DE102011000562A1 - Verfahren zur Erzeugung von lötbaren Kontaktstrukturen auf einer Substratoberfläche - Google Patents
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Abstract
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erzeugung von lötbaren, elektrisch leitfähigen Strukturen auf einer Substratoberfläche wobei ein Metallsalz auf die Oberfläche aufgebracht und so behandelt wird, dass das Metallsalz zumindest teilweise zu dem entsprechenden Metall reduziert wird. Ferner betrifft die Erfindung die durch dieses Verfahren erhaltenen lötbaren Strukturen sowie Solarzellen und Solarmodule, die diese Strukturen enthalten.
Description
- Gebiet der Erfindung
- Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erzeugung von lötbaren, elektrisch leitfähigen Strukturen auf einer Substratoberfläche wobei ein Metallsalz auf die Oberfläche aufgebracht und so behandelt wird, dass das Metallsalz zumindest teilweise zu dem entsprechenden Metall reduziert wird. Ferner betrifft die Erfindung die durch dieses Verfahren erhaltenen lötbaren Strukturen sowie Solarzellen und Solarmodule, die diese Strukturen enthalten.
- Hintergrund
- Im Stand der Technik sind Verfahren zur Abscheidung von Metallen auf Oberflächen, insbesondere Glas- und Kunststoffoberflächen, bekannt. Diese Verfahren dienen u. a. der Herstellung elektrisch leitfähiger Strukturen und beinhalten das Drucken von metallhaltigen, insbesondere silberhaltigen Zusammensetzungen auf die gewünschte Oberfläche. Solche Strukturen aus Silber weisen eine hohe elektrische Leitfähigkeit und gleichzeitig eine geringe Korrosionsanfälligkeit auf. Zusätzlich sind entsprechende Strukturen gut lötbar.
- Die in diesem Zusammenhang im Stand der Technik verwendeten Zusammensetzungen enthalten entweder metallhaltige Nanopartikel oder Lösungen bzw. Dispersionen von metallhaltigen Verbindungen in einem geeigneten Lösungsmittel.
- Üblicherweise ist es für die Abscheidung des Metalls aber erforderlich das Substrat bei vergleichsweise hohen Temperaturen zu sintern. Das hat den Nachteil, dass nur bestimmte Substrate für solche Verfahren geeignet sind bzw. die elektrische Leitfähigkeit und/oder die Lötbarkeit durch den Sinterschritt verringert werden.
- Solarzellen müssen in Solarmodulen seriell durch Auflöten von Kupferbändchen verschaltet werden. Dazu werden auf Solarzellen üblicherweise Kontaktstrukturen aus lötbaren Metallen wie Silber z. B. durch Siebdruckprozesse aufgebracht und in einem Hochtemperaturschritt eingebrannt. Für bestimmte Zellkonzepte wird die gesamte Zellrückseite mit einer Aluminiumschicht versehen welche aufgrund der Passivierung des Aluminiums nicht oder nur mit Reaktivloten lötbar ist. Die Aufbringung von lötbaren Kontaktstrukturen ist hier auch deshalb problematisch, als das aufgebrachte Metallschichten nach einem Temperschritt ihre Lötbarkeit verlieren. Das ist darauf zurückzuführen, dass im Sinterschritt Aluminiumatome in die aufgebrachte Metallschicht diffundieren und dadurch die Lötbarkeit herabgesetzt wird.
- Ferner haben die bekannten Verfahren zur direkten Erzeugung elektrisch leitfähiger Strukturen den Nachteil auf, dass eine sehr große Menge der oftmals teuren metallhaltigen Verbindung aufgebracht und umgesetzt werden muss, da die erzeugte Struktur selbst stromtragend d. h. die Leiterbahn ist. Für die Anwendung zur direkten Stromableitung von Solarzelloberflächen mit ihrer hohen Stromstärke um 8 A, kommen diese direkten Verfahren zur Herstellung von Leiterbahnen daher kaum in Frage.
- Wünschenswert sind daher alternative Verfahren zur Erzeugung von lötbaren, elektrisch leitfähigen Strukturen auf Oberflächen, wie beispielsweise der Rückseite von Solarzellen, insbesondere der Aluminium-beschichteten Rückseite von Solarzellen.
