DE102011075681A1 - Process for producing a solar cell and arrangement for carrying out the process - Google Patents

Process for producing a solar cell and arrangement for carrying out the process Download PDF

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Abstract

Verfahren zur Herstellung einer Solarzelle auf einem kristallinen Halbleitersubstrat, insbesondere einer kristallinen Silizium-Solarzelle, welche eine abweichend vom Halbleitersubstrat dotierte Oberflächenschicht sowie Anschlussbereiche auf beiden Substratoberflächen aufweist, wobei längs der Außenkante in einer der beiden Substratoberflächen ein Trennschnitt durch die Oberflächenschicht in das Halbleitersubstrat hinein zur elektrischen Isolierung der beiden Substratoberflächen voneinander mittels eines dem Kantenverlauf mit vorbestimmtem Abstand nachgeführten Schneidwerkzeugs erzeugt wird.Method for producing a solar cell on a crystalline semiconductor substrate, in particular a crystalline silicon solar cell, which has a surface layer doped differently from the semiconductor substrate and connection areas on both substrate surfaces, with a separating cut through the surface layer into the semiconductor substrate along the outer edge in one of the two substrate surfaces electrical insulation of the two substrate surfaces from one another is produced by means of a cutting tool that follows the course of the edge at a predetermined distance.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Solarzelle auf einem kristallinen Halbleitersubstrat, insbesondere einer kristallinen Silizium-Solarzelle, welche eine abweichend vom Halbleitersubstrat dotierte Oberflächenschicht sowie Anschlussbereiche auf beiden Substratoberflächen aufweist, wobei längs der Außenkante in einer der beiden Substratoberflächen ein Trennschnitt durch die Oberflächenschicht in das Halbleitersubstrat hinein zur elektrischen Isolierung der beiden Substratoberflächen erzeugt wird.The invention relates to a method for producing a solar cell on a crystalline semiconductor substrate, in particular a crystalline silicon solar cell, which has a deviating from the semiconductor substrate doped surface layer and connection areas on both substrate surfaces, wherein along the outer edge in one of the two substrate surfaces, a separating section through the surface layer in the semiconductor substrate is generated for the electrical insulation of the two substrate surfaces.

Stand der TechnikState of the art

Typischerweise wird in gattungsgemäßen Verfahren als Halbleitersubstrat ein flacher Silizium-Wafer eingesetzt, der eine p-Dotierung hat. Dieses p-dotierte Substrat wird auch Basis genannt. Auf der Vorderseite des Wafers ist ein n-dotierter Bereich erzeugt, der sogenannte Emitter. Zwischen Emitter und Basis entsteht ein pn-Übergang, an dem die durch die einfallende Sonnenstrahlung erzeugten Ladungsträger getrennt werden, so dass sie zwei voneinander räumlich getrennten Kontakten zugeführt werden können und über einen externen Stromkreis elektrische Leistung abgegriffen werden kann.Typically, a flat silicon wafer having a p-type doping is used as the semiconductor substrate in generic methods. This p-doped substrate is also called base. On the front side of the wafer, an n-doped region is created, the so-called emitter. Between emitter and base creates a pn junction at which the charge carriers generated by the incident solar radiation are separated, so that they can be supplied to two spatially separate contacts and electrical power can be tapped via an external circuit.

Es ist bekannt, zur Erhöhung der Stromausbeute der Silizum-Solarzelle zusätzlich deren Rückseite teilweise mit einem n-dotierten Rückseitenemitter zu bedecken. Durch diesen wird die Wahrscheinlichkeit einer Rekombination von Elektronen und Löchern im Wafer, die die potentiell abgreifbare elektrische Leistung verringern würden, reduziert. Bei gängigen Herstellungsverfahren werden Vorderseiten- und Rückseitenemitter derartiger Solarzellen zusammenhängend und um die Waferkante herumreichend ausgebildet.It is known, in order to increase the current efficiency of the silicon solar cell additionally to cover its back partially with an n-doped back emitter. This reduces the likelihood of recombination of electrons and holes in the wafer that would reduce the potential electric power that can be tapped off. In common manufacturing processes, front and back emitters of such solar cells are formed contiguous and extending around the wafer edge.

Da sowohl vorder- als auch rückseitig elektrische Kontakte vorgesehen sind (rückseitig typischerweise eine vollflächige Metallisierung), müssen die Vorder- und Rückseite einer kristallinen Solarzelle an den Kanten elektrisch voneinander isoliert werden, um Kurzschlüsse zu minimieren. Diese elektrische Isolierung wird üblicherweise durch einen kantennahen Trennschnitt durch den Vorderseiten-Emitter bewirkt, der bis in das p-dotierte Material der Basis reicht.Since both front and rear electrical contacts are provided (typically a full-surface metallization on the back side), the front and back sides of a crystalline solar cell must be electrically insulated from one another at the edges in order to minimize short circuits. This electrical insulation is usually effected by a near-edge separation cut by the front-side emitter, which extends into the p-doped material of the base.

