diese Weise ist der Vernetzungsgrad in der Tinte über die Stöchiometrie der Zugabe, Condensation initiators, e.g. be controlled by a carboxylic anhydride in the absence of water. In this way, the degree of crosslinking in the ink is above the stoichiometry of the addition,
beispielsweise des Säureanhydrids, steuerbar. Bei einem geringen for example, the acid anhydride, controllable. At a low
Vernetzungsgrad ist die resultierende Tinte niedrigviskos und dünnflüssig. Dadurch ist sie hervorragend mit entsprechend geeigneten Druckverfahren verarbeitbar.  Degree of crosslinking, the resulting ink is low viscosity and low viscosity. As a result, it is perfectly processable with suitable printing methods.
Geeignete Druckverfahren können folgende sein: Spin- oder Dip-Coating, Drop Casting, Curtain oder Slot-dye Coating, Screen oder Flexo Printing, Gravüre oder Ink Jet oder Aerosol Jet Printing, Offset Printing, Micro Contact Printing, Electrohydrodynamic Dispensing, Roller oder Spray Coating, Ultrasonic Spray Coating, Pipe Jetting, Laser Transfer Printing, Päd Printing, Flachbettsiebdruck und Rotationssiebdruck. Diese Aufzählung ist nicht abschließend, und es können auch andere Druckverfahren geeignet sein. Suitable printing methods can be the following: Spin or Dip Coating, Drop Casting, Curtain or Slot Dye Coating, Screen or Flexo Printing, Gravure or Ink Jet or Aerosol Jet Printing, Offset Printing, Microcontact Printing, Electrohydrodynamic Dispensing, Roller or Spray Coating, Ultrasonic Spray Coating, Pipe Jetting, Laser Transfer Printing, Päd Printing, Flatbed Screen Printing and Rotary Screen Printing. This list is not exhaustive, and other printing methods may be suitable.
Des Weiteren können durch Zugabe weiterer Additive die Eigenschaften der erfindungsgemäßen Dotiermedien gezielt eingestellt werden, so dass sie optimal geeignet sind für spezielle Druckverfahren und zum Auftrag auf bestimmte Oberflächen, mit denen sie in intensive Wechselwirkung treten können. Auf diese Weise lassen sich gezielt Eigenschaften, wie  Furthermore, by adding further additives, the properties of the doping media according to the invention can be adjusted in a targeted manner, so that they are optimally suitable for special printing processes and for application to specific surfaces, with which they can interact intensively. In this way you can target properties, such as
beispielsweise Oberflächenspannung, Viskosität, Benetzungsverhalten, Trocknungsverhalten und Adhäsionsfähigkeit einstellen. Je nach For example, set surface tension, viscosity, wetting behavior, drying behavior and adhesion. Depending on
Anforderungen an die hergestellten Dotiermedien können auch noch weitere Additive zugesetzt werden. Diese können sein: Demands on the doping media produced, it is also possible to add further additives. These can be:
• Tenside, tensioaktive Verbindungen zur Beeinflussung der Benetzungsund Trocknungsverhaltens,  Surfactants, tensio-active compounds for influencing the wetting and drying behavior,
• Entschäumer und Entlüfter zur Beeinflussung des Trocknungsverhaltens, Defoamer and deaerator for influencing the drying behavior,
• weitere hoch und niedrig siedende polare protische und aprotische • other high and low boiling polar protic and aprotic
Lösungsmittel zur Beeinflussung der Partikelgrößenverteilung, des Präkondensationgrades, Kondensations-, Benetzungs- und Trocknungs- sowie Druckverhaltens,  Solvent for influencing the particle size distribution, the degree of pre-condensation, condensation, wetting and drying as well as printing behavior,
• weitere hoch und niedrig siedende unpolare Lösungsmittel zur  • other high and low boiling nonpolar solvents
Beeinflussung der Partikelgrößenverteilung, des Präkondensationgrades, Kondensations-, Benetzungs- und Trocknungs- sowie Druckverhaltens, Influencing the particle size distribution, the degree of pre-condensation, condensation, wetting and drying as well as printing behavior,
• partikuläre Zuschlagsstoffe zur Beeinflussung der Theologischen • particulate additives to influence the theological
Eigenschaften,  Properties,
• partikuläre Zuschlagsstoffe (z. B. Aluminiumhydroxide und  • particulate additives (eg aluminum hydroxides and
Aluminiumoxide, Siliziumdioxid) zur Beeinflussung der nach Trocknung resultierenden Trockenfilmdicken sowie deren Morphologie, • partikuläre Zuschlagsstoffe (z. B. Aluminiumhydroxide und Aluminum oxides, silicon dioxide) for influencing the dry film thicknesses resulting after drying and their morphology, • particulate additives (eg aluminum hydroxides and
Aluminiumoxide, Siliziumdioxid) zur Beeinflussung der Kratzbeständigkeit der getrockneten Filme,  Aluminas, silica) to influence the scratch resistance of the dried films,
• Oxide, Hydroxide, basische Oxide, Alkoxide, präkondensierte Alkoxide von Bor, Gallium, Silizium, Germanium, Zink, Zinn, Phosphor, Titan, Zirkonium, Yttrium, Nickel, Cobalt, Eisen, Cer, Niob, Arsen, Blei und weiteren zur Formulierung von Hybridsolen,  • Oxides, hydroxides, basic oxides, alkoxides, precondensed alkoxides of boron, gallium, silicon, germanium, zinc, tin, phosphorus, titanium, zirconium, yttrium, nickel, cobalt, iron, cerium, niobium, arsenic, lead and others for the formulation of hybrid brines,
• insbesondere einfache und polymere Oxide, Hydroxide, Alkoxide, Acetate von Bor und Phosphor zur Formulierung von auf Halbleiter, insbesondere Silizium, dotierend wirkende Formulierungen.  In particular, simple and polymeric oxides, hydroxides, alkoxides, acetates of boron and phosphorus for the formulation of semiconducting, in particular silicon, doping formulations.
In diesem Zusammenhang versteht es sich von selbst, dass jede Druck- und Beschichtungsmethode ihre eigenen Anforderungen an die zu verdruckende Tinte stellt. Typischerweise sind für die jeweilige Druckmethode individuell einzustellende Parameter solche, wie die Oberflächenspannung, die In this context, it goes without saying that each printing and coating method has its own requirements for the ink to be printed. Typically, parameters to be set individually for the respective printing method are those such as the surface tension, the
Viskosität und der Gesamtdampfdruck der Tinte. Viscosity and the total vapor pressure of the ink.
Die druckbaren Medien können neben deren Anwendung als Dotierquelle als Kratzschutz- und Korrosionsschutzschichten, z. B. bei der Herstellung von Bauteilen in der Metallindustrie, vorzugsweise in der Elektronikindustrie, und hierbei insbesondere bei der Fertigung mikroelektronischer, photovoltaischer und mikroelektromechanischer (MEMS) Bauteile, Anwendung finden. Unter photovoltaischen Bauteilen sind in diesem Zusammenhang insbesondere Solarzellen und -module zu verstehen. Weiterhin sind Anwendungen in der Elektronikindustrie durch die Verwendung der genannten Tinten und Pasten in den folgenden, beispielhaft erwähnten, jedoch nicht umfassenden, Bereichen gekennzeichnet: Fertigung von Dünnschicht-Solarzellen aus Dünnschicht-Solarmodulen, Herstellung organischer Solarzellen, Herstellung gedruckter Schaltungen und organischer Elektronik, Herstellung von The printable media, in addition to their use as a doping source as scratch protection and corrosion protection layers, eg. Example, in the manufacture of components in the metal industry, preferably in the electronics industry, and in particular in the production of microelectronic, photovoltaic and microelectromechanical (MEMS) components, application. In this context, photovoltaic components are in particular solar cells and modules. Furthermore, applications in the electronics industry are characterized by the use of said inks and pastes in the following, by way of example, but not exhaustive fields: fabrication of thin film solar cells from thin film solar modules, organic solar cell manufacturing, printed circuit and organic electronics manufacturing, manufacturing from
Anzeigeelementen auf Basis der Technologien von Dünnfilmtransistoren (TFT), Flüssigkristallen (LCD), organische lichtemittierende Dioden (OLED) und berührungsempfindlichen kapazitiven und resistiven Sensoren. Display elements based on the technologies of thin-film transistors (TFT), liquid crystals (LCD), organic light-emitting diodes (OLED) and touch-sensitive capacitive and resistive sensors.
