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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen einer elektrischen
Solarzellen-Kontaktstruktur an
einem Substrat gemäß dem Oberbegriff
des Anspruchs 1 sowie eine Vorrichtung zum Herstellen einer elektrischen
Solarzellen-Kontaktstruktur gemäß dem Oberbegriff
des Anspruchs 25.
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Zur
Modulverschaltung einzelner Solarzellen werden dünne Metallverbinder auf metallische
Verbindungsstrukturen (die sog. Busbars), die an den Rückseiten
der zu verschaltenden Solarzellen vorgesehen sind, gelötet. Zum
Verlöten
der Metallverbinder mit den Busbars müssen diese eine geeignete Oberflächenbeschaffenheit
aufweisen. Unter diesem Gesichtspunkt eignet sich als Material für die Busbars
insbesondere Silber.
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Zum
Erzeugen der Busbars an Solarzellen wird üblicherweise das Siebdruckverfahren
verwendet, wobei die Busbars meistens aus einer silberhaltigen Paste
hergestellt werden, während
der restliche Teil der Solarzellenrückseite mit einer Aluminiumpaste
bedeckt wird. Allerdings ist der Siebdruck mit einer hohen mechanischen
Belastung der als Substrat bei der Solarzellenherstellung verwendeten
Halbleiter-Wafer verbunden. Darüber
hinaus ist das Siebdruckverfahren auch im Hinblick auf die elektrische Leitfähigkeit
der mit diesem Verfahren hergestellten Busbars nicht optimal.
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Störstellenfreiere
Metallisierungen lassen sich zwar mittels Vakuumbeschichtungsprozessen durch
Erzeugen eines Metalldampfes (wie z. B. Aufdampfen oder Kathodenzerstäubung) herstellen. Verfahren
bei denen ein Substrat mit einer Maske in einem CVD-Reaktor zum
Einsatz kommen sind beispielsweise aus der
EP 0 118 576 A1 , der
EP 0 051 396 B1 und
der
US 4400577 A bekannt.
Allerdings müssen
bei derartigen Beschichtungsprozessen Masken mit strukturdefinierenden Öffnungen
verwendet werden, die den zu beschichtenden Wafer außerhalb
der strukturdefinierenden Öffnungen
gegenüber
dem Metalldampf abdecken und dabei selber beschichtet werden. Werden
die zum Einsatz kommenden Masken mehrfach verwendet, verändern sich
im Laufe der Benutzung der Maske die strukturdefinierenden Maskenöffnungen,
so dass die Maske regelmäßig gereinigt
oder erneuert werden muss. Die Erneuerung einer als Draht ausgebildeten Maske
kann, wie z. B. in der
US
2003/0017712 A1 gezeigt, durch ein Abwickeln des Drahtes
erfolgen. Die
DE 42
25 385 C2 schlägt
vor, Einwegmasken, in Form von Bändchen
oder Ölfilmen
einzusetzen, die am Substrat selbst befestigt werden.
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Das
Problem der sich zusetzenden Maskenöffnungen ist nicht auf die
Herstellung von Busbars bei der Solarzellenherstellung beschränkt, sondern betrifft
sämtliche
Herstellungsprozesse, bei denen eine strukturdefinierende Maske
zum Einsatz kommt.
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Das
von der Erfindung zu lösende
Problem besteht darin, in effizienterer Weise als bisher elektrische
Solarzellen-Kontaktstrukturen an einem Substrat zu erzeugen, ohne
das Substrat mechanisch zu belasten.
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Dieses
Problem wird durch das Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs
1 sowie durch die Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 25 gelöst. Besonders
bevorzugte und vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in
den Unteransprüchen
angegeben.
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Danach
wird ein Verfahren zum Herstellen einer elektrischen Solarzellen-Kontaktstruktur
an einem Substrat angegeben, das die Schritte aufweist:
- – Bereitstellen
einer Mehrzahl von Substraten;
- – Herstellen
mindestens einer elektrisch leitfähigen Solarzellen-Kontaktstruktur
an jedem Substrat durch:
- – Erzeugen
eines metallischen Dampfes in einer Metalldampfregion,
- – Bewegen
der Substrate in einer Reihe entlang einer Substrat-Bewegungsrichtung
durch die Metalldampfregion,
- – Anordnen
einer die Substrate in der Metalldampfregion abschnittsweise gegenüber dem metallischen
Dampf abschirmenden Maske, die eine die Solarzellen-Kontaktstruktur
definierende Öffnung
aufweist und
- – Bewegen
der Maske entlang einer Masken-Bewegungsrichtung zumindest abschnittsweise durch
die Metalldampfregion, wobei die Substrat-Bewegungsrichtung und
die Masken-Bewegungsrichtung im Wesentlichen parallel zueinander
verlaufen und die Substrate und die Maske dem Betrag nach mit unterschiedlicher
Geschwindigkeit bewegt werden.
