DE102011052999A1 - Treating object e.g. semiconductor substrate including silicon solar cell substrate, by arranging object in a treatment liquid, adding treatment promoting gas to treatment liquid, and introducing gas, via membrane, into treatment liquid - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft Verfahren gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie Vorrichtungen zur Durchführung dieser Verfahren. The invention relates to methods according to the preamble of claim 1 and to devices for carrying out these methods.
Teilweise besteht die Möglichkeit, nasschemische Prozesse, beispielsweise ein oberflächliches Ätzen von Objekten oder eine Oxidation solcher Objekte, zu beschleunigen, indem einer verwendeten Behandlungslösung Gase beigemischt werden. Beispielsweise lehrt
Vor diesem Hintergrund liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Alternative zu bekannten gattungsgemäßen Verfahren zur Verfügung zu stellen. Against this background, the object of the present invention is to provide an alternative to known generic methods.
Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Ferner wird sie gelöst durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 4. This object is achieved by a method having the features of claim 1. Furthermore, it is achieved by a method having the features of
Weiterhin liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, Vorrichtungen zur Durchführung dieser Verfahren zur Verfügung zu stellen. Furthermore, the invention has for its object to provide devices for carrying out these methods.
Diese Aufgabe wird zum einen gelöst durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 11, beziehungsweise durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 14. This object is achieved on the one hand by a device having the features of claim 11, or by a device having the features of
Vorteilhafte Weiterbildungen sind jeweils Gegenstand abhängiger Unteransprüche. Advantageous developments are each the subject of dependent claims.
Das Verfahren gemäß Anspruch 1 sieht vor, dass das zu behandelnde Objekt zumindest abschnittsweise in einer Behandlungsflüssigkeit angeordnet wird und der Behandlungsflüssigkeit ein die Behandlung förderndes Gas beigemengt wird. Zu diesem Zweck wird das die Behandlung fördernde Gas durch wenigstens eine Membran hindurch eingeleitet. Dies erfolgt derart, dass sich an einer Gasaustrittsseite der wenigstens einen Membran ein Gasfilm aus dem die Behandlung fördernden Gas ausbildet. Zwischen dem Gasfilm und zu behandelnden Bereichen des Objekts wird ein Teil der Behandlungsflüssigkeit angeordnet. The method according to claim 1 provides that the object to be treated is arranged at least in sections in a treatment liquid and the treatment liquid is added to a treatment-promoting gas. For this purpose, the treatment-promoting gas is introduced through at least one membrane. This takes place in such a way that a gas film from the gas which promotes the treatment is formed on a gas outlet side of the at least one membrane. Between the gas film and areas of the object to be treated, a part of the treatment liquid is arranged.
Unter dem Begriff des Gases werden vorliegend auch Gasgemische verstanden. Ein die Behandlung förderndes Gas im Sinne der vorliegenden Erfindung ist ein Gas, welches die Behandlung beschleunigt oder sie überhaupt erst in Folge eines Zusammenwirkens des Gases mit Bestandteilen der Behandlungsflüssigkeit ermöglicht. In the present case, the term gas also means gas mixtures. A treatment-promoting gas in the context of the present invention is a gas which accelerates the treatment or makes it possible in the first place as a result of an interaction of the gas with constituents of the treatment liquid.
Das beschriebene Verfahren verzichtet auf die Verwendung eines Membrankontaktors, was sich günstig auf den für die Durchführung des Verfahrens erforderlichen Aufwand auswirkt. Des Weiteren kann die Membran im Behandlungsbecken angeordnet werden, vorzugsweise in geringem Abstand zu den zu behandelnden Bereichen des Objekts. Dies ermöglicht es, das die Behandlung fördernde Gas, im Weiteren teilweise kurz als Gas bezeichnet, nahe an den zu behandelnden Bereichen des Objekts physikalisch in der Behandlungsflüssigkeit zu lösen. Gegenüber bekannten Lösungen, bei welchen das Gas außerhalb des Behandlungsbeckens in der Behandlungsflüssigkeit gelöst wird und das resultierende Gas-Behandlungsflüssigkeits-Gemenge an die zu behandelnden Bereiche herangeführt wird, hat dies den Vorteil, dass das in der Behandlungsflüssigkeit gelöste Gas auf seinem Weg ins Behandlungsbecken, beziehungsweise zu den zu behandelnden Bereichen des Objekts, nicht oder nur in sehr geringem Umfang zerfallen und ausgasen kann. Der Gasverbrauch kann somit verringert und etwaige eingesetzte Gasgeneratoren kleiner dimensioniert werden. Dies wirkt sich günstig auf den für die Durchführung des Verfahrens erforderlichen Aufwand aus. Zudem kann die Abluftbelastung reduziert werden, was ebenfalls zur Aufwandsreduktion beiträgt. The described method dispenses with the use of a membrane contactor, which has a favorable effect on the effort required to carry out the method. Furthermore, the membrane can be arranged in the treatment basin, preferably at a small distance from the areas of the object to be treated. This makes it possible to physically dissolve the treatment-promoting gas, hereinafter sometimes referred to as gas, physically in the treatment liquid, close to the areas of the object to be treated. Compared to known solutions in which the gas is dissolved outside the treatment tank in the treatment liquid and the resulting gas treatment liquid mixture is brought to the areas to be treated, this has the advantage that the gas dissolved in the treatment liquid on its way to the treatment tank, or to the areas of the object to be treated, not or only to a very limited extent can decay and outgas. The gas consumption can thus be reduced and any gas generators used smaller dimensions. This has a favorable effect on the effort required to carry out the method. In addition, the exhaust air pollution can be reduced, which also contributes to the reduction in effort.
