DE10103114A1 - Herstellen elektrischer Verbindungen in Substratöffnungen von Schaltungseinheiten mittels gerichteter Abscheidung leitfähiger Schichten - Google Patents

Herstellen elektrischer Verbindungen in Substratöffnungen von Schaltungseinheiten mittels gerichteter Abscheidung leitfähiger Schichten

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Abstract

Das Herstellungsverfahren kann unter anderem zur Herstellung von Solarmodulen verwendet werden, in denen die einzelnen Solarzellen elektrisch in Serie geschaltet werden. Dabei wird in einem Halbleiterschichtaufbau, enthaltend einen p-n-Übergang mindestens eine Vertiefung (10) erzeugt, und auf einen die Vertiefung (10) enthaltenden Substratabschnitt eine elektrisch leitfähige Substanz (A1) in im wesentlichen gerichteter Weise abgeschieden, wobei die sich über einen Raumwinkel erstreckenden Abscheidungsrichtungen derart schräggestellt ist, daß innerhalb der Vertiefung (10) nur ein Wandabschnitt von der elektrisch leitfähigen Substanz bedeckt wird und somit die vorderseitige Elektrodenschicht (6) einer Solarzelle mit der rückseitigen Elektrodenschicht (11) einer dazu benachbarten Solarzelle elektrisch kontaktiert wird. Mit dem Verfahren können auch Metallisierungsebenen von Mehrlagenleiterplatten elektrisch untereinander kontaktiert werden.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Herstellungsverfahren für eine elektronische oder optoelektronische Schaltungsein­ heit und insbesondere eine elektrische Kontaktierungsstruktur darin. Bei diesem Verfahren wird in einem Substrat als einem Zwischenprodukt der Schaltungseinheit eine Öffnung oder Ver­ tiefung in eine Substratoberfläche geformt und ein die Ver­ tiefung enthaltender Substratabschnitt mit einer elektrisch leitfähigen Substanz beaufschlagt. Das Verfahren kann bei­ spielsweise auf die Serienverschaltung von photovoltaischen Solarzellen in einem Solarmodul oder auf die Kontaktierung zwischen Metallisierungsebenen einer Mehrfachleiterplatte an­ gewandt werden.
Bei der Herstellung elektrischer Kontaktierungsstrukturen für elektronische oder optoelektronische Schaltungseinheiten be­ steht aufgrund der räumlichen Dichte der vorhandenen oder zu erzeugenden Leiterbahn- und Metallisierungstrukturen häufig ein Problem darin, elektrische Verbindungen zwischen zwei oder mehr Kontaktanschlüssen gezielt und räumlich selektiv zu erzeugen. Um dieses zu erreichen, müssen in aufwendiger Weise mehrere Strukturierungs- und Abscheideprozesse durchgeführt werden.
Ein Beispiel für derartige Schaltungseinheiten sind sogenann­ te Solarmodule, die eine Mehrzahl von Solarzellen, insbeson­ dere Dünnschichtsolarzellen aufweisen, die durch elektrische Kontaktierungsstrukturen in Serie geschaltet werden sollen. Hierzu sind bisher zahlreiche Vorschläge publiziert worden, die eine derartige Serienverschaltung ermöglichen.
In der US-A-5,593,901 ist ein photovoltaisches Solarmodul und ein Verfahren zu seiner Herstellung beschrieben, bei welchem auf einem isolierenden transparenten Substrat wie einem Glas­ substrat in abwechselnder Weise die einzelnen Schichten abge­ schieden und mechanisch strukturiert werden. Dabei wird zu­ erst auf die Substratplatte ein leitfähiger transparenter Film aufgebracht und in eine Vielzahl von parallelen Fronte­ lektroden strukturiert. Anschließend wird auf den Frontelek­ troden und den zwischen ihnen vorhandenen Gräben eine photo­ voltaische Region aus einem dünnen Film wasserstoffdotiertem, amorphem Siliziums in einer konventionellen PIN-Struktur auf­ gebracht. Das Halbleitermaterial in den Gräben zwischen den Frontelektroden sorgt dabei für eine elektrische Isolierung der Frontelektroden voneinander. Dann werden in der photovol­ taischen Halbleiterschicht parallele Gräben erzeugt und die Halbleiterschicht somit in eine Mehrzahl photovoltaischer Elemente strukturiert, die jeweils oberhalb der Frontelektro­ den zu liegen kommen. Schließlich wird auf der strukturierten Halbleiterschicht und die zwischen den Solarzellen geformten Gräben ein dünner Film eines leitfähigen Materials aufge­ bracht. Das die Gräben in der Halbleiterschicht füllende Material dieser leitfähigen Schicht sorgt für elek­ trische Verbindungen zwischen dem leitfähigen Film und den Frontelektroden. Durch Formen von Gräben in dem leitfähigen Film wird dieser dann noch in eine Mehrzahl von Rückelektro­ den strukturiert.
In der US-A-6,011,215 wird ein weiteres photovoltaisches So­ larmodul beschrieben, welches eine Mehrzahl von photovol­ taischen Regionen aufweist, die elektrisch parallel zueinan­ der geschaltet sind. Dieses Solarmodul weist dabei insbeson­ dere ein metallisches Substrat, eine auf dem Substrat ange­ ordnete elektrisch isolierende Schicht, eine elektrisch leit­ fähige untere Elektrodenschicht auf der isolierenden Schicht, eine Mehrzahl von in der unteren Elektrodenschicht und der isolierenden Schicht definierten elektrischen Durchkontaktie­ rungen, eine auf der unteren Elektrodenschicht angeordnete Halbleiterschicht und eine obere transparente elektrisch leitfähige Materialschicht auf. Die isolierende Schicht und die untere Elektrodenschicht sind somit partiell durch die Durchkontaktierungen durchbrochen und der durch die obere Elektrodenschicht gebildete Vorderseitenkontakt mit dem lei­ tenden Substrat durch die vertikalen Durchkontaktierungen verbunden.
Eine Publikation von S. I. Mizuno et al. in "Technical Digest 11 th photovoltaic solar energy conference (Sapporo, 1999)", S. 745, beschreibt die Herstellung einer abtrennbaren Epita­ xieschicht auf einem Halbleiterwafer, auf die ein Plastikfilm nach Fertigstellung der Solarzelle aufgeklebt wird. Dieser Plastikfilm wird mit dem Laser durchtrennt, ein zweiter La­ serstrahl durchtrennt dann vertikal die epitaktische Membran. Anschließend wird der Plastikfilm zusammen mit der Epitaxie­ membran vom Wafer abgehoben und die Rückseite des Moduls ver­ kapselt.
Schließlich sei noch erwähnt, daß in der CuInGaSe2-(CIGS) So­ larzellentechnologie üblicherweise ein Glassubstrat verwendet wird, auf das eine Molybdänschicht aufgebracht wird. Dieses Molybdän wird dann mechanisch oder mittels eines Laserstrahls strukturiert, d. h. in einzelne Streifen getrennt. In einem zweiten Schritt wird das CIGS aufgebracht und danach lateral versetzt zu den Molybdänstreifen ebenfalls durchtrennt. Nach Deposition einer Pufferschicht wird in einem dritten Schritt eine transparente Frontelektrode aufgebracht und danach late­ ral versetzt zu der CIGS-Strukturierung ebenfalls durch­ trennt.
Die vorstehend aufgeführten Techniken zur Serienverschaltung in Solarmodulen sind entweder in der Prozessführung zu auf­ wendig oder erzielen schlechte oder nicht reproduzierbare Mo­ dulwirkungsgrade. Andererseits ist jedoch eine Serienver­ schaltung von Einzelzellen zu Modulen notwendig, da Einzel­ zellen nur eine Spannung von weniger als 1 Volt liefern und Module in der Regel mit einer Spannung von mehr als 10 Volt nachgefragt werden.
Eine elektronische Schaltungseinheit, bei der elektrische Kontaktierungen vorgenommen werden, ist beispielsweise in dem hier gebrauchten Wortsinn eine Mehrlagenleiterplatte. Auch bei Mehrlagenleiterplatten besteht im Stand der Technik ein Problem darin, daß Leiterplatten allgemein im Aufbau immer kompakter werden und die einzelnen Leiterbahnen immer feiner werden, so daß die Technologie für deren Herstellung sich der Herstellung von Leiterbahnen auf integrierten Schaltungen an­ nähert. Es wird somit zunehmend schwierig, innerhalb einer Mehrlagenleiterplatte verschiedene Metallisierungsebenen paarweise oder gruppenweise gezielt miteinander elektrisch zu verbinden.
