DE10131100A1 - Solar cell and tool for cell production using grinding abrasive to give multireflective semiconductor surface - Google Patents
Solar cell and tool for cell production using grinding abrasive to give multireflective semiconductor surfaceInfo
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Abstract
Description
Die Erfindung bezieht sich auf eine Solarzelle aus einer Schicht aus Halbleitermaterial nach dem Patentanspruch 1 oder 2. The invention relates to a solar cell made of a layer of semiconductor material according to claim 1 or 2.
Herkömmlich weisen Solarzellen zur Ausnutzung des Fotovoltaikeffektes eine Halbleiterschicht auf, insbesondere aus Silizium. Das Silizium ist entweder monokristallin oder multikristallin. Zur Herstellung von multikristallinen Wafern wird Reinstsilizium aufgeschmolzen und zu einem Block gegossen, der anschließend in Wafer geschnitten wird. Conventionally, solar cells have a utilization of the photovoltaic effect Semiconductor layer, in particular of silicon. The silicon is either monocrystalline or multicrystalline. For the production of multicrystalline wafers, pure silicon is used melted and poured into a block, which was then cut into wafers becomes.
Um mehr Solarzellen aus der gleichen Menge Silizium herstellen zu können und zur Vermeidung von Sägeverlusten werden Siliziumscheiben direkt aus der Schmelze gezogen. Weitere Verfahren zur Herstellung von Solarzellenmaterial sind das Aufbringen einer Halbleiterschicht üblicherweise Silizium auf ein Trägersubstrat (Keramik, Glas, Graphit, minderwertiges Silizium, etc.) z. B. mittels Gasphasenabscheidung, Flüssigphasenepitaxie, Benetzen mit flüssigem Halbleitermaterial. Diese mit Alternativverfahren zum Blockguss hergestellte Siliziumscheiben, auch Foliensilizium genannt, weisen den Nachteil, dass zumindest eine der Seiten der Scheiben uneben ist. Dies erschwert die Anwendung der bei der Verwendung von blockgegossenem Silizium üblichen Herstellungsschritte einer Solarzelle, wie Siebdruckmetallisierung, Scheibentransport, Klassifizierung der Zellen, etc. In order to produce more solar cells from the same amount of silicon and to Avoiding sawing losses, silicon wafers are taken directly from the melt drawn. Other methods for producing solar cell material are the Applying a semiconductor layer usually silicon on a carrier substrate (Ceramics, glass, graphite, inferior silicon, etc.) z. B. by means of vapor deposition, Liquid phase epitaxy, wetting with liquid semiconductor material. This with Alternative method of ingot silicon wafers, also foil silicon called, have the disadvantage that at least one of the sides of the discs is uneven. This complicates the application of the use of block cast Silicon conventional manufacturing steps of a solar cell, such as screen-printing metallization, Disc transport, classification of cells, etc.
