DE102009051688A1

DE102009051688A1 - Verfahren zur lichtinduzierten galvanischen Pulsabscheidung zur Ausbildung einer Saatschicht für einen Metallkontakt einer Solarzelle und zur nachfolgenden Verstärkung dieser Saatschicht bzw. dieses Metallkontakts sowie Anordnung zur Durchführung des Verfahrens

Info

Publication number: DE102009051688A1
Application number: DE102009051688A
Authority: DE
Inventors: Valentin Dr. Radtke; Norbert Bay; Monica Aleman
Original assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV; Albert Ludwigs Universitaet Freiburg
Current assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV; Albert Ludwigs Universitaet Freiburg
Priority date: 2009-10-23
Filing date: 2009-10-23
Publication date: 2011-04-28
Also published as: EP2491166A2; WO2011047875A8; CN102686784A; WO2011047875A2; WO2011047875A3; KR20120110101A

Abstract

Die vorliegende Erfindung beschreibt ein lichtinduziertes galvanisches Abscheidungsverfahren, wobei sowohl die Potentialdifferenz zwischen einem ersten Metallkontakt und einer Hilfselektrode gemäß einer vordefinierten Spannungs-Zeit-Charakteristik zeitabhängig variiert wird, als auch eine Lichteinstrahlung auf eine Solarzelle gemäß einer Lichtbestrahlungs-Zeit-Charakteristik.

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein lichtinduziertes galvanisches Puls-Abscheidungsverfahren, mit dem für eine Solarzelle, die lediglich einen ein zelnen Metallkontakt aufweist, ein weiterer Metallkontakt ausgebildet werden kann. Bei dem auszubildenden Metallkontakt handelt es sich insbesondere um den Frontseitenkontakt der Solarzelle (der bereits vorhandene, einzelne Kontakt ist dann der rückseitige Kontakt bzw. Rückseitenkontakt der Solarzelle). Die Erfindung bezieht sich darüber hinaus auf eine dem Verfahren entsprechende Anordnung.
Der Wirkungsgrad einer Solarzelle hängt unter anderem von dem Betrag des elektrischen Kontaktwiderstands der Solarzelle ab. Es handelt sich hierbei um den Kontakt zwischen dem Halbleitermaterial der Solarzelle (meist: dotiertes Silizium) und einem Metall, das den in der Zelle generierten Strom abführen soll, also einen Kontakt zwischen dem Frontseitenkontakt der Solarzelle und dem Halbleitermaterial derselben und zwischen dem Rückseitenkontakt der Solarzelle und dem Halbleitermaterial desselben. Eine Verminderung dieses Kontaktwiderstands führt zu einer Erhöhung des Wirkungsgrades der Solarzelle.
Das nachfolgend beschriebene erfindungsgemäße Verfahren betrifft dabei insbesondere die Kontaktausbildung an der n-Seite einer beliebigen Solarzelle: Bei einer Standard-p-Typ-Solarzelle ist dies die Vorderseite, also die dem Licht zugewandte Seite. Aus diesem Grund müssen die auf der Vorderseite auszubildenden Metallkontakte einen ausreichend hohen Lichteinfall in die Solarzelle gewährleisten, also die Zelle nicht zu stark abschatten (es werden somit in der Regel mehrere einzelne Metallkontakte bzw. Metallkontaktabschnitte auf der Vorderseite ausgebildet; vereinfacht wird im Rahmen der nachfolgenden Beschreibung jedoch von einem Vorderseitenkontakt in der Einzahl gesprochen: In der Regel umfasst dieser Kontakt somit eine Mehrzahl verbundener Einzelkontakte bzw. Kontaktabschnitte).
Die Bedingungen eines möglichst kleinen Kontaktwiderstands bei gleichzeitig optimalem Verhältnis von freier Solarzellenfläche zu Metallfläche werden in der Regel durch eine Mikrostruktur bestimmter Metalle erfüllt. Dennoch bestehen Probleme, die einzeln, teilweise auch gleichzeitig auftreten: Metalle, die keine Silizide bilden, z. B. Silber, weisen einen relativ hohen Kontaktwiderstand auf, auch die Haftung solcher Metalle auf dem Silizium ist in der Regel unbefriedigend, das heißt es besteht die Gefahr, dass sich der Metallkontakt ablöst. Metalle, die Silizide bilden, z. B. Nickel, zeigen zwar einen geringeren Kontaktwiderstand und auch eine bessere Haftung, allerdings ist die elektrische Leitfähigkeit der Metalle selbst sehr viel geringer als beispielsweise diejenige des Silbers. Ferner diffundieren solche Metalle auch verhältnismäßig tief in das Silizium ein und können die elektrischen Eigenschaften der Solarzelle negativ beeinflussen.
Aus dem Stand der Technik sind verschiedene Verfahren zur Herstellung von Metallkontakten bekannt: Diejenige Standardmethode, die in der industriellen Massenfertigung nahezu ausschließlich angewandt wird, ist das Siebdruckverfahren. Hierbei erfolgen die Kontaktbildung und die Erzeugung der Querleitfähigkeit des Metallfingers in einem Arbeitsvorgang, deswegen muss das verwendete Metall eine gute Eigenleitfähigkeit besitzen. Eine Paste, die Silberkoloiddispers enthält, wird durch eine mikrostrukturierte Schablone auf die Solarzelle aufgedruckt. In der Paste sind neben dem Silber noch Glaspartikel und Bleioxid enthalten, welche für die Kontaktbildung, die erst bei mindestens 800C° einsetzt, unerlässlich sind. Diese Methode hat einige Nachteile: Zwar muss die Passivierungsschicht auf der Vorderseite der Solarzelle nicht geöffnet werden und auch die Haftung auf dem Silizium ist aufgrund der Glaspartikel besser als die des reinen Silbers, jedoch ist der dann ausgebildete Kontakt sehr inhomogen und weist insgesamt einen relativ großen Kontaktwiderstand auf. Zudem ist die Methode nur geeignet, wenn der Emitter eine ausreichende Oberflächenkonzentration an Phosphor aufweist, also hoch dotiert ist (bis etwa 10²⁰ Atome/cm³). Dies vereinfacht zwar die Passivierung der Oberfläche, führt aber zu einer – im Vergleich mit einem niedrig dotierten Emitter – geringeren Leerlaufspannung. Ferner ist das Aspektverhältnis, also das Verhältnis von Höhe zu Breite der Metallfinger des ausgebildeten Kontakts, ungünstig. Dies bedeutet eine relativ große Abschattung der Solarzellenfläche, also einen Wirkungsgradverlust.
Andere Verfahren aus dem Stand der Technik beruhen darauf, erst den Metall-Halbleiter-Kontakt, nachfolgend im Rahmen der vorliegenden Erfindung auch als Saatschicht bezeichnet, zu bilden und diese Saatschicht dann anschließend zu verstärken, das heißt Metall mit hoher Leitfähigkeit auf die Saatschicht aufzubringen. So wird beispielsweise eine Schichtenfolge von verschiedenen Metallen, beispielsweise Ti-Pd-Ag, zunächst aufgedampft und danach galvanisch verstärkt. Nachteilig ist dabei, dass die Passivierungsschicht zuvor mikrostrukturiert geöffnet werden muss, und dass das Verfahren (da Hochvakuum und teure Materialien wie Pd erfordernd) sehr kostenintensiv ist.