Die Verbindung der einzelnen Metallisierungsebenen von Mehr­ lagenleiterplatten wird konventioneller Weise durch galvani­ sches Aufbringen von Metall in sogenannte Via-Holes vollzo­ gen. Dieses Verfahren ermöglicht jedoch in einem Via-Hole nur die Verbindung von zwei bestimmten Ebenen. Bei diesem Verfah­ ren muß galvanisch so viel Metall abgeschieden werden, bis die sich verdickenden Metallebenen sich berühren und so einen elektrischen Kontakt untereinander herstellen.
Aus der Japanischen Patentanmeldung JP 02310994 A ist ein Verfahren zur Beaufschlagung eines Durchgangskontakts einer Leiterplatte mit einem leitfähigen Material bekannt, bei wel­ chem die Leiterplatte auf einer Drehachse befestigt wird, wo­ bei das zu beschichtende Durchgangsloch außerhalb der Dreh­ achse angeordnet ist. Dann wird die Leiterplatte in gerichte­ ter Weise mit leitfähigem Material beaufschlagt, wobei die Abscheidungsrichtung in Bezug auf die Wände des Durchgangs­ lochs schräggestellt ist. Gleichzeitig wird die Leiterplatte um ihre Drehachse in Rotation versetzt. Somit werden nicht nur die der Verdampfungsquelle der leitfähigen Substanz zuge­ wandte Oberfläche der Leiterplatte sondern ebenso die Wände des Durchgangslochs gleichmäßig mit der leitfähigen Substanz beschichtet. Dabei kann jedoch stets nur die gesamte Innen­ wand des Durchgangslochs beschichtet werden. Ein selektives Aufbringen der leitfähigen Substanz auf bestimmte Abschnitte der Innenwand ist nicht möglich.
In der US-A-6,147,311 wird eine Mehrlagenleiterplatte be­ schrieben, in welcher die Metallisierungsebenen zwischen Kle­ beschichten eingebettet sind, in welchen elektrisch leitfähi­ ge Partikel dispergiert sind. Verschiedene Metallisierungse­ benen werden dadurch miteinander verbunden, daß mit einer ge­ eigneten Vorrichtung Leiterbahnen an ihren Enden durch die Klebeschicht gegen die Leiterbahn der benachbarten Metalli­ sierungsebene gebogen werden, wobei durch die Wirkung der elektrisch leitfähigen Partikel in der Klebeschicht ein elek­ trischer Kontakt zwischen den Leiterbahnen der Metallisie­ rungsebenen entsteht. Um Leiterbahnen mehrerer Metallisie­ rungsebenen miteinander zu kontaktieren, sind jedoch entspre­ chend viele Biegeschritte notwendig. Es ist nicht möglich, mit einem einzigen Verfahrensschritt mehrere Metallisie­ rungsebenen miteinander zu verbinden. Dieses Verfahren stellt sich somit für kompliziertere Kontaktierungsprozesse als zu aufwendig dar.
Es ist somit Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Herstel­ lungsverfahren für eine elektronische oder optoelektronische Schaltungseinheit, insbesondere für deren elektrische Kontak­ tierungsstruktur, anzugeben, durch welches die Schaltungsein­ heit mit geringerem Herstellungsaufwand gefertigt werden kann. Insbesondere ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Solarmodul herzustellen, in welchem eine Mehrzahl von photovoltaischen Solarzellen in Serie miteinander verschaltet sind. Ferner ist es insbesondere Aufgabe der vorliegenden Er­ findung, eine Mehrlagenleiterplatte herzustellen und dabei paarweise oder gruppenweise verschiedene Metallisierungsebe­ nen miteinander elektrisch zu kontaktieren.
Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sowie Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens sind in den Unteransprüchen angegeben.
Ein wesentlicher Aspekt des erfindungsgemäßen Verfahrens liegt darin, daß in einem Substrat, welches ein Zwischenpro­ dukt der herzustellenden Schaltungseinheit ist, eine Öffnung oder Vertiefung erzeugt wird und die Öffnung mit der Abschei­ dung mindestens einer elektrisch leitfähigen Substanz beauf­ schlagt wird. Die Abscheidung kann beispielsweise durch Auf­ dampfen oder Sputtern der elektrisch leitfähigen Substanz aus einer geeigneten Quelle durchgeführt werden.
Entscheidend ist dabei, daß die Abscheidung in im wesentli­ chen gerichteter Weise erfolgt, so daß innerhalb der Vertie­ fung ein Abschnitt von der elektrisch leitfähigen Substanz nicht bedeckt wird. Dies bedeutet, daß aus einer isotropen Verteilung von Abscheidungsrichtungen mindestens ein Raumwin­ kelbereich ausgeblendet werden muß, der auf eben diesen nicht zu bedeckenden Abschnitt gerichtet ist.
Im allgemeinen bedeutet dies, daß die bei der Abscheidung der elektrisch leitfähigen Substanz vorhandenen Abscheidungsrich­ tungen, die sich in der Praxis über einen bestimmten Raumwin­ kel erstrecken, in Bezug auf mindestens eine Wand der Sub­ stratöffnung schräggestellt sind. Dies hat einen Abschat­ tungseffekt zur Folge, so daß innerhalb der Substratöffnung ein Wand- und/oder Bodenabschnitt der Vertiefung von der elektrisch leitfähigen Substanz während der Abscheidung nicht bedeckt wird. Ein Idealfall liegt dann vor, wenn die Abschei­ dung vollständig gerichtet ist, also nur eine Abscheidungs­ richtung vorliegt und diese zu der betreffenden Wand der Ver­ tiefung schräggestellt und von dieser weggerichtet ist. In der Praxis wird dieser Idealfall kaum erreicht werden können, da einerseits die Emission der leitfähigen Substanz von der Quelle in einen Raumwinkel erfolgt und ein Ausblenden nur einer einzigen Richtung zu einer unvertretbaren Verminderung der Materialausbeute und des Durchsatzes führen würde. Zum anderen werden die verwendeten Aufdampfanlagen meistens so betrieben, daß die zu bedampfenden Substrate während der Be­ dampfung unterhalb der Quelle verfahren werden, so daß selbst bei vollständig gerichteter Abscheidung seitens der Quelle sich ein Raumwinkel der Abscheidung ergeben würde. Es wird daher zumeist darauf ankommen, diesen Raumwinkel durch am Austritt der leitfähigen Substanz aus der Quelle angebrachte Blenden, gegebenenfalls unter Berücksichtigung einer von dem Substrat während der Bedampfung zurückgelegten Wegstrecke so einzustellen, daß in dem Raumwinkel keine Abscheidungsrich­ tung enthalten ist, die auf die betreffende Wand der Vertie­ fung gerichtet ist. In den meisten Fällen müssen also die in dem Raumwinkel enthaltenen Abscheidungsrichtungen zu der be­ treffenden Wand schräggestellt und von ihr weggerichtet sein.
Dies gilt jedoch nicht generell, sondern hängt außerdem noch von dem Aspektverhältnis der Vertiefung (Tiefe/Breite- Verhältnis) ab. Wenn das Aspektverhältnis groß genug ist, so können auch Abscheidungsrichtungen vorhanden sein, die auf die betreffende Wand gerichtet sind, solange tieferliegende Abschnitte existieren, die von keiner Abscheidungsrichtung erreicht werden können.
Der Terminus "im wesentlichen gerichtet" ist also zu verste­ hen, daß die Abscheidung nicht ungerichtet erfolgen soll und daß wie oben erläutert bei der Abscheidung bestimmte Raumwin­ kelbereiche ausgeblendet werden sollen.
Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren kann demnach in der Ver­ tiefung eine räumlich selektive Abscheidung erzielt werden. Diese räumlich selektive Abscheidung der elektrisch leitfähi­ gen Substanz in der Substratvertiefung kann auf verschiedene Weise dazu ausgenutzt werden, eine Kontaktierungsstruktur in einer Schaltungseinheit herzustellen. In jedem Fall soll die derart räumlich selektiv abgeschiedene elektrisch leitfähige Substanz in der Substratöffnung mit einer oder mehreren ande­ ren elektrisch leitfähigen Schichten kontaktiert werden. Dies kann entweder dadurch geschehen, daß diese elektrisch leitfä­ higen Schichten bereits in der Substratöffnung vorhanden und durch die elektrisch leitfähige Substanz bei ihrer Abschei­ dung kontaktierbar sind. Es kann aber ebenso vorgesehen sein, daß die elektrisch leitfähige Substanz erst nach ihrer Ab­ scheidung in die Substratöffnung mit der weiteren elektrisch leitfähigen Schicht kontaktiert wird. Im folgenden werden an­ hand der Ausführungsbeispiele für verschiedene Schaltungsein­ heiten diese beiden Varianten der Herstellung der Kontaktie­ rungsstruktur deutlich werden.
