DE102010037088A1 - Verfahren zum Erzeugen eines verbesserten Kontaktes zwischen einer silberhaltigen Leitbahn und Silizium - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Erzeugen einer silberhaltigen Leitbahn auf einem mit einer at, mit einer schwach dotierten Grenzflächenschicht mit einem Schichtwiderstand > 60 Ω/sq und einem höher dotierten Kontaktbereich zu der Leitbahn an der Oberfläche des Siliziumsubstrates, wobei der Schichtwiderstand des Kontaktbereiches < 60 Ω/sq ist, wobei ein Silber und Dotanten enthaltendes selbstdotierendes Material lokal auf das Siliziumsubstrat aufgebracht wird und das Siliziumsubstrat mit dem selbstdotierenden Material erhitzt wird. Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein kostengünstiges Verfahren zum Erzeugen von silberhaltigen Leitbahnen auf einer mit einer Antiratoberfläche bereitzustellen; dabei soll einerseits ein guter Kontakt zwischen Leitbahnen und Substrat erreicht wird, wofür durch eine Höherdotierung des Substrates der Schichtwiderstand der Substratoberfläche im Kontaktbereich mit den Leitbahnen auf Werte unter 60 Ω/sq zu reduzieren ist; andererseits sollen auch bei Verwendung kostengünstiger, beispielsweise polykristalliner Siliziumsubstrate Kurzschlüsse an dem pn-Übergang der Solarzelle durch Silberkristalle vermieden werden. Die Aufgabe wird durch ein Verfahren der genannten Gattung gelöst, wobei das selbstdotierende Material Silber, Dotanten und Zinn enthält.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Erzeugen einer silberhaltigen Leitbahn auf einem mit einer Antireflexionsschicht beschichteten Siliziumsubstrat mit einer schwach dotierten Grenzflächenschicht mit einem Schichtwiderstand > 60 Ω/sq und einem höher dotierten Kontaktbereich zu der Leitbahn an der Oberfläche des Siliziumsubstrates, wobei der Schichtwiderstand des Kontaktbereiches < 60 Ω/sq ist, und wobei ein Silber und Dotanten enthaltendes selbstdotierendes Material lokal auf das Siliziumsubstrat aufgebracht wird und das Siliziumsubstrat mit dem selbstdotierenden Material erhitzt wird.
  • Es sind bereits verschiedene Verfahren der genannten Gattung beschrieben worden. Die Druckschrift DE 10 2008 033 223 A1 beschreibt beispielsweise die Herstellung von Kontaktstrukturen mit lokal hohen Dotierungen an den Grenzflächen von Kontaktstrukturen zu einem Halbleitersubstrat. Die vorgeschlagenen Kontaktstrukturen weisen eine dotierstoffhaltige Kontaktschicht auf, aus welcher bei einer Temperaturbehandlung eine Diffusion eines Dotierstoffes in das Halbleitersubstrat erfolgt.
  • Das bekannte Verfahren ist aus mehreren Verfahrensteilschritten zusammengesetzt. Verfahrensteilschritte sind beispielsweise 1. eine galvanische Abscheidung einer dotierstoffhaltigen Keimschicht auf einer unbeschichteten Halbleiteroberfläche; 2. ein Tempern der Keimschicht unter Ausbildung einer Kobaltsilizidkontaktschicht und Diffusion des Dotierstoffes aus der Keimschicht in das Halbleitersubstrat; 3. eine galvanische Abscheidung einer Diffusionssperrschicht und 4. eine Abscheidung einer Leitschicht, insbesondere aus Kupfer. Dieses Verfahren ist kompliziert, schwer beherrschbar und durch den Einsatz mehrerer Teilschritte teuer. Niedrige Herstellungskosten sind insbesondere in der Massensolarzellenfertigung wegen großer produzierter Solarzellenmengen besonders wichtig. Deshalb werden in der Solarzellenfertigung bevorzugt die kostengünstigsten Verfahren eingesetzt.
