DE102013219846A1

DE102013219846A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Kontaktieren einer Oberfläche einer Fotovoltaikzelle

Info

Publication number: DE102013219846A1
Application number: DE201310219846
Authority: DE
Inventors: Florian Einsele; Robert Roelver
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2013-10-01
Filing date: 2013-10-01
Publication date: 2015-04-02

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren (100) zum Kontaktieren einer Oberfläche einer Fotovoltaikzelle, wobei das Verfahren (100) einen Schritt (102) des Bereitstellens, einen Schritt (104) des Aufbringens, einen Schritt (106) des Strukturierens und einen Schritt (108) des Abscheidens aufweist. Im Schritt (102) des Bereitstellens wird ein Wafer der Fotovoltaikzelle bereitgestellt. Im Schritt (104) des Aufbringens wird eine geschlossene, elektrisch isolierende Schicht auf die Oberfläche des Wafers aufgebracht. Im Schritt (106) des Strukturierens wird die isolierende Schicht strukturiert, um einen zu kontaktierenden Bereich der Fotovoltaikzelle freizulegen. Im Schritt (108) des Abscheidens wird eine elektrisch leitende Schicht in dem zu kontaktierenden Bereich abgeschieden, um die Fotovoltaikzelle zu kontaktieren.

Description

Stand der Technik
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Kontaktieren einer Oberfläche einer Fotovoltaikzelle, auf eine entsprechende Vorrichtung sowie auf eine Fotovoltaikzelle.
Bei einer Solarzelle werden durch einfallendes Licht elektrische Ladungen getrennt, wodurch ein elektrisches Potenzial entsteht. Durch elektrisch leitende Kontakte an der Solarzelle kann dieses Potenzial als elektrische Spannung zwischen den Kontakten abgegriffen werden.
Die DE 10 2009 009 840 A1 beschreibt ein Verfahren, eine Vorrichtung und eine Drucksubstanz zur Herstellung einer metallischen Kontaktstruktur.
Offenbarung der Erfindung
Vor diesem Hintergrund wird mit der vorliegenden Erfindung ein Verfahren zum Kontaktieren einer Oberfläche einer Fotovoltaikzelle, weiterhin eine Vorrichtung, die dieses Verfahren verwendet sowie schließlich eine Fotovoltaikzelle gemäß den Hauptansprüchen vorgestellt. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den jeweiligen Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung.
Wenn eine Lichteinfallsseite einer Fotovoltaikzelle möglichst wenig abgeschattet wird, steht viel Fläche zum Erzeugen von elektrischer Energie zur Verfügung. Deshalb ist es vorteilhaft, Kontakte auf der Lichteinfallsseite möglichst dünn auszuführen. Durch Kontakte aus einem Material mit einer hohen spezifischen Leitfähigkeit können die in der Fotovoltaikzelle erzeugten elektrischen Ladungen über einen geringen Leitungsquerschnitt weitestgehend verlustfrei ab- oder zugeleitet werden.
Kupfer weist eine hohe spezifische elektrische Leitfähigkeit auf. Kupfer kann durch elektrochemisches Galvanisieren mit einer hohen Reinheit auf einer elektrisch leitfähigen Oberfläche abgeschieden werden. Durch die Reinheit kann die Leitfähigkeit noch einmal verbessert werden. Zusätzlich weist Kupfer im Vergleich zu Materialien mit einer ähnlich hohen spezifischen elektrischen Leitfähigkeit einen vergleichsweise geringen Preis auf, wodurch die Materialkosten für die Fotovoltaikzelle gesenkt werden können.
Weiterhin kann über eine vor dem Galvanisieren aufgebrachte Maske genau definiert werden, wo das Kupfer abgeschieden werden soll. Zusätzlich kann eine Schichtdicke des abgeschiedenen Kupfers sehr exakt bestimmt werden. Durch das Galvanisieren wird nur dort Material verbraucht, wo die elektrisch leitfähige Oberfläche freiliegt.
Es wird ein Verfahren zum Kontaktieren einer Oberfläche einer Fotovoltaikzelle vorgestellt, wobei das Verfahren die folgenden Schritte aufweist:
Bereitstellen eines Wafers der Fotovoltaikzelle;
Aufbringen einer geschlossenen elektrisch isolierenden Schicht auf die Oberfläche des Wafers;
Strukturieren der isolierenden Schicht, um einen zu kontaktierenden Bereich der Fotovoltaikzelle freizulegen; und