Ein wesentlicher Verlustmechanismus von Solarzellen ist die Rückreflexion der einfallenden Sonnenstrahlung an den Solarzellenoberflächen. So reflektiert z. B. kristallines Silizium im Mittel im Sichtbaren etwa 35% der einfallenden Strahlung. Diese Verluste können nur teilweise durch das Aufbringen einer Antireflexbeschichtung behoben werden. Ein effizienter Ansatz zur Minderung der Oberflachenreflexion ist die Verwendung einer Oberflächentextur. Dabei wird das Halbleitermaterial mit einer regelmäßigen Oberflächenstruktur z. B. in Form von Gräben, Pyramiden, etc. oder nach dem Zufallsprinzip verlaufenden Texturen versehen. Diese Bewirken zum einen, daß das einfallende Licht Mehrfachreflexionen durchläuft und somit dessen Absorptionswahrscheinlichkeit erhöht wird (siehe Fig. 1), zum anderen, dass der einfallende Lichtstrahl schräg in das Halbleitermatierial eingekoppelt wird und somit dessen Weglänge in der Halbleiterscheibe erhöht wird (siehe Fig. 1). Dieser Effekt, auch Light-trapping genannt, ist insbesondere bei kristallinem Silizium als indirektem Halbleiter von Bedeutung, da insbesondere Licht mit Wellenlängen nahe der Bandlücke nur schwach absorbiert wird. A significant loss mechanism of solar cells is the back reflection of the incident solar radiation at the solar cell surfaces. So z. B. crystalline silicon on average in the visible about 35% of the incident radiation. These losses can only be partially resolved by applying an anti-reflection coating. An efficient approach to reducing surface reflection is to use a surface texture. In this case, the semiconductor material with a regular surface structure z. B. in the form of trenches, pyramids, etc. or randomly running textures provided. The effect of this is firstly that the incident light undergoes multiple reflections and thus its absorption probability is increased (see FIG. 1), and secondly that the incident light beam is obliquely coupled into the semiconductor material and thus its path length in the semiconductor wafer is increased (see FIG. 1). This effect, also called light trapping, is of particular importance in the case of crystalline silicon as an indirect semiconductor, since in particular light with wavelengths close to the band gap is only weakly absorbed.
Das Texturieren von Halbleiterschichten für Solarzellen ist an sich bekannt. Drei Verfahren stehen derzeit zur Verfügung. Das eine bezieht sich auf die nasschemische Texturierung unter Einsatz von Säuren [U. Kaiser, M. Kaiser, R. Schindler, Texture etching of multicrystalline silicon Proc. 10th EC PVSEC, Lisbon, 1991, pp. 293-294] oder Laugen [J. Haynos, J. Allison, R. Arndt, A. Meulenberg, The Comsat Non- Reflective Silicon Solar Cell: A Second Generation Improved Cell, Int. Conf. on Photovoltaic Power Generation, Hamburg, September 1974, p. 487]. Für multikristalline Solarzellen mit variierender Kristallorientierung ist die alkalische Texurierung unter Ausnutzung des anisotropen Ätzverhaltens von Laugen in kristallinem Silizium nicht besonders wirksam. Die Texturierung mittels Säuren ist stark von der Temperatur abhängig und somit schwierig zu kontrollieren. In beiden Fällen wird der Verbrauch gesundheitsschädlicher Chemikalien bei der Produktion von Solarzellen erhöht. The texturing of semiconductor layers for solar cells is known per se. Three Procedures are currently available. One refers to the wet-chemical Texturing using acids [U. Kaiser, M. Kaiser, R. Schindler, Texture etching of multicrystalline silicon Proc. 10th EC PVSEC, Lisbon, 1991, pp. 293-294] or alkalis [J. Haynos, J. Allison, R. Arndt, A. Meulenberg, The Comsat Non- Reflective Silicon Solar Cell: A Second Generation Improved Cell, Int. Conf. on Photovoltaic Power Generation, Hamburg, September 1974, p. 487]. For Multicrystalline solar cells with varying crystal orientation is the alkaline texture taking advantage of the anisotropic etching behavior of alkalis in crystalline silicon not very effective. The texturing by means of acids is very strong Temperature dependent and thus difficult to control. In both cases, the Consumption of harmful chemicals in the production of solar cells elevated.
Bei der trockenchemischen Texturierung (z. B. reaktives Ionenätzen) werden Gase (z. B. auf Chlorbasis) in einem Plasma angeregt [Y. Inomata, K. Fukui, K. Shirasawa, Surface Texturing of Large Area Multicrystalline Silicon Solar Cells, Tech. Dig. 9th PVSEC, Miyazaki, 1996, p. 109-110]. Die frei werdenden Ionen oder Radikale ätzen die Oberfläche der Halbleiterscheibe an und erzeugen eine Textur. Da die verwendeten Gase gesundheitsschädlich sind, müssen sie mittels eine Abluftwäschers in unschädliche Verbindungen umgewandelt werden. In dry chemical texturing (eg, reactive ion etching), gases become (eg chlorine-based) in a plasma [Y. Inomata, K. Fukui, K. Shirasawa, Surface Texturing of Large Area Multicrystalline Silicon Solar Cells, Tech. Dig. 9th PVSEC, Miyazaki, 1996, p. 109-110]. Etch the liberated ions or radicals the surface of the semiconductor wafer and create a texture. Since the used Gases are harmful to health, they must by means of a fume scrubber in harmless compounds are converted.
