DE102012213679A1

DE102012213679A1 - Siebdruckform, Verfahren zum Herstellen einer Siebdruckform und Solarzelle

Info

Publication number: DE102012213679A1
Application number: DE201210213679
Authority: DE
Inventors: Frederick Bamberg; Bernd Bitnar
Original assignee: Deutsche Cell GmbH
Current assignee: Meyer Burger Germany GmbH
Priority date: 2012-08-02
Filing date: 2012-08-02
Publication date: 2014-02-06
Anticipated expiration: 2032-08-03
Also published as: DE102012213679B4

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Siebdruckform (200) zum Herstellen einer Kontaktstruktur (120, 130) einer Solarzelle (100), aufweisend ein Siebdruckgewebe (210) aus Gewebefäden (211). Das Siebdruckgewebe (210) ist ungleichmäßig mit unterschiedlichen Querschnittsabmessungen der Gewebefäden (211) ausgebildet. Die Erfindung betrifft ferner eine weitere Siebdruckform (400) zum Herstellen einer Kontaktstruktur (120, 130) einer Solarzelle (100), aufweisend eine Folie (410) umfassend einen perforierten Folienbereich (410) mit Öffnungen (421, 422, 423). Der perforierte Folienbereich (430) ist ungleichmäßig mit unterschiedlichen Öffnungsgraden ausgebildet. Die Erfindung betrifft des Weiteren Verfahren zum Herstellen solcher Siebdruckformen (200, 400), und eine Solarzelle (100) mit einer Kontaktstruktur (120, 130).

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Siebdruckform zum Herstellen einer Kontaktstruktur einer Solarzelle, aufweisend ein Siebdruckgewebe aus Gewebefäden oder eine perforierte Folie. Die Erfindung betrifft des Weiteren ein Verfahren zum Herstellen einer solchen Siebdruckform, und eine Solarzelle mit einer Kontaktstruktur.
Solarzellen werden dazu eingesetzt, um elektromagnetische Strahlungsenergie, insbesondere Sonnenlicht, in elektrische Energie umzuwandeln. Die Energieumwandlung basiert darauf, dass Strahlung in einer Solarzelle einer Absorption unterliegt, wodurch positive und negative Ladungsträger („Elektron-Loch-Paare“) erzeugt werden. Die erzeugten freien Ladungsträger werden ferner voneinander getrennt, um zu getrennten Kontakten abgeleitet zu werden.
Übliche Solarzellen weisen ein Siliziumsubstrat auf, an dessen Vorder- und Rückseite eine metallische Kontaktstruktur angeordnet ist. An die Kontaktstrukturen können sogenannte Zellverbinder angeschlossen werden, um Solarzellen elektrisch miteinander zu verbinden. In einem Solarmodul sind mehrere Solarzellen auf diese Weise zusammengeschaltet.
Bei der Fertigung von Solarzellen ist man bestrebt, sowohl Solarzellen mit einem relativ hohen Wirkungsgrad herzustellen als auch den Fertigungs- und Kostenaufwand möglichst gering zu halten. Im Rahmen der Herstellung von Kontaktstrukturen werden daher in der Regel Siebdruckprozesse durchgeführt, was gegenüber anderen Verfahren (beispielsweise Dampfphasenabscheidung) mit einem geringeren (Kosten-)Aufwand möglich ist. Hierbei kann eine Siebdruckform mit einem flächigen und feinmaschigen Siebdruckgewebe zum Einsatz kommen, welches zum Teil über eine Maskierungsschicht verschlossen ist. Beim Siebdruck wird eine metallische Paste durch das Gewebe hindurch auf ein Solarzellensubstrat aufgedruckt.
Insbesondere bei vorderseitigen Kontaktstrukturen wird darauf abgezielt, einzelne Strukturen mit kleiner Breite relativ genau zu drucken und eine Paste mit relativ ebener Oberfläche aufzubringen. Trotz des lokalen bzw. punktweisen Durchdrückens der Metallpaste durch Maschenöffnungen kann dies umso besser verwirklicht werden, je dünner die Gewebefäden des eingesetzten Siebdruckgewebes sind. Allerdings ist die Herstellung eines Gewebes umso aufwändiger, je kleiner die Querschnittsabmessungen der Gewebefäden sind. Übliche Gewebe sind auf minimale Fadendurchmesser von etwa 15µm begrenzt.
Dünne Gewebefäden führen darüber hinaus zu einer kleinen Stabilität und Robustheit einer Siebdruckform. Hiermit verbunden sind eine geringe Sieblebensdauer und das gegebenenfalls auftretende Problem eines Druckens mit beschädigtem Gewebe (mit der Folge von Defekten, fehlerhaft gedruckten Strukturen, Kantenflecken, usw.), was weitere Kostennachteile durch höheren Ausschuss nach sich zieht. Zum Vermeiden dieser Nachteile können Gewebe mit etwas größeren Gewebefäden zum Einsatz kommen, was jedoch zu Lasten der Erzeugung feiner und gleichmäßiger Strukturen geht (Kompromiss aus Stabilität und feinen Strukturen, d.h. ungleichmäßig gedruckte Höhen, begrenzte Minimalbreite).
Ein weiteres Problem besteht darin, dass eine Paste mit einer herkömmlichen Siebdruckform in der Regel nur mit einer (im Wesentlichen) einheitlichen Schichtdicke gedruckt werden kann. Kontaktstrukturen werden daher zum Teil mit mehr Paste als nötig erzeugt. Dies kann zum Beispiel auf eine rückseitige Kontaktstruktur zutreffen, welche Kontaktelemente („Busbars“) zum Anschließen von Zellverbindern und eine flächige Schicht umfasst. Die Schichtdicke und damit der elektrische Widerstand der flächigen Schicht sind auf den im Bereich der Kontaktelemente fließenden hohen elektrischen Strom abgestimmt. In Bereichen zwischen den Kontaktelementen, in welchen ein geringerer Strom fließt, wird daher mehr Paste für die flächige Schicht als erforderlich bzw. wirtschaftlich optimal gedruckt.
Neben Siebdruckformen, welche ein Gewebe aus Gewebefäden umfassen, sind auch Siebdruckformen bekannt, welche anstelle eines Gewebes eine perforierte Folie mit Öffnungen aufweisen. Bei einem Siebdruckprozess kann eine metallische Paste durch Öffnungen der Folie hindurch auf ein Solarzellensubstrat aufgedruckt werden.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Lösung für eine verbesserte Siebdruckform und für eine verbesserte Solarzelle mit einer durch Siebdruck erzeugten Kontaktstruktur anzugeben.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Weitere vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
Erfindungsgemäß wird eine Siebdruckform zum Herstellen einer Kontaktstruktur einer Solarzelle vorgeschlagen, welche ein Siebdruckgewebe aus Gewebefäden aufweist. Das Siebdruckgewebe ist ungleichmäßig mit unterschiedlichen Querschnittsabmessungen der Gewebefäden ausgebildet.
Eine solche Siebdruckform, bei welcher das flächige Siebdruckgewebe über die Fläche inhomogen ist und die Gewebefäden voneinander abweichende, unterschiedlich große Querschnittsabmessungen bzw. eine variierende Fadendicke aufweisen, kann mehrere Vorteile bieten. Relativ große Querschnittsabmessungen der Gewebefäden, welche in einem oder mehreren vorgegebenen Bereichen des Siebdruckgewebes vorliegen können, können für eine hohe Stabilität und Robustheit, und infolgedessen Beständigkeit des Gewebes und damit der Siebdruckform sorgen.
Demgegenüber können kleinere Querschnittsabmessungen der Gewebefäden, welche in einem oder mehreren anderen Bereichen vorliegen können, ein verbessertes Drucken einer Metallpaste sowie eine optimale Strukturübertragung ermöglichen. Des Weiteren kann in Betracht kommen, Gewebefäden mit großen Querschnittsabmessungen lokal für weniger Pastenauftrag, und Gewebefäden mit kleinen Querschnittsabmessungen lokal für mehr Pastenauftrag zu nutzen.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist das uneinheitliche Siebdruckgewebe derart ausgebildet, dass Querschnittsabmessungen von Gewebefäden in einem die herzustellende Kontaktstruktur umgebenden Bereich größer sind als Querschnittsabmessungen von Gewebefäden in einem anderen Bereich des Siebdruckgewebes. Beim Drucken von Kontaktstrukturen kann das Siebdruckgewebe bei jedem Siebdruckprozess an den Rand und eine hier vorliegende Kante eines Substrats der jeweiligen Solarzelle angedrückt werden, was mit einer mechanischen Beanspruchung des Gewebes in diesem Randbereich einhergehen kann. Durch eine Ausgestaltung des umlaufenden Bereichs bzw. Randbereichs des Siebdruckgewebes mit relativ großen Querschnittsabmessungen der Gewebefäden können hiermit verbundene Auswirkungen wie ein Reißen bzw. Durchreißen des Gewebes verzögert werden. Hieraus resultiert eine hohe Sieblebensdauer. In einem anderen, weiter innen liegenden und beispielsweise von dem Randbereich umschlossenen Bereich des Gewebes liegen hingegen kleinere Querschnittsabmessungen der Gewebefäden vor.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weist die Siebdruckform eine auf dem Siebdruckgewebe angeordnete Maskierungsschicht auf, welche das Siebdruckgewebe in durchlässige und undurchlässige Gewebebereiche unterteilt. Über eine solche Maskierungs- bzw. Schablonenschicht kann die Form einer auf ein Substrat einer Solarzelle aufzudruckenden Struktur vorgegeben werden. Hierbei kann eine Paste in einem oder mehreren (gegebenenfalls zusammenhängenden) durchlässigen Gewebebereichen auf das Substrat aufgedruckt werden.
Vorzugsweise sind Querschnittsabmessungen von Gewebefäden in einem zum Drucken einer Paste durchlässigen Gewebebereich kleiner als Querschnittsabmessungen von Gewebefäden in einem undurchlässigen Gewebebereich. Dadurch ist es möglich, einen Druckvorgang, in welchem Paste durch den durchlässigen Gewebebereich hindurch gedrückt und dadurch auf ein Substrat einer Solarzelle aufgedruckt wird, zu begünstigen. Der durchlässige Gewebebereich kann insbesondere relativ kleine Querschnittsabmessungen der Gewebefäden aufweisen, so dass die Paste relativ genau (zum Beispiel im Hinblick auf eine feine bzw. schmale Struktur) und/oder mit relativ gleichmäßiger Schichtoberfläche gedruckt werden kann.
Hinsichtlich des oben beschriebenen, die herzustellende Kontaktstruktur umgebenden Randbereichs des Siebdruckgewebes kann insbesondere der Randbereich mit einer solchen Maskierungsschicht bedeckt sein. Hierbei können relativ große Querschnittsabmessungen der in diesem Bereich maskierten Gewebefäden für eine hohe Stabilität der Siebdruckform sorgen, wohingegen kleine(re) Querschnittsabmessungen der Gewebefäden in einem angrenzenden durchlässigen Gewebebereich vorteilhaft für einen Siebdruckvorgang sein können.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist ein durchlässiger Gewebebereich ungleichmäßig mit unterschiedlichen Querschnittsabmessungen der Gewebefäden ausgebildet. Auf diese Weise kann in einem einzelnen Siebdruckschritt eine Paste ortsabhängig mit unterschiedlichen Schichtdicken bzw. mit variierender Schichtdicke auf ein Substrat einer Solarzelle aufgedruckt werden. Dadurch ist es beispielsweise möglich, eine Kontaktstruktur auf die jeweils vor Ort bzw. lokal fließenden elektrischen Ströme abzustimmen, wodurch ein überflüssiger Pastenmehrverbrauch vermieden werden kann. Der durchlässige Gewebebereich kann zum Beispiel Teilbereiche mit voneinander abweichenden Querschnittsabmessungen der Gewebefäden aufweisen. In einem Teilbereich mit kleinerem Fadenquerschnitt steht ein größeres offenes Volumen (d.h. bezogen auf ein Volumenelement im Gewebe) zum Durchdrücken einer Paste zur Verfügung als in einem Teilbereich mit größerem Fadenquerschnitt, was zum Drucken unterschiedlicher Schichtdicken ausgenutzt werden kann.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform umfasst ein durchlässiger Gewebebereich eine Anzahl an durchlässigen Gewebeabschnitten, in welchen die Gewebefäden gegenüber dem restlichen durchlässigen Gewebebereich andere (beispielsweise größere) Querschnittsabmessungen aufweisen. Derartige Gewebeabschnitte können relativ kleine (laterale) Abmessungen besitzen. Des Weiteren liegt eine Variation der Flächendichte und/oder der Größe der Gewebeabschnitte (über die Fläche) vor. Hierdurch kann eine entsprechende Variation des offenen Volumens bewirkt werden. Da die beim Drucken verwendete Paste zusammenfliesen kann, kann auf diese Weise ein Ausbilden einer zusammenhängenden Schicht mit variierender Schichtdicke erzielt werden. Dies hängt davon ab, wie weit bzw. dicht beieinander die Gewebeabschnitte zueinander liegen.
Das Aufbringen einer Paste mit variierender Schichtdicke kann gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform dadurch verwirklicht werden, dass ein durchlässiger Gewebebereich eine Anzahl an (relativ kleinen) Maskierungsstrukturen umfasst. Dabei wird ausgenutzt, dass die beim Drucken verwendete Paste auch unterhalb der Maskierungsstrukturen zusammenlaufen kann. Durch eine Variation der Flächendichte und/oder Größe der Maskierungsstrukturen kann auch hier eine Variation des offenen Volumens hervorgerufen, und folglich ein Ausbilden einer zusammenhängenden Schicht mit variierender Dicke ermöglicht werden.
Im Hinblick auf das Vorliegen unterschiedlicher Querschnittsabmessungen der Gewebefäden können unterschiedliche Ausgestaltungen vorgesehen sein. Es ist zum Beispiel denkbar, dass das Siebdruckgewebe mit zwei oder mehr, unterschiedlich großen Querschnittsabmessungen der Gewebefäden ausgebildet ist. Am Übergang von einem Fadenquerschnitt zu einem hiervon abweichenden Querschnitt kann eine abrupte oder stufenförmige Querschnittsänderung, oder auch eine kontinuierliche Querschnittsänderung vorliegen. Des Weiteren kann die Größe eines Fadenquerschnitts beispielsweise über einen größeren Bereich stetig variieren, oder kann ein Fadenquerschnitt beispielsweise in Teilbereichen kontinuierlich ab- oder zunehmen. Möglich ist auch eine Variation in kleineren Abstufungen.
Erfindungsgemäß wird des Weiteren ein Verfahren zum Herstellen einer Siebdruckform nach einer der vorstehend beschriebenen Ausgestaltungen vorgeschlagen. Das Verfahren umfasst ein Bereitstellen eines Siebdruckgewebes aus Gewebefäden und ein Ändern von Querschnittsabmessungen von Gewebefäden des Siebdruckgewebes. Hierdurch kann das Siebdruckgewebe auf gezielte Weise mit einer inhomogenen Form ausgebildet werden.
Die fertige Siebdruckform kann ferner einen Rahmen aufweisen, auf welchem das Gewebe angeordnet und aufgespannt ist. Vor dem Ändern der Querschnittsabmessungen kann daher vorgesehen sein, das Siebdruckgewebe aufzuspannen, mit einem solchen Rahmen zu verbinden, und ein Durchtrennen des Gewebes um den Rahmen herum durchzuführen, so dass lediglich ein auf und innerhalb des Rahmens befindlicher Teil des Gewebes auf dem Rahmen verbleibt.
In einer bevorzugten Ausführungsform umfasst das Ändern von Querschnittsabmessungen ein Verdünnen, insbesondere selektives Verdünnen von Gewebefäden. Das gezielte Verdünnen von Gewebefäden, was in wenigstens einem vorgegebenen Bereich erfolgen kann, bietet die Möglichkeit, ein ungleichmäßiges Siebdruckgewebe mit über die Gewebefläche unterschiedlichen bzw. unterschiedlich großen Querschnittsabmessungen der Gewebefäden auf einfache Weise herzustellen. Das (zuvor) bereitgestellte Siebdruckgewebe kann aus gleichartigen Gewebefäden mit relativ großen Querschnittsabmessungen ausgebildet sein. Die Gewebefäden können ferner relativ dicht gewebt sein. Ein solches „Ausgangsgewebe“ kann aufgrund der „dicken“ Gewebefäden mit einem relativ geringen Aufwand, und daher mit vergleichsweise geringen Kosten bereitgestellt werden. Durch das Verdünnen kann das Siebdruckgewebe nachfolgend auf eine mittels des Gewebes zu druckende Struktur abgestimmt werden. Es ist möglich, dass das Verdünnen keine oder nur eine relativ kleine (oder unwesentliche) Abnahme der Stabilität des Gewebes zur Folge hat. Ein Kostenaufwand aufgrund des Verdünnens kann durch das mögliche Bereitstellen des kostengünstigen Ausgangsgewebes kompensiert, oder auch überkompensiert werden. Eine Kompensation bzw. Überkompensation kann auch durch eine höhere Sieblebensdauer, oder durch die durch Einsatz der Siebdruckform technologisch ermöglichten Kontaktstrukturen mit höherem Ertrag erzielt werden.
Vorzugsweise umfasst das Verdünnen ein Ausbilden einer Maskierungsschicht auf dem Siebdruckgewebe und ein Durchführen eines Abtragungsprozesses unter Verwendung der Maskierungsschicht. Die Maskierungsschicht kann derart ausgebildet sein, dass das Siebdruckgewebe nur von einer Seite her maskiert ist, oder beidseitig maskiert ist und in maskierten Bereichen vollständig von der Maskierungsschicht umgeben ist. Möglich ist auch eine Kombination aus ein- bzw. beidseitiger Maskierung in verschiedenen Bereichen. Bei einer beidseitigen Maskierung können Teilschichten von unterschiedlichen Seiten her auf das Siebdruckgewebe aufgebracht werden, welche vorzugsweise aus demselben Material ausgebildet sind.