  • Als eine sehr kostengünstige Möglichkeit Kontaktstrukturen auf Solarzellen herzustellen, hat ein Verfahren weite Verbreitung gefunden, in dem mit wenigen Verfahrensschritten gleichzeitig Vorder- und Rückseiten-Kontakte von Solarzellen ausgebildet werden. In einer Ausbildung dieses Verfahrens wird auf die Vorderseite der Solarzelle mit Siebdruck eine Paste in Form von Kontaktfingern auf die unstrukturierte Si3N4-Antireflexionsbeschichtung aufgedruckt. Die aufgedruckte Paste enthält Silber, Blei-Borsilikat-Glasanteile und weitere Zusatzstoffe, wie z. B. Bindemittel und Tenside. Auf die Rückseite der Solarzelle wird großflächig eine andere, aluminiumhaltige Paste aufgetragen. Anschließend wird eine einzige Temperaturbehandlung durchgeführt, in der gleichzeitig folgende Aufgaben erfüllt werden: 1. Ätzen der Antireflexionsschicht durch die Blei-Borsilikat-Glasanteile in der Silberpaste; 2. Herstellung eines metallischen Kontaktes zwischen Kontaktfinger und Solarzellenhalbleiter; 3. Ausbildung von Silber-Kontaktfingerleitbahnen; 4. Aluminiumdotierung der Rückseite des Halbleitersubstrates aus einer flüssigen Aluminium-Silizium-Schmelze heraus; 5. Bildung einer metallischen Aluminium-Rückseitenelektrode.
  • Es gab auch bereits Versuche, Silberpasten zusätzlich mit einer Phosphordotierquelle zu versehen. Bei dem Einbrennen der Metallpasten sollte dabei als weitere zusätzliche Aufgabe eine höhere Phosphordotierung des Substrates erreicht werden. Diese Versuche scheinen aber erfolglos gewesen zu sein, da phosphorhaltige Silberpasten von den Pastenherstellern nicht mehr angeboten werden.
  • Ein Verfahren, in welchem beim Feuern von Metallpasten gleichzeitig mit der Metallbahnausbildung auch eine Phosphordotierung der Grenzfläche aus der Paste heraus erfolgt, ist in der Druckschrift US 7,335,555 B2 beschrieben. In dem hier aufgezeigten Verfahren werden in den Vorderseiten der Solarzellen zunächst Gräben ausgebildet. Im Bereich der Gräben ist die Antireflexionsschicht entfernt und ein Teil des Siliziums ist zur Ausbildung des Grabens abgetragen. In diese Gräben wird eine dotierstoffhaltige Metallpaste eingebracht, wobei die Paste wahrscheinlich eine phosphorhaltige Silberpaste ist. Anschließend erfolgt eine Erwärmung auf eine Temperatur über 845°C, was die eutektische Temperatur im dualen Ag-Si-Stoffgemisch ist. Das heißt, während der Temperaturbehandlung wird eine silber-, silizium- und phosphorhaltige Schmelze gebildet. Beim Abkühlen kristallisieren aus der Schmelze phosphordotiertes Silizium und Silberkristalle aus. Ein Nachteil dieses Verfahrens ist, dass große Silberkristalle entstehen, die weit in das Silizium hinein wachsen können und dort Kurzschlüsse in der Solarzelle erzeugen können, sodass die so hergestellten Solarzellen nicht die gewünschte Qualität besitzen. Ein weiterer Nachteil dieser Solarzellen ist die aufwändige Herstellung der Gräben, die im niedrigpreisigen Massenmarktsegment nicht wirtschaftlich realisierbar ist.
  • Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein kostengünstiges Verfahren zum Erzeugen von silberhaltigen Leitbahnen auf einer mit einer Antireflexionsbeschichtung beschichteten Siliziumsubstratoberfläche bereitzustellen; dabei soll einerseits ein guter Kontakt zwischen Leitbahnen und Substrat erreicht wird, wofür durch eine Höherdotierung des Substrates der Schichtwiderstand der Substratoberfläche im Kontaktbereich mit den Leitbahnen auf Werte unter 60 Ω/sq zu reduzieren ist; andererseits sollen auch bei Verwendung kostengünstiger, beispielsweise polykristalliner Siliziumsubstrate Kurzschlüsse an dem pn-Übergang der Solarzelle durch Silberkristalle vermieden werden.
  • Die Aufgabe wird durch ein Verfahren der genannten Gattung gelöst, wobei das selbstdotierende Material Silber, Dotanten und Zinn enthält.
  • In dem erfindungsgemäßen Verfahren wird das Silber, Zinn und Dotanten enthaltende selbstdotierende Material auf die Antireflexionsbeschichtung, die beispielsweise aus Si3N4 besteht, aufgebracht. Beim Erhitzen des selbstdotierenden Materials erfolgt dann gleichzeitig ein Ätzen der Antireflexionsschicht, ein Verbrennen organischer Bestandteile des selbstdotierenden Materials, eine Dotierung des Siliziumsubstrates, eine Ausbildung eines Siliziumsilberkontaktes und die Ausbildung von Silberleitbahnen.
  • Die Öffnung der Antireflexionsschicht während des Erhitzens bei der Herstellung der Leitbahn ist einerseits eine kostengünstige verfahrenstechnische Lösung, da innerhalb eines Verfahrensschrittes mehrere Aufgaben gelöst werden, andererseits wird durch das Vorhandensein der Antireflexionsschicht auch der Transport von Silber an die Substratgrenzfläche reduziert und gesteuert. Mit diesem Verfahren entstehen auch bei Verwendung preiswerter Substrate, beispielsweise von polykristallinem Silizium, nur kleine Silberkristallite an der Grenzfläche zwischen Leitbahn und Substrat. Große Silberkristallite, die von der dotierten Oberflächenschicht in die entgegengesetzt dotierte Grundschicht reichen und die Solarzelle kurzschließen, werden hingegen nicht ausgebildet.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren ist insbesondere auf die Herstellung von Solarzellen ausgerichtet, die durch Verwendung einer schwachen Oberflächendotierung eine hohe Effizienz aufweisen. Der Schichtwiderstand der schwach dotierten Oberfläche liegt mit Werten über 60 Ω/sq in Bereichen, in denen bei Verwendung herkömmlicher Verfahren zur Kontaktausbildung gewöhnlich keine zuverlässige Kontaktierung erreicht wird. Besonders große Probleme mit der Kontaktierung treten bei Schichtwiderständen über 100 Ω/sq auf, wenn das erfindungsgemäße Verfahren nicht zum Einsatz kommt.
  • In dem erfindungsgemäßen Verfahren wird ein selbstdotierendes Material eingesetzt, das neben Silber und Dotanten auch Zinn enthält. Durch den Zusatz von Zinn wird überraschenderweise eine stärkere Dotierung des Siliziumsubstrates und eine Reduzierung der Kontaktschicht auf Werte unter 60 Ω/sq erreicht. Die höhere Dotierung des Siliziumsubstrates im Kontaktbereich zu der Leitbahn bewirkt in der Folge die sichere Ausbildung eines Kontaktes zwischen der Silberleitbahn und dem Substrat. Während des Erhitzens entsteht durch den Zusatz von Zinn bereits bei niedrigeren Temperaturen eine silber-, silizium-, dotierstoff- und zinnhaltige Schmelze, sodass unter vergleichbaren Bedingungen insgesamt mehr Schmelze gebildet wird, als bei Verwendung eines bekannten selbstdotierenden Materials, das kein Zinn enthält. In dem erfindungsgemäßen Verfahren werden beim Abkühlen nach dem Erhitzen aus der Schmelze eine höherdotierte Si-Grenzschicht und Silberkörner auskristallisiert, die einen geringen Kontaktwiderstand zueinander aufweisen.