Auch die Bildung einer Saatschicht aus Nickel ist bekannt: Hierbei wird Nickel stromlos, das heißt mit chemischen Reduktionsmitteln aus einer wässrigen, Nickel-Ionen enthaltenden Lösung auf den Halbleiter abgeschieden und anschließend getempert. Nachteilig hierbei ist, dass dieser Prozess äußerst schwierig zu kontrollieren ist, also schlecht reproduziert werden kann und meist zu inhomogenen Schichten führt. Auch hier muss die Passivierungsschicht zuvor mikrostrukturiert geöffnet werden.
Aus dem Stand der Technik ist es darüber hinaus bekannt, bereits aufgebrachte Saatschichten eines Metallkontakts galvanisch zu verstärken, da dies ein sehr kostengünstiges Verfahren ist. Eines dieser Verfahren beschreibt die sogenannte lichtinduzierte Galvanik, bei der eine einen Frontkontakt auf der Vorderseite und einen Rückseitenkontakt aufweisende Solarzelle mittels des Rückseitenkontakts mit einer äußeren Spannungsquelle verbunden wird. Die Solarzelle wirkt unter Beleuchtung als Strom- bzw. Spannungsquelle für den galvanischen Prozess, wobei der Frontseitenkontakt die Kathode (niedriges Potential) und der Rückseitenkontakt die Anode der galvanischen Zelle darstellt.
Da der Rückseitenkontakt in der Regel aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung besteht (auch hier wird nachfolgend von einem Rückseitenkontakt in Einzahl gesprochen, obwohl es sich auch um mehrere einzelne elektrische Kontakte, die auf der Rückseite angeordnet sind, handeln kann), ist der anodische Prozess dieser galvanischen Zelle die elektrochemische Auflösung von Aluminium, also die Auflösung des Rückseitenkontaktes. Dies muss jedoch verhindert werden, wozu eine zusätzliche Hilfselektrode notwendig ist: Zwischen der Rückseite der Solarzelle bzw. dem Rückseitenkontakt und dieser aus dem abzuscheidenden Metall bestehenden Hilfselektrode wird hierzu eine konstante Potentialdifferenz derart angelegt, dass die Rückseite gegenüber dieser Hilfselektrode negativ polarisiert ist (d. h. der Rückseitenkontakt muss auf einem geringeren bzw. negativeren Potential liegen als die Hilfselektrode bzw. die Anode). Anstelle der anodischen Auflösung des Rückseitenkontaktes findet infolgedessen die anodische Auflösung der Hilfselektrode (die nachfolgend alternativ auch als Anode bezeichnet wird) statt. Da der Rückseitenkontakt der Solarzelle in der Regel ganzflächig metallisiert ist, ist die Verbindung des Rückseitenkontaktes mit einer Spannungsquelle technisch wenig anspruchsvoll. Die Hilfselektrode kann somit als Opferanode aufgefasst werden.
In dieser lichtinduzierten galvanischen Anordnung stellt sich zwischen der lichtzugewandten Seite der Solarzelle (Vorderseiten- bzw. Frontseitenkontakt) und der Hilfselektrode eine Potentialdifferenz ein, deren Betrag von der zwischen der Rückseite und der Hilfselektrode angelegten Potentialdifferenz einerseits und der zwischen der Rück- und der Vorderseite der Solarzelle auftretenden Potentialdifferenz andererseits abhängt. Letztere wird durch die auf die Solarzelle einfallende Lichtintensität bestimmt.
Die bereits vorhandenen und durch die lichtinduzierte Galvanik verstärkten Metallkontakte auf Solarzellen weisen jedoch einige Mängel auf: So ist die elektrische Leitfähigkeit dieser Metallkontakte geringer als die spezifische Leitfähigkeit des entsprechenden Metalls, die Haftung der galvanisch verstärkten Metallschicht auf der bereits vorhandenen Metallschicht ist nicht optimal und das Aspektverhältnis (Verhältnis von Höhe zu Breite) des Metallkontaktes wird durch den galvanischen Prozess verkleinert (es ist jedoch ein möglichst großes Aspektverhältnis erwünscht, um die Abschattung der Solarzelle möglichst gering zu halten). Schließlich treten innere Spannungen im Metallkontakt auf, die jedoch unerwünscht sind, da sie einen nachteiligen Effekt auf die elektrische Leitfähigkeit und/oder die Haftung der Metallkontakte haben und sich ungünstig auf mechanische Eigenschaften der Solarzelle auswirken (insbesondere Letzteres gewinnt angesichts sinkender Waferdicken, Stichwort: Dünnschicht-Solarzellen, an Bedeutung).
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ausgehend vom Stand der Technik die bekannten lichtinduzierten galvanischen Verstärkungsverfahren, bei denen ein bereits vorhandener Metallkontakt einer Solarzelle durch die lichtinduzierte Galvanik verstärkt bzw. verdickt wird so weiterzubilden, dass die vorstehend genannten Nachteile vermieden werden. Aufgabe ist es somit insbesondere auf einfache und zuverlässige Art und Weise zu einer optimierten elektrischen Leitfähigkeit und zu einer optimierten Haftung eines Metallkontakts zu gelangen, innere Spannungen im Metallkontakt zu reduzieren und einen Metallkontakt mit einem verbesserten Aspektverhältnis herzustellen.
Diese Aufgabe wird durch das Verfahren gemäß Patentanspruch 1 sowie durch die Anordnung gemäß Patentanspruch 16 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungsformen des Verfahrens und der Anordnung lassen sich jeweils den abhängigen Ansprüchen entnehmen. Erfindungsgemäß lassen sich ein solches Verfahren und/oder eine solche Anordnung also zur lichtinduzierten Ausbildung und bevorzugt zusätzlich auch zur Verstärkung eines elektrischen Kontakts, insbesondere eines frontseitigen Kontakts, einer Solarzelle, insbesondere einer Dünnschicht-Solarzelle, verwenden.
Nachfolgend wird die vorliegende Erfindung nun zunächst allgemein, dann in Form von Ausführungsbeispielen beschrieben. Die Kombinationen von Merkmalen, wie sie sich den einzelnen Ausführungsbeispielen entnehmen lassen, müssen dabei im Rahmen der vorliegenden Erfindung nicht in genau diesen Konfigurationen verwirklicht werden, sondern können (auf Basis des Fachwissens des Fachmanns) im Rahmen des durch die Patentansprüche gegebenen Schutzbereiches auch in anderen Kombinationen verwirklicht sein.