Die vorliegende Beschreibung ermöglicht es dem Fachmann die Erfindu umfassend anzuwenden. Auch ohne weitere Ausführungen wird daher davon ausgegangen, dass ein Fachmann die obige Beschreibung im weitesten Umfang nutzen kann. The present description enables one skilled in the art to fully embrace the invention. Also without further explanations becomes therefore It is assumed that a person skilled in the art can make the most of the above description.
Bei etwaigen Unklarheiten versteht es sich von selbst, die zitierten Any ambiguity goes without saying, the quoted
Veröffentlichungen und Patentliteratur heranzuziehen. Dementsprechend gelten diese Dokumente als Teil der Offenbarung der vorliegenden Publications and patent literature. Accordingly, these documents are considered part of the disclosure of the present application
Beschreibung. Description.
Zum besseren Verständnis und zur Verdeutlichung der Erfindung werden im Folgenden Beispiele gegeben, die im Rahmen des Schutzbereichs der vorliegenden Erfindung liegen. Diese Beispiele dienen auch zur For a better understanding and clarification of the invention, examples are given below which are within the scope of the present invention. These examples are also used for
Veranschaulichung möglicher Varianten. Aufgrund der allgemeinen Gültigkeit des beschriebenen Erfindungsprinzips sind die Beispiele jedoch nicht geeignet, den Schutzbereich der vorliegenden Anmeldung nur auf diese zu reduzieren. Illustration of possible variants. Due to the general validity of the described principle of the invention, however, the examples are not suitable for reducing the scope of protection of the present application only to these.
Weiterhin versteht es sich für den Fachmann von selbst, dass sich sowohl in den gegebenen Beispielen als auch in der übrigen Beschreibung die in den Zusammensetzungen enthaltenen Komponentenmengen in der Summe immer nur zu 100 Gew.-, mol- oder vol.-% bezogen auf die Furthermore, it is self-evident to the person skilled in the art that both in the given examples and in the remainder of the description, the amounts of components contained in the compositions amount in the sum to only 100% by weight, molar or vol
Gesamtzusammensetzung aufaddieren und nicht darüber hinausgehen können, auch wenn sich aus den angegebenen Prozentbereichen höhere Werte ergeben könnten. Sofern nichts anderes angegeben ist, gelten daher %-Angaben als Gew.-, mol- oder vol.-%. Aggregate composition and can not exceed it, even if higher values could result from the indicated percentage ranges. Unless otherwise stated, therefore,% data are in terms of weight, mol or vol.%.
Die in den Beispielen und der Beschreibung sowie in den Ansprüchen gegebenen Temperaturen gelten immer in °C. Beispiele zu niederviskosen Dotiermedien Beispiel 1 : The temperatures given in the examples and the description as well as in the claims are always in ° C. Examples of Low-viscosity Doping Media Example 1
In einem 250 ml_ Rundhalskolben werden 5,8 g in einem Exsikkator. In a 250 ml round bottomed flask, 5.8 g are placed in a desiccator.
getrocknete ortho-Phosphorsäure in 10 g Essigsäureanhydrid durch kurzes Erhitzen gelöst. Diese Lösung wird unter Rühren langsam zu 19,4 g Tetraethylorthosilikat getropft. Unter Rühren und stetigem Erwärmen auf 100 °C wird das entstehende Ethylacetat abdestilliert. Zur Einstellung der Viskosität können weitere 1 - 10 g Essigsäureanhydrid zugegeben werden. Zum Abbruch der Reaktion werden anschließend 25 - 50 g eines protischen Lösungsmittels zugegeben. Dieses Lösungsmittel kann beliebig aus der Gruppe gewählt werden, die in der Beschreibung für diesen Zweck genannt sind. dried ortho-phosphoric acid in 10 g of acetic anhydride by brief heating. This solution slowly becomes 19.4 g with stirring Tetraethylorthosilicate added dropwise. With stirring and constant heating to 100 ° C, the resulting ethyl acetate is distilled off. To adjust the viscosity, another 1-10 g of acetic anhydride can be added. To terminate the reaction, 25-50 g of a protic solvent are then added. This solvent can be arbitrarily selected from the group mentioned in the description for this purpose.
Durch eine 31P-NMR Untersuchung der resultierenden Tinte kann gezeigt werden, dass die Phosphorspezies in das Si02-Netzwerk eingebunden vorliegen. It can be shown by a 31 P-NMR examination of the resulting ink that the phosphorus species are incorporated into the Si0 2 network.
Die gemäß diesem Verfahren hergestellten Dotiermedien sind The dopants prepared according to this method are
lagerungsstabil, storage-stable,
Fig. 1 zeigt eine 31P-NMR-Messung einer gemäß Beispiel 1 resultierenden Tinte. Die chemische Verschiebung von freier Phosphorsäure beträgt 0 ppm und ist in diesem Beispiel nicht detektierbar. Die Phosphorsäure muss daher in die Si02-Matrix fest eingebunden sein. Fig. 1 shows a 31 P-NMR measurement of an ink resulting in Example 1. The chemical shift of free phosphoric acid is 0 ppm and is not detectable in this example. The phosphoric acid must therefore be firmly bound in the Si0 2 matrix.
Beispiel 2: Example 2:
Mehrere Dotiermedienansätze, folgend dem zuvor skizzierten Beispiel 1 , werden hergestellt und es wird jeweils ein polierter polierter p-Typ Several doping media batches, following Example 1 outlined above, are prepared and each polished, p-type is polished
Siliziumwafer nach HF-Reinigung mittels Schleuderbeschichtung (2000 U/min für 30 s) mit den Dotiertinten bedruckt. Nach anschließendem  Silicon wafer after HF cleaning by spin coating (2000 rpm for 30 s) printed with the doping inks. After afterwards
Anbacken für 2 Minuten auf einer Hotplate (100°C) führt eine Diffusion bei 900 °C für 8 Minuten zu einem Schichtwiderstand von 50 Ω/sqr. In Fig. 2 ist ein resultierendes ECV-Profil des eindiffundierten Emitters gezeigt.  Baking for 2 minutes on a hotplate (100 ° C), diffusion at 900 ° C for 8 minutes results in a sheet resistance of 50 Ω / sq. In Fig. 2, a resulting ECV profile of the diffused emitter is shown.
Fig. 2 zeigt die Dotierprofile der Dotierversuche mit wiederholbar FIG. 2 shows the doping profiles of the doping tests as repeatable
hergestellten Dotiermedien. Die Dotiermedien wirken reproduzierbar dotierend. Beispiel 3: prepared doping media. The doping media have a reproducibly doping effect. Example 3:
Ein polierter p-Typ Siliziumwafer wird nach HF-Reinigung mit einer phosphordotierten Si02-Matrix gemäß Beispiel 1 mittels A polished p-type silicon wafer is after HF cleaning with a phosphorus doped Si0 2 matrix according to Example 1 means
Schleuderbeschichtung (2000 U/min für 30 s) bedruckt. Nach  Spin coating (2000 rpm for 30 s) printed. To
anschließendem Anbacken für 2 Minuten auf einer Hotplate (100 °C) führt eine Diffusion bei 900 °C für 8 Minuten zu einem Schichtwiderstand von 50 Ω/sqr. In Fig. 3 ist ein resultierendes ECV-Profil des eindiffundierten Emitters zusätzlich des Verhaltens des Auto- und/oder Proximity-Dopings gezeigt. Das Proximity wird gemäß einer Anordnung aus Siliziumwafern subsequent baking for 2 minutes on a hotplate (100 ° C), diffusion at 900 ° C for 8 minutes results in a sheet resistance of 50 Ω / sq. In Fig. 3, a resulting ECV profile of the diffused emitter is additionally shown the behavior of the auto and / or proximity doping. The proximity is according to an arrangement of silicon wafers
entsprechend der Fig. 3 untersucht. Anhand der beiden Dotierprofile (Quelle vs. Senke) ist festzustellen, dass sich die Dotierwirkung auf der Quelle und der Senke um einen Faktor >1000 hinsichtlich der jeweils bestimmten Oberflächenkonzentrationen unterscheiden. examined according to FIG. 3. Based on the two doping profiles (source vs. sink), it should be noted that the doping effect on the source and the sink differ by a factor> 1000 with respect to the respectively determined surface concentrations.