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Durch
das erfindungsgemäße Verfahren
ergibt sich der Vorteil, dass abschirmende Bereiche der Maske, die
durch den metallischen Dampf beschichtet wurden, regelmäßig aus
dem metallischen Dampf herausbewegt werden. Somit wird die Maske
ständig erneuert,
so dass eine Verschlechterung der Strukturerzeugung durch Zusetzen
der strukturdefinierenden Öffnung
verhindert wird.
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In
einer besonders bevorzugten Weiterbildung der Erfindung wird die
Maske beabstandet zu einer dem metallischen Dampf zugewandten Seite der
Substrate angeordnet.
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Vorteilhafterweise
ist die Maske in Form eines Bandes ausgebildet. Durch den metallischen Dampf
beschichtete Abschnitte einer bandförmigen Maske werden beispielsweise
auf eine Spule aufgewickelt und gelagert. Zudem können noch
unbeschichtete Abschnitte ebenfalls auf einer Spule gelagert sein
und beim Bewegen des Bandes von dieser abgewickelt werden. Allgemein
kann für
beschichtete und/oder unbeschichtete Abschnitte eines Maskenbandes
eine Aufnahme zur Lagerung vorgesehen sein, die nicht unbedingt
als Spule ausgebildet sein muss.
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Eine
bandförmige
Maske ist vorteilhaft, allerdings sind jedoch auch andere Ausgestaltungen
der Maske möglich,
z. B. eine Maske in Form einer (z. B. metallischen) Leiste, die
durch den Metalldampf bewegt wird.
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Das
Erzeugen des metallischen Dampfes erfolgt in an sich bekannter Weise,
z. B. mittels eines Sputter- oder Aufdampfprozesses, der in einer
Vakuumanlage durchgeführt
wird. Die Maske ist dabei zumindest abschnittsweise zusammen mit
dem Substrat in der Vakuumanlage angeordnet.
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Das
Bewegen der Maske durch den metallischen Dampf (durch die Metalldampfregion)
erfolgt bevorzugt kontinuierlich, d. h. die (z. B. bandförmige) Maske
wird beim Herstellen der Kontaktstruktur kontinuierlich durch den
Dampf bewegt. Des Weiteren ist auch möglich, dass das Bewegen der
Maske schrittweise erfolgt, wobei z. B. nach Herstellen der Kontaktstruktur
ein Abschnitt der Maske so bewegt wird, dass der beim Herstellen
beschichtete Abschnitt der Maske komplett aus dem Dampf herausbewegt
und durch einen unverbrauchten Abschnitt der Maske ersetzt wird.
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Wenn
das mit der Kontaktstruktur zu versehende Substrat durch das Gebiet
des metallischen Dampf bewegt wird, kann das Substrat in gleicher oder
entgegen gesetzter Richtung wie die Maske durch den metallischen
Dampf bewegt werden. Entscheidend ist, dass die Bewegung von Substrat
und Maske nicht synchron erfolgen muss. Werden Substrat und Maske
in gleicher Richtung bewegt, wird die Geschwindigkeit der Maske
vom Betrag her verschieden (insbesondere geringer) von der Geschwindigkeit
des Substrats gewählt.
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Die
Geschwindigkeit, mit der die Maske durch den Dampf geführt wird,
bestimmt die Dicke der durch den metallischen Dampf auf der Maske
erzeugten Materialschicht, weshalb über die Bewegungsgeschwindigkeit
der Maske die Maskenbelegung (insbesondere der Kanten der strukturdefinierenden Öffnung)
so eingestellt werden kann, dass ein bestimmtes (noch tolerierbares)
Maß nicht überschritten
wird. Hierbei kann die Maske z. B. deutlich langsamer als das Substrat
bewegt werden.