Grundlegender Ansatzpunkt der vorliegenden Erfindung ist es, das lichtinduzierte galvanische Abscheidungsverfahren nicht nur zur Verstärkung eines bereits vorhandenen Metallkontakts einzusetzen, sondern auf eine Solarzelle anzuwenden, die von ihren beiden aufzubringenden Metallkontakten lediglich genau einen Metallkontakt aufweist, bei der also der zweite Metallkontakt noch vollständig fehlt. Eine solche lediglich genau einen Metallkontakt (üblicherweise: den Rückseitenkontakt) aufweisende Solarzelle kann dann an der dem bereits vorhandenen Metallkontakt gegenüberliegenden Seite (üblicherweise: der Front- bzw. Vorderseite) geöffnet sein: Das heißt, die Passivierungsschicht der Vorderseite der Solarzelle kann, bevorzugt mikrostrukturiert, geöffnet sein. Die so geöffnete Solarzelle wird dann in ein elektrolytisches Bad mit einem Elektrolyten getaucht, der diejenigen Metall-Ionen, die auf der dem bereits vorhandenen Metallkontakt gegenüberliegenden Seite zur Ausbildung des zweiten Metallkontakts führen, enthält. Durch das erfindungsgemäße, nachfolgend noch im Detail beschriebene, lichtinduzierte galvanische Abscheidungsverfahren wird somit aus den im Elektrolyten enthaltenen Metall-Ionen eine Saatschicht für den zweiten Metallkontakt unmittelbar auf dem Halbleitermaterial der Solarzelle ausgebildet. Diese Saatschicht kann dann durch das lichtinduzierte galvanische Abscheidungsverfahren gemäß der vorliegenden Erfindung auch weiter ausgedehnt bzw. verdickt werden, so dass der gesamte zweite Metallkontakt mit dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt werden kann.
Wurde somit im Stand der Technik die lichtinduzierte Galvanik bislang ausschließlich dazu genutzt, bereits vorhandene Metallkontakte (z. B. Siebdruckfinger oder auch beliebig erzeugte Saatschichten) zu verstärken, so erfolgt gemäß der vorliegenden Erfindung bereits die Kontaktausbildung mit der lichtinduzierten Galvanik. Unter Kontaktausbildung wird erfindungsgemäß die Ausbildung einer Saatschicht eines Metalls unmittelbar angrenzend an und/oder in Verbindung mit einem Halbleitermaterial der Solarzelle verstanden. Erfindungsgemäß weist sowohl das auf die (zunächst lediglich einen einzigen Metallkontakt aufweisende) Solarzelle auftreffende Licht als auch gleichzeitig das zwischen den bereits vorhandenen Metallkontakt (in der Regel: Rückseitenkontakt) der Solarzelle und der Hilfselektrode gelegte Potential (Potentialdifferenz ΔU_RH) eine vordefinierte, zeitabhängig variierende Charakteristik auf. Insbesondere kann es sich bei einer erfindungsgemäßen zeitabhängigen Variation der Spannungs-Zeit-Charakteristik (bzw. der Potentialdifferenz ΔU_RH) und/oder bei der zeitabhängigen Variation der Lichteinstrahlungs-Zeit-Charakteristik (bzw. der Lichteinstrahlung) um eine pulsförmige Variation handeln. Erfindungsgemäß weist somit sowohl das zwischen dem vorhandenen Metallkontakt und der Hilfselektrode angelegte Potential, als auch die Lichteinstrahlung einen pulsförmigen Verlauf auf (bigepulstes Verfahren).
Erfindungsgemäß ist somit sowohl die Potentialdifferenz ΔU_RH als auch die eingestrahlte Lichtintensität über die Zeit nicht konstant (unter ”konstant” wird hier verstanden, dass der entsprechende Größenwert über die Zeit bis auf die natürlich unvermeidlichen statistischen Schwankungen konstant ist), sondern sowohl die Potentialdifferenz ΔU_RH zwischen dem bereits vorhandenen Metallkontakt und der Hilfselektrode, als auch die Lichteinstrahlung wird gemäß einer vordefinierten Zeit-Charakteristik zeitabhängig variiert. Hierbei kann die Spannungs-Zeit-Charakteristik, mit der die Potentialdifferenz zeitlich variiert wird, auch als entsprechende Strom-Zeit-Charakteristik aufgefasst werden. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung kann somit alternativ oder kumulativ auch eine entsprechende Variation von Stromdichtewerten über die Zeit realisiert werden. Nachfolgend wird vereinfacht immer von einer Spannungs-Zeit-Charakteristik gesprochen, obwohl es sich hierbei somit alternativ oder kumulativ auch um eine Variation von Stromdichtewerten handeln kann.
Besonders vorteilhaft ist es, die beiden Pulsfolgen der Spannungs-Zeit-Charakteristik einerseits und der Lichtbestrahlungs-Zeit-Charakteristik andererseits zeitlich miteinander synchronisiert auszubilden: so können Pulsfolgen der Potentialdifferenz einerseits und Pulsfolgen der Lichtbestrahlung andererseits in Form von synchronisierten Pulsfolgen realisiert werden. Gerade bei einer solchen Synchronisation der beiden Pulsfolgen der beiden Einflussgrößen Potentialdifferenz und Lichtbestrahlung kann erfindungsgemäß eine besonders vorteilhafte Kontaktierung realisiert werden.
Diese Potentialdifferenz ΔU_RH muss im zeitlichen Mittel < 0 sein, da sonst die galvanische Auflösung des bereits vorhandenen Metallkontakts (also insbesondere des Rückseitenkontakts) stattfinden würde und nicht die galvanische Auflösung der Hilfselektrode. Dies muss jedoch nur im zeitlichen Mittel gelten, so dass durchaus (siehe auch nachfolgende Ausführungsbeispiele) auch kurze Zeiträume möglich sind, in denen diese Bedingung nicht erfüllt ist.
Unter einer Synchronisierung der Spannungs-Zeit-Charakteristik (nachfolgend alternativ auch als erste Charakteristik bezeichnet) bzw. einer ihr entsprechenden Pulsfolge und der Lichtbestrahlungs-Zeit-Charakteristik (nachfolgend alternativ auch als zweite Charakteristik bezeichnet) bzw. einer ihr entsprechenden Pulsfolge wird nachfolgend verstanden, dass beide Charakteristiken zumindest während eines definierten Zeitintervalls (bevorzugt: während ihrer gesamten Anwendung) jeweils einen periodischen Verlauf (z. B. in Form einer Pulsfolge) aufweisen, wobei der periodische Verlauf der ersten Charakteristik und derjenige der zweiten Charakteristik im genannten Zeitintervall aufeinander abgestimmt sind.
Die Abstimmung kann dabei auf verschiedene Art und Weise erfolgen: So kann die Periode der einen Charakteristik ein ganzzahliges Vielfaches der Periode der anderen Charakteristik betragen.
Ebenso kann die Frequenz der einen Charakteristik ein ganzzahliges Vielfaches der Frequenz der anderen Charakteristik betragen. Es ist jedoch auch möglich, dass beide Perioden bzw. Frequenzen identisch sind, wobei jedoch dann die beiden Charakteristika um ein festes, vordefiniertes Zeitintervall gegeneinander verschoben sind (so können z. B. Maxima der ersten Charakteristik um eine halbe Periode gegenüber Maxima der zweiten Charakteristik verschoben sein).
