DE102007051725A1

DE102007051725A1 - Verfahren zur Kontaktierung von Solarzellen

Info

Publication number: DE102007051725A1
Application number: DE200710051725
Authority: DE
Inventors: Hartmut Dr. Nussbaumer; Steffen Dr. KELLER; Philipp-Johannes Rostan
Original assignee: CENTROTHERM PHOTOVOLTAICS TECHNOLOGY GmbH; CT THERM PHOTOVOLTAICS TECHNOL
Current assignee: Centrotherm Photovoltaics AG
Priority date: 2007-10-27
Filing date: 2007-10-27
Publication date: 2009-05-07
Anticipated expiration: 2027-10-28
Also published as: DE102007051725B4

Abstract

Verfahren zur Kontaktierung von Solarzellen, aufweisend die Verfahrensschritte des Ausbildens (50; 70) einer Maskierungsschicht (3; 23) auf zumindest einem Teil einer Oberfläche eines Solarzellensubstrats (1), des lokalen Öffnens (52; 72) der Maskierungsschicht (3; 23), des Aufbringens (57; 78) eines Kontaktierungsmaterials (11) auf geöffnete Bereiche (7) und zumindest einen Teil der Maskierungsschicht (3; 23), des Entfernens der Maskierungsschicht (3; 23) sowie des auf der Maskierungsschicht (3; 23) aufgebrachten Kontaktierungsmaterials (11), bei welchem die geöffneten Bereiche (7) derart dimensioniert werden und das Kontaktierungsmaterial (11) auf die geöffneten Bereiche (7) derart aufgedruckt wird (57; 78), dass dabei in einer Umgebung wenigstens eines geöffneten Bereichs (7) auch auf die Maskierungsschicht (3; 23) zumindest teilweise Kontaktierungsmaterial (11) aufgedruckt wird (57; 78).

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Kontaktierung von Solarzellen gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Die auch als Metallisierung bezeichnete Kontaktierung von Solarzellen unterliegt verschiedenen Anforderungen, welche einander teilweise widersprechen. Abgesehen von sogenannten Rückkontaktsolarzellen, soll beispielsweise die Kontaktierung auf der aktiven, d. h. lichtempfindlichen, Solarzellenfläche eine möglichst geringe Fläche einnehmen, um Abschattungsverluste und damit Wirkungsgradeinbußen möglichst gering zu halten. Andererseits bedarf es für die effiziente Abführung des erzeugten Stromes eines hinreichend geringen elektrischen Widerstandes in der Kontaktierung. Für die üblicherweise auf der Vorderseite von Solarzellen angebrachte Kontaktierung, welche meist aus einer Vielzahl von sogenannten Kontaktfingern besteht, bedeutet dies, dass diese einerseits schmal sein sollten, um eine geringe Abschattung mit sich zu bringen, andererseits einen hinreichend großen Querschnitt aufweisen sollten, um eine hinreichend große elektrische Leitfähigkeit und damit die effiziente Abführung des erzeugten Stromes zu gewährleisten. Aus diesem Grund ist man bestrebt, Kontaktierungsstrukturen mit einer geringen Breite und gleichzeitig einer vergleichsweise großen Höhe vorzusehen. Da hohe Kontaktstrukturen bei schrägem Lichteinfall eine erhöhte Abschattung mit sich bringen, ist man teilweise dazu übergegangen, die Kontaktstrukturen zumindest teilweise in dem Solarzellensubstrat zu versenken bzw. zu vergraben. In solchen Fällen ist von sogenannten eingegrabenen oder vergrabenen Kontakten die Rede.
Zum Aufbringen der Kontaktierung bzw. Metallisierung wird bei industriell gefertigten Solarzellen üblicherweise ein Druckverfahren, insbesondere ein Siebdruck, Spritzen-, Stempel- oder Rollendruck-Verfahren eingesetzt. Bei diesen Verfahren kann verfahrensbedingt eine Strukturbreite von weniger als ca. 50 bis 60 μm nur schwierig und mit erhöhtem Aufwand erzielt werden. Strukturbreiten unterhalb von 40 μm sind allenfalls mit einem nicht akzeptablen Aufwand realisierbar. Deutlich schmalerer Strukturen sind mit fotolithographischen Verfahren erreichbar. Der mit der Fotolithographie verbundene Aufwand verhindert jedoch einen Einsatz dieser Verfahren in industriellem Umfang.
Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, ein aufwandsgünstiges Verfahren zur Verfügung zu stellen, mittels welchem Solarzellen mit einer Kontaktierung versehen werden können, deren einzelne Kontaktstruktur eine geringe Breite und eine große Höhe aufweist.
Diese Aufgabe wird gelöst durch das Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand abhängiger Unteransprüche.
Der Erfindung liegt der Gedanke zugrunde, auf dem Solarzellensubstrat zunächst eine Maskierungsschicht auszubilden, welche im Weiteren lokal geöffnet wird. Die geöffneten Bereiche werden dabei derart dimensioniert, dass bei einem nachfolgenden Aufdrucken von Kontaktierungsmaterial auf die geöffneten Bereiche in einer Umgebung wenigstens eines geöffneten Bereichs auch auf die Maskierungsschicht zumindest teilweise Kontaktierungsmaterial aufgedruckt wird.