In Fig. 3 sind die ECV-Profile der oben beschriebenen Dotierversuche wiedergegeben. Beispiel 4: FIG. 3 shows the ECV profiles of the above-described doping experiments. Example 4:
Ein texturierter p-Typ Siliziumwafer wird nach HF-Reinigung mit einer Phosphordotierten Si02-Matrix gemäß Beispiel 1 mit Isopropanol oder einem vergleichbaren Lösungsmittel, definiert über Dampfdruck und/oder Hansen- Löslichkeits-Parameter, Ethylacetat oder einem vergleichbaren A textured p-type silicon wafer is after HF cleaning with a phosphorus doped Si0 2 matrix according to Example 1 with isopropanol or a comparable solvent, defined by vapor pressure and / or Hansen-solubility parameter, ethyl acetate or a comparable
Lösungsmittel, definiert über Dampfdruck und/oder Hansen-Löslichkeits- Parameter, und Butanol oder einem vergleichbaren Lösungsmittel, definiert über Dampfdruck und/oder Hansen-Löslichkeits-Parameter als  Solvent, defined by vapor pressure and / or Hansen solubility parameter, and butanol or a comparable solvent, defined by vapor pressure and / or Hansen solubility parameter as
Lösungsmittel, (Massenverhältnis 1 :1 :0,25) mittels Sprühbeschichtung bedruckt. Nach anschließendem Anbacken für 2 Minuten auf einer Hotplate (100 °C) führt eine Diffusion bei 900 °C für 15 Minuten zu einem Solvent, (mass ratio 1: 1: 0.25) printed by spray coating. After subsequent baking for 2 minutes on a hotplate (100 ° C), diffusion at 900 ° C for 15 minutes leads to a
Schichtwiderstand von 40 - 50 Ω/sqr. Zur Beurteilung der Homogenität der aufgebrachten Schicht ist in Fig. 3 eine rasterelektronenmikroskopische Aufnahme der aufgebrachten Schicht nach der Diffusion gezeigt. Fig. 4 zeigt eine Rasterelektronenmikroskopische Aufnahme (50.000-fache Vergrößerung) der aufgebrachten Diffusionsschicht auf einer Pyramide eines alkalisch texturierten (100)-Wafers. Man kann die homogene Bedeckung der Oberfläche durch die aufgesprühte PSG-Schicht gut erkennen. Die gemessene Schichtdicke beträgt 44 nm. Sheet resistance of 40 - 50 Ω / sqr. To assess the homogeneity of the applied layer, a scanning electron micrograph of the applied layer after diffusion is shown in FIG. Figure 4 shows a scanning electron micrograph (50,000X magnification) of the deposited diffusion layer on a pyramid of an alkaline textured (100) wafer. It is easy to see the homogeneous coverage of the surface by the sprayed-on PSG layer. The measured layer thickness is 44 nm.
Ein weiterer Dotierversuch mit einer Tinte gemäß Beispiel 1 unter Another doping test with an ink according to Example 1 below
Verwendung der oben beschriebenen Beschichtungsbedingungen, jedoch unter Anwendung einer längeren Diffusionsdauer, 20 Minuten, ergibt einen mittleren Schichtwiderstand von 28 Ω/sqr mit einer Oberflächenkonzentration von 8*1020 Atomen/cm2. Using the coating conditions described above, but using a longer diffusion period, 20 minutes, gives an average sheet resistance of 28 Ω / sqr with a surface concentration of 8 * 10 20 atoms / cm 2 .
Fig. 5 zeigt die Schichtwiderstandsverteilung (rechts oben) auf einem ganzflächige mit Dotiermedium gemäß des Beispiels 1 deponierter Tinte. Das ECV-Profil (links unten) gibt einen typischen Messpunkt auf der Probe. FIG. 5 shows the sheet resistance distribution (top right) on a full-area ink deposited with doping medium according to example 1. The ECV profile (bottom left) gives a typical measurement point on the sample.
Beispiel 5: Example 5:
Ein texturierter p-Typ Siliziumwafer wird nach HF-Reinigung mit einer phosphordotierten SiO2-Matrix gemäß Beispiel 1 , mit A textured p-type silicon wafer is after HF cleaning with a phosphorus doped SiO 2 matrix according to Example 1, with
Dipropylenglykolmonomethylether als Lösungsmittel, mittels Inkjet lokal bedruckt. Nach anschließendem Anbacken für 2 Minuten auf einer Hotplate (100°C) führt eine Diffusion bei 900°C für 15 Minuten zu einem Dipropylene glycol monomethyl ether as solvent, locally printed by inkjet. After subsequent baking for 2 minutes on a hotplate (100 ° C), diffusion at 900 ° C for 15 minutes leads to a
Schichtwiderstand von 40 - 50 Ω/sqr. Um die Phosphorausgasung aus dem gedruckten PSG zu beurteilen ist in Fig. 4 ein resultierendes ECV-Profil des eindiffundierten Emitters sowie eine Messung 1 mm neben der bedruckten Stelle gezeigt. Die Oberflächenkonzentrationen der beiden Bereiche unterschieden sich um einen Faktor > 00. Sheet resistance of 40 - 50 Ω / sqr. In order to assess the phosphorus outgassing from the printed PSG, a resultant ECV profile of the diffused emitter and a measurement 1 mm apart from the printed location are shown in FIG. The surface concentrations of the two areas differed by a factor> 00.
Fig. 6 zeigt das ECV-Profil des eindiffundierten Emitters sowie eine Referenzmessung 1 mm neben der bedruckten Stelle. Beispiel 6: Fig. 6 shows the ECV profile of the diffused emitter and a reference measurement 1 mm next to the printed area. Example 6:
Ein polierter p-Typ Siliziumwafer wird nach HF-Reinigung mit einer phosphordotierten Si02-Matrix gemäß Beispiel 1 mittels A polished p-type silicon wafer is after HF cleaning with a phosphorus doped Si0 2 matrix according to Example 1 means
Schleuderbeschichtung (2000 U/min für 30 s) doppelseitig bedruckt. Nach jeweiligem Anbacken für 2 Minuten auf einer Hotplate (100 °C) führt eine Diffusion bei 900 °C für 8 Minuten zu einem Schichtwiderstand von 30 Ω/sqr. Spin coating (2000 rpm for 30 s) printed on both sides. After baking for 2 minutes on a hotplate (100 ° C), diffusion at 900 ° C for 8 minutes results in a sheet resistance of 30 Ω / sq.
In Fig. 7 ist die Lebensdauer einer marktbegleitenden Dotiertinte nach Dotierung unter ähnlichen Bedingungen (p-Typ Wafer, einseitig poliert, Leitfähigkeit 1 - 10 Ω"1 *cm"1 ) zur Erzielung eines vergleichbaren In Fig. 7, the life of a market-accompanying doping ink after doping under similar conditions (p-type wafer, polished on one side, conductivity 1 - 10 Ω "1 * cm " 1 ) to achieve a comparable
Schichtwiderstandes von 50 Ω/sqr, bestimmt über QSSPC-Messung (quasistationäre Photoleitfähigkeitsmessung) und ausgelesen bei einer Sheet resistance of 50 Ω / sqr, determined via QSSPC measurement (quasi-stationary photoconductivity measurement) and read out at one
Injektionsdichte von 1*1015 Minoritätsladungsträgem/cm3, demonstriert. Die Lebensdauer beträgt 130 ps. Die Lebensdauer eines vergleichbaren, jedoch unbehandelten, d. h. nicht dotierten Referenzwafers beträgt 320 ps. Die Wafer sind nasschemisch mittels Methanol-Chinhydron-Verfahrens passiviert. Injection density of 1 * 10 15 minority charge carriers / cm 3 , demonstrated. The life span is 130 ps. The lifetime of a comparable but untreated, ie undoped, reference wafer is 320 ps. The wafers are wet-chemically passivated by methanol-quinhydrone process.