Abscheiden einer elektrisch leitenden Schicht in dem zu kontaktierenden Bereich, um die Fotovoltaikzelle zu kontaktieren.
Unter einer Fotovoltaikzelle oder Solarzelle kann ein Halbleiterbauteil zum Umwandeln von Licht in elektrische Energie verstanden werden. Ein Wafer kann eine vorbehandelte Scheibe sein, die als Basismaterial ein Halbleitermaterial aufweist. Das Halbleitermaterial kann unter Verwendung von Fremdatomen, die zumindest in Teilbereichen des Wafers in ein Kristallgitter des Halbleitermaterials eingelagert worden sind, in seinen elektrischen Eigenschaften verändert worden sein. Insbesondere die zu kontaktierende Oberfläche des Wafers kann einen gegenüber dem Basismaterial verringerten elektrischen Widerstand aufweisen. Eine elektrisch isolierende Schicht kann aus einem elektrisch nichtleitenden Material bestehen. Die isolierende Schicht kann so dünn ausgeführt werden, dass bei einem höheren elektrischen Potenzial über die Schicht trotzdem eine geringe elektrische Leitung auftritt. Die isolierende Schicht kann im Vergleich zur Oberfläche des Wafers eine wesentlich geringere Leitfähigkeit aufweisen. Ein Strukturieren kann ein Entfernen der isolierenden Schicht in Teilbereichen der Oberfläche sein. Beim Strukturieren bleiben Flächen der isolierenden Schicht bestehen, um nicht zu kontaktierende Bereiche der Fotovoltaikzelle während des Abscheidens zu schützen. Die elektrisch leitende Schicht kann aus einem elektrisch leitenden Material bestehen. Die Leitfähigkeit der Schicht kann wesentlich höher sein, als die Leitfähigkeit der Oberfläche des Wafers.
Die elektrisch leitende Schicht kann elektrochemisch abgeschieden werden. Die elektrisch leitende Schicht kann in einem Elektrolytbad durch Ablagern von Ionen aus dem Elektrolyt in dem zu kontaktierenden Bereich abgeschieden werden. Dazu wird eine elektrische Gleichspannung zwischen der Oberfläche der Fotovoltaikzelle als Kathode und einer Anode angelegt. In durch die isolierende Schicht geschützten Bereichen des Wafers werden keine Ionen abgelagert. Dadurch weist das elektrochemische Abscheiden einen sehr geringen Materialverbrauch auf. Die elektrisch leitende Schicht wird mit einer sehr hohen Reinheit abgeschieden. Die elektrisch leitende Schicht wird porenfrei abgeschieden.
Es kann ein kupferbasierter Werkstoff als die elektrisch leitende Schicht abgeschieden werden. Kupfer weist bei einer ähnlich hohen spezifischen elektrischen Leitfähigkeit einen geringeren Preis als Edelmetalle auf.
Die isolierende Schicht kann unter Verwendung eines Atomlagenabscheideprozesses aufgebracht werden. Ein Atomlagenabscheideprozess ist ein Prozess, in dem Schichtdicken bis zu einer Atomlage dünn aufgebracht werden können. Durch wiederholtes Abscheiden kann eine mehrlagige Schicht aufgebaut werden. Bei dem Atomlagenabscheideprozess können zumindest zwei Ausgangsstoffe auf der Oberfläche des Wafers zu zumindest einem Reaktionsprodukt reagieren, wobei eines der Reaktionsprodukte als einatomige Lage auf der Oberfläche zurückbleibt.
Die isolierende kann Schicht in dem zu kontaktierenden Bereich unter Verwendung eines Laserablationsprozesses entfernt werden. Bei der Laserablation wird mit einem konzentrierten Laserstrahl Material verdampft. Dabei kann eine Wärmeeinflusszone um den Auftreffpunkt aufgrund einer örtlich stark begrenzten und kurzen Einwirkung des Lasers sehr klein gehalten werden. Benachbarte Schichten werden so nicht beschädigt. Der Laserstrahl kann präzise geführt werden.
Im Schritt des Aufbringens kann eine metallische Schicht auf die Oberfläche aufgebracht werden und die isolierende Schicht auf die metallische Schicht aufgebracht werden. Im Schritt des Strukturierens kann die metallische Schicht freigelegt werden und die leitende Schicht auf der metallischen Schicht abgeschieden werden. Die metallische Schicht kann sehr dünn sein. Die metallische Schicht und die isolierende Schicht können unter Verwendung verschiedener Prozesse aufgebracht werden. Ebenso kann die metallische Schicht mit dem gleichen Prozess aufgebracht werden, wie die isolierende Schicht. Durch die metallische Schicht kann eine Leitfähigkeit der Oberfläche der Fotovoltaikzelle erhöht werden, wodurch das Abscheiden der leitenden Schicht besonders gleichmäßig erfolgen kann.
