DE102008046480A1 - Verfahren zur Herstellung einer lötbaren LFC-Solarzellenrückseite und aus derartigen LFC-Solarzellen verschaltetes Solarmodul - Google Patents

Verfahren zur Herstellung einer lötbaren LFC-Solarzellenrückseite und aus derartigen LFC-Solarzellen verschaltetes Solarmodul Download PDF

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Abstract

Ein Halbleiter-Bauelement (1), insbesondere in Form einer Solarzelle, umfasst ein flächig ausgebildetes Halbleiter-Substrat (2) mit einer ersten Seite (3), einer dieser gegenüberliegenden zweiten Seite (4) und einer senkrecht auf diesen stehenden Flächennormalen (5), mindestens eine auf der zweiten Seite (4) angeordnete, dielektrische Passivierungs-Schicht (6), mindestens eine auf der Passivierungs-Schicht (6) angeordnete, elektrisch leitende Kontakt-Schicht (7), eine auf der Kontakt-Schicht (7) angeordnete, gut lötbare Deck-Schicht (9) und eine zwischen der Deck-Schicht (9) und der Kontakt-Schicht (7) angeordnete Kleb-Schicht (10).

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Halbleiter-Bauelement, ein Modul aus mehreren Halbleiter-Bauelementen sowie ein Verfahren zur Herstellung eines Halbleiter-Bauelements.
  • Bei lasergefeuerten (LFC-)Solarzellen ist auf der sonnenabgewandten Rückseite der Solarzelle üblicherweise eine Metallschicht aus Aluminium aufgebracht. Es ist bekannt, dass das Verlöten von Aluminium technisch sehr aufwendig ist.
  • Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Halbleiter-Bauelement mit einer LFC-Rückseite zu verbessern. Der Erfindung liegt weiterhin die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung eines derartigen Halbleiter-Bauelements bereitzustellen.
  • Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale der Ansprüche 1, 7 und 8 gelöst. Der Kern der Erfindung besteht darin, auf der LFC-Rückseite des Halbleiter-Bauelements eine gut lötbare Metallfolie anzubringen. Hierfür eignet sich insbesondere eine gut leitfähige Metallfolie aus Kupfer. Weitere Vorteile ergeben sich aus den Unteransprüchen.
  • Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung mehrerer Ausführungsbeispiele anhand der Zeichnung.
  • 1 zeigt eine schematische Schnitt-Darstellung durch ein Halbleiter-Bauelement gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel.
  • Ein insbesondere als Solarzelle ausgebildetes Halbleiter-Bauelement 1 umfasst ein flächig ausgebildetes Halbleiter-Substrat 2 mit einer Vorderseite 3, einer dieser gegenüberliegenden Rückseite 4 und einer senkrecht auf der Vorderseite 3 und der Rückseite 4 stehenden Flächennormalen 5. Das Halbleiter-Substrat 2 ist aus einem Halbleiter-Material, insbesondere aus Silizium. Andere Halbleiter-Materialien sind jedoch ebenfalls denkbar. Auf der Rückseite 4 des Halbleiter-Substrats 2 ist eine die elektrische Passivierungs-Schicht 6 aufgebracht, die auch als interner Licht-Reflektor ausgelegt sein kann. Die elektrische Passivierungs-Schicht 6 ist elektrisch isolierend. Sie ist vorzugsweise aus Siliziumnitrid oder Siliziumdioxid. Die Passivierungs-Schicht 6 weist eine Dicke Dp von höchstens 1.000 nm, insbesondere höchstens 500 nm, insbesondere 100 nm auf.
  • Außerdem umfasst das Halbleiter-Bauelement 1 eine auf der die elektrischen Passivierungs-Schicht 6 angeordnete, elektrisch leitende Kontakt-Schicht 7. Die Kontakt-Schicht 7 ist aus einem gut elektrisch leitfähigen Metall, insbesondere aus Aluminium. Sie ist auf ihrer dem Halbleiter-Substrat 2 zugewandten Seite reflektierend ausgebildet. Die Kontakt-Schicht 7 hat eine Dicke DK in Richtung der Flächennormalen 5 von höchstens 22 μm, insbesondere höchstens 10 μm, insbesondere höchsten 5 μm, insbesondere höchstens 1 μm.
  • Auf der Rückseite 4 ist eine Vielzahl von lasergefeuerten Kontakten (LFC) 8 vorgesehen. Die lasergefeuerten Kontakte 8 sind durch eine Bestrahlung mit einem Laser herstellbar. Bei dieser Bestrahlung wird das Halbleiter-Bauelement 1 in einem definierten Punkt- oder linienförmigen Bereich erhitzt, so dass sich eine lokale Schmelzmischung aus dem Material der Kontakt-Schicht 7, der Passivierungs-Schicht 6 und dem darunter liegenden Halbleiter-Substrat 2 bildet. Nach dem Erstarren bilden die LFC 8 einen guten elektrischen Kontakt zwischen dem Halbleiter-Substrat 2 und der Kontakt-Schicht 7.
  • Die LFC 8 sind durch Bestrahlung der Rückseite 4 des Halbleiter-Bauelements 1 mit einer geeigneten Strahlungsquelle, insbesondere einem Laser herstellbar. Hierbei durchdringt das Material der Kontakt-Schicht 7 in einem kleinen definierten Bereich der Rückseite 4 die Passivierungs-Schicht 6 und verschmilzt mit dem Halbleiter-Substrat 2, sodass die LFC 8 einen guten elektrischen Kontakt zwischen dem Halbleiter-Substrat 2 und der Kontakt-Schicht 7 bilden. Die LFC 8 haben zumindest in eine Richtung senkrecht zur Flächennormalen 5 eine geringe Ausdehnung B im Bereich von 1 μm bis 100 μm, insbesondere im Bereich von 25 μm bis 75 μm.