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Zudem
kann über
die Geschwindigkeit der Maske deren Beschichtung so eingestellt
werden, dass ein Auswechseln der Maske im Rhythmus mit regulären Wartungen
der Anlage zum Erzeugen des Metalldampfes erfolgt.
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In
einer besonders bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist die
Maske durch mindestens zwei separate Elemente gebildet, die derart
beabstandet zueinander angeordnet sind, dass durch ihren Abstand
zueinander die strukturdefinierende Öffnung gebildet ist. Der Abstand
zwischen den Elementen legt demnach die strukturdefinierenden Maskenöffnung fest,
durch die metallischer Dampf auf das Substrat durchgelassen wird,
um an dem Substrat die Kontaktstruktur zu erzeugen. Eine besonders
bevorzugte Ausgestaltung sieht vor, dass die einzelnen Elemente
selber keine Öffnungen
haben, sondern die Kontaktstruktur an dem Substrat allein durch
den Abstand (Spalt) zwischen den Elementen definiert wird. Alternativ
können
die einzelnen Elemente jedoch zusätzlich Öffnungen zum Erzeugen weiterer
Strukturen an dem Substrat aufweisen.
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Die
Elemente verlaufen bevorzugt – in
einer Richtung senkrecht zu ihrer Bewegungsrichtung betrachtet – parallel
nebeneinander. Sind die Elemente beispielsweise band- oder folienartig
ausgebildet, erstrecken sie sich entlang einer gemeinsamen Ebene, wobei
gegenüberliegende
Randabschnitte zweier benachbarter Elemente im Bereich des metallischen Dampfes
mit einem konstanten Abstand zu einander verlaufen. Hier entsteht
durch den Abstand der Elemente zueinander eine streifenförmige Öffnung und somit
eine streifenförmige
Kontaktstruktur.
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Es
ist aber auch denkbar, dass zwei benachbarte Elemente im Dampfbereich
schräg
zueinander ausgerichtet sein können,
was z. B. eine Kontaktstruktur mit einer Spitze ergeben würde. Grundsätzlich sind
verschiedene Öffnungskonturen
zwischen den Elementen herstellbar, so dass nicht nur streifenförmige Kontaktstrukturen
definiert werden können. Es
ist natürlich
möglich,
mehr als zwei Elemente zu verwenden, um z. B. (bei zueinander parallel
angeordneten Elementen) mehrere zueinander parallele Kontaktstreifen
an dem Wafer zu erzeugen.
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In
einer weiteren, besonders bevorzugten Ausbildung der Erfindung wird
beim Herstellen der Kontaktstruktur auf der Maske abgeschiedenes
metallisches Material unter Ausnutzung der Bewegung der Maske von
ihr entfernt. Das Entfernen erfolgt vorteilhafterweise mechanisch,
z. B. unter Verwendung einer Schneide oder einer scharfen Kante,
die so angeordnet ist, dass ein aus dem metallischen Dampf herausgeführter, beschichteter
Abschnitt der Maske dicht an der Kante oder Schneide vorbeigeführt wird, so
dass sich abgeschiedenes Material von der Maske ablöst.
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Insbesondere
bei Verwendung einer band- oder folienförmigen Maske kann eine Umlenkvorrichtung
vorhanden sein, die die Maske so umlenkt, dass ein auf die Umlenkstruktur
zulaufender, beschichteter Abschnitt der Maske mit einem von der
Umlenkstruktur weglaufenden Abschnitt der Maske einen spitzen Winkel
bildet und sich das auf der Maske abgeschiedene Material an der
Umlenkstruktur löst.
Diese Erfindungsvariante ermöglicht
ein sehr effizientes Wiedergewinnen des bei der Metallisierung verwendeten Materials,
was insbesondere bei üblicherweise
für Kontaktstrukturen
verwendeten Materialien wie Silber, Zinn oder Aluminium große Einspareffekte
bewirkt.