Die Breite der letztlich mit dem Solarzellensubstrat in Kontakt stehenden Kontaktstruktur wird somit nicht durch das verwendete Druckverfahren, beispielsweise die Feinheit des Siebes bei einem Siebdruckverfahren, bestimmt, sondern durch die Dimensionierung der geöffneten Bereiche. Besonders schmal strukturierte Öffnungen lassen sich mit Laserstrahlung durch Laserstrahlverdampfen realisieren. Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht daher vor, dass die Maskierungsschicht lokal mittels Laserstrahlung geöffnet wird. Grundsätzlich kann das lokale Öffnen der Maskierungsschicht jedoch auch auf eine andere Weise erfolgen, beispielsweise mechanisch mittels entsprechend dimensionierter Sägeblätter. In der Regel lassen sich mit derartigen mechanischen Verfahren jedoch nicht ähnlich schmale Strukturen ausbilden wie mittels Laserstrahlung.
Beim Öffnen der lokalen Maskierungsschicht kann es zu einer Schädigung der Substratoberfläche kommen, welche die Rekombination erzeugter Ladungsträger an der Oberfläche des Solarzellensubstrats erhöht und somit den Wirkungsgrad der fertigen Solarzelle begrenzt. Eine Fortbildung des Verfahrens sieht daher vor, dass derartige Schädigungen entfernt werden, vorzugsweise durch Ätzen, welches beispielsweise nasschemisch oder in einem Plasma erfolgen kann.
Es hat sich gezeigt, dass in Verbindung mit dem erfindungsgemäßen Verfahren in vorteilhafter Weise in Bereichen der lokalen Öffnungen mehr Dotierstoff eindiffundiert werden kann als in deren Umgebung. Dies kann einerseits dadurch erfolgen, dass in die lokalen Öffnungen eine gesonderte Dotierstoffquelle eingebracht wird, welche das beschriebene Dotierprofil bewirkt. Andererseits kann die Maskierungsschicht als Diffusionsbarriere verwendet werden, so dass in Bereichen der lokalen Öffnungen eine stärkere Eindiffusion des Dotierstoffes erfolgt als in den unter der Maskierungsschicht gelegenen Bereichen. Auf diese Arten lässt sich aufwandsgünstig und komfortabel das beschriebene Dotierprofil ausbilden, welches auch als selektive Emitterstruktur bezeichnet wird.
Weiterhin hat sich gezeigt, dass in Verbindung mit dem erfindungsgemäßen Verfahren in vorteilhafter Weise vergrabene Kontakte (buried contacts) ausgebildet werden können. Hierzu wird in unter den lokalen Öffnungen gelegenen Bereichen das Solarzellensubstrat teilweise entfernt. Dies kann nasschemisch oder vorzugsweise mittels Laserstrahlung erfolgen. In die resultierenden Kontaktgräben kann nachfolgend in vorteilhafter Weise das Kontaktierungsmaterial eingebracht werden, sodass der Kontakt vergraben ist.
Im Weiteren wird die Erfindung anhand von Figuren erläutert. Gleichwirkende Elemente sind in diesen, soweit zweckmäßig, mit gleichen Bezugszeichen versehen. Es zeigen:
1a bis 1c ein erstes Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens,
2a bis 2b ein weiteres Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens.
1a illustriert schematisch einen ersten Teil eines ersten Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Verfahrens. Ausgangspunkt dieses Verfahrens bildet ein Solarzellensubstrat 1, welches beispielsweise durch einen Siliziumwafer gebildet sein kann. Je nach verwendetem Solarzellenherstellungsprozess, bzw. je nach Solarzellentyp, kann dieses Solarzellensubstrat unterschiedlich vorbehandelt sein, beispielsweise durch ein nasschemisches Ätzen gereinigt oder anderweitig oberflächenbehandelt. Grundsätzlich kann das Solarzellensubstrat 1 offensichtlich auch aus anderen Materialien als Silizium gebildet sein, beispielsweise Germanium oder Verbindungshalbleitern. Üblicherweise handelt es sich bei dem Solarzellensubstrat 1 um einen dotierten Wafer, wobei dieser p- oder n-dotiert sein kann.
Zur Kontaktierung der aus dem Solarzellensubstrat 1 letztlich gefertigten Solarzelle wird in dem dargestellten Ausführungsbeispiel zunächst ein Phosphorglas 3, welches als Maskierungsschicht dient, auf der oberseitigen Oberfläche des Solarzellensubstrats 1 ausgebildet 50. Alternativ zur Ausbildung 50 des Phosphorglases 3 kann die Maskierungsschicht aus anderen Materialien gebildet sein, beispielsweise Borglas, Siliziumdioxid oder anderen geeigneten Schichten bzw. Schichtsystemen, insbesondere dielektrischen Schichten. Sofern als Maskierungsschicht ein Material aufgebracht wird, welches als Dotierstoffquelle dienen kann, wie dies im Falle von Phosphorglas oder Borglas der Fall ist, so besteht die Möglichkeit, bereits in Verbindung mit dem Aufbringen dieser Schicht eine stark dotierte Schicht, insbesondere eine Emitterschicht, unter der Maskierungsschicht auszubilden. Dies ist insbesondere dann von Vorteil, wenn der Solarzellenherstellungsprozess derart ausgelegt ist, dass die Emitterschicht im Weiteren nicht wieder entfernt zu werden braucht bzw. nur unerheblich beeinträchtigt wird.