- Zusammenfassung der Erfindung
- Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erzeugung von lötbaren, elektrisch leitfähigen Strukturen auf einer Substratoberfläche, wobei das Verfahren umfasst:
Aufbringen einer metallhaltigen Zusammensetzung auf die Substratoberfläche, und
Behandeln der metallhaltigen Zusammensetzung, um das Metall als lötbare, elektrisch leitfähige Struktur auf der Substratoberfläche abzuscheiden. - In verschiedenen Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht die Substratoberfläche aus einem Metall oder Metalllegierung oder ist damit beschichtet. Bei diesem Metall kann es sich beispielsweise um Aluminium oder ein anderes vergleichsweise unedles Metall handeln. In bestimmten Ausführungsformen handelt es sich bei der Substratoberfläche um die Rückseite einer Solarzelle, insbesondere die Rückseite einer LFC-Zelle.
- In verschiedenen Ausführungsformen der Erfindung, handelt es sich bei der metallhaltigen Zusammensetzung um eine Silber-, Nickel-, Kupfer-, Cobalt-, Gold-, Ruthenium-, Rhodium-, Palladium- oder Zinn-haltige Zusammensetzung oder Mischungen davon. Die metallhaltige Zusammensetzung kann eine metallsalzhaltige Zusammensetzung sein. Wenn die metallhaltige Zusammensetzung eine metallsalzhaltige Zusammensetzung ist, schließt der Behandlungsschritt die zumindest teilweise Reduktion des Metallsalzes zu dem entsprechenden Metall ein. Während der zumindest teilweisen Reduktion, wird das reduzierte Metall auf der Substratoberfläche abgeschieden.
- In den erfindungsgemäßen Verfahren kann gemäß verschiedenen Ausführungsformen die Reduktion durch Energieeinwirkung oder durch ein chemisches Reduktionsmittel erreicht werden. Energieeinwirkung schließt dabei Erhitzen und Bestrahlung mit Licht, insbesondere UV Licht, ein. Vorzugsweise schließt das Verfahren aber in keinem Schritt ein Erhitzen auf Temperaturen > 300°C ein.
- Bei den erfindungsgemäß verwendeten Metallsalzen kann es sich beispielsweise um ein Silber-, Nickel-, Cobalt- oder Kupfersalz oder auch Oxide dieser Metalle handeln. In einer Ausführungsform ist das Metallsalz ein Silbercarboxylat, wie beispielsweise Silberacetat, oder Silbernitrat.
- In verschiedenen Ausführungsformen der Erfindung ist die metallhaltige Zusammensetzung eine Lösung oder Suspension. Die Auftragung vor dem Reduktionsschritt kann mehrfach erfolgen. Optional kann nach jedem Auftragungsschritt und vor jedem weiteren Auftragungs- oder dem Reduktionsschritt ein Trocknungsschritt, beispielsweise durch Erhitzen des Substrats oder durch Behandlung mit Heißluft oder IR-Strahlung, durchgeführt werden.
- Bei den erfindungsgemäß verwendeten Lösungen oder Suspensionen, handelt es sich in einer Ausführungsform um eine wässrige Lösung oder Suspension. Alternativ handelt es sich in anderen Ausführungsformen um eine Lösung oder Suspension in einem organischen Lösungsmittel. Die Lösung kann eine gesättigte Lösung sein.
- In verschiedenen Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens erfolgt die Auftragung der metallhaltigen Zusammensetzung durch einen Druckprozess, beispielsweise ein Siebdruck- oder Tintenstrahldruckverfahren.
- In verschiedenen Ausführungsformen, wird während des Behandlungs- bzw. Reduktionsschrittes das Metall auf der Substratoberfläche abgeschieden. Diese abgeschiedene Metallschicht kann eine Dicke von ungefähr 100 nm bis ungefähr 0,5 mm, beispielsweise ungefähr 1 μm bis 100 μm, aufweisen. Generell kann das Aufbringen derart erfolgen, dass auf dem Substrat lötbare Strukturen erzeugt werden. Diese können räumlich von nicht lötbaren Bereichen abgegrenzt sein und dadurch erzeugt werden, dass das erfindungsgemäße Verfahren nur auf Teile der Substratoberfläche angewandt wird.