Die mit dem erfindungsgemäßen Verfahren herzustellende Schal­ tungseinheit kann beispielsweise gemäß einer ersten Ausfüh­ rungsform durch ein Solarmodul aus einer Mehrzahl lateral be­ nachbarter photovoltaischer Solarzellen gebildet sein, die mit dem erfindungsgemäßen Verfahren in Serie geschaltet wer­ den sollen. Diesbezüglich lassen sich zwei Ausführungsarten des erfindungsgemäßen Verfahrens voneinander unterscheiden, durch die im Aufbau verschiedenartige Solarmodule hergestellt werden können.
Bei einer ersten Ausführungsart wird auf eine Hauptoberfläche eines Halbleitersubstrats eine Metallisierung in Form von ei­ ner Mehrzahl von voneinander beabstandeten, elektrisch leit­ fähigen Schichten aufgebracht. Anschließend werden eine oder mehrere Vertiefungen oder Öffnungen jeweils bis zu Randberei­ chen von einer von zwei benachbarten elektrisch leitfähigen Schichten geformt und die Abscheidung der elektrisch leitfä­ higen Substanz wird dann vorzugsweise durch eine Schrägstel­ lung der Abscheidungsrichtungen in bezug auf eine abzuschat­ tende Wand so ausgeführt, daß eine Kontaktierung zwischen der in der Vertiefung angeordneten elektrisch leitfähigen Schicht und einem an die Vertiefung angrenzenden und der anderen der zwei benachbarten elektrisch leitfähigen Schichten gegenüber­ liegenden Oberflächenabschnitt bzw. einer auf diesem erzeugten Metallisierung herbeigeführt wird. Dabei kann auch gleichzeitig mit der Abscheidung die Metallisierung dieses Oberflächenabschnitts und die Kontaktierung des Oberflächen­ abschnitts mit der elektrisch leitfähigen Schicht bewirkt werden. In Folge der Schrägstellung der Abscheidungsrich­ tung(en) und des dadurch erzielten Abschattungseffektes wird somit der nur auf einer Seite der Vertiefung gelegene Ober­ flächenabschnitt mit der elektrisch leitfähigen Schicht in der Vertiefung kontaktiert, während der auf der anderen Seite der Vertiefung gelegene Oberflächenabschnitt nicht mit der elektrisch leitfähigen Schicht in der Vertiefung kontaktiert wird.
Bei einer zweiten Ausführungsart zur Herstellung eines Solar­ moduls aus einer Mehrzahl lateral benachbarter und in Serie geschalteter photovoltaischer Solarzellen werden in ein Sub­ strat mindestens eine Vertiefung oder Öffnung in die Substra­ toberfläche geformt. Dann wird eine elektrisch leitfähige Substanz auf einen die Vertiefung enthaltenden Oberflächenab­ schnitt vorzugsweise durch schräggerichtete Abscheidung abge­ schieden, so daß in Folge des durch die Schrägstellung der in dem Raumwinkel enthaltenen Abscheidungsrichtungen bedingten Abschattungseffekts die elektrisch leitfähige Substanz an ei­ ner Seitenwand der Vertiefung nicht abgeschieden wird.
Dann wird eine Halbleitermaterialschicht ebenso in im wesent­ lichen gerichteter Weise auf den die Vertiefung enthaltenden Oberflächenabschnitt abgeschieden, wobei die Schrägstellung der in dem Raumwinkel enthaltenen Abscheidungsrichtungen der­ art eingestellt wird, daß der von der elektrisch leitfähigen Substanz nicht bedeckte Abschnitt der Vertiefung im wesentli­ chen auch von der Halbleitermaterialschicht nicht bedeckt wird. Gleichzeitig muß dafür Sorge getragen werden, daß eine im Anschluß daran auf die Halbleitermaterialschicht aufzu­ bringende elektrisch leitfähige Schicht mit der unter der Halbleitermaterialschicht befindlichen elektrisch leitfähigen Substanz kontaktiert werden kann. Dies kann beispielsweise dadurch geschehen, daß bei der Abscheidung der Halbleiterma­ terialschicht ein Kontaktabschnitt der abgeschiedenen elek­ trisch leitfähigen Substanz freibleibt, der bei der nachfol­ genden Abscheidung der elektrisch leitfähigen Schicht kontak­ tiert wird. Es kann aber auch dieser Kontaktabschnitt nicht vorgesehen sein und stattdessen durch geeignete Verfahrens­ führung die Halbleitermaterialschicht so abgeschieden werden, daß sie an einer Stelle Durchgangslöcher aufweist, durch die eine elektrische Kontaktierung zwischen beidseits der Schicht befindlichen elektrisch leitfähigen Schichten möglich wird.
Schließlich wird die weitere elektrisch leitfähige Schicht derart auf den die Vertiefung enthaltenden Substratabschnitt abgeschieden, daß in der Vertiefung ein Abschnitt auf der Halbleitermaterialschicht nicht bedeckt wird. In der Vertie­ fung ist somit die zuerst abgeschiedene elektrisch leitfähige Substanz entweder an dem erwähnten Kontaktabschnitt oder durch die in der Halbleitermaterialschicht enthaltenen Durch­ gangslöcher mit der später abgeschiedenen elektrisch leitfä­ higen Schicht elektrisch kontaktiert.
Die elektrisch leitfähige Schicht kann in vorteilhafter Weise ebenfalls durch eine Schrägrichtung von innerhalb eines Raum­ winkels enthaltenen Abscheidungsrichtungen aufgebracht wer­ den, wobei diesmal der Winkel der Abscheidungsrichtungen so eingestellt wird, daß die Schicht in Folge der Abschattung auf einer Seitenwand der Vertiefung nicht abgeschieden wird, die derjenigen Seitenwand gegenüberliegt, auf der die elek­ trisch leitfähige Substanz nicht abgeschieden wurde. Es kann jedoch auch vorgesehen sein, daß die elektrisch leitfähige Schicht zunächst durch einen ungerichteten Abscheideprozeß ganzflächig abgeschieden wird und anschließend in einem Strukturierungsschritt oder durch einfaches mechanisches Rit­ zen ein Teil der Schicht an geeigneter Stelle wieder entfernt wird.
Auf den Oberflächenabschnitten des Substrats beidseits der Vertiefung werden somit Solarzellen gebildet, die durch das erfindungsgemäße Verfahren zueinander in Serie geschaltet werden. Durch Anordnung mehrerer Vertiefungen können somit eine Mehrzahl von Solarzellen in Reihe geschaltet werden.
Bei der zuletzt beschriebenen Ausführungsart kann das Sub­ strat dadurch gebildet werden, indem auf einem Träger, insbe­ sondere einer Glas-, Kunststoff- oder Metallplatte, eine strukturierbare Materialschicht, insbesondere aus einem Kunststoff wie Polyimid aufgebracht wird. Beispielsweise kann ein als Positivresist wirkendes Polyimid oder ein anderer ge­ eigneter Positivresist verwendet werden, der zum Zweck der Erzeugung der Vertiefungen mit Licht geeigneter Wellenlänge belichtet und anschließend entwickelt wird.
Als ein Halbleitermaterial bei dieser zweiten Ausführungsart kann beispielsweise CIGS verwendet werden.
Bei der oben beschriebenen ersten Ausführungsart wird somit von einer Variante der Erfindung Gebrauch gemacht, in der die elektrisch leitfähige Substanz in der Vertiefung bei ihrer Abscheidung mit einer elektrisch leitfähigen Schicht kontak­ tiert wird. In diesem Fall ist nämlich die elektrisch leitfä­ hige Schicht bereits in der Vertiefung, nämlich am Boden der Vertiefung vorhanden. Bei der zweiten, oben beschriebenen Ausführungsart wird dagegen von der anderen Variante der Er­ findung Gebrauch gemacht, in der die elektrisch leitfähige Substanz erst nach ihrer Abscheidung in die Vertiefung mit einer elektrisch leitfähigen Schicht kontaktiert wird. In diesem Fall wird nämlich die elektrisch leitfähige Schicht erst nach der Abscheidung der elektrisch leitfähigen Substanz in der beschriebenen Weise auf diese aufgebracht.
In einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird die Schaltungseinheit durch eine Mehrlagenleiterplatte gebildet.
Bei einer Mehrlagenleiterplatte wird das erfindungsgemäße Verfahren dahingehend angewandt, daß gruppenweise jeweils mehrere Metallisierungsebenen elektrisch miteinander verbun­ den werden. Dabei wird das Substrat durch eine Mehrlagenlei­ terplatte gebildet und in einem Abschnitt, in dem eine Ver­ bindung von Metallisierungsebenen erfolgen soll, wird eine Vertiefung mindestens bis zu der untersten zu verbindenden Metallisierungsebene geformt. Die Abscheidung der elektrisch leitfähigen Substanz erfolgt dann derart, daß zumindest ein zwischen den zu verbindenden Metallisierungsebenen gelegener Abschnitt in der Vertiefung bedeckt wird.
Im folgenden werden die Ausführungsformen und Ausführungsar­ ten der vorliegenden Erfindung anhand der Zeichnungsfiguren näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1A-F Verfahrensschritte zur Herstellung eines So­ larmoduls mit serienverschalteten Solarzellen nach einer ersten Ausführungsart des erfin­ dungsgemäßen Verfahrens;
Fig. 2A-D Verfahrensschritte zur Herstellung eines So­ larmoduls mit serienverschalteten Solarzellen nach einer zweiten Ausführungsart des erfin­ dungsgemäßen Verfahrens;
Fig. 3A, B Herstellung von elektrischen Kontaktierungs­ strukturen bei Mehrlagenleiterplatten;
Fig. 4A-H Verfahrensschritte bei der Herstellung und elektrischen Kontaktierung einer Mehrlagenlei­ terplatte.
In den Fig. 1A-F wird die Herstellung eines Solarmoduls be­ schrieben, bei welchem mit Hilfe des erfindungsgemäßen Ver­ fahrens eine Mehrzahl lateral benachbarter photovoltaischer Solarzellen in Serie geschaltet werden können. Dabei sind in den Zeichnungen jeweils in einem Längsschnitt zwei lateral benachbarte Solarzellen dargestellt.
Die Solarzellen sind aus einer dünnen Schicht eines Halblei­ termaterials aufgebaut und werden deshalb Dünnschichtsolar­ zellen genannt. Bei der Herstellung wird eine sogenannte Transfertechnik angewandt, welche auf dem Transfer dünner, einkristalliner Halbleiterschichten von einem Wafer auf ein Fremdsubstrat wie ein Glassubstrat beruhen. Bei dem Transfer­ prozeß wird eine dünne, vom Wafer abtrennbare, einkristalline Oberflächenschicht bis zu einem bestimmten Stadium prozes­ siert, d. h. mit elektronischen oder optoelektronischen Bau­ elementen versehen und anschließend - im allgemeinen mit Hil­ fe des Fremdsubstrats - von dem Wafer abgetrennt. Nach dem Abtrennen der prozessierten Halbleiterschicht steht der Halb­ leiterwafer für einen neuen Zyklus zur Verfügung.
Das erfindungsgemäße Verfahren beruht auf dem in der Fig. 1A angedeuteten Transferprozeß, der nachfolgend näher erläutert wird. Es können jedoch auch andere Transfertechniken ange­ wandt werden.
Die bei dem Verfahren gemäß der Fig. 1A-F eingesetzte Trans­ fertechnik ist beispielsweise in den Druckschriften EP 0 797 258 oder EP 0 993 029 beschrieben, welche hiermit in den Of­ fenbarungsgehalt der vorliegenden Anmeldung einbezogen wer­ den. Diese Transfertechnik beruht im Falle von Silizium auf der Herstellung sogenannter quasi-monokristalliner Silizium­ schichten (QMS). Der Prozeß beginnt mit der Herstellung einer 1-2 µm dünnen, porösen Siliziumschicht auf der Oberfläche ei­ nes einkristallinen Siliziumwafers 1. Der Siliziumwafer 1 wird durch eine flußsäurehaltige Lösung elektrochemisch ge­ ätzt. Dabei läßt sich die Porosität durch die elektrische Stromdichte während des Ätzens einstellen. Die oberflächenna­ he Schicht mit einer relativ niedrigen Porosität wird später in die QMS-Schicht 3 umgewandelt. Wenn diese Schicht die gewünschte Dicke erreicht hat, wird die Stromdichte während des Ätzprozesses erhöht, und es entsteht eine zweite vergrabene, hochporöse sogenannte Trennschicht 2. Diese Trennschicht dient später zur Separation der QMS-Schicht 3 von dem Wa­ fer 1. Das aus feinen, nanoskopisch dünnen Fäden bestehende poröse Material ist kristallin und besitzt die gleiche kri­ stallographische Orientierung wie der Ausgangswafer. Durch eine Erhitzung auf über 1000°C lagern sich die dünnen, faden­ artigen Strukturen zu einer kompakten Schicht zusammen, aus der die QMS-Schicht 3 mit niedriger Porosität entsteht.
Die QMS-Schicht 3 bildet die Basis der Dünnschichtsolarzelle. Im Prinzip gibt es zwei Möglichkeiten, diese Dünnschichtso­ larzelle herzustellen. Entweder die QMS-Schicht 3 dient selbst als Solarzellenschicht und wird in geeigneter Weise mit Dotierstoffen entgegengesetzten Leitfähigkeitstyps beauf­ schlagt, ohne daß weiteres Halbleitermaterial aufgewachsen wird. Die in den Fig. 1A-F dargestellte Alternative beruht dagegen darauf, daß die QMS-Schicht 3 selbst nur als Sub­ stratschicht für weitere Epitaxieschichten dient, aus denen dann die Solarzelle gefertigt wird.
Zunächst wird in der QMS-Schicht 3 eine hohe p-Dotierung ein­ gestellt, um für die später aufzubringende Rückseitenmetalli­ sierung einen niedrigen ohmschen Kontaktwiderstand zu ermög­ lichen. Auf diese p+-dotierte QMS-Schicht 3 wird dann zu­ nächst noch eine p+-dotierte Zwischenschicht 4 aufgebracht. Auf diese wird dann eine p-dotierte Absorberschicht 5 aufge­ wachsen. Als Schichtwachstum für die Zwischenschicht 4 und die Absorberschicht 5 kann beispielsweise ein CVD-Verfahren eingesetzt werden. Anschließend wird ein oberflächennaher Be­ reich der ursprünglich p-dotierten Schicht 5 durch Eindiffun­ dieren eines n-leitenden Materials wie Phosphor in eine n+- leitende Oberflächenschicht 5.1 umgewandelt, so daß durch die n+-dotierte Schicht 5.1 und die p-dotierte Schicht 5.2 der p- n-Übergang der Solarzelle hergestellt ist. Die n+-dotierte Schicht kann auch auf andere Weise hergestellt werden, beispielsweise durch Abscheiden einer n+-dotierten, amorphen Si- Schicht.
In den nachfolgenden Figuren sind bereits der Substratwafer 1 und die Trennschicht 2 aus Gründen der vereinfachten Darstel­ lung weggelassen worden, wenngleich der eigentliche Transfer der Dünnschichtsolarzelle auf das Fremdsubstrat erst in einem späteren Schritt folgt.