Im vorliegenden Ausführungsbeispiel wurde auf die gezielte Ausbildung einer derartigen stark dotierten Emitterschicht unterhalb des Phosphorglases in Verbindung mit dem Ausbilden des Phosphorglases verzichtet. Zwar lässt sich eine gewisse Eindiffusion von Phosphor in das Solarzellensubstrat 1 nach oder während des Aufbringens des Phosphorglases 3 nicht gänzlich verhindern, doch wird dies im vorliegenden Fall nicht durch eine entsprechende thermische Behandlung oder ein Eintreiben des Dotierstoffes unterstützt, sodass keine stark dotierte Emitterschicht im zuvor geschilderten Sinn ausgebildet wird. Auf eine Darstellung des anderweitig eindiffundierten Dotierstoffes wird in 1a daher verzichtet.
In der Ausgestaltungsvariante der 1a wird das Phosphorglas 3 lediglich oberseitig auf dem Solarzellensubstrat ausgebildet. Alternativ besteht die Möglichkeit, weitere Oberflächenbereiche des Solarzellensubstrats mit einem Phosphorglas zu versehen. Dies kann insbesondere bei einer gleichzeitigen Emitterausbildung von Vorteil sein, sofern der jeweilige Solarzellenherstellungsprozess nicht nur eine oberseitige Diffusion, sondern beispielsweise eine zweiseitige oder voll umfängliche Diffusion erfordert.
Im Weiteren wird das Phosphorglas 3, und somit die Maskierungsschicht, lokal mittels Laserstrahlung 5 geöffnet 52. Der lokale Abtrag des Phosphorglases 3 erfolgt dabei mittels Laserstrahlverdampfung. Hierbei werden die in der Folgedarstellung in der 1a wiedergegebenen geöffneten Bereiche bzw. Öffnungen 7 ausgebildet. Im Vergleich zu den mittels Siebdruck erzielbaren Strukturbreiten von aufgedruckten Kontaktierungsstrukturen sind dabei die geöffneten Bereiche 7 derart dimensioniert, dass deren Strukturbreite geringer ausfällt als die Breite des bei einem nachfolgenden Aufbringens von Kontaktierungsmaterial mittels eines Druckverfahrens erzielbare Strukturbreite der Kontaktstruktur. Beim Aufdrucken des Kontaktierungsmaterials auf die geöffneten Bereiche 7 wird daher nicht nur in die Öffnungen 7 Kontaktierungsmaterial eingebracht, sondern auch Kontaktierungsmaterial auf die Maskierungs schicht, vorliegend also das Phosphorglas 3, zumindest teilweise aufgedruckt. Vorzugsweise ist jeder der geöffneten Bereiche in der dargelegten Weise dimensioniert, zumindest jedoch einer.
1b gibt schematisch die Fortsetzung des Verfahrens aus 1a wieder. Demgemäß wird in der dort dargestellten vorteilhaften Ausgestaltungsvariante die Maskierungsschicht, d. h. das Phosphorglas 3, im Bereich der lokalen Öffnungen 7 unterätzt 54. Auf diese Weise kann in Folge von erzeugten Unterätzungen 8 verhindert werden, dass das später eingebrachte Kontaktierungsmaterial im Bereich der Wandungen der lokalen Öffnungen 7 in unbeabsichtiger Weise mit dem Solarzellensubstrat 1 in Kontakt gerät. Zum anderen ermöglicht das Unterätzen 54 es, gleichzeitig mit diesem Unterätzen 54 etwaige Schädigungen des Solarzellensubstrats im Bereich der lokalen Öffnungen 7 zu entfernen, welche ggf. beim lokalen Öffnen 52 des Phosphorglases 3 durch Laserverdampfung entstanden sind. Ist ein Unterätzen 54 des Phosphorglases 3 nicht vorgesehen, so kann ein Entfernen etwaiger Schädigungen in einem gesonderten Schritt, insbesondere einem nasschemischen oder Plasmaätzschritt, erfolgen.
Gemäß der Darstellung in 1b wird im Weiteren eine Dotierstoffquelle 9 in die lokalen Öffnungen 7 eingebracht 56. Bei dieser Dotierstoffquelle kann es sich beispielsweise um eine dotierstoffhaltige Flüssigkeit handeln. Die Dotierstoffquelle 9 kann daneben auch durch Abscheidung aus der Gasphase ausgebildet werden. Die Dotierstoffkonzentration in der Dotierstoffquelle 9 wird derart gewählt, dass bei einem nachfolgenden Diffundieren von Dotierstoff in das Solarzellensubstrat hinein in Bereichen der lokalen Öffnungen 7 mehr Dotierstoff eindiffundiert wird als in deren Umgebung. Hierdurch wird vor teilhafterweise eine selektive Emitterstruktur ausgebildet, welche sich positiv auf den Wirkungsgrad der fertigen Solarzelle auswirkt.