In 1 und 2 ist ein solcher Trennschnitt in einer Draufsicht (Detailansicht) sowie in einer schematischen Querschnittsdarstellung gezeigt. In 1 ist neben dem Abstand des Trennschnitts von der Kante auch die Unregelmäßigkeit der Kante zu erkennen.In 1 and 2 is such a separation section in a plan view (detail view) and shown in a schematic cross-sectional view. In 1 In addition to the distance of the separating cut from the edge, the irregularity of the edge can also be recognized.

2 zeigt, wie in einer Si-Solarzelle 1 mit p-dotierter Basis 3 und kantenumgreifendem n-dotiertem Emitter 5 sowie vorderseitiger Passivierungsschicht 7 und Kontaktfingeranordnung 9 ein Trennschnitt 11 den Emitter 5 durchschneidet und bis in die p-Basis 3 reicht. Der Flächenanteil des Wafers zwischen dem Trennschnitt und der Kante kann nicht zur Stromerzeugung genutzt werden. Seine Breite liegt bei aktuellen Technologien um 200 μm. 2 shows how in a Si solar cell 1 with p-doped base 3 and edge-encompassing n-doped emitter 5 and front passivation layer 7 and contact finger assembly 9 a cut 11 the emitter 5 cuts through and into the p base 3 enough. The area fraction of the wafer between the separating cut and the edge can not be used for power generation. Its width is around 200 μm with current technologies.

Zur Erzeugung des Trennschnitts wird der gesamte Wafer mit einem Kamerabild aufgenommen. Üblicherweise werden Kameras mit 16 Megapixel verwendet. Dies ergibt bei einer Solarzelle mit 156 × 156 mm2 eine Auflösung von ca. 40 μm pro Pixel. Mit der Faustformel von 3 Pixel pro Messeinheit ergibt dies eine Genauigkeit des Messsystems von ca. 120 μm. Aufgrund dieses Kamerabildes wird ein Laser als Schneidwerkzeug positionsgesteuert, so dass die aufwandsbedingt begrenzte Auflösung des zugrundeliegenden Bildes auch die Genauigkeit der Positionssteuerung auf minimal ca. 150 μm–200 μm begrenzt. Im Hinblick auf die Unregelmäßigkeit des Kantenverlaufes und die schwerwiegenden Folgen von Unterbrechungen der Isolierung durch einen außerhalb der Kante „verrutschten” Trennschnitt lässt sich bei dem etablierten Verfahren der Kantenabstand des Trennschnitts und damit auch die für die Stromerzeugung verlorene Waferfläche nicht verkleinern, wenn nicht deutlich teuere Kamerasysteme mit wesentlich höherer Auflösung zum Einsatz kommen sollen.To produce the separating cut, the entire wafer is recorded with a camera image. Usually, 16 megapixel cameras are used. This results in a solar cell with 156 × 156 mm 2, a resolution of about 40 microns per pixel. With the rule of thumb of 3 pixels per measuring unit, this results in an accuracy of the measuring system of approx. 120 μm. Due to this camera image, a laser is position-controlled as a cutting tool, so that the limited resolution of the underlying image due to the expense also limits the accuracy of the position control to a minimum of approximately 150 μm-200 μm. In view of the irregularity of the edge profile and the serious consequences of interruptions of the insulation by a "slipping" outside the edge separating cut can be in the established method, the edge distance of the separation section and thus not lost for the power generation wafer area, if not significantly expensive Camera systems with much higher resolution are used.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention

Mit der Erfindung wird ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 vorgeschlagen. Des Weiteren wird eine Anordnung zur Durchführung dieses Verfahrens bereitgestellt, welche die Merkmale des Anspruchs 8 aufweist. Zweckmäßige Fortbildungen des Erfindungsgedankens sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.With the invention, a method with the features of claim 1 is proposed. Furthermore, an arrangement for carrying out this method is provided which has the features of claim 8. Advantageous developments of the inventive concept are the subject of the dependent claims.