Die wenigstens eine Membran, welche vorzugsweise im Behandlungsbecken angeordnet wird, kann aus porösem Polytetrafluorethylen oder einer porösen Keramik oder expandiertem Polytetrafluorethylen gefertigt sein. The at least one membrane, which is preferably arranged in the treatment tank, may be made of porous polytetrafluoroethylene or a porous ceramic or expanded polytetrafluoroethylene.
Die Gasaustrittsseite der wenigstens einen Membran wird vorzugsweise den zu behandelnden Bereichen des Objekts zugewandt ausgerichtet. Dies ermöglicht eine effiziente Ausnutzung des eingesetzten Gases. The gas outlet side of the at least one membrane is preferably aligned facing the areas of the object to be treated. This allows efficient utilization of the gas used.
Die wenigstens eine Membran ist mit für Membranen typischen Öffnungen versehen, welche teilweise auch als Poren bezeichnet werden und durch welche hindurch das Gas an die Gasaustrittsseite der Membran gelangen und in die Behandlungsflüssigkeit eingeleitet werden kann. Das zu behandelnde Objekt wird bevorzugt vollständig in die Behandlungsflüssigkeit eingetaucht. Je nach Anwendungsfall kann es jedoch erforderlich sein, Teile des zu behandelnden Objekts außerhalb der Behandlungsflüssigkeit anzuordnen. The at least one membrane is provided with openings typical for membranes, which are sometimes referred to as pores and through which pass the gas to the gas outlet side of the membrane and can be introduced into the treatment liquid. That too treating object is preferably completely immersed in the treatment liquid. Depending on the application, however, it may be necessary to arrange parts of the object to be treated outside the treatment liquid.
Wie bereits dargelegt wurde, können nasschemische Prozesse teilweise beschleunigt werden, indem in einer verwendeten Behandlungslösung das die Behandlung fördernde Gas physikalisch gelöst wird. Die Behandlungsdauer lässt sich jedoch nicht beliebig verkürzen, da die Löslichkeit des Gases, beispielsweise von Ozon, in der Behandlungsflüssigkeit begrenzt ist. Überraschenderweise hat sich gezeigt, dass mit dem beschriebenen Verfahren Ätzraten realisiert werden können, die über der Ätzrate einer mit dem Gas gesättigten Behandlungsflüssigkeit liegen. Vermutlich ist dies darauf zurückzuführen, dass mit Hilfe des Gasfilms der zwischen dem Gasfilm und zu behandelnden Bereichen des Objekts angeordnete Teil der Behandlungsflüssigkeit mit dem Gas übersättigt werden kann. In diesem Teil der Behandlungsflüssigkeit wäre demnach mehr Gas enthalten als dessen Löslichkeit in der Behandlungsflüssigkeit erwarten lässt. As already stated, wet-chemical processes can be partially accelerated by physically dissolving the treatment-promoting gas in a used treatment solution. However, the duration of treatment can not be shortened arbitrarily, since the solubility of the gas, for example of ozone, is limited in the treatment liquid. Surprisingly, it has been shown that etching rates can be achieved which are above the etching rate of a treatment liquid saturated with the gas with the method described. Presumably, this is due to the fact that with the aid of the gas film of the arranged between the gas film and areas of the object to be treated part of the treatment liquid can be supersaturated with the gas. In this part of the treatment liquid would therefore contain more gas than its solubility in the treatment liquid would be expected.
Bei der Realisierung sehr schnell ablaufender Behandlungen, insbesondere sehr hoher Ätzraten, ist der Gasfluss durch die Membran von Bedeutung. Unterhalb eines Mindestflusses nimmt die Behandlungsgeschwindigkeit, beziehungsweise bei entsprechenden Anwendungsfällen die Ätzrate, ab. Dies könnte daran liegen, dass das Gas nicht mehr mit hinreichendem Druck durch die Membran gedrückt wird, sondern nur noch durch diese hindurch diffundiert. Ist andererseits der Gasfluss zu hoch, ergibt sich ein inhomogenes Behandlungsergebnis. Dies ist vermutlich darauf zurückzuführen, dass erste Gasblasen in der Behandlungsflüssigkeit gebildet werden, welche jedoch noch nicht gleichmäßig über die ganze Membrangasaustrittsfläche verteilt sind. Für eine gleichmäßige Blasenbildung wären noch höhere Gasflüsse erforderlich. Diese bedingen jedoch einen wesentlich größeren Gasverbrauch, welcher den Aufwand für die Verfahrensdurchführung je nach eingesetztem Gas erheblich erhöhen kann. Derjenige Gasfluss, welcher die Ausbildung des erforderlichen Gasfilms und zudem eine beschleunigte und homogene Behandlung des Objekts ermöglicht, ist unter anderem vom Typ der eingesetzten Membran und deren Fläche abhängig. Für Membranflächen von 1 m2 hat sich ein Fluss von maximal 5 Litern pro Minute bewährt. Vorzugsweise beträgt der Gasfluss 2 bis 5 Liter pro Minute. Es hat sich bewährt, den Gasfluss mit einer Genauigkeit von 0,1 bis 0,2 Litern pro Minute auf einen im jeweiligen Anwendungsfall zweckmäßigen Wert einzustellen oder einzuregeln. In the implementation of very fast-running treatments, in particular very high etching rates, the gas flow through the membrane of importance. Below a minimum flow, the treatment rate decreases, or, in the case of corresponding applications, the etching rate. This could be because the gas is no longer pushed through the membrane with sufficient pressure, but only diffuses through it. On the other hand, if the gas flow is too high, an inhomogeneous treatment result results. This is presumably due to the fact that first gas bubbles are formed in the treatment liquid, which, however, are not evenly distributed over the entire membrane gas outlet surface. For even bubble formation even higher gas flows would be required. However, these require a much larger gas consumption, which can significantly increase the cost of implementing the process depending on the gas used. The gas flow which makes possible the formation of the required gas film and, moreover, an accelerated and homogeneous treatment of the object depends, inter alia, on the type of membrane used and its area. For membrane areas of 1 m 2 , a flow of no more than 5 liters per minute has proven successful. Preferably, the gas flow is 2 to 5 liters per minute. It has proven useful to set or regulate the gas flow with an accuracy of 0.1 to 0.2 liters per minute to a value appropriate in the respective application.