- In verschiedenen Ausführungsformen kann das erfindungsgemäße Verfahren, d. h. die Schritte der Auftragung und Behandlung/Abscheidung mehrfach durchgeführt werden. Vorzugsweise wird das Verfahren mehrfach auf einen bestimmten Bereich angewendet, um eine Metallschicht mit einer definierten Schichtdicke zu erzeugen.
- In dem erfindungsgemäßen Verfahren wird in verschiedenen Ausführungsformen während des Behandlungsschrittes das Metall derart auf der Substratoberfläche abgeschieden, dass eine in einem Lötprozess mit einem weiteren leitfähigen Material verbindbare Struktur entsteht.
- In einem weiteren Aspekt betrifft die vorliegende Erfindung lötbare Strukturen, die durch ein Verfahren gemäß der Erfindung erhalten werden.
- In noch einem weiteren Aspekt betrifft die Erfindung Solarzellen, insbesondere LFC Solarzellen, die eine oder mehrere lötbare Strukturen gemäß der Erfindung umfassen.
- Beschreibung der Figuren
-
1 zeigt schematisch die Metallisierungsbereiche auf einer Standardzellrückseite a) und einem aluminiumbeschichteten Wafer b). - Detaillierte Beschreibung der Erfindung
- Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass Solarzellen einfacher mittels Leitern oder Sammelschienen verschaltet werden können, wenn vor dem Auflöten der Kupferbänder lötbare Strukturen auf der Solarzellrückseite erzeugt werden. Bisher bestand das Problem, dass sich die aluminiumbeschichteten Rückseiten der Solarzellen nur unter großen Aufwand und dem Einsatz von Reaktivloten mit den Leitern verbinden lassen, da das Aluminium durch die Bildung einer Oxidschicht schlecht lötbar ist.
- Die Erfinder haben nun herausgefunden, dass sich dieses Problem dadurch umgehen lässt, dass auf die z. B. Aluminium-Oberfläche der Solarzelle vor dem Auflöten der Leiter eine lötbare Struktur aufgebracht wird.
- In einem ersten Aspekt betrifft die Erfindung daher ein Verfahren zur Erzeugung von lötbaren, elektrisch leitfähigen Strukturen auf einer Substratoberfläche, wobei das Verfahren das Aufbringen einer metallhaltigen Zusammensetzung auf die Substratoberfläche, und das anschließende Behandeln der aufgetragenen metallhaltigen Zusammensetzung, um das Metall als lötbare, elektrisch leitfähige Struktur auf der Oberfläche abzuscheiden, umfasst.
- „Lötbar” bedeutet in diesem Zusammenhang, dass das Substrat über die erzeugte Struktur mittels eines Lötprozesses fest mit einem Leiter verbunden werden kann, wobei die Verbindung elektrisch leitfähig ist. Leiter, Substrat, lötbare Struktur und Lötmaterial sind dabei vorzugsweise aus einem oder mehreren Metallen.
- In diesem Verfahren wird das Metall auf der Substratoberfläche abgeschieden, um die lötbare, elektrisch leitfähige Struktur zu bilden. Hierbei dient die Struktur jedoch wiederum nicht selbst zum Ableiten des Stromes sondern lediglich der Anbindung einer weiteren stromableitenden Komponente z. B. eines Kupferbändchens mittels geeigneter Lotbeschichtung. Daher muss die erzeugte metallhaltige Struktur auf der Substratoberfläche auch keine durchgehende Struktur sein sondern kann auch unterbrochen sein oder nur punktuell aufgebracht werden, da diese Struktur selbst keine Leiterbahn darstellt. Das erlaubt es, im Vergleich zu den im Stand der Technik bekannten Verfahren deutlich geringere Mengen der metallhaltigen Zusammensetzung zu verwenden. Die Abscheidung erfolgt vorzugsweise derart, dass eine in einem Lötprozess mit einem weiteren leitfähigen Material verbindbare Struktur entsteht. Das setzt voraus, dass die auf der Substratoberfläche abgeschiedene Metallstruktur bestimmten Anforderungen hinsichtlich Dicke und Haftung der Metallschicht erfüllt, die über die Verfahrensbedingungen gesteuert werden können.