  • In einer bevorzugten Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens wird das selbstdotierende Material zumindest teilweise in Form einer Tinte oder einer Paste aufgebracht. Der Siebdruck von Pasten ist ein bewährtes und mit hohem Marktanteil eingesetztes Verfahren, das sich durch niedrige Kosten und eine in vielen Fällen ausreichende Genauigkeit der Aufbringung auszeichnet. Allerdings können alternativ mit hochpreisigeren Verfahren teilweise auch höherwertigere Ergebnisse, beispielsweise feinere Linien, gleichmäßigere Linien oder Linien mit einem größeren Aspektverhältnis von Linienhöhe zu Linienbreite realisiert werden. So kann beispielsweise auch ein Tintenstrahldruckverfahren zum Aufbringen der Tinte oder Paste erfindungsgemäß verwendet werden.
  • Aus Kostengründen ist es günstig, das selbstdotierende Material in einem Verfahrensschritt aufzubringen. Aus Prozesssicht ist es andererseits von Vorteil, eine Schichtung unterschiedlicher Komponenten des selbstdotierenden Materials in der aufgebrachten Leitbahn zu realisieren. Eine Schichtung kann dadurch realisiert werden, dass die Aufbringvorrichtung zur Ausbildung einer entsprechenden Schichtung ausgebildet ist oder dadurch, dass das selbstdotierende Material in mehreren Schichten aufgebracht wird. Alternativ zu dem positionierbaren Drucken von Tinte oder Paste kann auf dem Siliziumsubstrat auch eine strukturierte Maske vorgesehen sein, auf welcher die Paste oder Tinte ganzflächig aufgebracht ist.
  • In einer gebräuchlichen Ausbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird als Dotanten enthaltendes Material Phosphor, Arsen, Antimon, Bor, Aluminium oder Gallium enthaltendes Material verwendet. Die genannten Elemente sind die gebräuchlichsten Dotanten für Silizium. Sie können entweder in elementarer Form oder in Form von Verbindungen in dem selbstdotierenden Material enthalten sein. Am häufigsten wird zur Herstellung von Solarzellen p-dotiertes Siliziumgrundmaterial und eine n-dotierte Emitterschicht an der Oberfläche verwendet. In diesem Fall wird als Dotanten enthaltendes Material ein Phosphor, Arsen oder Antimon enthaltendes Material verwendet. Es können aber auch Solarzellen mit n-leitendem Grundmaterial und p-leitender Oberflächenschicht hergestellt werden. In dem Fall wird als Dotanten enthaltendes Material ein Bor, Aluminium oder Gallium enthaltendes Material verwendet.
  • In einer möglichen Ausbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist das Silber mit Dotanten legiert. Silber ist der Hauptbestandteil des selbstdotierenden Materials. Bei Verwendung einer Silber-Dotanten-Legierung zur Ausbildung des selbstdotierenden Materials wird einerseits eine effektive Diffusion der Dotanten in das Silizium erreicht, andererseits wird auch eine gleichmäßige Dotierung sichergestellt.
  • In einer alternativen Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens ist das Zinn mit Dotanten legiert. Zinn bildet bereits bei niedrigen Temperaturen Schmelzen. Beispielsweise beträgt die eutektische Temperatur eines Silber-Zinn-Stoffgemisches nur 221°C. Durch die niedrige Schmelztemperatur wird auch eine Zinn-Dotanten-Legierung schnell vollständig in eine Schmelze überführt, von wo aus die Dotanten spätestens beim Erstarren der Schmelze effektiv zur Siliziumdotierung genutzt werden.