In der Fig. 1B ist zunächst dargestellt, wie auf der Oberflä­ che der n+-dötierten Schicht 5.1 eine Anzahl Elektroden­ schichten 6 aufgebracht wird. Diese Elektrodenschichten 6 be­ finden sich am Rand von streifenförmigen Bereichen, die sich in die Bildebene hinein erstrecken und durch die einzelnen Solarzellen gebildet werden. Da die Elektrodenschichten 6 nur am Rand dieser streifenförmigen Bereiche angeordnet sind, müssen sie für die auftreffende optische Strahlung nicht transparent sein. Die eigentliche Solarzelle wird jeweils durch den nicht von der Elektrodenschicht 6 bedeckten Bereich gebildet, in dem die n+-dotierte Si-Schicht an der Oberfläche liegt. Für den Stromtransport bis zu der randseitigen Elek­ trodenschicht 6 reicht die elektrische Leitfähigkeit der n+- dotierten Schicht aus. In den Fig. 1A-F sind zwei benach­ barte Elektrodenschichten 6 in der zur Längsrichtung der streifenförmigen Bereiche senkrechten Schnittebene darge­ stellt. Alternativ dazu kann auch vorgesehen sein, daß die Elektrodenschichten 6 sich jeweils über die gesamte Länge der streifenförmigen Bereiche erstrecken, wobei dann die Elektro­ denschichten 6 für die auftreffende Strahlung im wesentlichen transparent sein müssen. In der Praxis wird ein Mittelweg ge­ wählt, indem in die Bildebene hinein eine Anzahl von Elektro­ denschichten 6 in Form von Kontaktfingern angeordnet wird, deren Abstand voneinander von der Leitfähigkeit der n+- dotierten Schicht abhängt.
Durch die sich in die Bildebene hinein erstreckenden strei­ fenförmigen Bereiche werden somit die einzelnen Solarzellen definiert, die durch elektrisches Verbinden der zugehörigen Elektrodenschichten 6 in Serie geschaltet werden sollen. Im folgenden wird beschrieben, wie die beiden dargestellten So­ larzellen in Serie geschaltet werden. In entsprechender Weise werden gleichzeitig alle anderen sich rechts und links davon anschließenden Solarzellen seriell miteinander verschaltet. Zur Trennung benachbarter Solarzellen werden gemäß Fig. 1B zwei Mesagräben A jeweils bis unterhalb des p-n-Übergangs in die Halbleiterschichten geätzt, wie dargestellt, jeweils un­ mittelbar benachbart zu und entlang den Rändern der streifen­ förmigen Elektrodenschichten 6. Die Bereiche zwischen den Me­ sagräben A definieren somit inaktive Bereiche des Solarmo­ duls. Alternativ dazu können die Zellen durch Ritzen sepa­ riert werden oder indem bereits bei dem vorherigen Schritt des Eindiffundierens der n-leitenden Substanz eine laterale Strukturierung vorgenommen wird.
Gemäß Fig. 1C wird jeweils auf eine von zwei benachbarten Elektrodenschichten 6 ein Metallstreifen 7 mit einer Lotpaste aufgeklebt. Dieser Metallstreifen 7 erstreckt sich in latera­ ler Richtung ausgehend von dem Befestigungspunkt an der Elek­ trodenschicht 6 in Richtung auf die benachbarte Elektroden­ schicht 6.
Dann wird gemäß Fig. 1D auf die erhaltene Struktur ein Glas­ substrat 9 mittels eines Harzklebers 8 aufgeklebt. Anschlie­ ßend erfolgt das Abtrennen der Dünnschichtsolarzelle von dem Halbleiterwafer, wobei gegebenenfalls durch einen Temperatur­ behandlungsschritt die Trennschicht 2 aufgelöst wird, so daß die QMS-Schicht 3 nunmehr die unterste Schicht des Bauele­ ments ist.
Dann werden entsprechend Fig. 1E die einzelnen Solarzellen voneinander getrennt, indem entlang der inaktiven Zone in Richtung der streifenförmigen Elektroden 6 Öffnungen oder Vertiefungen 10 in den Halbleiterschichtaufbau jeweils bis zu den Metallstreifen 7 geformt werden. Die Vertiefungen 10 können auf verschiedene Weise geformt werden, beispielsweise auf mechanischem Wege durch Ritzen oder Sägen, auf chemische Art durch einen Ätzangriff. Zwischen jedem Paar benachbarter So­ larzellen wird somit eine grabenförmige, die Solarzellen trennende und bis zu dem Metallstreifen 7 reichende Vertie­ fung 10 in den Schichtaufbau geformt, so daß der Boden jeder Vertiefung 10 durch den mit der Frontelektrode einer der bei­ den benachbarten Solarzellen verbundenen Metallstreifen 7 ge­ bildet wird.
Alternativ zu dieser Vorgehensweise kann auch vorgesehen sein, daß anstelle der Befestigung des Metallstreifens 7 an die Elektrodenschicht 6 letztere bereits bei dem vorangegan­ genen Metallisierungsschritt bis in den inaktiven Bereich zwischen den Mesagräben A aufgebracht wird. In diesem Fall muß die Vertiefung 10 bis zu der Elektrodenschicht 6 geformt werden. Falls dies beispielsweise im Wege eines Ätzschrittes durchgeführt wird, kann dabei die Elektrodenschicht 6 als Ätzstoppschicht verwendet werden.
Anschließend werden in einem einzigen selbstjustierenden Ver­ fahrensschritt gemäß Fig. 1F die Rückelektroden der Solarzel­ len gebildet und diese gleichzeitig mit den Frontelektroden der jeweils benachbarten Solarzellen elektrisch kontaktiert. Dies geschieht durch einen gerichteten Abscheideprozeß einer elektrisch leitfähigen Substanz, wobei die Abscheidungsrich­ tung gegenüber der Vertiefung 10 bzw. deren Wänden schrägge­ stellt ist. Genaugenommen kommt es nur darauf an, daß bei der Abscheidung nur eine Innenwand der Vertiefung 10 vollständig bedeckt wird, so daß eine Metallisierung nur zwischen dem Me­ tallstreifen 7 und dem auf einer Seite der Vertiefung 10 ge­ legenen Oberflächenabschnitt herbeigeführt wird. Der auf der anderen Seite der Vertiefung 10 gelegene Oberflächenabschnitt soll dagegen durch den Abscheideprozeß nicht mit dem Me­ tallstreifen 7 kontaktiert werden, d. h. die entsprechende In­ nenwand der Vertiefung 10 soll nicht mit der elektrisch leit­ fähigen Substanz beaufschlagt werden, bzw. mindestens eine Unterbrechung aufweisen. Das entscheidende Kriterium ist so­ mit, daß die Abscheidungsrichtung gegenüber der Ebene dieser Innenwand schräggestellt ist und von dieser Ebene wegführt, so daß sich wie aus der Fig. 1F ersichtlich, ein Abschat­ tungseffekt gegenüber dieser Innenwand der Vertiefung 10 er­ gibt. Natürlich kann der Abscheidevorgang auch spiegelsymme­ trisch zu einer senkrecht durch die Bildebene 3 durch die Vertiefung 10 verlaufenden Symmetrieebene durchgeführt wer­ den, wobei in diesem Fall der linksseitig der Vertiefung 10 gelegene Oberflächenabschnitt der QMS-Schicht 3 durch die Me­ tallabscheidung mit dem Metallstreifen 7 verbunden wird und die rechtsseitige Innenwand der Vertiefung 10 durch die Ab­ scheidung abgeschattet wird, so daß der rechtsseitige Ober­ flächenabschnitt der QMS-Schicht 3 mit dem Metallstreifen 7 nicht verbunden wird.
In Fig. 1F ist der idealisierte Fall einer Abscheidung mit ei­ ner einzigen, definierten Abscheidungsrichtung dargestellt. Wie bereits erwähnt, wird in der Praxis die Abscheidung stets über einen bestimmten Raumwinkelbereich erfolgen.
Durch die Abscheidung der elektrisch leitfähigen Substanz werden somit in einem einzigen Arbeitsgang gleichzeitig rück­ seitige Elektrodenschichten 1 für alle vorhandenen Solarzel­ len erzeugt und diese durch die schräggestellte Abscheidung in der beschriebenen Weise mit den Metallstreifen 7 verbun­ den, so daß eine Serienverschaltung der Solarzellen bereitge­ stellt wird. Der Abscheideprozeß kann am einfachsten durch Aufdampfen durchgeführt werden, wobei als Metall Aluminium verwendet werden kann. Als Metall für die vorderseitigen, transparenten Elektrodenschichten 6 kann beispielsweise Indi­ umzinnoxid (ITO) verwendet werden. Zusätzlich können an der äußeren Oberfläche des Glassubstrats 9 bzw. an internen Grenzflächen zwischen den Materialien geeignete Antireflex­ schichten aufgebracht werden.
Bei dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel wird al­ so eine Variante der Erfindung benutzt, in der in der Vertie­ fung 10 bereits eine elektrisch leitfähige Schicht in Form des Metallstreifens 7 am Boden der Vertiefung 10 vorhanden ist und die elektrisch leitfähige Substanz bei ihrer Abschei­ dung in die Vertiefung 10 mit dieser elektrisch leitfähigen Schicht verbunden wird.
