DE102011115532A1

DE102011115532A1 - Verfahren zur Herstellung eines texturierten Siliziumsubstrats

Info

Publication number: DE102011115532A1
Application number: DE102011115532A
Authority: DE
Inventors: Jakub Cichoszewski; Dr. Reuter Michael
Original assignee: SOVELLO GmbH
Current assignee: SOVELLO GmbH
Priority date: 2011-04-18
Filing date: 2011-10-11
Publication date: 2012-10-18
Also published as: WO2012142987A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines texturierten Siliziumsubstrats, insbesondere Silizium-Wafers, umfassend folgende Arbeitsschritte: a) Einseitiges Aufbringen einer wässrigen Katalysatorlösung, enthaltend Metallionen, auf das ats mit einer sauren und/oder basischen Ätzlösung, enthaltend mindestens ein Oxidationsmittel.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines texturierten Siliziumsubstrats, insbesondere Silizium-Wafers (Si-Wafer).
Einer der größten Verlustmechanismen bei Solarzellen sind optische Verluste an der Vorder- bzw. Rückseite der Solarzellen. Das sind zum einen Abschattungsverluste durch die aufgebrachte Metallisierung und zum anderen Reflexionsverluste.
Optische Verluste treten aber nicht nur an der Oberfläche auf. Am Übergang vom optisch dichteren Medium (Silizium) zum optisch dünneren Medium (EVA-Luft) kann das Licht wieder aus der Solarzelle austreten ohne ein Elektron-Loch-Paar angelegt zu haben. Dies betrifft besonders langwelliges Licht. Es ist daher anzustreben, das Licht auf der Rückseite zu reflektieren, anstatt es ungenutzt austreten zu lassen. Allgemeines Ziel der Erfindung ist es, die Reflexionsverluste auf der Vorderseite zu reduzieren und die Reflexion auf der Rückseite zu verstärken, um ein Verfahren zur Verfügung zu stellen, welches die Herstellungskosten signifikant reduziert.
Aus dem Stand der Technik ist es bekannt, Siliziumsubstrate zu texturieren, um Reflexionsverluste zu minimieren. Bei Strukturen auf der Oberfläche, die einen Neigungswinkel von mehr als 30° besitzen, besteht die Möglichkeit, dass das reflektierte Licht ein zweites Mal auf die Siliziumoberfläche trifft. Solche Strukturen nennt man im Allgemeinen Textur.
Die aus dem Stand der Technik bekannten Verfahren zur Erzeugung einer Textur sind vielfältig. Grundsätzlich sind vier Verfahrensvarianten aus dem Stand der Technik bekannt, Texturierungen zu erzeugen, nämlich alkalische Texturierung auf monokristallinem Silizium, saure Texturierung von multikristallinem Silizium, Plasmatexturierung von multikristallinem Silizium sowie Texturierung mittels selektivem Ätzabtrag durch Masken. Ferner sind Varianten bekannt, die mittels katalytischer Reaktionen die oben genannten Prozesse erweitern.
Bei der alkalischen Texturierung wird monokristallines Silizium einem alkalischen Ätzschritt ausgesetzt. Dabei werden hauptsächlich die (111)-Flächen angegriffen, die zur (100)-Richtung um 54,7° geneigt sind. Der Angriff der Siliziumoberfläche kann durch Basen, wie Kaliumhydroxid oder Natriumhydroxid, erfolgen. Der Nachteil dieser Verfahren liegt insbesondere darin, dass monokristallines Silizium sehr teuer ist und der alkalische Ätzschritt durch die Anisotropie des Ätzangriffs nicht für multikristallines Silizium geeignet ist. Zudem sind die Prozesszeiten bei einer alkalischen Texturierung extrem lang (bis zu 20 Minuten).