Fig. 7 zeigt eine vergleichende Lebensdauermessung eines, mit einer marktüblichen Dotiertinte dotierten p-Typ Wafers gegen einen FIG. 7 shows a comparative lifetime measurement of a p-type wafer doped with a commercially available doping ink against one
vergleichbaren Referenzwafer. comparable reference wafer.
In Fig. 8 ist vergleichend die Lebensdauer eines p-Typ Wafers gemäß der obig skizzierten Vorgehensweise unter Anwendung einer Dotiertinte gemäß Beispiel 1 der Lebensdauer einer im Handel erhältlichen Dotiertinte gegenüber gestellt. Die Lebensdauer des Wafers, beschichtet mit einer erfindungsgemäßen Tinte, weist einen Wert von 520 ps auf und ist damit um den Faktor vier größer als die des konkurrierenden Ansatzes. Die Erhöhung der Lebensdauer ist auf die optimierte Synthesemethode unter Verwendung sehr reiner Chemikalien und die adäquate Vorreinigung der verwendeten Lösungsmittel zurückzuführen. FIG. 8 compares the service life of a p-type wafer according to the procedure outlined above using a doping ink according to Example 1 of the lifetime of a commercially available doping ink. The lifetime of the wafer coated with an ink of the invention is 520 ps, which is four times larger than that of the competitive approach. The increase in lifetime is due to the optimized synthesis method using very pure chemicals and the adequate pre-purification of the solvents used.
Fig. 8 zeigt die vergleichende Lebensdauermessung eines, mit einer, gemäß des optimierten Syntheseverfahrens hergestellten und unter Verwendung adäquat vorbehandelter Lösungsmittel, behandelten Wafers im Vergleich zu einem Wafer nach dessen Dotierung mit einer marktüblichen Dotiertinte. Die zusätzliche Steigerung der Lebensdauer des Wafers, behandelt mit der erfindungsgemäß hergestellten Dotiertinte, gegenüber der des Fig. 8 shows the comparative lifetime measurement of one using one prepared according to the optimized synthesis method and using adequately pretreated solvent treated wafers compared to a wafer after its doping with a commercially available doping ink. The additional increase in the lifetime of the wafer, treated with the doping ink according to the invention, compared to that of
Referenzwafers ist auf den zusätzlichen Gettereffekt (Senke für Reference wafer is due to the additional getter effect (sink for
Kontaminanten) infolge der Diffusion mit Phosphor zurückzuführen. Im Gegensatz hierzu fungiert die marktübliche Dotiertinte als Quelle für Contaminants) due to the diffusion with phosphorus. In contrast, the commercially available doping ink acts as a source for
Kontaminanten. Contaminants.
Beispiel 7 (Verqleichsbeispiel): Example 7 (comparative example):
Bei einem vergleichenden Versuch wird eine Dotiertinte gemäß den folgenden Bedingungen hergestellt: in einem 250 ml Kolben werden 67,3 g Ethanol, 54,2 Essigester, 13,3 g Essigsäure, 32,5 g Tetraethylorthosilicat eingewogen, gut durchmischt und mit 6,7 g Wasser versetzt. In dieser Mischung werden 1 ,7 g Phosphorpentoxid (P4O10) gelöst und die Mischung wird für 24 h unter Rückfluss erwärmt. Nach der Synthese der Dotiertinte wird diese in einem Kühlschrank bei +8 °C gelagert und in bestimmten zeitlichen Abständen zur Dotierung von Siliziumwafern verwendet. Dazu wird die Tinte jeweils mittels dem Lackschleuderverfahren auf einen einseitig polierten, p-Typ-Wafer mit einer Leitfähigkeit von 1 - 10 Q*cm In a comparative experiment, a doping ink is prepared according to the following conditions: in a 250 ml flask, weigh 67.3 g of ethanol, 54.2 ethyl acetate, 13.3 g of acetic acid, 32.5 g of tetraethylorthosilicate, mix thoroughly and add 6.7 g of water. In this mixture, 1, 7 g of phosphorus pentoxide (P4O10) are dissolved and the mixture is heated to reflux for 24 h. After the synthesis of the doping ink is stored in a refrigerator at +8 ° C and used at certain time intervals for doping of silicon wafers. For this purpose, the ink is in each case by means of the spin coating process on a one-side polished, p-type wafer with a conductivity of 1-10 Q * cm
aufgeschleudert (2000 U/min, für 30 s). Im Anschluss wird der Wafer bei 00 °C auf einer Heizplatte für 2 Minuten getrocknet und dann der Dotierung in einem konventionellen Muffelofen bei 900 °C für 20 Minuten zugeführt. Nach der Diffusion wird das entstandene PSG-Glas von der Waferoberfläche mittels verdünnter Flusssäure (~2 %ige) entfernt und der Schichtwiderstand mittels Vier-Spitzenmessung bestimmt. Die Dotierwirkung der gemäß diesem Verfahren hergestellten Dotiertinte demonstriert eine ausgeprägte Zeitabhängigkeit der zu beobachtenden Dotierwirkung. Es besteht ein proportionaler Zusammenhang: mit zunehmender Lagerungsdauer des Dotiermediums nimmt dessen Dotiervermögen ab. Das Dotiermedium zeigt keine Langzeitlagerungsbeständigkeit. spin-coated (2000 rpm, for 30 s). Subsequently, the wafer is dried at 00 ° C on a hot plate for 2 minutes and then fed to the doping in a conventional muffle furnace at 900 ° C for 20 minutes. After diffusion, the resulting PSG glass is removed from the wafer surface by dilute hydrofluoric acid (~ 2%) and the sheet resistance is determined by four-peak measurement. The doping effect of the doping ink prepared according to this method demonstrates a pronounced time dependence of the doping effect to be observed. There is a proportional relationship: as the storage time of the doping medium increases, its doping capacity decreases. The doping medium shows no long-term storage stability.
In Fig. 9 ist das Dotierpotential eines gemäß Beispiel 6 hergestellten In FIG. 9, the doping potential of a manufactured according to Example 6
Dotiermediums aufgetragen in Abhängigkeit von der Lagerungsdauer: zu erzielender Schichtwiederstand in Abhängigkeit der unter Kühlung erfolgten Lagerungsdauer des Dotiermediums. Doping medium applied as a function of the storage time: too Achieving layer resistance as a function of storage time of the doping medium during cooling.
Die zuvor geschilderte Beobachtung ist unabhängig von der Reihenfolge der Zugabe des Phosphorpentoxids: Vorlage und anschließende Zugabe der Lösemittel oder Vorlage der Lösemittel und dann Verwendung von The above-described observation is independent of the order of addition of the phosphorus pentoxide: initial and subsequent addition of the solvent or presentation of the solvent and then use of
Phophorpentoxid und anschließende Zugabe der Silizium-organischen Verbindung, der Essigsäure und des Wassers etc. erbringt stets das gleiche Verhalten. Die Beobachtung ist weiterhin davon unabhängig, welche Art der Phosphorverbindung und in welcher Reihenfolge diese hinzugefügt wird: wässrige oder kristalline Phosphorsäure, Polyphosphorsäure, Phosphorus pentoxide and subsequent addition of the organosilicon compound, acetic acid and water, etc. always gives the same behavior. The observation is furthermore independent of which type of phosphorus compound and in which order it is added: aqueous or crystalline phosphoric acid, polyphosphoric acid,
Phosphorsäureester, wie beispielsweise Mono-, Di- und Tributylphosphat oder Phosphorpentoxid selbst. Phosphoric acid esters, such as mono-, di- and tributyl phosphate or phosphorus pentoxide itself.