Die Behandlungsgeschwindigkeit hängt weiterhin vom Abstand der Membran von den zu behandelnden Bereichen ab. Vorteilhafterweise ist die wenigstens eine Membran in einem Abstand von weniger als 5 mm, vorzugsweise von weniger als 1,5 mm, von den zu behandelnden Bereichen des Objekts angeordnet. The rate of treatment also depends on the distance of the membrane from the areas to be treated. Advantageously, the at least one membrane is arranged at a distance of less than 5 mm, preferably less than 1.5 mm, from the areas of the object to be treated.
Das Verfahren gemäß dem nebengeordneten Verfahrensanspruch sieht vor, dass ein Objekt zumindest abschnittsweise in einer Behandlungsflüssigkeit angeordnet wird und der Behandlungsflüssigkeit ein die Behandlung förderndes Gas beigemengt wird. Mittels wenigstens einer zumindest abschnittsweise in der Behandlungsflüssigkeit angeordneten Elektrolysevorrichtung wird durch Elektrolyse von Bestandteilen der Behandlungsflüssigkeit das die Behandlung fördernde Gas erzeugt. Das erzeugte Gas wird zumindest teilweise in einem zwischen der wenigstens einen Elektrolysevorrichtung und zu behandelnden Bereichen des Objekts angeordneten Teil der Behandlungsflüssigkeit gelöst. The method according to the independent method claim provides that an object is arranged at least in sections in a treatment liquid and the treatment liquid is added to a treatment-promoting gas. By means of at least one electrolysis device arranged at least in sections in the treatment liquid, the gas which promotes the treatment is produced by electrolysis of constituents of the treatment liquid. The generated gas is at least partially dissolved in a part of the treatment liquid arranged between the at least one electrolysis device and areas of the object to be treated.
Mit diesem Verfahren kann das die Behandlung fördernde Gas ebenfalls im Behandlungsbecken in der Behandlungsflüssigkeit gelöst werden. Dies erfolgt wiederum möglichst nahe an den zu behandelnden Bereichen. Die Elektrolysevorrichtung wird daher bevorzugt zumindest abschnittsweise, vorzugsweise vollständig, im Behandlungsbecken angeordnet. With this method, the treatment-promoting gas can also be dissolved in the treatment tank in the treatment liquid. This again takes place as close as possible to the areas to be treated. The electrolysis device is therefore preferably arranged at least in sections, preferably completely, in the treatment tank.
Das Verfahren kann derart durchgeführt werden, dass in den zwischen der wenigstens einen Elektrolysevorrichtung und den zu behandelnden Bereichen des Objekts angeordneten Teil der Behandlungsflüssigkeit das Gas bis zur Löslichkeitsgrenze oder zu einem geringeren Anteil gelöst wird. Es hat sich jedoch gezeigt, dass auch mit diesem Verfahren Behandlungsgeschwindigkeiten realisiert werden können, die über derjenigen liegen, die bis zur Löslichkeitsgrenze in der Behandlungsflüssigkeit gelösten Gas entsprechen. Der zwischen der wenigstens einen Elektrolysevorrichtung und den zu behandelnden Bereichen angeordnete Teil der Behandlungsflüssigkeit kann somit vermutlich auch auf diese Weise mit dem Gas übersättigt werden. The method can be carried out such that in the part of the treatment liquid arranged between the at least one electrolysis device and the areas of the object to be treated, the gas is dissolved up to the solubility limit or to a lesser extent. However, it has been shown that treatment rates which are above those which correspond to the solubility limit in the treatment liquid can also be achieved with this method. The part of the treatment liquid arranged between the at least one electrolysis device and the areas to be treated can thus presumably also be supersaturated with the gas in this way.
An der wenigstens einen Elektrolysevorrichtung kann ein Gasfilm aus dem die Behandlung fördernden Gas ausgebildet werden. Andererseits kann das die Behandlung fördernde Gas auch direkt, das heißt ohne Ausbildung eines Gasfilms, in der Behandlungsflüssigkeit gelöst werden. At the at least one electrolysis device, a gas film can be formed from the treatment-promoting gas. On the other hand, the treatment-promoting gas can also be dissolved directly in the treatment liquid, that is, without formation of a gas film.