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Die
Rückgewinnung
des Materials ist das erfindungsgemäße Bewegen der Maske während der Kontaktstrukturherstellung
relativ zum Substrat besonders effizient, da die Maske im Unterschied
zu einer Einzelmaske mit einer sehr viel geringeren Geschwindigkeit
als das Substrat durch den metallischen Dampf geführt werden
kann. Eine Einzelmaske wird immer mit dem Wafer synchron mitbewegt bzw.
während
der Herstellung der Kontaktstruktur gar nicht bewegt und nach einem
einzelnen Herstellungsschritt zusammen mit dem Substrat aus dem Metalldampf
entfernt. Hierdurch würde
auf einer Einzelmaske jeweils nur eine sehr dünne Metallschicht auf einer
Maske abgeschieden, die schwer rückzugewinnen
wäre. Zudem
würde bei
einer Serienproduktion (bei der eine Vielzahl von Substraten etwa
per Fließband
hintereinander durch den metallischen Dampf bewegt wird) die Verwendung
einer Vielzahl von Einzelmasken nötig, was die Rückgewinnung
erschweren würde.
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Eine
weitere Variante zur Rückgewinnung des
beim Herstellen der Kontaktstruktur an der Maske abgeschiedenen
metallischen Materials besteht darin, dass die Maske aus dem gleichen
Material gebildet ist, wie jenes, das zum Herstellen der Kontaktstruktur
verwendet wird (z. B. in Form einer dünnen Silberfolie). Hier würde die
Rückgewinnung
dann einfach durch Einschmelzen der Maske und gleichzeitig des auf
ihr abgeschiedenen metallischen Materials erfolgen. Eine weitere
Variante besteht darin, die Maske aus einem rückstandsfrei verbrennenden
Material zu fertigen. Bei Verbrennen der gebrauchten Maske bzw.
eines verbrauchten Abschnitts der Maske bleibt hierbei das auf der
Maske abgeschiedene metallische Material übrig.
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Weiterhin
ist es von Vorteil, wenn die Maske eine Oberfläche besitzt, an der das Metall
während des
Herstellungsprozesses für
die Kontaktstrukturen ausreichend haftet, es aber nach Entfernen
der Maske aus dem metallischen Dampf leicht mechanisch entfernbar
ist. Hierfür
sind spezielle Beschichtungen der dem metallischen Dampf zugewandten
Seite der Maske denkbar. Insbesondere kann das Entfernen des auf
der Maske abgeschiedenen Materials in der Herstellungsanlage (d.
h. z. B. der Sputter- oder Aufdampfanlage) erfolgen und die Maske
z. B. auch in Form eines Endlosbandes in der Anlage umlaufen.
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Eine
weitere Rückgewinnungs-Variante
sieht vor, dass die Maske aus einem gegenüber einem speziellen chemischen
Lösungsmittel
resistenten Material besteht, so dass sich das auf der Maske abgeschiedene
Material in der chemischen Lösung
löst und
aus der Lösung
rückgewonnen
werden kann.
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Eine
besonders vorteilhafte Variante der Erfindung betrifft die Verwendung
eines Wafers (z. B. aus Silizium) als Substrat, wobei der Wafer
zur Herstellung von Solarzellen dient. Eine Solarzellen-Serienproduktion
sieht das Prozessieren einer Mehrzahl von Wafern hintereinander
vor. Dies ist mit dem erfindungsgemäßen Verfahren möglich, z.
B. über
ein Fließband-Transportsystem,
das eine Reihe von Wafern unmittelbar hintereinander durch den metallischen
Dampf einer entsprechend ausgebildeten Vakuum-Anlage führt.
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Der
Wafer (bzw. sämtliche
Wafer einer Produktionsserie) werden beispielsweise kontinuierlich durch
den metallischen Dampf geführt.
Es ist jedoch auch ein schrittweises Bewegen möglich, wobei z. B. nach Erzeugen
der Kontaktstruktur an einem Wafer dieser aus dem metallischen Dampf
entfernt wird und anschließend
ein neuer Wafer im metallischen Dampf positioniert wird.
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Besonders
bevorzugt weist der Wafer für
die Solarzellenherstellung eine Vorderseite auf, die die lichtempfindliche
Seite der Solarzelle aufweist oder aufweisen soll (falls sie im
Herstellungsprozess für die
Solarzelle noch nicht erzeugt wurde), wobei die Kontaktstruktur
an einer der Vorderseite abgewandten Rückseite des Wafers erzeugt
wird. Insbesondere handelt es sich bei der herzustellenden Struktur um
einen Busbar, über
den weitere Kontaktelemente (insbesondere Metallverbinder) mit einer
Solarzelle verbindbar (verlötbar)
sind.