- „Substratoberfläche” bedeutet in diesem Zusammenhang eine Materialoberfläche bzw. einen Teil einer Materialoberfläche, der mit der entsprechenden Struktur versehen werden soll. Die Substratoberfläche kann beispielsweise die Oberfläche eines Wafers oder einer Solarzelle sein, insbesondere die Rückseite einer Solarzelle sein.
- Vorteilhaft für der Wirkungsgrad üblicher Solarzellen kann es beispielsweise sein, auf den rückseitigen Druck von Silberbusbars zu verzichten und die Zellrückseite ganzflächig mit Aluminium zu bedrucken. Um diese Aluminiumfläche zu kontaktieren können erfindungsgemäß lokal entsprechende metallhaltige Pasten aufgebracht und zu lötbaren Strukturen umgesetzt werden.
- In bestimmten Ausführungsformen handelt es sich bei der Substratoberfläche um die Rückseite von Solarzellen, die mittels der LFC Technik (Laser-Fired Contacts) gefertigt wurden. Charakteristisch für diese Zellen ist die lokale Kontaktierung auf der Rückseite, wobei nur etwa 1% der Fläche mit Metall kontaktiert ist, während der Rest mit einer Schicht aus Siliciumdioxid bzw. Siliciumnitrid bedeckt ist. Bei der Herstellung solcher Zellen wird zuerst die dielektrische Passivierungsschicht aus Siliciumdioxid bzw. Aluminiumoxid auf die Rückseite der Zelle aufgebracht. Bei der LFC-Prozessierung wird die Aluminiumschicht direkt auf die Passivierungsschicht aufgedampft und dann mit einem Laser durch die Passivierungsschicht in das darunter liegende Silicium gefeuert, um so die lokalen Kontakte zu bilden. Diese LFC-Zellen haben den Vorteil, dass sie ein hohes Wirkungsgradpotenzial mit niedrigen Herstellungskosten verbinden. Die aufgebrachte Aluminiumschicht kann jedoch nicht gelötet werden weshalb entsprechende Kontaktstrukturen aufgebracht werden müssen, welche die Lötung von stromabführenden Verbindern ermöglichen.
- In den erfindungsgemäßen Verfahren kann die Substratoberfläche daher aus einem Metall oder einer Metalllegierung bestehen oder damit beschichtet sein. Bei dem Metall kann es sich beispielsweise um Aluminium handeln, insbesondere eine auf die Rückseite einer Solarzelle aufgedampfte Aluminiumschicht, deren Lötbarkeit durch das erfindungsgemäße Verfahren verbessert werden soll.
- Da das erfindungsgemäße Verfahren somit der Verbesserung der Lötbarkeit einer Oberfläche dient, betrifft die Erfindung auch ein solches Verfahren zur Verbesserung der Lötbarkeit einer Oberfläche eines Substrats, welches die oben genannten Schritte beinhaltet. Alle im Folgenden genannten Ausführungsformen des Verfahrens zur Erzeugung von lötbaren Strukturen betreffen daher ebenso ein Verfahren zur Verbesserung der Lötbarkeit einer Oberfläche.
- Die metallhaltige Zusammensetzung kann Silber, Nickel, Kupfer, Cobalt, Gold, Ruthenium, Rhodium, Palladium oder Zinn oder Mischungen davon enthalten. In der Zusammensetzung können die Metalle in elementarer Form, vorzugsweise aber als Salze oder Metallkomplexe vorliegen. „Metallsalze” betrifft Verbindungen in denen ein metallisches Kation mit einem anorganischen oder organischen Anion ein Salz bildet. Neben den Metallen enthält die Zusammensetzung ein oder mehrere zumeist organische Reduktionsmittel. Diese können in der Druckpaste oder Drucktinte dem Metallsalz entweder als weitere Komponenten zugesetzt sein oder aber durch ein geeignetes zumeist organisches Gegenion direkt im verwendeten Salz enthalten sein. Das Salz kann in fester oder in gelöster Form vorliegen. Anorganische Anionen schließen ein, sind aber nicht begrenzt auf, Fluorid, Chlorid, Bromid, Iodid, Nitrat, Nitrit, Carbonat, Cyanat, Sulfat, Phosphat, Oxid, Hydroxid. Organische Anionen schließen die Anionen organischer Säuren, wie beispielsweise Formiat, Acetat, Malonat, Succinat, etc. ein. Bevorzugte organische Anionen sind Carboxylate. In einer Ausführungsform ist das Anion CH3-O-(CH2-CH2-O)n-CH2-COO–, wobei n eine ganze Zahl von 1–20, vorzugsweise 1–15 ist. In einer Ausführungsform ist das Kation Silber, Nickel oder Cobalt. Organische Reduktionsmittel können organische Säuren, insbesondere Carbonsäuren, beispielsweise Mono- oder Dicarbonsäuren, sein. Beispiele schließen ein, sind aber nicht beschränkt auf Ameisensäure, Essigsäure, Malonsäure, Bernsteinsäure, etc..
