DE102006055862B4

DE102006055862B4 - Verfahren und Vorrichtung zum Herstellen einer elektrischen Solarzellen-Kontaktstruktur an einem Substrat

Info

Publication number: DE102006055862B4
Application number: DE102006055862A
Authority: DE
Inventors: Jörg Dr. Müller; Markus Hlusiak
Original assignee: Q Cells SE
Current assignee: Hanwha Q Cells GmbH
Priority date: 2006-11-22
Filing date: 2006-11-22
Publication date: 2008-07-03
Anticipated expiration: 2026-11-23
Also published as: WO2008062050A3; EP1943685A2; DE102006055862A1; WO2008062050A2

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen einer elektrischen Solarzellen-Kontaktstruktur an einem Substrat, mit den Schritten: - Bereitstellen einer Mehrzahl von Substraten (3); - Herstellen mindestens einer elektrisch leitfähigen Solarzellen-Kontaktstruktur (12) an jedem Substrat (3) durch: - Erzeugen eines metallischen Dampfes (21) in einer Metalldampfregion, - Bewegen der Substrate (3) in einer Reihe entlang einer Substrat-Bewegungsrichtung (A) durch die Metalldampfregion, - Anordnen einer die Substrate (3) in der Metalldampfregion abschnittsweise gegenüber dem metallischen Dampf (21) abschirmenden Maske (4), die eine die Solarzellen-Kontaktstruktur (12) definierende Öffnung (49) aufweist. Erfindungsgemäß vorgesehen ist ein Bewegen der Maske (4) entlang einer Masken-Bewegungsrichtung (B) zumindest abschnittsweise durch die Metalldampfregion, wobei die Substrat-Bewegungsrichtung (A) und die Masken-Bewegungsrichtung (B) im Wesentlichen parallel zueinander verlaufen und die Substrate (3) und die Maske (4) dem Betrag nach mit unterschiedlicher Geschwindigkeit bewegt werden. Des Weiteren betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zum Herstellen elektrischer Solarzellen-Kontaktstrukturen an einer Mehrzahl von Substraten.

Description

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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.

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.
In einer besonders bevorzugten Weiterbildung der Erfindung wird die Maske beabstandet zu einer dem metallischen Dampf zugewandten Seite der Substrate angeordnet.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.

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.
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.
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.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Figuren im Einzelnen erläutert. Es zeigen:
1 eine Darstellung eines Ausschnitts einer Solarzellenrückseite;
2 eine schematische Darstellung einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Herstellen von elektrischen Solarzellen-Kontaktstrukturen und
3 eine schematisch dargestellte Anordnung zum Ablösen metallischen Materials von einem Maskenelement.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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).
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.
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).
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.
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.
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.