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In
einer besonders bevorzugten Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens
erfolgt vor dem Herstellen der Busbars, d. h. vor dem Herstellen
der Kontaktstruktur, eine Metallisierung der Waferrückseite, z.
B. mit einer ganzflächigen
Aluminiumschicht. Hierbei ist von Vorteil, die Kontaktstruktur unmittelbar nach
der Aluminiummetallisierung aufzubringen (ohne Unterbrechung des
Vakuums), um eine Oxidierung des Aluminiums vor dem Aufbringen der
Kontaktstruktur zu vermeiden.
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Ein
großflächiges Abscheiden
einer Silberschicht auf der Aluminiumschicht ist aufgrund der hohen
Kosten von Silber nicht wirtschaftlich, so dass die Busbars üblicherweise
als Streifenkontakte gefertigt werden. Andere in Frage kommende
Metalle wie z. B. Zinn oder Nickel sind in Verbindung mit bestimmten Verfahren
zur Rückseitengestaltung
von Solarzellen, wie z. B. lasergefeuerte Kontaktherstellung, für die Effizienz
der Solarzelle nachteilig.
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Es
wird darauf hingewiesen, dass das Substrat nicht unbedingt ein Wafer
sein muss, sondern z. B. auch in Form einer Kunststofffolie oder
eines Glasträgers
ausgebildet sein kann.
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Die
Erfindung sieht des Weiteren eine Vorrichtung zum Herstellen einer
elektrischen Solarzellen-Kontaktstruktur an einer Mehrzahl von Substraten
vor, die aufweist:
- – eine Metalldampferzeugungseinrichtung
zum Erzeugen eines metallischen Dampfes in einer Metalldampfregion
für die
Herstellung einer elektrisch leitfähigen Solarzellen-Kontaktstruktur an den
Substraten;
- – Mitteln
zum Bewegen der Substrate in einer Reihe entlang einer Substrat-Bewegungsrichtung durch
die Metalldampfregion,
- – einer
die Substrate in der Metalldampfregion abschnittsweise gegenüber dem
von der Metalldampferzeugungseinrichtung erzeugten metallischen
Dampf abschirmenden Maske, die eine die Solarzellen-Kontaktstruktur
definierende Öffnung aufweist;
und
- – Mitteln
zum Bewegen der Maske entlang einer Maskenbewegungsrichtung zumindest
abschnittsweise durch die Metalldampfregion, wobei die Substrat-Bewegungsrichtung
und die Maskenbewegungsrichtung im Wesentlichen parallel zueinander
verlaufen, wobei die Mittel zum Bewegen der Substrate und die Mittel
zum Bewegen der Maske derart ausgebildet sind, dass sich die Substrate
und die Maske dem Betrag nach mit unterschiedlicher Geschwindigkeit
bewegen lassen.
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Die
Vorrichtung kann z. B. in eine Vakuumanlage (Aufdampf- oder Sputteranlage)
integriert sein. Besonders bevorzugt umfasst die Vorrichtung Bewegungsmittel,
dass die Maske beabstandet zu einer dem metallischen Dampf zugewandten
Seite der Substrate angeordnet ist.
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Die
Mittel zum Bewegen der Maske weisen bevorzugt eine erste Aufnahme
in Form einer Spule auf, auf die die (bandförmige) Maske mit einem Abschnitt
aufgewickelt ist, wobei der auf die erste Spule aufgewickelte Abschnitt
ein Abschnitt der Maske aufnehmen soll, der aus dem metallischen
Dampf herausgeführt
wird. Mit anderen Worten werden die durch den metallischen Dampf
geführten,
verbrauchten Maskenabschnitte auf der ersten Spule aufgewickelt.
Zusätzlich
kann eine zweite Aufnahme ebenfalls in Form einer Spule vorgesehen
sein, die noch unverbrauchte Abschnitte der bandförmigen Maske enthält, die
noch in den Bereich des zu beschichtenden Substrates geführt werden
sollen. Das Maskenband wird somit von zwei Spulen (wie bei einem
Tonband) durch den metallischen Dampf hindurchbewegt.
