RU2624990C1 - Contact grid of heterotransitional photoelectric converter based on silicon and method of its manufacture - Google Patents
Contact grid of heterotransitional photoelectric converter based on silicon and method of its manufacture Download PDFInfo
- Publication number
- RU2624990C1 RU2624990C1 RU2016137003A RU2016137003A RU2624990C1 RU 2624990 C1 RU2624990 C1 RU 2624990C1 RU 2016137003 A RU2016137003 A RU 2016137003A RU 2016137003 A RU2016137003 A RU 2016137003A RU 2624990 C1 RU2624990 C1 RU 2624990C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- layer
- contact
- contact grid
- grid
- low
- Prior art date
Links
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 9
- 239000010703 silicon Substances 0.000 title claims abstract description 9
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims description 41
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title description 9
- 229910000679 solder Inorganic materials 0.000 claims abstract description 30
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims abstract description 22
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims abstract description 22
- 239000010410 layer Substances 0.000 claims description 58
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 claims description 30
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N Nickel Chemical compound [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 26
- 239000000155 melt Substances 0.000 claims description 19
- 239000011135 tin Substances 0.000 claims description 19
- 229910052718 tin Inorganic materials 0.000 claims description 15
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 claims description 14
- 239000000956 alloy Substances 0.000 claims description 14
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 claims description 13
- 239000010949 copper Substances 0.000 claims description 12
- ATJFFYVFTNAWJD-UHFFFAOYSA-N Tin Chemical compound [Sn] ATJFFYVFTNAWJD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 11
- 238000000151 deposition Methods 0.000 claims description 10
- 230000008021 deposition Effects 0.000 claims description 10
- BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N Silver Chemical compound [Ag] BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 9
- 239000004332 silver Substances 0.000 claims description 9
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 claims description 8
- 229910052709 silver Inorganic materials 0.000 claims description 8
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 7
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 7
- 238000001755 magnetron sputter deposition Methods 0.000 claims description 5
- 239000011241 protective layer Substances 0.000 claims description 4
- 238000005520 cutting process Methods 0.000 claims description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 4
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 3
- 239000000463 material Substances 0.000 description 12
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 11
- 238000005476 soldering Methods 0.000 description 11
- 229910052797 bismuth Inorganic materials 0.000 description 8
- 150000002739 metals Chemical group 0.000 description 8
- 238000005868 electrolysis reaction Methods 0.000 description 6
- AMGQUBHHOARCQH-UHFFFAOYSA-N indium;oxotin Chemical compound [In].[Sn]=O AMGQUBHHOARCQH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 230000008018 melting Effects 0.000 description 5
- 238000002844 melting Methods 0.000 description 5
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- XLOMVQKBTHCTTD-UHFFFAOYSA-N Zinc monoxide Chemical compound [Zn]=O XLOMVQKBTHCTTD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 230000006378 damage Effects 0.000 description 4
- 229910000990 Ni alloy Inorganic materials 0.000 description 3
- 229910052581 Si3N4 Inorganic materials 0.000 description 3
- 238000000137 annealing Methods 0.000 description 3
- 229910052793 cadmium Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 3
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 3
- 239000003792 electrolyte Substances 0.000 description 3
- 238000007650 screen-printing Methods 0.000 description 3
- HQVNEWCFYHHQES-UHFFFAOYSA-N silicon nitride Chemical compound N12[Si]34N5[Si]62N3[Si]51N64 HQVNEWCFYHHQES-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 229910001316 Ag alloy Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910000881 Cu alloy Inorganic materials 0.000 description 2
- HCHKCACWOHOZIP-UHFFFAOYSA-N Zinc Chemical compound [Zn] HCHKCACWOHOZIP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- BDOSMKKIYDKNTQ-UHFFFAOYSA-N cadmium atom Chemical compound [Cd] BDOSMKKIYDKNTQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 2
- 238000004070 electrodeposition Methods 0.000 description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 2
- 238000007654 immersion Methods 0.000 description 2
- 229910052738 indium Inorganic materials 0.000 description 2
- APFVFJFRJDLVQX-UHFFFAOYSA-N indium atom Chemical compound [In] APFVFJFRJDLVQX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 2
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 2
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 description 2
- 229910052814 silicon oxide Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 2
- 229910052716 thallium Inorganic materials 0.000 description 2
- BKVIYDNLLOSFOA-UHFFFAOYSA-N thallium Chemical compound [Tl] BKVIYDNLLOSFOA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910052725 zinc Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000011701 zinc Substances 0.000 description 2
- 239000000853 adhesive Substances 0.000 description 1
- 230000001070 adhesive effect Effects 0.000 description 1
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 1
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000003667 anti-reflective effect Effects 0.000 description 1
- 239000011195 cermet Substances 0.000 description 1
- 238000003486 chemical etching Methods 0.000 description 1
- 238000005229 chemical vapour deposition Methods 0.000 description 1
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 description 1
- 238000005137 deposition process Methods 0.000 description 1
- 230000006866 deterioration Effects 0.000 description 1
- 238000001035 drying Methods 0.000 description 1
- 238000005530 etching Methods 0.000 description 1
- 229910000743 fusible alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 description 1
- 125000004435 hydrogen atom Chemical class [H]* 0.000 description 1
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 1
- 238000001459 lithography Methods 0.000 description 1
- 229910001092 metal group alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000002161 passivation Methods 0.000 description 1
- 239000011148 porous material Substances 0.000 description 1
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 1
- 230000035755 proliferation Effects 0.000 description 1
- 230000001681 protective effect Effects 0.000 description 1
- 239000012266 salt solution Substances 0.000 description 1
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 1
- 235000012239 silicon dioxide Nutrition 0.000 description 1
- 239000000377 silicon dioxide Substances 0.000 description 1
- 239000011787 zinc oxide Substances 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
- H01L31/02—Details
Abstract
Description
Область техники, к которой относится изобретениеFIELD OF THE INVENTION
Изобретение относится к области технологии изготовления солнечных фотоэлектрических преобразователей и может быть использовано для изготовления как солнечных фотоэлектрических преобразователей на основе гетероперехода, так и для классических кристаллических и поликристаллических фотоэлектрических преобразователей, при этом изобретение позволяет изготавливать контактную сетку, пригодную для пайки, без необходимости высокотемпературной обработки.The invention relates to the field of manufacturing technology of solar photoelectric converters and can be used for the manufacture of both solar photoelectric converters based on a heterojunction, and for classical crystalline and polycrystalline photoelectric converters, while the invention allows the manufacture of a contact grid suitable for soldering without the need for high temperature processing.