Der Begriff der Synchronisierung ist erfindungsgemäß jedoch nicht auf periodische Pulszüge eingeschränkt: So liegt erfindungsgemäß eine zeitliche Synchronisierung der ersten Charakteristik und der zweiten Charakteristik auch dann vor, wenn die beiden Einflussgrößen (also die Potentialdifferenz ΔU_RH einerseits und die Lichteinstrahlung bzw. die einfallende Strahlungsmenge andererseits) während mehrerer aufeinander folgender Zeitabschnitte bzw. Zeitintervalle jeweils beide immer ein und denselben Zustand aufweisen (ein solcher Zustand kann beispielsweise eine definierte Spannung oder eine definierte eingestrahlte Lichtmenge oder auch keine angelegte Spannung bzw. keine angelegte Lichtmenge sein). Vorteilhafterweise weisen dabei jeweils unmittelbar aufeinander folgende Zeitintervalle bzw. Zeitabschnitte jeweils ein und denselben zeitlichen Abstand auf.
Besonders vorteilhaft wird erfindungsgemäß eine synchrone Pulsfolge der beiden Charakteristiken realisiert bei der die beiden Einflussgrößen zeitgleich so eingestellt sind, dass an der der bereits vorhandenen Metallelektrode gegenüberliegenden Seite der Solarzelle zeitweilig in Summe keine durch äußere Einflüsse generierte Spannung anliegt, dass also weder durch Lichteinstrahlung eine Spannung erzeugt wird, noch eine Potentialdifferenz ΔU_RH angelegt wird. Diese Seite (in der Regel die Frontseite der Solarzelle) bzw. die (aufwachsende) Kathode liegt dann zeitweilig auf offenem Zellpotential (OCP von englisch open cell potential).
Unter einer synchronen Pulsfolge der beiden Charakteristiken wird dabei das Folgende verstanden: die Pulslängen sowohl der Lichtpulse als auch der Spannungspulse müssen derart aufeinander abgestimmt werden, dass periodisch wiederkehrende Phasen von offenem Zellpotential an der Vorderseite der Solarzelle auftreten. Das offene Zellpotential ist dasjenige Potential, das sich an einer Elektrode einstellt, die in einen Elektrolyten eintaucht und über die kein Strom fließt.
Für Solarzellen bedeutet das, dass die Vorderseite der Solarzelle (lichtzugewandte Seite) nicht unter offener Zellspannung liegt, solange die Solarzelle beleuchtet ist und solange an der Rückseite eine Spannung gegen die Hilfselektrode angelegt wird. Nur eine nicht beleuchtete Solarzelle bei gleichzeitiger galvanischer Trennung der Rückseite von der Spannungsquelle führt zum offenen Zellpotential an der Vorderseite (und auch an der Rückseite).
Keine durch äußere Einflüsse generierte Spannung für die offene Zellspannung meint dabei das Folgende: es darf weder Licht auf die Zelle fallen noch eine Spannung zwischen Rückseite und Hilfselektrode angelegt werden, da ansonsten eine Spannung zwischen Vorder- und Rückseite generiert wird und an der Vorderseite kein offenes Zellpotential anliegt. Es ist hierbei Vorsicht angebracht, da der Ausdruck ”keine Spannung anlegen” fälschlicherweise auch als ”Spannungsdifferenz = 0 V” interpretiert werden kann. Technisch muss die Rückseite also galvanisch von der Spannungsquelle getrennt werden. Bei vielen Spannungsquellen ist dies nicht der Fall, es wird dann lediglich eine Spannung von 0 V angelegt, was aber nicht das offene Zellpotential zur Folge hat.
Insbesondere kann dabei die Spannungs-Zeit Charakteristik und/oder die Lichtbestrahlungs-Zeit-Charakteristik periodisch oder in Form von Pulsfolgen zeitlich variiert werden.
Hierbei sind unterschiedliche Spannungs-Zeit-Charakteristiken, Lichtbestrahlungs-Zeit-Charakteristiken und/oder Pulsfolgen denkbar (besonders vorteilhafte werden nachfolgend im Detail beschrieben): So können anodische Pulse an die Anfangsphase einer Pulsroutine gelegt werden, es können auch Pulse verschiedener Größe überlagert werden etc.
Ein anodischer Puls ist das Anlegen eines Potentials an ein Werkstück, das eine anodische Reaktion (Oxidation) am Werkstück zur Folge hat, in der vorliegenden Anordnung also ein positives (hohes) Potential. Ein kathodisches Potential ist dasjenige, das eine kathodische Reaktion (Reduktion) am Werkstück zur Folge hat, in vorliegender Anordnung ein negatives (niedriges) Potential.
Ebenso ist es möglich, Pulsfolgen auch selbst zu pulsen, d. h. zwischen einzelnen Pulsfolgen mit jeweils einer in Form von einzelnen Pulsen zeitabhängig variierten Spannungs-Zeit-Charakteristik und/oder Lichtbestrahlungs-Zeit-Charakteristik treten Zeitintervalle auf, in denen keine zeitliche Variation der Spannungs-Zeit-Charakteristik und/oder der Lichtbestrahlungs-Zeit-Charakteristik stattfindet. Die erzeugten Potentialdifferenz kann auch schrittweise geändert werden. Die Form einzelner Pulse kann hierbei nichtlinear sein, neben Dreiecks- oder Rechteckspulsen können auch sinusförmige Pulse, exponentiell geformte Pulse und/oder zwei-, drei- oder höhergradig polynomiale Spannungspulse angelegt werden.
Die sich zwischen der Seite des aufzuwachsenden, zweiten Metallkontaktes und der Hilfselektrode einstellende Spannung verläuft der angelegten Potentialdifferenz zwischen dem ersten Metallkontakt (in der Regel: Rückseitenkontakt) und der Hilfselektrode gleichsinnig, d. h. ein kathodisches Potential an der Rückseite führt z. B. zu einem kathodischen Potential an der Vorderseite.
Vorteilhafterweise kann erfindungsgemäß die Potentialdifferenz ΔU_RH über eine mit einem Funktionsgenerator verbundene, zwischen den ersten Metallkontakt und die Hilfselektrode geschaltete Spannungsquelle erzeugt werden: Mittels des Funktionsgenerators wird dann die von der Spannungsquelle erzeugte, zwischen dem ersten Metallkontakt und der Hilfselektrode angelegte Potentialdifferenz ΔU_RH zeitabhängig variiert.
Alternativ dazu ist es jedoch auch möglich, diese Potentialdifferenz zeitlich zu variieren, indem zeitlich aufeinanderfolgend jeweils unterschiedliche Spannungsquellen (die unterschiedliche Spannungen erzeugen) zwischen den ersten Metallkontakt und die Hilfselektrode geschaltet werden. Dies ist insbesondere vorteilhaft im Verlauf von Inline-Prozessen bei der Fertigung der Solarzellen.
Erfindungsgemäß kann die Lichtbestrahlungs-Zeit-Charakteristik des auf die Solarzelle eingestrahlten Lichts variiert werden, indem eine die Solarzelle (insbesondere die Vorderseite) bestrahlende Lichtquelle mit einem Frequenzgenerator verbunden wird. Mit Letzterem kann dann die an der Lichtquelle anliegende Spannung zeitabhängig variiert werden, so dass die von der Lichtquelle ausgestrahlte Lichtintensität eine entsprechende zeitliche Variation aufweist.