  • Die LFC 8 sind in einem vorgegebenen, insbesondere einem regelmäßigen Muster auf der Rückseite 4 des Halbleiter-Substrats 2 angeordnet.
  • Schließlich umfasst das Halbleiter-Bauelement 1 eine auf der Kontakt-Schicht 7 angeordnete, flächig ausgebildete Deck-Schicht 9. Als Deck-Schicht 9 ist eine Kupferfolie vorgesehen. Die Deck-Schicht 9 kann auch einen Anteil an Messing aufweisen oder aus Messing bestehen. Außerdem ist zwischen der Deck-Schicht 9 und der Kontakt-Schicht 7 eine dünne, elektrisch leitfähige Kleb-Schicht 10 vorgesehen. Vorteilhafter Weise ist die Deck-Schicht 9 selbstklebend ausgebildet. Vorzugsweise überdeckt die Deck-Schicht 9 die Rückseite 4 weitestgehend, insbesondere vollständig. Hierdurch wird der Übergangswiderstand zwischen der Kontakt-Schicht 7 und der Deck-Schicht 9 minimiert. Außerdem wird durch eine ganzflächig aufgeklebte Deck-Schicht 9 die Querleitfähigkeit der Rückseitenmetallisie rung des Halbleiter-Bauelements 1 erhöht. Hierdurch können Leistungsverluste augrund des Übergangswiderstandes zwischen der Kontakt-Schicht 7 und der Deck-Schicht 9 kompensiert werden.
  • Die Deck-Schicht 9 ist gut verlötbar. Zur Verbesserung der Lötbarkeit kann auf die Deck-Schicht 9 eine Löt-Schicht 11 aufgebracht sein. Die Löt-Schicht 11 weist insbesondere einen Anteil an Zinn und/oder an Wismut auf.
  • Auf die Deck-Schicht 9 sind mittels Lot-Kontakten 12 Kontakt-Bändchen 13 aufgebracht. Hierdurch sind mehrere Halbleiter-Bauelemente 1 zu einem Modul miteinander verbindbar.
  • In einer besonders vorteilhaften Ausführungsform ist die Deck-Schicht 9 auf ihrer dem Halbleiter-Substrat 2 zugewandten Seite mit einer Diffusions-Sperrschicht 14 beschichtet. Die Diffusions-Sperrschicht 14 ist insbesondere aus Nickel und/oder Kobalt. Sie bildet eine Diffusionssperre zur Unterdrückung der Diffusion von Metallionen, insbesondere von Kupfer-Ionen aus der Deck-Schicht 9 in das Halbleiter-Substrat 2.
  • Anstelle einer ganzflächigen Deck-Schicht 9 kann auch vorgesehen sein, die Deck-Schicht 9 nur bereichsweise auf die Rückseite 4 des Halbleiter-Bauelements 1 aufzubringen. Die Deck-Schicht 9 ist jedoch insbesondere in den Bereichen, an welchen die Anordnung der Kontakt-Blättchen 13 vorgesehen ist auf die Rückseite 4 des Halbleiter-Bauelements 1 aufgebracht.
  • Im Folgenden wird ein Verfahren zur Herstellung des Halbleiter-Bauelements 1 beschrieben. Zunächst wird das Halbleiter-Bauelement 1 mit LFC 8 bereitgestellt. Für die Herstellung des Halbleiter-Bauelements mit 1 LFC 8 sei auf die DE 10 2008 024053.2 verwiesen. Als Ausgangspunkt dient das Halbleiter-Substrat 2, insbesondere ein Siliziumwafer, welcher zumindest auf seiner Rückseite 4, vorzugsweise auch auf seiner Vorderseite 3 mit der Passivierungs-Schicht 6 und der auf dieser angeordneten Kontakt-Schicht 7 versehen wird. Sodann wird das Halbleiter-Substrat 2 mittels eines gepulsten Lasers mit den LFC 8 versehen. Hierzu ist vorteilhafterweise ein flüssigkeitsstrahl-geführter Laser vorgesehen. Der Flüssigkeitsstrahl weist vorzugsweise Dotierstoffe wie Phosphor, Arsen, Antimon oder auch Bor, Indium, Aluminium, Gallium oder deren Verbindungen auf.
  • Anschließend wird die, vorzugsweise als selbstklebende Kupferfolie ausgebildete Deck-Schicht 9, auf die Rückseite 4 des Halbleiter-Bauelements 1 aufgebracht. Gegebenenfalls wird die Rückseite 4 des Halbleiter-Bauelements 1 zunächst mit einer leitfähigen Kleb-Schicht 10 versehen. Die Haftfestigkeit der Deck-Schicht 9 wird durch die prozessbedingt relativ raue Oberfläche der Rückseite 4 des Halbleiter-Bauelements 1 unterstützt.
  • Sodann wird die Deck-Schicht 9 mit der Löt-Schicht 11 versehen. Selbstverständlich ist es auch möglich, die Deck-Schicht 9 vor der Aufbringung auf das Halbleiter-Bauelement 1 mit der Löt-Schicht 11 zu versehen. Die Löt-Schicht 11 wird insbesondere in den Bereichen aufgebracht, an welchen die Lot-Kontakte 12 für die Kontakt-Bändchen 13 vorgesehen sind. Die Kontakt-Bändchen 13 lassen sich auf einfache Weise mit der Deck-Schicht 9 über die Lot-Kontakte 12 verbinden.
  • Zur Herstellung eines Moduls werden mehrere Halbleiter-Bauelemente 1 mittels der Kontakt-Bändchen 13 miteinander verschaltet.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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  • Zitierte Patentliteratur
    • - DE 102008024053 [0017]