Hinsichtlich der bei dem Abtragungsprozess verwendeten Maskierungsschicht besteht die Möglichkeit, dass diese Schicht gleichzeitig als Maskierungs- bzw. Schablonenschicht bei der fertigen Siebdruckform dient, um durchlässige und undurchlässige Gewebebereiche für das Siebdruckgewebe vorzugeben. Hierbei kann es sich um eine Schicht aus einem Fotolackmaterial handeln, welche in einem oder mehreren Schritten auf das Siebdruckgewebe aufgebracht, und nachfolgend auf fotolithographische Weise oder durch Verwendung eines Lasers strukturiert werden kann.
Möglich ist es jedoch auch, dass es sich um unterschiedliche Schichten handelt, welche gegebenenfalls auch andere (laterale) Formen und Strukturen umfassen können. Bei dem Herstellungsverfahren kann daher vorgesehen sein, im Anschluss an das Verdünnen die bei dem Abtragungsprozess verwendete Maskierungsschicht von dem Siebdruckgewebe zu entfernen, und eine weitere für den (eigentlichen) Siebdruck vorgesehene Maskierungsschicht auf das Siebdruckgewebe aufzubringen.
Des Weiteren ist die Möglichkeit gegeben, das Verdünnen von Gewebefäden mehrfach durchzuführen, um zum Beispiel verschiedene (Teil-)Bereiche des Siebdruckgewebes unterschiedlich stark zu verdünnen. Dies kann zum Beispiel mit Hilfe von verschiedenen, auf das Siebdruckgewebe aufgebrachten Maskierungsschichten und Durchführen von Abtragungsprozessen mit den jeweiligen Maskierungsschichten erfolgen.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform umfasst das Verdünnen ein Ätzen von Gewebefäden. Das Ätzen, was bei einer Ausgestaltung der Gewebefäden in Form von metallischen Drähten vorgesehen sein kann, kann auf unterschiedliche Art und Weise erfolgen. Möglich ist zum Beispiel das Durchführen eines nasschemischen Ätzprozesses oder eines Plasma- bzw. Trockenätzprozesses. Ein bei dem Ätzen stattfindender Materialabtrag kann ferner isotrop oder anisotrop sein.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform umfasst das Verdünnen ein (teilweises) Auflösen von Material von Gewebefäden. Bei einer Ausgestaltung der Gewebefäden aus einem Kunststoffmaterial, oder auch aus mehreren unterschiedlichen Kunststoffmaterialien, kann das Auflösen mit Hilfe eines Lösungsmittels durchgeführt werden. Bei einer Ausgestaltung der Gewebefäden in Form von metallischen Drähten kann das Verdünnen durch elektrochemische Auflösung, auch als anodische Reduktion bezeichnet, erfolgen.
Für das Verdünnen von Gewebefäden kann des Weiteren in Betracht gezogen werden, das Siebdruckgewebe mit einem zum Ätzen verwendeten Ätzmittel oder mit einem Lösungsmittel lokal anzuströmen. Auf diese Weise kann ein lokales oder lokal unterschiedliches Verdünnen von Gewebefäden bewirkt werden.
Ein vergleichbarer Effekt kann dadurch erzielt werden, dass das Siebdruckgewebe lokal erwärmt wird. Hierdurch kann ein Ätzen oder Auflösen lokal begünstigt oder beschleunigt werden. Möglich ist es auch, das Siebdruckgewebe lokal zu kühlen. Hierdurch kann ein Ätzen oder Auflösen lokal benachteiligt oder verlangsamt werden.
Ein Verdünnen kann darüber hinaus auch auf andere Art und Weise durchgeführt werden. Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform wird vorgeschlagen, das Verdünnen durch lokales Bestrahlen des Siebdruckgewebes mit einem Laser durchzuführen.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform umfasst das Ändern der Querschnittsabmessungen ein Verdicken von Gewebefäden. Dies kann, bei Vorliegen von elektrisch leitfähigen bzw. metallischen Gewebefäden, durch eine elektrochemische Abscheidung bzw. durch Elektroplattieren durchgeführt werden.
Das Verdicken kann ebenfalls unter Verwendung einer ein- und/oder beidseitigen Maskierungsschicht erfolgen, wodurch sich auf gezielte Weise ein oder mehrere Bereiche des Siebdruckgewebes selektiv verdicken lassen. Es ist ferner möglich, das Verdicken mit dem oben beschriebenen Verdünnen zu kombinieren. Beispielsweise kann in Betracht kommen, ein bereitgestelltes Siebdruckgewebe gezielt in unterschiedlichen Bereichen zu verdicken und zu verdünnen, um das Siebdruckgewebe im Hinblick auf Gesichtspunkte wie eine hohe Stabilität, ein verbessertes Drucken und/oder ein Drucken mit unterschiedlichen Schichtdicken auszubilden. Eine weitere mögliche Variante besteht darin, ein kostengünstiges Siebdruckgewebe mit „dicken“ Gewebefäden bereitzustellen, das gesamte Gewebe zunächst einheitlich durch zum Beispiel Ätzen oder Auflösen zu verdünnen, und nachfolgend selektiv im Hinblick auf einen oder mehrere der vorstehend genannten Gesichtspunkte zu verdicken.
Neben dem Verwenden einer Maskierung können auch weitere Details, welche in Bezug auf das Verdünnen beschrieben sind, in analoger Weise für das Verdicken in Betracht kommen. Beispielsweise ist es möglich, im Anschluss an ein Verdicken die hier verwendete Maskierungsschicht von dem Siebdruckgewebe zu entfernen, und eine weitere für den (eigentlichen) Siebdruck vorgesehene Maskierungsschicht aufzubringen. Ferner kann das Verdicken gegebenenfalls mehrfach durchgeführt, und mit unterschiedlichen Maskierungsschichten durchgeführt werden.
Erfindungsgemäß wird eine weitere Siebdruckform zum Herstellen einer Kontaktstruktur einer Solarzelle vorgeschlagen, welche eine Folie umfassend (wenigstens) einen perforierten Folienbereich mit Öffnungen aufweist. Der perforierte Folienbereich ist ungleichmäßig mit unterschiedlichen Öffnungsgraden ausgebildet.
Eine solche Siebdruckform, bei welcher der perforierte Folienbereich inhomogen ist und über die Fläche unterschiedliche Öffnungsgrade aufweist, kann in gleicher Weise zum Drucken einer Metallpaste mit unterschiedlichen Schichtdicken bzw. mit variierender Schichtdicke auf ein Substrat einer Solarzelle verwendet werden. Dadurch ist es beispielsweise möglich, eine Kontaktstruktur auf die jeweils vor Ort bzw. lokal fließenden elektrischen Ströme abzustimmen, wodurch ein überflüssiger Pastenmehrverbrauch vermieden werden kann. Unter den Begriff Öffnungsgrad, was auch als Perforationsgrad oder Öffnungsanteil bezeichnet werden kann, fällt das Verhältnis aus der lediglich von Öffnungen eines bestimmten Flächenbereichs eingenommenen Fläche zur gesamten Fläche des betreffenden Flächenbereichs. In einem Teilbereich mit einem größeren Öffnungsgrad steht folglich ein größeres offenes Volumen zum Durchdrücken einer Paste zur Verfügung als in einem Teilbereich mit einem kleineren Öffnungsgrad.
In einer bevorzugten Ausführungsform weisen Öffnungen der Folie in dem perforierten Folienbereich eine unterschiedliche (laterale) Größe auf. Der perforierte Folienbereich kann zum Beispiel einen ersten und einen zweiten Teilbereich aufweisen, wobei Öffnungen des ersten Teilbereichs eine erste Größe und Öffnungen des zweiten Teilbereichs eine hiervon abweichende zweite Größe aufweisen. Dadurch können die beiden Teilbereiche unterschiedliche Öffnungsgrade besitzen. Die Flächendichte in den Teilbereichen kann hingegen gleich sein.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weist der perforierte Folienbereich eine unterschiedliche Flächendichte der Öffnungen auf. Der perforierte Folienbereich kann zum Beispiel einen ersten und einen zweiten Teilbereich aufweisen, wobei in dem ersten Teilbereich eine erste Flächendichte der Öffnungen und in dem zweiten Teilbereich eine hiervon abweichende zweite Flächendichte der Öffnungen vorliegt. Auch auf diese Weise können unterschiedliche Öffnungsgrade in den beiden Teilbereichen vorliegen. Dabei kann vorgesehen sein, dass die Öffnungen der beiden Teilbereiche jeweils die gleiche Größe aufweisen.
Die vorstehend genannten Ausführungsformen können auch mit einer größeren Anzahl an unterschiedlichen Teilbereichen verwirklicht sein. Des Weiteren sind auch Kombinationen möglich, gemäß welchen der perforierte Folienbereich sowohl unterschiedlich große Öffnungen als auch unterschiedliche Flächendichten der Öffnungen aufweist.
Im Hinblick auf die folienbasierte Siebdruckform können oben zu der gewebebasierten Siebdruckform genannten Ausgestaltungen in analoger Weise zur Anwendung kommen. Beispielsweise kann der perforierte Folienbereich mit zwei oder mehr unterschiedlichen Öffnungsgraden (verwirklicht durch unterschiedliche Größen und/oder Flächendichten der Öffnungen) ausgebildet sein. Ferner ist es denkbar, dass der Öffnungsgrad über einen größeren Bereich oder in Teilbereichen im Wesentlichen stetig variiert, bzw. zu oder abnimmt. Möglich ist ferner eine Variation in kleineren Abstufungen.
Des Weiteren kann der perforierte Folienbereich eine Anzahl an Teilbereichen aufweisen, in welchen gegenüber dem restlichen perforierten Folienbereich ein anderer Öffnungsgrad vorliegt. Über eine Variation der Flächendichte und/oder der Größe derartiger Teilbereiche kann auch hier ein Drucken einer zusammenhängenden Schicht mit variierender Schichtdicke erzielt werden.
Darüber hinaus kann in Betracht kommen, dass die Siebdruckform eine auf der Folie angeordnete Maskierungsschicht und/oder im Bereich des perforierten Folienbereichs zusätzliche Maskierungsstrukturen aufweist, wobei eine Variation der Flächendichte und/oder der Größe der Maskierungsstrukturen vorliegt.
Erfindungsgemäß wird des Weiteren ein Verfahren zum Herstellen einer folienbasierten Siebdruckform nach einer der vorstehend beschriebenen Ausgestaltungen vorgeschlagen. Das Verfahren umfasst ein Bereitstellen einer Folie, und ein Ausbilden von Öffnungen in der Folie zum Erzeugen eines perforierten Folienbereichs. Hierdurch kann die Folie auf gezielte Weise mit einer inhomogenen Form ausgebildet werden. Bei der Folie kann es sich zum Beispiel um eine Metallfolie handeln.
Das Ausbilden der Öffnungen in der Folie kann auf unterschiedliche Art und Weise erfolgen. Hierzu kann zum Beispiel vorgesehen sein, einen Ätzprozess durchzuführen, die Folie mit einem Laser oder einem Ionenstrahl zu bestrahlen, oder die Folie mechanisch zu durchbohren. Das mechanische Durchbohren kann zum Beispiel durch Stanzen bzw. mit Hilfe eines Nadelbetts erfolgen. Bei dem Ätzprozess kann eine geeignete strukturierte Maskierungsschicht zum Einsatz kommen. Es ist möglich, unterschiedliche Prozesse an ein und derselben Folie durchzuführen, in welchen zum Beispiel unterschiedlich große Öffnungen ausgebildet werden.
Die fertige folienbasierte Siebdruckform kann ferner einen Rahmen aufweisen, auf welchem die Folie angeordnet ist. Vor dem Ausbilden der Öffnungen kann daher vorgesehen sein, die Folie mit einem solchen Rahmen zu verbinden.
Erfindungsgemäß wird des Weiteren eine Solarzelle vorgeschlagen, welche ein Substrat und eine auf dem Substrat angeordnete Kontaktstruktur aufweist. Die Kontaktstruktur umfasst eine metallische Schicht, welche unterschiedliche Schichtdicken aufweist und mit Hilfe eines Siebdruckprozesses unter Verwendung einer gewebebasierten oder folienbasierten Siebdruckform gemäß einer der oben beschriebenen Ausgestaltungen ausgebildet ist.
Die Verwendung einer gewebebasierten Siebdruckform mit einem über die Siebfläche ungleichmäßigen Siebdruckgewebe macht es möglich, die metallische Schicht mit inhomogener Schichtdicke mit Hilfe eines einzelnen Siebdruckschritts auf das Substrat der Solarzelle aufzudrucken. Dies ist in gleicher Weise bei Verwendung einer folienbasierten Siebdruckform mit einer ungleichmäßig perforierten Folie möglich. Hierbei kann die Schichtdicke der metallischen Schicht zum Beispiel in einem Bereich stetig variieren. Ein weiteres Beispiel ist eine Ausgestaltung, bei der die metallische Schicht in einem Bereich eine erste Schichtdicke und in einem angrenzenden Bereich eine hiervon abweichende zweite Schichtdicke aufweist. Durch das Vorsehen unterschiedlicher Schichtdicken kann eine Prozess- und/oder eine Zelloptimierung erzielt werden. Hierbei kann die metallische Schicht auf unterschiedliche Gesichtspunkte hin abgestimmt sein, beispielsweise die Höhe des in der Schicht fließenden Stroms, wirtschaftliche Aspekte bzw. eine Materialeinsparung, eine effiziente Kontaktanbindung der metallischen Schicht an das Substrat, eine hohe Kontaktqualität, eine hohe mechanische Stabilität im Verbund mit einem Zellverbinder, usw.
Bei der Kontaktstruktur kann es sich um eine rückseitige Kontaktstruktur handeln, welche die metallische Schicht und mehrere zum Verbinden mit Zellverbindern vorgesehene Kontaktelemente („Busbars“) umfasst. Die metallische Schicht ist hierbei flächig ausgebildet.
Vorzugsweise weist die metallische Schicht im Bereich der Kontaktelemente eine größere Schichtdicke auf als in einem beabstandeten Bereich zu den Kontaktelementen. Die metallische Schicht kann zum Beispiel in Teilabschnitten eine stetig ansteigende Dicke in Richtung der Kontaktelemente aufweisen, was mit einer entsprechenden Verringerung des elektrischen Widerstands der Schicht verbunden ist. Hierdurch ist auf materialsparende Weise berücksichtigt, dass der durch die metallische Schicht zu transportierende Strom zu den Kontaktelementen bzw. Busbars hin kontinuierlich zunimmt.
Die metallische Schicht der rückseitigen Kontaktstruktur kann ferner zum Beispiel flächig an das Substrat der Solarzelle angebunden sein, so dass eine flächige Kontaktierung vorliegt. Möglich ist jedoch auch eine lokale Kontaktierung.
In dieser Hinsicht ist gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform vorgesehen, dass das Substrat an einer Rückseite eine dielektrische Passivierungsschicht aufweist, auf welcher die Kontaktstruktur angeordnet ist. Eine solche Rückseitenpassivierung ermöglicht einen hohen Wirkungsgrad der Solarzelle. Die metallische Schicht der Kontaktstruktur ist an mehreren Kontaktstellen durch die Passivierungsschicht an das Substrat angeschlossen. Des Weiteren weist die metallische Schicht im Bereich einer Kontaktstelle und in einem hieran angrenzenden Bereich unterschiedliche Schichtdicken auf. Eine solche Ausgestaltung kann für sämtliche (oder im Wesentlichen sämtliche) Kontaktstellen in Betracht kommen. Durch das Vorsehen unterschiedlicher Schichtdicken, was in gleicher Weise durch Verwendung einer Siebdruckform mit einem inhomogenen Siebdruckgewebe oder mit einer inhomogen perforierten Folie ermöglicht wird, kann im Bereich der Kontaktstelle(n) eine geeignete Schichtdicke vorliegen, welche zum Beispiel im Hinblick auf ein effizientes Anschließen der metallischen Schicht an das Substrat der Solarzelle abgestimmt ist.
Bei der Kontaktstruktur mit der dickenvariierten metallischen Schicht kann es sich auch um eine vorderseitige Kontaktstruktur handeln. Hierbei kann die metallische Schicht in Form von Kontaktelementen bzw. Busbars zum Anschließen von Zellverbindern und mit den Busbars verbundenen Kontaktfingern vorliegen. Es kann insbesondere vorgesehen sein, die Kontaktfinger relativ schmal und mit einer großen Schichtdicke, und die Busbars demgegenüber breiter und mit kleinerer Schichtdicke auszubilden. Hierbei kann die dünne Form der Kontaktfinger für eine möglichst geringe Abschattung der Vorderseite der Solarzelle sorgen, und kann die große Schichtdicke das Vorliegen eines kleinen elektrischen Widerstands ermöglichen. Alternativ ist es möglich, dass die schmalen Kontaktfinger einen stromangepassten Leiterquerschnitt mit in Richtung der Busbars ansteigender Dicke aufweisen. Derartig ausgebildete vorderseitige Kontaktstrukturen können ebenfalls in einem einzelnen Siebdruckschritt bei Verwendung einer Siebdruckform mit einem uneinheitlichen Siebdruckgewebe oder mit einer uneinheitlich perforierten Folie gedruckt werden.