Es ist ein wesentlicher Gedanke der Erfindung, von der aktuell praktizierten Aufnahme eines Bildes der gesamten Solarzelle bzw. des Wafers als Grundlage für die Steuerung der Erzeugung des Trennschnittes abzugehen und stattdessen bei der Erzeugung des Trennschnittes fortlaufend Ausschnitte des Kantenverlaufes abzubilden. Bei gegebener Auflösung des Abbildungssystems ermöglicht dieses Vorgehen eine wesentlich genauere Abbildung des entscheidenden Kantenbereiches. Ein weiterer wesentlicher Gedanke ist es, von der Vorab-Einstellung einer Spur des Schneidwerkzeuges für eine gesamte Kante – mit einem sicherheitsorientierten Abstandswert, der sämtliche Unregelmäßigkeiten im gesamten Kantenverlauf berücksichtigt – abzugehen. Stattdessen wird vorgeschlagen, die Position des Schneidwerkzeugs dem schrittweise tatsächlich aufgenommenen Kantenverlauf nachzuführen. Selbstverständlich geschieht dies ebenfalls mit einem gewissen Abstand, dieser kann aber aufgrund der Werkzeug-Nachführung wesentlich geringer eingestellt werden.It is an essential idea of the invention to depart from the currently practiced recording of an image of the entire solar cell or of the wafer as a basis for the control of the generation of the separating cut and instead to image continuously sections of the edge course in the production of the separating cut. Given the resolution of the imaging system, this procedure allows a much more accurate mapping of the critical edge area. Another important idea is to depart from the pre-setting of one track of the cutting tool for an entire edge - with a safety-oriented distance value that takes into account all irregularities in the entire edge profile. Instead, the position of the cutting tool is actually suggested to be incremental Track recorded edge course. Of course, this also happens with a certain distance, but this can be set much lower due to the tool tracking.

Die Erfindung ermöglicht also eine Minimierung der ungenutzten Fläche durch eine geregelte Strahlführung des abtragenden Laserstrahls. Damit kann die vorher ungenutzte Fläche zur Stromgewinnung genutzt werden. Bei einem Wafer mit der Größe 156 × 156 mm, einem Kantenabstand von 10 μm und einer Fläche von 24336 mm2 ergibt dies eine zusätzlich genutzte Fläche von etwa 87 mm2. Dies ergibt einen Zuwachs an Strom erzeugender Fläche von etwa 0,36%.The invention thus enables a minimization of the unused area by a controlled beam guidance of the ablating laser beam. Thus, the previously unused area can be used to generate electricity. For a 156 × 156 mm wafer, 10 μm edge pitch, and 24336 mm 2 area , this adds up to an additional 87 mm 2 area . This results in an increase in power generating area of about 0.36%.

Einen weiteren Vorteil der geregelten Kantenisolierung stellt ihre Übertragbarkeit auf andere Solarzellengrößen unter Beibehaltung des Kamerasystems dar.Another advantage of the controlled edge insulation is its transferability to other solar cell sizes while maintaining the camera system.

Zur Kostensenkung steht bei vielen Solarzellenherstellern die Überlegung im Raum, Solarzellen im Format 210 × 210 mm2 herzustellen. Bei einer auf einer einzigen Bildaufnahme beruhenden Bilderfassung müsste das bestehende System zur Realisierung von 150 μm Kantenabstand dann mit einer 27-Megapixel-Kamera ausgerüstet werden.To reduce costs, many solar cell manufacturers are considering the idea of producing 210 × 210 mm 2 solar cells. For image acquisition based on a single image capture, the existing 150 μm edge separation system would then have to be equipped with a 27 megapixel camera.

Die vorgeschlagene, auf schneller Abstandsmessung basierende In-Line-Regelung kann ohne wesentliche Änderung auf jede neue Solarzellenform und Größe angepasst werden. Zusätzlich ist absehbar, dass die schnelle Abstandsregelung auf lange Sicht geringere Anlagenkosten als die einmalige Bilderfassung verursacht.The proposed in-line control based on fast distance measurement can be adapted to any new solar cell shape and size without significant change. In addition, it is foreseeable that the fast distance control will in the long run cause lower system costs than the one-time image capture.

Speziell wird die Kante des Wafers und der Abtrag- bzw. Auftreffpunkt des kantenisolierenden Werkzeugs mit einer koaxialen oder neben der Laseroptik angebrachten Bilderfassung erfasst. Die Information über die Abweichung zum Sollwert (Kantenkoordinaten) wird als Offset an die Positionssteuerung weitergegeben und regelt diese online auf den gewünschten Wert ein. Damit kann exakt parallel zur Kante gearbeitet werden, unabhängig von der Genauigkeit der Werkstückaufnahme oder weiterer Fehlerquellen, wie z. B. Wärmedehnungen der Werkzeugaufhängung.Specifically, the edge of the wafer and the Abtrag- or impact point of the edge-isolating tool is detected with a coaxial or mounted next to the laser optics image acquisition. The information about the deviation from the setpoint (edge coordinates) is transmitted as an offset to the position control and regulates this online to the desired value. This can be done exactly parallel to the edge, regardless of the accuracy of the workpiece holder or other sources of error such. B. thermal expansion of the tool suspension.

Zur weiteren Vergrößerung der nutzbaren Fläche kann das Werkzeug exakt der teils ausgebrochenen Kante des Wafers folgen, um den Randabstand noch weiter zu verringern. Dabei muss der Laserstrahl auch bei der Bearbeitung der Kante folgen können.To further increase the usable area, the tool can follow exactly the partially broken edge of the wafer, to further reduce the edge distance. The laser beam must be able to follow the edge during processing.