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

Claims

Verfahren zum Herstellen einer elektrischen Solarzellen-Kontaktstruktur an einem Substrat, mit den Schritten: – Bereitstellen einer Mehrzahl von Substraten (3); – Herstellen mindestens einer elektrisch leitfähigen Solarzellen-Kontaktstruktur (12) an jedem Substrat (3) durch: – Erzeugen eines metallischen Dampfes (21) in einer Metalldampfregion, – Bewegen der Substrate (3) in einer Reihe entlang einer Substrat-Bewegungsrichtung (A) durch die Metalldampfregion, – Anordnen einer die Substrate (3) in der Metalldampfregion abschnittsweise gegenüber dem metallischen Dampf (21) abschirmenden Maske (4), die eine die Solarzellen-Kontaktstruktur (11) definierende Öffnung (49) aufweist, gekennzeichnet durch – Bewegen der Maske (4) entlang einer Masken-Bewegungsrichtung (B) zumindest abschnittsweise durch die Metalldampfregion, wobei die Substrat-Bewegungsrichtung (A) und die Masken-Bewegungsrichtung (B) im Wesentlichen parallel zueinander verlaufen und die Substrate (3) und die Maske (4) dem Betrag nach mit unterschiedlicher Geschwindigkeit bewegt werden.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Maske (4) beabstandet zu einer dem metallischen Dampf (21) zugewandten Seite (31) der Substrate (3) angeordnet ist.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass aus der Metalldampfregion herauslaufende Abschnitte der Maske (4) von einer ersten Aufnahme aufgenommen werden.
Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Maske (4) von einer zweiten Aufnahme aus in die Metalldampfregion hineinläuft.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Maske (4) bandförmig ausgebildet ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Aufnahme eine Spule (43) aufweist, auf die beschichtete Abschnitte der Maske (4) aufgewickelt werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Aufnahme eine Spule (44) aufweist, von der unbeschichtete Abschnitte der Maske (4) abgewickelt werden.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Maske (4) und/oder mindestens ein Substrat (3) kontinuierlich bewegt werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Maske (4) und/oder mindestens ein Substrat (3) schrittweise bewegt werden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die strukturdefinierende Öffnung (49) längserstreckt ausgebildet ist.
Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Maske (4) so in Bezug zum Substrat (3) angeordnet ist, dass die strukturdefinierende Öffnung (49) parallel zur Bewegungsrichtung (A) des Substrates (3) ausgerichtet ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Maske (4) durch mindestens zwei separate Elemente (41) gebildet ist, die derart beabstandet zueinander angeordnet sind, dass durch ihren Abstand (d) zueinander die strukturdefinierende Öffnung (49) gebildet ist.
Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Elemente (41) selber keine strukturdefinierenden Öffnungen aufweisen.
Verfahren nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Elemente (41) im Bereich des metallischen Dampfes (21) in einer Richtung senkrecht zur Masken-Bewegungsrichtung (B) nebeneinander verlaufen.
Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Elemente (4) in der Metalldampfregion parallel nebeneinander verlaufen, so dass der Abstand (d) zwischen ihnen eine streifenförmige Öffnung (49) bildet.
Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass das Bewegen der Elemente (41) so erfolgt, dass die Kontur (48) der zwischen den Elemen ten gebildeten Öffnung (49) und die Position der Öffnung (49) relativ zur Metalldampfregion nicht verändert werden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass beim Herstellen der Solarzellen-Kontaktstruktur (11) auf der Maske (4) abgeschiedenes metallisches Material (22) unter Ausnutzung der Bewegung der Maske (4) von ihr entfernt wird.
Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass das Entfernen mechanisch erfolgt.
Verfahren nach einem der vorgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Substrate (3) als Wafer zur Solarzellenherstellung ausgebildet sind und eine Vorderseite aufweisen, die die lichtempfindliche Seite der herzustellenden Solarzellen aufweist oder aufweisen soll, und die Solarzellen-Kontaktstrukturen (12) an von der Vorderseite abgewandeten Rückseiten (1) der Substrate (3) erzeugt werden.
Verfahren nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass die Solarzellen-Kontaktstrukturen (12) Busbars sind, über die weitere Kontaktelemente mit den herzustellenden Solarzellen verbindbar sind.