In dem nachfolgend beschriebenen Ausführungsbeispiel wird an­ hand der Herstellung eines weiteren Solarmoduls eine Variante der Erfindung beschrieben, bei der die elektrisch leitfähige Substanz erst nach ihrer Abscheidung in Substratvertiefungen mit einer weiteren elektrisch leitfähigen Schicht kontaktiert wird.
Auf ein elektrisch isolierendes Festkörpersubstrat 20 (Fig. 2A) wie beispielsweise ein Glassubstrat wird zuerst eine durch lithographische Techniken strukturierbare Material­ schicht 21, beispielsweise eine Schicht eines Positivresists, etwa einer als Positivresist ausgebildeten Polyimidschicht, aufgebracht. Die Materialschicht 21 wird dann in der Weise strukturiert, daß eine Schar paralleler Linien in die Materi­ alschicht 21 mit schräggerichteter Belichtung geschrieben und anschließend entwickelt wird. Dadurch werden grabenförmige Vertiefungen 22 erzeugt, von denen eine in der Fig. 2A in ei­ nem Querschnitt senkrecht zu ihrer Längsrichtung dargestellt ist. Die Vertiefungen 22 sollen dazu dienen, mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens die noch zu bildenden Solarzel­ len elektrisch in Serie zueinander zu kontaktieren. In dem gezeigten Ausführungsbeispiel weist die Vertiefung 22 schräg­ gestellte Wände auf. Wie noch zu sehen sein wird, ist dies nicht zwingend erforderlich, vereinfacht jedoch die Herbei­ führung der Abschattungseffekte bei den nachfolgenden Ab­ scheideprozessen.
Gemäß Fig. 2B wird die gesamte, die Vertiefungen 22 enthal­ tende Oberfläche einem Abscheideprozeß einer elektrisch leitfähigen Substanz, im vorliegenden Fall Molybdän (Mo), ausge­ setzt. Dabei werden wiederum in erfindungsgemäßer Weise die Abscheidungsrichtungen derart eingestellt, daß sich in Bezug auf eine der Wände oder einen Abschnitt davon ein Abschat­ tungseffekt ergibt. In Fig. 2B ist wiederum der Idealfall dar­ gestellt, in welchem nur eine einzige Abscheidungsrichtung vorhanden ist, die zu der abzuschattenden Wand schräggestellt und von dieser weggerichtet ist.
Im dargestellten Fall werden somit die linksseitigen Innen­ wände der Vertiefungen 22 abgeschattet, so daß sich das Mo­ lybdän auf diesen Wänden nicht niederschlägt. Daraus wird deutlich, daß die linksseitige, nicht zu beschichtende Innen­ wand der Vertiefung 22 auch eine gerade Wand sein kann, wobei dann jedoch der Raumwinkel der Abscheidungsrichtungen ent­ sprechend zu drehen ist, so daß sich bezüglich dieser Wand wieder ein Abschattungseffekt ergibt. In jedem Fall gilt, daß wenn die abzuschattende Innenwand gegenüber der Ebene einen Winkel β einnimmt, so sollten die Abscheidungsrichtungen im allgemeinen einen Winkel α < β zur Ebene (rechtsseitig) ein­ nehmen. Wenn das Aspektverhältnis der Vertiefung 22 groß ge­ nug ist, so ist diese Bedingung nicht zwingend. Vielmehr reicht es in diesem Fall, einen bestimmten Raumwinkel defi­ niert auszublenden, so daß sich auf der linksseitigen Wand der Vertiefung 22 eine Unterbrechung der abgeschiedenen Schicht 23 ergibt.
Die auf den Oberflächenabschnitten der Polyimidschicht beid­ seits der Vertiefung 22 abgeschiedenen Schichten dienen als rückseitige Elektrodenschichten 23 der noch zu fertigenden Solarzellen.
Anschließend wird gemäß Fig. 2C das Halbleitermaterial der Solarzellen aufgebracht. Im vorliegenden Beispielsfall wird p-leitendes CIGS auf die Oberfläche aufgedampft und anschlie­ ßend wird in einen oberflächennahen Bereich der aufgedampften Halbleiterschicht 24 eine Donatorsubstanz eindiffundiert, so daß unmittelbar unter der Oberfläche der Halbleiterschicht 24 ein p-n-Übergang gebildet wird. Auch die Abscheidung des Halbleitermaterials CIGS wird in gerichteter Weise vorgenom­ men. Die Abscheidungsrichtung wird erneut so eingestellt, daß sich bezüglich der linksseitigen Innenwand der Vertiefung 22 ein Abschattungseffekt ergibt, so daß das Halbleitermaterial an dieser Innenwand im wesentlichen nicht abgeschieden wird. Im allgemeinen gilt, daß das Halbleitermaterial auf demjeni­ gen Abschnitt, auf dem die elektrisch leitfähige Substanz nicht abgeschieden wurde, mindestens teilweise ebenfalls nicht abgeschieden wird.
Zusätzlich muß das Halbleitermaterial so abgeschieden werden, daß eine nachfolgend darauf abgeschiedene elektrisch leitfä­ hige Schicht einen Kontakt mit der unteren elektrisch leitfä­ higen Substanz bilden kann. Dies kann beispielsweise dadurch erreicht werden, indem bei der Abscheidung der Halbleiter­ schicht 24 der Abschattungseffekt gegenüber der vorherigen Abscheidung des Molybdäns vergrößert wird, so daß auf dem Bo­ den der Vertiefung 22 ein sogenannter Kontaktabschnitt 23a der abgeschiedenen Molybdänschicht von der Halbleiterschicht 24 nicht bedeckt wird. Um den Abschattungseffekt zu vergrö­ ßern, kann bei der Abscheidung des CIGS ein Winkel der Ab­ scheidungsrichtungen von γ < α eingestellt werden. Im vorlie­ genden Fall ist γ = 90°, wie jedoch vorstehend bereits ausge­ führt wurde, kann dieser Winkel und ebenso der Winkel α auch größer sein, wenn die freizuhaltende Innenwand der Vertiefung 22 eine gerade Wand ist. Die Fig. 2C zeigt wiederum den Ideal­ fall einer Abscheidung des Halbleitermaterials entlang einer einzigen Abscheidungsrichtung.
Alternativ zu der Erzeugung des Kontaktabschnitts 23a kann auch vorgesehen sein, daß das Halbleitermaterial auf minde­ stens einem Abschnitt der Vertiefung 22 derart abgeschieden wird, daß es Durchgangslöcher (Pinholes) aufweist, durch die die später abgeschiedene elektrisch leitfähige Schicht 25 (Fig. 2D) Durchgangskontakte mit der unten liegenden Schicht 23 bilden kann. Hierfür bietet sich bei dem gewählten Ausfüh­ rungsbeispiel als geeigneter Abschnitt die rechtsseitige Wand der Vertiefung 22 an. An dieser Wand erfolgt die Abscheidung des Halbleitermaterials nämlich unter einem relativ kleinen Winkel, wenn - wie dargestellt - die Abscheidungsrichtung senkrecht von oben auf die Vertiefung 22 gerichtet ist. Ein derartig kleiner Abscheidungswinkel führt erfahrungsgemäß zu lediglich stäbchenförmigen Depositionen auf der betreffenden Wand. Zwischen diesen werden dementsprechend Durchgangslöcher gebildet, die Durchgangskontakte in der beschriebenen Weise ermöglichen. Dann kann die elektrisch leitfähige Schicht 25 beispielsweise ganzflächig abgeschieden werden und nachfol­ gend auf dem rechtsseitigen Oberflächenabschnitt eine Unter­ brechung eingeritzt werden. Bei dieser Ausführungsvariante müßte bei der Abscheidung der Halbleitermaterialschicht kein Kontaktabschnitt 23a vorgesehen werden.
In einem letzten Verfahrensschritt wird dann gemäß Fig. 2D eine die vorderseitigen Elektrodenschichten 25 bildende elek­ trisch leitfähige und transparente Schicht aus ZnO, ITO oder dergleichen aufgebracht. Auch dies erfolgt vorzugsweise durch einen gerichteten Abscheideprozeß, bei dem diesmal die Ab­ scheidungsrichtungen derart eingestellt werden, daß die rechtsseitige Innenwand der Vertiefung 22 abgeschattet wird, so daß sich an dieser kein Material ablagert. Da im vorlie­ genden Fall auch die rechtsseitige Innenwand der Vertiefung 22 gegenüber der Ebene einen Winkel β einnimmt, so muß die Abscheidungsrichtung mit einem Winkel δ < β eingestellt wer­ den. Auch hier wird deutlich, daß die entsprechende abzu­ schattende Innenwand der Vertiefung 22 auch eine gerade Wand sein kann, so daß in diesem Fall die Abscheidungsrichtung mit einem Winkel δ < 90° eingestellt werden müßte.