Die vorstehend erläuterten Merkmale und/oder die in den Unteransprüchen wiedergegebenen Aus- und Weiterbildungen der Erfindung können – außer zum Beispiel in Fällen eindeutiger Abhängigkeiten oder unvereinbarer Alternativen – einzeln oder aber auch in beliebiger Kombination miteinander zur Anwendung kommen.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Figuren näher erläutert. Es zeigen:
1 eine schematische seitliche Darstellung einer Solarzelle;
2 eine schematische Darstellung einer Vorderseite einer Solarzelle mit einer vorderseitigen Kontaktstruktur;
3 eine schematische Aufsichtsdarstellung einer Siebdruckform;
4 bis 6 einen Siebdruckprozess zum Bedrucken eines Substrats einer Solarzelle, jeweils in einer schematischen seitlichen Darstellung;
7 und 8 schematische seitliche Darstellungen eines ungleichmäßigen Siebdruckgewebes mit unterschiedlich großen Querschnittsabmessungen von Gewebefäden;
9 ein Ablaufdiagramm zur Veranschaulichung von Schritten eines Verfahrens zum Herstellen einer Siebdruckform;
10 bis 12 ein Verdünnen von Gewebefäden eines einseitig maskierten Siebdruckgewebes;
13 bis 15 ein Verdünnen von Gewebefäden eines beidseitig maskierten Siebdruckgewebes;
16 und 17 ein Verdicken von Gewebefäden eines beidseitig maskierten Siebdruckgewebes;
18 eine schematische Darstellung einer Rückseite einer Solarzelle mit einer rückseitigen Kontaktstruktur, welche eine flächige Schicht und mehrere Busbars umfasst;
19 eine schematische seitliche Darstellung der rückseitigen Kontaktstruktur von 18, wobei die flächige Schicht eine variierende Schichtdicke aufweist;
20 eine schematische Darstellung eines maskierten Siebdruckgewebes zum Erzeugen der flächigen Schicht mit variierender Schichtdicke der 18 und 19;
21 eine schematische Darstellung einer Rückseite einer Solarzelle mit einer weiteren rückseitigen Kontaktstruktur umfassend eine flächige Schicht und mehrere Busbars;
22 eine schematische seitliche Darstellung der rückseitigen Kontaktstruktur von 21, wobei die flächige Schicht eine variierende Schichtdicke aufweist;
23 eine schematische Darstellung eines maskierten Siebdruckgewebes zum Erzeugen der flächigen Schicht mit variierender Schichtdicke der 21 und 22;
24 eine schematische seitliche Darstellung einer Rückseite einer Solarzelle mit einer Passivierungsschicht und einer flächigen Schicht, welche das Substrat der Solarzelle an mehreren Stellen lokal kontaktiert;
25 und 26 das Erzeugen eines lokalen Kontakts zwischen der flächigen Schicht und dem Substrat, wobei die flächige Schicht eine größere Schichtdicke im Bereich der Kontaktstelle aufweist, jeweils in einer schematischen seitlichen Darstellung;
27 und 28 das Erzeugen eines lokalen Kontakts zwischen der flächigen Schicht und dem Substrat, wobei die flächige Schicht eine kleinere Schichtdicke im Bereich der Kontaktstelle aufweist, jeweils in einer schematischen seitlichen Darstellung;
29 und 30 das Erzeugen eines lokalen Kontakts zwischen der flächigen Schicht und dem Substrat mit Hilfe eines Lasers, wobei die flächige Schicht eine kleinere Schichtdicke im Bereich der Kontaktstelle aufweist, jeweils in einer schematischen seitlichen Darstellung;
31 und 32 das Erzeugen eines lokalen Kontakts zwischen der flächigen Schicht und dem Substrat mit Hilfe eines Lasers, wobei die flächige Schicht eine größere Schichtdicke im Bereich der Kontaktstelle aufweist, jeweils in einer schematischen seitlichen Darstellung;
33 und 34 schematische seitliche Darstellungen möglicher Ausgestaltungen einer vorderseitigen Kontaktstruktur mit variierender Schichtdicke; und
35 und 36 schematische Aufsichtsdarstellungen von ungleichmäßig perforierten Folien einer folienbasierten Siebdruckform.
Anhand der folgenden Figuren werden mögliche Ansätze beschrieben, die Herstellung von Kontaktstrukturen von Solarzellen zu verbessern. Vorteile, die hierdurch erreicht werden können, sind die Einsparung von Prozess- bzw. Materialkosten und/oder ein erhöhter Wirkungsgrad der Solarzellen. Möglich ist ferner das Erzielen eines wirtschaftlichen Optimums aus Kostenaufwand und Wirkungsgradgewinn.
1 zeigt eine schematische seitliche Darstellung einer Ausführungsform einer Solarzelle 100. Die Solarzelle 100 weist ein Substrat 110 aus Silizium auf, in welchem zwei Bereiche 111, 112 mit unterschiedlicher Leitfähigkeit bzw. Dotierung ausgebildet sind. Zwischen den beiden Bereichen, welche als Basis 111 und Emitter 112 bezeichnet werden, besteht ein p-n-Übergang, wodurch ein inneres elektrisches Feld in dem Substrat 110 vorliegt. Auf diese Weise können durch Strahlungsabsorption in dem Substrat 110 erzeugte freie Ladungsträger voneinander getrennt, und dadurch zur Stromgewinnung genutzt werden.
Zur Kontaktierung der Pole des p-n-Übergangs (d.h. Basis 111 und Emitter 112) weist die Solarzelle 100 metallische Kontaktstrukturen im Bereich der Vorder- und Rückseite auf. An der Vorderseite, welche im Betrieb der Solarzelle 100 einer Lichtstrahlung zugewandt ist, ist eine Kontaktstruktur 120 vorgesehen. Die Kontaktstruktur 120 umfasst, wie in der Aufsichtsdarstellung von 2 gezeigt ist, eine gitterförmige Anordnung aus linienförmigen Kontaktelementen 121, welche im Folgenden als Kontaktfinger 121 bezeichnet werden. Die dünne Linienform dient dazu, eine Abschattung der Vorderseite der Solarzelle 100 möglichst gering zu halten. Die Vorderseitenmetallisierung 120 umfasst des Weiteren mehrere (beispielsweise drei) mit den Kontaktfingern 121 verbundene, quer zu diesen verlaufende und eine größere Breite aufweisende streifenförmige Kontaktelemente 122, welche im Folgenden als Busbars 122 bezeichnet werden. Die Busbars 122 werden zum Anschließen von Zellverbindern verwendet, um Solarzellen 100 untereinander zu verbinden (nicht dargestellt).
Wie in 1 dargestellt ist, weist das Substrat 110 an der Vorderseite ferner eine dielektrische Antireflexionsschicht 115 auf. Auf diese Weise können eine Strahlungsreflexion und hiermit verbundene Ausbeuteverluste verringert werden. Die vorderseitige Kontaktstruktur 120 bzw. (zumindest) die Kontaktfinger 121 sind zumindest punktuell durch die Antireflexionsschicht 115 hindurch an das Substrat 110 angebunden.
An der der Vorderseite entgegen gesetzten Rückseite des Substrats 110 ist wie in 1 gezeigt eine Kontaktstruktur 130 mit einer flächigen Schicht 131 angeordnet. Die rückseitige Kontaktstruktur 130 umfasst darüber hinaus mit der Schicht 131 verbundene weitere Kontaktelemente bzw. Busbars zum Anschließen von Zellverbindern. Eine mögliche Ausgestaltung mit mehreren (beispielsweise ebenfalls drei) streifenförmigen Busbars 132 ist in der Aufsicht in 18 gezeigt. Eine andere Ausgestaltung mit mehreren (beispielsweise neun) Busbars 133 in Form von auf (drei) gemeinsamen Geraden angeordneten Streifensegmenten ist in 21 gezeigt. Es wird darauf hingewiesen, dass bei der Solarzelle 100 die vorder- und rückseitigen Busbars 122, 132, 133 in der gleichen Richtung verlaufen, d.h. 18 zeigt eine gegenüber 21 (und 2) um einen rechten Winkel gedrehte Orientierung. Die Rückseitenmetallisierung 130 kann direkt auf dem Substrat 110 angeordnet sein und dieses somit flächig kontaktieren. Alternativ kann das Substrat 110 an der Rückseite eine dielektrische Passivierungsschicht 117 aufweisen, und kann lediglich eine lokale Kontaktierung vorliegen (vgl. 24). Hierauf wird weiter unten noch näher eingegangen.
Das Herstellen der metallischen Kontaktstrukturen 120, 130 kann im Rahmen von kostengünstigen Siebdruckprozessen erfolgen. Hierbei kommen entsprechende Siebdruckformen zum Einsatz, um eine metallische Paste entsprechend des jeweils vorgesehenen Kontaktmusters auf der Vorder- oder Rückseite des Substrats 110 aufzudrucken. Das zu bedruckende Substrat 110 weist (bereits) die in 1 gezeigte Basis-Emitter-Struktur und eine Antireflexionsschicht 115 an der Vorderseite, sowie gegebenenfalls weitere Strukturen wie zum Beispiel eine Rückseitenpassivierung, auf.
Für die vorderseitige Kontaktstruktur 120 kann das Aufdrucken einer silberhaltigen Paste vorgesehen sein. Hierbei können die Kontaktfinger 121 und Busbars 122 in einem gemeinsamen Siebdruckschritt gedruckt werden. Für die rückseitige Kontaktstruktur 130 kann das Aufdrucken einer silberhaltigen Paste für die Busbars 132, 133, und das (nachfolgende) Aufdrucken einer aluminiumhaltigen Paste für die flächige Schicht 131 vorgesehen sein. Die Schicht 131 ist dabei im Bereich der Busbars 132, 133 weggelassen bzw. geöffnet, und kann die Busbars 132, 133 am Rand geringfügig überlappen.
Die nach dem Drucken zunächst noch in pastöser Form vorliegenden Kontaktstrukturen 120, 130 werden des Weiteren nach jedem Druckschritt getrocknet, und können nachfolgend einem gemeinsamen Temperatur- bzw. Ofenprozess, auch als „Durchfeuern“ bezeichnet, unterzogen werden. Auf diese Weise kann ein elektrisches Anbinden der auf die Antireflexionsschicht 115 gedruckten Kontaktstruktur 120 durch die Antireflexionsschicht 115 hindurch zu dem Emitter 112 des Substrats 110 bewirkt werden. Auch die rückseitige Kontaktstruktur 130 kann in dem gemeinsamen Temperaturprozess an die Basis 111 des Substrats 110 angebunden werden.
3 zeigt eine schematische Aufsichtsdarstellung einer zum Drucken einer Kontaktanordnung der Solarzelle 100 einsetzbaren Siebdruckform 200. Die Siebdruckform 200 weist ein flächiges Siebdruckgewebe 210 auf, welches am Rand auf einem rechteckförmigen oder quadratischen Rahmen 205 angeordnet und aufgespannt ist. Das Siebdruckgewebe 210 ist in Form eines Maschengeflechts aus einer Vielzahl aus sich kreuzenden Gewebefäden 211 ausgebildet. Die Gewebefäden 211 können sich dabei abwechselnd übergreifen und untergreifen (vgl. 7 und 8). Die Gewebefäden 211 können aus einem metallischen Material (insbesondere Stahl), oder aus einem oder mehreren Kunststoffmaterialien ausgebildet sein. Das Siebdruckgewebe 210 ist des Weiteren in bestimmten Bereichen maskiert, um eine metallische Paste entsprechend eines vorgegebenen Musters drucken zu können (nicht dargestellt in 3). Dies wird im Folgenden näher beschrieben.
Die 4 bis 6 zeigen schematisch das Durchführen eines Siebdruckprozesses mit der Siebdruckform 200, wobei eine metallische Paste 235 auf das Substrat 110 der Solarzelle 100 gedruckt wird. Die Siebdruckform 200 und deren Gewebe 210 weisen größere laterale Abmessungen als das Substrat 110 auf. Abweichend von der Darstellung in den 4 bis 6 kann die Siebdruckform 200 wesentlich größer bzw. breiter als das Substrat 110 sein.
Die Siebdruckform 200 weist eine auf dem Siebdruckgewebe 210 angeordnete strukturierte Maskierungsschicht 220 auf, welche das Siebdruckgewebe 210 teilweise verschließt. Die als Schablone dienende Maskierungsschicht 220 ragt vorzugsweise (zumindest) an der dem Rahmen 205 abgewandten und dem Substrat 110 gegenüberliegenden Seite über das Siebdruckgewebe 210 hinaus, wodurch beim Drucken eine entsprechende Abdichtung des Druckbereichs möglich ist. Ein über das Gewebe 210 hervorstehender Teil der Schicht 220 kann eine Dicke in einem Bereich von zum Beispiel 0µm bis 50µm aufweisen. Durch die Maskierungsschicht 220 kann das Siedruckgewebe 210 in für die Paste 235 undurchlässige Gewebebereiche 241, 242 und durchlässige Gewebebereiche 243 unterteilt sein. Hierdurch kann die Form der auf das Substrat 110 zu druckenden Struktur festgelegt werden. Die Maskierungsschicht 220 kann beispielsweise aus einem Fotolackmaterial ausgebildet, und durch Belichten und Entwickeln strukturiert sein. Möglich ist ferner ein Strukturieren durch Verwendung eines Lasers. Eine solche Schicht wird auch als Emulsion bezeichnet.
Maskiert kann insbesondere ein am Rand vorliegender bzw. sich zum Rand des Gewebes 210 erstreckender und die zu druckende Kontaktstruktur umgebender Bereich 241 sein, welcher im Folgenden als Randbereich 241 bezeichnet wird. Der maskierte Randbereich 241 kann den Rand des zu bedruckenden Substrats 110 abweichend von der Darstellung in den 4 bis 6 nur relativ wenig nach innen überlappen, wodurch eine Struktur relativ nah an den Rand des Substrats 110 gedruckt werden kann. Zusätzlich zu dem maskierten Randbereich 241 kann die Siebdruckform 200 weitere, weiter innen liegende maskierte Gewebebereiche 242 aufweisen, von denen in den 4 bis 6 lediglich ein einzelner Gewebebereich 242 veranschaulicht ist.
Die maskierten Gewebebereiche 241, 242 und offenen Gewebebereiche 243 der Siebschablone 200 können (sämtlich oder zum Teil) voneinander separat, oder auch zusammenhängend sein, und daher Teilbereiche eines gemeinsamen maskierten oder nicht maskierten Bereichs darstellen. Die Form der Bereiche 241, 242, 243 hängt dabei von der jeweils zu druckenden Struktur ab.
Eine mögliche Ausgestaltung der Siebdruckform 200 zum Drucken der vorderseitigen Kontaktstruktur 120 von 2 kann einen undurchlässigen Randbereich 241, einen gemeinsamen durchlässigen Gewebebereich 243 für die Kontaktfinger 121 und Busbars 122, und dazwischen vorliegende (und gegebenenfalls mit dem Randbereich 241 verbundene) undurchlässige Gewebebereiche 242 umfassen. Bei einer Ausgestaltung zum Drucken von rückseitigen Busbars 132, 133 (vgl. 18, 21) kann im Wesentlichen das gesamte Siebdruckgewebe 210 bis auf die Busbars 132, 133 maskiert sein, so dass ein zusammenhängender maskierter Gewebebereich 241, 242 vorliegt, innerhalb dessen mehrere durchlässige Gewebebereiche 243 (für die Busbars 132, 133) vorgesehen sind. Bei einer Ausgestaltung zum Drucken der rückseitigen flächigen Schicht 131 (vgl. 18, 21) kann ein maskierter Randbereich 241 vorliegen, welcher einen relativ großen zusammenhängenden durchlässigen Gewebebereich 243 umschließt, innerhalb dessen mehrere undurchlässige Gewebebereiche 242 (zum Aussparen der Busbars 132, 133) vorgesehen sind (vgl. 20 und 23).
Wie des Weiteren in den 4 bis 6 gezeigt ist, kommen bei dem Siebdruckprozess ferner zwei Rakel 291, 292 zum Einsatz, welche im Folgenden als Druckrakel 291 und Flutrakel 292 bezeichnet werden. Diese Komponenten, d.h. die Rakel 291, 292, die Siedruckform 200 und weitere Elemente (beispielsweise nicht gezeigte Halteeinrichtungen zum Halten der Rakel 291, 292 und des Substrats 110) sind in einer entsprechenden Siebdruckvorrichtung angeordnet oder stellen Bestandteile einer solchen Vorrichtung dar. Die Flutrakel 292 dient zum Verteilen der Paste 235 auf dem Siebdruckgewebe 210 („Fluten“). Dies ist in 4 angedeutet, wobei die Flutrakel 292 in einem relativ kleinen Abstand über das Gewebe 210 (in 4 von rechts nach links) bewegt wird. Die zum eigentlichen Drucken verwendete Druckrakel 291 befindet sich dabei in einem Abstand zu dem Siebdruckgewebe 210.
Nach dem Verteilen wird die Paste 235 wie in 5 gezeigt mit Hilfe der Druckrakel 291 auf das Substrat 110 übertragen. Dabei drückt die Druckrakel 291 das Siebdruckgewebe 210 nach unten in Richtung des Substrats 110, und wird die Druckrakel 291 gleichzeitig über das Siebdruckgewebe 210 bewegt (in 5 von links nach rechts). Auf diese Weise kann die Paste 235 in dem oder den durchlässigen Gewebebereich(en) 243 auf das Substrat 110 aufgedruckt werden. Hierbei ist die Flutrakel 292 relativ weit beabstandet zu dem Siebdruckgewebe 210.
Durch Überstreichen des Siebdruckgewebes 210 mit der Druckrakel 291 kann die Paste 235 entsprechend dem durch die Maskierungsschicht 220 vorgegebenen Muster auf das Substrat 110 gedruckt werden. Hieran anschließend kann die Druckrakel 291 wie in 6 gezeigt wieder von dem Siebdruckgewebe 210 abgehoben, und kann das Flutrakel 292 zum (erneuten) Verteilen von restlicher sowie gegebenenfalls zusätzlich hinzugefügter Paste 235 verwendet werden, um einen nachfolgenden Druckvorgang mit einem weiteren Substrat 110 durchführen zu können.
Herkömmlicherweise weist eine gewebebasierte Siebdruckform ein Gewebe mit Gewebefäden einheitlicher Dicke bzw. mit übereinstimmenden Querschnittsabmessungen der Gewebefäden auf. Je nach Fadendicke können hierbei Probleme wie eine relativ geringe Stabilität und Sieblebensdauer, oder ein schlechtes Druckergebnis auftreten. Um derartige Nachteile verhindern oder zumindest einschränken zu können, ist für die hier beschriebene Siebdruckform 200 eine Ausgestaltung mit einem ungleichmäßig ausgebildeten, dickenvariierten Siebdruckgewebe 210 vorgesehen. Dabei weisen die Gewebefäden 211 über die Fläche bzw. in unterschiedlichen Bereichen des Gewebes 210 unterschiedlich große Querschnittsabmessungen auf. Dies wird im Folgenden anhand der 7 und 8 näher beschrieben.