Des Weiteren sind die zuvor geschilderten Beobachtungen unabhängig von der Wahl der verwendeten Lösungsmittel. Versuche mit Propanol, Furthermore, the previously described observations are independent of the choice of solvents used. Experiments with propanol,
Isopropanol, Butanol, Ethylenglycolmonobutylether, Diethylglycol, Isopropanol, butanol, ethylene glycol monobutyl ether, diethyl glycol,
Diethylenglycol, Diethylenglycolmonobutylether, weiteren Gylcolen und deren Ether, gemischt mit einfachen Alkoholen oder Essigester oder Butylacetat oder weiteren geeigneten Lösungsmitteln erbringen immer wieder ein vergleichbares Ergebnis, wie es in Fig. 9 gezeigt ist. Diethylene glycol, diethylene glycol monobutyl ether, other glycyls and their ethers, mixed with simple alcohols or ethyl acetate or butyl acetate or other suitable solvents always provide a comparable result, as shown in Fig. 9.
Die Verwendung von anorganischen und organischen Phosphonsäuren führt zu den gleichen Beobachtungen, mit der Ausnahme, dass solche The use of inorganic and organic phosphonic acids leads to the same observations, with the exception that such
Dotiermedien, unter Ausgleich der sich unterscheidenden relativen Doping media, balancing the differing relative
Massenanteile des in den Vorläufersubstanzen enthaltenen Phosphors, eine noch geringe Dotierwirkung als solche aufweisen, die mit fünfwertigen Phosphorquellen hergestellt werden. Solche Phosphonsäuren können beispielsweise sein: Phosphonsäure, Dibutylphosphonat, Mass fractions of the phosphor contained in the precursor substances, still have a low doping effect as such, which are prepared with pentavalent phosphorus sources. Such phosphonic acids may be, for example, phosphonic acid, dibutylphosphonate,
Triethoxysilylethylphosphonsäurediethylester und Etidronsäure. Diethyl triethoxysilylethylphosphonate and etidronic acid.
Das„Nachdotieren" von präkondensierten Polysiloxanen, hergestellt gemäß dem oben beschriebenen Verfahren, ausgenommen des Zusatzes von Phosphorpentoxid, mit wässriger und/oder kristalliner Phosphorsäure, als auch mit Phosphorpentoxid führt regelmäßig zu einer schnellen Gelierung (innerhalb von wenigen Stunden) der so präparierten Dotierlösung. Solche Lösungen erweisen sich nicht als ausreichend lagerungsstabil entsprechend den industriellen Anforderungen, die an solche Medien gestellt werden. The "postdoping" of pre-condensed polysiloxanes, prepared according to the method described above, except for the addition of phosphorus pentoxide, with aqueous and / or crystalline phosphoric acid, as well as with phosphorus pentoxide regularly leads to rapid gelation (within a few hours) of the thus prepared doping solution. Such solutions do not prove to be sufficiently stable to storage in accordance with the industrial demands placed on such media.
Beispiel 8: Example 8:
In einem 250 ml Rundkolben werden 3,6 g in einem Exsikkator In a 250 ml round bottom flask, add 3.6 g in a desiccator
vorgetrocknete Borsäure in 12,5 g Tetra hydrofu ran unter Rühren bei 70 °C gelöst. Dazu werden unter Rühren 12,3 g Essigsäureanhydrid hinzugefügt und anschließend 19,4 g Tetraethylorthosilicat langsam eingetropft. Die Lösung wird nach der vollständigen Zugabe des Tetraethylorthosilicats auf 100 °C erwärmt und von flüchtigen Lösungsmitteln befreit. Anschließend werden 55 g eines protischen Lösungsmittels zugegeben (geeignete predried boric acid in 12.5 g of tetrahydrofuran ran with stirring at 70 ° C dissolved. With stirring, 12.3 g of acetic anhydride are added and then added dropwise 19.4 g of tetraethyl orthosilicate slowly. The solution is heated to 100 ° C after complete addition of the tetraethyl orthosilicate and freed from volatile solvents. Subsequently, 55 g of a protic solvent are added (suitable
Lösungsmittel sind in der Beschreibung wiedergegeben). Alternativ kann eine Lösemittelmischung gemäß Beispiel 4 in entsprechender Menge hinzugefügt werden. Die resultierende Mischung wird solange unter Solvents are given in the description). Alternatively, a solvent mixture according to Example 4 can be added in an appropriate amount. The resulting mixture is kept under
Rückfluss gehalten, bis eine vollständig klare Lösung entstanden ist. Refluxed until a completely clear solution is formed.
Die Dotiertinte kann alternativ auch unter Verwendung einer Mischung aus Tetraethylorthosilicat und Aluminiumisobutylat synthetisiert werden. Die partielle Substitution von Tetraethylorthosilcat durch Aluminiumisobutylat kann die unterstöchiometrische Zugabe komplexbildender Liganden, wie beispielsweise die von Acetylaceton, Salicylsäure, 2,3-Dihydroxy- und 3,4- Dihydroxybenzoesäure oder deren Mischungen, erforderlich machen. Alternatively, the doping ink may be synthesized using a mixture of tetraethyl orthosilicate and aluminum isobutylate. The partial substitution of tetraethyl orthosilicate by aluminum isobutylate may require the substoichiometric addition of complexing ligands, such as those of acetylacetone, salicylic acid, 2,3-dihydroxy- and 3,4-dihydroxybenzoic acid, or mixtures thereof.
Beispiel 9: Example 9:
Ein polierter n-Typ Siliziumwafer wird nach HF-Reinigung mit einer bordotierten Si02-Matrix gemäß Beispiel 8 mittels Schleuderbeschichtung (2000 U/min für 30 s) einseitig bedruckt. Nach Anbacken für 2 Minuten auf einer Hotplate (100 °C) führt eine Diffusion bei 1000 °C für 30 Minuten in einem Muffelofen zu einem Schichtwiderstand von 30 Ω/sqr. Eine alternative Diffusion in einem Rohrofen bei 950 °C für 30 Minuten im Stickstoffstrom ergibt einen Schichtwiderstand von 105 Ω/sqr. Fig. 10 zeigt die Kurve des Dotierpotentials (ECV-Profil) eines gemäß Beispiel 8 hergestellten Dotiermediums (rot = Borkonzentration, blau = Basisdotierung (P)). Die Dotierung ist bei 1000 °C in einem Muffelofen für 30 Minuten durchgeführt worden. A polished n-type silicon wafer after RF cleaning with a boron-doped Si0 2 matrix according to Example 8 by means of spin coating (2000 rev / min for 30 s) printed on one side. After baking for 2 minutes on a hotplate (100 ° C), diffusion at 1000 ° C for 30 minutes in a muffle furnace results in a sheet resistance of 30 Ω / sq. An alternative diffusion in a tube furnace at 950 ° C for 30 minutes in nitrogen flow gives a sheet resistance of 105 Ω / sqr. 10 shows the curve of the doping potential (ECV profile) of a doping medium prepared according to Example 8 (red = boron concentration, blue = basic doping (P)). The doping was carried out at 1000 ° C in a muffle furnace for 30 minutes.
Fig. 11 zeigt die Kurve des Dotierpotentials (ECV-Profil) eines gemäß Beispiel 8 hergestellten Dotiermediums (rot = Borkonzentration, blau = Basisdotierung (P)). Die Dotierung ist bei 950 °C in einem Rohrofen für 30 Minuten in Stickstoffatmosphäre durchgeführt worden. 11 shows the curve of the doping potential (ECV profile) of a dopant produced according to Example 8 (red = boron concentration, blue = basic doping (P)). The doping was carried out at 950 ° C in a tube furnace for 30 minutes in a nitrogen atmosphere.