Gegenüber der abgeschatteten Wand wird auf dem entsprechenden Oberflächenabschnitt der Halbleiterschicht 24 eine vordersei­ tige Elektrodenschicht 25 gebildet und diese durch Bedeckung der linksseitigen Innenwand der Vertiefung 22 mit dem Kontaktabschnitt 23a der Elektrodenschicht 23 kontaktiert. Somit sind die beidseits der Vertiefung 22 gebildeten Solarzellen in Reihe zueinander geschaltet.
Alternativ zu der schräggerichteten Abscheidung im letzten Abscheidungsschritt kann das Metall auch zunächst ganzflächig abgeschieden werden und anschließend ein Strukturierungs­ schritt vorgenommen werden, bei dem ein Abschnitt der auf der rechten Innenwand der Vertiefung 22 oder auf dem rechtsseiti­ gen Oberflächenabschnitt nahe der Vertiefung 22 abgeschiede­ nen Schicht 25 beispielsweise durch mechanisches Ritzen wie­ der entfernt wird. Anstelle mechanisches Ritzen kann auch schräg gerichtetes Sputterätzen durchgeführt werden, bei wel­ chem die linksseitige Wand der Vertiefung als Maske dienen kann. Durch den flachen Einfall des Ätzstrahls wird dabei präferentiell an der rechtsseitigen Wand der Vertiefung im oberen Bereich die gewünschte Unterbrechung geätzt. Bei der Fertigung ist dies ist unter Umständen effizienter als mecha­ nisches Ritzen, welches in der Regel einzeln für jede Zelle durchgeführt werden muß.
Bei der Herstellung ist ferner darauf zu achten, daß an der linksseitigen Kante der Vertiefung 22 kein Kurzschluß zwi­ schen den Elektrodenschichten 23 und 25 entsteht. Dieser Ge­ fahr kann beispielsweise dadurch begegnet werden, daß von rechts unter einem sehr flachen Winkel entweder weiteres Halbleitermaterial, in dem gewählten Ausführungsbeispiel also CIGS, oder ein beliebiges isolierendes Material aufgedampft wird. Bedingt durch den flachen Aufdampfwinkel, erfolgt die Deposition bevorzugt an der kritischen linken Kante, während auf der restlichen Oberfläche keine Deposition stattfindet. Dann kann die elektrisch leitfähige Schicht 25 abgeschieden werden, ohne daß die Gefahr eines Kurzschlusses mit der Schicht 23 an der kritischen linken Kante besteht.
Die vorstehend beschriebene Ausführungsart des erfindungsge­ mäßen Verfahrens ist besonders vorteilhaft, da sie eine Serienverschaltung von einzelnen Solarzellen mit nur einem einzi­ gen Strukturierungsschritt ermöglicht, der ganz zu Anfang vor dem Einschleusen der Substrate in die Vakuumkammer erfolgen kann. Die weiteren Prozesse erfolgen in selbstjustierender Weise und können nacheinander, ohne das Vakuum zu brechen, durchgeführt werden. Im Falle einer notwendigen Durchtrennung der transparenten leitfähigen Schicht 25 sind zwar zwei Strukturierungsschritte erforderlich, jedoch erfolgt dieser Schritt nach den Vakuumprozessen. Somit ermöglicht dieses Verfahren die Herstellung eines Dünnschichtsolarmoduls, ohne daß die Abscheidung der Schichten durch Strukturierungen un­ terbrochen werden muß.
Positiv photosensitives Polyimid kann beispielsweise mit dem sogenannten Rollercoat-Verfahren (Walzenbeschichtung) auf das Glassubstrat oder ein beliebiges anderes Substrat aufgebracht werden. Anschließend können die Vertiefungen 22 derart er­ zeugt werden, daß mit einer blau emittierenden Laserdiode oder einer entsprechenden LED über Spiegel oder Beugungsmu­ ster Linien in die Polyimidschicht geschrieben werden, so daß jeweils schräg belichtete Bereiche entstehen. Mit dieser Vor­ gehensweise kann die Zellfläche die durch Bildung der Vertie­ fungen 22 inaktiviert wird, auf Strukturbreiten von z. B. 20 µm reduziert werden, die mit einem Laserstrahl problemlos er­ zeugt werden können. Ferner kann bei der Entwicklung des Po­ lyimids im belichteten Bereich eine definierte Schicht Polyi­ mid zurückbleiben. Dadurch bleibt ein isolierender Film auf dem Substrat 20 stehen, so daß bei der Herstellung des Solar­ moduls auch ein elektrisch leitfähiges Substrat 20 verwendet werden kann. Zusätzlich kann das Polyimid mit einem Interfe­ renzmuster belichtet werden, so daß Oberflächenstrukturen nach dem Entwickeln gebildet werden können, die auch in die später abgeschiedene Halbleiterschicht 24 übertragen werden. Durch derartige Oberflächenstrukturen kann Mehrfachreflexion an der dem Licht ausgesetzten Oberfläche erzeugt werden, durch die der Wirkungsgrad gesteigert werden kann.
Alternativ zur Verwendung einer zu strukturierenden Material­ schicht wie der Polyimidschicht können die grabenartigen Ver­ tiefungen 22 auch direkt in das Substrat 20 geprägt oder ge­ ritzt oder mit einem Laserstrahl erzeugt werden.
Bezüglich des Halbleitermaterials bei den vorstehend be­ schriebenen Solarmodulen ist selbstredend, daß der p-n- Übergang auch in umgekehrter Reihenfolge erzeugt werden kann, so daß als oberste Schicht eine p+-dotierte Schicht erzeugt wird.
Die nachfolgend beschriebenen Ausführungsarten der Erfindung beziehen sich auf eine andere Ausführungsform einer Schal­ tungseinheit, nämlich einer Mehrlagenleiterplatte. Dabei kommt wieder eine Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Tragen, in der die mit schräger Abscheidungsrichtung auf­ gebrachte elektrisch leitfähige Substanz bereits bei ihrer Abscheidung in die Vertiefung mit einer darin vorhandenen elektrisch leitfähigen Schicht kontaktiert wird.
In den Fig. 3A, B ist zunächst der Fall dargestellt, daß zu­ erst eine Mehrfachleiterplatte 30 fertiggestellt wird und an­ schließend mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens ver­ schiedene der in ihr angeordneten Metallisierungsebenen mit­ einander verbunden werden.
Die hergestellte Mehrfachleiterplatte 30 weist in dem gezeig­ ten Ausführungsbeispiel vier Metallisierungsebenen a-d auf, die in bestimmter Weise miteinander elektrisch kontaktiert werden sollen. Zu diesem Zweck wird an geeigneter Stelle der Mehrfachleiterplatte 30 in diese eine Vertiefung 31 bis min­ destens zu der untersten zu verbindenden Metallisierungsebene geformt. Wenn beispielsweise die Aufgabe darin besteht, Lei­ terbahnen der Metallisierungsebenen a und b miteinander zu verbinden, so wird die Vertiefung 31 an einer Stelle geformt, an der an einer ersten Innenwand diese Vertiefung 31 Leiter­ bahnen dieser Metallisierungsebenen freigelegt werden können.
Wenn gleichzeitig eine weitere Aufgabe darin besteht, die Me­ tallisierungsebenen b und d miteinander elektrisch zu kontak­ tieren, so sollte die Vertiefung 31 so bestimmt sein, daß an einer zweiten, der ersten Innenwand gegenüberliegenden Innen­ wand Leiterbahnen der Metallisierungebenen b und d freigelegt sind. Dann kann in einem ersten Verfahrensschritt (A) durch eine erste Schrägabscheidung, bei der die zweite Innenwand abgeschattet wird und nur die erste Innenwand beschichtet wird, eine elektrische Verbindung zwischen den Metallisie­ rungsebenen a und b herbeigeführt werden. Anschließend kann in einem zweiten Schrägabscheidungsschritt (B), bei der die erste Innenwand abgeschattet wird und nur die zweite Innen­ wand beschichtet wird eine elektrische Kontaktierung zwischen den Metallisierungsebenen b und d bewirkt werden.
