DE102010020974A1 - Method for manufacturing solar cells utilized for supplying power to e.g. stationary apparatus, involves performing splitting process on wafer by exerting pressure vertically and evenly on wafer from top to bottom of wafer by knife - Google Patents
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Abstract
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen von Spezialsolarzellen aus einem Wafer gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1, sowie mittels des Verfahrens hergestellte Spezialsolarzelle gemäß des Patentanspruches 8.The present invention relates to a method for producing special solar cells from a wafer according to the preamble of claim 1, as well as by means of the method produced special solar cell according to claim 8.
Stand der TechnikState of the art
Spezialsolarzellen wie z. B. Solarzellenchips für Konzentrierende-Photovoltaik (CPV) umfassen üblicherweise einen auf einem Kühlelement verpackten hochleistungs Solarzellenchip. Die Solarzeilenchips werden in der Regel aus einem Wafer hergestellt, der üblicherweise sehr viele gleiche rechteckige Solarzellenchips umfasst. Nach der Fertigstellung des Wafers werden die Chips aus dem Wafer herausgetrennt. Das Vereinzeln der Chips erfolgt i. d. R. mittels einer Diamantsäge oder Laserschneiden. Die Einzelchips haben dann typischerweise Kantenlängen von 1 bis 10 mm.Special solar cells such. B. Concentrating photovoltaic (CPV) solar cell chips typically include a high-power solar cell chip packaged on a cooling element. The solar cell chips are usually made from a wafer, which usually comprises a great many identical rectangular solar cell chips. After the completion of the wafer, the chips are separated from the wafer. The singulation of the chips takes place i. d. R. by means of a diamond saw or laser cutting. The individual chips then typically have edge lengths of 1 to 10 mm.
Diese Vereizelungsprozesse sind relativ einfach zu realisieren, haben jedoch den entscheidenden Nachteil, dass an gesamten Kantenlänge Kristalstörungen entstehen, welche die Funktionalität der Solarzellen massiv beeinträchtigen. Es ist bekannt, die gestörten Kristallbereiche z. B. durch Ätzen der seitlichen Solarzellenränder zu entfernen und damit auch die lokale Kurzschlüsse am p-n Übergang zu reduzieren. Dies erfordert aber einen zusätzlichen aufwendigen und kostspieligen Prozessschritt. Unter Berücksichtigung von Flächenverlusten durch Sägeschnitt und Waferrand können kaum mehr als 60% der aufgrund von Schnittverlusten als aktive Solarzellenflache genutzt werden.These Vereizelungsprozesse are relatively easy to implement, but have the major disadvantage that arise on the entire edge length crystal defects that affect the functionality of the solar cell massively. It is known that the disturbed crystal areas z. B. to remove by etching the lateral solar cell edges and thus to reduce the local short circuits at the p-n junction. However, this requires an additional complex and costly process step. Considering area losses due to saw cut and wafer edge, hardly more than 60% of the losses due to cutting losses can be used as active solar cell surface.
Bei Zellgrößen unter 2 mm nimmt die nutzbare Fläche aufgrund von Schnittvererlusten noch drastischer ab. Insgesamt sind die oben erwähnte Prozesse zeit-, material-, und kostenaufwendig.For cell sizes less than 2 mm, the usable area decreases even more drastically due to cut losses. Overall, the processes mentioned above are time consuming, material-consuming and expensive.
Andere kostengünstige Lösungen mit hoher Waferausnutzung sind bislang nicht bekannt.Other cost-effective solutions with high wafer utilization are not yet known.
Es ist weiterhin bakannt, dass auch kleine anwendungsorientierte Solarzellen, wie beispielsweise Solarzellen für mobile Anwendungen, aus so genannten Solarzellenbruch mittels Laserschneiden herausgeschnitten werden. Diese Solarzellen weisen jedoch, aufgrund von thermischen Bearbeitung, massive Schädigungen der Bearbeitungsrandschichten auf. Der Wirkungsgrad von derartigen Solarzellen nimmt üblicherweise um 30% ab.It is also known that even small application-oriented solar cells, such as solar cells for mobile applications, are cut out of so-called solar cell fractures by means of laser cutting. However, these solar cells have, due to thermal processing, massive damage to the processing edge layers. The efficiency of such solar cells usually decreases by 30%.
Aufgabenstellungtask
Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zum Vereinzeln von Spezialsolarzellen aus einem Wafer zu schaffen, das materialschonende und kostengünstige Herstellungsprozesse von anwendungsorientierten Solarzellen ermöglicht.It is therefore the object of the present invention to provide a method for separating special solar cells from a wafer, which enables material-saving and cost-effective production processes of application-oriented solar cells.
Gelöst wird diese Aufgabe gemäß der Erfindung durch die im Patentanspruch 1 sowie im Patentanspruch 2 und 8 angegebenen Merkmale zur Herstellung von Spezialsolarzellen. Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand von Unteransprüchen.This object is achieved according to the invention by the features specified in claim 1 and in claim 2 and 8 for the production of special solar cells. Further embodiments of the invention are the subject of dependent claims.