7 zeigt ausschnittsweise eine schematische seitliche Darstellung einer möglichen inhomogenen Ausgestaltung für das Siebdruckgewebe 210 der Siebdruckform 200. Das Siebdruckgewebe 210 ist teilweise beidseitig mit einer Maskierungsschicht 220 maskiert, so dass in der oben beschriebenen Art und Weise undurchlässige und durchlässige Gewebebereiche 241, 242, 243 vorliegen können. Die Gewebefäden 211 weisen in dem (wenigstens einen) durchlässigen Gewebebereich 243 kleinere Querschnittsabmessungen auf als in dem oder den (angrenzenden) undurchlässigen Gewebebereich(en) 241, 242.
Anstelle der gezeigten beidseitigen Ausgestaltung kann die Maskierungsschicht 220 lediglich einseitig auf dem Gewebe 210 angeordnet sein (vgl. 10 bis 12 mit der Schicht 221). In diesem Fall kann ebenfalls vorgesehen sein, dass die Maskierungsschicht 220 an der dem zu bedruckenden Substrat 110 gegenüberliegenden Seite über das Gewebe 210 hervorsteht.
Hinsichtlich der inhomogenen Gewebeform von 7 kann vorgesehen sein, dass die Gewebefäden 211 wenigstens in dem umlaufenden maskierten Randbereich 241 relativ große Querschnittsabmessungen aufweisen. Dadurch kann eine in diesem Bereich auftretende Beanspruchung des Siebdruckgewebes 210 verhindert oder eingeschränkt werden. Denn bei jedem mit der Siebdruckform 200 durchgeführten Druckprozess wird das flächige Siebdruckgewebe 210 mit der Druckrakel 291 nicht nur wie in 5 gezeigt an die zu bedruckende Oberfläche des Substrats 110, sondern auch seitlich hiervon, und dadurch an den Rand und eine hier vorliegende Kante des Substrats 110 angedrückt. Dies hat eine mechanische Beanspruchung des Siebdruckgewebes 210 in dem Randbereich 241 zur Folge. Durch die relativ großen Querschnittsabmessungen der Gewebefäden 211 in dem Randbereich 241 kann eine hohe Stabilität und Beständigkeit des Siebdruckgewebes 210 und damit der Siebdruckform 200 erzielt werden.
Je nach Kontaktmuster kann die Siebdruckform 200 weitere (weiter innen liegende) undurchlässige Gewebebereiche 242 aufweisen. In diesen Bereichen 242 können die Gewebefäden 211 ebenfalls entsprechend 7 relativ große Querschnittsabmessungen besitzen. Dies kann zum Beispiel für die zum Drucken der vorderseitigen Kontaktstruktur 120 oder der rückseitigen flächigen Schicht 131 ausgebildete Siebdruckform 200 in Betracht kommen. Bei der Siebdruckform 200 zum Drucken der rückseitigen Busbars 132, 133 können die Gewebefäden 211 in dem gesamten zusammenhängenden Gewebebereich 241, 242 relativ große Querschnittsabmessungen besitzen.
Demgegenüber weisen die Gewebefäden 211 entsprechend 7 in dem oder den durchlässigen Gewebebereich(en) 243 kleinere Querschnittsabmessungen auf. Auf diese Weise kann eine bei einem Druckvorgang stattfindende Strukturübertragung und damit das Druckergebnis begünstigt werden. Denn beim Siebdruck wird eine Paste lokal oder punktweise durch Maschenöffnungen des Gewebes 210 hindurchgedrückt. Obwohl die Paste beim oder nach dem Drucken zusammenfließen kann, gibt die Fadendicke den Grad der Ebenheit bzw. Rauhigkeit einer gedruckten Struktur, sowie die technisch machbare Minimalbreite ununterbrochener Linienstrukturen, vor. Durch das Vorliegen kleiner(er) Querschnittsabmessungen in dem oder den durchlässigen Gewebebereich(en) 243 ist ein genaues Drucken feiner Strukturen mit kleiner Breite und ein Aufbringen der Paste mit relativ ebener Oberfläche auf das Substrat 110 möglich. Dies ist insbesondere für die Kontaktfinger 121 der vorderseitigen Kontaktstruktur 120 von Vorteil.
8 zeigt ausschnittsweise eine schematische seitliche Darstellung für eine weitere mögliche Ausgestaltung des Siebdruckgewebes 210 der Siebdruckform 200. Gezeigt ist ein durchlässiger Gewebebereich 243, welcher uneinheitlich mit unterschiedlichen Querschnittsabmessungen der Gewebefäden 211 ausgebildet ist. Der Gewebebereich 243 weist Teilbereiche 244, 245 auf, wobei die Gewebefäden 211 in dem Teilbereich 244 größere Querschnittsabmessungen besitzen als in dem anderen (angrenzenden) Teilbereich 245. In dem Teilbereich 245 steht aufgrund der kleineren Fadendicke ein (bezogen auf ein Volumenelement im Gewebe 210) größeres offenes Volumen zum Durchdrücken einer Paste zur Verfügung als in dem anderen Teilbereich 244. Somit kann in dem Teilbereich 245 (pro Volumenelement) mehr Paste aufgebracht werden kann als in dem anderen Teilbereich 244. Auf diese Weise kann ein Drucken unterschiedlicher Schichtdicken erzielt werden.
Mit Hilfe der beiden unterschiedlichen Teilbereiche 244, 245 kann zum Beispiel ein Erzeugen einer Schicht mit zwei unterschiedlichen Schichtdicken ermöglicht werden. Dazu können beide Teilbereiche 244, 245 vergleichsweise große laterale Abmessungen aufweisen (und relativ lang und/oder breit sein). Des Weiteren ist es möglich, dass der durchlässige Gewebebereich 243 eine Anzahl an kleineren Teilbereichen 244 mit den größeren Querschnittsabmessungen umfasst, und der restliche Gewebebereich 243 in Form des Teilbereichs 245 mit den kleineren Querschnittsabmessungen ausgebildet ist. Da die beim Drucken verwendete Paste zusammenlaufen kann, kann durch eine Variation der Flächendichte und/oder Größe der Teilbereiche 244 in entsprechender Weise eine Variation des offenen Volumens bewirkt, und dadurch ein Drucken mit variierender Schichtdicke erzielt werden. Hierauf wird weiter unten noch näher eingegangen.
Es ist möglich, die anhand der 7 und 8 beschriebenen Ansätze separat voneinander, oder auch kombiniert zu verwirklichen. Hinsichtlich der Ausgestaltung von 8 ist es zum Beispiel möglich, dass auch in einem maskierten Randbereich 241 (sowie gegebenenfalls maskierten Bereich 242) der zugehörigen Siebdruckform 200 die Gewebefäden 211 die gleichen Querschnittsabmessungen aufweisen wie in einem Teilbereich 244. Eine Kombination der Ausgestaltungen der 7 und 8 kann darin bestehen, dass in dem oder den maskierten Bereich(en) 241, 242 maximale Querschnittsabmessungen, und in dem oder den Gewebebereich(en) 243 zwei kleinere, voneinander abweichende Querschnittsabmessungen vorliegen.
Weitere mögliche Ausgestaltungen können darin bestehen, dass das Siebdruckgewebe 210 nicht nur mit zwei oder drei, sondern mit einer größeren Anzahl an unterschiedlichen, gegebenenfalls relativ fein abgestuften Querschnittsabmessungen der Gewebefäden 211 ausgebildet ist. Auch kann am Übergang von einem Fadenquerschnitt zu einem hiervon abweichenden Querschnitt anstelle einer abrupten oder stufenförmigen Änderung des Querschnitts von Gewebefäden 211, wie es in den 7 und 8 veranschaulicht ist, eine nur an einer Seite stufenförmige Änderung, oder auch eine kontinuierliche stetige Querschnittsänderung vorliegen. Im Hinblick auf 8 kann eine solche „weiche“ Querschnittsänderung zum Beispiel am Übergang zwischen den Teilbereichen 244, 245 vorhanden sein. Möglich ist es auch, dass in einem durchlässigen Gewebebereich 243 die Größe des Fadenquerschnitts über einen größeren Bereich stetig variiert, so dass der Fadenquerschnitt beispielsweise in Teilbereichen kontinuierlich ab- oder zunimmt, oder dass eine Variation wie oben angedeutet in kleineren Abstufungen erfolgt. Hierdurch kann ebenfalls ein Drucken mit stetig variierender Schichtdicke ermöglicht werden.
Anhand der folgenden 9 bis 17 werden Ausführungsformen eines Verfahrens zum Herstellen einer Siebdruckform 200 mit einem ungleichmäßigen Siebdruckgewebe 210 beschrieben. Einzelne Schritte des Verfahrens sind in dem Ablaufdiagramm von 9 zusammengefasst. Dabei wird darauf hingewiesen, dass in Bezug auf bereits beschriebene Details, welche sich auf gleichartige oder übereinstimmende Komponenten und Merkmale, mögliche Vorteile usw. beziehen, auf die vorstehenden Ausführungen Bezug genommen wird.
In einem ersten Schritt 301 wird ein flächiges Siebdruckgewebe 210 aus sich kreuzenden, gleichartigen Gewebefäden 211 bereitgestellt. Die Gewebefäden 211, welche in Form von metallischen Drähten (insbesondere aus hochfestem Edelstahl) oder in Form von Fasern aus einem oder mehreren Kunststoffmaterialien ausgebildet sein können, weisen über die Fläche einheitliche Querschnittsabmessungen auf. Die Gewebefäden 211 können des Weiteren relativ große Querschnittsabmessungen besitzen, wodurch sich das Siebdruckgewebe 210 vergleichsweise kostengünstig bereitstellen lässt. Auch können die Gewebefäden 211 relativ dicht gewebt sein.
Das bereitgestellte Gewebe 210 kann zum Beispiel Gewebefäden 211 mit einem Durchmesser im Bereich von mehreren zehn bis zu hundert Mikrometern (insbesondere 20µm bis 60µm) aufweisen. Das Gewebe 211 kann des Weiteren eine Maschenanzahl von zum Beispiel 50–500 1/inch aufweisen.
In einem weiteren Schritt 302 wird das Siebdruckgewebe 210 aufgespannt und im gespannten Zustand mit einem Rahmen 205 (beispielsweise aus Aluminium, beispielsweise mit einer Rahmenbreite von 3cm) verbunden. Zum Spannen wird eine entsprechende Spannmaschine verwendet. Das Verbinden mit dem Rahmen 205 erfolgt durch Kleben. Im Rahmen des Schritts 302 wird ferner ein Durchtrennen des Gewebes 210 um den Rahmen 205 herum durchgeführt, so dass lediglich ein auf und innerhalb des Rahmens 205 befindlicher Teil des Gewebes 210 auf dem Rahmen 205 verbleibt (vgl. 3). Es ist möglich, mehrere Rahmen 205 mit dem aufgespannten Gewebe 210 zu verbinden, um mehrere solcher Siebanordnungen aus dem Gewebe 210 „herauszuschneiden“.
In einem weiteren Schritt 303 wird ein Ändern von Querschnittsabmessungen von Gewebefäden 211 des Siebdruckgewebes 210 durchgeführt, wodurch dem Siebdruckgewebe 210 auf gezielte Weise eine inhomogene Form verliehen werden kann.
Im Rahmen des Schritts 303 kann insbesondere vorgesehen sein, das auf dem Rahmen 205 angeordnete Siebdruckgewebe 210 selektiv bzw. lokal zu verdünnen. Hierdurch kann das offene Volumen des Gewebes 210 in Teilbereichen gezielt erhöht, und kann dem Gewebe 210 auf relativ einfache Weise eine inhomogene Form mit unterschiedlichen Querschnittsabmessungen der Gewebefäden 211 verliehen werden. Ein Kostenaufwand aufgrund des Verdünnens kann durch das mögliche Bereitstellen des kostengünstigen Gewebes 210 mit „dicken“ Gewebefäden 211 (Schritt 301) kompensiert, oder auch überkompensiert werden.
Das Verdünnen, in dessen Verlauf zum Beispiel Fadendurchmesser im Bereich 10µm bis 15µm erzeugt werden können, und welches in einem oder mehreren Bereichen des Gewebes 210 erfolgen kann, kann auf unterschiedliche Art und Weise durchgeführt werden, wie im Folgenden näher beschrieben wird. Dabei wird darauf hingewiesen, dass Merkmale und Details, welche in Bezug auf einzelne Methoden beschrieben werden, auch auf andere der aufgezeigten Methoden zutreffen können. Auch können einzelne Methoden gegebenenfalls kombiniert werden.
Die 10 und 11 zeigen eine mögliche Vorgehensweise zum gezielten Verdünnen von Gewebefäden 211 des Siebdruckgewebes 210. Zunächst wird, wie in 10 dargestellt ist, eine strukturierte Maskierungsschicht 221 auf dem Siebdruckgewebe 210 ausgebildet, welche das Siebdruckgewebe 210 in Teilbereichen einseitig maskiert. Wie in 10 angedeutet ist, kann auch am Übergang zwischen einem maskierten und einem nicht maskierten Teilbereich ein Gewebefaden 211 oder ein Abschnitt eines Gewebefadens 211 vorliegen, welcher daher an der betreffenden Gewebeseite nur teilweise abgedeckt ist. Es ist möglich, dass die Schicht 221 sowohl für das selektive Verdünnen verwendet wird, als auch gleichzeitig bei der fertig gestellten Siebdruckform 200 als Schablone zum Vorgeben von durchlässigen und undurchlässigen Gewebebereichen 241, 242, 243 des Gewebes 210 dient. In dieser Hinsicht kann die Maskierungsschicht 221 die oben beschriebene Maskierungsschicht 220 darstellen.
Die Maskierungsschicht 221 kann eine aus einem lichtempfindlichen Fotolackmaterial ausgebildete und beispielsweise fotolithographisch strukturierte Emulsionsschicht sein. Zu deren Herstellung kann der Fotolack zum Beispiel in flüssiger Form in einer bis mehreren Schichten möglichst gleichmäßig von einer Seite her auf das Siebdruckgewebe 210 aufgebracht, und jeweils getrocknet werden. Möglich ist auch ein Bereitstellen eines Films (Direktfilms) definierter Dicke aus einem Fotolackmaterial, welcher auf einer Seite des Siebdruckgewebes 210 angeordnet, und beispielsweise durch Erwärmen zum Teil in das Gewebe 210 einsinken kann. Durch selektives Belichten, durchgeführt mit einer entsprechenden Belichtungsvorlage, und nachfolgendes Entwickeln kann die Maskierungsschicht 221 strukturiert werden, wodurch Teile des Siebdruckgewebes 210 freigelegt werden. Das Belichten hat eine Löslichkeitveränderung des Fotolackmaterials zur Folge (Auflösungsprozesse bei einem Positivlack, Vernetzungsprozesse bei einem Negativlack), wodurch belichtete oder unbelichtete Stellen der Schicht 221 beim Entwickeln herausgelöst werden können.
Ein Strukturieren der als Emulsionsschicht ausgebildeten Maskierungsschicht 221 kann alternativ mit Hilfe eines Lasers erfolgen. Der Laserprozess wird derart durchgeführt, dass ein Teil der Emulsion verdampft, und keine Beschädigung der Gewebefäden 211 auftritt.
Nachfolgend wird ein isotroper (richtungsunabhängiger) Abtragungsprozess unter Verwendung der Maskierungsschicht 221 zum gezielten Verdünnen des Siebdruckgewebes 210 durchgeführt (vgl. 11). Bei metallischen Gewebefäden 211 kann ein isotroper Ätzprozess, beispielsweise ein nasschemischer Ätzprozess, durchgeführt werden, wodurch die frei liegenden Flächen der Gewebefäden 211 angegriffen und verdünnt werden können. Hierfür geeignete Ätzlösungen sind zum Beispiel Lösungen aus Iod und Kaliumiodid oder Holzessig, Ethanol und Salpetersäure.
Das Ätzen hat zur Folge, dass Gewebefäden 211 insbesondere in nicht maskierten offenen Teilbereichen des Siebdruckgewebes 210 verdünnt werden, wie anhand des einzelnen, relativ dünnen Gewebefadens 211 in 11 angedeutet ist. In Teilbereichen, in welchen die Gewebefäden 211 hingegen von der Maskierungsschicht 221 einseitig bedeckt sind, ist das Verdünnen aufgrund des hier stattfindenden nur teilweisen oder halbseitigen Ätzangriffs bedeutend langsamer und geringer. Ein in diesen Teilbereichen gegebenenfalls vorliegender Ätzangriff leicht unter die Maskierungsschicht 221 am Gewebe 210 entlang und somit eine geringfügige Unterätzung der Schicht 221 ist unkritisch. Nach dem Ätzprozess ist das Siebdruckgewebe 210 ungleichmäßig bzw. weisen die Gewebefäden 211 in nicht maskierten Teilbereichen des Siebdruckgewebes 210 kleinere Querschnittsabmessungen auf als in maskierten Teilbereichen.
12 veranschaulicht ein weiteres selektives Verdünnen von metallischen Gewebefäden 211 unter Verwendung der einseitigen Maskierungsschicht 221, wobei anstelle des anhand von 11 beschriebenen isotropen Ätzprozesses ein anisotroper (richtungsabhängiger) Ätzprozess durchgeführt wird. Hierbei kann es sich um einen Trockenätzprozess, beispielsweise um einen plasmaunterstützten Ätzprozess wie zum Beispiel reaktives Ionenätzen, handeln. Bei diesem Prozess findet ein Ätzangriff nur von einer Ätzrichtung her statt, wie in 12 anhand von gestrichelten Pfeilen angedeutet ist. Wie vorliegend gezeigt ist, kann das Ätzen an der von der Maskierungsschicht 221 bedeckten Seite des Siebdruckgewebes 210 durchgeführt werden. Dies hat zur Folge dass die Gewebefäden 211 nur an jeweils freiliegenden Stellen, insbesondere in nicht maskierten Teilbereichen des Gewebes 210, verdünnt werden. Aufgrund der Anisotropie ist der Ätzangriff an den der Ätzrichtung zugewandten Flächen der Gewebefäden 211 (in 12 nach unten zeigend) größer als an der Seite der Fäden 211. Infolge des Ätzens weist auch hier das Siebdruckgewebe 210 eine uneinheitliche Struktur mit unterschiedlich großen Querschnittsabmessungen der Gewebefäden 211 auf.