Im Weiteren wird eine metallhaltige Paste 11 auf die geöffneten Bereiche 7 aufgedruckt 57, wobei gleichzeitig in einer Umgebung wenigstens eines geöffneten Bereichs 7 auch auf das Phosphorglas 3 und damit auf die Maskierungsschicht zumindest teilweise Kontaktierungsmaterial 11 aufgedruckt wird. Zweckmäßigerweise werden die lokal geöffneten Bereiche 7 derart dimensioniert, dass ein derartiges zusätzliches Bedrucken des Phosphorglases unumgänglich ist, da die kleinen Abmessungen der geöffneten Bereiche 7 mit bekannten Druckverfahren nicht zugänglich sind. Als Druckverfahren können dabei grundsätzlich alle Druckverfahren Verwendung finden, insbesondere Siebdruck-, Spritzen-, Stempel- oder Rollendruckverfahren.
Das Einbringen 56 der Dotierstoffquelle 9 stellt eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung dar, welche in einfacher Weise eine Ausbildung einer selektiven Emitterstruktur gestattet. Eine solche ist jedoch nicht zwingend erforderlich. Es kann auch vorgesehen sein, die metallhaltige Paste 11, welche das Kontaktierungsmaterial darstellt, aufzubringen, ohne zuvor einen Dotierstoffquelle 9 in die lokalen Öffnungen 7 einzubringen. In diesem Fall erfolgt keine Ausbildung einer selektiven Emitterstruktur.
In einer besonders bevorzugten Ausgestaltungsvariante wird das Kontaktierungsmaterial 11 selbst oder ein Bestandteil davon als Dotierstoffquelle 9 verwendet. Das Einbringen der Dotierstoffquelle und das Drucken der metallhaltigen Paste können sodann in einem Schritt erfolgen. Die Bezeichnungen des Ausführungsbeispiels der 1b aufgreifend bedeutet dies, dass die Verfahrensschritte des Einbringens 56 der Dotierstoffquelle 9 und des Druckens 57 der metallhaltigen Paste 11 vorteilhaft in einem Verfahrensschritt zusammengefasst werden können. Diese vorteilhafte Weiterbildung ist dabei nicht auf das Ausführungsbeispiel der 1a und 1b beschränkt, sondern in jeder Ausgestaltungsvariante der Erfindung vorteilhaft einsetzbar. Beispielsweise kann aluminiumhaltige Paste verwendet werden, wobei das enthaltene Aluminium den Dotierstoff bildet.
In dem Ausführungsbeispiel gemäß der 1b wird nach dem Drucken 57 der metallhaltigen Paste 11 die auf dem Phosphorglas 3 befindliche Metallpaste 11 entfernt 58. Dies erfolgt im vorliegenden Ausführungsbeispiel durch Wischen über die Oberfläche des Phosphorglases 3, beispielsweise mit einem Wischerblatt oder einem Rakel oder dergleichen.
Erst im Anschluss hieran wird die metallhaltige Paste einer thermischen Behandlung unterzogen, was üblicherweise als Sintern, Kontaktsintern oder teilweise auch als Feuern der Kontaktierungen bezeichnet wird. Hierbei werden die elektrischen Kontakte zwischen den Kontaktierungen und dem Solarzellensubstrat ausgebildet, d. h. die elektrische Leitfähigkeit zwischen den Kontaktierungen und dem Solarzellensubstrat signifikant verbessert. Sofern, wie im dargestellten Ausführungsbeispiel der 1a und 1b, im Zuge des Aufbringens des Phosphorglases 3 nicht bereits eine Emitterstruktur ausgebildet worden ist, sieht eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung vor, dass diese Emitterausbildung nunmehr in Verbindung mit dem Sintern 59 der Kontaktierungen erfolgt. Wie in der 1c, welche die Fortsetzung der 1b darstellt, illustriert ist, wird hierbei die selektive Emitterstruktur bestehend aus schwach diffundierten Bereichen 14 unterhalb des Phosphorglases 3 und stark diffundierten Bereichen 16 in der Umgebung der Dotierstoffquelle 9 bzw. der metallhaltigen Paste 11 ausgebildet. In den Darstellungen der 1c ist die Dotierstoffquelle 9 auch nach dem Kontaktsintern 59 noch vorhanden. Nach dem Sintern 59 ist sie jedoch zumindest soweit verändert, dass Dotierstoff aus ihr in das Siliziumsubstrat 1 eindiffundiert ist. Infolgedessen kann sie zudem chemisch verändert sein. Je nach Art der verwendeten Dotierstoffquelle 9 ist auch möglich, dass die Dotierstoffquelle 9 als solche nach dem Sintern 59 entgegen der Darstellungen in 1c nicht mehr vorhanden ist.