Уровень техникиState of the art
В процессе производства гетероструктурных солнечных модулей возникает задача нанесения на отдельные ячейки фотоэлектрических преобразователей (ячеек ФЭП) контактной сетки. Необходимость контактной сетки обуславливается низкой проводимостью контактных слоев структуры ячеек ФЭП, роль которых выполняют, как правило, прозрачные проводящие оксиды, например индий-оловянный оксид (ITO) или оксид цинка (ZnO). В последующих этапах технологического процесса изготовления солнечных модулей к элементам контактной сетки производится контактирование коммутационных шин для соединения отдельных ячеек ФЭП в единую электрическую цепь. В области контакта между элементами контактной сетки и коммутационных шин желательно получение минимального контактного электрического сопротивления и максимальной прочности. То же требование выдвигается и к области контактирования между контактной сеткой и поверхностью ячейки ФЭП.In the process of manufacturing heterostructured solar modules, the problem arises of applying a contact grid to individual cells of photoelectric converters (PEC cells). The need for a contact grid is determined by the low conductivity of the contact layers of the structure of the cells of the photomultiplier, the role of which is usually played by transparent conductive oxides, such as indium tin oxide (ITO) or zinc oxide (ZnO). In the subsequent stages of the manufacturing process of manufacturing solar modules to the elements of the contact grid, switching buses are contacted to connect individual cells of the solar cells to a single electric circuit. In the area of contact between the elements of the contact grid and the busbars, it is desirable to obtain a minimum contact electrical resistance and maximum strength. The same requirement is put forward for the contact area between the contact grid and the surface of the solar cell.
Схематичные примеры различных контактных сеток приведены на фигурах 1-4. Данные примеры не ограничивают возможный перечень контактных сеток. Как правило, при наличии у сетки продольных элементов, контактирование коммутационных шинок производится к ним. В случае отсутствия у сетки продольных элементов контактирование осуществляется к поперечным элементам.Schematic examples of various contact grids are shown in figures 1-4. These examples do not limit the possible list of contact nets. As a rule, in the presence of longitudinal elements in the grid, the contacting of the switching busbars is made to them. In the absence of longitudinal elements in the mesh, contacting is carried out to the transverse elements.
Наилучшее соединение между элементами контактной сетки и коммутационными шинами может достигаться при условии их соединения при помощи пайки. Однако для возможности применения пайки элементы сетки должны обладать механической прочностью и высокой адгезией к поверхности ячейки ФЭП. В случае невыполнения данного условия возможен отрыв коммутационных шин от контактной сетки, что приведет к нарушению между ними электрического контакта. Отрыв может произойти по причине разрушения элементов контактной сетки или в области соединения контактной сетки и ячейки ФЭП как в процессе сборки солнечного модуля, так и в процессе его эксплуатации.The best connection between the contact grid elements and the switching busbars can be achieved if they are connected by soldering. However, in order to be able to use soldering, the mesh elements must have mechanical strength and high adhesion to the surface of the solar cell. If this condition is not fulfilled, the breakout of busbars from the contact grid is possible, which will lead to a violation of the electrical contact between them. Detachment can occur due to the destruction of the elements of the contact grid or in the area of connection of the contact grid and the solar cell both during the assembly of the solar module and during its operation.
Для соединения контактной сетки и коммутационных шин нередко применяют различные токопроводящие клеи. При этом качество соединения между этими элементами, таким образом, ниже, чем при применении пайки, и не исключает механических и электрических нарушений контакта в процессе эксплуатации солнечного модуля (СМ).Various conductive adhesives are often used to connect the contact grid and patch buses. Moreover, the quality of the connection between these elements is thus lower than when using soldering, and does not exclude mechanical and electrical disturbances in contact during operation of the solar module (SM).
Так же возможно формирование контактной сетки с применением металлокерамических паст высокотемпературных отжигов (порядка 900°C). Однако данный способ не возможен при работе с ячейками ФЭП на основе гетероперехода, так как при применении отжига с температурой выше 200°C происходит значительное ухудшение их параметров.It is also possible to form a contact grid using ceramic-metal pastes of high-temperature annealing (about 900 ° C). However, this method is not possible when working with PEC cells based on a heterojunction, since when using annealing with a temperature above 200 ° C, a significant deterioration of their parameters occurs.