Die nachfolgend beschriebenen Weiterbildungen beziehen sich sowohl auf das Verfahren gemäß Anspruch 1 wie auch auf das Verfahren des nebengeordneten Anspruchs. The developments described below relate both to the method according to claim 1 and to the method of the independent claim.
Vorteilhafterweise wird als Objekt ein Halbleitersubstrat, vorzugsweise ein Solarzellensubstrat und besonders bevorzugt ein Siliziumsolarzellensubstrat, vorgesehen und behandelt. Der Begriff des Solarzellensubstrats schließt dabei auf dem Solarzellensubstrat ausgebildete Schichten, beispielsweise eine Siliziumoxidschicht auf einem Siliziumsolarzellensubstrat, ein. Advantageously, as the object, a semiconductor substrate, preferably a solar cell substrate, and more preferably one Silicon solar cell substrate, provided and treated. The term of the solar cell substrate includes layers formed on the solar cell substrate, for example a silicon oxide layer on a silicon solar cell substrate.
Das Behandeln kann in einem Ätzen der zu behandelnden Bereiche des Objekts bestehen. Die beschriebenen Verfahren haben sich in diesem Zusammenhang besonders bewährt. Die Ätzraten können hierbei durch Erwärmen der Behandlungsflüssigkeit weiter erhöht werden. Alternativ zu dem Ätzen kann das Behandeln beispielsweise in einem Oxidieren der zu behandelnden Bereiche bestehen. The treatment may consist of etching the areas of the object to be treated. The methods described have proven particularly useful in this context. The etching rates can be further increased by heating the treatment liquid. As an alternative to etching, for example, the treatment may consist in oxidizing the areas to be treated.
Vorzugsweise wird als Behandlungsflüssigkeit eine Flusssäure aufweisende Ätzlösung verwendet und besonders bevorzugt eine aus Flusssäure und deionisiertem Wasser bestehende Ätzlösung. Diese Ätzlösungen haben sich insbesondere beim Behandeln von Silizium oder siliziumhaltigen Objekten, beispielsweise Siliziumsubstraten, bewährt. Preferably, a hydrofluoric acid etching solution is used as the treatment liquid, and particularly preferably an etching solution consisting of hydrofluoric acid and deionized water. These etching solutions have proven particularly useful in treating silicon or silicon-containing objects, for example silicon substrates.
Als Gas kann Ozongas oder ein ozonhaltiges Gasgemisch in die Behandlungsflüssigkeit eingeleitet werden. Die Einleitung von Ozongas hat sich insbesondere im Zusammenhang mit der Verwendung einer Flusssäure aufweisenden Ätzlösung als Behandlungsflüssigkeit bewährt, kann jedoch auch in Verbindung mit anderen Behandlungsflüssigkeiten erfolgen. So kann zum Beispiel Ozongas oder ein ozonhaltiges Gasgemisch in Wasser, vorzugsweise deionisiertes Wasser, eingeleitet werden, welches als Behandlungsflüssigkeit vorgesehen wird. Dies ermöglicht eine vorteilhafte nasschemische Oxidation von Silizium oder siliziumhaltigen Objekten, insbesondere von Siliziumsubstraten. As gas, ozone gas or an ozone-containing gas mixture can be introduced into the treatment liquid. The introduction of ozone gas has proven particularly in connection with the use of a hydrofluoric acid etching solution as a treatment liquid, but can also be done in conjunction with other treatment liquids. Thus, for example, ozone gas or an ozone-containing gas mixture may be introduced into water, preferably deionized water, which is provided as a treatment liquid. This allows an advantageous wet-chemical oxidation of silicon or silicon-containing objects, in particular of silicon substrates.
Bevorzugt besteht das Behandeln in einem Ätzen und das Objekt wird in den zu behandelnden Bereichen stärker geätzt als in anderen in die Behandlungsflüssigkeit eingebrachten Bereichen des Objekts. Dies ist möglich, indem eine Behandlungsflüssigkeit gewählt wird, welche bereits ohne beigemengtes Gas eine Ätzwirkung aufweist. Auf diese Weise können zeitgleich und somit aufwandsgünstig unterschiedliche Bereiche verschieden stark geätzt werden. Es kann jedoch auch eine Behandlungsflüssigkeit gewählt werden, welche in Abwesenheit des Gases keine Ätzwirkung aufweist. Dies ermöglicht ein starkes selektives Ätzen in den zu behandelnden Bereichen, während in übrigen Bereichen des Objekts kein oder nur ein unwesentliches Ätzen erfolgt. Preferably, the treatment consists of etching and the object is etched more strongly in the areas to be treated than in other areas of the object introduced into the treatment liquid. This is possible by selecting a treatment liquid which has an etching effect even without added gas. In this way, different areas can be etched to different degrees at the same time and therefore at low cost. However, it is also possible to choose a treatment liquid which has no etching effect in the absence of the gas. This allows a strong selective etching in the areas to be treated, while in other areas of the object no or only insignificant etching takes place.