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Zusätzlich weist
die Vorrichtung bevorzugt Ablösemittel
zum Ablösen
beim Herstellen der Kontaktstruktur auf der Maske abgeschiedenen
metallischen Materials auf, wobei das Ablösen unter Ausnutzung der Bewegung
der Maske erfolgt. Dies kann z. B. eine Schneide sein, die so in
Bezug zur Maske angeordnet ist, dass bei Bewegung der Maske das abgeschiedene
Material durch die Schneide abgelöst wird. Des Weiteren kann – wie oben
bereits erläutert – eine Umlenkstruktur
vorhanden sein, die eine bandförmige
Maske scharf umlenkt, so dass durch das Umlenken der Maske ein Ablösen abgeschiedenen Materials
von der Maske erfolgt.
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Die
Erfindung wird im Folgenden anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme
auf die Figuren im Einzelnen erläutert.
Es zeigen:
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1 eine
Darstellung eines Ausschnitts einer Solarzellenrückseite;
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2 eine
schematische Darstellung einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung
zum Herstellen von elektrischen Solarzellen-Kontaktstrukturen und
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3 eine
schematisch dargestellte Anordnung zum Ablösen metallischen Materials
von einem Maskenelement.
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1 stellt
einen Ausschnitt einer Rückseite 1 einer
Solarzelle in Draufsicht dar. Die Solarzelle ist auf einem Siliziumsubstrat
gefertigt und weist auf ihrer Rückseite 1 eine
ganzflächig
auf das Substrat aufgebrachte Aluminiumschicht 11 auf.
Auf der Aluminiumschicht 11 sind Solarzellen-Kontaktstrukturen
in Form zweier zueinander beabstandet verlaufender und zueinander
paralleler Kontaktstreifen 12 aus Silber angeordnet. Die
Kontaktstreifen 12 stellen so genannte Busbars dar, die
zum Verbinden (mittels Löten)
mit weiteren Kontaktelementen der Solarzelle dienen, insbesondere
zum Verlöten
der Solarzellen-Rückseite
mit Metallverbindern, über
die wiederum mehrere Solarzellen miteinander verschaltet werden
sollen. Die in 1 gezeigten Busbars 12 besitzen
eine Breite von ungefähr
5 mm und erstrecken sich von einem ersten Rand der Zelle bis zu
einem dem ersten Rand gegenüberliegenden
zweiten Rand der Solarzelle.
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2 zeigt
eine Variante der erfindungsgemäßen Vorrichtung
zum Herstellen elektrischer Solarzellen-Kontaktstrukturen. Eine
Metalldampfquelle 2 (Metalldampferzeugungseinrichtung)
erzeugt einen Metalldampf 21, der sich bis in den Bereich
eines Substrates 3 erstreckt, auf dessen Rückseite 31 eine elektrische
Solarzellen-Kontaktstruktur erzeugt werden soll. Die dargestellte
Vorrichtung ist zur Serienproduktion von Solarzellen geeignet, wobei
eine Mehrzahl von Substraten 3 (in Form von Wafern) nacheinander
(entlang der durch den Pfeil A gekennzeichneten Richtung) durch
den Metalldampf 21 geführt
werden.
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Zwischen
den Substraten 3 befindet sich eine bandförmige Maske 4,
die aus drei Elementen in Form von sich im Bereich des metallischen
Dampfes 21 jeweils entlang der Substratbewegungsrichtung
A erstreckenden Einzelbändern 41 gebildet
ist. Die Einzelbänder 41 sind
nebeneinander und im Bereich des metallischen Dampfes 21 in
einer gemeinsamen Ebene verlaufend angeordnet sind. Zwei benachbarte
Einzelbänder 41 weisen
jeweils einen Abstand d zueinander auf, so dass zwischen gegenüberliegenden
Kanten 42 der Bänder 41 eine
streifenförmige Öffnung 49 gebildet
ist, die entlang der Bewegungsrichtung A der Substrate 3 verläuft.
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Hierdurch
schattet die Maske 4 die durch den metallischen Dampf 21 laufenden
Substrate 3 bis auf den Bereich der Öffnung 49 zwischen
den Einzelbändern 41 ab,
wodurch auf der Substratrückseite 31 streifenförmige Kontaktstrukturen
erzeugt werden. Die Bänder 41 werden
ihrerseits entlang einer Richtung B, die entgegengesetzt zur Bewegungsrichtung A
der Substrate 3 verläuft,
durch den metallischen Dampf 21 bewegt, wobei sich aufgrund
der parallelen Anordnung der Bänder
ihr Abstand zueinander – und somit
die Kontur 48 der zwischen ihnen gebildeten Öffnung 49 und
ihre Position im Metalldampf – sowie ihr
Abstand a zu den Substraten 3 nicht verändert. Die Bewegung der Einzelbänder 41 erfolgt
je nach Anwendung kontinuierlich oder schrittweise, wobei sich die
Einzelbänder
synchron bewegen können. Eine
synchrone Bewegung der Einzelbänder
ist jedoch nicht zwingend; möglich
ist z. B. auch, dass sich benachbarte Bänder gegenläufig bewegen.