Bei der aus derzeitiger Sicht bevorzugten Ausführung wird als Schneidwerkzeug ein Laserstrahl eingesetzt. Grundsätzlich kann das Verfahren aber auch mit anderen Werkzeugen zur Erzeugung des Trennschnittes praktiziert werden.In the preferred embodiment from the current perspective, a laser beam is used as the cutting tool. In principle, however, the method can also be practiced with other tools for producing the separating cut.

In einer weiteren bevorzugten Ausführung ist vorgesehen, dass eine Kamera an der Kante des Halbleitersubstrats entlang geführt wird, fortlaufend Bilder eines Kantenbereichs aufgenommen und die Bilder in Echtzeit oder Quasi-Echtzeit zur Positionsbestimmung der Kante verarbeitet und hieraus gewonnene Kanten-Positionsdaten in eine Schneidweg-Steuerung des Schneidwerkzeugs eingeführt werden. Grundsätzlich könnte die dem Kantenverlauf folgende („geregelte”) Führung des Schneidwerkzeugs aber auch aufgrund einer Abtastung der Kante mit einem Messstrahl, z. B. eines Lasertriangulationssensors, oder auch mechanischen Taster oder auf andere Weise realisiert werden.In a further preferred embodiment it is provided that a camera is guided along the edge of the semiconductor substrate, continuously takes pictures of an edge region and processes the images in real time or quasi-real time for determining the position of the edge and edge position data obtained therefrom into a cutting path control the cutting tool are introduced. In principle, following the edge course ("regulated") leadership of the cutting tool but also due to a scan of the edge with a measuring beam, z. B. a Lasertriangulationssensors, or mechanical buttons or be realized in other ways.

Gemäß einer weiteren Ausführung der Erfindung werden die Kanten-Positionsdaten unter Anwendung einer Glättungsfunktion bestimmt oder in der Schneidweg-Steuerung des Schneidwerkzeugs verarbeitet, derart, dass die Spur des Schneidwerkzeugs gegenüber dem Kantenverlauf eine vorbestimmte Glättung aufweist. In einer Ausgestaltung ist die Glättungsfunktion einstellbar. Diese Ausführung dient speziell zur Vermeidung von nachteiligen Regelschwingungen in der Führung des Schneidwerkzeugs bei stark unregelmäßigem Kantenverlauf – grundsätzlich sollte die Glättung aber moderat gewählt werden, um die Vorteile der Erfindung ausschöpfen zu können.According to a further embodiment of the invention, the edge position data is determined using a smoothing function or processed in the cutting path control of the cutting tool, such that the track of the cutting tool has a predetermined smoothing with respect to the edge profile. In one embodiment, the smoothing function is adjustable. This design is specifically designed to avoid adverse oscillations in the leadership of the cutting tool with highly irregular edge course - in principle, the smoothing should be chosen but moderate, in order to exploit the advantages of the invention can.

In einer weiteren Ausführung ist vorgesehen, dass die Schneidweg-Steuerung eine Koordinatensteuerung aufweist und hierfür bei der Verarbeitung der Bilder des Kantenbereiches die Ebenen-Koordinaten der Kante bestimmt werden. Mit Blick auf die für eine schnelle fortlaufende Berechnung von Positionskoordinaten in der Bildverarbeitung benötigten Resource kann eine alterbnative Vorgehensweise vorteilhaft sein, bei der die Schneidweg-Steuerung eine inkrementelle Positionssteuerung aufgrund inkrementeller Weggeber-Signale aus der Bildverarbeitung umfasst. Bildverarbeitungs- und Positionssteuerverfahren gemäß beiden Vorgehensweisen sind dem Fachmann an sich bekannt und bedürfen daher keiner weiteren Erläuterung.In a further embodiment it is provided that the cutting path control has a coordinate control and for this purpose the plane coordinates of the edge are determined during the processing of the images of the edge region. In view of the resource needed for fast continuous calculation of position coordinates in image processing, an alternative approach may be advantageous in which the cutting path control comprises incremental position control based on incremental encoder signals from the image processing. Image processing and position control methods according to both approaches are known per se to those skilled in the art and therefore need no further explanation.

Ultraschnelle optische Bildverarbeitungen dazu sind im Multi-kHz-Bereich realisierbar. Dazu können schnelle Zeilenkameras in Verbindung mit FGPAs verwendet werden. Noch schnellere Regelungen sind mit Regelgeschwindigkeiten von über 10 kHz mit CNN-Kameras möglich. Damit können auch sehr kurzweilige Lageabweichungen nachgeregelt werden. Auf dem Markt sind aus dem Bereich der monolithischen Verschaltung von Dünnschicht-Solarzellen aktuell Echtzeit-Spurlageregelungen für langwellige Lageabweichungen mit 200 Hz Regelfrequenz verfügbar.Ultrafast optical image processing is possible in the multi-kHz range. For this purpose, fast line scan cameras can be used in conjunction with FGPAs. Even faster control is possible with control speeds of over 10 kHz with CNN cameras. This can be readjusted even very entertaining positional deviations. The market for monolithic interconnection of thin-film solar cells currently includes real-time tracking control systems long-wave position deviations with 200 Hz control frequency available.