Im Gegensatz zu dem soeben geschilderten Fall würde bei derjenigen Ausgestaltungsvariante der Erfindung, bei welcher bereits vor dem Kontaktsintern der schwach diffundierte Bereich ausgebildet wird, beim Kontaktsintern zusätzlicher Dotierstoff aus der Dotierstoffquelle in das Solarzellensubstrat eindiffundiert werden, wodurch die stark diffundierten Bereiche ausgebildet werden, sodass ebenfalls eine selektive Emitterstruktur ausgebildet werden kann. In beiden Fällen wird, wie bereits erwähnt, besonders bevorzugt als Dotierstoffquelle das Kontaktierungsmaterial oder Teile davon verwendet, beispielsweise Aluminiumanteile in dem Kontaktierungsmaterial. Es besteht auch die Möglichkeit, die selektive Emitterstruktur bereits unmittelbar nach Einbringen 56 der Dotierstoffquelle 9 durch eine thermische Behandlung auszubilden. Das Kontaktsintern 59 dient dann lediglich der Kontaktausbildung. Diese Ausgestaltungsvariante findet bevorzugt Verwendung, wenn eine Eindiffusion von Metall aus der metallhaltigen Paste 11 in das Solarzellensubstrat 1 während des Ausbildens der selektiven Emitterstruktur vermieden werden soll.
In einem Folgeschritt wird das Phosphorglas 3 und damit die Maskierungsschicht entfernt 60. Im Ergebnis verbleibt Kontak tierungsmaterial 11 als Kontaktierung, welche eine Strukturbreite aufweist, die kleiner ist als diejenige, welche mit einem Druckverfahren erzielbar ist. Die erzielbare Strukturbreite ist dabei abhängig von der kleinstmöglichen Dimensionierung der lokalen Öffnungen und damit von der zum lokalen Öffnen 52 der Maskierungsschicht bzw. des Phosphorglases 3 eingesetzten Technologie. Im Falle des lokalen Öffnens 52 mittels Laserstrahlung können beispielsweise Kontaktstrukturen mit einem sehr großen Verhältnis von Kontaktstrukturhöhe zu Kontaktstrukturbreite ausgebildet werden.
Alternativ zu der geschilderten Vorgehensweise des Entfernens der auf dem Phosphorglas 3 befindlichen metallhaltigen Paste in Verbindung mit anschließendem Kontaktsintern der Kontaktierungen kann auch zunächst gesintert werden und der auf dem Phosphorglas befindliche Anteil der metallhaltigen Paste später, vorzugsweise zusammen mit dem Phosphorglas, entfernt werden. Dies ist detaillierter im Zusammenhang mit 2b beschrieben. Die dort dargelegten Optionen sind auch im Ausführungsbeispiel der 1a–c anwendbar.
Entgegen der üblichen Praxis ist es im Ausführungsbeispiel der 1a bis 1c nicht zweckmäßig, eine Antireflexionsbeschichtung vor dem Drucken 57 der metallhaltigen Paste 11 auf das Solarzellensubstrat 1 aufzubringen, da bei dieser Vorgehensweise das Phosphorglas 3 nicht mehr ohne Schädigung der Antireflexionsbeschichtung entfernt werden kann und somit auf dem Solarzellensubstrat 1 verbleiben muss, sodass es sich negativ auf den Wirkungsgrad der resultierenden Solarzelle auswirkt. Diese Problematik ist nicht nur bei Phosphorglas gegeben, sondern bei allen Maskierungsschichten, welche sich bei einem Verbleiben auf dem Solarzellensubstrat negativ auf den Wirkungsgrad auswirken. Andererseits können Maskierungsschich ten Verwendung finden, welche bei einem Verbleiben auf dem Solarzellensubstrat den Wirkungsgrad der fertigen Solarzelle nicht oder nur geringfügig schmälern, beispielsweise Siliziumdioxid. In diesen Fällen kann die Antireflexionsbeschichtung wie üblich vor dem Drucken 57 der metallhaltigen Paste aufgebracht werden.
In allen anderen Fällen hingegen, insbesondere also auch im Ausführungsbeispiel der 1a bis 1c, wird die Antireflexionsbeschichtung zweckmäßigerweise erst nach dem Entfernen 60 der Maskierungsschicht aufgebracht. Dies kann zur Folge haben, dass die gesamte Kontaktstruktur von der Antireflexionsbeschichtung überdeckt ist, welche üblicherweise elektrisch isolierende Dielektrika aufweist. Infolgedessen können Probleme bei der elektrischen Kontaktierung der fertigen Solarzellen entstehen, beispielsweise bei der Verschaltung zu Solarzellenmodulen. Diese können umgangen werden, indem das Solarzellensubstrat während des Aufbringens der Antireflexionsbeschichtung in einer Aufnahme gelagert wird, welche derart ausgestaltet ist, dass bei der Kontaktierung der fertigen Solarzelle, insbesondere bei der Modulverschaltung, zu kontaktierende Bereiche des Solarzellensubstrats auf Auflagebereichen der Aufnahme so zu liegen kommen, dass die Auflagebereiche diese später zu kontaktierenden Bereiche derart abschirmen, dass dort keine Antireflexionsbeschichtung ausgebildet wird. Insbesondere bei einer chemischen Abscheidung der Antireflexionsbeschichtung aus einer Gasphase (CVD) hat sich diese Vorgehensweise als zweckmäßig erwiesen und findet vorzugsweise bei einer Plasma gestützten CVD (PECVD) Abscheidung der Antireflexionsbeschichtung vorteilhaft Verwendung.