Bei der sauren Texturierung wird zur Ätzung in der Regel eine wässrige Lösung aus Flusssäure, Salpetersäure und Schwefelsäure oder Phosphorsäure benutzt. Bei der Reaktion von Silizium mit Salpetersäure und Flusssäure werden Stickoxide gebildet. Im Wesentlichen führt diese Gasblasenentwicklung zum Aufrauen der Oberfläche. Durch Zugabe einer hochviskosen Mineralsäure, insbesondere Schwefelsäure, wird die Bildung kleiner Gasblasen gefördert und damit die Si-Oberfläche rauer. Ein großer Nachteil solcher Ätzmischungen ist der schnelle Verbrauch beim Ätzvorgang. Damit verbunden sind sehr hohe Ver- und Entsorgungskosten. Ein weiterer Nachteil ist, dass der Ätzangriff auf der Vorder- und Rückseite des Siliziumwafers erfolgt, wie beispielsweise in DE 103 20 212 A1 beschrieben ist. Damit ist eine Reflexion an der Rückseite stark reduziert, was im langwelligen Bereich des Lichts zu optischen Verlusten führt. Die isotrope Ätze greift die multikristallinen Wafer insbesondere an Stellen mit einem vorliegenden Kristalldefekt an. Derartige Stellen sind insbesondere so genannte Sägeschäden, nämlich kleine Risse und Sprünge im Siliziumkristall, welche durch das Sägen von Siliziumsäulen im Wafer entstehen.
Das Verfahren des Plasmaätzens läuft in einer Vakuumatmosphäre ab. Je nach Prozessvariante kommen Prozessgase wie SF₆, CF₄, Cl₂ oder BCl₃ zum Einsatz. Der Nachteil dieser Verfahren besteht in der teuren Vakuumtechnik und der nicht korrosiven Auslegung der Anlage. Dazu besteht die Möglichkeit, dass die Oberfläche durch hochenergetische Teilchen aus dem Plasma geschädigt wird und Rekombinationszentren erzeugt werden. Diese heben den positiven Effekt einer Texturierung wieder auf.
Beim selektiven Ätzen durch eine Maske werden Strukturen erzeugt, die einer Honigwabe oder invertierten Pyramiden gleichen. Diese Verfahren umfassen in der Regel einen Maskierungsschritt, punktförmiges Öffnen der Maske, anschließendes Ätzen und Reinigung. Es sind Verfahren bekannt, die mit einer SiN-Schicht maskieren und diese mit Laser öffnen. Der anschließende Ätzschritt erfolgt isotrop oder anisotrop. Durch starkes Unterätzen oder einem zweiten Ätzschritt wird die Maske entfernt.
Aufgrund der zusätzlichen Prozessschritte haben auch diese Verfahren den Nachteil, dass die Vereinbarkeit von hocheffizienter Textur und niedrigen Herstellungskosten nicht gegeben ist.
Schließlich sind Verfahren bekannt, bei denen zunächst Metallpartikel auf der Oberfläche eines Silizium-Wafers abgeschieden werden und anschließend ein Ätzen der Oberfläche des Siliziumsubstrats erfolgt. Die abgeschiedenen Metallpartikel wirken dabei als Katalysatoren.
Ein derartiges Verfahren wird beispielsweise in DE 103 92 752 T5 beschrieben. Hierbei werden Metallpartikel auf dem Siliziumsubstrat abgeschieden und anschließend einem Ätzprozess mittels Flusssäure und Wasserstoffperoxid ausgesetzt. Vor diesen Schritten wird die Oberfläche des Siliziumsubstrats von nativen Oxiden befreit. Das Behandeln der Silizium-Wafer erfolgt durch Eintauchen in die Katalysatorlösung bzw. die Ätzlösung. Das hier beschriebene Verfahren hat diverse Nachteile. So bringt insbesondere das Behandeln der Silizium-Wafer durch Eintauchen in die jeweiligen Lösungen und der dadurch bedingte beidseitige Ätzangriff optische Verluste mit sich. Ferner stellen die langen Prozesszeiten des Ätzschritts einen gravierenden Nachteil bei diesen Verfahren dar. Auch der zusätzliche Arbeitsschritt des initialen Reinigens der Oberfläche, um native Oxide zu entfernen, erhöhen die Kosten sowie Prozesszeiten gravierend.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung eines texturierten Siliziumsubstrates, insbesondere Silizium-Wafers, zur Verfügung zu stellen, welches die Nachteile aus dem Stand der Technik überwindet.
Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren der eingangs genannten Art, umfassend folgende Arbeitsschritte:

a) einseitiges Aufbringen einer wässrigen Katalysatorlösung, enthaltend Metallionen, auf das Siliziumsubstrat;
b) Behandlung des Siliziumsubstrats mit einer sauren und/oder basischen Ätzlösung, enthaltend mindestens ein Oxidationsmittel.

Das erfindungsgemäße Verfahren weist gegenüber den bekannten Verfahren diverse Vorteile auf. Durch das einseitige Aufbringen der wässrigen Katalysatorlösung auf einen Silizium-Wafer, also das örtlich begrenzte, selektive Aufbringen der Katalysatorlösung, wird bewirkt, dass nur eine Seite des Silizium-Wafers im nachfolgenden Ätzschritt texturiert wird. Auch wenn der Silizium-Wafer beim Ätzschritt komplett in die Ätzlösung eingetaucht wird, wird nur eine Seite des Silizium-Wafers geätzt, da nur an den Stellen geätzt wird, an denen sich Metallpartikel in Form von Metallclustern abgeschieden haben. Durch dieses einseitige Ätzen wird eine Reduzierung der Reflexion an der Rückseite des Wafers vermieden, so dass auch optische Verluste im langwelligen Bereich des Lichts vermieden werden.
Die Katalysatorlösung kann auch nur lokal begrenzt einseitig aufgebracht werden. Auf diese Weise kann z. B. erreicht werden, dass unter den Busbars/Finger nicht texturiert wird.
Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht also ein einseitiges Texturieren von Silizium-Wafern beim vollflächigen Eintauchen der Siliziumscheiben in die Ätzlösung ohne Maskierschritt und ohne spezielle Anforderungen an die Ätzvorrichtung. Die Erfindung ermöglicht ferner ein isotropes Texturieren von Silizium-Wafern unabhängig von der Kristallorientierung (einschließlich [111]-Kristallorientierung) unabhängig davon, ob die Oberfläche einen Sägeschaden aufweist oder nicht.
Die in der Katalysatorlösung enthaltenen Metallionen scheiden sich auf der Siliziumoberfläche als elementare Metall-Nanocluster ab. Als Metallionen sind Silber (z. B. AgNO₃), Platin (z. B. H₂PtCl₆), Chrom, Kupfer oder Gold denkbar. Bei einer besonders bevorzugten Verfahrensvariante sind die Metallionen jedoch Palladiumionen, wobei das eingesetzte Salz vorzugsweise PdCl₂ ist. Die Erfinder haben herausgefunden, dass insbesondere PdCl₂ besonders effektiv beim Abscheiden von Palladiumionen auf eine Siliziumoberfläche ist. Auch wurde herausgefunden, dass Palladium-Nanocluster die Prozesszeiten deutlich verringern. Ferner ist beim Einsatz von Pd ein Ätzen bei Raumtemperatur möglich.
In der Regel enthält die Katalysatorlösung HF. Es ist jedoch auch möglich, dass das Substrat zur Entfernung von nativen Oxiden zunächst in eine HF-Lösung getaucht und anschließend mit der Katalysatorlösung einseitig behandelt wird.
Die Metallpartikel bleiben in der Regel nach dem Spülen mit Wasser sowie einem Trocknungsschritt an der Substratoberfläche haften. In der Regel werden beim erfindungsgemäßen Verfahren Nicht-Standard-Siliziummaterialien, wie beispielsweise String-Ribbon-Solarzellen, verwendet.
Vorzugsweise ist neben HF auch HCl in der Metallionen enthaltenden Katalysatorlösung enthalten. Insbesondere bei der Verwendung des bevorzugten Palladiumchlorids wird HCl benötigt, weil Palladiumchlorid nur schwer in Wasser löslich ist.
Nach dem Abscheiden von Palladium-Nanoclustern kann ein Spülen mit Wasser erfolgen. Dieser Spülschritt dient dann dazu, die Konzentration der Palladiumpartikel auf der Siliziumoberfläche und damit die Stärke der nachfolgenden Ätzreaktion zu steuern. Ähnliches kann mit einer Variierung der Palladiumchloridkonzentration in der Katalysatorlösung erreicht werden.