Vorrichtungsaspekte der Erfindung ergeben sich weitgehend aus den oben erläuterten Verfahrensaspekten und verschiedenen Ausführungen des Verfahrens. Es sei aber darauf hingewiesen, dass zur Erfindung unter Vorrichtungsaspekten eine Positionssteuereinheit des Schneidwerkzeugs gehört, die zum fortlaufenden Empfang und zur Verarbeitung von Steuersignalen während der Bewegung des Schneidwerkzeugs und zur entsprechenden Positionseinstellung ausgebildet ist. Bei Einsatz eines Laserstrahls als Schneidwerkzeug kann speziell vorgesehen sein, dass eine positionsgesteuerte Halterung eine Bearbeitungsoptik eines Lasers trägt oder Mittel zur Strahlablenkung aufweist.Device aspects of the invention will be more fully apparent from the method aspects discussed above and various embodiments of the method. It should be noted, however, that the device of the invention includes a position control unit of the cutting tool configured to continuously receive and process control signals during movement of the cutting tool and for corresponding positional adjustment. When using a laser beam as a cutting tool can be specifically provided that a position-controlled holder carries a processing optics of a laser or has means for beam deflection.

In einer zweckmäßigen Ausführung der Anordnung mit einer Kamera zur Abbildung des Halbleitersubstrats ist vorgesehen, dass die Kamera derart ausgebildet und eingestellt ist, dass sie nur einen Teilbereich des Halbleitersubstrats abbildet und eine Einrichtung zur positionsgesteuerten Bewegung der Kamera und/oder ihres Abbildungsbereiches vorgesehen ist. Eine einfache und vorteilhafte Realisierung sieht so aus, dass die positionsgesteuerte Halterung des Schneidwerkzeugs zugleich als Halterung der Kamera und somit als Einrichtung zu deren positionsgesteuerter Bewegung ausgebildet ist.In an expedient embodiment of the arrangement with a camera for imaging the semiconductor substrate, it is provided that the camera is designed and adjusted in such a way that it images only a partial area of the semiconductor substrate and a device for position-controlled movement of the camera and / or its imaging area is provided. A simple and advantageous realization provides that the position-controlled mounting of the cutting tool is at the same time designed as a holder of the camera and thus as a device for its position-controlled movement.

In einer weiteren Ausführung der Anordnung ist vorgesehen, dass in der Einrichtung zur Bildverarbeitung und/oder einer nachgeordneten Steuereinheit der positionsgesteuerten Halterung ein Glättungsalgorithmus implementiert ist, dem insbesondere Programmierungsmittel zur Einstellung einer Glättungsfunktion zugeordnet sind.In a further embodiment of the arrangement, it is provided that a smoothing algorithm is implemented in the device for image processing and / or a downstream control unit of the position-controlled holder, to which in particular programming means for setting a smoothing function are assigned.

Zeichnungendrawings

Das erfindungsgemäße Verfahren und die erfindungsgemäßen Photovoltaik-Zellen sollen nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert werden. Es ist zu beachten, dass die Zeichnungen nur beschreibenden Charakter haben und nicht dazu gedacht sind, die Erfindung in irgendeiner Form einzuschränken. Es zeigen:The method according to the invention and the photovoltaic cells according to the invention will be explained in more detail below with reference to an exemplary embodiment. It should be noted that the drawings are only descriptive and are not intended to limit the invention in any way. Show it:

1 eine Draufsicht (Detailansicht) eines in herkömmlicher Weise mit einer Kantenisolierung versehenen Halbleitersubstrats, 1 a top view (detail view) of a conventionally provided with an edge insulation semiconductor substrate,

2 eine schematische Querschnittsdarstellung einer mit einem vorderseitigen Trennschnitt zur Kantenisolierung versehenen Solarzelle, 2 a schematic cross-sectional view of a provided with a front side cut for edge insulation solar cell,

3 eine elliptische Darstellung (Ausschnittsdarstellung) des Kantenbereichs eines Halbleitersubstrats zur Erläuterung der Erfindung, 3 an elliptical representation (detail view) of the edge region of a semiconductor substrate for explaining the invention,

4 ein Blockschaltbild einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Anordnung und 4 a block diagram of an embodiment of the inventive arrangement and

5 eine skizzenartige Darstellung einer Abwandlung der Ausführungsform nach 4. 5 a sketch-like representation of a modification of the embodiment according to 4 ,