Das Ausführungsbeispiel der Fig. 3A, B zeigt eine Vertiefung 31 mit geraden Seitenwänden. Es kann jedoch auch vorgesehen sein, daß die Vertiefung in Bezug auf die Ebene der Mehrla­ genleiterplatte schräggestellt ist, d. h. schräggestellte In­ nenwände aufweist. In diesem Fall muß die Richtung der Ab­ scheidung entsprechend bestimmt werden, um einen gewünschten Abschattungseffekt in Bezug auf eine bestimmte Innenwand zu erzielen.
Das vorangegangene Ausführungsbeispiel zeigt, wie eine kon­ ventionelle Mehrlagenleiterplatte 30 hergestellt und an­ schließend mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens in der gewünschten Weise selektiv elektrisch kontaktiert werden kann. Im folgenden wird anhand der Fig. 4A-G gezeigt, wie be­ reits während der Herstellung einer Mehrlagenleiterplatte das Ziel einer selektiven elektrischen Kontaktierung herbeige­ führt werden kann.
Dabei wird im Wechsel mit einem Abscheiden von Metallisie­ rungsebenen bzw. Isolatorschichten und der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens die Mehrlagenleiterplatte aufge­ baut. Zuerst wird gemäß Schritt A auf einem Leiterplattensubstrat eine erste Metallschicht a beispielsweise durch Auf­ dampfen hergestellt. Die Leiterbahnen werden dann herkömmlich strukturiert, beispielsweise durch Verwendung eines Trocken­ filmresist und Rückätzen oder durch Aufbringen von Photolack und anschließendem Aufdampfen und einem Lift-off-Prozeß. An­ schließend wird gemäß Schritt B eine Isolationsschicht aufge­ bracht und in diese entweder mit photolithographischen oder mit mechanischen Methoden (Bohren) eine Vertiefung 41 einge­ bracht. In einem weiteren Schritt C wird die zweite Metallla­ ge b beispielsweise durch Schrägaufdampfen abgeschieden und wieder wie oben beschrieben strukturiert, wobei eine Ver­ schaltung zwischen den Metalllagen a und b erreicht werden kann. Eine mehrfache Wiederholung der Abscheidung einer Iso­ latorschicht und einer Metallschicht führt so zu einer Mehr­ lagenleiterplatte 40 mit definierten Verbindungen zwischen einzelnen Lagen.

Claims (12)

1. Herstellungsverfahren für eine elektronische oder opto­ elektronische Schaltungseinheit, insbesondere für deren elek­ trische Kontaktierungsstruktur, bei welchem
  • a) in einem Substrat (3, 4, 5; 21; 30) eine Vertiefung (10; 22; 31; 41) erzeugt wird, und
  • b) auf einen die Vertiefung enthaltenden Substratabschnitt eine elektrisch leitfähige Substanz in im wesentlichen gerichteter Weise abgeschieden wird, so daß innerhalb der Vertiefung ein Abschnitt von der elektrisch leitfähigen Substanz nicht bedeckt wird, und
  • c) die elektrisch leitfähige Substanz in der Vertiefung bei oder nach ihrer Abscheidung mit einer elektrisch leitfä­ higen Schicht (7; 25; 32) kontaktiert wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
im Verfahrensschritt b.) die bei der Abscheidung der elek­ trisch leitfähigen Substanz vorhandenen Abscheidungsrichtun­ gen sich über einen bestimmten Raumwinkel erstrecken und
in Bezug auf mindestens eine Wand der Substratöffnung schräggestellt und von dieser Wand weggerichtet sind.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Vertiefung bis zu einer Tiefe geformt wird, in der die elektrisch leitfähige Schicht (7; 32) angeordnet ist und die elektrisch leitfähige Substanz bei ihrer Abscheidung mit der elektrisch leitfähigen Schicht (7; 32) kontaktiert wird.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß
die Schaltungseinheit ein Solarmodul aus einer Mehrzahl la­ teral benachbarter photovoltaischer Solarzellen ist, die mit dem Verfahren in Serie geschaltet werden, wobei
auf eine Hauptoberfläche des Halbleitersubstrats (3, 4, 5) eine Mehrzahl von voneinander beabstandeten, elektrisch leitfähigen Elektrodenschichten (6) aufgebracht werden,
von der gegenüberliegenden Hauptoberfläche des Substrats eine oder mehrere Vertiefungen (10) jeweils bis zu Randbe­ reichen von einer von zwei benachbarten Elektrodenschichten (6) geformt werden, und
die Abscheidung der elektrisch leitfähigen Substanz so aus­ geführt wird, daß eine Kontaktierung zwischen der in der Vertiefung (10) angeordneten elektrisch leitfähigen Schicht (7) und einem an die Vertiefung angrenzenden und der ande­ ren Elektrodenschicht (6) gegenüberliegenden Oberflächenab­ schnitt herbeigeführt wird.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß mit der Abscheidung gleichzeitig eine Elektrodenschicht (11) auf den Oberflächenabschnitt und die Kontaktierung der Elektrodenschicht (11) mit der elektrisch leitfähigen Schicht (7) in der Vertiefung (10) bewirkt wird.
6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
die Schaltungseinheit ein Solarmodul aus einer Mehrzahl la­ teral benachbarter photovoltaischer Solarzellen ist, die mit dem Verfahren in Serie geschaltet werden, wobei
nach der Abscheidung der elektrisch leitfähigen Substanz im Verfahrensschritt b.) eine Halbleitermaterialschicht (24) in im wesentlichen gerichteter Weise auf den die Vertiefung (22) enthaltenden Substratabschnitt abgeschieden wird, wo­ bei der von der elektrisch leitfähigen Substanz nicht be­ deckte Abschnitt der Vertiefung (22) von der Halbleiterma­ terialschicht (24) mindestens teilweise ebenfalls nicht be­ deckt wird, und die Halbleitermaterialschicht (24) derart abgeschieden wird, daß sie auf mindestens einem Abschnitt eine Öffnung zu der elektrisch leitfähigen Substanz frei­ läßt,
anschließend gemäß Verfahrensschritt c.) eine weitere elek­ trisch leitfähige Schicht (25) derart auf den die Vertie­ fung (22) enthaltenden Substratabschnitt abgeschieden wird, daß ein Abschnitt auf der Halbleitermaterialschicht (24) von der elektrisch leitfähigen Schicht (25) nicht bedeckt wird.
7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Substrat (20, 21) dadurch gebildet wird, indem auf ei­ nem Träger (20), insbesondere einer Glas-, Kunststoff- oder Metallplatte, eine strukturierbare Materialschicht (21), insbesondere aus einem Kunststoff wie Polyimid aufgebracht wird.
8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Materialschicht (21) zur Erzeugung der Vertiefung (22) belichtet und strukturiert wird.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die weitere elektrisch leitfähige Schicht (25) in gerichte­ ter Weise abgeschieden wird, wobei die Abscheidungsrichtung in Bezug auf die dem nicht zu bedeckenden Abschnitt nächstge­ legene Wand der Vertiefung (22) schräggestellt und von dieser weggerichtet ist.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die weitere elektrisch leitfähige Schicht (25) ganzflächig abgeschieden wird und anschließend ein Abschnitt auf der Halbleitermaterialschicht entfernt wird.
11. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
die Schaltungseinheit eine Mehrlagenleiterplatte (30,40) ist, in der mit dem Verfahren gruppenweise jeweils mehrere Metallisierungsebenen (a-d) elektrisch miteinander verbunden werden, wobei
das Substrat durch eine Mehrlagenleiterplatte (30) oder ein Zwischenprodukt zu einem Mehrlagenleiterplatte (40) gebildet ist, und in einem Abschnitt, in dem eine Verbindung von Me­ tallisierungsebenen erfolgen soll, eine Vertiefung mindestens bis zu der untersten zu verbindenden Metallisierungsebene ge­ formt wird und
die Abscheidung der elektrisch leitfähigen Substanz derart erfolgt, daß zumindest ein zwischen den zu verbindenden Me­ tallisierungsebenen gelegener Abschnitt in der Vertiefung (31, 41) bedeckt wird.
12. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Abscheidung durch Aufdampfen, Sputtern oder ein CVD- Verfahren erfolgt.
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