Ein besonderer Vorteil beim erfindungsgemäßen Verfahren liegt darin, dass im Arbeitsschritt a) sowohl ein Entfernen von nativen Oxiden von der Oberfläche des Siliziumsubstrats (entweder bevorzugt durch die HF-haltige Katalysatorlösung oder durch ein vorheriges Behandeln mit HF) als auch ein Abscheiden von Metall-Nanopartikeln, insbesondere Palladium-Nanopartikeln, auf der Oberfläche des Siliziumsubstrats erfolgt. Durch dieses gleichzeitige Entfernen von nativen Oxiden von der Oberfläche des Siliziumsubstrats und Abscheiden von Metall-Partikeln wird eine enorme Vereinfachung und Verkürzung des gesamten Verfahrens erreicht. Unter nativem Oxid wird derartiges Oxid verstanden, welches sich beim Aussetzen des Siliziumsubstrats der normalen Umgebungsluft bildet.
Mit Vorteil wird die Katalysatorlösung durch Sprühen, Aufschwimmen, Übergießen, Rollenbeschichtung, Schlitzdüsenbeschichtung, Gleitfilm-Düsenbeschichtung oder Rakelbeschichtung auf das Siliziumsubstrat einseitig aufgebracht. Durch die genannten Verfahren wird ein sauberes einseitiges Aufbringen der Katalysatorlösung auf Silizium-Wafer erreicht.
In der Regel enthält die Katalysatorlösung circa 0,1 bis 10% HF, circa 0,1 bis 10% HCl und circa 1 mg bis 100 mg/Liter PdCl₂.
Mit Vorteil enthält die saure Ätzlösung HF und/oder NH₄F und als Oxidationsmittel H₂O₂ und/oder HNO₃. Die genannten Substanzen haben sich als besonders effektiv beim Ätzen der Siliziumoberfläche erwiesen und sind relativ unproblematisch insbesondere bei der Entsorgung (im Gegensatz zu beispielsweise Schwefelsäure oder Phosphorsäure).
Vorzugsweise weisen die sich aus der Katalysatorlösung abscheidenden Metallpartikel eine Größe von 0,5 nm bis 100 nm auf und scheiden sich vorzugsweise in einem Abstand zwischen 1 μm und 5 μm zueinander ab. Durch diese Größen- und Entfernungsverhältnisse wird letztendlich eine besonders vorteilhafte und effektive Ätzung eines Siliziumsubstrats erreicht.
Eine bevorzugte Verfahrensvariante ist gekennzeichnet durch einen Arbeitsschritt c), bei welchem das Siliziumsubstrat mit einer alkalischen Lösung, vorzugsweise KOH-Lösung, insbesondere circa 10%-igen KOH-Lösung, behandelt wird. Durch den genannten Arbeitsschritt c) wird poröses Silizium, welches durch ungünstige Prozessbedingungen entstehen kann, entfernt. Ferner ätzt diese alkalische Lösung anisotrop in das Siliziummaterial.
An diesen Arbeitsschritt c) kann sich anschließend noch ein Neutralisierungsschritt anschließen, bei dem mit einer Säure (zum Beispiel HCl) behandelt wird. Hierbei werden auch metallische und organische Verunreinigungen vom Wafer entfernt.
Bei einer bevorzugten Verfahrensvariante wird das zu behandelnde Siliziumsubstrat maximal circa 45 Sekunden, vorzugsweise circa 30 bis 35 Sekunden, dem Ätzschritt b) ausgesetzt. Diese kurze Ätzzeit ist ein weiterer Vorteil gegenüber den bekannten Verfahren aus dem Stand der Technik.
Beispiele und Ergebnisse
1. Texturierung
Ein String Ribbon Wafer mit einer Dicke von 180 +/– 5 μm und einer Größe von 80 × 150 mm wird einseitig mit einer wässrigen Lösung aus Flusssäure, Salzsäure sowie Palladiumchlorid behandelt. Anschließend erfolgt ein kurzer Ätzschritt für 30 Sekunden in einer sauren Lösung aus Flusssäure (50%-ig): Salpetersäure (69%-ig): H₂O (vol. 4:1:2), wodurch eine poröse Siliziumschicht mit einer Dicke von ≤ 4 μm entsteht. Eine derartige Säurelösung ist zwar relativ aggressiv, kann jedoch eine Siliziumoberfläche, die nicht mit Metallpartikeln als Katalysator versehen ist und auch keine Sägeschäden aufweist, nicht ätzen. Dies bestätigt den katalytischen Effekt des Palladiums.