Verfahren nach Anspruch 27, dadurch gekennzeichnet, dass vor dem Herstellen der Solarzellen-Kontaktstrukturen (12) eine Metallisierung der Rückseite (1) des Substrats (3) erfolgt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der metallische Dampf (21) mittels eines Aufdampf- oder Sputterprozesses erzeugt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Solarzellen-Kontaktstruktur (12) aus Silber, Zinn, Aluminium oder Nickel oder einer Legierung, die mindestens eines dieser Elemente enthält, gebildet ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Maske (4) zumindest abschnittsweise aus dem metallischen Material (22) gebildet ist, aus dem die Solarzellen-Kontaktstruktur (12) hergestellt wird.
Vorrichtung zum Herstellen einer elektrischen Solarzellen-Kontaktstruktur an einer Mehrzahl von Substraten, mit: – einer Metalldampferzeugungseinrichtung (2) zum Erzeugen eines metallischen Dampfes (21) in einer Metalldampfregion für die Herstellung mindestens einer elektrisch leitfähigen Solarzellen-Kontaktstruktur (12) an den Substraten (3); – Mitteln zum Bewegen der Substrate (3) in einer Reihe entlang einer Substrat-Bewegungsrichtung (A) durch die Metalldampfregion, – einer die Substrate (3) in der Metalldampfregion abschnittsweise gegenüber dem von der Metalldampferzeugungseinrichtung (2) erzeugten metallischen Dampf (21) abschirmenden Maske (4), die eine die Solarzellen-Kontaktstruktur (12) definierende Öffnung (49) aufweist und – Mitteln zum Bewegen der Maske (4) entlang einer Maskenbewegungsrichtung (B) zumindest abschnittsweise durch die Metalldampfregion, wobei die Substrat-Bewegungsrichtung (A) und die Maskenbewegungsrichtung (B) im Wesentlichen parallel zueinander verlaufen, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel zum Bewegen der Substrate (3) und die Mittel zum Bewegen der Maske (4) derart ausgebildet sind, dass sich die Substrate (3) und die Maske (4) dem Betrag nach mit unterschiedlicher Geschwindigkeit bewegen lassen.
Vorrichtung nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, dass die Maske (4) beabstandet zu einer dem metallischen Dampf (21) zugewandten Seite (31) der Substrate (3) angeordnet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 32 oder 33, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel zum Bewegen der Maske (4) eine erste Aufnahme für durch den metallischen Dampf (21) beschichtete Abschnitte der Maske (4) aufweisen.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 25 bis 27, dadurch gekennzeichnet, dass die die Mittel zum Bewegen der Maske (4) eine zweite Aufnahme für unbeschichtete Abschnitte der Maske (4) aufweisen.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 25 bis 28, dadurch gekennzeichnet, dass die Maske (4) bandförmig ausgebildet ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 27 bis 29, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Aufnahme eine erste Spule (43) umfasst, auf die beschichtete Abschnitte der Maske (4) aufgewickelt werden.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 28 bis 30, dadurch gekennzeichnet, dass zweite Aufnahme eine zweite Spule (44) umfasst, von der unbeschichtete Abschnitte der Maske (4) abgewickelt werden.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 25 bis 31, dadurch gekennzeichnet, dass die Maske (4) durch mindestens zwei separate Elemente (41) gebildet ist, die derart beabstandet zueinander angeordnet sind, dass durch ihren Abstand (d) zueinander die strukturdefinierende Öffnung (49) gebildet ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 25 bis 32, gekennzeichnet durch Ablösemittel (5) zum Ablösen beim Herstellen der Kontaktstruktur (12) auf der Maske (4) abgeschiedenen metallischen Materials (22) unter Ausnutzung der Bewegung der Maske (4).
Vorrichtung nach Anspruch 33, dadurch gekennzeichnet, dass die Ablösemittel (5) eine Schneide umfassen, die so in Bezug zu der Maske (4) angeordnet ist, dass beim Bewegen der Maske (4) das abgeschiedene Material (22) durch die Schneide abgelöst wird.
Vorrichtung nach Anspruch 33 oder 34, dadurch gekennzeichnet, dass die Maske (4) bandförmig ausgebildet ist und die Ablösemittel (5) eine Umlenkstruktur (62) aufweisen, die die Maske (4) so umlenkt, dass ein auf die Umlenkstruktur (62) zu laufender, beschichteter Abschnitt (45) der Maske (4) mit einem von der Umlenkstruktur (62) weglaufenden Abschnitt (46) der Maske (4) einen spitzen Winkel (α) bildet und sich das auf der Maske (4) abgeschiedene Material (22) an der Umlenkstruktur (62) von ihm löst.
Vorrichtung nach Anspruch 35, dadurch gekennzeichnet, dass die Umlenkvorrichtung (62) eine Umlenkrolle und/oder eine Kante aufweist.
Vakuumanlage mit einer Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 25 bis 36.
Vakuumanlage gemäß Anspruch 37, die als Aufdampf- oder Sputteranlage ausgeführt ist.