Bekannt ist schließlich die makroskopische Texturierung mit einem Profil-Werkzeug, beispielsweise einer profilierten Schleifwalze, mit einem geometrisch bestimmten Profil, das seinerseits ein spiegelbildliches, geometrisch bestimmtes, makroskopisches Profil am Werkstück erzeugt [G. Willeke, H. Nussbaumer, H. Bender, E. Bucher, A Simple and Effective Light Trapping Technique for Polycrystalline Silicon Solar Cells, Solar Energy Materials and Solar Cells 26, 1992, pp. 345-356], [P. Fath, C. Marckmann, E. Bucher, G. Willeke, J. Szlufcik, K. De Clerq, F. Duerinckx, L. Frisson, J. Nijs, R. Mertens, Multicrystalline silicon solar cells using a new high throughput mechanical texturization technology and a roller printing metallization technique, Proc. 13th EPVSEC, Nice, 1995, pp. 29-32], [P. Fath, C. Zechner, B. Terheiden A. Boueke, C. Marckmann, Gerhards, R. Tölle, M. Spiegel, G. Willeke, E. Bucher, Processing, characterisation and simulation of advanced mechanically textured mono- and multicrystalline silicon solar cells, Proc. 14th European PVSEC, Barcelona, 1997, p. 73-76]. Solche Werkzeuge können Fräser mit Profilschneiden oder Schleifwalzen mit makroskopischen Profilen, wie z. B. V-Profilen, sein. Mit Hilfe einer derartigen Schleifwalze kann nur ein relativ grobes Rillenprofil (Makroprofil) in der Größenordnung üblicherweise > 50 µm erzeugt werden. Dünnschicht-Solarzellen oder dünne Wafer mit z. B. einer Dicke von < 200 µm können auf diese Weise aufgrund des erhöhten Bruchrisikos nicht bearbeitet werden. Außerdem ist der Aufwand in der Profilierung für ein derartiges Werkzeug verhältnismäßig hoch. Finally, the macroscopic texturing is known with a profile tool, for example a profiled grinding roller, with a geometrically determined profile, which in turn generates a mirror-image, geometrically determined, macroscopic profile on the workpiece [G. Willeke, H. Nussbaumer, H. Bender, E. Bucher, A Simple and Effective Light Trapping Technique for Polycrystalline Silicon Solar Cells, Solar Energy Materials and Solar Cells 26 , 1992 , p. 345-356], [P. Fath, C. Marckmann, E. Bucher, G. Willeke, J. Szlufcik, K. De Clerq, F. Duerinckx, L. Frisson, J. Nijs, R. Mertens, Multicrystalline silicon solar cells using a new high throughput mechanical texture technology and a roller printing metallization technique, Proc. 13th EPVSEC, Nice, 1995, pp. 29-32], [P. Fath, C. Zechner, B. Terheiden A. Boueke, C. Marckmann, Gerhards, R. Tölle, M. Spiegel, G. Willeke, E. Bucher, Processing, characterization and simulation of advanced mechanized mono- and multicrystalline silicon solar cells, proc. 14 th European PVSEC, Barcelona, 1997, p. 73-76]. Such tools can cutters with profile cutting or grinding rollers with macroscopic profiles, such. B. V-profiles. With the aid of such a grinding roller, only a relatively coarse groove profile (macroprofile) of the order of usually> 50 μm can be produced. Thin-film solar cells or thin wafers with z. B. a thickness of <200 microns can not be processed in this way due to the increased risk of breakage. In addition, the cost of profiling for such a tool is relatively high.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Solarzelle aus einem Halbleitermaterial bzw. aus einer dünnen Schicht aus Halbleitermaterial auf einem Substrat zu texturieren bzw. zu bearbeiten, zur Erzielung eines höheren Wirkungsgrades verglichen mit herkömmlicher Technologie bei gleichzeitiger Vereinfachung des Herstellungsverfahrens. The invention is based on the object, a solar cell from a Semiconductor material or from a thin layer of semiconductor material on a substrate Texturing or to edit, for greater efficiency compared with conventional technology while simplifying the Manufacturing process.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 bzw. 2 gelöst. This object is solved by the features of patent claims 1 and 2, respectively.