Während dem finalen Behandlungsschritt des Silizium-Wafers in konzentrierter Kaliumhydroxidlösung bildet sich die Oberflächentextur durch Abtragen der porösen Siliziumschicht.
1a) zeigt eine Rasterelektronenmikroskopaufnahme der Palladium-Nanopartikel mit einer Größe von 50 bis 100 nm. Nach einer Behandlungszeit von 30 Sekunden mit einer Palladiumchlorid enthaltenden Katalysatorlösung scheidet sich das elementare Palladium auf dem String-Ribbon-Wafer aus der Palladium-Chlorid-Lösung mit einer Clusterdichte von 10⁸ cm^–2 ab.
1b) zeigt den String Ribbon Wafer nach dem oben genannten Aktivierungsschritt in PdCl₂-Lösung und einem nachfolgenden Ätzschritt in einer wässrigen HF/HNO₃-Lösung (Ätzzeit: 35 Sekunden). Durch den Ätzschritt bildet sich eine poröse Oberflächenstruktur mit Poren mit einem Durchmesser von weniger als 1 μm. Wie bereits oben erwähnt, reagieren die Palladiumpartikel nicht direkt mit dem Siliziumsubstrat oder der Ätzlösung, sondern sinken in Makroporen, welche durch die aktivierte Säurelösung gebildet werden.
1c) zeigt die finale Textur-Morphologie nach einem finalen Behandlungsschritt mit Kaliumhydroxid. Das Kaliumhydroxid entfernt zuerst die poröse Oberflächenstruktur und bildet dann halbkugelförmige Vertiefungen mit einem Durchmesser von 1 bis 3 μm durch anisotropes Ätzen.
2 zeigt die Reduktion der Oberflächenreflexion R [%] von String-Ribbon-Wafern und Solarzellen durch katalysatorunterstütztes Ätzen („Metal Assisted Etching” „MAE”) angetragen über die Wellenlänge λ [nm]. Die effektive Reflexion R_eff berechnet sich durch Gewichten der integrierten Reflexion R(λ) und dem solaren Strahlenfluss (N_ph) einer AM1,5G Sonnenbestrahlung über einen Wellenlängenbereich von 400 nm bis 1.000 nm. Im Vergleich zur Kurve 01 der flachen, untexturierten Wafern mit R_(eff) = 39,3%, erniedrigen die MAE-texturierten Wafer mit der Kurve 02 signifikant die Reflexion im gesamten Wellenlängenbereich auf R_eff = 22,7%. Auch die effektive Reflexion R_eff = 9,7% eines MAE-texturierten Wafers mit einer antireflexiven Siliziumnitrid-Beschichtung (Kurve 03) ist viel niedriger als diejenige von untexturierten Wafern mit R_eff = 11,6% (Kurve 04). Die MAE-Texturierung reduziert insbesondere die Reflexion im blauen und roten Wellenlängenbereich. Die niedrigere Reflexion für Wellenlängen λ > 1.000 nm indiziert einen höheren Grad der Randomisierung der Bestrahlung und damit einen längeren Lichtweg im Material.