Beispiel 10: Example 10:
In einer Rührwerksapparatur werden 83 g in einem Exsikkator In a stirrer apparatus, 83 g are placed in a desiccator
vorgetrocknete kristalline Phosphorsäure eingewogen und mit 150 g pre-dried crystalline phosphoric acid weighed out and with 150 g
Tetrahydrofuran versetzt. Die erhaltene Mischung wird mit Hilfe eines Ölbades (80 °C) zum Rückfluss gebracht. In die siedende Mischung werden aus einem aufgesetzten Tropftrichter 100 g Acetanhydrid zügig zugetropft. In diese Mischung werden aus einem weiteren Tropftrichter 190 g Tetrahydrofuran added. The resulting mixture is brought to reflux using an oil bath (80 ° C). In the boiling mixture 100 g of acetic anhydride are rapidly added dropwise from an attached dropping funnel. In this mixture from another dropping funnel 190 g
Tetraethylorthosilicat (TEOS) langsam in die in der Apparatur vorgelegte Mischung unter intensivem Rühren zugetropft. Nach erfolgter Zugabe des Tetraethylorthosilicats wird die Temperatur des Ölbades auf 20 °C erhöht und die Mischung wird unter intensivem Rühren eine Stunde bei dieser Temperatur belassen. Die Reaktion wird anschließend mit einer Tetraethylorthosilicate (TEOS) slowly added dropwise to the mixture introduced in the apparatus with vigorous stirring. After the addition of the tetraethyl orthosilicate, the temperature of the oil bath is raised to 20 ° C and the mixture is left under vigorous stirring for one hour at this temperature. The reaction is then followed by a
Lösemittelmischung, bestehend aus 150 g Essigester, 600 g Isopropanol und 150 g Ethoxypropanol, gequencht und für weitere 60 Minuten refluxiert. Die Dotiertinte ermöglicht eine homogene Sprühbeschichtung von Solvent mixture consisting of 150 g of ethyl acetate, 600 g of isopropanol and 150 g of ethoxypropanol, quenched and refluxed for a further 60 minutes. The doping ink enables a homogeneous spray coating of
Siliciumwafern. Silicon wafers.
Der Gehalt von Essigsäureanhydrid in der Reaktionsmischung gemäß diesem Beispiel 10 kann variiert werden. Es hat sich hierzu als vorteilhaft erwiesen, Massen zwischen 90 g und 380 g des Reaktanden zu verwenden. Die Vernetzung des oxidischen Netzwerks kann über die Menge des hinzugefügten Acetanhydrids, die in der Reaktionsmischung enthaltene Menge an Tetrahydrofuran, die Dauer des Erwärmens der The content of acetic anhydride in the reaction mixture according to this Example 10 can be varied. It has proven to be advantageous to use masses between 90 g and 380 g of the reactant. The crosslinking of the oxide network can be determined by the amount of added acetic anhydride, the amount of tetrahydrofuran contained in the reaction mixture, the duration of the heating of the
Reaktionsmischung bei 120 °C, als auch der Temperatur des Erwärmens gesteuert werden. Die Dauer des Erwärmens kann nach vollständiger Zugabe aller Reaktionspartner zwischen 30 Minuten und 240 Minuten betragen. Als inerte Lösungsmittel kommen außer Tetra hydrofu ran weitere ausreichend polare und nicht-protische Lösungsvermittler, wie Reaction mixture at 120 ° C, as well as the temperature of the heating are controlled. The duration of heating can after complete Add all reactants between 30 minutes and 240 minutes. As inert solvents other tetra hydrofu ran other sufficiently polar and non-protic solubilizers, such as
beispielsweise ,4-Dioxan und Dibenzylether, in Betracht, wobei für diesen Zweck weitere Lösungsmittel mit entsprechenden Eigenschaften einsetzbar sind. Durch die geeignete Wahl der oben genannten Synthesebedingungen ist es möglich, die Viskosität der Dotiertinte zwischen wenigen mPas, zum Beispiel 3 mPas, und 100 mPas einzustellen. Die Stabilisierung der For example, 4-dioxane and dibenzyl, into consideration, for which purpose more solvents can be used with appropriate properties. By suitably selecting the above-mentioned synthesis conditions, it is possible to adjust the viscosity of the doping ink between a few mPas, for example 3 mPas, and 100 mPas. The stabilization of
Dotiertinte kann im Anschluss an deren Synthese mittels bereits Dotiertinte can following the synthesis by means of already
beschriebener Capping-Mittel erzielt werden. Hierzu wird die Tinte described capping agent can be achieved. This is the ink
vorteilhafterweise direkt während des Quenchens mit einem oder mehreren der genannten Lösemittel mit einem geeigneten Capping-Mittel, wie vorzugsweise Ethoxytrimethylsilan versehen. Es hat sich dabei als vorteilhaft erwiesen, 10 ml bis 50 ml des Capping-Materials, in diesem Falle advantageously directly during quenching with one or more of said solvents with a suitable capping agent, such as preferably provided ethoxytrimethylsilane. It has proved to be advantageous, 10 ml to 50 ml of the capping material, in this case
Ethoxytrimethylsilan, zu verwenden. Zur Herstellung von sehr gut ink jetfähigen Dotiermedien hat es sich als vorteilhaft erwiesen, andere Ethoxytrimethylsilane to use. For the production of very inkjet-capable doping media, it has proved to be advantageous to others
Lösungsmittel zum Quenchen der Reaktionsmischung zu verwenden. Use solvent to quench the reaction mixture.
Geeignete Lösungsmittel werden im Zusammenhang mit Beispiel 5 genannt. Es versteht sich von selbst, dass alle der beschriebenen Synthesen der Dotiertinten auch mit borhaltigen Vorläufern, den Phosphor-Precursor substituierend, durchgeführt werden können. Suitable solvents are mentioned in connection with Example 5. It goes without saying that all of the described syntheses of the doping inks can also be carried out with boron-containing precursors, substituting the phosphorus precursor.
Liste der Abbildungen List of pictures
Fig. 1: : P-NMR-Profil einer Tinte gemäß Beispiel 1. Die chemische Verschiebung von freier Phosphorsäure beträgt 0 ppm und ist in diesem Beispiel nicht detektierbar. Fig. 1: P-NMR profile of an ink according to Example 1. The chemical shift of free phosphoric acid is 0 ppm and is not detectable in this example.
Fig. 2: Dotierprofile von Dotierversuchen gemäß Beispiel 2 mit FIG. 2: Doping profiles of doping tests according to Example 2 with
reproduzierbaren Dotiermedien und gleichbleibender Dotierwirkung. reproducible doping media and constant doping effect.
Fig. 3: ECV-Profile von Dotierversuchen gemäß Beispiel 3 3: ECV profiles of doping tests according to Example 3
Fig. 4: Rasterelektronenmikroskopische Aufnahme (50.000-fache Fig. 4: Scanning electron micrograph (50,000 times
Vergrößerung) einer aufgebrachten Diffusionsschicht auf einer Pyramide eines alkalisch texturierten (100)-Wafers. Es ist gut die homogene Magnification) of an applied diffusion layer on a pyramid of an alkaline textured (100) wafer. It's good the homogeneous
Bedeckung der Oberfläche durch aufgesprühte PSG-Schicht zu erkennen. Die gemessene Schichtdicke beträgt 44 nm. Covering the surface to be detected by sprayed PSG layer. The measured layer thickness is 44 nm.