Die 13 und 14 zeigen eine weitere Variante eines gezielten Verdünnens von Gewebefäden 211 des Siebdruckgewebes 210. Wie in 13 dargestellt ist, wird eine strukturierte Maskierungsschicht 222 auf dem Siebdruckgewebe 210 ausgebildet, welche das Siebdruckgewebe 210 in Teilbereichen beidseitig bzw. vollständig umgibt. Hierbei kann am Übergang zwischen einem maskierten und einem nicht maskierten Teilbereich ein Gewebefaden 211 oder Abschnitt eines Gewebefadens 211 vorliegen, welcher daher an der betreffenden Stelle nur teilweise abgedeckt ist. Auch die beidseitige Schicht 222 kann gleichzeitig für das Verdünnen verwendet werden, sowie bei der fertigen Siebdruckform 200 als Schablone zum Festlegen von durchlässigen und undurchlässigen Gewebebereichen 241, 242, 243 dienen, und daher die oben beschriebene Maskierungsschicht 220 darstellen.
Wie in 13 anhand einer gestrichelten Linie angedeutet ist, kann die Maskierungsschicht 222 aus zwei Teilschichten aufgebaut sein. Die Schicht 222 bzw. die beiden Teilschichten können ebenfalls aus einem Fotolackmaterial ausgebildet sein, welches entsprechend den obigen Ansätzen, hier allerdings von unterschiedlichen Seiten her auf das Siebdruckgewebe 210 aufgebracht werden kann (d.h. auf beiden Gewebeseiten durchgeführtes flüssiges Aufbringen und Trocknen eines Fotolacks, oder Aufbringen von zwei Fotolack-Filmen und Erwärmen derselben). Durch selektives Belichten und Entwickeln, oder durch Einsatz eines Lasers, kann die Maskierungsschicht 222 strukturiert, und können Teile des Siebdruckgewebes 210 geöffnet werden.
Nachfolgend wird wie in 14 gezeigt ein isotroper Abtragungs- bzw. Ätzprozess unter Verwendung der Maskierungsschicht 222 durchgeführt, wodurch das Siebdruckgewebe 211 in den geöffneten Teilbereichen gezielt verdünnt werden kann. Ein geringerer Ätzangriff findet an nur teilweise umhüllten Gewebefäden 211 statt. Das Ätzen führt erneut zu einer inhomogenen Ausgestaltung des Siebdruckgewebes 210 mit unterschiedlich großen Querschnittsabmessungen der Gewebefäden 211.
15 veranschaulicht eine weitere Alternative unter Verwendung der beidseitigen Maskierungsschicht 222, wobei nunmehr ein anisotroper Ätzprozess durchgeführt wird. Der nur von einer Ätzrichtung erfolgende Ätzangriff mit der Folge eines Verdünnens von Gewebefäden 211 in nicht maskierten Teilbereichen ist anhand von gestrichelten Pfeilen angedeutet. Nur teilweise umhüllte Gewebefäden 211 unterliegen auch hier einem geringeren Ätzabtrag. Das Ätzen bewirkt erneut eine ungleichmäßige Ausgestaltung des Siebdruckgewebes 210 mit unterschiedlich großen Querschnittsabmessungen der Gewebefäden 211.
Ein selektives Verdünnen eines Siebdruckgewebes 210 kann auch auf andere Art und Weise durchgeführt werden. Beispielsweise können die Gewebefäden 211 aus einem Kunststoffmaterial ausgebildet sein, so dass zum lokalen Verdünnen anstelle eines Ätzens ein (isotropes) Abtragen durch Auflösen von Material der Gewebefäden 211 mit einem Lösungsmittel durchgeführt werden kann. Die Gewebefäden 211 können beispielsweise in Form von Einkomponenten-Kunststofffasern vorliegen. Auch hierbei können ein- oder beidseitige Maskierungsschichten 221, 222 (gegebenenfalls aus einem anderen Material als einem Fotolackmaterial) zum Einsatz kommen, so dass ein Verdünnen entsprechend den 10, 11 oder 13, 14 erfolgen kann.
Anstelle von Einkomponenten-Kunststofffasern können die Gewebefäden 211 in Form von Mehrkomponenten-Kunststofffasern vorliegen, beispielsweise indem jeweils ein Kernfaden aus einem ersten Kunststoffmaterial von einem zweiten Kunststoffmaterial ummantelt ist. Das erste Kunststoffmaterial kann relativ hart, und das zweite Kunststoffmaterial kann weicher sein. Durch eine geeignete Material- und Lösungsmittelwahl, sowie gegebenenfalls durch eine entsprechende Temperaturwahl, kann erzielt werden, dass sich die Ummantelung aus dem zweiten Kunststoffmaterial in nicht maskierten Bereichen auflöst.
Für das selektive Verdünnen kann des Weiteren zum Beispiel in Betracht gezogen werden, das Siebdruckgewebe 210 mit einem zum Ätzen verwendeten Ätzmittel bzw. einer Ätzlösung (bei Metallfäden) oder mit einem Lösungsmittel (bei Kunststofffäden) lokal anzuströmen. Auf diese Weise können zum Beispiel nicht maskierte Bereiche des Gewebes 210 voneinander unterschiedlich verdünnt werden, oder es kann in einem einzelnen nicht maskierten Gewebebereich ein lokales oder lokal unterschiedliches Verdünnen von Gewebefäden 211 bewirkt werden. In vergleichbarer Weise kann ein lokales Erwärmen des Siebdruckgewebes 210 (beispielsweise mit einem Laser) vorgesehen werden, wodurch ein Ätzen, oder ein Auflösen mit einem Lösungsmittel, lokal begünstigt oder beschleunigt werden kann. Möglich ist es auch, das Siebdruckgewebe 210 lokal zu kühlen, wodurch ein Ätzen oder Auflösen mit einem Lösungsmittel lokal benachteiligt oder verlangsamt werden kann. Derartige Ansätze (anströmungs- und/oder temperaturgesteuertes Verdünnen) können auch kombiniert werden, und können gegebenenfalls auch ohne eine Maskierung des Siebdruckgewebes 210 zum selektiven Verdünnen herangezogen werden.
Eine weitere mögliche Methode ist das Verdünnen durch lokales Bestrahlen des Siebdruckgewebes 210 mit einem Laser. Das Siebdruckgewebe 210 wird in diesem Zusammenhang nicht nur erwärmt, sondern es wird Material an den bestrahlten Bereichen des Gewebes 210 abgetragen und entfernt. Dies kann ohne, oder auch mit einer Maskierung des Siebdruckgewebes 210 (zu Schutzzwecken) durchgeführt werden.
Eine weitere isotrope Verdünnungstechnik, welche bei einer Ausgestaltung der Gewebefäden 211 in Form von metallischen Drähten in Betracht kommen kann, ist das Durchführen einer elektrochemischen Auflösung, auch als anodische Reduktion bezeichnet. Hierbei können ebenfalls ein- oder beidseitige Maskierungsschichten 221, 222 (gegebenenfalls aus einem anderen Material als einem Fotolackmaterial) zum Einsatz kommen, so dass ein Verdünnen entsprechend den 10, 11 oder 13, 14 erfolgen kann.
Darüber hinaus ist die Möglichkeit gegeben, das Verdünnen von Gewebefäden 210 mehrfach durchzuführen. Hierdurch können zum Beispiel verschiedene (Teil-)Bereiche des Siebdruckgewebes 210 auf gezielte Weise unterschiedlich stark verdünnt werden. Dabei können zum Beispiel jeweils gleiche Prozesse (beispielsweise Ätzen), oder auch unterschiedliche Prozesse (beispielsweise Laserabtrag und Ätzen) nacheinander ausgeführt werden. In dieser Hinsicht ist es ferner möglich, für einzelne Verdünnungsschritte eigene Maskierungsschichten auszubilden (sowie gegebenenfalls nachfolgend gänzlich oder teilweise wieder von dem Gewebe 210 zu entfernen), welche unterschiedliche Formen aufweisen können. Ferner ist es möglich, eine Maskierung nur in einem oder einzelnen Verdünnungsschritten einzusetzen, und einen oder mehrere andere Verdünnungsschritte ohne Maskierung durchzuführen.
Bei Einsatz einer Maskierungsschicht 221, 222 im Rahmen des Verdünnens besteht des Weiteren die Möglichkeit, dass diese nicht als Schablone bei der fertigen Siebdruckform 200 verwendet wird. Beispielsweise können die unterschiedlichen Verwendungen unterschiedliche Schichtmaterialien erfordern, und/oder es kann in Betracht kommen, Schichten mit voneinander abweichenden (lateralen) Formen und Strukturen zu verwenden. In dieser Hinsicht ist in dem Ablaufdiagramm von 9 ein weiterer Schritt 304 dargestellt, welcher im Anschluss an das Verdünnen (Schritt 303) durchgeführt werden kann. Der Schritt 304 kann ein Entfernen einer (zuletzt) bei einem Abtragungsprozess verwendeten Maskierungsschicht 221, 222 von dem Siebdruckgewebe 210 und ein Aufbringen einer für den (eigentlichen) Siebdruck vorgesehene Maskierungsschicht 220 auf das Gewebe 210 umfassen.
Neben einem Verdünnen kann ferner in Betracht kommen, Gewebefäden 211 im Rahmen des Schritts 303 zu verdicken. Dies kann, bei Vorliegen von elektrisch leitfähigen bzw. metallischen Gewebefäden 211 durch elektrochemische Abscheidung erfolgen. Die 16 und 17 veranschaulichen ein solches galvanisches Verdicken bei Verwendung einer beidseitigen Maskierungsschicht 222. In Bezug auf Details zu der Maskierungsschicht 222 wird auf die vorstehenden Ausführungen Bezug genommen. Die elektrochemische Abscheidung hat zur Folge, dass das Siebdruckgewebe 211 wie in 17 gezeigt in den unmaskierten geöffneten Teilbereichen gezielt verdickt wird. Ein teilweises Verdicken findet an nur teilweise umhüllten Gewebefäden 211 statt. Das selektive Verdicken kann somit ebenfalls zum Erzeugen einer inhomogenen Ausgestaltung des Siebdruckgewebes 210 mit unterschiedlich großen Querschnittsabmessungen der Gewebefäden 211 herangezogen werden.
Anstelle einer beidseitigen Maskierung kann das Verdicken auch mit Hilfe der oben beschriebenen einseitigen Maskierungsschicht 221 durchgeführt werden (nicht dargestellt). Dies hat zur Folge, dass Gewebefäden 211 in einseitig maskierten Teilbereichen gegenüber Gewebefäden 211 in frei liegenden Teilbereichen nur teilweise verdickt werden.
Für das Verdicken können Aspekte, welche oben zu dem Verdünnen beschrieben sind, in analoger Weise zur Anwendung kommen. Beispielsweise ist es möglich, das Verdicken von Gewebefäden 211 mehrfach durchzuführen. Hierdurch können zum Beispiel verschiedene (Teil-)Bereiche des Siebdruckgewebes 210 auf gezielte Weise unterschiedlich stark verdickt werden. Hierbei können für einzelne Verdickungsschritte eigene Maskierungsschichten ausgebildet (sowie gegebenenfalls nachfolgend gänzlich oder teilweise wieder von dem Gewebe 210 entfernt werden), welche unterschiedliche Formen aufweisen können. Darüber hinaus ist es möglich, dass eine bei einem Verdicken verwendete Maskierungsschicht 221, 222 nicht als Schablone bei der fertigen Siebdruckform 200 verwendet wird. Beispielsweise können die unterschiedlichen Verwendungen unterschiedliche Schichtmaterialien erfordern, und/oder es kann in Betracht kommen, Schichten mit voneinander abweichenden (lateralen) Formen und Strukturen zu verwenden. In dem Ablaufdiagramm von 9 ist dies durch den weiteren Schritt 304 berücksichtigt, welcher ein Entfernen einer (zuletzt) bei einem Verdickungsprozess verwendeten Maskierungsschicht 221, 222 von dem Siebdruckgewebe 210 und ein Aufbringen einer für den (eigentlichen) Siebdruck vorgesehene Maskierungsschicht 220 auf das Gewebe 210 umfasst.
Darüber hinaus besteht die Möglichkeit, bei dem Erzeugen der ungleichmäßigen Ausgestaltung des Siebdruckgewebes 210 ein Verdünnen und ein Verdicken von Gewebefäden 210 miteinander zu kombinieren. Beispielsweise kann in Betracht kommen, das bereitgestellte Siebdruckgewebe 210 selektiv in unterschiedlichen Bereichen zu verdicken und zu verdünnen, um eine hohe Stabilität des Siebdruckgewebes 210 und/oder ein verbessertes Drucken bzw. Drucken mit unterschiedlichen Schichtdicken zu ermöglichen. Hierbei können jeweils eigene Maskierungsschichten 221, 222 zur Anwendung kommen. Eine weitere mögliche Variante besteht darin, das mit „dicken“ Gewebefäden 211 bereitgestellte Siebdruckgewebe 210 zunächst insgesamt zu verdünnen, und nachfolgend selektiv wieder zu verdicken. In dem Ablaufdiagramm von 9 können derartige oder auch andere Kombinationen, wobei ein Verdünnen und/oder ein Verdicken gegebenenfalls auch mehrfach erfolgen kann, von dem Schritt 303 umfasst sein. Hierbei kann der optionale Schritt 304 ein Entfernen einer (zuletzt) bei einem Verdünnungs- oder Verdickungsprozess verwendeten Maskierungsschicht 221, 222 von dem Siebdruckgewebe 210 und ein Aufbringen einer für den (eigentlichen) Siebdruck vorgesehene Maskierungsschicht 220 auf das Gewebe 210 darstellen.
Unabhängig von dem jeweils angewendeten Verfahren kann das Siebdruckgewebe 210 durch das Ändern von Querschnittsabmessungen von Gewebefäden 211 gezielt auf eine mittels des Gewebes 210 zu druckende Struktur abgestimmt werden. Hierdurch können die anhand der 7 und 8 beschriebenen Ausgestaltungen des Siebdruckgewebes 210, oder auch Kombinationen oder Abwandlungen dieser Ausgestaltungen, verwirklicht werden. Für den Fall eines durchgeführten Verdünnens ist ferner möglich, dass das Verdünnen keine oder nur eine relativ kleine (oder unwesentliche) Abnahme der Stabilität des Gewebes 210 zur Folge hat.
Wie oben beschrieben wurde, kann eine inhomogene Ausgestaltung des Siebdruckgewebes 210 einer Siebdruckform 200 für ein Aufbringen einer Paste auf ein Substrat 110 mit unterschiedlichen Schichtdicken eingesetzt werden. Mögliche Verwendungen werden im Folgenden näher beschrieben. Dabei wird darauf hingewiesen, dass in Bezug auf bereits beschriebene Details, welche sich auf gleichartige oder übereinstimmende Komponenten und Merkmale, mögliche Vorteile usw. beziehen, auf die vorstehenden Ausführungen Bezug genommen wird. Auch können Merkmale und Details, welche in Bezug auf einzelne Anwendungen genannt werden, auch auf andere der beschriebenen Ausgestaltungen zutreffen. Eine Dickenvariation kann zum Beispiel für eine rückseitige Kontaktstruktur 130 einer Solarzelle 100 in Betracht kommen.
Die 18 und 19 zeigen schematisch in der Aufsicht und von der Seite eine Ausgestaltung der direkt auf dem Substrat 110 einer Solarzelle 100 angeordneten rückseitigen Kontaktstruktur 130 mit (drei) streifenförmigen Busbars 132 und einer flächigen Schicht 131. Die Herstellung kann wie oben angegeben mittels Siebdruck durch Aufbringen einer silberhaltigen Paste für die Busbars 132, nachfolgendes Aufbringen einer aluminiumhaltigen Paste für die Schicht 131, jeweils gefolgt von einem Trocknen, und Durchführen eines Temperaturprozesses zum Anbinden der gedruckten Kontaktstruktur 130 an das Substrat 110 bzw. die Basis 111 erfolgen. Abweichend von 19 kann die Schicht 131 die Busbars 132 am Rand geringfügig überlappen. Ein bei dem Temperaturprozess in das Substrat 110 eindiffundierter Teil der Schicht 131 (Aluminiumatome) kann ein sogenanntes „Back-Surface-Field“ (BSF) ausbilden. Ein solches elektrisches Rückseitenfeld wirkt wie ein Spiegel, an dem erzeugte Ladungsträger „reflektiert“, und dadurch Rekombinationsverluste verringert werden können (nicht dargestellt).
Wie in 19 gezeigt ist, ist die Schicht 131 mit einer variierenden Schichtdicke auf dem Substrat 110 ausgebildet. Jeweils angrenzend an die Busbars 132 liegt eine größere Schichtdicke vor als zwischen und beabstandet zu den Busbars 132. Dabei steigt die Schichtdicke in Richtung der Busbars 132 stetig an. Beispielsweise können die Busbars 132 eine einheitliche Schichtdicke von 10µm, und kann die Schicht 131 direkt an den Busbars 132 eine Dicke in einem Bereich zwischen 20µm und 40µm aufweisen. Zwischen oder weiter entfernt von den Busbars 132 kann die Dicke der Schicht 132 relativ klein oder annähernd Null sein. Die positionsabhängige Variation der Schichtdicke kann wie in 19 gezeigt linear sein, oder auch einem anderen Verlauf (beispielsweise exponentiell) folgen.
Die ansteigende Dicke der Schicht 131 in Richtung der Busbars 132 berücksichtigt den Umstand, dass bei einem Betrieb der Solarzelle 100, bei welchem in der Schicht 131 ein elektrischer Strom zu den Busbars 132 fließt, die Stärke des Stroms bzw. die Stromdichte mit kürzer werdender Distanz zu den Busbars 132 hin kontinuierlich zunimmt. Gegenüber der in 1 angedeuteten Ausgestaltung mit homogener Dicke der Schicht 131 kann auf diese Weise eine Material- und damit Kosteneinsparung erzielt werden. Da der elektrische Widerstand der inhomogenen Schicht 131 mit zunehmender Dicke vermindert wird, kann erreicht werden, dass der mit dem Widerstand verbundene Leistungsverlust konstant bleibt oder vermindert wird.
Die variierende Dicke der Schicht 131 kann zur Folge haben, dass auch das BSF-Feld eine entsprechende Dickenvariation aufweist. Diese kann abhängig sein vom verwendeten Pastentyp, der jeweiligen Dicke der Schicht 131, sowie dem Temperaturprozess zum Aushärten der gedruckten Paste.