  • In einer alternativen Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens liegen die Dotanten als Pulver in dem selbstdotierenden Material vor. Die Dotanten müssen nicht unbedingt in einem hochentwickelten selbstdotierenden Material bereitgestellt werden. Die Dotanten können auch in einfacher Form zu vorhandenen Ausgangsmaterialien für Kontaktschichten hinzugefügt werden. Beispielsweise können die Dotanten als Pulver in eine herkömmliche Silberpaste eingebracht werden.
  • Gemäß einer weiteren möglichen Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens weist das selbstdotierende Material eine Glasfritte, die Dotanten enthält, auf. Gläser weisen eine hohe Löslichkeit für Dotierstoffe auf. Daher sind dotierstoffhaltige Gläser in der Halbleitertechnik weit verbreitete Dotierquellen. In Form einer Glasfritte können dotantenhaltige Gläser günstig in ein Verfahren zur Leitbahnherstellung eingefügt werden.
  • Es hat sich auch als günstig erwiesen, wenn die Dotanten in Form ihrer Oxide in dem selbstdotierenden Material vorliegen. Das heißt, die Glasfritte besteht in diesem Fall zumindest teilweise aus Oxiden von Dotanten, was bedeutet, dass die Glasfritte durch hohe Dotierstoffanteile gekennzeichnet ist.
  • In einer vorteilhaften Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens wird das aufgebrachte selbstdotierende Material auf eine Temperatur zwischen 400°C und 1050°C bei einer Temperatureinwirkzeit von 5 s bis 120 min erhitzt. Zur Erreichung einer kostengünstigen Solarzellenherstellung sind im Allgemeinen kurze Verfahrenszeiten gewünscht. Sehr kurze Verfahrenszeiten von wenigen Sekunden sind dabei besonders erstrebenswert, und so kurze Verfahrenszeiten werden auch dort bevorzugt eingesetzt, wo es technisch und ökonomisch möglich ist. Der Erfolg von Wärmebehandlungen hängt neben der Behandlungszeit in hohem Maß auch von der Temperatur ab. Beispielsweise hängt die Diffusionsgeschwindigkeit von Dotanten in Silizium exponentiell von der Temperatur ab.
  • In dem erfindungsgemäßen Verfahren sollen in einem einzigen Verfahrensschritt eine ganze Reihe von Aufgaben erfüllt werden, wobei sehr unterschiedliche Anforderungen an die Temperatur bestehen. Beispielsweise kann, wenn die Ausbildung eines Aluminiumrückseitenkontaktes gewünscht ist, das Erreichen der eutektischen Temperatur des Systems Aluminium-Silizium von 577°C erforderlich sein. Generell laufen physikalische und chemische Prozesse bei höheren Temperaturen schneller ab. Eine Temperaturbelastung bei mehr als 1000°C, einer Temperatur, bei der alle Temperaturbearbeitungsaufgaben innerhalb weniger Sekunden erfüllt sind, kann jedoch nur bei sehr hochwertigen einkristallinen Siliziumsubstraten eingesetzt werden. Beispielsweise bei Verwendung multikristalliner oder gar amorpher Substrate müssen zur Vermeidung von Substratschädigungen niedrigere Temperaturen und entsprechend längere Bearbeitungszeiten gewählt werden. Die Temperaturbehandlung der Substrate erfolgt in der Regel auch nicht einfach mit einer konstanten Temperatur bei einer bestimmten Zeit. Stattdessen werden die Substrate in der Regel auf einer optimierten Aufheizkurve an die Maximaltemperatur herangeführt und mit einer optimierten Abkühlkurve von der Maximaltemperatur aus wieder abgekühlt.
  • In einer bevorzugten Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens wird das aufgebrachte selbstdotierende Material auf eine Temperatur zwischen 600°C und 950°C bei einer Temperatureinwirkzeit von 10 s bis 10 min erhitzt. Durch die Verwendung moderat hoher Temperaturen ist die Erfüllung aller erfindungsgemäß gestellten Aufgaben in einer vertretbar kurzen Zeit möglich, ohne dabei die Substrate zu schädigen.