Bei der Solarzelle nach Patentanspruch 1 weist die Oberfläche der Halbleiterschicht ein Mikrorillenprofil auf, bei dem die einzelnen Rillen eine Breite, Tiefe und Abstand von höchsten 10 µm aufweisen, vorzugsweise von höchstens 5 µm. Die untere Grenze ist durch die Wellenlänge des sichtbaren Lichtes gegeben. Erfindungsgemäß sind diese Rillen im Wege einer Schleifbearbeitung durch das Schleifkorn eines Schleifmittelbelages erzeugt, in welchem die Schleifkörner eine gesonderte Anordnung aufweisen. In the solar cell according to claim 1, the surface of the semiconductor layer a microgroove profile in which the individual grooves have a width, depth and distance of the highest 10 .mu.m, preferably of at most 5 .mu.m. The lower limit is given by the wavelength of visible light. According to the invention these are Grooving by grinding through the abrasive grain of a Produces abrasive coating in which the abrasive grains have a separate arrangement.
Bei der Solarzelle nach Patentanspruch 2 wird von einer dünnen Halbleiterschicht ausgegangen, die auf ein Substrat aufgebracht ist. In diesem Falle weist entweder die Rückseite der Halbleiterschicht oder die der Halbleiterschicht zugewandte Oberfläche des Substrats Mikrorillenprofile auf mit den gleichen Merkmalen wie oben angegeben. In the solar cell according to claim 2 is of a thin semiconductor layer assumed that is applied to a substrate. In this case, either the Rear side of the semiconductor layer or the semiconductor layer facing surface of the substrate microgroove profiles with the same characteristics as stated above.
Mikrorillenprofile der angegebenen Art lassen sich mit vertretbarem Aufwand durch eine geeignete Schleifmittelschicht bzw. durch deren Körner erzeugen, so dass die Erfindung insbesondere vorteilhaft bei Dünnschicht-Solarzellen ist. Microgroove profiles of the specified type can be achieved with reasonable effort produce a suitable abrasive layer or by their grains, so that the Invention is particularly advantageous in thin-film solar cells.
Eine mechanische Bearbeitung der Oberfläche der Halbleiterschicht erfordert im Anschluss eine chemische Behandlung (Ätzen). Aufgrund der bei der erfindungsgemäßen Solarzelle vorgenommenen Mikrotexturierung ist der Einsatz chemischer Mittel für das nachfolgende Ätzen minimal. Die bei der erfindungsgemäßen Solarzelle erzielte Wirkungsgradverbesserung steht derjenigen bei der Anwendung herkömmlicher Texturierungen nicht nach. A mechanical treatment of the surface of the semiconductor layer requires in Follow a chemical treatment (etching). Due to the at the According to the invention, micro-texturing is the use of chemical Means for the subsequent etching minimal. The in the solar cell according to the invention achieved efficiency improvement is the one in the application conventional texturing not after.