2. Solarzellen
Als Ausgangsmaterial wurden p-artig dotierte String-Ribbon-Wafer mit einer Dicke von 180 +/– 5 μm und einer Größe von 80 × 150 mm² verwendet. Zur katalytischen Metallabscheidung wurde wiederum eine Lösung aus Flusssäure, Salzsäure und Palladiumchlorid verwendet. In einem finalen Schritt wurde die oberste poröse Siliziumschicht durch Kaliumhydroxid entfernt und die Oberfläche restrukturiert. Nach der Texturierung folgte schließlich ein Behandlungsschritt mit HCl gefolgt von einem RCA-Reinigungsschritt, um metallische und organische Verunreinigungen zu entfernen. Schließlich wurden die Wafer einem Standardsolarzellenherstellungsprozess unterzogen. Ein 60 Ohm/sq.-Emitter bildet sich in einem Quarzglasofen unter Verwendung von POCL3. Eine Antireflexionsschicht aus Siliziumnitrid mit einer auf unterschiedlichen Oberflächenmorphologien optimierten Schichtdicke wird mittels PECVD aufgebracht. Mit dem Siebdruckverfahren werden die Silber-Frontmetallisierung und die Aluminium-Rückseitenmetallisierung aufgebracht. Die Produktion der Solarzellen wird durch Feuern und Laser-Kantenisolierung abgeschlossen.
Tabelle 1 zeigt elektrische Werte aus den Strom/Spannungs Charakteristiken (Messung im Hause bei Popt = 100 mW/cm² und T = 25°C auf ISE korrigierte Werte) von jeweils 8 Zellen aus 2 Gruppen, eine Gruppe mit MAE Textur und eine untexturierte Referenzgruppe.
Die zur Referenzgruppe deutlich verringerte Reflexion der texturierten Zellen führt zu einer erhöhten Kurzschlussstromdichte Jsc von ΔJsc = +0,9 mA/cm². Die mittlere Leerlaufspannung Voc bleibt etwa gleich.
Eine kleine Verringerung der Leerlaufspannung ist der vergrößerten Oberfläche der texturierten Zellen zuzuschreiben, während eine Palladiumkontamination zu einer drastischen Verringerung von Voc führen würde.
Die texturierte Oberfläche erlaubt eine bessere Kontaktierung der Silber-Frontmetallisierung und führt so zu einem erhöhten Füllfaktor FF von ΔFF = +0,7%abs.
Insgesamt erhöht sich die Effizienz η durch die MAE Textur um Δη = 0,4%abs.
3 zeigt die Quanteneffizienz von untexturierten und MAE-texturierten String Ribbon Solarzellen.
Die nahezu gleiche interne Quanteneffizienz IQE zeigt eine vergleichbare elektronische Qualität der Solarzellen und steht für eine vergleichbare Volumen-Ladungsträgerlebensdauer. Die erhöhte externe Quanteneffizienz EQE der MAE-texturierten Zellen für Wellenlängen λ < 600 nm resultiert aus der niedrigeren Reflexion der Frontseite und führt zu einer höheren Kurzschlussstromdichte Jsc von ΔJsc = +0,9 mA/cm². Die gleiche IQE im Wellenlängenbereich 700 nm < λ < 1200 nm beweist die gleiche Materialqualität und zeigt außerdem, dass keine Palladiumkontamination vorliegt. Eine signifikante Kontamination mit Palladium hätte eine erhöhte Ladungsträgerrekombination und damit eine verringerte Ladungsträgerlebensdauer zur Folge.
Solarmodule
Die höhere Effizienz der Solarzellen kommt hauptsächlich aus der größeren Ausbeute der Photonen im Bereich der blauen Wellenlängen λ < 600 nm. Dabei stellt sich die Frage, ob diese Verstärkung auch nach der Einlaminierung der Solarzellen in Solarmodule bestehen bleibt. 4 zeigt die Kurzschlussstromdichte Jsc von String Ribbon Zellen, Strings und Einzelzellmodulen, einlaminiert mit Fensterglas, EVA-Folie und Tedlar-Rückseitenfolie (Messung im Hause bei Popt = 100 mw/cm², Daten der Solarzellen skaliert auf ISE Werte; Strings und Module: Beleuchtung lediglich der Zellfläche, T = 25°C). Texturierte Solarzellen erreichen eine Verstärkung der Kurzschlussstromdichte Jsc von ΔJsc = +0,2 mA/cm² verursacht durch die bessere optische Kopplung, während untexturierte Zellen ΔJsc = –0,1 mA/cm² verlieren. Also erreichen die einlaminierten Zellen mit MAE Textur eine Effizienzverbesserung von etwa Δη = +0,1%abs.