  • In besonders praktikablen Varianten des erfindungsgemäßen Verfahrens wird das selbstdotierende Material mit einem Siebdruck-, Schablonendruck-, Tampondruck-, Inkjet-, Aerosol-, Dispense-, Spray-On- oder Dip-Coating-Verfahren aufgebracht. Das konkrete Aufbringverfahren hängt von der bei der Herstellung der Solarzellen verwendeten Technologie ab. Mit den vorgeschlagenen Verfahren kann das selbstdotierende Material entweder strukturiert nur in bestimmten Bereichen oder auch ganzflächig aufgebracht werden.
  • In einer Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens weist das Aufbringverfahren für das selbstdotierende Material einen physikalischen Gasphasenbeschichtungsschritt, einen chemischen Gasphasenbeschichtungsschritt und/oder einen Galvanikschritt auf. Mit den genannten Verfahren können hochwertige Leitbahnen erzeugt werden. Allerdings liegen die damit anfallenden Herstellungskosten der Leitbahnen über Kosten, die beispielsweise beim Siebdruck von Silberpasten zu verzeichnen sind. Daher werden die alternativen Aufbringverfahren für das selbstdotierende Material bevorzugt bei höherpreisigen Spezialsolarzellen angewendet.
  • In dem erfindungsgemäßen Verfahren ist das Siliziumsubstrat vorzugsweise eine Solarzelle und die silberhaltige Leitbahn auf der dotierten Kontaktschicht ein Kontaktfinger der Solarzelle. Das Verfahren wurde speziell für diese Anwendung entwickelt und optimiert. Das Verfahren kann jedoch auch zur Herstellung von Leitbahnen auf anderen aktiven oder passiven Siliziumbauelementen verwendet werden.
  • Eine bevorzugte Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens soll im Folgenden anhand von Figuren erläutert werden, wobei
  • 1 die Bereitstellung einer mit einer Antireflexionsschicht beschichteten Siliziumsubstrates anhand einer Querschnittsskizze zeigt;
  • 2 den Auftrag einer aluminiumhaltigen Paste auf einer Rückseite eines Siliziumsubstrates zeigt;
  • 3 den lokalen Auftrag einer silberhaltigen Paste auf eine Antireflexionsschicht und die anschließende Erhitzung veranschaulicht; und
  • 4 eine fertiggestellte Solarzelle nach der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens skizziert.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren beginnt mit der in 1 veranschaulichten Bereitstellung eines Siliziumsubstrates 1, das eine schwach dotierte Grenzflächenschicht 2 aufweist und auf welchem eine Antireflexionsschicht 3, beispielsweise eine Siliziumnitridschicht vorgesehen ist. In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel wird ein p-dotiertes Siliziumsubstrat 1 eingesetzt, wobei als p-Dotant Bor eingesetzt wird. Die vorliegende Erfindung kann selbstverständlich auch bei anders dotierten Siliziumsubstraten 1 angewendet werden. Die Oberfläche des Siliziumsubstrates 1, die die Grenzfläche zu der Antireflexionsschicht 3 bildet, ist in dem gezeigten Ausführungsbeispiel nur schwach mit Phosphor dotiert, um einen hohen Wirkungsgrad einer herzustellenden Solarzelle zu erreichen. Die Leitfähigkeit dieser Schicht ist entsprechend klein und hat einen Sollwert von 100 Ω/sq. In anderen, nicht dargestellten Varianten des Verfahrens können auch andere Dotierungen oder andere Reflexionsschichten bzw. Reflexionsschichtstapel eingesetzt werden.
  • 2 veranschaulicht den Verfahrensschritt der Aufbringung einer aluminiumhaltigen Paste 4 auf die Rückseite des Siliziumsubstrates 1. Die aluminiumhaltige Paste wird bevorzugt großflächig auf die Rückseite des Siliziumsubstrates 1 aufgetragen, weil dadurch ein niederohmiger Kontakt ausgebildet werden kann, der zudem als Reflektor für das Siliziumsubstrat 1 durchdringende Infrarotstrahlung und als Quelle für eine spätere p-Höherdotierung der Rückseite des Siliziumsubstrates 1 durch Aluminiumatome dient.