Die Oberfläche der erfindungsgemäßen Solarzelle kann plan sein. Dies betrifft auch das Substrat. Es ist jedoch auch möglich, die bekannte Makrotexturierung, beispielsweise unter Bildung eines Makrorillenprofils, mit der erfindungsgemäßen Texturierung zu kombinieren. In diesem Fall sind dann die Mikrorillen in die Wandung der Rillen des Makroprofils eingeformt. Wie oben erwähnt, kommt jedoch eine derartige Anwendung nur bei ausreichend dicken Halbleiterschichten in Betracht. The surface of the solar cell according to the invention may be flat. This also applies the substrate. However, it is also possible to use the well-known macrotexturing, for example, forming a macrogroove profile, with the invention Texturing combine. In this case, then the microgrooves in the wall of the Grooved macroprofile formed. As mentioned above, however, such comes Use only with sufficiently thick semiconductor layers into consideration.
Nach einer Ausgestaltung der Erfindung kann auch die Rückseite der Halbleiterschicht die Mikrorillenprofile aufweisen. Es weist dann die gleichen Abmessungen der Mikrorillen auf, wie oben angegeben, bei gleicher oder ähnlicher Geometrie. According to one embodiment of the invention, the rear side of the semiconductor layer can also be used have the microgroove profiles. It then has the same dimensions Microgrooves on, as stated above, with the same or similar geometry.
Die Erfindung ist insbesondere vorteilhaft anwendbar auf Halbleitermaterialschichten aus kristallinem Silizium, vorzugsweise multikristallinem Silizium. The invention is particularly advantageously applicable to semiconductor material layers of crystalline silicon, preferably multicrystalline silicon.
Ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Herstellung einer Solarzelle nach der Erfindung sieht folgende Schritte vor: Eine mit hoher Drehzahl angetriebene Schleifwalze mit einem körnigen Schleifmittelbelag und eine Halbleiterschicht werden relativ zueinander linear bewegt. Die Vorschubgeschwindigkeit bzw. die Relativgeschwindigkeit ist so groß, dass ein einzelnes Korn des Schleifbelages eine weitgehend durchgehende Rille zu formen imstande ist. Um dies zu erfüllen, sollte die Vorschubgeschwindigkeit nicht größer als die Tiefe der Rillen sein dividiert durch die Umlaufzeit der Schleifwalze bzw. multipliziert mit deren Umlauffrequenz. Falls diese Bedingung unterschritten wird, entstehen unregelmäßige punktuelle Vertiefungen auf der Oberfläche des Wafers, die längs der Vorschubgeschwindigkeit keine Rillenstruktur aufweisen. Das Korn hat dabei vorzugsweise eine Größe, die ein Vielfaches der Breite der Rille beträgt. Aus dem genannten Grund wird eine relativ hohe Drehzahl des Schleifwerkzeugs gewählt, vorzugsweise bis zu 18.000 U/min. Für die Bearbeitung spielt es keine Rolle, ob die Schleifwalze relativ zur Oberfläche der Halbleiterschicht bewegt wird oder das zu bearbeitende Werkstück oder beide. An inventive method for producing a solar cell according to the invention provides the following steps: A high speed driven sanding roller with a granular abrasive coating and a semiconductor layer become relative moved linearly to each other. The feed rate or the relative speed is so large that a single grain of the abrasive coating is a largely continuous Groove is able to shape. To do this, the feed rate should be not greater than the depth of the grooves divided by the orbital period of the grooves Grinding roller or multiplied by their rotational frequency. If this condition is undershot, create irregular punctate depressions on the surface of the wafer, which have no groove structure along the feed speed. The grain preferably has a size which is a multiple of the width of the groove is. For the above reason, a relatively high speed of the Grinding tool selected, preferably up to 18,000 U / min. It does not work for editing Role, whether the grinding roller is moved relative to the surface of the semiconductor layer or the workpiece to be machined or both.