Claims (10)

  1. Halbleiter-Bauelement (1), insbesondere in Form einer Solarzelle, umfassend a. ein flächig ausgebildetes Halbleiter-Substrat (2) mit i. einer ersten Seite (3), ii. einer dieser gegenüberliegenden zweiten Seite (4) und iii. einer senkrecht auf diesen stehenden Flächennormalen (5), b. mindestens eine auf der zweiten Seite (4) angeordnete, dielektrische Passivierungs-Schicht (6), c. mindestens eine auf der Passivierungs-Schicht (6) angeordnete, elektrisch leitende Kontakt-Schicht (7), d. eine auf der Kontakt-Schicht (7) angeordnete, gut lötbare Deck-Schicht (9) und e. eine zwischen der Deck-Schicht (9) und der Kontakt-Schicht (7) angeordnete Kleb-Schicht (10).
  2. Halbleiter-Bauelement (1), gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Deck-Schicht (9) als Folie, mit zumindest einem Anteil an Kupfer und/oder Messing ausgebildet ist.
  3. Halbleiter-Bauelement (1) gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Folie selbstklebend ist.
  4. Halbleiter-Bauelement (1) gemäß einem der Ansprüche 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Folie mit einer Löt-Schicht (11), insbesondere mit einem Anteil aus Zinn und/oder Wismut versehen ist.
  5. Halbleiter-Bauelement (1) gemäß einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Folie auf ihrer dem Halbleiter-Substrat (2) zugewandten Seite mit einer Diffusions-Sperrschicht (14), insbesondere aus Nickel und/oder Kobalt beschichtet ist.
  6. Halbleiter-Bauelement (1) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass auf die Deck-Schicht (9) Kontakt-Bändchen (13) mittels Lot-Kontakten (12) aufgebracht sind.
  7. Modul umfassend mindestens zwei Halbleiter-Bauelemente (1) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Halbleiter-Bauelemente (1) mittels Kontakt-Bändchen (13) elektrisch miteinander verbunden sind.
  8. Verfahren zur Herstellung eines Halbleiter-Bauelements (1) umfassend die folgenden Schritte: a. Bereitstellen eines Halbleiter-Substrats (2) mit i. einer ersten Seite (3) und ii. einer dieser gegenüberliegenden zweiten Seite (4), b. Bereitstellen mindestens einer flächig ausgebildeten Deck-Schicht (9), c. Aufbringen der Deck-Schicht (9) auf mindestens eine der Seiten (3, 4).
  9. Verfahren gemäß Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Deck-Schicht (9) als selbstklebende Folie ausgebildet ist.
  10. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass auf die Deck-Schicht (9) mindestens ein Lot-Kontakt (12) zum Verlöten von Kotakt-Bändchen (13) aufgebracht wird.
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