Die beschriebene Selektivität des Ätzvorgangs kann unter anderem vorteilhaft bei der Fertigung von Halbleiterelementen, insbesondere von Solarzellen, eingesetzt werden. Eine bevorzugte Ausführungsvariante sieht daher vor, dass mittels des stärkeren Ätzens in den zu behandelnden Bereichen ein dotierter Bereich eines als Objekt vorgesehenen Halbleitersubstrats zurückgeätzt wird. Als Halbleitersubstrat dient dabei vorzugsweise ein Solarzellensubstrat. Besonders bevorzugt wird eine Emitterdotierung eines als Objekt vorgesehenen Solarzellensubstrats lokal zurückgeätzt. Unter einem lokalen Zurückätzen ist zu verstehen, dass in den zu behandelnden Bereichen zurückgeätzt wird, in übrigen Bereichen hingegen nur in wesentlich geringerem Umfang oder überhaupt nicht. Bei einer Emitterdotierung im Sinne der Erfindung handelt es sich um eine zum Zwecke des Ausbildens eines Emitters einer Solarzelle vorgenommene Dotierung. Die Emitterdotierung wird zurückgeätzt, indem Bereiche des Solarzellensubstrats, in welche die Emitterdotierung eingebracht wurde, geätzt werden. Das lokale Zurückätzten des Emitters dient in der Regel dem Zweck, den Schichtwiderstand der Emitterdotierung lokal zu erhöhen. The described selectivity of the etching process can be used, inter alia, advantageously in the production of semiconductor elements, in particular of solar cells. A preferred embodiment therefore provides that a doped region of a semiconductor substrate provided as an object is etched back by means of the stronger etching in the regions to be treated. The semiconductor substrate used is preferably a solar cell substrate. Particularly preferably, an emitter doping of a solar cell substrate provided as an object is locally etched back. By a local re-etching is meant that in the areas to be treated is etched back, in other areas, however, only to a much lesser extent or not at all. An emitter doping in the sense of the invention is a doping made for the purpose of forming an emitter of a solar cell. The emitter doping is etched back by etching portions of the solar cell substrate in which the emitter doping has been introduced. The local etching back of the emitter usually serves the purpose of locally increasing the sheet resistance of the emitter doping.
In einer Ausführungsvariante kann das lokale Rückätzen der Emitterdotierung darin bestehen, dass eine auf einer großflächigen Seite des Solarzellensubstrats flächig aufgebrachte Emitterdotierung vollflächig zurückgeätzt wird. Alternativ besteht die Möglichkeit, solch eine flächig aufgebrachte Emitterdotierung nur lokal, das heißt an ausgewählten Stellen, zurückzuätzen und auf diese Weise einen sogenannten selektiven Emitter auszubilden. In one embodiment, the local re-etching of the emitter doping may consist in the fact that an emitter doping applied flat on a large-area side of the solar cell substrate is etched back over the entire area. Alternatively, it is possible to etch such a surface applied emitter doping only locally, that is, at selected locations, and in this way form a so-called selective emitter.
Vorteilhafterweise wird ein Solarzellensubstrat als Objekt vorgesehen und mittels des stärkeren Ätzens in den zu behandelnden Bereichen eine Emitterdotierung des Solarzellensubstrats lokal entfernt. Auf diese Weise kann beispielsweise die Emitterdotierung von einer gesamten großflächigen Seite des Solarzellensubstrats, in der Regel einer Rückseite der fertigen Solarzelle, entfernt und somit ein Kurzschluss zwischen den Kontakten der fertigen Solarzelle verhindert werden. Die Verhinderung solch eines Kurzschlusses wird üblicherweise als Kantenisolation bezeichnet. Advantageously, a solar cell substrate is provided as an object and locally removed by means of the stronger etching in the areas to be treated emitter doping of the solar cell substrate. In this way, for example, the emitter doping of an entire large-scale side of the solar cell substrate, usually a back of the finished solar cell, removed and thus a short circuit between the contacts of the finished solar cell can be prevented. The prevention of such a short circuit is commonly referred to as edge isolation.
Bei einer anderen Ausführungsvariante kann die Kantenisolation dadurch erfolgen, dass die Emitterdotierung wiederum lokal entfernt wird, dieses Mal jedoch nur in den Kantenbereichen des Solarzellensubstrats. Dies hat sich insbesondere bei Solarzellentypen bewährt, bei welchen auf Vorder- und Rückseite Dotierungen bestehen, die nicht beschädigt werden dürfen, beispielsweise bei sogenannten metall-wrap-through-Solarzellen, welche häufig kurz als MWT-Solarzellen bezeichnet werden. In another embodiment variant, the edge insulation can take place in that the emitter doping is again locally removed, but this time only in the edge regions of the solar cell substrate. This has proven particularly useful in solar cell types in which on the front and back dopings exist that must not be damaged, for example in so-called metal wrap-through solar cells, which are often referred to as MWT solar cells.