Wie eingangs erwähnt, besteht insbesondere bei folienartigen Halbleiterschichten die Gefahr, dass die Oberfläche relativ uneben ist. Daher sieht eine Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens vor, dass in einem ersten Schleifgang mit einem ersten Werkzeug die Halbleiterschicht plangeschliffen und in einem zweiten Schleifgang mit einer zweiten Walze die Mikrorillenprofile geformt werden. Beide Schleifvorgänge können jedoch in einem Durchgang ablaufen, in dem z. B. die Schleifwalzen in Arbeitsrichtung hintereinander angeordnet werden bzw. auch nur in einem Arbeitsgang mit einem einzigen Schleifwerkzeug, wenn die Belagspezifikation und die Schleifbedingungen in besonderer Weise aufeinander abgestimmt werden. As mentioned above, in particular in the case of film-like semiconductor layers, the Danger that the surface is relatively uneven. Therefore, an embodiment of the inventive method that in a first grinding cycle with a first Tool the semiconductor layer ground flat and in a second sanding with a second roll the microgroove profiles are formed. Both grinding processes However, can run in one pass, in the z. B. the sanding rollers in Working direction are arranged one behind the other or even in one Operation with a single grinding tool, if the covering specification and the Grinding conditions are matched in a special way to each other.
Bei der Einformung eines Makrorillenprofils ist auch die Schleifwalze entsprechend profiliert. Ein derartiges Profil kann durch die Schleifmittelschicht selbst gebildet sein oder dadurch, dass der Trägerkörper am Umfang profiliert ist und die Schleifmittelschicht gleichmäßig aufgetragen. When forming a macrogroove profile, the sanding roller is also appropriate profiled. Such a profile may be formed by the abrasive layer itself or in that the carrier body is profiled on the periphery and the Evenly applied abrasive layer.
Die Schleifmittelschicht besteht aus Diamantkörnern in Metall- oder Kunststoffbindung. Im Fall einer Metallbindung wird vorzugsweise eine Nickelbindung verwendet. Nach einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung werden Diamantkörner mit verschiedenen Durchmessern miteinander gemischt, daher liegt der Korngrößenbereich der kleineren Diamantkörner zwischen D7 und D25 und für die größeren Diamantkörner zwischen D25 und D64 nach dem FEPA-Standard. Die Konzentration der Schleifkörner liegt vorzugsweise im Bereich von C25 bis C100 nach allgemeinem Standard. The abrasive layer consists of diamond grains in metal or Plastic binding. In the case of a metal bond, a nickel bond is preferably used. According to a preferred embodiment of the invention are diamond grains with mixed with different diameters, therefore, the grain size range is the smaller diamond grains between D7 and D25 and for the larger ones Diamond grains between D25 and D64 according to the FEPA standard. The concentration of Abrasive grains are preferably in the range of C25 to C100 in general Default.
Fig. 1 zeigt schematisch die Mehrfachreflexion von Lichtstrahlen in einer V-förmigen Oberflächenstruktur (Fall A) und das Einkoppeln langweiliger Photonen in einer V-Textur durch Unterschreiten des Grenzwinkels der Totalreflexion (Fall B). Fig. 1 shows schematically the multiple reflection of light rays in a V-shaped surface structure (case A) and the coupling of boring photons in a V-texture by falling below the critical angle of total reflection (case B).
Fig. 2 zeigt schematisch das Prinzip der erfindungsgemäßen Mikrotexturierung durch stochastisch verteilte Schleifkörner. Fig. 2 shows schematically the principle of the microtexturing according to the invention by stochastically distributed abrasive grains.
Fig. 3 zeigt schematisch eine Werkzeuganordnung zum Texturieren eines Siliziumwafers. Fig. 3 shows schematically a tooling arrangement for texturing a silicon wafer.
Fig. 4 zeigt schematisch das Profil einer Halbleiterschicht für eine Solarzelle. Fig. 4 shows the profile schematically a semiconductor layer for a solar cell.