3 zeigt, aufbauend auf 1, die mögliche Verschiebung eines erfindungsgemäß erzeugten Trennschnitts 11' zur Kante des Halbleitersubstrats 1 hin, verglichen mit dem von der Kante prinzipbedingt wesentlich weiter beabstandeten Trennschnitt 11, der aufgrund einer Gesamtabbildung des Solarzellensubstrats mit ungeregelter Führung des Laserstrahls erzeugt wird. 3 shows, building on 1 , the possible displacement of a separating cut produced according to the invention 11 ' to the edge of the semiconductor substrate 1 towards, compared to the edge of the principle inherently much more spaced separation cut 11 which is generated due to an overall image of the solar cell substrate with unregulated guidance of the laser beam.

4 zeigt schematisch, in Art eines Blockschaltbildes, eine erfindungsgemäße Anordnung 200 zur Erzeugung eines Trennschnitts 211 zur Kantenisolierung einer Solarzelle 201. Eine Kamera 203 ist auf einer gemeinsamen Führung 205 mit einem Bearbeitungslaser 207 oder einer Bearbeitungsoptik mit zugehörigen Modulen derart über der Solarzelle 201 positioniert, dass ihr Abbildungsbereich AV jeweils einen Ausschnitt des Kantenbereiches erfasst. Der Bearbeitungslaser 207 bzw. die Optik ist derart eingestellt und ausgerichtet, dass ein von ihm erzeugter Laserstrahl LB jeweils in vorbestimmtem Abstand (Offset) auf die Oberfläche des Substrats 201 auftrifft und dort den Trennschnitt 211 erzeugt. 4 shows schematically, in the manner of a block diagram, an inventive arrangement 200 for generating a separating cut 211 for edge insulation of a solar cell 201 , A camera 203 is on a common leadership 205 with a processing laser 207 or a processing optics with associated modules so above the solar cell 201 positioned so that their imaging area AV each captures a portion of the edge area. The processing laser 207 or the optics is set and aligned in such a way that a laser beam LB generated by it is in each case at a predetermined distance (offset) onto the surface of the substrate 201 hits and there the separation cut 211 generated.

Der Kamera 203 ist eine Bildverarbeitungseinrichtung 209 nachgeschaltet, in der die Kamerabilder aufgrund eines gespeicherten (an sich bekannten) Algorithmus zur Bestimmung des jeweiligen Kantenverlaufs des Solarzellensubstrats im Abbildungsbereich AV ausgewertet werden. Die Bildverarbeitungseinrichtung 209 umfasst eine Glättungsstufe 209a zur Anwendung einer Glättungsfunktion auf die Verarbeitungsergebnisse und ist ausgangsseitig zur Bereitstellung eines entsprechenden Positionssteuersignals mit einer Werkzeug-Positionssteuereinheit 211 verbunden. Diese steuert über entsprechende Antriebe sowohl den Vorschub (in der Abbildung in die Zeichenebene hinein) als auch die mit dem Doppelpfeil symbolisch gekennzeichnete gemeinsame Nachführung der lateralen Position des Bearbeitungslasers 207 und der Kamera 203.The camera 203 is an image processing device 209 downstream in which the camera images are evaluated based on a stored (known per se) algorithm for determining the respective edge profile of the solar cell substrate in the imaging area AV. The image processing device 209 includes a smoothing step 209a for applying a smoothing function to the processing results, and is for outputting a corresponding position control signal with a tool position control unit 211 connected. This controls both the feed (in the figure into the plane of the drawing) via corresponding drives and the common tracking of the lateral position of the processing laser symbolically marked by the double arrow 207 and the camera 203 ,

Im Rahmen fachmännischen Handelns ergeben sich weitere Ausgestaltungen und Ausführungsformen des hier nur beispielhaft beschriebenen Verfahrens und der Vorrichtung.Within the scope of expert action, further refinements and embodiments of the method and apparatus described here by way of example only arise.

So ist es möglich, statt das Schneidwerkzeug, speziell die Laser-Optik, zu bewegen, das Werkstück, also das Halbleitersubstrat, zu bewegen. Weiterhin sind an sich bekannte Verfahren zur Strahlabsenkung und Scanner anstelle einer bewegten Optik zur Kanten-Nachführung eines Schneidstrahls einsetzbar. Auch kann vorgesehen sein, die Erfassung des Kantenverlaufs, z. B. mittels einer entsprechend angeordneten und betriebenen Zeilenkamera, mit einem vorbestimmten Vorlauf gegenüber der Position des Bearbeitungswerkzeugs zu realisieren.Thus, instead of moving the cutting tool, especially the laser optics, it is possible to move the workpiece, ie the semiconductor substrate. Furthermore, per se known methods for beam reduction and scanner instead of a moving optics for edge tracking of a cutting beam can be used. It can also be provided to detect the edge profile, z. B. by means of a correspondingly arranged and operated line scan camera to realize with a predetermined lead over the position of the machining tool.