Fig. 5: Schichtwiderstandsverteilung (rechts oben) auf einem ganzflächige mit Dotiermedium gemäß Beispiels 1 behandeltem Wafer. Das ECV-Profil (links unten) entspricht einem typischen Messpunkt auf der Probe FIG. 5: Sheet resistance distribution (top right) on a whole-area wafer treated with doping medium according to Example 1. The ECV profile (bottom left) corresponds to a typical measurement point on the sample
Fig. 6: ECV-Profil eines eindiffundierten Emitters sowie eine Fig. 6: ECV profile of a diffused emitter and a
Referenzmessung 1 mm neben der bedruckten Stelle Reference measurement 1 mm next to the printed area
Fig. 7: Vergleichende Lebensdauermessung eines, mit einer marktüblichen Dotiertinte dotierten p-Typ Wafers gegen einen vergleichbaren FIG. 7: Comparative lifetime measurement of a p-type wafer doped with a commercially available doping ink versus a comparable one. FIG
Referenzwafer  reference wafer
Fig. 8: Vergleichende Lebensdauermessung eines, mit einer, gemäß des optimierten Syntheseverfahrens hergestellten und unter Verwendung adäquat vorbehandelter Lösungsmittel, behandelten Wafers im Vergleich zu einem Wafer nach dessen Dotierung mit einer marktüblichen Dotiertinte FIG. 8: Comparative lifetime measurement of a wafer treated with a solvent produced according to the optimized synthesis method and using adequately pretreated solvent in comparison to a wafer after its doping with a commercially available doping ink
Fig. 9: Dotierpotential eines gemäß Beispiel 6 hergestellten Dotiermediums; Schichtwiederstand in Abhängigkeit der unter Kühlung erfolgten FIG. 9: Doping potential of a doping medium prepared according to Example 6; FIG. Layer resistance as a function of under cooling
Lagerungsdauer des Dotiermediums Fig. 10: Dotierpotential (ECV-Profil) eines gemäß Beispiel 8 hergestellten Dotiermediums (rot = Borkonzentration, blau = Basisdotierung (P)); Storage duration of the doping medium FIG. 10: Doping potential (ECV profile) of a dopant prepared according to Example 8 (red = boron concentration, blue = basic doping (P)); FIG.
Dotierung bei 000 °C im Muffelofen für 30 Minuten Doping at 000 ° C in a muffle oven for 30 minutes
Fig. 11 : Dotierpotential (ECV-Profil) eines gemäß Beispiel 8 herge-stellten Dotiermediums (rot = Borkonzentration, blau = Basisdotierung (P)); FIG. 11: Doping potential (ECV profile) of a doping medium prepared according to Example 8 (red = boron concentration, blue = base doping (P)); FIG.
Dotierung bei 950 °C im Rohrofen für 30 Minuten in Stickstoffatmosphäre Doping at 950 ° C in a tube furnace for 30 minutes in a nitrogen atmosphere

Claims

P A T E N T A N S P R Ü C H E P A T E N T A N S P R E C H E
Verfahren gemäß Anspruch zur Herstellung von druckbaren, Process according to the claim for the production of printable,
niedrigviskosen Oxidmedien in Form von Dotiermedien, dadurch gekennzeichnet dass eine wasserfreie Sol-Gel-basierte Synthese durch Kondensation von Alkoxysilanen und/oder Alkoxyalkylsilanen mit symmetrischen und asymmetrischen Carbonsäureanhydriden low-viscosity oxide media in the form of doping media, characterized in that an anhydrous sol-gel-based synthesis by condensation of alkoxysilanes and / or alkoxyalkylsilanes with symmetrical and asymmetric carboxylic acid anhydrides
i. in Gegenwart von borhaltigen Verbindungen i. in the presence of boron-containing compounds
und/oder  and or
iL in Gegenwart von phosphorhalttgen Verbindungen iL in the presence of phosphorus-containing compounds
durchgeführt wird und durch kontrollierte Gelierung niederviskose Dotiermedien (Dotiertinten) hergestellt werden. is carried out and low-viscosity dopants (doping inks) are prepared by controlled gelation.
Verfahren gemäß Anspruch 1 , wobei die verwendeten Alkoxysilanen und/oder Alkoxyalkylsilanen, gesättigte, ungesättigte, verzweigte, unverzweigte aliphatische, alicyclische und aromatische Reste einzeln oder verschiedene dieser aufweisen, die wiederum an beliebiger Position des Alkoxid- und/oder Alkylrestes durch Heteroatome, ausgewählt aus der Gruppe O, N, S, Cl, Br funktionalisiert sein können. A process according to claim 1, wherein the alkoxysilanes and / or alkoxyalkylsilanes used have saturated, unsaturated, branched, unbranched aliphatic, alicyclic and aromatic radicals individually or different therefrom, which in turn are at any position of the alkoxide and / or alkyl radical by heteroatoms selected from the group O, N, S, Cl, Br can be functionalized.
Verfahren gemäß einem oder mehreren der Ansprüche 1oder 2 , wobei die borhaltigen Verbindungen ausgewählt sind aus der Gruppe Boroxid, Borsäure und Borsäureester. Method according to one or more of claims 1 or 2, wherein the boron-containing compounds are selected from the group boron oxide, boric acid and boric acid esters.
Verfahren gemäß einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, wobei die phosphorhaltigen Verbindungen ausgewählt sind aus der Gruppe Phosphor(V)-oxid, Phosphorsäure, Polyphosphorsäure, Method according to one or more of claims 1 to 3, wherein the phosphorus-containing compounds are selected from the group phosphorus (V) oxide, phosphoric acid, polyphosphoric acid,
Phosphorsäureester und Phosphonsäureester mit alpha- und betaständigen siloxanfunktionalisierten Gruppen. Phosphoric acid esters and phosphonic acid esters with alpha- and beta-functional siloxane-functionalized groups.
Verfahren gemäß einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet dass als Carbonsäureanhydride Anhydride aus der Gruppe Acetanhydrid (Essigsäureanhydrid), Ethylformiat (Anhydrid der Ameisen- und Essigsäure), Propionsäureanhydrid, Bernsteinsäureanhydrid, Maleinsäureanhydrid, Sorbinsäureanhydrid, Phthalsäureanhydrid und Benzoesäureanhydrid verwendet werden. A process as claimed in one or more of claims 1 to 4, wherein the carboxylic acid anhydrides used are anhydrides from the group of acetic anhydride (acetic anhydride), ethyl formate (anhydride of formic and acetic acid), propionic anhydride, Succinic anhydride, maleic anhydride, sorbic anhydride, phthalic anhydride and benzoic anhydride.
6. Verfahren gemäß einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die druckbaren Oxidmedien in Form von 6. The method according to one or more of claims 1 to 5, characterized in that the printable oxide media in the form of
Dotiermedien auf Basis von Hybrid-Solen und oder -Gelen (wie beispielsweise SiO2-P2O5-B2O3 und SiO3-AI2O3-B2O3), unter  Doping media based on hybrid sols and or gels (such as SiO2-P2O5-B2O3 and SiO3-AI2O3-B2O3), below
Verwendung von Alkoholaten/Estern, Hydroxiden oder Oxiden des Aluminiums, Galliums, Germaniums, Zinks, Zinns, Titans, Zirkoniums, oder Bleis, sowie deren Mischungen, hergestellt werden.  Use of alcoholates / esters, hydroxides or oxides of aluminum, gallium, germanium, zinc, tin, titanium, zirconium, or lead, and mixtures thereof.
7. Verfahren gemäß der Ansprüche 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass ein Lösungsmittel ausgewählt aus der Gruppe Propanol, 7. The method according to claims 5 or 6, characterized in that a solvent selected from the group propanol,
Isopropanol, Butanol, Butylacetat, Ethylacetat,  Isopropanol, butanol, butyl acetate, ethyl acetate,
Ethylenglykolmonobutylether, Diethylglykol, Diethylenglykol,  Ethylene glycol monobutyl ether, diethyl glycol, diethylene glycol,
Diethylenglykolmonobutylether, Dipropylenglykolmonomethylether, einzeln oder im Gemische als Lösungsmittel verwendet wird.  Diethylene glycol monobutyl ether, dipropylene glycol monomethyl ether, used alone or in a mixture as a solvent.
8. Verwendung eines Oxidmedium, welches hergestellt ist nach einem 8. Use of an oxide medium, which is prepared according to a
Verfahren gemäß einem oder mehreren der Ansprüche 1 - 7 zur Herstellung einer griff- und abriebfesten Schicht auf Siliziumwafern, dadurch gekennzeichnet, dass das auf der Oberfläche verdruckte Oxidmedium, in einem Temperaturbereich zwischen 50 °C und 750 °C, bevorzugt zwischen 50 °C und 500 °C, besonders bevorzugt zwischen 50 °C und 400 °C, unter Anwendung von einem oder mehreren, sequentiell durchzuführenden Temperschritten (Temperung mittels einer Stufenfunktion) und/oder einer Temper-Rampe, angetrocknet und zur Verglasung verdichtet wird, wodurch sich eine griff- und abriebsfeste Schichten mit einer Dicke von bis zu 500 nm bilden können.  Method according to one or more of claims 1-7 for producing a grip and abrasion resistant layer on silicon wafers, characterized in that the surface printed on the oxide medium, in a temperature range between 50 ° C and 750 ° C, preferably between 50 ° C and 500 ° C, more preferably between 50 ° C and 400 ° C, using one or more, to be carried out sequentially Temperschritten (heat treatment by means of a step function) and / or an annealing ramp, dried and compacted to the glazing, thereby reaching a handle and abrasion resistant layers with a thickness of up to 500 nm can form.