In Fig. 2 ist das Prinzip der Mikrotexturierung von Solarzellen mittels stochastisch verteilter Diamantkörner dargestellt. Die während des Schleifvorganges erzielten Texturprofile 42, 46 an der Oberfläche des Halbleiterwafers 26 ergeben sich aus der Projektion 43 aller exponierten Schleifkörnern auf dem Umfang der Schleifwalze 10. Dabei bestimmen die am weitesten aus dem Belag herausragenden Schleifkörnerspitzen das Profil unter Berücksichtigung der eingangs genannten Bedingung, dass die Vorschubgeschwindigkeit nicht größer als die Tiefe der Rillen dividiert durch die Umlaufzeit der Schleifwalze bzw. multipliziert mit deren Umlauffrequenz ist. FIG. 2 shows the principle of microtexturing of solar cells by means of stochastically distributed diamond grains. The texture profiles 42 , 46 achieved on the surface of the semiconductor wafer 26 during the grinding process result from the projection 43 of all exposed abrasive grains on the circumference of the grinding roller 10 . In this case, the abrasive grains protruding furthest out of the coating determine the profile, taking into account the condition mentioned at the outset, that the feed rate is not greater than the depth of the grooves divided by the circulation time of the grinding roll or multiplied by its rotational frequency.
In Fig. 3 sind eine erste Schleifwalze 10 und eine zweite Schleifwalze 12 dargestellt, die in Lagern 14, 16 bzw. 18, 20 um eine horizontale Achse drehbar gelagert sind. In Fig. 3, a first grinding roller 10 and a second grinding roller 12 are shown, which are rotatably mounted in bearings 14 , 16 and 18 , 20 about a horizontal axis.
Beide Walzen 10, 12 werden durch einen geeigneten Antrieb mit hoher Drehzahl angetrieben, beispielsweise bis zu 18.000 U/min. Ihre Drehrichtung ist durch den Pfeil 22 angedeutet. Die Kreislinien 24 auf beiden Walzen 10, 12 sollen kein Profil andeuten, sondern die Anordnung von Schleifkörnern eines Schleifbelages, der auf die Walzen 10, 12, d. h. auf entsprechende Grundkörper zylindrischer Gestalt, aufgebracht ist. Der Schleifbelag besteht aus kleineren und größeren Diamantkörnern im Größenbereich zwischen D7 und D25 einerseits und D25 und D64 nach dem FEPA-Standard andererseits in einer Konzentration von C25 bis C100. Sie liegen vorzugsweise in einer Nickelbindung vor. Both rollers 10 , 12 are driven by a suitable drive at high speed, for example up to 18,000 rpm. Its direction of rotation is indicated by the arrow 22 . The circular lines 24 on both rollers 10 , 12 are not intended to indicate a profile, but the arrangement of abrasive grains of an abrasive coating, which is on the rollers 10 , 12 , that is applied to corresponding body of cylindrical shape. The abrasive coating consists of smaller and larger diamond grains in the size range between D7 and D25 on the one hand and D25 and D64 according to the FEPA standard on the other hand in a concentration of C25 to C100. They are preferably present in a nickel bond.
In Fig. 3 ist ferner ein Siliziumwafer 26 dargestellt, der sich in Richtung des Pfeils 28 unter den Schleifwalzen 10, 12 bewegt. Diese formen ein Mikrorillenprofil 30 in die Oberfläche des Wafers 26. Das Mikrorillenprofil ist in der Figur stark vergrößert dargestellt. Es hat in Wirklichkeit eine Tiefe, eine Breite und einen Abstand von unter 10 µm vorzugsweise unter 5 µm. Die Relativgeschwindigkeit der Werkzeuge zum Werkstück, d. h. die Drehzahl der Walzen 10, 12 und die Lineargeschwindigkeit des Wafers 26 sind derart, dass weitgehend durchgehende Rillen erzeugt werden. Mithin ist die Geschwindigkeit größer als die Tiefe der Rillen dividiert durch die Umlaufzeit der Schleifwalzen 10, 12 bzw. multipliziert mit deren Umlauffrequenz. Die Profilierung bzw. Texturierung erfolgt mit der Walze 12, während die Walze 10, die in Arbeitsrichtung zuerst mit dem Wafer 26 in Eingriff gelangt, zu Planierzwecken eingesetzt wird. Bei ausreichend planen Oberflächen des Wafers kann auch auf eine Planierung verzichtet werden. In Fig. 3, a silicon wafer 26 is further shown, which moves in the direction of arrow 28 under the grinding rollers 10 , 12 . These form a microgroove profile 30 into the surface of the wafer 26 . The microgroove profile is shown greatly enlarged in the figure. It has in reality a depth, a width and a distance of less than 10 μm, preferably less than 5 μm. The relative speed of the tools to the workpiece, ie the speed of the rollers 10 , 12 and the linear speed of the wafer 26 are such that substantially continuous grooves are generated. Thus, the speed is greater than the depth of the grooves divided by the rotation time of the grinding rollers 10 , 12 and multiplied by their rotational frequency. The profiling or texturing takes place with the roller 12 , while the roller 10 , which first comes into engagement with the wafer 26 in the working direction, is used for grading purposes. With sufficiently flat surfaces of the wafer can also be dispensed with a planing.