Die beschriebene Vorgehensweise zur Ausbildung der Antireflexionsbeschichtung ist offenbar nicht auf das Ausführungsbei spiel der 1a bis 1c beschränkt, sondern kann bei allen Ausgestaltungsvarianten der Erfindung Verwendung finden, bei welchen eine Maskierungsschicht vorgesehen wird, welche von dem Solarzellensubstrat entfernt werden soll, somit auch bei dem Ausführungsbeispiel der 2a und 2b, insbesondere sofern dort als Maskierungsschicht ein anderes Material als Siliziumdioxid Verwendung findet.
Die 2a und 2b illustrieren ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung. Ausgangspunkt ist wiederum ein Solarzellensubstrat 1, welches wie im zuvor diskutierten Ausführungsbeispiel der 1a vorbehandelt sein kann. Auf diesem Siliziumsubstrat 1 wird nunmehr Siliziumdioxid 23 als Maskierungsschicht ausgebildet 70. Dies kann beispielsweise durch thermisches Aufwachsen erfolgen. In der Darstellung der 2a wird das Siliziumdioxid nur oberseitig auf das Solarzellensubstrat 1 aufgebracht. Wie bereits im Zusammenhang mit 1a diskutiert, kann das Siliziumdioxid jedoch auch an mehreren Seiten oder ggf. auf der gesamten Oberfläche des Solarzellensubstrats aufgebracht werden, abhängig davon, welche Vorgehensweise für den jeweils verwendeten Solarzellenherstellungsprozess zweckmäßiger erscheint.
Im Weiteren wird das Siliziumdioxid 22 analog wie in 1a mittels Laserstrahlung 5 lokal geöffnet 72. In Bereichen der dabei entstehenden lokalen Öffnungen 7 in der Maskierungsschicht, d. h. dem Siliziumdioxid 23, wird gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung zudem Solarzellensubstrat 1 teilweise entfernt 74. In Folge ergeben sich nicht nur die bereits aus 1a bekannten lokalen Öffnungen 7 in der Maskierungsschicht, sondern es werden Kontaktgräben 27 ausgebildet, die in das Solarzellensubstrat hineinreichen.
2b illustriert die Fortsetzung des Verfahrens aus 2a. Demgemäß wird in einem nunmehr folgenden Schritt die Siliziumdioxidschicht 23 im Bereich der Kontaktgräben 27 unterätzt 76, so dass unter die Maskierungsschicht 23 reichende Unterätzungen 28 ausgebildet werden. Bei diesem vorteilhaften Unterätzen 76 werden zweckmäßigerweise zugleich beim lokalem Öffnen 72 der Maskierungsschicht entstandene Schädigungen der Siliziumsubstratoberfläche entfernt.
Im Weiteren schließt sich eine Phosphordiffusion 77 an. Hierbei kann es sich beispielsweise um eine POCl₃-Diffusion in einem offenen Quarzrohr handeln, daneben sind jedoch auch alle übrigen bekannten Diffusionsverfahren grundsätzlich anwendbar, insbesondere das Aufsprühen eines phosphorhaltigen Fluids (sogennater Spray-on-Emitter). Bei der Phosphordiffusion wird die Siliziumdioxidschicht als Diffusionsbarriere verwendet. Der Dotierstoff gelangt im Bereich der Kontaktgräben 27 ungehindert an die Oberfläche des Siliziumsubstrats 1, so dass sich dort ein stark diffundierter Bereich 25 ausbildet. An den übrigen Stellen ist hingegen die Diffusion des Dotierstoffes durch die Siliziumdioxidschicht gehemmt, sodass unter dieser lediglich ein schwach diffundierter Bereich 24 ausgebildet wird. Im Ergebnis ergibt sich eine sogenannte selektive Emitterstruktur, welche sich positiv auf den Wirkungsgrad der fertigen Solarzelle auswirkt. Eine sich gegebenenfalls während der Phosphordiffusion 77 ausbildende Phosphorglasschicht ist in der Darstellung der 2b vernachlässigt; eine solche würde bevorzugt zusammen mit der Maskierungsschicht 23 entfernt werden.
Im Folgenden wird die metallhaltige Paste 11 auf die geöffneten Bereiche 7 aufgebracht und somit in die Kontaktgräben 27 eingebracht. Zu diesem Zweck wird die metallhaltige Paste 11 mittels eines an sich bekannten Druckverfahrens auf die Siliziumdioxidschicht 23 aufgedruckt 78. Die geöffneten Bereiche 7 bzw. die Kontaktgräben 27 sind dabei derart dimensioniert, dass das Kontaktierungsmaterial, d. h. die metallhaltige Paste 11, nicht nur in die lokalen Öffnungen 7 bzw. den Kontaktgräben 27 eingebracht wird, sondern auch teilweise auf die als Maskierungsschicht wirkende Siliziumdioxidschicht 23 aufgedruckt wird. Zweckmäßigerweise wird hierzu die Dimensionierung der lokalen Öffnung 7 kleiner gewählt als die minimal mittels des verwendeten Druckverfahrens erreichbare Strukturbreite. Wie bereits im Zusammenhang mit den 1a bis 1c erläutert, lässt sich hierdurch eine Kontaktierungsstruktur erzielen, deren Breite geringer ist als die mit dem eingesetzten Druckverfahren erzielbare Strukturbreite.