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Bei
einer kontinuierlichen Bewegung wird während des Beschichtens eines
Substrates permanent ein durch den metallischen Dampf 21 beschichteter
Abschnitt 41a eines Einzelbandes 41 aus dem metallischen
Dampf 21 herausbewegt, wobei gleichzeitig ein bisher unbeschichteter
Abschnitt 41b eines Einzelbandes 41 in den metallischen
Dampf 21 hineingeführt
wird. Bei einer schrittweisen Bewegung der Maske 4 wird
nach Fertigstellen der Kontaktstruktur auf einem Substrat jedes
Einzelband 41 so weit bewegt, dass der während der
Herstellung der Kontaktstruktur beschichtete Abschnitt des jeweiligen Einzelbandes
aus dem metallischen Dampf 21 komplett herausgeführt wird.
In jedem Fall erfolgt die Bewegung der Maske jedoch relativ (in
diesem Fall entgegengesetzt) zu den Substraten, d. h. die Einzelbänder werden
nicht synchron mit den Substraten bewegt.
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Die
in 2 gezeigte Vorrichtung weist als Bewegungsmittel,
mittels derer die Bänder 41 bewegt
werden, erste und zweite Spulen (Aufnahmen) 43, 44 auf,
die jeweils einem Einzelband 4 zugeordnet sind. Der beschichtete
Teilabschnitt 41a eines der Einzelbänder 41 wird aus dem
metallischen Dampf 21 herausbewegt und auf die erste Spule 43 aufgewickelt.
Der unbeschichtete Teilabschnitt 41a eines der Bänder 41,
der noch nicht durch den metallischen Dampf 21 geführt wurde,
wird gleichzeitig mit dem Herausbewegen des beschichteten Teilabschnitts 41a in
den Dampf hineingeführt,
wobei unbeschichtetes Band weiter von der zweiten Spule 44 abgewickelt
wird. Die Spulen 43 und 44 sind entsprechend so
angeordnet, dass sich der zwischen den Spulen 43, 44 befindliche
Abschnitt eines der Bänder 41 jeweils
durch den Bereich des metallischen Dampfes 21 erstreckt,
um das Substrat 3 zumindest abschnittsweise gegenüber dem
Dampf abzuschatten.
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Im
Falle der 2 werden die Einzelbänder 41 zwar
entgegen der Bewegung der Substrate 3 durch den metallischen
Dampf geführt,
es ist jedoch – wie
weiter oben ausgeführt – auch denkbar,
dass die Bewegung der Substrate und der Einzelbänder in der gleichen Richtung
erfolgt.
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Der 2 ist
weiterhin zu entnehmen, dass die Einzelbänder 41 im Metalldampfbereich
mit einem Abstand a zu den zu beschichtenden Substraten 3 angeordnet
sind, wodurch die Bewegung der Bänder 41 in
eine Richtung entgegen der Bewegungsrichtung der Substrate überhaupt
erst möglich
ist. Hierbei kann ein Abstand von etwa einem Millimeter zwischen
Substrat und Maske gewählt
werden, wobei bei einem derartigen Abstand eine für eine Streifenstruktur
ausreichende Schärfe
der Abbildung (des Metalldampfes) und damit der Metallabscheidung
auf dem Substrat erzielbar ist. Die Bänder 41 sind aus einer
Folie mit einer Dicke im Bereich von 50–200 μm gebildet.
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Der
noch tolerierbare maximale Abstand zwischen Substrat und Maske hängt jedoch
in entscheidendem Maße
von dem gewählten
Abscheideprozess ab, das heißt
von der Art und den konkreten Prozessparametern des Verfahrens,
den metallischen Dampf zu erzeugen. Die in 2 gezeigte Quelle 2 steht
stellvertretend für
die Quelle eines Metalldampferzeugungsverfahren, wie zum Beispiel
des Sputter- oder Aufdampfverfahrens (wobei bei diesen Verfahren
als Quelle ein Metalltarget bzw. ein Tiegel mit aufzuschmelzendem
Metall vorgesehen ist).