Alternativ dazu ist es jedoch auch möglich, mit einer mit konstanter Spannung betriebenen Lichtquelle (die somit kontinuierlich eine konstante Intensität abgibt) auf die Solarzelle einzustrahlen und zwischen der Solarzelle und der sie bestrahlenden Lichtquelle eine mechanische Vorrichtung, insbesondere einen mechanischen Chopper, anzuordnen: Mit dieser mechanischen Vorrichtung kann dann zeitabschnittsweise, insbesondere periodisch, die Solarzelle von dem auf sie eingestrahlten Licht abgeschirmt werden.
Erfindungsgemäß erfolgt somit eine Erzeugung einer Saatschicht mit spannungs- und lichgepulster (also bigepulster) lichtinduzierter Galvanik: Hierzu kann die zuvor durch ein beliebiges Verfahren mikrostruktiert geöffnete Passivierungsschicht der Vorderseite einer lediglich genau einen Metallkontakt auf der Rückseite aufweisenden Solarzelle in einen die für den aufzubringenden Metallkontakt geeigneten Metall-Ionen enthaltenden Elektrolyten getaucht werden. Bevorzugt handelt es sich bei diesen Metall-Ionen um Nickel-Ionen, Kobalt-Ionen oder Wolfram-Ionen. Das erfindungsgemäße Verfahren führt zu einer dünnen, homogenen Saatschicht aus z. B. Nickel, Kobalt oder Wolfram, die dann anschließend erfindungsgemäß weiter auf Basis der lichtinduzierten Galvanik verstärkt werden kann. Das Verfahren kann unabhängig vom Emitterwiderstand eingesetzt werden, also auch für hochohmige Emitter. Das Verfahren kann mit allen dem Stand der Technik für das jeweilige abzuscheidende Metall des zweiten Metallkontakts entsprechenden Elektrolyten durchgeführt werden (die vorstehend und nachfolgend aufgeführten Elektrolyte sind somit als Beispiele zu verstehen).
Erfindungsgemäß wird der bereits vorhandene, einzelne Metallkontakt der Solarzelle mit der Hilfselektrode derart verschaltet, dass zwischen beiden eine vordefinierte Potentialdifferenz, die zeitabhängig variierbar ist bzw. die sich im Verlauf der Zeit ändert, angelegt werden kann. Diese Potentialdifferenz besteht vorteilhafterweise aus einer periodischen Folge von Spannungspulsen unterschiedlicher Polarität, unterschiedlichem Betrag und/oder unterschiedlicher Dauer und aus spannungsfreien Perioden. Dies kann durch den vorbeschriebenen Funktionsgenerator realisiert werden. Die Spannungspulse werden dabei so gewählt, dass die den bereits vorhandenen Metallkontakt tragende Seite der Solarzelle für eine längere Dauer auf tieferem Potential liegt, als die Hilfselektrode. Zeitgleich kann die Vorderseite mit einer gepulsten Lichtquelle bestrahlt werden. Als Folge dieser Behandlung bildet sich z. B. im Bereich der Öffnung der Passivierungsschicht auf der Frontseite der Solarzelle eine Saatschicht aus dem entsprechenden Metall, wobei die Dauer der Behandlung bevorzugt so eingestellt wird, dass die Saatschicht zwischen 50 nm und 500 nm dick ist.
Wesentlicher Punkt der Erfindung ist somit, dass die Potentialdifferenz ΔU_RH zwischen dem ersten Metallkontakt und der Hilfselektrode gemäß einer vordefinierten Spannungs-Zeit-Charakteristik (erste Charakteristik) zeitabhängig variiert und dass gleichzeitig während dieser zeitabhängigen Variation gemäß der ersten Charakteristik auch die Lichteinstrahlung auf die Solarzelle gemäß einer weiteren vordefinierten Charakteristik (zweite Charakteristik), der Lichtbestrahlungs-Zeit-Charakteristik zeitabhängig variiert wird. Alternativ können auch den Charakteristiken entsprechende Stromdichteänderungen erzeugt werden.
Vorteilhafterweise ist dabei die erste Charakteristik (bzw. deren zeitabhängige Variation) synchronisiert mit der zweiten Charakteristik (bzw. deren zeitabhängiger Variation).
Bevorzugt sind die beiden Charakteristiken so ausgebildet, dass während mehrerer beabstandet voneinander aufeinander folgender definierter Zeitintervalle weder eine Potentialdifferenz ΔU_RH zwischen dem ersten Metallkontakt und der Hilfselektrode anliegt, noch eine Lichteinstrahlung auf die Solarzelle erfolgt.
Bevorzugt wird die so erzeugte Saatschicht für den zweiten Metallkontakt erfindungsgemäß als Kathode verwendet, um auf Basis der Saatschicht den zweiten Metallkontakt (durch weiteres Aufrechterhalten einer Potentialdifferenz ΔU_RH und einer Lichteinstrahlung) weiter aufzuwachsen. Nachfolgend wird die vorliegende Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen beschrieben. Hierzu zeigen:
1 die grundlegende Anordnung die zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens verwendet wird;
2 ein erstes Beispiel für eine zeitliche Variation der Potentialdifferenz ΔU_RH zwischen einer Solarzellenrückseite und der Hilfselektrode sowie für eine zeitliche Variation der Lichteinstrahlung auf die Vorderseite der Solarzelle;
3 ein weiteres entsprechendes Beispiel.
1 zeigt eine erfindungsgemäße Anordnung, die zum Durchführen eines lichtinduzierten galvanischen Abscheidungsverfahrens gemäß der Erfindung ausgebildet ist. In einem Behälter 1 befindet sich ein elektrolytisches Bad 6, in dem eine Hilfselektrode H (die als Anode der galvanischen Abscheidung dient) angeordnet ist. Ebenfalls im galvanischen Bad 6 ist eine Solarzelle S mit einem Vorderseitenkontakt V und einem auf der gegenüberliegenden Seite der Solarzelle ausgebildeten Rückseitenkontakt R angeordnet (Rückseitenkontakt R = erster Metallkontakt, Vorderseitenkontakt V = zweiter Metallkontakt).
Die Hilfselektrode H ist über eine isolierte elektrische Zuleitung 12 und eine isolierte elektrische Zuleitung 11 mit dem Rückseitenkontakt R elektrisch verbunden. Zwischen die beiden Leitungen 11 und 12 ist eine Spannungsquelle 2 geschaltet, mit der die zwischen der Hilfselektrode H und dem Rückseitenkontakt R anliegende Potentialdifferenz ΔU_RH zeitabhängig variiert werden kann.
Diese zeitabhängige Variation wird dadurch bewerkstelligt, dass mittels eines Funktionsgenerators 3 (der mittels der Leitung 13 mit der Spannungsquelle 2 verbunden ist) die von der Spannungsquelle 2 erzeugte Spannung zeitabhängig variiert wird.
Schließlich ist oberhalb der Anordnung aus Hilfselektrode H, Bad 6 und Solarzelle S eine Lichtquelle 4 angeordnet, mit der die Seite des Vorderseitenkontakts V der Solarzelle S mit elektromagnetischer Strahlung bestrahlt werden kann 5, die die Stromerzeugung in der Solarzelle bewirkt.