Das Aufbringen der Schicht 131 mit inhomogener Dicke auf das Substrat 110 mittels Siebdruck kann mit unterschiedlich ausgebildeten Siedruckformen 200 durchgeführt werden. Die verwendete Siebdruckform 200 kann wie oben beschrieben ein Siebdruckgewebe 210 mit einem maskierten Randbereich 241 umfassen, wobei der Randbereich 241 einen offenen Gewebebereich 243 zum Drucken der Schicht 131 umschließt, innerhalb dessen mehrere maskierte Gewebebereiche 242 (zum Aussparen der Busbars 132) vorgesehen sind (vgl. auch 20). In dem offenen Gewebebereich 243 können die Gewebefäden 211 zum Beispiel einen in Richtung der maskierten Gewebebereiche 242 sich stetig oder stufenweise verkleinernden Fadenquerschnitt aufweisen, so dass in Richtung der maskierten Gewebebereiche 242 zunehmend mehr Paste gedruckt werden kann.
20 zeigt eine weitere mögliche Ausgestaltung für ein Siebdruckgewebe 210 der Siebdruckform 200 zum Drucken der dickenvariierten Schicht 131. Der von dem maskierten Randbereich 241 (in 20 lediglich relativ schmal angedeutet) umgebene offene Gewebebereich 243 umfasst relativ kleine, ebenfalls offene Gewebeabschnitte 225. In den Gewebeabschnitten 225 weisen die Gewebefäden 211 einen ersten Fadenquerschnitt auf, wohingegen der restliche (gegebenenfalls wesentlich größere) Anteil des Gewebebereichs 243 mit einem zweiten, kleineren Fadenquerschnitt ausgebildet ist. Dabei kann eine 8 entsprechende Ausgestaltung mit einem stufenförmigen, oder auch einem abgestuften oder „weichen“ Übergang zwischen den unterschiedlichen Querschnitten vorliegen.
Der offene Gewebebereich 243 mit den Gewebeabschnitten 225 ist dahingehend ausgebildet, dass in Richtung der maskierten Gewebebereiche 242 der Flächenanteil des Gewebes 210 mit dem zweiten kleineren Fadenquerschnitt zunimmt, wohingegen der Flächenanteil mit dem ersten größeren Fadenquerschnitt abnimmt. Da die beim Drucken verwendete Paste zusammenlaufen kann, kann auch auf diese Weise mit kleiner werdendem Abstand zu den maskierten Gewebebereichen 242 zunehmend mehr Paste auf das Substrat 110 aufgebracht, und folglich ein Ausbilden der Schicht 131 mit inhomogener Schichtdicke erzielt werden.
Hierzu kann vorgesehen sein, die Flächendichte (d.h. Anzahl pro Fläche) der Gewebeabschnitte 225 und/oder deren Größe entsprechend zu variieren. 20 veranschaulicht im Wesentlichen die erstgenannte Variante, gemäß welcher die Flächendichte der Gewebeabschnitte 225 in Richtung der maskierten Gewebebereiche 242 kleiner wird. Hierzu sind an einer Stelle zwischen zwei Gewebebereichen 242 entsprechende Teilbereiche 271, 272, 273 angedeutet, wobei der Flächenanteil mit dem ersten größeren Fadenquerschnitt ausgehend von dem mittigen Teilbereich 271 über die Teilbereiche 272 zu den Teilbereichen 273 hin abnimmt.
Die Gewebeabschnitte 225 können relativ klein ausgebildet sein, und zum Beispiel laterale Abmessungen im Mikrometerbereich aufweisen. Anstelle der gezeigten Linien- oder Rechteckform können andere Formen, beispielsweise eine Kreuz-, Punkt-, oder Ringform, oder Kombinationen derartiger Formen, vorgesehen sein. Auch können verschieden geformte Gewebeabschnitte 225 auf ein- und demselben Siebdruckgewebe 210 vorgesehen sein.
Die Herstellung der Siebdruckform 200 mit dem inhomogenen Siebdruckgewebe 210 von 20 kann zum Beispiel durch Verdünnen erfolgen. Hierbei kann vorgesehen sein, zum Verdünnen des Gewebes 210 sowohl die Bereiche 241, 242 als auch die Gewebeabschnitte 225 zu maskieren, nach dem Verdünnen diese Maskierung zu entfernen, und eine weitere als Schablone dienende Maskierungsschicht auszubilden, welche lediglich maskierte Bereiche 241, 242 aufweist.
Ein Drucken der Schicht 131 mit variierender Schichtdicke kann alternativ auch dadurch erzielt werden, dass der offene Gewebebereich 243 nicht wie vorstehend beschrieben mit Gewebeabschnitten 225 mit größerer Fadendicke, sondern stattdessen mit relativ kleinen Maskierungsstrukturen 226 ausgebildet ist (siehe hierzu ebenfalls 20). Dabei wird ausgenutzt, dass die auf das Substrat 110 zum Ausbilden der Schicht 131 gedruckte Paste auch unterhalb der Maskierungsstrukturen 226 zusammenlaufen kann, und dadurch das Substrat 110 (abgesehen von den Busbars 132) durchgehend und vollständig bedecken kann. Beispielsweise ist für die Paste ein (laterales) Auseinanderlaufen im Bereich von 10µm bis 500µm möglich, was bei typischen Pastenviskositäten im Bereich von zum Beispiel 1Pa·s bis 1000Pa·s auftreten kann.
Durch eine Ausgestaltung des offenen Gewebebereichs 243 mit in Richtung der maskierten Gewebebereiche 242 abnehmendem Maskierungsgrad kann daher mit kleiner werdendem Abstand zu den Gewebebereichen 242 ebenfalls zunehmend mehr Paste auf das Substrat 110 aufgebracht, und folglich ein Ausbilden der Schicht 131 mit inhomogener Schichtdicke erzielt werden. Das Mehr an Paste an den Busbars 132 hat eine größere Schichtdicke und damit höhere Leitfähigkeit zur Folge, und kann damit zu geringeren elektrischen Verlusten bei relativ höheren Strömen führen.
Entsprechend den offenen Gewebeabschnitten 225 kann zur Dickensteuerung eine Variation der Flächendichte und/oder der Größe der Maskierungsstrukturen 226 in Betracht kommen. Hinsichtlich der Größe kann die laterale Größe und/oder die Dicke der Maskierungsstrukturen 226 variiert sein. Die in 20 angedeuteten Teilbereiche 271, 272, 273 veranschaulichen unterschiedliche, in Richtung der Gewebebereiche 242 abnehmende Flächenbedeckungsgrade des Gewebes 210. Die Maskierungsstrukturen 226 können zum Beispiel laterale Abmessungen im Mikrometerbereich (beispielsweise eine Breite von 5µm bis 300µm) aufweisen, und anstelle der in 20 gezeigten Linien- oder Rechteckform andere Formen, beispielsweise eine Kreuz-, Punkt-, oder Ringform, oder Kombinationen derartiger Formen, aufweisen. Auch können verschieden geformte Maskierungsstrukturen 226 auf dem Siebdruckgewebe 210 vorliegen.
Im Rahmen der Herstellung der dazugehörigen Siebdruckform 200 kann vorgesehen sein, das Siebdruckgewebe 210 mit einer Maskierungsschicht auszubilden, welche die Bereiche 241, 242 maskiert und die Maskierungsstrukturen 226 bildet, und diese Maskierungsschicht sowohl zum Verdünnen als auch bei der fertig gestellten Siebdruckform 200 als Schablone für den Siebdruck zu verwenden. Auf diese Weise kann in den Bereichen 241, 242 und an den Maskierungsstrukturen 226 eine gegenüber dem unmaskierten Gewebe 210 größere Fadendicke bzw. noch die ursprüngliche Dicke vorliegen. Die in dem Randbereich 241 vorliegende große Fadendicke kann für eine entsprechende Stabilität und Robustheit der Siebdruckform 200 sorgen.
Die 21 und 22 zeigen schematisch in der Aufsicht und von der Seite eine vergleichbare Ausgestaltung der auf einem Solarzellensubstrat 110 angeordneten rückseitigen Kontaktstruktur 130, wobei anstelle der streifenförmigen Busbars 132 (neun) in Form von Streifensegmenten ausgebildete Busbars 133 vorgesehen sind. Die flächige Schicht 131 ist auch hier auf materialsparende Weise stromangepasst mit in Richtung der Busbars 133 größer werdender Dicke ausgebildet.
Bei den segmentierten Busbars 133 sind jeweils drei Busbars 133 auf einer gemeinsamen Gerade angeordnet. In einem Solarmodul aus mehreren Solarzellen 100 ist jeweils ein Zellverbinder an eine solche „Dreiergruppe“ aus Busbars 133 angeschlossen (nicht dargestellt). Die Dicke der Schicht 131 steigt jeweils in Richtung einer auf einer gerade angeordneten Gruppe aus Busbars 133 an, und ist zwischen den Gruppen aus Busbars 133 relativ klein (so dass eine zu 19 vergleichbare Struktur vorliegen kann, wobei das Bezugszeichen 132 eine „Dreiergruppe“ aus Busbars 133 darstellt).
Eine vergleichbare Dickenvariation ist auch zwischen den einzelnen, jeweils auf einer Gerade angeordneten Busbars 133 vorgesehen, wie in 22 gezeigt ist. Hierbei liegt zugrunde, dass die aus Aluminium ausgebildete Schicht 131 an der Oberfläche oxidiert, so ein Zellverbinder im Wesentlichen an die Busbars 133 anschließbar ist. Ein Stromfluss zwischen dem Zellverbinder und der Schicht 131 erfolgt daher hauptsächlich über die Busbars 133. Der im Betrieb der Solarzelle 100 in der Schicht 131 auftretende Strom steigt auch hier jeweils in Richtung der auf einer Gerade angeordneten Busbars 133 an.
Das Aufbringen der Schicht 131 mit inhomogener Dicke kann in dieser Ausgestaltung ebenfalls auf unterschiedliche Weise mittels Siebdruck erfolgen. Eine mögliche Ausgestaltung einer einsetzbaren Siebdruckform 200 ist in 23 gezeigt. Diese weist einen Aufbau vergleichbar zu 20 mit einem maskierten Randbereich 241, maskierten Gewebebereichen 242 (hier zum Aussparen der Busbars 133), und einem offenen Gewebebereich 243 auf. Der Gewebebereich 243 kann mit offenen Gewebeabschnitten 225 mit einer gegenüber dem restlichen Gewebebereich 243 größeren Fadendicke, oder mit Maskierungsstrukturen 226 ausgebildet sein. Basierend auf einer entsprechenden Variation der Gewebeabschnitte 225 oder Maskierungsstrukturen 226 kann erneut mit kleiner werdendem Abstand zu den maskierten Gewebebereichen 242 zunehmend mehr Paste gedruckt werden.
Alternativ kann der offene Gewebebereich 243 mit in Richtung der Gewebebereiche 242 sich verkleinerndem Fadenquerschnitt ausgebildet sein. Für weitere Details hierzu wird auf die obigen Ausführungen zu den 18 bis 20 Bezug genommen, welche analog zur Anwendung kommen können.
Die rückseitige Kontaktstruktur 130 kann wie oben beschrieben direkt auf dem Substrat 110 der Solarzelle 100 angeordnet sein, und dadurch das Substrat 110 bzw. die Basis 111 flächig kontaktieren. Eine Alternative hierzu ist in 24 dargestellt. Dabei weist das Substrat 110 an der Rückseite eine dielektrische Passivierungsschicht 117 auf. Durch die Rückseitenpassivierung können eine Rekombination von Ladungsträgern in dem Substrat 110 und hiermit verbundene Ausbeuteverluste verhindert werden. Ferner kann an der Passivierungsschicht 117 ein das Substrat 110 durchdringender (infraroter) Anteil der Lichtstrahlung reflektiert werden, wodurch zusätzliche Ladungsträger erzeugt werden können.
Bei einer solchen Ausgestaltung ist die rückseitige Kontaktstruktur 130 wie in 24 gezeigt auf der Passivierungsschicht 117 angeordnet, und kontaktiert das Substrat 110 bzw. die Basis 111 nur lokal. Zu diesem Zweck ist die flächige Schicht 131 an mehreren oder einer Vielzahl an Kontaktstellen 135, 136 an das (eigentliche) Substrat 110 angeschlossen, was auf unterschiedliche Weise herstellbar ist. In diesem Zusammenhang kann ebenfalls ein Ausbilden der Schicht 131 mit unterschiedlichen Schichtdicken in Betracht kommen, wie im Folgenden näher beschrieben wird.
Die 25, 26 und die 27, 28 veranschaulichen jeweils einen Prozessablauf, bei dem zunächst die Rückseite des Substrats 110 ganzflächig mit der Passivierungsschicht 117 versehen wird. Dies kann durch thermische Oxidation, oder mittels eines Abscheideverfahrens (zum Beispiel „Atomic Layer Deposition“ ,ALD, oder „Chemical Vapor Deposition“, CVD) erfolgen. Nachfolgend wird die Passivierungsschicht 117 an mehreren Stellen lokal geöffnet. In den 25 und 27 ist dies (ausschnittsweise) anhand einer einzelnen Öffnung 118 gezeigt, welche zum Beispiel punkt- oder linienförmig ausgebildet sein kann. Das lokale Öffnen der Schicht 117 kann zum Beispiel durch Einsatz eines Lasers, oder mit Hilfe eines fotolithographischen Strukturierungs- und Ätzprozesses erfolgen.
Nachfolgend kann die Kontaktstruktur 130 umfassend die Busbars 132 oder 133 und die flächige Schicht 131 in der oben beschriebenen Weise (nacheinander) mittels Siebdruck auf das rückseitenpassivierte Substrat 110 aufgebracht und (jeweils) getrocknet werden. Die gedruckte Kontaktstruktur 130 befindet sich überwiegend auf der Passivierungsschicht 117. Lediglich in den Kontaktöffnungen 118 kann die Schicht 131 direkt an das (eigentliche) Substrat 110 (bzw. die Basis 111) angrenzen (vgl. 25 und 27).
Im Rahmen eines nachfolgenden Temperaturprozesses kann eine lokale Kontaktierung zwischen der Schicht 131 und dem Substrat 110 erzeugt werden. Bei dem Temperaturprozess kann ein Teil der Schicht 131 (Aluminiumatome) über die Öffnungen 118 in das Substrat 110 eindiffundieren, so dass wie in den 26 und 28 angedeutet in das Substrat 110 „einlegierte“ lokale Kontaktstellen 135 gebildet werden. An den Kontaktstellen 135 können ferner lokale BSF-Felder vorliegen. Eine Solarzelle 100 mit einem solchen Rückseitenkontakt wird auch als „PERC“-Solarzelle („Passivated Emitter and Rear Contact“) bezeichnet.
Bei dem Prozessablauf der 25, 26 wird die Schicht 131 derart auf das Substrat 110 aufgebracht, dass die Schicht 131 in einem Schichtbereich 151 an der gezeigten Öffnung 118 und damit an der späteren Kontaktstelle 135 eine größere Schichtdicke besitzt als in einem hieran angrenzenden bzw. umgebenden Schichtbereich 152. Auf diese Weise kann ein relativ tiefes Eindiffundieren der Schicht 131 in das Substrat 110 erzielt werden, wodurch die Kontaktstelle 135 begünstigt werden kann (hohe Leitfähigkeit, tiefes BSF-Feld). Die in dem Schichtbereich 152 außerhalb der Kontaktstelle 135 kleinere Dicke der Schicht 131 ermöglicht hingegen eine Materialeinsparung. Diese Ausgestaltung kann für sämtliche der Kontaktstellen 135 vorgesehen sein.
Bei dem Prozessablauf der 27, 28 liegt eine hierzu umgekehrte Ausgestaltung vor, gemäß welcher die Schicht 131 in einem Schichtbereich 151 an der Öffnung 118 und damit an der Kontaktstelle 135 eine kleinere Schichtdicke besitzt als in einem hieran angrenzenden bzw. umgebenden Schichtbereich 152. Diese Ausgestaltung berücksichtigt den Umstand, dass an der lokalen Kontaktstelle 135 ein vergleichsweise geringer elektrischer Strom fließen, und daher die Dicke der Schicht 131 an dieser Stelle zur Materialeinsparung reduziert, oder hinsichtlich des lokalen Kontakts und BSF-Felds, minimal sein kann. Auch diese Ausgestaltung kann für sämtliche der Kontaktstellen 135 vorgesehen sein.
Für die Herstellung der Solarzelle 100 kann in Betracht kommen, die gesamte Schicht 131 der rückseitigen Kontaktstruktur 130 mit der lokalen Dickenvariation entsprechend 26, oder entsprechend 28 auszubilden. Dabei kann in den einzelnen Schichtbereichen 151, 152 übereinstimmend dieselbe Schichtdicke vorliegen. Die Auswahl einer der beiden lokalen Dickenvariationen, im Folgenden auch als „Unterstruktur“ bezeichnet, kann zum Beispiel im Hinblick auf Gesichtspunkte wie die Höhe des fließenden Stroms, wirtschaftliche Aspekte wie eine Materialeinsparung, eine effektive Kontaktanbindung usw., oder im Hinblick auf das Erzielen eines Optimums aus Kosten und Wirkungsgrad der Solarzelle 100 erfolgen.
Des Weiteren ist es möglich, dass die Schicht 131 sowohl die vorstehend anhand der 18 bis 23 erläuterte weitreichende und im Folgenden auch als „Überstruktur“ bezeichnete Dickenvariation mit in Richtung der Busbars 132, 133 ansteigender Dicke, und gleichzeitig die anhand der 25 bis 28 erläutere lokale Unterstruktur aufweist. In dieser Hinsicht kann für Kontaktstellen 135 nahe der Busbars 132, 133 eine 28 entsprechende Ausgestaltung, und für Kontaktstellen 135 weiter entfernt von den Busbars 132, 132 eine 26 entsprechende Ausgestaltung vorliegen. Hinsichtlich 28 kann auf diese Weise zum Beispiel sowohl der im Mittel große Strom nahe der Busbars 132, 133, als auch der hierzu vergleichsweise geringe lokale Strom über die einzelnen Kontaktstellen 135 berücksichtigt sein. Hinsichtlich 26 kann zum Beispiel der im Mittel kleine Strom entfernt von den Busbars 132, 133, und das Vorliegen effizienter lokaler Kontakte berücksichtigt sein. Aufgrund der Überlagerung der „groben“ Überstruktur und der „feinen“ Unterstruktur kann die Schicht 131 Bereiche aufweisen, an denen die Schicht 131 an den Kontaktstellen 135 und außerhalb davon dieselbe Dicke besitzt.