Fazit
Metall unterstütztes Ätzen erlaubt eine schnelle und homogene Texturierung von sägeschadenfreien kristallinen Siliziumoberflächen, unabhängig von der Kristallorientierung. MAE texturierte String Ribbon Solarzellen zeigen eine Erhöhung der Effizienz η von Δη = +0,4%abs als Resultat einer Erhöhung der Kurzschlussstromdichte Jsc gegenüber untexturierten String Ribbon Zellen von ΔJsc = +0,9 mA/cm² sowie durch einen durch die verbesserte Kontaktierung der texturierten Oberfläche verursachten größeren Füllfaktor FF von ΔFF = +0,7%. Die texturierte Oberfläche bewirkt auch bei der Verkapselung eine bessere optische Kopplung. So wurde bei einlaminierten Zellen eine weitere Erhöhung von ΔJsc = +0,3 mA/cm² gegenüber untexturierten Zellen beobachtet. Die Einzelzellmodule mit MAE texturierten String Ribbon Zellen zeigen eine weitere Erhöhung der Effizienz von Δn = +0,1%abs.
Oberflächentexturierung von multikristallinem Silizium mit Standard sauren Ätzprozessen ist problematisch bei Oberflächen ohne Sägeschaden. Ebenso eine Herausforderung ist die Texturierung mit KOH bei monokristallinen [111] Oberflächen.
Neben der String Ribbon Technologie erzeugt auch das Ribbon Growth an Substrate Verfahren multikristalline Wafer ohne Sägeschaden. Die SLIVER und auch die SI-GEN Technologien erzeugen monokristalline Wafer mit [111] Oberfläche.
Der MAE Texturprozess ist aufgrund der durch Metallpartikel katalytisch aktivierten Ätzung völlig unabhängig von der Kristallorientierung und stellt so eine deutliche Vereinfachung dar. Daher ist er eine gute Möglichkeit zur Leistungssteigerung bei allen oben genannten Wafer Prozessen.
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

DE 10320212 A1 [0007]
DE 10392752 T5 [0012]

Claims

Verfahren zur Herstellung eines texturierten Siliziumsubstrats, insbesondere Silizium-Wafers, umfassend folgende Arbeitsschritte: a) einseitiges Aufbringen einer wässrigen Katalysatorlösung, enthaltend Metallionen, auf das Siliziumsubstrat; b) Behandlung des Siliziumsubstrats mit einer sauren und/oder basischen Ätzlösung, enthaltend mindestens ein Oxidationsmittel.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Metallionen Silberionen oder Palladiumionen sind, wobei das eingesetzte Palladiumsalz vorzugsweise PdCl₂ ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Katalysatorlösung HF und vorzugsweise auch HCl enthält.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im Arbeitsschritt a) sowohl ein Entfernen von nativen Oxiden von der Oberfläche des Siliziumsubstrats als auch ein Abscheiden von Metall-Nanopartikeln, insbesondere von Palladium-Nanopartikeln, auf der Oberfläche des Siliziumsubstrats erfolgt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Katalysatorlösung durch Sprühen, Aufschwimmen, Übergießen, Rollenbeschichtung, Schlitzdüsenbeschichtung, Gleitfilmdüsenbeschichtung, Rakelbeschichtung oder durch Vakuumbeschichtung auf das Siliziumsubstrat aufgebracht wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Katalysatorlösung circa 0,1 bis 10% HF, circa 0,1 bis 10% HCl und circa 1 mg bis 100 mg/Liter PdCl₂ enthält.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die saure Ätzlösung HF und/oder NH₄F und als Oxidationsmittel H₂O₂ und/oder HNO₃ enthält.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die sich aus der Katalysatorlösung abscheidenden Metallpartikel eine Größe von 0,5 nm bis 100 nm aufweisen und sich in einem Abstand zwischen 1 μm und 5 μm zueinander abscheiden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch einen Arbeitsschritt c), bei welchem das Siliziumsubstrat mit einer alkalischen Lösung, vorzugsweise KOH-Lösung, insbesondere circa 50%-igen KOH-Lösung, behandelt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Ätzschritt b) maximal circa 45 Sekunden, vorzugsweise circa 30 bis 35 Sekunden, dauert.