Wie die 2 und 3 zeigen, ist zur Variation der Potentialdifferenz ΔU_RH zwischen der Solarzellenrückseite (Rückseitenkontakt R) und der Hilfselektrode H die Spannungsquelle 2 mittels des Funktionsgenerators 3 so gesteuert, dass die in diesen Figuren gezeigten Spannungs-Zeit-Charakteristiken verwirklicht werden. Über den Funktionsgenerator kann somit die Spannungsquelle 2 so gesteuert werden, dass nahezu beliebige Spannungsfolgen zwischen der Solarzellenrückseite R und der Hilfselektrode H erzeugt werden können.
2 zeigt ein erstes Beispiel für eine gleichzeitige Ausbildung einer Spannungs-Zeit-Charakteristik der Potentialdifferenz ΔU_RH und einer Lichtbestrahlungs-Zeit-Charakteristik einer auf die Vorderseite einer Solarzelle eingestrahlten Lichtmenge.
Im gezeigten Beispiel wird die lediglich einen Rückseitenkontakt aufweisende Solarzelle in einen Elektrolyten 6 getaucht, der folgende Zusammensetzung hat:

NiSO₄·6H₂O 31 g/l

NiCl₂ 2 g/l

H₃BO₃ 40 g/l

NaC₁₆H₂₉O₇S 170 g/l

NaC₈H₁₇O₃S 255 g/l

restliche Bestandteile: Wasser
Der pH-Wert der Elektrolytlösung, die mäßig schnell gerührt werden kann, liegt zwischen 2 und 6, bevorzugt zwischen 3 und 4. Die Temperatur der Elektrolytlösung kann zwischen Raumtemperatur (20°C) und 70°C liegen, bevorzugt zwischen 40°C und 60°C.
2a zeigt die Potentialpulsroutine bzw. die Spannungs-Zeit-Charakteristik für die Potentialdifferenz ΔU_RH, die zwischen dem Rückseitenkontakt R der Solarzelle S und der Hilfselektrode H angelegt wird. Die gezeigte Potentialpulsroutine wird auch als so genanntes ”reverse pulse plating” bezeichnet.
Zum Zeitpunkt t = t₀ wird bis zum Zeitpunkt t₁ > t₀ zwischen dem Rückseitenkontakt und der Hilfselektrode keine Potentialdifferenz angelegt. Zum Zeitpunkt t₁ wird zunächst ein kathodischer Spannungspuls U₁ zwischen dem Rückseitenkontakt R der Solarzelle S und der Hilfselektrode H angelegt, das heißt, die Rückseite liegt auf einem niedrigeren Potential als die Hilfselektrode, die auf einem höheren Potential liegt. U₁ wird bis zum Zeitpunkt t₄ beibehalten. Zum Zeitpunkt t₄ > t₁ wird ein anodischer Puls U₂ der Dauer des Zeitintervalls [t₄, t₅] mit t₅ > t₄ angelegt, der von einer spannungsfreien Zeit im Zeitintervall [t₅, t₇] mit t₅ < t₇ gefolgt wird. In dieser spannungsfreien Zeit gilt somit ΔU_RH = U_oc. Es gilt U₁ < U_OC < U₂.
U_OC ist die offene Zellspannung: es wird von außen zwischen zwei Elektroden keine Potentialdifferenz ΔU_RH angelegt, also auch nicht 0 V. An den beiden Elektroden (Vorder- und Rückseite) stellt sich ein Potential gemäß den elektrochemischen Bedingungen ein, d. h. das System versucht, den Gleichgewichtszustand zu erreichen. Hierbei kommt es zu einer Umstrukturierung der elektrolytischen Doppelschicht, der Phasengrenze zwischen Elektrode und Elektrolyt. Es ist jene periodische Umstrukturierung dieser Doppelschicht, die das Wachstum des Metallkontaktes auf die Solarzelle äußerst günstig beeinflusst.
Diese von t₁ bis t₇ dauernde Spannungs-Zeit-Charakteristik wird nun mehrfach wiederholt, so dass die Spannungs-Zeit-Charakteristik im Intervall [t₁, t₇] eine Periode einer erfindungsgemäßen periodischen Spannungs-Zeit-Charakteristik ausmacht.
Erfindungsgemäß wird zeitgleich (also während mehrerer der, bevorzugt aller der vorher beschriebenen Spannungs-Zeit-Charakteristik-Perioden) von der Lichtquelle 4 Licht auf die Vorderseite der Solarzelle S, die zu Beginn des Prozesses noch keine Metallbeschichtung aufweist, eingestrahlt: Der zeitliche Verlauf der eingestrahlten Lichtintensität ist ebenfalls in 2a gezeigt. Im Zeitintervall [t₀, t₁] ändert sich die Lichtintensität von I₀ auf I₁ mit I₀ < I₁. Das Zeitintervall [t₁, t₇] ist nun in sechs gleich lange Abschnitte unterteilt, wobei für die diese Zeitabschnitte definierenden Zeitpunkte t₁ bis t₇ gilt: t₁ < t₂ < t₃ < t₄ < t₅ < t₆ < t₇. Im Zeitintervall [t₁, t₂] beträgt die eingestrahlte Lichtintensität I₁, danach wird die eingestrahlte Lichtintensität während des Zeitintervalls [t₂, t₃] auf I₂ > I₁ erhöht wird. Dem schließen sich die beiden Zeitintervalle [t₃, t₅] und [t₅, t₇] an, in denen der Lichtintensitätsverlauf identisch wie im Intervall [t₁, t₃] ist. Für die Zeitpunkte t mit t > t₇ wird die Lichtbestrahlungs-Zeit-Charakteristik des Zeitintervalls [t₁, t₇] dann in aufeinander folgenden Zeitintervallen der Länge t₇ – t₁ jeweils wiederholt.
2b zeigt den zeitlichen Verlauf des Potentials, das sich an der Vorderseite bzw. im Bereich der Saatschicht der Solarzelle S einstellt (Potentialdifferenz zwischen Vorderseite und Hilfselektrode).
Die vorbeschriebene Pulsfolge in der Lichtintensität und gleichzeitig auch in der Potentialdifferenz ΔU_RH gewährleistet einen Wechsel zwischen Phasen der Keimbildung (während des Zeitintervalls [t₁, t₄] und der diesem Intervall entsprechenden nachfolgenden Intervalle der Pulsperiode) und Phasen, in denen ein Keimwachstum stattfindet (während des Zeitintervalls [t₅, t₇] bzw. den entsprechenden Zeitintervallen, die diesem Zeitintervall in der Pulsfolge nachfolgen). Die Potentialumkehr während des Zeitintervalls [t₄, t₅] (und der nachfolgenden, entsprechenden Zeitintervalle) hat einen einebnenden Effekt auf die Abscheidung.
t₄ – t₁ kann zwischen 10^–5 Sekunden und 1 Sekunde liegen, bevorzugt zwischen 10^–4 Sekunden und 0.1 Sekunden; t₅ – t₄ kann zwischen 10^–6 Sekunden und 0.1 Sekunden, bevorzugt zwischen 10^–5 Sekunden und 0.1 Sekunden liegen; t₇ – t₅ kann zwischen 0 Sekunden und 1 Sekunde liegen, bevorzugt zwischen 10^–2 Sekunden und 1 Sekunde. Der kathodische Spannungspuls U₁ kann zwischen –1.5 Volt und –0.1 Volt liegen, bevorzugt zwischen –0.6 Volt und –0.2 Volt. Der anodische Puls U₂ kann zwischen +0.1 und +5 Volt, bevorzugt zwischen +0.2 Volt und +1.5 Volt liegen. Die Lichtintensität I₀ kann zwischen 0 W/m² und 100 W/m², bevorzugt zwischen 0 W/m² und 1 W/m² liegen. I₁ kann zwischen 100 W/m² und 2000 W/m², bevorzugt zwischen 100 W/m² und 1500 W/m² liegen. I₂ kann zwischen 100 W/m² und 2000 W/m² liegen, bevorzugt zwischen 200 W/m² und 1000 W/m².