Eine weitere Alternative besteht darin, dass die Schicht 131 nur mit der Dickenvergrößerung in Richtung der Busbars 132, 133, und ohne lokale Dickenvariation im Bereich der Kontaktstellen 135 ausgebildet ist. Für das Drucken der Schicht 131 in den unterschiedlichen Varianten (einzig Unterstruktur, einzig Überstruktur, Kombination aus Über- und Unterstruktur) können Siebdruckformen 200 zum Einsatz kommen, welche gemäß den oben genannten Ansätzen aufgebaut sein können (d.h. offener Gewebebereich 243 zum Aufbringen der Schicht 131 mit in Teilbereichen unterschiedlichen Fadenquerschnitten, mit sich stetig oder stufenweise verändernden Fadenquerschnitten, mit Gewebeabschnitten 225, mit Maskierungsstrukturen 226, usw.).
Die 29, 30 und die 31, 32 veranschaulichen weitere Prozessabläufe zum Herstellen der das Substrat 110 lokal kontaktierenden Kontaktstruktur 130. Erneut wird zunächst die Rückseite des Substrats 110 ganzflächig mit der Passivierungsschicht 117 versehen (durch Oxidation oder Abscheidung). Nachfolgend kann die Kontaktstruktur 130 umfassend die Busbars 132, 133 und die flächige Schicht 131 in der oben beschriebenen Weise (nacheinander) mittels Siebdruck auf das rückseitenpassivierte Substrat 110 aufgebracht, und (jeweils) getrocknet werden. Durch anschließendes lokales (beispielsweise punkt- oder linienförmiges) Bestrahlen der Schicht 131 mit einer von einem Laser ausgesendeten (pulsförmigen) Laserstrahlung 310 (vgl. 29, 31) und einer dabei stattfindenden Erwärmung können lokale Schmelzmischungen aus den Materialien der Schichten 131, 117 und des Substrats 110 gebildet werden, welche nach dem Erstarren entsprechende Kontaktstellen 136 bilden (vgl. 30, 32). Über die lokalen Kontaktstellen 136 ist die Schicht 131 mit dem (eigentlichen) Substrat 110 (bzw. der Basis 111) elektrisch verbunden. An den Kontaktstellen 136 können ebenfalls lokale BSF-Felder vorliegen. Ein solcher Rückseitenkontakt 136 wird auch als „LFC“-Kontakt („Laser Fired Contact“) bezeichnet.
Bei dem Prozessablauf der 29, 30 wird die Schicht 131 derart auf das Substrat 110 aufgebracht, dass die Schicht 131 in einem für das lokale Anwenden der Laserstrahlung 310 zum Erzeugen der Kontaktstelle 136 vorgesehenen Schichtbereich 161 eine kleinere Schichtdicke besitzt als in einem hieran angrenzenden bzw. umgebenden Schichtbereich 162. Der Schichtbereich 161 weist dabei laterale Abmessungen auf, welche (wesentlich) größer sind als die lateralen Abmessungen des tatsächlich bestrahlten Bereichs (und damit der Kontaktstelle 136). Auf diese Weise kann erzielt werden, dass ein Bestrahlen der Schicht 131 mit einer hohen Zuverlässigkeit nur in dem Schichtbereich 161 erfolgt.
Die diesem Bereich 161 vorliegende kleinere Schichtdicke, welche zum Beispiel im Bereich von 1µm liegen kann, kann eine effizientere sowie homogenere Kontaktausbildung mittels Laserstrahlung 310 ermöglichen. Denn die Pulsenergie des Lasers zum Ausbilden eines LFC-Kontakts 136 hängt von Parametern der Aluminium-Schicht 131 (Dicke, Dichte, usw.), Laserparametern (Wellenlänge, Pulsenergie, Pulszahl) sowie Parametern der Passivierungsschicht 117 (Dicke, Material, usw.) ab. Die kleine Schichtdicke macht es möglich, nur eine relativ leistungsschwache Strahlungsquelle einzusetzen oder einen leistungsschwachen Laserprozess (kleine Pulsenergie, gegebenenfalls nur ein Laserpuls pro Kontaktstelle 136, usw.) durchzuführen. Mögliche Vorteile hiervon sind ein einfaches, schnelles und homogenes Kontaktieren (durch eine bessere Dosierbarkeit der Strahlungsleistung, eine geringere lokale Erwärmung aufgrund kleinerer Leistung). Die in 30 gezeigte Ausgestaltung kann für sämtliche der Kontaktstellen 136 vorgesehen sein.
Bei dem Prozessablauf der 31, 32 liegt eine hierzu umgekehrte Ausgestaltung vor, gemäß welcher die Schicht 131 in einem für das lokale Anwenden der Laserstrahlung 310 zum Bilden der Kontaktstelle 136 vorgesehenen Schichtbereich 161 eine größere Schichtdicke besitzt als in einem hieran angrenzenden bzw. umgebenden Schichtbereich 162. Der Bereich 161 weist erneut laterale Abmessungen auf, welche (wesentlich) größer sind als die lateralen Abmessungen des tatsächlich bestrahlten Bereichs (und damit der Kontaktstelle 136), so dass ein Bestrahlen der Schicht 131 mit einer hohen Zuverlässigkeit nur in dem Bereich 161 erfolgt. Die in dem anderen Bereich 162 kleinere Schichtdicke kann zum Beispiel eine Materialeinsparung ermöglichen. Auch die in 32 gezeigte Ausgestaltung kann für sämtliche der Kontaktstellen 136 in Betracht kommen.
Es kann vorgesehen sein, dass die gesamte Schicht 131 der rückseitigen Kontaktstruktur 130 mit der lokalen Dickenvariation von 30 oder von 32, auch hier jeweils als „Unterstruktur“ bezeichnet, ausgebildet ist. Dabei kann in den einzelnen Schichtbereichen 162, als auch in den einzelnen Schichtbereichen 161 (abgesehen von den Kontaktstellen 136) übereinstimmend dieselbe Schichtdicke vorliegen. Das Vorsehen der jeweiligen Unterstruktur kann auch hier im Hinblick auf Gesichtspunkte wie eine gute Kontaktanbindung, eine Materialeinsparung, oder im Hinblick auf das Erzielen eines Optimums aus Kosten und Wirkungsgrad abgestimmt sein.
Des Weiteren kann eine Kombination der anhand der 29 bis 32 erläuterten Unterstruktur mit der Überstruktur (Dickenvergrößerung der Schicht 131 in Richtung der Busbars 132, 133) vorgesehen sein, wobei nahe der Busbars 132, 133 eine Struktur entsprechend 30, und entfernt von den Busbars entsprechend 32 vorliegen kann. Auf diese Weise kann zusätzlich der in der Schicht 131 in Richtung der Busbars 132, 133 auftretende Stromanstieg berücksichtigt sein. Eine weitere Alternative ist eine nur die Dickenvergrößerung in Richtung der Busbars 132, 133 aufweisende Schicht 131 (ohne lokale Dickenvariation). Für das Drucken der Schicht 131 in den unterschiedlichen Varianten (einzig Unterstruktur, einzig Überstruktur, Kombination aus Über- und Unterstruktur) können Siebdruckformen 200 zum Einsatz kommen, welche gemäß den oben genannten Ansätzen aufgebaut sein können (d.h. offener Gewebebereich 243 zum Aufbringen der Schicht 131 mit in Teilbereichen unterschiedlichen Fadenquerschnitten, mit sich stetig oder stufenweise verändernden Fadenquerschnitten, mit Gewebeabschnitten 225, mit Maskierungsstrukturen 226, usw.). Für weitere Details wird auf die obigen Ausführungen Bezug genommen.
Eine Dickenvariation kann auch für eine vorderseitige Kontaktstruktur 120 einer Solarzelle 100 in Betracht kommen. In dieser Hinsicht sind in den 33 und 34 von der Seite jeweils ausschnittsweise mögliche Ausgestaltungen der vorderseitigen Kontaktstruktur 120 gezeigt. Die Kontaktstruktur 120 ist an der Vorderseite auf dem Substrat 110 der Solarzelle 100 angeordnet, und weist schmale Kontaktfinger 121 und zum Anschließen von Zellverbindern vorgesehene Busbars 122 auf (vgl. auch 2). Die an der Vorderseite ebenfalls befindliche Antireflexionsschicht 115 (vgl. 1) ist nicht dargestellt.
Die Kontaktfinger 121 und Busbars 122 können wie oben beschrieben in Form einer gemeinsamen Schicht auf das Substrat 110 aufgedruckt werden. Dies kann in einem einzelnen Siebdruckschritt durch Aufdrucken einer silberhaltigen Paste mit Hilfe einer Siebdruckform 200 erfolgen, wobei die Siebdruckform 200 ein Siebdruckgewebe 210 mit einem offenen Gewebebereich 243 aufweist, welcher an die laterale Form der Kontaktfinger 121 und Busbars 122 angepasst ist.
Bei der in 33 veranschaulichten Ausgestaltung weisen die Kontaktfinger 121 eine erste, relativ große Schichtdicke und die Busbars 122 eine zweite, relativ kleine Schichtdicke auf. Auf diese Weise können die Kontaktfinger 121 trotz der schmalen Form einen relativ kleinen elektrischen Widerstand besitzen. Dies ist günstig in Bezug auf den in den Kontaktfingern 121 zu den Busbars 122 geleiteten elektrischen Strom.
34 zeigt eine alternative Ausgestaltung der vorderseitigen Kontaktstruktur 120, gemäß welcher die Kontaktfinger 121 eine in Richtung der Busbars 122 ansteigende Dicke aufweisen. Dadurch ist auf materialsparende Weise berücksichtigt, dass bei einem Betrieb der Solarzelle 100 der in den Kontaktfingern 121 auftretende Stromfluss mit kürzer werdender Distanz zu den Busbars 122 hin kontinuierlich zunimmt. Direkt an den Busbars 122 weisen die Kontaktfinger 121 eine größere Schichtdicke als die Busbars 122 auf. Vergleichbar zu der rückseitigen flächigen Kontaktschicht 131 kann vorgesehen sein, dass die Kontaktfinger 121 zwischen oder entfernt von den Busbars 122 eine relativ kleine oder annähernd Null aufweisende Dicke besitzen. Ferner kann der Dickenanstieg wie in 34 gezeigt linear sein, oder einem anderen Verlauf (beispielsweise exponentiell) folgen.
Das Drucken der in den 33, 34 gezeigten vorderseitigen Kontaktstrukturen 120 mit unterschiedlichen bzw. variierenden Schichtdicken kann ebenfalls mit Hilfe eines ungleichmäßig ausgebildeten Siebdruckgewebes 210 ermöglicht werden, bei dem die Gewebefäden 211 unterschiedlich große Querschnittsabmessungen aufweisen. Beispielsweise kann das betreffende Gewebe 210 unterschiedlich stark verdünnte Teilbereiche für die Kontaktfinger 121 und Busbars 122 aufweisen (herstellbar mittels mehrerer Maskierung- und/oder Abtragungsschritte, temperatur- oder anströmungsgesteuertes Verdünnen, usw.), mit kleinen Gewebeabschnitten 225 ausgebildet sein, oder mittels kleiner Maskierungsstrukturen 226 einen veränderten Anteil an maskierter Gewebefläche aufweisen. Für weitere Details wird auf die obigen Ausführungen verwiesen.
In einem Siebdruckprozess kann anstelle einer gewebebasierten Siebdruckform 200 auch eine folienbasierte Siebdruckform 400 zur Anwendung kommen, um eine Kontaktstruktur 120, 130 auf ein Substrat 110 einer Solarzelle 100 aufzudrucken. Mögliche Ausgestaltungen, welche ebenfalls zum Drucken unterschiedlicher bzw. variierender Schichtdicken geeignet sind, und daher in gleicher Weise zum Aufbringen der anhand der 18, 19, 21, 22, 25, 27, 29, 31, 33 und 34 erläuterten metallischen Schichten 130, 131, 120, 121, 122 verwendet werden können, werden im Folgenden näher beschrieben. Es wird darauf hingewiesen, dass oben genannte Aspekte und Merkmale, welche in vergleichbarer Weise auch auf folienbasierte Siebdruckformen 400 zur Anwendung kommen können, nur zum Teil beschrieben werden. Für übereinstimmende oder analog anwendbare Details wird daher auf die obigen Ausführungen Bezug genommen.
35 zeigt ausschnittsweise in einer schematischen Aufsichtdarstellung eine mögliche Ausführungsform einer folienbasierten Siebdruckform 400. Die Siebdruckform 400 weist eine Folie 410 mit einem perforierten Folienbereich 430 auf, in welchem Öffnungen 421, 422 vorgesehen sind. Bei der Siebdruckfolie 410 kann es sich um eine Metallfolie handeln, welche eine Dicke im Bereich von 20µm bis 100µm aufweisen kann.
Die Folie 410 kann ferner auf einem quadratischen oder rechteckförmigen Rahmen angeordnet sein (nicht dargestellt). Über den perforierten Folienbereich 430 kann – vergleichbar zu einem unmaskierten Gewebebereich 243 eines Siebdruckgewebes 210 – eine metallische Paste 235 auf ein Substrat 110 einer Solarzelle 100 aufgedruckt werden. In dieser Hinsicht kann der perforierte Folienbereich 430 eine auf die jeweils zu druckende Struktur abgestimmte Form aufweisen. Beim Siebdruckprozess können in vergleichbarer Weise eine Flutrakel 292 zum Verteilen der Paste 235 über die Folie 410, und eine Druckrakel 291 zum Übertragen der verteilten Paste 235 auf das Solarzellensubstrat 110 zum Einsatz kommen.
Um ein Drucken mit unterschiedlichen Schichtdicken zu ermöglichen, ist der perforierte Folienbereich 430 ungleichmäßig mit unterschiedlichen Öffnungs- bzw. Perforationsgraden ausgebildet. Wie in 35 angedeutet ist, weist der perforierte Folienbereich 430 zu diesem Zweck zwei Teilbereiche 441, 442 auf, wobei in dem Teilbereich 441 Öffnungen 421 mit relativ großen lateralen Abmessungen, und in dem Teilbereich 442 Öffnungen 422 mit gegenüber den Öffnungen 421 kleineren lateralen Abmessungen vorgesehen sind. Die Anzahl der Öffnungen 421, 422 pro Fläche (Flächendichte) kann in den beiden Teilbereichen 441, 442 gleich sein.
Aufgrund der größeren Öffnungen 421 weist der Teilbereich 441 einen größeren Öffnungsgrad auf als der andere Teilbereich mit den kleineren Öffnungen 422. Daher steht in dem Teilbereich 441 ein größeres offenes Volumen zum Durchdrücken der Paste 235 zur Verfügung als in dem Teilbereich 442, wodurch in dem Teilbereich 441 im Gegensatz dem Teilbereich 442 ein Drucken mit größerer Schichtdicke möglich ist.
36 zeigt ausschnittsweise in einer schematischen Aufsichtdarstellung eine ähnliche Ausführungsform der folienbasierten Siebdruckform 400. Der perforierte Folienbereich 430 der Siebdruckfolie 410 weist hierbei Öffnungen 423 mit übereinstimmenden lateralen Abmessungen auf. Um unterschiedliche Öffnungsgrade bereitzustellen, weist der perforierte Folienbereich 430 zwei Teilbereiche 451, 452 auf, in welchen unterschiedliche Flächendichten der Öffnungen 423 vorliegen. In dem Teilbereich 451 liegt eine relativ große Flächendichte, und in dem anderen Teilbereich 452 liegt eine gegenüber dem Teilbereich 451 kleinere Flächendichte vor. Daher steht in dem Teilbereich 451 ein größeres offenes Volumen zum Durchdrücken der Paste 235 zur Verfügung als in dem Teilbereich 452, wodurch in dem Teilbereich 451 ein Drucken mit größerer Schichtdicke möglich ist.
Das Herstellen einer folienbasierten Siebdruckform 400 kann ebenfalls in Anlehnung an das Ablaufdiagramm von 9 erläutert werden. In einem ersten Schritt 301 wird eine flächige Folie 410, vorzugsweise eine Metallfolie, bereitgestellt. In einem weiteren Schritt 302 wird die Folie 410 auf einem Rahmen angeordnet bzw. mit diesem verbunden. Dies kann durch Kleben erfolgen. In einem weiteren Schritt 303 werden Öffnungen 421, 422, 423 in der Folie 410 zum Erzeugen eines inhomogen perforierten Folienbereichs 430 ausgebildet. Der perforierte Folienbereich 430 wird mit einer lateralen Form erzeugt, welche abhängig ist von der mit der Siebdruckform 400 zu druckenden Kontaktstruktur.
Im Rahmen des Schritts 303 kann zum Beispiel vorgesehen sein, einen Ätzprozess durchzuführen. Hierbei kann eine geeignete strukturierte Maskierungsschicht, beispielsweise eine fotolithographisch oder per Laser strukturierte Fotolackschicht, zur Anwendung kommen. Möglich ist es auch, die Folie lokal mit einem Laser oder einem Ionenstrahl zu bestrahlen, um die Öffnungen 421, 422, 423 auszubilden. Eine weitere Vorgehensweise ist ein mechanisches Durchbohren der Folie 410. Das mechanische Durchbohren kann zum Beispiel durch Stanzen bzw. mit Hilfe eines Nadelbetts erfolgen. Sofern das Ausbilden der Öffnungen 421, 422, 423 unter Verwendung einer Maskierungsschicht durchgeführt wird, kann diese im Rahmen eines weiteren Schritts 304 wieder von der Folie 410 entfernt werden.