  • In 3 sind die zwei Verfahrensschritte des lokalen Aufbringens eines Silber und Dotanten enthaltenden selbstdotierenden Materials 5 und des anschließenden Erhitzens dargestellt. Das selbstdotierende Material 5 ist in dem dargestellten Ausführungsbeispiel eine Dotanten und Zinn enthaltende Silberpaste. Diese Paste wird beispielsweise mittels Siebdruck nur an den Stellen der Substratoberfläche aufgebracht, an denen silberhaltige Leitbahnen ausgebildet werden sollen. Die Silberpaste enthält in dem dargestellten Ausführungsbeispiel als Bestandteil eine Zinn-Arsen-Legierung. In anderen, nicht dargestellten Varianten des Verfahrens, können auch andere Dotantenquellen, beispielsweise Silberdotantenlegierungen, Pulver oder Glasfritten, eingesetzt werden. Anstelle von Arsen kann das selbstdotierende Material 5 auch andere Dotanten, wie beispielsweise Phosphor, Antimon, Bor, Aluminium oder Gallium, aufweisen. Das selbstdotierende Material 5 kann in anderen Varianten des erfindungsgemäßen Verfahrens mit alternativen Methoden aufgebracht werden, beispielsweise durch Tintenstrahldruck oder durch mehrteilige Abscheideverfahren, die physikalische Gasphasenbeschichtungsschritte beinhalten. In anderen, nicht dargestellten Varianten des Verfahrens kann die Antireflexionsschicht auch durch Gräben unterbrochen sein, wobei das selbstdotierende Material in die Gräben abgeschieden wird.
  • Nach der lokalen Abscheidung des Silber und Dotanten enthaltenden selbstdotierenden Materials 5 erfolgt ein Erhitzen des beschichteten Siliziumsubstrates 1. Zum Erhitzen wird eine Wärmequelle verwendet, die im konkreten Ausführungsbeispiel eine Infrarotheizvorrichtung 6 ist, die durch Infrarotstrahlung 7 Wärme auf das beschichtete Siliziumsubstrat überträgt. In alternativen Verfahren können auch andere Wärmequellen bzw. Heizmethoden zum Einsatz kommen.
  • Bei dem Wärmebehandlungsschritt kann das aufgebrachte selbstdotierende Material 5 beispielsweise auf eine Temperatur zwischen 400°C und 1050°C bei einer Temperatureinwirkzeit von 5 s bis 120 min erhitzt werden. In einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung empfiehlt es sich, das aufgebrachte selbstdotierende Material 5 auf eine Temperatur zwischen 600°C und 950°C bei einer Temperatureinwirkzeit von 10 s bis 10 min zu erhitzen.