Das erfindungsgemäße Verfahren zum Vereinzeln und Herstellung von Spezialsolarzellen ist insbesondere für solche Bauelemente anwendbar, die sowohl als Konzenrator-Solarzellen oder Solarzellen in energieautarken Produkten und Stromversorgungssystemen, die für die direkte Umwandlung von Sonnenenergie in elektrische Energie sorgen, als auch für Photoelemente für Energieversorgung in der Mikroelektronik und Belichtungstechnik. Dazu zählen insbesondere Fotohalbleiter, Fotowiderstand, Fotodiodenzelle, Fototransistor.The inventive method for separating and producing special solar cells is particularly applicable for those devices that both as Konzenrator solar cells or solar cells in energy self-sufficient products and power supply systems that provide for the direct conversion of solar energy into electrical energy, as well as for photo elements for energy supply in the Microelectronics and exposure technology. These include in particular photo-semiconductor, photoresistor, photodiode cell, phototransistor.
Ein wesentlicher Gedanke der Erfindung besteht darin, dass eine einfache Spaltung der Kristalle aufgrund der Zerbrechlichkeit des Warfers möglich ist. Insgesamt ist es allgemein bakannt, dass Siliciumwafer sehr spröde sind und leicht brechen. Da die Brüche im kristallinen Wafer meist entlang der Kristalorientierung entstehen, macht sich die vorliegende Erfindung diesen Umstand zum Nutze.An essential idea of the invention is that a simple cleavage of the crystals is possible due to the fragility of the warfer. Overall, it is generally known that silicon wafers are very brittle and break easily. Since the cracks in the crystalline wafer usually occur along the crystal orientation, the present invention takes advantage of this fact.
Der Wafer (
Die Bruchstellen werden vorzugsweise automatisch durch eine mit einen Spaltmesser bestückten Pneumatik- oder elektrisch angetriebenen Servopressen erfolgen. Der Pressvorgang wird dann erfindungsgemäß gleichmässig auf die gesamte Oberffläche des Wafers ausgeübt, bis der Wafer geradelinig zerbricht.The break points are preferably carried out automatically by a fitted with a splitting knife pneumatic or electrically driven servo presses. The pressing process is then applied uniformly according to the invention on the entire surface of the wafer until the wafer breaks straight.
Wahlweise könnten die Bruchstellen z. B. auch mittels Handpresse oder manuell erzeugt werden.Optionally, the breakages z. B. also be produced by hand press or manually.
Bei dem Spaltvorgang ist dabei zu achten, dass die Unterlage eine plane, rutschfeste und leicht flexible Oberfläche bildet. Als besonders bavorzugt sind Unterlagen aus Kunstoff, Hartgummi, Kork.In the splitting process, it should be ensured that the pad a plane, non-slip and easy forms flexible surface. As preferred are preferred documents made of plastic, hard rubber, cork.
Das Spaltmesser (
Der Trennvorgang erfolgt vorzugsweise durch Relativbewegung von Wafer und Schneide: Hierbei kann es sich um eine Bewegung des Wafertisches oder der Spaltschneidespitze hinsichtlich des Wafers handeln.The separation process is preferably carried out by relative movement of wafer and blade: this may be a movement of the wafer table or the gap cutting tip with respect to the wafer.
Bei dem Spalten des Wafers ist vorzugsweise darauf zu achten, dass die Orientierung der Bruchstellen (
Die Bruchstellen können entweder an der Vorderseite, oder Rückseite des Wafers erzeugt werden. Als besonders bevorzugt ist jedoch die Rückseite.The fractures can be generated either on the front or back of the wafer. However, the rear side is particularly preferred.
Im Fall eines (
Grundsätzlich ist es nicht dringend erforderlich, dass die Bruchstellen immer parallel zu den leicht spaltbaren Kristallflächen verlaufen. Beispielsweise kann auch der (
Das Brechen des Wafers hat den wesentlichen Vorteil, dass an den Seitenflächen der Solarzellen im Vergleich zum kostenintensiven Diamantsägen oder Laserschneiden weniger Kristallstörungen entstehen. Darüber hinaus ist es nicht unbedingt erforderlich, die Seitenflächen der Solarzellenchips nach dem Vereinzeln nachzubearbeiten, um die lokale Kurzschlüsse zu beseitigen. Da die einzelne Schichten relativ sauber voneinander getrennt werden, bleibt ein zusätzlicher Prozessschritt eingespart.The breakage of the wafer has the significant advantage that less crystal defects occur on the side surfaces of the solar cells compared to costly diamond sawing or laser cutting. In addition, it is not absolutely necessary to post-process the side surfaces of the solar cell chips after the separation to eliminate the local short circuits. Since the individual layers are separated relatively cleanly, an additional process step is saved.