Die vorbeschriebene Pulsroutine in Lichtintensität und Potentialdifferenz erzeugt eine homogene Saatschicht für den zweiten Metallkontakt der Solarzelle, deren Dicke durch die Anzahl der Wiederholungen gesteuert werden kann.
3 zeigt ein analoges Beispiel einer Licht- und einer Potentialdifferenzfolge wie im in 2 beschriebenen Fall, so dass nachfolgend nur die Unterschiede beschrieben werden.
Die Spannungspulse, die zwischen der Solarzellenrückseite und der Hilfselektrode angelegt werden, und die Lichtpulse werden in diesem Fall gezielt darauf abgestimmt, dass die Vorderseite der Solarzelle über ausreichende Perioden bzw. Zeitintervalle auf offenem Zellpotential (U_OC in ) liegt. Hierzu wird gemäß 3a die Potentialdifferenz zwischen der Rückseite und der Hilfselektrode so gepulst, dass zunächst im Zeitintervall [t₀, t₁] keine Potentialdifferenz angelegt wird. Dem schließt sich im Zeitintervall [t₁, t₂] ein kathodischer Spannungspuls U₁ an, gefolgt von einem anodischen Spannungspuls U₂ im Zeitintervall [t₂, t₃]. Im Zeitintervall [t₃, t₄] liegt wieder keine Potentialdifferenz ΔU_RH an. Das Zeitintervall [t₁, t₄] wird dann periodisch wiederholt.
Die Lichtpulse (3a unten) werden so gewählt, dass während des Zeitintervalls [t₀, t₁] die Lichtintensität I₀ eingestrahlt wird, der sich im Zeitintervall [t₁, t₂] die Intensität I₁ > I₀ anschließt. Im Zeitintervall [t₂, t₄] beträgt die Intensität wieder I₀. Die Lichteinstrahlungscharakteristik des Zeitintervalls [t₁, t₄] wird dann periodisch wiederholt.
Während des Intervalls [t₃, t₄] liegt die Vorderseite somit auf offenem Zellpotential. Dieses Zeitintervall dient der Regeneration sowohl der Elektrodenoberfläche als auch der davor liegenden Diffusionsschicht und hat sich als besonders vorteilhaft erwiesen.
t₂ – t₁ kann zwischen 10^–5 Sekunden und 1 Sekunde liegen, bevorzugt zwischen 10^–4 Sekunden und 0.1 Sekunden. t₃ – t₂ kann zwischen 10^–6 Sekunden und 0.1 Sekunden, bevorzugt zwischen 10^–5 Sekunden und 0.1 Sekunden liegen. t₄ – t₃ kann zwischen 10^–5 Sekunden und 1 Sekunde liegen, bevorzugt zwischen 10^–2 Sekunden und 1 Sekunde. U₁ kann zwischen –1.5 Volt und –0.1 Volt, bevorzugt zwischen –0.6 Volt und –0.2 Volt liegen. U₂ kann zwischen +0.1 Volt und +5 Volt liegen, bevorzugt zwischen +0.2 Volt und +1.5 Volt. I₀ kann zwischen 0 W/m² und 100 W/m² liegen, bevorzugt zwischen 0 W/m² und 1 W/m². I₁ kann zwischen 100 W/m² und 200 W/m² liegen, bevorzugt zwischen 500 W/m² und 1500 W/m².
Die erfindungsgemäßen Verfahren zur Erzeugung des zweiten Metallkontakts können wie folgt ergänzt werden: Die Solarzellenanordnung S (umfassend den Rückseitenkontakt R, die Halbleiterschicht sowie den aufwachsenden Vorderseitenkontakt bzw. die Saatschicht) können getempert werden. Das heißt die Solarzelle wird höheren Temperaturen ausgesetzt, hierdurch kann es zu einer verbesserten Kontaktbindung kommen. Das Tempern kann vor einer der Bildung der Saatschicht nachfolgenden galvanischen Verstärkung erfolgen, es kann jedoch auch nach der galvanischen Verstärkung durchgeführt werden. Vorteilhafte Temperaturbereiche des Temperns sind 150°C bis 600°C, vorteilhafte Temperdauern sind 10 s bis 20 min.
Auf das Tempern kann jedoch auch verzichtet werden.

Claims

Lichtinduziertes galvanisches Abscheidungsverfahren zur galvanischen Ausbildung eines zweiten Metallkontakts (V) und bevorzugt zusätzlich auch zur galvanischen Verstärkung eines so ausgebildeten zweiten Metallkontaktes bei einer Solarzelle (S), die lediglich einen ersten Metallkontakt (R) aufweist, wobei die Solarzelle (S) mit ihrem lediglich einen Metallkontakt (R) und eine als Anode dienende Hilfselektrode (H) jeweils zumindest abschnittsweise in ein elektrolytisches Bad (6) eingebracht werden, und wobei zwischen dem ersten Metallkontakt (R) der Solarzelle und der Hilfselektrode eine Potentialdifferenz ΔU_RH so erzeugt wird, dass der erste Metallkontakt (R) relativ zur Hilfselektrode zumindest zeitweise auf einem negativen Potential liegt, und wobei die Solarzelle mit Licht bestrahlt wird (5), dadurch gekennzeichnet, dass sowohl die Potentialdifferenz ΔU_RH zwischen dem ersten Metallkontakt (R) und der Hilfselektrode (H) gemäß einer vordefinierten, nachfolgend als Spannungs-Zeit-Charakteristik bezeichneten ersten Charakteristik zeitabhängig variiert wird (c1) und/oder dieser zeitabhängigen Variation (cl) entsprechende Stromdichteänderungen erzeugt werden, als auch dass während dieser zeitabhängigen Variation (c1) und/oder der ihr entsprechenden Stromdichteänderungen gemäß der ersten Charakteristik gleichzeitig die Lichteinstrahlung auf die Solarzelle gemäß einer vordefinierten, nachfolgend als Lichtbestrahlungs-Zeit-Charakteristik bezeichneten zweiten Charakteristik zeitabhängig variiert wird (c2) und/oder dieser zeitabhängigen Variation (c2) entsprechende Stromdichteänderungen erzeugt werden.