В связи с этим наиболее распространенным способом формирования контактной сетки является трафаретная печать (см., например, [1] патент РФ №2541698, МПК H01L 31/042, опубл. 20.02.2015; [2] патент РФ №2303830, МПК H01L 31/18, опубл. 27.07.2007; [3] патент РФ №2432639, МПК H01L 31/18, опубл. 27.10.2011). При использовании данного способа контактная сетка наносится на поверхность ячейки ФЭП в виде проводящей металлической пасты (например, на основе серебра) путем продавливания через специализированную маску (трафарет). После чего производится сушка контактной сетки в инфракрасной печи. Недостатками данного метода являются необходимость сушки контактной сетки (для ускорения процесса затвердевания пасты) и низкая адгезия элементов контактной сетки к поверхности пластины. В результате низкой адгезии нельзя получить высокое качество коммутации ячеек фотоэлектрических преобразователей при пайке. Решение проблемы пайки нанесенной трафаретной печатью контактной сетки можно решить путем высокотемпературного отжига и использования металлокерамических соединений. Однако, в связи с высокими температурами, этот способ недопустим для солнечных модулей на основе гетероперехода.In this regard, the most common method of forming a contact grid is screen printing (see, for example, [1] RF patent No. 2541698, IPC H01L 31/042, publ. 02/20/2015; [2] RF patent No. 2303830, IPC H01L 31 / 18, published on July 27, 2007; [3] RF patent No. 2432639, IPC H01L 31/18, published on October 27, 2011). When using this method, a contact grid is applied to the surface of the solar cell in the form of a conductive metal paste (for example, based on silver) by forcing through a specialized mask (stencil). After that, the contact grid is dried in an infrared oven. The disadvantages of this method are the necessity of drying the contact mesh (to accelerate the hardening process of the paste) and the low adhesion of the elements of the contact mesh to the surface of the plate. As a result of low adhesion, it is impossible to obtain high quality switching of cells of photovoltaic cells during soldering. The solution to the problem of soldering by screen printing of the contact grid can be solved by high-temperature annealing and the use of cermet compounds. However, due to high temperatures, this method is unacceptable for heterojunction solar modules.
Так же имеет место распространение такого метода нанесения контактной сетки, как электрохимическое осаждение металлов из растворов солей (см., например, [4] патент РФ №2417481, МПК H01L 31/042, опубл. 27.04.2011; [5] патент США №8722142, МПК C23C 18/14, опубл. 13.05.2014; [6] заявка на патент Китая №102296344, МПК C25D 17/10, опубл. 28.12.2011). Для этого на поверхности пластины формируется маска, по которой будет протекать электролиз. После чего ячейки ФЭП помещаются в электролит и производится процесс электролиза, за счет чего осаждается металл. При этом процесс осаждения ограничен током, пропускаемым через ячейку ФЭП, и скоростью осаждения. Данным способом можно получить контактную сетку с высокими показателями прочности и проводимости. Тем не менее, данный метод обладает недостатками. Так как толщина контактной сетки составляет порядка 20 микрон и более, а плотность тока ограничена (большие плотности тока могут повредить структуру ячейки ФЭП и вывести ее из строя), процесс электролиза занимает довольно длительное время. При этом электролит представляет собой агрессивную химическую среду, способную повредить тонкие слои ячейки ФЭП. Решение проблемы пайки метод электрохимического осаждения не гарантирует.Also, there is a proliferation of such a method of applying a contact grid as electrochemical deposition of metals from salt solutions (see, for example, [4] RF patent No. 2417481, IPC H01L 31/042, publ. 04/27/2011; [5] US patent No. 8722142, IPC C23C 18/14, published on 05/13/2014; [6] China Patent Application No. 102296344, IPC C25D 17/10, published on 12/28/2011). For this, a mask is formed on the surface of the plate, through which electrolysis will flow. After that, the cells of the solar cells are placed in the electrolyte and the electrolysis process is performed, due to which the metal is deposited. In this case, the deposition process is limited by the current passed through the PEC cell and the deposition rate. In this way, you can get a contact grid with high strength and conductivity. However, this method has disadvantages. Since the thickness of the contact grid is of the order of 20 microns or more, and the current density is limited (high current densities can damage the structure of the photomultiplier cell and disable it), the electrolysis process takes a rather long time. In this case, the electrolyte is an aggressive chemical environment that can damage the thin layers of the solar cell. The solution to the soldering problem does not guarantee electrochemical deposition.