Eine weitere bevorzugte Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass während des üblichen Beschichtungprozesses des Solarzellenwafers mit metallhaltigen Kontaktpaste, zusätzlich mehrere Leiterbahnen (
Die zusätzlichen Leiterbahnen werden senkrecht/waagerecht oder diagonal als Silberraster und -Leiterbahnen auf die Vorder- und Rückseite, vorzugsweise parallel zu der Verlaufsrichtung der jeweiligen Kristallorientierung eines Wafers aufgedruckt und dann festgebacken.The additional printed conductors are printed vertically / horizontally or diagonally as a silver grid and printed conductors on the front and back, preferably parallel to the direction of the respective crystal orientation of a wafer and then baked.
In einer bevorzugten Variante der Erfindung, wird das Bild der Kontakte auf der Rückseite des Wafers um die halbe Breite zu der vorderen Kontakten versetzt (
Dieser Herstellungsprozess wird durch eine einfache Umstellung im Druckbild des Siebes erreicht. Durch diese Umstellung können in gewöhnlichen Wafer-Produktionslinien völlig neue und anwedungsorientierte Konzepte von Spezialsolarzellen (
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird vor dem Vereinzeln der Solarzellen auf den Wafer eine Folie, vorzugsweise eine Haftfolie, aufgebracht und in diesem Zustand wird der Wafer gebrochen. Für manuelles Spalten ist eine haftende Folie mit einem orientierungs Raster (
Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform vorliegender Erfindung ist, dass hierbei auch lokal oder mechanisch beschädigte Wafer verwendet werden können. Diese Bruchzellen sind meistens voll intakte aber nutzlose Solarzellen, welche aufgrund der lokalen Beschädigung als Abfallprodukt behandelt werden. Dank dieses Verfahrens wird es weniger Produktionsabfälle und mehr Wiederverwendungsmöglichkeit bei Wafern geben.A further advantageous embodiment of the present invention is that in this case also locally or mechanically damaged wafers can be used. These break cells are usually fully intact but useless solar cells, which are treated as a waste product due to local damage. Thanks to this process, there will be less production waste and more reusability of wafers.
Erfindungsgemäß wird ebenso eine Spezialsolarzelle mit einem aktiven, für die direkte Umwandlung von Sonnen-energie in elektrische Energie geeigneten Oberflächenbereich bereitgestellt, der nach dem zuvor beschriebenen Verfahren herstellbar ist.The invention likewise provides a special solar cell with an active surface area suitable for the direct conversion of solar energy into electrical energy, which can be produced by the method described above.
Ausführungsbeispiel embodiment
Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend anhand der beigefügten Figuren näher erläutert.Preferred embodiments of the invention are explained below with reference to the accompanying figures.
Es zeigt:It shows:
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 100100
- Wafer 156 mm × 156 mmWafer 156 mm × 156 mm
- 100a100a
- Wafer 156 mm × 156 mm (Rückseite)Wafer 156 mm × 156 mm (back)
- 101101
- Metallische KontakteMetallic contacts
- 101a101
- Vielzahl an elektrischen Kontaktierungen (senkrecht)Variety of electrical contacts (vertical)
- 101b101b
- Vielzahl an elektrischen Kontaktierungen (diagonal)Variety of electrical contacts (diagonal)
- 101c101c
- Vielzahl an elektrischen Kontaktierungen von der Rückseite (diagonal)Variety of electrical contacts from the back (diagonal)
- 102102
- Haftende Rasterfolie mit vorgegebenen SollbruchstellenAdhesive grid foil with predetermined breaking points
- 103103
- SollbruchstellenPredetermined breaking points
- 150150
- Streifen mit 9 Stück von SpezialsolarzellenStrip with 9 pieces of special solar cells
- 151a151a
- Rauteartige (quadratische) 20 mm × 20 mm SpezialsolarzelleRough-shaped (square) 20 mm × 20 mm special solar cell
- 152152
- Spezialsolarzelle in Form eines Dreieckes (kein Verschnitt)Special solar cell in the form of a triangle (no waste)
- 153153
- Verschiedene Ausführungsformen der Spazialsolarzellen (rot markiert)Various embodiments of the spinal cell solar cells (marked in red)
- 154154
- Spezialsolarzelle in Form eines Dreieckes (kein Verschnitt)Special solar cell in the form of a triangle (no waste)
- 200200
- Versatz der Kontaktierung auf der RückseiteOffset of the contact on the back
- 300300
-
Kristallorientierung (
111 Ebene)Crystal orientation (111 Level) - 400400
- Spaltmessersplitting knife
- 400a400a
- Keilförmige Schneidespitze in einem Winkel von 90°Wedge-shaped cutting tip at an angle of 90 °
- 400b400b
- Keilförmige Schneidespitze in einem Winkel von 60°Wedge-shaped cutting tip at an angle of 60 °
- 500500
- Presskraftpressing force
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
R119 | Application deemed withdrawn, or ip right lapsed, due to non-payment of renewal fee |