Es folgt ein Temperschritt, bei welchem ein elektrischer Kontakt zwischen der metallhaltigen Paste 11, genauer gesagt deren nicht flüchtigen Bestandteilen, und dem Siliziumsubstrat 1 ausgebildet wird 82, d. h. die elektrische Leitfähigkeit zwischen der metallhaltigen Paste 11 und dem Siliziumsubstrat 1 wird signifikant erhöht. Dies wird, wie bereits im Zusammenhang mit dem Ausführungsbeispiel der 1a bis 1c erläutert, üblicherweise als Sintern, Kontaktsintern oder Feuern der Kontakte bezeichnet. Nachfolgend wird die Siliziumdioxidschicht 23 und mit ihr die auf ihr aufgebrachten Teile der metallhaltigen Paste 11 entfernt. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel erfolgt dies durch Ätzen 80, welches nasschemisch oder mittels eines Plasmas erfolgen kann. Um die auf der Siliziumdioxidschicht 23 befindlichen Teile der metallhaltigen Paste von der übrigen metallhaltigen Paste 121 zu lösen, wird der Ätzvorgang vorzugsweise durch mechanische Krafteinwirkung unterstützt, beispielsweise durch Ultraschalleinwirkung. Alternativ oder ergänzend kann vor dem Entfernen der Siliziumdi oxidschicht 23, oder der Maskierungsschicht allgemein, der über die Maskierungsschicht hinausragende Teil der Metallisierung entfernt werden, z. B. durch einen gesonderten Ätzvorgang.
Im Ergebnis erhält man einen in dem Solarzellensubstrat 1 vergrabenen Kontakt 30. Mittels diesem lässt sich ein großes Verhältnis von Kontaktstrukturhöhe zu Kontaktstrukturbreite erzielen, ohne dass durch über die Oberfläche der Solarzelle weit hervorstehende Kontakte eine erhöhte Abschattung bei schrägem Lichteinfall resultiert. Entsprechende Solarzellen werden üblicherweise als Buried-Contact-Solarzellen bezeichnet. Die Ausgestaltungsvariante der Erfindung gemäß den 2a und 2b ermöglicht somit eine aufwandsgünstige Herstellung von Solarzellen mit vergrabenen Kontakten, selektiver Emitterstruktur und einem großen Verhältnis von Kontaktstrukturhöhe zu Kontaktstrukturbreite, wobei sich jeder Einzelne dieser Vorteile positiv auf den Wirkungsgrad auswirkt.
Das im Zusammenhang mit den 2a und 2b geschilderte Prinzip zur Ausbildung vergrabener Kontakte ist offensichtlich nicht auf die Verwendung von Siliziumdioxid als Maskierungsschicht beschränkt. Auch andere Maskierungsschichten können Verwendung finden. Überdies ist die Ausbildung von Kontaktgräben auch in das Ausführungsbeispiel gemäß den 1a bis 1c integrierbar.
In den beschriebenen Ausführungsbeispielen wird Phosphor als Dotierstoff genannt. Dieser kann ohne Weiteres durch andere Dotierstoffe ersetzt werden. Beispielsweise kann statt Phosphor auch Bor Verwendung finden, wobei die Grunddotierung des Solarzellensubstrats entsprechend hierauf abzustellen ist. Soweit eine Eindiffusion von Dotierstoff aus der Maskierungsschicht vorgesehen ist, ist die Maskierungsschicht entspre chend dem Solarzellentyp und der Grunddotierung des Solarzellensubstrats zu wählen. Beispielsweise ist anstelle des Phosphorglases 3 im Ausführungsbeispiel der 1a bis 1c ein Borglas vorzusehen.

1: Solarzellensubstrat
3: Phosphorglas
5: Laserstrahlung
7: Öffnung
8: Unterätzung
9: Dotierstoffquelle
11: metallhaltige Paste
14: schwach diffundierter Bereich
16: stark diffundierter Bereich
23: Siliziumdioxid
24: schwach diffundierter Bereich
25: stark diffundierter Bereich
27: Kontaktgraben
28: Unterätzung
30: vergrabener Kontakt
50: Ausbilden Phosphorglas
52: lokales Öffnen Phosphorglas
54: Unterätzen Phosporglas/Entfernen von Schädigungen
56: Einbringen Dotierstoffquelle
57: Drucken metallhaltige Paste
58: Entfernen metallhaltiger Paste von Phosphorglas durch Wischen
59: Kontaktsintern/Diffundieren
60: Entfernen Maskierungsschicht
70: Ausbilden Siliziumdioxid
72: lokales Öffnen Siliziumdioxid
74: teilweises Entfernen Solarzellensubstrat in Öffnung
76: Unterätzen Siliziumdioxid/Entfernen Schädigungen
77: Phosphordiffusion
78: Drucken metallhaltige Paste
80: Ätzen Siliziumdioxid
82: Kontaktsintern metallhaltige Paste.