Verfahren nach dem vorhergehenden Anspruch dadurch gekennzeichnet, dass die zeitabhängige Variation (c1) und/oder die dieser Variation entsprechenden Stromdichteänderungen gemäß der ersten Charakteristik zeitlich synchronisiert mit der zeitabhängigen Variation (c2) und/oder der dieser Variation entsprechenden Stromdichteänderungen gemäß der zweiten Charakteristik durchgeführt wird/werden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass die erste Charakteristik und die zweite Charakteristik so ausgebildet werden, dass während mindestens eines, bevorzugt während mehrerer, besonders bevorzugt während mehrerer periodisch in konstanten Zeitabständen aufeinander folgender, definierten/r Zeitintervalls/e weder eine Potentialdifferenz ΔU_RH zwischen dem ersten Metallkontakt (R) und der Hilfselektrode (H) anliegt, noch eine Lichteinstrahlung auf die Solarzelle erfolgt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass eine auf einer dem ersten Metallkontakt (R) der Solarzelle gegenüberliegenden Seite aufgebrachte Passivierungsschicht der Solarzelle (S) zumindest bereichsweise geöffnet wird, bevor die Solarzelle samt ihres ersten Metallkontakts (R) in das elektrolytische Bad (6) eingebracht wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass die erste Charakteristik und/oder die zweite Charakteristik, bevorzugt die erste und die zweite Charakteristik, eine periodische Variation und/oder mindestens eine Pulsfolge umfasst/umfassen oder als Pulsfolge ausgebildet wird/werden und/oder dass entsprechende Stromdichteänderungen erzeugt werden, wobei bevorzugt eine erste Pulsfolge der ersten Charakteristik mit einer zweiten Pulsfolge der zweiten Charakteristik zeitlich synchronisiert ist.
Verfahren nach dem vorhergehenden Anspruch gekennzeichnet durch mehrere Pulsfolgen, zwischen denen mindestens eine Zeitperiode ohne Veränderung der ersten Charakteristik und/oder der zweiten Charakteristik und/oder einer entsprechenden Stromdichteänderung liegt und/oder durch anodische Pulse zu Beginn einer Pulsfolge der ersten und/oder der zweiten Charakteristik und/oder durch eine Pulsfolge der ersten und/oder der zweiten Charakteristik mit einzelnen Pulsen unterschiedlicher Zeitdauer, unterschiedlicher Größe und/oder unterschiedlicher Polarität und/oder mit unterschiedlichen Zeitabständen zwischen unmittelbar benachbarten Pulsen und/oder durch dreieck-, rechteck- oder sinusförmige, zwei-, drei- oder höhergradig polynomiale und/oder exponentielle Pulse und/oder durch ein Überlagern von mehreren Pulsen unterschiedlicher Größe in einer Pulsfolge der ersten und/oder der zweiten Charakteristik.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass mittels der Potentialdifferenz ΔU_RH gemäß der ersten Charakteristik und der Lichteinstrahlung gemäß der zweiten Charakteristik ein photovoltaischer Effekt so erzeugt und ein Strom in der Solarzelle so induziert wird, dass sich ein zweiter Metallkontakt (V) der Solarzelle (S) in Form einer zwischen 10 nm und 5000 nm, bevorzugt zwischen 50 nm und 500 nm dicken Saatschicht ausbildet, wobei bevorzugt die Saatschicht als Kathode verwendet wird und sukzessive durch weiteres Aufrechterhalten der Potentialdifferenz ΔU_RH gemäß der ersten Charakteristik und der Lichteinstrahlung gemäß der zweiten Charakteristik verdickt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass die dem ersten Metallkontakt (R) der Solarzelle gegenüberliegenden Seite der Solarzelle (S) gemäß der zweiten Charakteristik mit Licht bestrahlt wird und/oder dass der erste Metallkontakt (R) zumindest ein Teilabschnitt des Rückseitenkontakts der Solarzelle und/oder eines auf einer p-dotierten Seite der Solarzelle angeordneten elektrischen Kontakts der Solarzelle ist und/oder dass als zweiter Metallkontakt (V) zumindest ein Teilabschnitt mindestens eines Frontseitenkontakts der Solarzelle, mindestens eines auf der lichtstrahlungs-zugewandten Seite der Solarzelle angeordneten elektrischen Kontakts und/oder mindestens eines auf einer n-dotierten Seite der Solarzelle angeordneten elektrischen Kontakts der Solarzelle ausgebildet wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass die Potentialdifferenz ΔU_RH zwischen dem ersten Metallkontakt (R) und der Hilfselektrode (H) über eine mit einem Funktionsgenerator (3) verbundene oder integriert mit einem Funktionsgenerator ausgebildete, zwischen den ersten Metallkontakt und die Hilfselektrode geschaltete Spannungsquelle (2) erzeugt wird, wobei mittels des Funktionsgenerators die von der Spannungsquelle erzeugte Potentialdifferenz ΔU_RH zeitabhängig variiert wird und/oder dass die Potentialdifferenz ΔU_RH zwischen dem ersten Metallkontakt (R) und der Hilfselektrode (H) variiert wird, indem zeitlich nacheinander mehrere unterschiedliche Spannungsquellen (2) zwischen den ersten Metallkontakt und die Hilfselektrode geschaltet werden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Charakteristik des auf die Solarzelle eingestrahlten Lichts zeitabhängig variiert wird, indem eine die Solarzelle bestrahlende Lichtquelle (4) mit einem Frequenzgenerator und/oder Funktionsgenerator verbunden wird, mit dem die an der Lichtquelle anliegende Spannung zeitabhängig variiert wird, bevorzugt zeitlich synchronisiert mit der Variation durch den Funktionsgenerator (3) nach dem vorhergehenden Anspruch variiert wird, und/oder dass kontinuierlich Licht auf die Solarzelle eingestrahlt wird und dass zwischen der Solarzelle und der sie bestrahlenden Lichtquelle (4) ein mechanischer Unterbrecher (Chopper) angeordnet wird, mit dem die Solarzelle zeitabschnittsweise, insbesondere periodisch, vom eingestrahlten Licht abgeschirmt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass das elektrolytische Bad (6) Ni-Ionen, Co-Ionen und/oder Wo-Ionen enthält und/oder dass die Lichteinstrahlung auf die Solarzelle zeitabhängig variiert wird, indem während eines Zeitintervalls [t₀, t₁] eine erste Lichtintensität I₀ auf die Solarzelle eingestrahlt wird und indem danach während eines Zeitintervalls [t₁, t₂] eine zweite Lichtintensität I₁ ungleich I₀ auf die Solarzelle eingestrahlt wird, wobei der vorbeschriebene Intensitätswechsel zwischen I₀ und I₁ bevorzugt mehrfach und/oder periodisch durchgeführt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass die Solarzelle vor, während und/oder nach der Variation der Potentialdifferenz ΔU_RH gemäß der ersten Charakteristik und der Variation der Lichteinstrahlung gemäß der zweiten Charakteristik getempert wird, wobei bevorzugt die Temperatur des Temperns zwischen 150°C und 600°C und die Dauer des Temperns zwischen 10 s und 20 min beträgt.
Anordnung umfassend ein elektrolytisches Bad (6), in das eine lediglich einen ersten Metallkontakt (R), nicht jedoch einen zweiten Metallkontakt (V) aufweisende Solarzelle (S) und eine als Anode dienende Hilfselektrode (H) jeweils zumindest abschnittsweise eingetaucht sind, eine zwischen den ersten Metallkontakt (R) und die Hilfselektrode geschaltete Spannungsquelle (2), und eine Lichtquelle (4) die so angeordnet ist, dass mit ihr die Solarzelle zumindest abschnittsweise bestrahlbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Anordnung zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche ausgebildet ist.