9. Verfahren gemäß einem oder mehreren der Ansprüche 1 - 8, dadurch gekennzeichnet, dass zur Verbesserung der Stabilität den Oxidmedien „Capping-Mittel", ausgewählt aus der Gruppe Acetoxytrialkylsilane, Alkoxytrialkylsilane, Halogentrialkylsilane und deren Derivate zugesetzt werden. 9. The method according to one or more of claims 1-8, characterized in that are added to improve the stability of the oxide media "capping agent" selected from the group acetoxytrialkylsilanes, alkoxytrialkylsilanes, Halogentrialkylsilane and derivatives thereof.
10. Verwendung eines Oxidmediums, hergestellt nach einem Verfahren gemäß einem oder mehreren der Ansprüche 1 - 9 als Dotiermedium in der Bearbeitung von Siliziumwafern für photovoltaische, 10. Use of an oxide medium, produced by a process according to one or more of claims 1 - 9 as a doping medium in the processing of silicon wafers for photovoltaic,
mikroelektronische, mikromechanische und mikrooptische Applikationen.  microelectronic, micromechanical and micro-optical applications.
11. Verwendung gemäß Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass aus den auf den Oberflächen verglasten Schichten durch Wärmebehandlung bei einer Temperatur im Bereich zwischen 750 °C und 1100 °C, bevorzugt zwischen 850 °C und 1100 °C, besonders bevorzugt zwischen 850 °C und 000 °C, siliziumdotierende Atome, wie Bor und/oder Phosphor, an das Substrat abgegeeben werden, wodurch die 11. Use according to claim 10, characterized in that from the glazed on the surfaces of layers by heat treatment at a temperature in the range between 750 ° C and 1100 ° C, preferably between 850 ° C and 1100 ° C, more preferably between 850 ° C. and 000 ° C, silicon doping atoms, such as boron and / or phosphorus, are deposited on the substrate, whereby the
Leitfähigkeit des Substrates beeinflusst wird.  Conductivity of the substrate is affected.
12. Verwendung gemäß Anspruch 11 , dadurch gekennzeichnet, dass durch Temperaturbehandlung der aus den aufgedruckten Oxidmedien gebildeten Schichten eine Co-Diffusion unter Bildung von 12. Use according to claim 11, characterized in that by temperature treatment of the layers formed from the printed oxide media, a co-diffusion to form
von n- und p-Typ-Schichten erfolgt.  of n- and p-type layers takes place.
13. Verwendung eines Oxidmediums, hergestellt nach einem Verfahren 13. Use of an oxide medium prepared by a process
gemäß einem oder mehreren der Ansprüche 1 - 12 zur Herstellung von PERC-, PERL-, PERT-, IBC-Solarzellen und Weiteren, wobei die  according to one or more of claims 1-12 for the production of PERC, PERL, PERT, IBC solar cells and others, wherein the
Solarzellen weitere Architekturmerkmale, wie MWT, EWT, Selektiver Emitter, Selektives Front Surface Field, Selektives Back Surface Field und Bifacialität aufweisen.  Solar cells have further architectural features such as MWT, EWT, Selective Emitter, Selective Front Surface Field, Selective Back Surface Field and Bifaciality.
14. Verwendung eines niedrigviskosen Oxidmediums, hergestellt nach 14. Use of a low-viscosity oxide medium prepared according to
einem Verfahren gemäß einem oder mehreren der Ansprüche 1 - 12 zur Herstellung dünner, dichter Glasschichten, die infolge einer thermischen Behandlung als Natrium- und Kalium-Diffusionsbarriere in der LCD- Technik wirken, oder von entsprechenden Glasschichten auf dem  a method according to one or more of claims 1-12 for producing thin, dense glass layers, which act as a sodium and potassium diffusion barrier in the LCD technique as a result of a thermal treatment, or of corresponding glass layers on the
Deckglas eines Displays, bestehend aus dotiertem SiO2l welche die Diffusion von Ionen aus dem Deckglas in die flüssigkristalline Phase hinein verhindern. Cover glass of a display, consisting of doped SiO 2l, which prevent the diffusion of ions from the cover glass into the liquid-crystalline phase.
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Families Citing this family (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20170365734A1 (en) * 2014-12-30 2017-12-21 Merck Patent Gmbh Laser doping of semiconductors
WO2016107662A1 (en) * 2014-12-30 2016-07-07 Merck Patent Gmbh Method for doping semiconductors
WO2016150549A2 (en) * 2015-03-23 2016-09-29 Merck Patent Gmbh Printable ink for use as diffusion and alloy barrier for the production of high-efficient crystalline silicone solar cells
WO2016150548A2 (en) * 2015-03-23 2016-09-29 Merck Patent Gmbh Printable, pasty diffusion and alloy barrier for producing high-efficient crystalline silicon solar cells
EP3284109B1 (en) * 2015-04-15 2019-06-19 Merck Patent GmbH Method for producing solar cells using phosphorus diffusion-inhibiting, printable doping media
EP3284110A1 (en) * 2015-04-15 2018-02-21 Merck Patent GmbH Sol-gel-based printable and parasitic diffusion-inhibiting doping media for local doping of silicon wafers
EP3365920B1 (en) 2015-10-25 2023-02-22 Solaround Ltd. Method of bifacial cell fabrication
DE102018109571B4 (en) 2018-04-20 2021-09-02 Karlsruher Institut für Technologie Method for doping semiconductors
CN109325294B (en) * 2018-09-25 2023-08-11 云南电网有限责任公司电力科学研究院 Evidence characterization construction method for performance state of air preheater of thermal power generating unit
CN110518084B (en) * 2019-08-06 2021-03-05 苏州腾晖光伏技术有限公司 Gallium local-area-doped PERC (Positive electrode collector) battery and preparation method thereof

Family Cites Families (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2245407B3 (en) * 1973-09-19 1977-04-08 Texas Instruments Inc
JPS5534258A (en) * 1978-09-01 1980-03-10 Tokyo Denshi Kagaku Kabushiki Coating solution for forming silica film
JPH06181201A (en) * 1992-12-11 1994-06-28 Kawasaki Steel Corp Insulating film for semiconductor device and liquid applied for growing that insulating film
DE19910816A1 (en) * 1999-03-11 2000-10-05 Merck Patent Gmbh Doping pastes for producing p, p + and n, n + regions in semiconductors
US7159421B2 (en) * 2002-07-16 2007-01-09 Agere Systems Inc. Manufacture of planar waveguides using sol-gel techniques
US7393469B2 (en) * 2003-07-31 2008-07-01 Ramazan Benrashid High performance sol-gel spin-on glass materials
US7297414B2 (en) * 2003-09-30 2007-11-20 Fujifilm Corporation Gas barrier film and method for producing the same
EP2014708A1 (en) * 2005-01-13 2009-01-14 Cinvention Ag Shaped body made of a composite material
WO2008122596A2 (en) * 2007-04-05 2008-10-16 Cinvention Ag Curable therapeutic implant composition
US20100035422A1 (en) * 2008-08-06 2010-02-11 Honeywell International, Inc. Methods for forming doped regions in a semiconductor material
US7951696B2 (en) * 2008-09-30 2011-05-31 Honeywell International Inc. Methods for simultaneously forming N-type and P-type doped regions using non-contact printing processes
JP2010267787A (en) * 2009-05-14 2010-11-25 Sharp Corp Method of manufacturing semiconductor device
EP2515345A1 (en) * 2009-12-18 2012-10-24 Toray Industries, Inc. Method for manufacturing semiconductor device and back junction solar cell

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