Ein Beispiel einer solchen Abwandlung ist skizzenartig in 5 dargestellt, die als modifizierte Ausschnittsdarstellung von 4 zu verstehen ist. Sie zeigt eine Konfiguration, bei der die Kamera 203 über einen Strahlteiler 213 gemeinsam mit dem (hier nicht gezeigten) Bearbeitungslaser, der den Laserstrahl LB aussendet, eine Laserscanner-Optik 215 nutzt. Zur Ausblendung von Störeinflüssen aus dem Laserstrahl LB hat sie hierzu noch ein vorgeschaltetes Filter 203a. Mit der Anordnung wird eine koaxiale Anordnung des Laserstrahls und des Kamera-Abbildungsbereiches und eine völlig synchrone Bewegung beider erreicht.An example of such a modification is sketchy in FIG 5 shown as a modified section of 4 to understand. It shows a configuration where the camera 203 via a beam splitter 213 together with the (not shown here) processing laser that emits the laser beam LB, a laser scanner optics 215 uses. For masking disturbing influences from the laser beam LB, it has an upstream filter for this purpose 203a , With the arrangement, a coaxial arrangement of the laser beam and the camera imaging area and a completely synchronous movement of both is achieved.

Claims (14)

Verfahren zur Herstellung einer Solarzelle (1; 201) auf einem kristallinen Halbleitersubstrat (3), insbesondere einer kristallinen Silizium-Solarzelle, welche eine abweichend vom Halbleitersubstrat dotierte Oberflächenschicht (5) sowie Anschlussbereiche (9) auf beiden Substratoberflächen aufweist, wobei längs der Außenkante in einer der beiden Substratoberflächen ein Trennschnitt (11; 11'; 211) durch die Oberflächenschicht in das Halbleitersubstrat hinein zur elektrischen Isolierung der beiden Substratoberflächen voneinander mittels eines dem Kantenverlauf mit vorbestimmtem Abstand nachgeführten Schneidwerkzeugs (LB; 207) erzeugt wird.Process for producing a solar cell ( 1 ; 201 ) on a crystalline semiconductor substrate ( 3 ), in particular a crystalline silicon solar cell, which has a surface layer that is doped differently from the semiconductor substrate ( 5 ) as well as connection areas ( 9 ) has on both substrate surfaces, wherein along the outer edge in one of the two substrate surfaces a separating cut ( 11 ; 11 '; 211 ) through the surface layer into the semiconductor substrate for the electrical insulation of the two substrate surfaces from each other by means of a edge of the predetermined distance tracking cutting tool (LB; 207 ) is produced. Verfahren nach Anspruch 1, wobei als Schneidwerkzeug ein Laserstrahl (LB) eingesetzt wird.A method according to claim 1, wherein a laser beam (LB) is used as the cutting tool. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei eine Kantenerkennungseinrichtung (203) oder deren Strahlengang an der Kante der Solarzelle (201) entlang geführt wird, fortlaufend Positionsdaten eines Kantenbereichs (AV) aufgenommen und die Positionsdaten der Kante in Echtzeit oder Quasi-Echtzeit verarbeitet und hieraus gewonnene Steuerdaten in eine Schneidweg-Steuerung (211) des Schneidwerkzeugs (LB; 207) eingeführt werden.Method according to claim 1 or 2, wherein an edge recognition device ( 203 ) or its beam path at the edge of the solar cell ( 201 ), continuously recording position data of an edge region (AV) and processing the position data of the edge in real time or quasi-real time, and transferring control data obtained therefrom into a cutting path control (FIG. 211 ) of the cutting tool (LB; 207 ). Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Steuerdaten unter Anwendung einer, insbesondere einstellbaren, Glättungsfunktion bestimmt oder in der Schneidweg-Steuerung des Schneidwerkzeugs (LB; 207) verarbeitet werden, derart, dass die Spur des Schneidwerkzeugs gegenüber dem Kantenverlauf eine vorbestimmte Glättung aufweist.Method according to one of the preceding claims, wherein the control data determined using a, in particular adjustable, smoothing function or in the cutting path control of the cutting tool (LB; 207 ) are processed such that the track of the cutting tool with respect to the edge profile has a predetermined smoothing. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Schneidweg-Steuerung eine Koordinatensteuerung aufweist und hierfür bei der Verarbeitung der Positionsdaten des Kantenbereiches die Ebenen-Koordinaten der Kante bestimmt werden.Method according to one of the preceding claims, wherein the cutting path control comprises a coordinate control and for this purpose the plane coordinates of the edge are determined during the processing of the position data of the edge region. Verfahren nach einem Ansprüche 1 bis 4, wobei die Schneidweg-Steuerung eine inkrementelle Positionssteuerung aufgrund inkrementeller Weggeber-Signale aus der Positionsdatenverarbeitung umfasst.The method of any one of claims 1 to 4, wherein the cutting path control comprises incremental position control based on incremental displacement encoder signals from the position data processing. Verfahren nach einem vorangehenden Ansprüche, wobei der vorbestimmte Abstand kleiner als 150 μm, insbesondere kleiner als 50 μm und spezieller kleiner als 20 μm eingestellt wird.Method according to one of the preceding claims, wherein the predetermined distance is set smaller than 150 μm, in particular smaller than 50 μm and especially smaller than 20 μm. Anordnung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorangehenden Ansprüche, mit einem in einer positionsgesteuerten Halterung (205) geführten Schneidwerkzeug (207) zum Erzeugen des Trennschnitts und einer Werkzeug-Positionssteuereinheit (211), die zum laufenden Empfang und zur laufenden Verarbeitung von Steuerdaten während der Bewegung des Schneidwerkzeugs (LB; 207) und zur fortlaufenden Einstellung von dessen Bewegungsspur aufgrund der Steuerdaten ausgebildet ist.Arrangement for carrying out the method according to one of the preceding claims, having a position-controlled mounting ( 205 ) guided cutting tool ( 207 ) for generating the separating cut and a tool position control unit ( 211 ), which is used to continuously receive and to process control data during the movement of the cutting tool (LB; 207 ) and for the continuous adjustment of its movement track is formed on the basis of the control data. Anordnung nach Anspruch 8, mit einer Kantenerkennungseinrichtung (203) zur Erfassung des Kantenverlaufes der Solarzelle (201) und Bereitstellung von Positionsdaten hiervon und einer Positionsdaten-Verarbeitungseinrichtung (209) zur Gewinnung von Steuerdaten und Ausgabe an die Werkzeug-Positionssteuereinheit (211).Arrangement according to claim 8, with an edge detection device ( 203 ) for detecting the edge profile of the solar cell ( 201 ) and position data thereof and a position data processing means ( 209 ) for obtaining control data and output to the tool position control unit ( 211 ). Anordnung nach Anspruch 9, mit einer Kamera (203) zur Erzeugung eines Bildes der Solarzelle (201), und einer Bildverarbeitungseinrichtung (209) zur Verarbeitung des Kamerabildes zur Gewinnung der Steuersignale für die Werkzeug-Positionssteuereinheit (211), wobei – die Kamera derart ausgebildet und eingestellt ist, dass sie nur einen Teilbereich der Solarzelle abbildet und – eine Einrichtung (205; 211) zur positionsgesteuerten Bewegung der Kamera und/oder ihres Abbildungsbereiches vorgesehen ist.Arrangement according to claim 9, with a camera ( 203 ) for generating an image of the solar cell ( 201 ), and an image processing device ( 209 ) for processing the camera image to obtain the control signals for the tool position control unit ( 211 ), wherein - the camera is designed and set such that it only images a partial area of the solar cell and - means ( 205 ; 211 ) is provided for position-controlled movement of the camera and / or its imaging area. Anordnung nach Anspruch 10, wobei die positionsgesteuerte Halterung (205) des Schneidwerkzeugs (207) zugleich als Halterung der Kamera (203) und somit als Einrichtung zu deren positionsgesteuerter Bewegung ausgebildet ist.Arrangement according to claim 10, wherein the position-controlled holder ( 205 ) of the cutting tool ( 207 ) at the same time as a holder of the camera ( 203 ) and is thus designed as a device for their position-controlled movement. Anordnung nach einem der Ansprüche 9 bis 11, wobei die positionsgesteuerte Halterung eine Koordinaten-Steuerung oder Weginkrement-Steuerung aufweist.Arrangement according to one of claims 9 to 11, wherein the position-controlled holder comprises a coordinate control or Weginkrement control. Anordnung nach einem der Ansprüche 9 bis 12, wobei die positionsgesteuerte Halterung eine Bearbeitungsoptik eines Lasers trägt oder Mittel zur Strahlablenkung (215) aufweist.Arrangement according to one of claims 9 to 12, wherein the position-controlled holder carries a processing optics of a laser or means for beam deflection ( 215 ) having. Anordnung nach einem der Ansprüche 10 bis 12, wobei in der Bildverarbeitungseinrichtung (209) und/oder einer nachgeordneten Steuereinheit (211) der positionsgesteuerten Halterung ein Glättungsalgorithmus implementiert ist, dem insbesondere Programmierungsmittel zur Einstellung einer Glättungsfunktion zugeordnet sind. Arrangement according to one of claims 10 to 12, wherein in the image processing device ( 209 ) and / or a downstream control unit ( 211 ) of the position-controlled holder, a smoothing algorithm is implemented, to which in particular programming means for setting a smoothing function are assigned.
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