Наиболее близким аналогом заявленного изобретения, взятого за прототип, является фотоэлектрический преобразователь и способ его изготовления (см. [7] патент РФ №2417481, МПК H01L 31/042, опубл. 27.04.2011). Способ изготовления полупроводникового фотопреобразователя включает химическое травление и очистку поверхности базовой области, нанесение широкозонных n+ или (p+) слоев, легированных донорной и акцепторной примесями, нанесение контактов в форме сетки и создание на поверхности базовой области пассивирующей, антиотражающей пленки, широкозонные слои наносят толщиной более 0,2 мкм, покрывают эти слои металлическими контактами из алюминия, меди или никеля, формируют контактную сетку, в промежутках контактной сетки химическим путем травят поверхность до базовой области, наносят пассивирующую просветляющую пленку, например, на основе нитрида кремния, легированного водородом, и наносят прозрачную защитную пленку, например двуокись кремния.The closest analogue of the claimed invention, taken as a prototype, is a photoelectric converter and a method for its manufacture (see [7] RF patent No. 2417481, IPC H01L 31/042, publ. 04/27/2011). A method of manufacturing a semiconductor photoconverter includes chemical etching and cleaning the surface of the base region, applying wide-gap n + or (p + ) layers doped with donor and acceptor impurities, applying contacts in the form of a grid and creating a passivating, antireflective film on the surface of the base region, wide-gap layers are applied with a thickness more than 0.2 μm, cover these layers with metal contacts made of aluminum, copper or nickel, form a contact network, etch chemical contact in the gaps of the contact network overhnost to the base region is applied to the passivation antireflection film, e.g., based on silicon nitride, doped hydrogen, and applied to a transparent protective film, for example silicon dioxide.
Недостатком прототипа является применение гальванического осаждения, которое занимает значительно большое время, и при этом элементы находятся в агрессивной химической среде, повышает риск повреждения структуры ФЭП, необходимость дополнительного травления. При этом формирование контактной сетки подразумевает нанесение резиста на поверхность металла с использованием импринт литографии, что подразумевает наличие дополнительных операций по нанесению и снятию резиста, что также усложняет процесс формирования контактной сетки.The disadvantage of the prototype is the use of galvanic deposition, which takes a significantly longer time, and while the elements are in an aggressive chemical environment, increases the risk of damage to the solar cells, the need for additional etching. Moreover, the formation of the contact grid implies the application of a resist on the metal surface using imprint lithography, which implies the presence of additional operations for applying and removing the resist, which also complicates the process of forming the contact grid.
Сущность изобретенияSUMMARY OF THE INVENTION
Задачей заявленного изобретения является получение прочного механического соединения с низким контактным сопротивлением, без применения высокотемпературных процессов.The objective of the claimed invention is to obtain a durable mechanical connection with low contact resistance, without the use of high-temperature processes.
Техническим результатом является повышение прочности механического соединения при коммутации отдельных фотоэлектрических преобразователей в единую цепь, повышение надежности соединения, снижение контактного сопротивления, повышение срока эксплуатации фотоэлектрического преобразователя, ускорение процесса нанесения контактной сетки. Материалы, из которых изготовлена контактная сетка, позволяют осуществлять к ним пайку без дополнительной подготовки, т.к. выполнены из припоя.The technical result is to increase the strength of the mechanical connection when switching individual photoelectric converters into a single circuit, increase the reliability of the connection, reduce contact resistance, increase the life of the photoelectric converter, accelerate the process of applying the contact grid. The materials of which the contact mesh is made allow soldering to them without additional preparation, because made of solder.
Поставленная задача решается, а технический результат достигается за счет контактной сетки гетеропереходного фотоэлектрического преобразователя на основе кремния, содержащей поперечные элементы сетки или поперечные и продольные элементы сетки, выполненные из металла, при этом элементы сетки состоят из антидиффузионного подслоя и слоя низкотемпературного припоя. Антидиффузионный подслой выполнен из никеля или его сплавов. Причем между антидиффузионным подслоем и слоем низкотемпературного припоя может быть расположен промежуточный слой, выполненный на основе серебра (Ag), или меди (Cu), или олова (Sn).The problem is solved, and the technical result is achieved due to the contact grid of a silicon-based heterojunction photoelectric converter containing transverse mesh elements or transverse and longitudinal mesh elements made of metal, while the mesh elements consist of an anti-diffusion sublayer and a layer of low-temperature solder. The anti-diffusion sublayer is made of nickel or its alloys. Moreover, between the anti-diffusion sublayer and the layer of low-temperature solder, an intermediate layer made on the basis of silver (Ag), or copper (Cu), or tin (Sn) can be located.
Технический результат также достигается за счет способа получения контактной сетки гетеропереходного фотоэлектрического преобразователя на основе кремния, включающего нанесение на поверхность фотоэлектрического преобразователя антидиффузионного подслоя методом магнетронного распыления с применением масок и нанесение слоя низкотемпературного припоя из расплава. При наличии диэлектрического защитного слоя на поверхности фотоэлектрического преобразователя выполняют скрайбирование (нарезание рисок) диэлектрического защитного слоя, для вскрытия окон, с последующим электролитическим осаждением антидиффузионного подслоя, и нанесение слоя низкотемпературного припоя из расплава. На антидиффузионный подслой наносят промежуточный слой, для улучшения процесса нанесения слоя низкотемпературного припоя, тем же методом, что и антидиффузионный подслой.The technical result is also achieved by the method of producing a contact grid of a silicon-based heterojunction photoelectric transducer, including applying an anti-diffusion sublayer to the surface of the photoelectric transducer by magnetron sputtering using masks and applying a layer of low-temperature solder from the melt. If there is a dielectric protective layer on the surface of the photovoltaic converter, scribing (cutting the dice) of the dielectric protective layer is performed to open the windows, followed by electrolytic deposition of the anti-diffusion sublayer, and applying a layer of low-temperature solder from the melt. An intermediate layer is applied to the anti-diffusion sublayer to improve the process of applying a layer of low-temperature solder, by the same method as the anti-diffusion sublayer.