- Falls es sich bei dem Salz um ein Silbersalz handelt, kann das Salz beispielsweise ein Silbercarboxylat, d. h. ein Salz aus einem oder mehreren Silberkationen und einem oder mehreren Anionen einer Carbonsäure, wie beispielsweise Silberacetat (AgOAc) oder CH3-O-(CH2-CH2-O)n-CH2-COO-Ag, wobei n 1–20 ist, oder Silbernitrat (AgNO3) sein.
- Weitere Metallcarboxylate und Metallverbindungen, die in dem erfindungsgemäßen Verfahren eingesetzt werden können, sind beispielsweise in der Europäischen Patentanmeldung
EP 2159270 A1 , der internationalen PatentveröffentlichungWO 2008/038976 US 5,491,059 beschrieben. - Falls erfindungsgemäß Metallsalze eingesetzt werden, werden diese in dem Behandlungsschritt zumindest teilweise zu dem entsprechenden Metall reduziert. In diesem Reduktionsschritt kann das reduzierte Metall auf der Substratoberfläche abgeschieden werden. In einer Ausführungsform kann der Behandlungsschritt somit ein Reduktionsschritt sein. Der Reduktionsschritt kann entweder durch Energieeinwirkung oder chemisch, durch ein Reduktionsmittel, erfolgen.
- Falls die Reduktion durch Energieeinwirkung erfolgt, kann die Energiezufuhr beispielsweise durch Erhitzen/Erwärmen erfolgen. Das Erhitzen/Erwärmen des Metallsalzes kann beispielsweise durch das Erhitzen/Erwärmen des Substrats, auch vor dem Auftragungsschritt, oder auch durch Erhitzen des Substrats mit dem aufgetragenen Metallsalz oder mittels Heißluft erfolgen.
- Alternativ oder zusätzlich zu dem Erwärmen kann die Energiezufuhr auch über Bestrahlen erfolgen. Bei der Bestrahlung wird beispielsweise Licht, insbesondere IR oder UV-Licht eingesetzt.
- Schließlich kann die Reduktion auch mittels eines chemischen Reduktionsmittels erfolgen. Dieses kann bereits in der metallhaltigen Zusammensetzung enthalten sein oder kann später zugegeben werden. Wenn das Reduktionsmittel bereits in der Zusammensetzung enthalten ist, kann die Reaktion, d. h. die Reduktion des Metalls kinetisch gehemmt sein, so dass der Start der Reduktionsreaktion die Zugabe eines weiteren Reagens oder Energiezufuhr erfordert. Falls das Reduktionsmittel später zugegeben wird, kann es nach dem Auftragen der metallhaltigen Zusammensetzung auf das Substrat zugegeben, beispielsweise aufgesprüht oder aufgedruckt werden. Geeignete chemische Reduktionsmittel sind im Stand der Technik bekannt und umfassen, sind aber nicht beschränkt auf Metalle, die unedler sind als das abzuscheidende Metall, Hydride, wie Lithiumaluminiumhydrid, Natriumborhydrid, Salze wie Natriumsulfit, Natriumdithionit, Natriumthiosulfat, und Hydrazin, sowie organische Verbindungen wie Aldehyde oder Alkohole oder reduzierende Gase wie Wasserstoff oder Dämpfe flüchtiger reduzierender Verbindungen, z. B. Acetaldehyd. Im Fall der Verwendung von Gasen oder Dämpfen, können diese über die Ofenatmosphäre zudosiert werden.