Bei einer vorteilhaften Verfahrensvariante wird ein Solarzellensubstrat als Objekt vorgesehen, mittels des stärkeren Ätzens in den zu behandelnden Bereichen eine Emitterdotierung des Solarzellensubstrats lokal entfernt und zeitgleich mit dem stärkeren Ätzen in den zu behandelnden Bereichen die Emitterdotierung in anderen Bereichen des Solarzellensubstrats mittels der Behandlungsflüssigkeit zurückgeätzt. Bei der eingesetzten Behandlungsflüssigkeit handelt es sich um eine Ätzlösung, welche bereits in Abwesenheit des Gases eine Ätzwirkung aufweist. Diese ist aufgrund der oben beschriebenen Effekte geringer als in dem zwischen dem Gasfilm und den zu behandelnden Bereichen des Objekts angeordneten Teil der Behandlungsflüssigkeit, beziehungsweise als in dem zwischen der wenigstens einen Elektrolysevorrichtung und den zu behandelnden Bereichen des Objekts angeordneten Teil der Behandlungsflüssigkeit. Dies ermöglicht es, in einem einheitlichen Ätzschritt gleichzeitig eine Kantenisolation vorzunehmen und die Emitterdotierung zurückzuätzen. Diese beiden Verfahrensschritte, die moderne Solarzellenherstellungsverfahren zum Teil erfordern, können somit aufwandsgünstig durchgeführt werden. In an advantageous variant of the method, a solar cell substrate is provided as an object, emitter doping of the solar cell substrate locally removed by means of the stronger etching in the areas to be treated, and simultaneously with the stronger etching in the areas to be treated the emitter doping in other areas of the Solar cell substrate etched back using the treatment liquid. The treatment liquid used is an etching solution which already has an etching effect in the absence of the gas. Due to the effects described above, this is less than in the part of the treatment liquid arranged between the gas film and the areas of the object to be treated, or as part of the treatment liquid arranged between the at least one electrolysis device and the areas of the object to be treated. This makes it possible to simultaneously perform edge isolation in a uniform etching step and to etch back the emitter doping. These two process steps, which in part require modern solar cell production processes, can thus be carried out at low cost.
Eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruchs 1 oder nach einem der hierauf rückbezogenen Ansprüche weist ein Behandlungsbecken auf, eine in dem Behandlungsbecken angeordnete Behandlungsflüssigkeit und eine Aufnahmevorrichtung zur Aufnahme zu behandelnder Objekte in dem Behandlungsbecken. Es ist wenigstens eine Membran vorgesehen, durch welche ein die Behandlung förderndes Gas hindurchleitbar ist. Eine Gasaustrittsseite der wenigstens einen Membran ist in dem Behandlungsbecken in der Behandlungsflüssigkeit angeordnet. Die Gasaustrittsseite der wenigstens einen Membran ist ferner der Aufnahmevorrichtung zugewandt ausgerichtet und beabstandet von der Aufnahmevorrichtung angeordnet. An apparatus for carrying out the method according to claim 1 or according to one of the claims appended hereto comprises a treatment basin, a treatment liquid arranged in the treatment basin and a receiving device for receiving objects to be treated in the treatment basin. At least one membrane is provided, through which a gas promoting the treatment can be passed. A gas outlet side of the at least one membrane is arranged in the treatment tank in the treatment liquid. The gas outlet side of the at least one membrane is further aligned facing the receiving device and spaced from the receiving device.
Die Gasaustrittsseite ist zweckmäßigerweise derart gestaltet, dass an ihr ein Gasfilm aus dem die Behandlung fördernden Gas ausbildbar ist. The gas outlet side is expediently designed in such a way that a gas film can be formed on it from the gas which promotes the treatment.
Vorzugsweise ist die wenigstens eine Membran mit einem Ozongenerator verbunden, von welchem aus der wenigstens einen Membran Ozon zugeführt werden kann. Dies kann über geeignete Zufuhrleitungen erfolgen. Preferably, the at least one membrane is connected to an ozone generator, from which ozone can be supplied to the at least one membrane. This can be done via suitable supply lines.
Vorteilhafterweise ist die Gasaustrittsseite der wenigstens einen Membran in einem solchen Abstand von der Aufnahmevorrichtung angeordnet, dass die Gasaustrittsseite von zu behandelnden Bereichen eines in der Aufnahmevorrichtung aufgenommenen Objekts weniger als 5 mm, vorzugsweise weniger als 1,5 mm, beabstandet ist. Auf diese Weise kann eine besonders schnelle Behandlung realisiert werden. Advantageously, the gas outlet side of the at least one membrane is arranged at a distance from the receiving device such that the gas outlet side of areas to be treated of an object received in the receiving device is less than 5 mm, preferably less than 1.5 mm. In this way, a particularly fast treatment can be realized.
Die wenigstens eine Membran kann beispielsweise aus porösem Polytetrafluorethylen gefertigt sein. Vorzugsweise ist die wenigstens eine Membran vollständig in dem Behandlungsbecken angeordnet. Die wenigstens eine Membran kann oberhalb oder unterhalb der Aufnahmevorrichtung angeordnet werden. Die wenigstens eine Membran wird dabei vorzugsweise in vertikaler Richtung oberhalb oder unterhalb der Aufnahmevorrichtung angeordnet, da dies besonders hohe Behandlungsgeschwindigkeiten ermöglicht. The at least one membrane may be made of porous polytetrafluoroethylene, for example. Preferably, the at least one membrane is completely disposed in the treatment tank. The at least one membrane can be arranged above or below the receiving device. The at least one membrane is preferably arranged in the vertical direction above or below the receiving device, since this enables particularly high treatment speeds.