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3 zeigt
eine Ablösevorrichtung 5 zum Ablösen auf
einem Element bei Durchqueren metallischen Dampfes abgeschiedenen
metallischen Materials. Die Ablösevorrichtung 5 der 3 kann
zum Beispiel in eine Vorrichtung gemäß der 2 integriert
werden kann. Ein bandförmiges
Element 41 wird mit einem Abschnitt 45 in einer
Richtung B aus einer Prozesszone einer Metalldampferzeugungsvorrichtung
(das heißt
aus dem von der Vorrichtung erzeugten metallischen Dampf, siehe 2)
herausbewegt, wobei der Abschnitt 45 mit metallischem Material 22 beschichtet
ist.
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Das
Element 41 wird aus dem Metalldampf kommend über eine
erste Umlenkrolle 61 auf eine Umlenkstruktur in Form einer
weiteren Umlenkrolle 62 gelenkt, wobei die Umlenkrolle 62 eine
Umlenkstelle 63 definiert, so dass der auf die Umlenkstelle 63 zulaufende
Abschnitt 45 des Elementes 41 und ein von der
Umlenkstelle 63 weg laufende Abschnitt 46 des
Elementes 41 einen spitzen Winkel α bilden. Durch den spitzen Winkel α zwischen
einlaufendem und auslaufendem Band löst sich das auf der Maske abgeschiedene
metallische Material (in Abscherrichtung C).
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Das
bandförmige
Element 41 wird von der Umlenkrolle 62 kommend über eine
weitere Umlenkrolle 64 weggeführt. Hierbei ist es möglich, dass
das die von der Metallbeschichtung befreiten Teile des Bandes 41 auf
eine Spule (nicht dargestellt) aufgewickelt werden und das Band – sobald
das komplette Band durch den metallischen Dampf geführt und
gereinigt wurde – unmittelbar
erneut verwendet wird, etwa durch Austauschen der Spulen. Darüber hinaus ist
auch möglich,
dass das bandförmige
Element 41 als Endlosband ausgebildet ist, so dass ein
von der Metallbeschichtung befreiter Abschnitt des bandförmigen Elementes
wieder in Richtung auf den metallischen Dampf umgelenkt wird und
somit unmittelbar erneut als Maskenelement beim Herstellen einer
Solarzellen-Kontaktstruktur auf einem Substrat dient.
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Bei
Integration der in 3 beschriebenen Ablösevorrichtung
mit der Vorrichtung der 2 würden die drei separaten Einzelbänder jeweils
mit einem Umlenkrollenmechanismus gemäß der 3 ausgestattet.
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Um
das Ablösen
der Metallbeschichtung von dem Element zu erleichtern, kann es auf
seiner dem metallischem Dampf ausgesetzten Seite eine Antihaftbeschichtung
aufweisen. Dabei ist darauf zu achten, dass diese Antihaftbeschichtung
so ausgeführt ist,
dass ein gewisses Anhaften des Metalls möglich ist (um ein Flittern
des Metalls zu vermeiden), jedoch das Abscheren an der Umlenkrolle
vereinfacht ist.
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- 1
- Solarzellenrückseite
- 11
- Aluminiumschicht
- 12
- Busbars,
Solarzellen-Kontaktstruktur
- 2
- Metalldampfquelle
- 21
- Metalldampf
- 22
- Metallschicht
- 3
- Substrat
- 4
- Maske
- 41
- Einzelband
- 41a
- beschichteter
Teilabschnitt
- 41b
- unbeschichteter
Teilabschnitt
- 42
- Kante
- 43
- Aufwickelspule
- 44
- Abwickelspule
- 45,
46
- Abschnitt
- 48
- Kontur
- 49
- Öffnung
- 5
- Ablösevorrichtung
- 61,
62, 64
- Umlenkrolle
- A
- Bewegungsrichtung
Substrat
- B
- Bewegungsrichtung
Maske
- C
- Abscherrichtung
- α
- Winkel
zwischen ein- und auslaufendem Bandabschnitt