Краткое описание чертежейBrief Description of the Drawings
Фигура 1. Контактная сетка без продольных элементов.Figure 1. Contact grid without longitudinal elements.
Фигура 2. Контактная сетка с тонкими продольными элементами.Figure 2. Contact grid with thin longitudinal elements.
Фигура 3. Контактная сетка с зигзагообразными продольными элементами.Figure 3. Contact grid with zigzag longitudinal elements.
Фигура 4. Контактная сетка с широкими продольными элементами.Figure 4. Contact grid with wide longitudinal elements.
Фигура 5. Схематическое изображение структуры контактной сетки, получаемой методом нанесения из расплава с подслоем и слоем, нанесенными методом электролизаFigure 5. Schematic representation of the structure of the contact grid obtained by the method of deposition from the melt with a sublayer and a layer deposited by electrolysis
Фигура 6. Схематическое изображение структуры контактной сетки, получаемой методом нанесения из расплава с подслоем и слоем, нанесенными методом магнетронного распыления с применением маски.Figure 6. Schematic representation of the structure of the contact grid obtained by the method of deposition from the melt with a sublayer and a layer deposited by the method of magnetron sputtering using a mask.
На фигурах обозначены следующие позиции:The following positions are indicated in the figures:
1 - фотоэлектрический преобразователь; 2 - поперечные элементы контактной сетки; 3 - продольные элементы контактной сетки; 4 - верхняя часть кремниевой пластины со сформированной структурой фотопреобразователя; 5 - слой прозрачного проводящего оксида (индий-оловянного оксида или оксида цинка); 6 - диэлектрический слой (оксид кремния, нитрид кремния, диэлектрические полимерные соединения); 7 - подслой никеля или сплавов никеля; 8 - слой промежуточный слой (Ag, Cu, Sn или их сплавы); 9 - припой (нанесенный из расплава).1 - photoelectric converter; 2 - transverse elements of the contact grid; 3 - longitudinal elements of the contact grid; 4 - the upper part of the silicon wafer with the formed structure of the photoconverter; 5 - a layer of transparent conductive oxide (indium tin oxide or zinc oxide); 6 - dielectric layer (silicon oxide, silicon nitride, dielectric polymer compounds); 7 - a sublayer of nickel or nickel alloys; 8 - layer is an intermediate layer (Ag, Cu, Sn or their alloys); 9 - solder (applied from the melt).
Осуществление изобретенияThe implementation of the invention
Для решения проблем и недостатков аналогов предложено заявленное изобретение, заключающееся в формировании контактной сетки из расплава металлических сплавов, применяемых для низкотемпературной пайки. Примеры структуры такой контактной сетки приведены на фигурах 5 и 6. На кремниевую пластину со сформированной структурой фотопреобразователя нанесен слой прозрачного проводящего оксида, например индий-оловянного оксида (ITO) или оксида цинка (ZnO). На проводящий оксид нанесена контактная сетка, которая состоит из обязательного антидиффузионного подслоя на основе никеля или его сплавов и слоя низкотемпературного припоя, нанесенного из расплава.To solve the problems and disadvantages of analogues, the claimed invention is proposed, which consists in the formation of a contact grid from a melt of metal alloys used for low-temperature soldering. Examples of the structure of such a contact grid are shown in Figures 5 and 6. A layer of a transparent conductive oxide, for example indium tin oxide (ITO) or zinc oxide (ZnO), is deposited on a silicon wafer with a formed photoconverter structure. A contact network is deposited on the conductive oxide, which consists of a mandatory anti-diffusion sublayer based on nickel or its alloys and a layer of low-temperature solder deposited from the melt.
Антидиффузионный слой обеспечивает адгезию контактной сетки к поверхности ФЭП. В частности, в случае если антидиффузионный слой не нанесен, затруднительно сформировать контактную сетку на поверхности индий-оловянного оксида из материала припоя. В качестве материала антидиффузионного слоя не могут использоваться любые металлы, в связи с тем что толщина данного слой составляет сотни нанометров. В связи с этим в процессе нанесения низкотемпературного припоя может происходит растворение слоя в припое в результате диффузии материалов друг в друга. Данный эффект, в частности, наблюдался на серебряных и медных сплавах, температура плавления которых значительно превышал температуру процесса. Использование никеля или его сплавов исключало данную проблему.The anti-diffusion layer provides adhesion of the contact mesh to the surface of the photomultiplier. In particular, if the anti-diffusion layer is not applied, it is difficult to form a contact network on the surface of indium tin oxide from the solder material. Any metals cannot be used as the material of the anti-diffusion layer, due to the fact that the thickness of this layer is hundreds of nanometers. In this regard, in the process of applying a low-temperature solder, the layer may dissolve in the solder as a result of diffusion of materials into each other. This effect, in particular, was observed on silver and copper alloys, the melting temperature of which was significantly higher than the process temperature. The use of nickel or its alloys eliminated this problem.