Zum Zwecke einer doppelseitigen Behandlung der Objekte, beispielsweise ein schnelles doppelseitiges Ätzen, kann zumindest eine Membran oberhalb und zumindest eine weitere Membran unterhalb der Aufnahmevorrichtung angeordnet werden. For the purpose of a double-sided treatment of the objects, for example a fast double-sided etching, at least one membrane can be arranged above and at least one further membrane below the receiving device.
Eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens gemäß dem nebengeordneten Verfahrensanspruch oder eines der hierauf rückbezogenen Ansprüche weist ein Behandlungsbecken und eine Aufnahmevorrichtung zur Aufnahme zu behandelnder Objekte in dem Behandlungsbecken auf. Ferner ist wenigstens eine Elektrolysevorrichtung vorgesehen, welche zumindest abschnittsweise in dem Behandlungsbecken angeordnet ist. Die wenigstens eine Elektrolysevorrichtung ist dazu geeignet, aus einer in dem Behandlungsbecken anordenbaren Behandlungsflüssigkeit durch Elektrolyse von Bestandteilen der Behandlungsflüssigkeit ein die Behandlung der Objekte förderndes Gas zu erzeugen. A device for carrying out the method according to the independent method claim or one of the dependent claims has a treatment basin and a receiving device for receiving objects to be treated in the treatment basin. Furthermore, at least one electrolysis device is provided, which is arranged at least in sections in the treatment tank. The at least one electrolysis device is suitable for producing a gas which promotes the treatment of the objects from a treatment liquid which can be arranged in the treatment tank by electrolysis of constituents of the treatment liquid.
Die wenigstens eine Elektrolysevorrichtung ist vorzugsweise vollständig in dem Behandlungsbecken angeordnet und besonders bevorzugt vollständig in einer in dem Behandlungsbecken angeordneten Behandlungsflüssigkeit. The at least one electrolysis device is preferably arranged completely in the treatment basin and particularly preferably completely in a treatment liquid arranged in the treatment basin.
Vorteilhafterweise weist zumindest eine Elektrolysevorrichtung wenigstens eine Elektrolyseplatte auf. Diese ist bevorzugt als diamantbeschichtete Siliziumplatte ausgeführt. Die diamantbeschichtete Siliziumplatten ermöglichen die Erzeugung von Ozon in einer wasserhaltigen Behandlungsflüssigkeit und haben sich in diesem Zusammenhang besonders bewährt. Advantageously, at least one electrolysis device has at least one electrolysis plate. This is preferably designed as a diamond-coated silicon plate. The diamond-coated silicon plates enable the production of ozone in a water-containing treatment liquid and have proven particularly useful in this context.
Vorzugsweise ist die wenigstens eine Elektrolysevorrichtung in einem solchen Abstand von der Aufnahmevorrichtung angeordnet, dass die wenigstens eine Elektrolysevorrichtung von zu behandelnden Bereichen eines in der Aufnahmevorrichtung aufgenommenen Objekts weniger als 5 mm, vorzugsweise als 1,5 mm, beabstandet ist. Dies ermöglicht besonders hohe Behandlungsgeschwindigkeiten. Preferably, the at least one electrolysis device is arranged at such a distance from the receiving device, that the at least one electrolysis device of areas to be treated of an object received in the receiving device less than 5 mm, preferably as 1.5 mm, is spaced. This allows particularly high treatment speeds.
Die wenigstens eine Elektrolysevorrichtung kann ober- oder unterhalb der Aufnahmevorrichtung angeordnet werden. Zweckmäßigerweise wird sie in vertikaler Richtung ober- oder unterhalb der Aufnahmevorrichtung angeordnet, da dies besonders hohe Behandlungsgeschwindigkeiten ermöglicht. Für eine doppelseitige Behandlung kann zumindest eine Elektrolysevorrichtung oberhalb der Aufnahmevorrichtung und wenigstens eine weitere Elektrolysevorrichtung unterhalb der Aufnahmevorrichtung angeordnet werden. The at least one electrolysis device can be arranged above or below the receiving device. It is expediently arranged above or below the receiving device in the vertical direction, since this allows particularly high treatment speeds. For a double-sided treatment, at least one electrolysis device above the receiving device and at least one further Electrolysis device can be arranged below the receiving device.
Neben den beschriebenen Anwendungsfällen können die oben beschriebenen Verfahren und Vorrichtungen unter anderem auch zum schnellen und homogenen Ätzen von Siliziummaterialien, insbesondere von Siliziumsubstraten, verwendet werden. In addition to the described applications, the methods and devices described above can also be used inter alia for the rapid and homogeneous etching of silicon materials, in particular of silicon substrates.