Es versteht sich, dass die Walzen 10, 12 auch als Profilwalzen ausgestattet sein können. welche ein entsprechendes Grabenprofil in die Oberfläche des Wafers einformen, wobei ein entsprechender Schleifbelag der Profilwalzen, wie er in Verbindung mit den Walzen 10, 12 erläutert wurde, ein Mikrorillenprofil in die Wandung des Grabenprofils einformt. Letzteres Verfahren ist jedoch nur für Dicken von Wafer anwendbar, die über 200 µm liegen. Für sogenannte Dünnschicht-Wafer, wie sie vermehrt für Solarzellen eingesetzt werden, kommt das zuletzt beschriebene Verfahren nicht in Betracht. It is understood that the rollers 10 , 12 can also be equipped as profile rollers. which form a corresponding trench profile in the surface of the wafer, wherein a corresponding abrasive coating of the profile rollers, as has been explained in connection with the rollers 10 , 12 , einformt a microgroove profile in the wall of the trench profile. However, the latter method is only applicable to thicknesses of wafers that are above 200 microns. For so-called thin-film wafers, as they are increasingly used for solar cells, the method last described is out of the question.
In Fig. 4 ist ein Querschnitt durch die obere Schicht einer Halbleiterschicht 40 dargestellt, wie sie für eine Solarzelle verwendet wird. Man erkennt zum Beispiel ein erstes Rillenprofil 42 mit einer durchschnittlichen Tiefe von 3 bis 5 µm. In mehr oder weniger unregelmäßigen Abständen sind tiefere Rillen 44 eines zweiten Profils 46 zu erkennen. Die tieferen Rillen haben eine durchschnittliche Tiefe von z. B. 10 µm. Beide Profile 42, 46 werden von einem einzigen Schleifbelag erzeugt, der zum einen kleinere Diamantkörner als Matrix enthält, in die größere Diamantkörner in stochastischer Verteilung eingebracht sind. Neben der gewünschten Wirkungsgradverbesserung für die Halbleiterschicht ist von Vorteil, dass zugleich eine Planierung der Oberfläche durch die kleineren Diamantkörner stattfindet, welche das kleinere Mikrorillenprofil 42 erzeugen. FIG. 4 shows a cross section through the upper layer of a semiconductor layer 40 , as used for a solar cell. For example, a first groove profile 42 having an average depth of 3 to 5 μm can be seen. At more or less irregular intervals deeper grooves 44 of a second profile 46 can be seen. The deeper grooves have an average depth of z. B. 10 microns. Both profiles 42 , 46 are produced by a single abrasive coating containing, on the one hand, smaller diamond grains as a matrix into which larger diamond grains are introduced in stochastic distribution. In addition to the desired improvement in the efficiency of the semiconductor layer, it is advantageous that at the same time the surface is planarized by the smaller diamond grains which produce the smaller microgroove profile 42 .
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2001
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Patent Citations (2)
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| JP 07-193263A (PAJ-Abstract) * |
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