Claims

Verfahren zur Kontaktierung von Solarzellen aufweisend folgende Verfahrensschritte: – Ausbilden (50; 70) einer Maskierungsschicht (3; 23) auf zumindest einem Teil einer Oberfläche eines Solarzellensubstrats (1); – lokales Öffnen (52; 72) der Maskierungsschicht (3; 23); – Aufbringen (57; 78) eines Kontaktierungsmaterials (11) auf geöffnete Bereiche (7) und zumindest einen Teil der Maskierungsschicht (3; 23); – Entfernen der Maskierungsschicht (3; 23) sowie des auf der Maskierungsschicht (3; 23) aufgebrachten Kontaktierungsmaterials (11); dadurch gekennzeichnet, dass die geöffneten Bereiche (7) derart dimensioniert werden und das Kontaktierungsmaterial (11) auf die geöffneten Bereiche (7) derart aufgedruckt wird (57; 78), dass dabei in einer Umgebung wenigstens eines geöffneten Bereichs (7) auch auf die Maskierungsschicht (3; 23) zumindest teilweise Kontaktierungsmaterial (11) aufgedruckt wird (57; 78).
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Kontaktierungsmaterial (11) mittels Sieb-, Spritzen-, Stempel- oder Rollendruck aufgedruckt wird (57; 78).
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Maskierungsschicht (3; 23) mittels Laserstrahlung (5) lokal geöffnet wird (52; 72).
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass lokale Öffnungen (7) mit einer Breite von weniger als 60 μm, vorzugsweise von weniger als 40 μm, besonders bevorzugt von weniger als 25 μm, ausgebildet werden (52; 72).
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass in den lokalen Öffnungen (7) durch das Öffnen (52; 72) der Maskierungsschicht entstandene Schädigungen der Solarzellensubstratfläche (1) entfernt werden (54; 76), vorzugsweise durch Ätzen (54; 76).
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Maskierungsschicht (3; 23) im Bereich der lokalen Öffnungen (7) unterätzt wird (54; 76), vorzugsweise bei gleichzeitiger Entfernung (54; 76) von Schädigungen in den lokalen Öffnungen (7).
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass als Maskierungsschicht (23) eine dielektrische Schicht (23), vorzugsweise eine Oxidschicht (23), besonders bevorzugt eine Siliziumdioxidschicht (23), ausgebildet wird (70).
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass als Maskierungsschicht (3) Phosphorglas (3) oder Borglas ausgebildet wird (50).
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass in unter den lo kalen Öffnungen (7) gelegenen Bereichen das Solarzellensubstrat (1) teilweise entfernt wird (74), vorzugsweise mittels Laserstrahlung (5), sodass durch Aufbringen des Kontaktierungsmaterials (11) in den Öffnungen (7) vergrabene Kontakte (30) ausgebildet werden können.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass in den Bereichen der lokalen Öffnungen (7) ein Dotierstoff in das Solarzellensubstrat (1) eindiffundiert wird (77).
Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass in die lokalen Öffnungen (7) eine Dotierstoffquelle (9) eingebracht wird (56).
Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Kontaktierungsmaterial (11) als Dotierstoffquelle (9) verwendet wird, vorzugsweise ein Aluminium haltiges Kontaktierungsmaterial (11).
Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass in Bereichen der lokalen Öffnungen (7) mehr Dotierstoff eindiffundiert wird als in deren Umgebung.
Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass Dotierstoff in das Solarzellensubstrat (1) eindiffundiert wird (77), wobei die Maskierungsschicht (23) als Diffusionsbarriere verwendet wird, sodass in Bereichen der lokalen Öffnungen (7) eine stärkere Eindiffusion des Dotierstoffes erfolgt als in den unter der Maskierungsschicht (23) gelegenen Bereichen.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass als Kontaktierungsmaterial (11) eine metallhaltige Paste (11) verwendet wird, vorzugsweise eine Aluminium und/oder Silber enthaltende Paste.
Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die metallhaltige Paste (11) zur Ausbildung eines hinreichend elektrisch leitfähigen Kontaktes gesintert wird (80).
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass das Entfernen (60; 80) der Maskierungsschicht (3; 23) und/oder des darauf aufgebrachten Kontaktierungsmaterials (11) mechanisch unterstützt wird, vorzugsweise durch Ultraschalleinwirkung.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass auf die Maskierungsschicht (3) aufgebrachtes Kontaktierungsmaterial (11) vor dem Entfernen (60) der Maskierungsschicht entfernt wird (58).
Verfahren nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass das auf der Maskierungsschicht (3; 23) aufgebrachte Kontaktierungsmaterial (11) durch eine chemische Behandlung, vorzugsweise durch Ätzen, entfernt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 16 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass auf der Maskie rungsschicht (3) aufgebrachte Paste (11) vor einer thermischen Behandlung (59), insbesondere vor einem Kontaktsintern (59), im Wesentlichen entfernt wird (58), vorzugsweise durch zumindest teilweises Wischen (58) über die Oberfläche der Maskierungsschicht (3).