Im Weiteren wird die Erfindung anhand von Figuren näher erläutert. Soweit zweckdienlich, sind hierin gleichwirkende Elemente mit gleichen Bezugszeichen versehen. Die Erfindung ist nicht auf die in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiele beschränkt – auch nicht im Bezug auf funktionale Merkmale. Die bisherige Beschreibung wie auch die nachfolgende Figurenbeschreibung enthalten zahlreiche Merkmale, die in den abhängigen Unteransprüchen teilweise zu mehreren zusammengefasst wiedergegeben sind. Diese Merkmale wie auch alle übrigen oben und in der nachfolgenden Figurenbeschreibung offenbarten Merkmale wird der Fachmann jedoch auch einzeln betrachten und zu sinnvollen weiteren Kombinationen zusammenfügen. Insbesondere sind diese Merkmale jeweils einzeln und in beliebiger geeigneter Kombination mit den Verfahren und/oder den Vorrichtungen der unabhängigen Ansprüche kombinierbar. Es zeigen: Furthermore, the invention will be explained in more detail with reference to figures. Where appropriate, elements having equivalent effect are provided with like reference numerals. The invention is not limited to the embodiments illustrated in the figures - not even with respect to functional features. The previous description as well as the following description of the figures contain numerous features, which are reproduced in the dependent subclaims in part to several summarized. However, those features as well as all the other features disclosed above and in the following description of the figures will also be considered individually by the person skilled in the art and put together to form meaningful further combinations. In particular, these features can be combined individually and in any suitable combination with the methods and / or the devices of the independent claims. Show it:
Als Aufnahmevorrichtung ist eine Transportvorrichtung vorgesehen, welche aus mehreren Transportrollen
In vertikaler Richtung oberhalb der Transportrollen
Über eine Zufuhrleitung
Wie in
Wie
Wie oben dargelegt wurde, kann auf diese Weise ein sehr starkes und damit schnelles Ätzen der oberseitigen Oberfläche des Siliziumsolarzellensubstrats
Mittels des in
In besonders vorteilhafter Weise kann mit der in
Das von dem Ozongenerator
Ebenso wie mit dem in
Offensichtlich ist es bei dem Ausführungsbeispiel der
In dem Ausführungsbeispiel der
In vorteilhafter Weise kann daher mit Ausführungsbeispiel der
In den Ausführungsbeispielen der
Die Membranen
Aufgrund der erkennbaren Analogie zu dem Verfahren und der Vorrichtung der
In der Darstellung der
Das in der
Werden bei dem Ausführungsbeispiel der
In den Ausführungsbeispielen der
Wie bereits dargelegt wurde, handelt es sich bei den Darstellungen der
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 22
- Behandlungsbecken treatment tank
- 44
- Ätzlösung etching
- 66
- Transportrolle transport roller
- 88th
- Transportrichtung transport direction
- 1010
- Siliziumsolarzellensubstrat Silicon solar cell substrate
- 12a12a
- Gasfilm gas film
- 12b12b
- Gasfilm gas film
- 1313
- Abstand distance
- 14a14a
- Membran membrane
- 14b14b
- Membran membrane
- 15a15a
- Gasaustrittsseite Gas outlet side
- 15b15b
- Gasaustrittsseite Gas outlet side
- 16a16a
- Zufuhrleitung supply line
- 16b16b
- Zufuhrleitung supply line
- 18 18
- Ozongenerator ozone generator
- 20a20a
- Teil der Ätzlösung Part of the etching solution
- 20b20b
- Teil der Ätzlösung Part of the etching solution
- 22a22a
- Gasfilm gas film
- 22b22b
- Gasfilm gas film
- 22c22c
- Gasfilm gas film
- 23a23a
- Randbereich border area
- 23b23b
- Randbereich border area
- 24a24a
- Membran membrane
- 24b24b
- Membran membrane
- 24c24c
- Membran membrane
- 2626
- Zufuhrleitung supply line
- 2828
- Streifenbereich strip area
- 34a34a
- Diamantbeschichtete Siliziumplatten Diamond coated silicon plates
- 34b34b
- Diamantbeschichtete Siliziumplatten Diamond coated silicon plates
- 36a36a
- Ozongas ozone gas
- 36b 36b
- Ozongas ozone gas
- 38a38a
- Stromleitung power line
- 38b38b
- Stromleitung power line
- 38c38c
- Stromleitung power line
- 38d38d
- Stromleitung power line
- 3939
- Stromquelle power source
- 40a40a
- Teil der Ätzlösung Part of the etching solution
- 40b40b
- Teil der Ätzlösung Part of the etching solution
- 44a44a
- Diamantbeschichtete Siliziumplatte Diamond coated silicon plate
- 44b44b
- Diamantbeschichtete Siliziumplatte Diamond coated silicon plate
- 44c44c
- Diamantbeschichtete Siliziumplatte Diamond coated silicon plate
- 44d44d
- Diamantbeschichtete Siliziumplatte Diamond coated silicon plate
- 44e44e
- Diamantbeschichtete Siliziumplatte Diamond coated silicon plate
- 44f44f
- Diamantbeschichtete Siliziumplatte Diamond coated silicon plate
- 45a45a
- Randbereich border area
- 45b45b
- Randbereich border area
- 4646
- Ozongas ozone gas
- 48a48a
- Stromleitung power line
- 48b48b
- Stromleitung power line
- 48c48c
- Stromleitung power line
- 48d48d
- Stromleitung power line
- 48e48e
- Stromleitung power line
- 48f48f
- Stromleitung power line
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
- DE 102007026082 A1 [0002] DE 102007026082 A1 [0002]
Claims (16)
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Applications Claiming Priority (1)
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DE102011052999A DE102011052999A1 (en) | 2011-08-25 | 2011-08-25 | Treating object e.g. semiconductor substrate including silicon solar cell substrate, by arranging object in a treatment liquid, adding treatment promoting gas to treatment liquid, and introducing gas, via membrane, into treatment liquid |
Publications (1)
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DE102011052999A1 true DE102011052999A1 (en) | 2013-02-28 |
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ID=47664771
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-
2011
- 2011-08-25 DE DE102011052999A patent/DE102011052999A1/en not_active Ceased
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