Однако для формирования полноценной контактной сетки недостаточно толщин металла в несколько сотен нанометров, необходимо формирование более толстых слоев. При применении для этих целей тех же процессов, что и формирование антидиффузионного слоя, процессы могут занимать значительное время, увеличивать расход материалов, негативно воздействовать агрессивной средой на структуру ФЭП. Для исключения данных негативных факторов предлагается утолщать элементы контактной сетки за счет нанесения материала припоя из расплава, например, методом волновой пайки.However, to form a complete contact grid, metal thicknesses of several hundred nanometers are not enough; thicker layers must be formed. If the same processes are used for these purposes as the formation of the anti-diffusion layer, the processes can take considerable time, increase the consumption of materials, and negatively affect the structure of the photomultiplier with an aggressive environment. To eliminate these negative factors, it is proposed to thicken the elements of the contact mesh by applying solder material from the melt, for example, by wave soldering.
Для улучшения процесса нанесения низкотемпературного припоя и во избежание образования оксида на поверхности антидиффузионного подслоя при нанесении припоя, между антидиффузионным подслоем и слоем низкотемпературного припоя, расположен промежуточный слой, выполненный на основе серебра (Ag), или меди (Cu), или олова (Sn).To improve the process of applying low-temperature solder and to avoid the formation of oxide on the surface of the anti-diffusion sublayer when applying solder, between the anti-diffusion sublayer and the layer of low-temperature solder, an intermediate layer is made based on silver (Ag), or copper (Cu), or tin (Sn) .
Слой низкотемпературного припоя представляет из себя сплавы с низкой температурой плавления (ниже 200°C), такие как:The low-temperature solder layer is an alloy with a low melting point (below 200 ° C), such as:
- Висмут, таллий;- Bismuth, thallium;
- Олово, цинк;- Tin, zinc;
- Висмут, свинец, таллий;- Bismuth, lead, thallium;
- Олово, свинец;- Tin, lead;
- Кадмий, олово;- Cadmium, tin;
- Висмут, свинец, олово;- Bismuth, lead, tin;
- Висмут, кадмий;- Bismuth, cadmium;
- Висмут, свинец;- Bismuth, lead;
- Висмут, олово, цинк;- Bismuth, tin, zinc;
- Олово, индий;- Tin, indium;
- Висмут, олово, кадмий;- Bismuth, tin, cadmium;
- Висмут, индий, олово;- Bismuth, indium, tin;
- и пр.- etc.
В случае использования данной технологии для производства солнечных модулей из классических фотоэлектрических преобразователей (для который применение высоких температур не является критичным) могут быть применены сплавы с температурой плавления выше 200°C.If this technology is used to produce solar modules from classical photovoltaic converters (for which the use of high temperatures is not critical), alloys with a melting point above 200 ° C can be used.
Пример 1.Example 1
Формирование структуры, представленной на фигуре 5, происходит по следующим этапам:The formation of the structure shown in figure 5 occurs in the following steps:
1. На поверхность ячейки ФЭП, с нанесенными слоями прозрачного проводящего оксида 5 наносится тонкий слой диэлектрического покрытия 6. В качестве диэлектрического покрытия может быть нанесен оксид или нитрид кремния, нанесенный методом плазмохимического осаждения из газовой фазы, или другие пленки, полученные любыми способами (например, полимерные, нанесенные методом центрифугирования).1. A thin layer of
2. С помощью лазерного скрайбирования производится вскрытие окон в диэлектрическом покрытии 6, открываются «окна» (технологические отверстия). Лазерное скрайбирование может быть заменено механическим скрайбированием.2. Using laser scribing, the windows in the
3. Проводится процесс электролитического осаждения металлического антидиффузионного подслоя 7. За счет наличия диэлектрического слоя рост металла путем электролиза будет происходить только в областях «окон». В качестве металла используется никель или никелевые сплавы. Никель и его сплавы обладают высокой адгезией к кремнию и высокой температурой плавления, что позволяет впоследствии утолщать контактную сетку нанесением металлов из расплава. Так как для формирования подслоя необходима толщина всего около 100 нм, то продолжительность нахождения ячейки ФЭП в электролите минимизируется.3. The process of electrolytic deposition of a metal anti-diffusion sublayer is being carried out 7. Due to the presence of a dielectric layer, metal growth by electrolysis will occur only in the areas of “windows”. The metal used is nickel or nickel alloys. Nickel and its alloys have high adhesion to silicon and a high melting point, which subsequently allows the contact grid to be thickened by applying metals from the melt. Since the thickness of only about 100 nm is necessary for the formation of a sublayer, the duration of the PEC cell in the electrolyte is minimized.