- Die metallhaltige Zusammensetzung kann als Feststoff oder auch als Lösung, Suspension oder Dispersion aufgetragen werden. In verschiedenen Ausführungsformen der Erfindung ist die Verwendung einer Lösung oder Suspension bevorzugt. Bei den erfindungsgemäß verwendbaren Lösungen und Suspensionen kann es sich sowohl um wässrige, als auch organische Lösungen/Suspensionen handeln. Diese Lösungen oder Suspensionen enthalten das Metall beispielsweise in Form eines Salzes oder Komplexes, wie oben beschrieben. Zusätzlich können diese Lösungen/Suspensionen noch verschiedene Hilfsstoffe, wie beispielsweise Dickungsmittel, Stabilisatoren, Reduktionsmittel, pH Regulatoren, Puffer, Säuren, Basen, etc. enthalten. Beispielsweise kann eine silberhaltige Lösung eine ammoniakalische Silbernitratlösung sein. In einem solchen Fall kann ein Silberspiegel auf der Substratoberfläche durch die Verwendung eines geeigneten Reduktionsmittels, wie beispielsweise Aldehyden, nach folgender Reaktion erzeugt werden:
2[Ag(NH3)2]NO3 + R-CHO + H2O → 2Ag° +3NH4 + + R-COO +2NO3 + NH3 - In einer anderen Ausführungsform des Verfahrens wird als metallhaltige Verbindung eine Verbindung der Formel CH3-O-(CH2-CH2-O)n-CH2-COO-Ag, wobei n 1 bis 20 ist eingesetzt, die sich bei Energieeinwirkung, d. h. beispielsweise bei Erwärmen, nach folgender Reaktionsgleichung zersetzt, wobei Silber auf der Substratoberfläche abgeschieden wird:
Ag-O-CO-CH2-(O-CH2-CH2)nO-CH3 → Ag° + CO2↑ + •CH2-(O-CH2-CH2)n-O-CH3 - Die Lösungen/Suspensionen können vor dem Behandlungsschritt mehrfach aufgetragen werden. Zwischen den einzelnen Auftragungsschritten kann jeweils ein Trocknungsschritt, beispielsweise durch Erhitzen oder Behandlung mit Heißluft oder Unterdruck, durchgeführt werden.
- In verschiedenen Ausführungsformen handelt es sich bei den eingesetzten Lösungen um gesättigte Lösungen, um beim mehrfachen Auftragen das Auflösen der bereits getrockneten Metallverbindungen zu verhindern.
- Das erfindungsgemäße Verfahren schließt vorzugsweise in keinem Verfahrensschritt ein Erwärmen des Substrats auf eine Temperatur über 300°C ein, vorzugsweise nicht über 250 oder 200°C, da höhere Temperaturen zum Verlust der Lötbarkeit der abgeschiedenen Metallstruktur führen können.
- Die Auftragung der metallhaltigen Zusammensetzungen kann mittels im Stand der Technik bekannten Verfahren erfolgen. Beispielsweise können die Zusammensetzungen auf die Substratoberfläche gedruckt, gesprüht oder mittels eines spin-on Verfahrens aufgebracht werden. Das Drucken kann dabei beispielsweise Siebdruck oder Tintenstrahldruck sein. Generell erfolgt das Auftragen so, dass auf dem Substrat lötbare Strukturen erzeugt werden. Üblicherweise werden dabei nur die Bereiche des Substrats behandelt, die später mit dem Leiter über eine Lötverbindung verbunden werden sollen, d. h. die Kontaktflächen.
- Alternativ kann das Substrat auch in eine metallhaltige Lösung oder Suspension eingetaucht werden. Dabei kann das Substrat vorher beispielsweise so behandelt worden sein, dass die Abscheidung des Metalls nur an bestimmten Stellen der Oberfläche erfolgt. Das kann beispielsweise durch das Aufbringen einer entsprechenden Maske erfolgen. Die Abscheidung kann hierbei auch elektrolytisch, zum Beispiel durch Anlegen einer Spannung an das Substrat, erfolgen.