Eine folienbasierte Siebdruckform 400 kann neben den anhand der 35 und 36 beschriebenen Ausführungsformen auch mit anderen Ausführungsformen verwirklicht sein. Beispielsweise kann eine Folie 410 anstelle der dargestellten runden Öffnungen 421, 422, 423 auch anders geformte Öffnungen, zum Beispiel rechteckförmige oder quadratische Öffnungen, aufweisen. Des Weiteren ist es möglich, dass ein perforierter Folienbereich 430 nicht nur zwei, sondern eine größere Anzahl an Teilbereichen mit unterschiedlichen Öffnungsgraden aufweist. Auch können Kombinationen der anhand der 35 und 36 aufgezeigten Ausführungsbeispiele in Betracht kommen, d.h. dass ein perforierter Folienbereich 430 sowohl mit unterschiedlich großen Öffnungen als auch mit unterschiedlichen Flächendichten von Öffnungen ausgebildet sein kann.
Darüber hinaus können auch weitere in Bezug auf gewebebasierte Siebdruckgewebe 200 genannte Aspekte in analoger Form zur Anwendung kommen. Beispielsweise kann in Betracht kommen, dass in einem Übergangsbereich von einem Öffnungsgrad zu einem anderen Öffnungsgrad eine stetige Variation des Öffnungsrades vorliegt, oder dass der Öffnungsgrad über einen größeren Bereich oder in Teilbereichen stetig variiert, bzw. zu oder abnimmt. Möglich ist ferner eine Variation in kleineren Abstufungen. Die Veränderung des Öffnungsgrades kann durch eine entsprechende Veränderung bzw. Variation der Größe und/oder der Flächendichte der Öffnungen verwirklicht sein.
Des Weiteren kann ein perforierter Folienbereich 430 vergleichbar zu den Siebdruckgeweben 210 der 20 und 23 eine Anzahl an Teilbereichen aufweisen, in welchen gegenüber dem restlichen perforierten Folienbereich 430 ein anderer Öffnungsgrad vorliegt. Über eine Variation der Flächendichte und/oder der Größe derartiger Teilbereiche kann auch hier ein Drucken einer zusammenhängenden Schicht mit variierender Schichtdicke erzielt werden.
Darüber hinaus kann in Betracht kommen, dass eine folienbasierte Siebdruckform 400 eine auf der Folie 410 angeordnete Maskierungsschicht aufweist. Die Maskierungsschicht kann zum Beispiel in einem, eine zu druckende Kontaktstruktur umgebenden Randbereich vorgesehen sein, wodurch beim Drucken eine entsprechende Abdichtung des Druckbereichs erzielt werden kann. Möglich ist ferner der zusätzliche Einsatz von Maskierungsstrukturen in einem perforierten Folienbereich 430, was vergleichbar zu den Siebdruckgeweben 210 der 20 und 23 mit den Maskierungsstrukturen 226 verwirklicht sein kann, wobei eine Variation der Flächendichte und/oder der Größe der Maskierungsstrukturen vorliegt.
Die anhand der Figuren erläuterten Ausführungsformen stellen bevorzugte bzw. beispielhafte Ausführungsformen der Erfindung dar. Neben den beschriebenen und abgebildeten Ausführungsformen sind weitere Ausführungsformen vorstellbar, welche weitere Abwandlungen bzw. Kombinationen von Merkmalen umfassen können. Beispielsweise können die obigen Zahlenangaben durch andere Angaben ersetzt werden.
Im Hinblick auf Maskierungsschichten 220, 221, 222 können andere Materialien als Fotolacke zur Anwendung kommen. Auch kann eine Maskierungsschicht gegebenenfalls aus unterschiedlichen Materialien ausgebildet, und in einem oder mehreren Schritten auf ein Siebdruckgewebe 210 aufgebracht werden. Möglich ist es ferner, eine Maskierung vorzusehen, bei welcher ein Siebdruckgewebe 210 in unterschiedlichen Bereichen ein- und beidseitig maskiert ist.
Ein selektives Verdünnen eines Siebdruckgewebes 210 zum Erzeugen einer über die Gewebefläche variierenden Fadendicke kann neben den oben genannten Methoden auch mit Hilfe von anderen chemischen oder physikalische Verdünnungsverfahren erfolgen.
Des Weiteren kann hinsichtlich des anhand von 12 erläuterten Verdünnens alternativ ein Durchführen eines anisotropen Ätzens an der unbedeckten Seite des Siebdruckgewebes 210 in Betracht gezogen werden. Abhängig von der Tiefe der einseitigen Maskierungsschicht 221 in dem Gewebe 210 bzw. dem Grad der Bedeckung kann auch hier ein lokal unterschiedliches Ätzen bewirkt werden. Möglich ist es auch, ein lokal unterschiedliches Ätzen über Parameter wie zum Beispiel die Temperatur zu steuern.
Im Hinblick auf die anhand der 20 und 23 erläuterte Dickensteuerung mit Hilfe von offenen Gewebeabschnitten 225, welche einen anderen Fadenquerschnitt als der restliche offene Gewebebereich 243 aufweisen, besteht eine mögliche Abwandlung darin, derartige Gewebeabschnitte mit mehreren unterschiedlich großen Fadenquerschnitten auszubilden.
Im Hinblick auf eine Ausgestaltung eines Siebdruckgewebes 210 zum Drucken einer Schicht mit unterschiedlichen Schichtdicken ist des Weiteren die Möglichkeit gegeben, mehrere der oben beschriebenen Ansätze miteinander zu kombinieren. Beispielsweise kann das Gewebe 210 einen offenen Gewebebereich 243 aufweisen, in welchem sowohl offene Gewebeabschnitte 255 mit abweichendem Fadenquerschnitt als auch kleine Emulsions- bzw. Maskierungsstrukturen 226 vorgesehen sind.
Ergänzend wird auf die Möglichkeit hingewiesen, dass bei einer Solarzelle aufweisend ein Substrat und eine auf dem Substrat angeordnete Kontaktstruktur, wobei die Kontaktstruktur eine metallische Schicht mit unterschiedlichen Schichtdicken umfasst, die metallische Schicht durch andere Verfahren hergestellt werden kann. Dies gilt insbesondere für eine flächige Aluminimum-Schicht 131 einer rückseitigen Kontaktstruktur 130, welche die oben beschriebenen Dickenvariationen (Überstruktur, Unterstruktur mit PERC- oder LFC-Kontakten, Überlagerung aus Über- und Unterstruktur) aufweisen kann. Mögliche Methoden werden im Folgenden näher beschrieben.
Beispielsweise kann zum Ausbilden einer dickenvariierten Schicht einer Kontaktstruktur die Verwendung einer Siebdruckform 200 mit einem maskierten Siebdruckgewebe 210 in Betracht kommen, wobei die Dickenvariation der Schicht unabhängig von einem gegebenenfalls dickenvariierten Gewebe 210 (oder ausschließlich) mit Hilfe der oben beschriebenen, auf dem Gewebe 210 angeordneten Maskierungsstrukturen 226 beeinflusst wird. Das Gewebe 210 kann hierbei gleichmäßig sein, so dass über die gesamte (d.h. sowohl maskierte als auch offene) Siebfläche übereinstimmend derselbe Fadenquerschnitt vorliegt. Für die Maskierungsstrukturen 226 kann in der oben beschriebenen Weise eine Variation der Flächendichte und/oder Größe (lateral, sowie Dicke) vorliegen, um ein über die Fläche variiertes offenes Volumens zum Drucken einer Paste mit unterschiedlichen Schichtdicken zur Verfügung zu stellen. Für weitere Details hierzu wird auf die obigen Ausführungen verwiesen.
Insbesondere für eine solche Ausgestaltung einer gewebebasierten Siebdruckform kann in Betracht kommen, ein bereitgestelltes Siebdruckgewebe 210 insgesamt und gleichmäßig mit einem der oben beschriebenen Prozesse (zum Beispiel Ätzen oder Auflösen) zu verdünnen, wodurch auf kostengünstige Weise ein relativ dünnes und einen Druckvorgang begünstigendes Gewebe erzeugt werden kann.
Für eine folienbasierte Siebdruckform 400 kann in entsprechender Weise Betracht kommen, dass ein perforierter Folienbereich 430 der dazugehörigen Folie 410 gleichmäßig mit einem einheitlichen Öffnungsgrad ausgebildet ist, und über Maskierungsstrukturen bzw. über eine Variation der Flächendichte und/oder Größe der Maskierungsstrukturen ein Drucken einer Paste mit unterschiedlichen Schichtdicken ermöglicht wird.
Zum Ausbilden einer dickenvariierten Schicht einer Kontaktstruktur kann ferner in Betracht gezogen werden, während eines Siebdruckprozesses Prozessparameter zu verändern oder zu variieren. Beispielsweise kann bei der zum Drucken verwendeten Druckrakel 291 (siehe 5) der Druck, mit welchem die Druckrakel 291 auf das Siebdruckgewebe 210 (oder eine perforierte Folie 410 für den Fall einer folienbasierten Siebdruckform 400) angedrückt wird, während der Bewegung der Druckrakel 291 und/oder über die Rakellänge variiert werden, um den Pastenauftrag positionsabhängig zu variieren. Eine weitere Methode besteht darin, die Druckrakel 291 wellig eingespannt in einer zum Halten der Druckrakel 291 verwendeten Halteeinrichtung anzuordnen. Darüber hinaus kann in Betracht kommen, für den Siebdruck eine Druckrakel 291 zu verwenden, bei der die zum Andrücken an das Siebdruckgewebe 210 (oder die Folie 410) vorgesehene Rakelkante uneben ist und beispielsweise eine strukturierte oder wellige Form aufweist, so dass ebenfalls eine positionsabhängige Variation des Pastenauftrags erzielt werden kann. Derartige Ansätze können einzeln oder auch zusammen, sowie mit einer Siebdruckform 200 mit einem gleichmäßigen oder ungleichmäßigen Gewebe 210 oder mit einer Siebdruckform 400 mit einer gleichmäßig oder ungleichmäßig perforierten Folie 410 verwirklicht werden.
Des Weiteren kann zum Ausbilden einer dickenvariierten Schicht einer Kontaktstruktur anstelle eines einzelnen Siebdruckschritts ein zwei- oder mehrstufiger Siebdruckprozess mit mehreren Siebdruckschritten durchgeführt werden, wobei in den einzelnen Schritten eigene Siebdruckformen zum Einsatz kommen können. Hierdurch kann eine metallische Schicht einer Kontaktstruktur aus mehreren Schichten aufgebaut sein.
Anstelle eines Siebdruckprozesses kann ein Extrusionsdruckprozess durchgeführt werden, bei dem eine Paste über Extrusionsdüsen auf ein Substrat extrudiert wird. Eine Dickenvariation kann verwirklicht werden, indem das extrudierte Pastenvolumen pro Fläche variiert wird. Dies kann beispielsweise erzielt werden durch eine Veränderung des über die Düsen extrudierten Pastenvolumenstroms pro Zeit, über eine Geschwindigkeitsänderung eines die Extrusionsdüsen aufweisenden und beim Drucken über das betreffende Substrat bewegten Druckkopfs, über eine Anzahl bzw. Verwendung der Extrusionsdüsen pro Fläche/Länge, usw.
Eine weitere Variante ist das Durchführen eines Abscheideverfahrens (Dampfphasenabscheidung) zum Aufbringen der Schicht, insbesondere eines PVD-Verfahrens („Physical Vapor Deposition“). Eine Metallisierungsdicke kann zum Beispiel durch Verwendung von einer oder mehreren Maske(n) mit variablen Öffnungen variiert werden.
Für das Ausbilden einer dickenvariierten Schicht einer Kontaktstruktur können darüber hinaus auch Verfahren wie eine elektrochemische Abscheidung bzw. Elektroplattieren oder ein Sputterverfahren zum Einsatz kommen.

Claims

Siebdruckform (200) zum Herstellen einer Kontaktstruktur (120, 130) einer Solarzelle (100), aufweisend ein Siebdruckgewebe (210) aus Gewebefäden (211), wobei das Siebdruckgewebe (210) ungleichmäßig mit unterschiedlichen Querschnittsabmessungen der Gewebefäden (211) ausgebildet ist.
Siebdruckform nach Anspruch 1, wobei Querschnittsabmessungen von Gewebefäden (211) in einem die herzustellende Kontaktstruktur (120, 130) umgebenden Bereich (241) größer sind als Querschnittsabmessungen von Gewebefäden (211) in einem anderen Bereich (243) des Siebdruckgewebes (210).
Siebdruckform nach einem der vorhergehenden Ansprüche, weiter aufweisend eine auf dem Siebdruckgewebe (210) angeordnete Maskierungsschicht (220), welche das Siebdruckgewebe (210) in durchlässige und undurchlässige Gewebebereiche (241, 242, 243) unterteilt.
Siebdruckform nach Anspruch 3, wobei Querschnittsabmessungen von Gewebefäden (211) in einem durchlässigen Gewebebereich (243) kleiner sind als Querschnittsabmessungen von Gewebefäden (211) in einem undurchlässigen Gewebebereich (241, 242).
Siebdruckform nach einem der Ansprüche 3 oder 4, wobei ein durchlässiger Gewebebereich (243) ungleichmäßig mit unterschiedlichen Querschnittsabmessungen der Gewebefäden (211) ausgebildet ist.
Siebdruckform nach einem der Ansprüche 3 bis 5, wobei ein durchlässiger Gewebebereich (243) eine Anzahl an durchlässigen Gewebeabschnitten (225) umfasst, in welchen die Gewebefäden (211) gegenüber dem restlichen durchlässigen Gewebebereich (243) andere Querschnittsabmessungen aufweisen, und wobei eine Variation der Flächendichte und/oder der Größe der Gewebeabschnitte (225) vorliegt.
Siebdruckform nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei ein durchlässiger Gewebebereich (243) eine Anzahl an Maskierungsstrukturen (226) umfasst, und wobei eine Variation der Flächendichte und/oder der Größe der Maskierungsstrukturen (226) vorliegt.
Verfahren zum Herstellen einer Siebdruckform (200) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, umfassend die Verfahrensschritte: Bereitstellen eines Siebdruckgewebes (210) aus Gewebefäden (211); und Ändern von Querschnittsabmessungen von Gewebefäden (211) des Siebdruckgewebes (210).
Verfahren nach Anspruch 8, wobei das Ändern von Querschnittsabmessungen ein Verdünnen von Gewebefäden (211) umfasst.
Verfahren nach Anspruch 9, wobei das Verdünnen folgende Schritte umfasst: Ausbilden einer Maskierungsschicht (221, 222) auf dem Siebdruckgewebe (210); und Durchführen eines Abtragungsprozesses unter Verwendung der Maskierungsschicht (221, 222).
Verfahren nach einem der Ansprüche 9 oder 10, wobei das Verdünnen wenigstens einen der folgenden Schritte umfasst: Ätzen von Gewebefäden (211); Auflösen von Material von Gewebefäden (211); Lokales Anströmen des Siebdruckgewebes (210) mit einem Ätzmittel oder einem Lösungsmittel; Lokales Erwärmen oder Kühlen des Siebdruckgewebes (210); und lokales Bestrahlen des Siebdruckgewebes (210) mit einem Laser.
Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 11, wobei das Ändern von Querschnittsabmessungen ein Verdicken von Gewebefäden (211) umfasst.
Siebdruckform (400) zum Herstellen einer Kontaktstruktur (120, 130) einer Solarzelle (100), aufweisend eine Folie (410) umfassend einen perforierten Folienbereich (430) mit Öffnungen (421, 422, 423), und wobei der perforierte Folienbereich (430) ungleichmäßig mit unterschiedlichen Öffnungsgraden ausgebildet ist.
Siebdruckform nach Anspruch 13, wobei Öffnungen (421, 422) der Folie (410) in dem perforierten Folienbereich (430) eine unterschiedliche Größe aufweisen.
Siebdruckform nach einem der Ansprüche 13 oder 14, wobei der perforierte Folienbereich (430) eine unterschiedliche Flächendichte der Öffnungen (423) aufweist.
Verfahren zum Herstellen einer Siebdruckform (400) nach einem der Ansprüche 13 bis 15, umfassend die Verfahrensschritte: Bereitstellen einer Folie (410); und Ausbilden von Öffnungen (421, 422, 423) in der Folie (410) zum Erzeugen eines perforierten Folienbereichs (430).
Verfahren nach Anspruch 16, wobei das Ausbilden von Öffnungen (421, 422, 423) in der Folie (410) wenigstens einen der folgenden Schritte umfasst: Durchführen eines Ätzprozesses; Bestrahlen der Folie (410) mit einem Laser; Bestrahlen der Folie (410) mit einem Ionenstrahl; und Mechanisches Durchbohren der Folie (410).
Solarzelle (100), aufweisend ein Substrat (110) und eine auf dem Substrat angeordnete Kontaktstruktur (120, 130), wobei die Kontaktstruktur (120, 130) eine metallische Schicht (121, 122, 131) umfasst, welche unterschiedliche Schichtdicken aufweist und mit Hilfe eines Siebdruckprozesses unter Verwendung einer Siebdruckform (200) nach einem der Ansprüche 1 bis 7 oder unter Verwendung einer Siebdruckform (400) nach einem der Ansprüche 13 bis 15 ausgebildet ist.
Solarzelle nach Anspruch 18, wobei die Kontaktstruktur eine rückseitige Kontaktstruktur (130) ist, welche die metallische Schicht (131) und mehrere zum Verbinden mit Zellverbindern vorgesehene Kontaktelemente (132, 133) umfasst, und wobei die metallische Schicht (131) flächig ausgebildet ist.
Solarzelle nach Anspruch 19, wobei die metallische Schicht (131) im Bereich der Kontaktelemente (132, 133) eine größere Schichtdicke aufweist als in einem beabstandeten Bereich zu den Kontaktelementen (132, 133).
Solarzelle nach einem der Ansprüche 19 oder 20, wobei das Substrat (110) an einer Rückseite eine dielektrische Passivierungsschicht (117) aufweist, auf welcher die Kontaktstruktur (130) angeordnet ist, wobei die metallische Schicht (131) an mehreren Kontaktstellen (135, 136) durch die Passivierungsschicht (117) an das Substrat (110) angeschlossen ist, und wobei die metallische Schicht (131) im Bereich (151, 161) einer Kontaktstelle (135, 136) und in einem hieran angrenzenden Bereich (152, 162) unterschiedliche Schichtdicken aufweist.