4. Так же методом электролиза наносится промежуточный слой 8 серебра, или меди, или олова, или их сплавов (в том числе возможны сплавы с другими металлами). Данный слой не является обязательным и направлен на защиту слоя никеля от окисления, затрудняющего нанесение металлов из расплава. В случае если промежуточной слой не используется, может потребоваться использование флюсов.4. Also, by the method of electrolysis, an
5. Из расплава наносится слой низкотемпературного припоя 9. Нанесение можно осуществить путем погружения ФЭП в расплав.5. A layer of low-temperature solder is applied from the
Пример 2.Example 2
Формирование структуры, представленной на фигуре 6, происходит согласно следующим этапам:The formation of the structure shown in figure 6, occurs according to the following steps:
1. На поверхность ячейки ФЭП, с нанесенными слоями прозрачного проводящего оксида 5, методом магнетронного распыления наносится подслой 7 никеля или сплавов никеля. Для локализации нанесения металла на поверхность ячейки ФЭП, согласно необходимой схемы контактной ячейки, могут быть использованы маски.1. On the surface of the cell of the photomultiplier, coated with layers of transparent
2. Методом магнетронного распыления наносится промежуточный слой 8 серебра, или меди, или олова, или их сплавов (в том числе возможны сплавы с другими металлами). Данный подслой не является обязательным и направлен на защиту слоя никеля от окисления, затрудняющего нанесение металлов из расплава. В случае если промежуточной слой не используется, может потребоваться использование флюсов.2. By the method of magnetron sputtering, an
3. Из расплава наносится легкоплавкий сплав 9. Нанесение можно осуществить путем погружения ФЭП в расплав.3. A fusible alloy is applied from the
Антидиффузионный слой обеспечивает адгезию контактной сетки к поверхности ФЭП. В частности, в случае если антидиффузионный слой не нанесен, затруднительно сформировать контактную сетку на поверхности индий-оловянного оксида из материала припоя. В качестве материала антидиффузионного слоя не могут использоваться любые металлы, в связи с тем что толщина данного слой составляет сотни нанометров. В связи с этим в процессе нанесения низкотемпературного припоя может происходить растворение слоя в припое в результате диффузии материалов друг в друга. Данный эффект, в частности, наблюдался на серебряных и медных сплавах, температура плавления которых значительно превышала температуру процесса. Использование никеля или его сплавов исключало данную проблему.The anti-diffusion layer provides adhesion of the contact mesh to the surface of the photomultiplier. In particular, if the anti-diffusion layer is not applied, it is difficult to form a contact network on the surface of indium tin oxide from the solder material. Any metals cannot be used as the material of the anti-diffusion layer, due to the fact that the thickness of this layer is hundreds of nanometers. In this regard, in the process of applying a low-temperature solder, a layer may dissolve in the solder as a result of diffusion of materials into each other. This effect, in particular, was observed on silver and copper alloys, the melting temperature of which was significantly higher than the process temperature. The use of nickel or its alloys eliminated this problem.
Однако, для формирования полноценной контактной сетки, недостаточно толщин металла в несколько сотен нанометров, необходимо формирование более толстых слоев. При применении для этих целей тех же процессов, что и формирование антидиффузионного слоя, процессы могут занимать значительное время, увеличивать расход материалов, негативно воздействовать агрессивной средой на структуру ФЭП. Для исключения данных негативных факторов предлагается утолщать элементы контактной сетки за счет нанесения материала припоя из расплава, например, методом волновой пайки. Кроме того, процесс нанесения материала из расплава является очень быстрым, что в значительной мере ускоряет процесс нанесения контактной сетки. Также полученная контактная сетка обладает рядом преимуществ, таких как повышенная механическая прочность, по сравнению с классической сеткой нанесенной трафаретной печати, в связи с высокой адгезией никеля и его сплавов и отсутствием пор. Также такая контактная сетка позволяет получить качественный электрический контакт. Повышение механической прочности и качества электрического контакта повышают срок эксплуатации солнечных модулей.However, for the formation of a complete contact grid, there are not enough metal thicknesses of several hundred nanometers, the formation of thicker layers is necessary. If the same processes are used for these purposes as the formation of the anti-diffusion layer, the processes can take considerable time, increase the consumption of materials, and negatively affect the structure of the photomultiplier with an aggressive environment. To eliminate these negative factors, it is proposed to thicken the elements of the contact mesh by applying solder material from the melt, for example, by wave soldering. In addition, the process of applying the material from the melt is very fast, which greatly speeds up the process of applying the contact mesh. Also, the obtained contact network has several advantages, such as increased mechanical strength, compared with the classical screen printing grid, due to the high adhesion of nickel and its alloys and the absence of pores. Also, such a contact grid allows you to get high-quality electrical contact. Improving the mechanical strength and quality of the electrical contact increases the life of the solar modules.
Для улучшения процесса нанесения низкотемпературного припоя и во избежание образования оксида на поверхности антидиффузионного подслоя при нанесении припоя, между антидиффузионным подслоем и слоем низкотемпературного припоя, расположен промежуточный слой, выполненный на основе серебра (Ag), или меди (Cu), или олова (Sn).To improve the process of applying low-temperature solder and to avoid the formation of oxide on the surface of the anti-diffusion sublayer when applying solder, between the anti-diffusion sublayer and the layer of low-temperature solder, an intermediate layer is made based on silver (Ag), or copper (Cu), or tin (Sn) .