  • In 4 ist das Ergebnis der beschriebenen Verfahrensschritte anhand einer schematischen Querschnittsdarstellung einer Solarzelle dargestellt. Durch die Hitzeeinwirkung ist das silberhaltige selbstdotierende Material 5 auf der Substratvorderseite zu silberhaltigen Leitbahnen 10, die Kontaktfinger der Solarzelle ausbilden, und die aluminiumhaltige Paste auf der Substratrückseite zu einer Rückseitenelektrode 8 verarbeitet worden. Die silberhaltigen Leitbahnen 10 durchdringen die Antireflexionsschicht 3 und weisen einen elektrischen Kontakt zu der Grenzflächenschicht 2 des Siliziumsubstrates 1 auf. Dotanten aus dem Silber und Dotanten enthaltendem selbstdotierendem Material 5 sind durch die Wärmebehandlung in das Siliziumsubstrat 1 eingebracht worden. Die eingebrachten Dotanten befinden sich hauptsächtich in dem höher dotierten Bereich 9, der vor allem in dem direkten Kontaktbereich zu den silberhaltigen Leitbahnen 10 eine hohe Dotierstoffkonzentration aufweist und dadurch einen guten elektrischen Kontakt mit einem kleinen Kontaktwiderstand zwischen Leitbahn und Siliziumsubstrat 1 bewirkt. Zur Veranschaulichung der höher dotierten Bereiche ist in 4 eine größere räumliche Ausdehnung der n-Dotierung skizziert. In der Praxis ist jedoch statt der größeren räumlichen Ausdehnung der lokalen Höherdotierung deren höhere Dotierstoffkonzentration bedeutsamer. Neben der dargestellten n-Höherdotierung in der Nähe der Silberleitbahnen 10 liegt in diesem Ausführungsbeispiel auch eine höhere p-Dotierung des Substrates 1 in unmittelbarer Nachbarschaft zu der Aluminiumrückseitenelektrode 8 in Form einer Aluminiumdotierung nach Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens vor.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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  • Zitierte Patentliteratur
    • DE 102008033223 A1 [0002]
    • US 7335555 B2 [0006]

Claims (13)

  1. Verfahren zum Erzeugen einer silberhaltigen Leitbahn (10) auf einem mit einer Antireflexionsschicht (3) beschichteten Siliziumsubstrat (1) mit einer schwach dotierten Grenzflächenschicht (2) mit einem Schichtwiderstand > 60 Ω/sq und einem höher dotierten Kontaktbereich (9) zu der Leitbahn (10) an der Oberfläche des Siliziumsubstrates (1), wobei der Schichtwiderstand des Kontaktbereiches < 60 Ω/sq ist, und wobei ein Silber und Dotanten enthaltendes selbstdotierendes Material (5) lokal auf das Siliziumsubstrat (1) aufgebracht wird und das Siliziumsubstrat (1) mit dem selbstdotierenden Material (5) erhitzt wird, dadurch gekennzeichnet, dass das selbstdotierende Material (5) Silber, Dotanten und Zinn enthält.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das selbstdotierende Material (5) zumindest teilweise in Form einer Tinte oder einer Paste aufgebracht wird.
  3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als Dotanten enthaltendes Material Phosphor, Arsen, Antimon, Bor, Aluminium oder Gallium enthaltendes Material verwendet wird.
  4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Silber mit Dotanten legiert ist.
  5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Zinn mit Dotanten legiert ist.
  6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Dotanten als Pulver in dem selbstdotierenden Material (5) vorliegen.
  7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das selbstdotierende Material (5) eine Glasfritte, die Dotanten enthält, aufweist.
  8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Dotanten in Form ihrer Oxide in dem selbstdotierenden Material (5) vorliegen.
  9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das aufgebrachte selbstdotierende Material (5) auf eine Temperatur zwischen 400°C und 1050°C bei einer Temperatureinwirkzeit von fünf Sekunden bis 120 Minuten erhitzt wird.
  10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das aufgebrachte selbstdotierende Material (5) auf eine Temperatur zwischen 600°C und 950°C bei einer Temperatureinwirkzeit von 10 Sekunden bis 10 Minuten erhitzt wird.
  11. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das selbstdotierende Material (5) mit einem Siebdruck-, Schablonendruck-, Tampondruck-, Inkjet Aerosol-, Dispens-, Spray-On- oder Dip-Coating-Verfahren aufgebracht wird.
  12. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Aufbringverfahren für das selbstdotierende Material einen physikalischen Gasphasenbeschichtungsschritt, einen chemischen Gasphasenbeschichtungsschritt und/oder einen Galvanikschritt aufweist.
  13. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Siliziumsubstrat (1) der Kern einer Solarzelle ist und dass die silberhaltige Leitbahn (10) auf dem dotierten Kontaktbereich (9) ein Kontaktfinger der Solarzelle ist.
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