- Es ist erfindungsgemäß bevorzugt, dass die Dicke der abgeschiedenen Metallschicht ausreichend ist, um in einem folgenden Lötschritt eine feste Lötverbindung zwischen Substrat und Leiter zu ermöglichen. Die auf der Substratoberfläche abgeschiedene Metallschicht hat daher vorzugsweise eine Dicke von mindestens 100 nm, vorzugsweise mindestens 1 μm, noch bevorzugter mindestens 10 μm.
- Die Auftragung und Behandlung können mehrfach hintereinander erfolgen, beispielsweise um eine größere Schichtdicke zu erzeugen. Dabei können in den einzelnen Schritten der Auftragung und Behandlung auch unterschiedliche Metalle eingesetzt werden, beispielsweise derart, dass auf eine erste Metallschicht eine zweite Schicht eines edleren Metalls abgeschieden wird. Beispiele dafür sind eine erste Schicht aus Silber und eine zweite Schicht aus Gold, Ruthenium, Rhodium oder Palladium. Nach der Abscheidung des Metalls auf der Substratoberfläche können einer oder mehrere Waschschritte, beispielsweise mit Wasser, durchgeführt werden.
- Die Erfindung betrifft ebenfalls die mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens erzeugten lötbare Strukturen bzw. die Substrate, die solche lötbaren Strukturen aufweisen sowie Solarzellen, die solche Strukturen enthalten.
- Weitere Ausführungsformen sind in den Ansprüchen und den Beispielen enthalten. Die folgenden Beispiele dienen der Veranschaulichung der Erfindung, wobei die Erfindung nicht auf diese speziellen Ausführungsformen beschränkt ist.
- Beispiele
- Beispiel 1:
- Die in
1a) schematisch gezeigten Bereiche einer Standardzelle (Standardsolarzelle) mit mittels Siebdruck aufgebrachter Aluminiumschicht wurden ca. 0,2 g des Silbersalzes der Formel Ag-O-CO-CH2-(O-CH2-CH2)2-O-CH3 (Silber-2-[2-(2-methoxyethoxy)ethoxy]acetat) auf einer Fläche von ca. 5 × 155 mm aufgebracht und die Zelle auf eine Heizplatte aufgelegt und auf ca. 200–250°C erhitzt. Beim Erhitzen schmolz das Silbersalz auf und bildete über mehrere Stufen eine Silberschicht auf der Zelloberfläche aus, wobei in Bereichen mit hohem Masseauftrag lockere, schwammige Strukturen gebildet wurden. - Die lockeren Silberpartikel auf der Oberseite ließen sich leicht entfernen, die darunter und an den Seiten befindliche Silberschicht war dagegen sehr fest mit der Aluminiumunterlage verbunden. Auf dieser Struktur konnte eine Lötung (Standard Zellverbinder, 150 μm, Sn-Pb-Ag-Lot, 350°C) ausgeführt werden (
3 ). Das Lot benetzte die Silberoberfläche sehr gut. Beim Abziehen des Zellverbinders riss teilweise die Aluminiummetallisierung ab und an Bereichen mit schwammiger Silberstruktur riss das Silber. Es fanden sich Bereiche mit Abzugskräften bis zu knapp 1 N, wobei die Abzugskräfte durch die geringe Stabilität des Aluminiumsiebdrucks generell verringert werden. - Die Erfindung wird hierin durch Bezugnahme auf bestimmte Ausführungsformen beschrieben, ist aber nicht auf diese beschränkt. Insbesondere ist für den Fachmann ohne Weiteres ersichtlich, dass verschiedene Änderungen an der beschriebenen Erfindung vorgenommen werden können, ohne vom Sinn und Umfang der Erfindung, wie er durch die angefügten Patentansprüche bestimmt wird, abzuweichen. Der Umfang der Erfindung wird somit durch die Patentansprüche bestimmt und es ist beabsichtigt, dass die Erfindung alle Modifikationen und Änderungen, die in den Deutungs- und Äquivalenzbereich der Ansprüche fallen, umfasst.
- ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
- Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
- Zitierte Patentliteratur
-
- EP 2159270 A1 [0034]
- WO 2008/038976 [0034]
- US 5491059 [0034]
Claims (21)
- Verfahren zur Erzeugung von lötbaren, elektrisch leitfähigen Strukturen auf einer Substratoberfläche, die aus einem Metall oder einer Metalllegierung besteht oder damit beschichtet ist, wobei das Verfahren umfasst: Aufbringen einer metallhaltigen Zusammensetzung auf die Substratoberfläche, und Behandeln der metallhaltigen Zusammensetzung, um das Metall als lötbare, elektrisch leitfähige Struktur auf der Substratoberfläche abzuscheiden.
- Verfahren nach Anspruch 1, wobei es sich bei dem Metall aus dem die Substratoberfläche besteht oder mit dem sie beschichtet ist, um Aluminium handelt.
- Verfahren nach einem der Ansprüche 1–2, wobei die Substratoberfläche die Rückseite einer Solarzelle ist.
- Verfahren nach Anspruch 3, wobei es sich bei der Solarzelle um eine LFC-Zelle handelt.
- Verfahren nach einem der Ansprüche 1–4, wobei es sich bei der metallhaltigen Zusammensetzung um eine Silber-, Nickel-, Kupfer-, Cobalt-, Gold-, Ruthenium-, Rhodium-, Palladium- oder Zinn-haltige Zusammensetzung oder Mischungen davon handelt.
- Verfahren nach einem der Ansprüche 1–5, wobei es sich bei der metallhaltigen Zusammensetzung um eine metallsalzhaltige Zusammensetzung handelt.
- Verfahren nach Anspruch 6, wobei das Metallsalz ein Silbercarboxylat oder Silbernitrat ist.
- Verfahren nach Anspruch 7, wobei der Behandlungsschritt die zumindest teilweise Reduktion des Metallsalzes zu dem entsprechenden Metall einschließt.
- Verfahren nach Anspruch 8, wobei während der zumindest teilweisen Reduktion das reduzierte Metall auf der Substratoberfläche abgeschieden wird.
- Verfahren nach Anspruch 8 oder 9, wobei die Reduktion durch Erhitzen oder Bestrahlung oder durch ein chemisches Reduktionsmittel erreicht wird.
- Verfahren nach einem der Ansprüche 1–10, wobei die metallhaltige Zusammensetzung eine metallhaltige Lösung oder Suspension ist.
- Verfahren nach Anspruch 11, wobei die Lösung oder Suspension vor dem Behandlungsschritt mehrfach aufgetragen wird.
- Verfahren nach Anspruch 11 oder 12, wobei nach dem Auftragen ein Trocknungsschritt mittels Erhitzen des Substrats oder Heißluft durchgeführt wird.
- Verfahren nach einem der Ansprüche 11–13, wobei es sich bei der Lösung oder Suspension um eine wässrige Lösung oder Suspension handelt.
- Verfahren nach einem der Ansprüche 11–13, wobei es sich bei der Lösung oder Suspension um eine Lösung oder Suspension in einem organischen Lösungsmittel handelt.
- Verfahren nach einem der Ansprüche 11–15, wobei es sich bei der Lösung um eine gesättigte Lösung handelt.
- Verfahren nach einem der Ansprüche 1–16, wobei das Verfahren in keinem Verfahrensschritt ein Erhitzen auf eine Temperatur über 300°C einschließt.
- Verfahren nach einem der Ansprüche 1–17, wobei die Auftragung der metallhaltigen Zusammensetzung durch Drucken erfolgt.
- Verfahren nach Anspruch 18, wobei das Drucken Siebdruck oder Tintenstrahldruck ist.
- Lötbare Strukturen, erhalten durch ein Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1–19.
- Solarzelle umfassend eine oder mehrere lötbare Strukturen gemäß Anspruch 20.
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|---|---|---|---|
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Representative=s name: VIERING, JENTSCHURA & PARTNER MBB PATENT- UND , DE |
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| R082 | Change of representative |
Representative=s name: VIERING, JENTSCHURA & PARTNER MBB PATENT- UND , DE |
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| R002 | Refusal decision in examination/registration proceedings | ||
| R003 | Refusal decision now final |