Claims (6)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2016137003A RU2624990C1 (en) | 2016-09-15 | 2016-09-15 | Contact grid of heterotransitional photoelectric converter based on silicon and method of its manufacture |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2016137003A RU2624990C1 (en) | 2016-09-15 | 2016-09-15 | Contact grid of heterotransitional photoelectric converter based on silicon and method of its manufacture |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2624990C1 true RU2624990C1 (en) | 2017-07-11 |
Family
ID=59495400
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2016137003A RU2624990C1 (en) | 2016-09-15 | 2016-09-15 | Contact grid of heterotransitional photoelectric converter based on silicon and method of its manufacture |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2624990C1 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2687999C1 (en) * | 2018-08-27 | 2019-05-17 | Акционерное общество "Обнинское научно-производственное предприятие "Технология" им. А.Г. Ромашина" (АО "ОНПП "Технология" им. А.Г. Ромашина") | Method for application of current-conducting buses on current-conducting surface of polymer glass |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4398055A (en) * | 1981-08-21 | 1983-08-09 | Ijaz Lubna R | Radiant energy converter having sputtered CdSiAs2 absorber |
| RU2417481C2 (en) * | 2009-02-13 | 2011-04-27 | Российская Академия сельскохозяйственных наук Государственное научное учреждение Всероссийский научно-исследовательский институт электрификации сельского хозяйства (ГНУ ВИЭСХ РОССЕЛЬХОЗАКАДЕМИИ) | Photo electric converter (versions) and method of its fabrication (versions) |
| RU2428766C1 (en) * | 2010-05-24 | 2011-09-10 | Учреждение Российской академии наук Физико-технический институт им. А.Ф. Иоффе РАН | Contact shaping method for nanoheterostructure of photoelectric converter based on gallium arsenide |
| US20150270411A1 (en) * | 2009-11-12 | 2015-09-24 | Silevo, Inc. | Aluminum grid as backside conductor on epitaxial silicon thin film solar cells |
| US20160126406A1 (en) * | 2013-05-21 | 2016-05-05 | Kaneka Corporation | Solar cell, solar cell module, method for manufacturing solar cell, and method for manufacturing solar cell module |
-
2016
- 2016-09-15 RU RU2016137003A patent/RU2624990C1/en active
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4398055A (en) * | 1981-08-21 | 1983-08-09 | Ijaz Lubna R | Radiant energy converter having sputtered CdSiAs2 absorber |
| RU2417481C2 (en) * | 2009-02-13 | 2011-04-27 | Российская Академия сельскохозяйственных наук Государственное научное учреждение Всероссийский научно-исследовательский институт электрификации сельского хозяйства (ГНУ ВИЭСХ РОССЕЛЬХОЗАКАДЕМИИ) | Photo electric converter (versions) and method of its fabrication (versions) |
| US20150270411A1 (en) * | 2009-11-12 | 2015-09-24 | Silevo, Inc. | Aluminum grid as backside conductor on epitaxial silicon thin film solar cells |
| RU2428766C1 (en) * | 2010-05-24 | 2011-09-10 | Учреждение Российской академии наук Физико-технический институт им. А.Ф. Иоффе РАН | Contact shaping method for nanoheterostructure of photoelectric converter based on gallium arsenide |
| US20160126406A1 (en) * | 2013-05-21 | 2016-05-05 | Kaneka Corporation | Solar cell, solar cell module, method for manufacturing solar cell, and method for manufacturing solar cell module |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2687999C1 (en) * | 2018-08-27 | 2019-05-17 | Акционерное общество "Обнинское научно-производственное предприятие "Технология" им. А.Г. Ромашина" (АО "ОНПП "Технология" им. А.Г. Ромашина") | Method for application of current-conducting buses on current-conducting surface of polymer glass |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US9812594B2 (en) | Solar cell and method of manufacture thereof, and solar cell module | |
| US8728922B2 (en) | Method for producing monocrystalline N-silicon solar cells, as well as a solar cell produced according to such a method | |
| EP2381486B1 (en) | Method for forming back contact electrodes for cadmium telluride photovoltaic cells | |
| KR20080009346A (en) | Process of preparing buffer layer of solar cell | |
| US9496429B1 (en) | System and method for tin plating metal electrodes | |
| EP3014659A1 (en) | Formation of metal structures in solar cells | |
| JP2012517690A (en) | Silicon solar cell | |
| JP2012514850A (en) | Manufacturing method of solar cell electrode, solar cell substrate and solar cell manufactured using the same | |
| KR20120057578A (en) | Aluminum base material, metal substrate having insulating layer employing the aluminum base material, semiconductor element, and solar battery | |
| US20170077320A1 (en) | Anti-corrosion protection of photovoltaic structures | |
| US20160359058A1 (en) | Selective Plating of Copper on Transparent Conductive Oxide, Solar Cell Structure and Manufacturing Method | |
| EP2666184B1 (en) | Improved interface between a i-iii-vi2 material layer and a molybdenum substrate | |
| RU2624990C1 (en) | Contact grid of heterotransitional photoelectric converter based on silicon and method of its manufacture | |
| US9391215B2 (en) | Device for generating photovoltaic power and method for manufacturing same | |
| TWI630726B (en) | Solar cell, solar cell module, method of manufacturing solar cell, and method of manufacturing solar cell module | |
| US20150027527A1 (en) | Solar Cell and Process for Producing a Solar Cell | |
| JP4124313B2 (en) | Integrated photovoltaic device and method for manufacturing the same | |
| RU2426194C1 (en) | Method of fabricating nanostructure ohmic contact of photoelectric transducer | |
| CN109155341B (en) | Solar cell manufacturing method, solar cell manufactured by the method, and substrate holder | |
| Dobson et al. | Direct laser patterned electroplated copper contacts for interdigitated back contact silicon solar cells | |
| JP2010258255A (en) | Anodic oxidation substrate, method of manufacturing photoelectric conversion element using the same, the photoelectric conversion element, and solar cell | |
| JP3823166B2 (en) | Electrolytic etching method, photovoltaic device manufacturing method, and photovoltaic device defect processing method | |
| US20180102452A1 (en) | Corrosion resistant photovoltaic modules | |
| Fischer et al. | Electrochemically passivated contacts for silicon solar cells | |
| CN117673192A (en) | Heterojunction solar cell, electrode and preparation method thereof |