Das Verfahren kann einen Schritt des Anordnens metallischer Strukturen auf der Oberfläche aufweisen. Im Schritt des Aufbringens kann die isolierende Schicht über die metallischen Strukturen aufgebracht werden. Im Schritt des Strukturierens können die metallischen Strukturen zumindest teilweise wieder freigelegt werden. Metallische Strukturen können einen wesentlich größeren Querschnitt aufweisen, als die leitende Schicht. Die metallischen Strukturen können Sammelleitungen für die elektrischen Ladungen der Fotovoltaikzelle sein. Die metallischen Strukturen können quer zu den zu kontaktierenden Bereichen ausgerichtet sein.
Der Wafer kann zumindest im Bereich der Oberfläche leitfähig bereitgestellt werden. Durch eine gute Leitfähigkeit der Oberfläche können Arbeitsschritte eingespart werden.
Das Verfahren kann einen Schritt des Freilegens der Oberfläche des Wafers aufweisen. Außerhalb des zu kontaktierenden Bereichs können alle Schichten entfernt werden. Durch das Freilegen kann ein Wirkungsgrad der Fotovoltaikzelle verbessert werden, da durch das Entfernen der isolierenden Schicht und der möglichen metallischen Schicht kein Licht vor dem Halbleitermaterial absorbiert oder reflektiert wird. Das Entfernen kann beispielsweise nasschemisch erfolgen.
Weiterhin wird eine Vorrichtung zum Kontaktieren einer Oberfläche einer Fotovoltaikzelle vorgestellt, wobei die Vorrichtung die folgenden Merkmale aufweist:
eine Einrichtung zum Bereitstellen eines Wafers der Fotovoltaikzelle;
eine Einrichtung zum Aufbringen einer geschlossenen elektrisch isolierenden Schicht auf die Oberfläche des Wafers;
eine Einrichtung zum Strukturieren der isolierenden Schicht, um einen zu kontaktierenden Bereich der Fotovoltaikzelle freizulegen; und
eine Einrichtung zum Abscheiden einer elektrisch leitenden Schicht in dem zu kontaktierenden Bereich, um die Fotovoltaikzelle zu kontaktieren.
Auch durch diese Ausführungsvariante der Erfindung in Form einer Vorrichtung kann die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe schnell und effizient gelöst werden.
Unter einer Vorrichtung kann vorliegend ein elektrisches Gerät verstanden werden, das Sensorsignale verarbeitet und in Abhängigkeit davon Steuer- und/oder Datensignale ausgibt. Die Vorrichtung kann eine Schnittstelle aufweisen, die hard- und/oder softwaremäßig ausgebildet sein kann. Bei einer hardwaremäßigen Ausbildung können die Schnittstellen beispielsweise Teil eines sogenannten System-ASICs sein, der verschiedenste Funktionen der Vorrichtung beinhaltet. Es ist jedoch auch möglich, dass die Schnittstellen eigene, integrierte Schaltkreise sind oder zumindest teilweise aus diskreten Bauelementen bestehen. Bei einer softwaremäßigen Ausbildung können die Schnittstellen Softwaremodule sein, die beispielsweise auf einem Mikrocontroller neben anderen Softwaremodulen vorhanden sind.
Ferner wird eine Fotovoltaikzelle mit einer elektrisch leitenden, elektrochemisch abgeschiedenen, kupferbasierten, strukturierten Schicht auf einer Oberfläche eines Wafers der Fotovoltaikzelle vorgestellt.
Die Erfindung wird nachstehend anhand der beigefügten Zeichnungen beispielhaft näher erläutert. Es zeigen:
1 ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens zum Kontaktieren einer Oberfläche einer Fotovoltaikzelle gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
2 eine Darstellung mehrerer Strom-Spannungs-Kennlinien von Fotovoltaikzellen mit unterschiedlicher Anzahl von isolierenden Schichten gemäß verschiedenen Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung;
3 eine Darstellung eines Wafers für eine Fotovoltaikzelle;
4 eine Darstellung eines Wafers für eine Fotovoltaikzelle mit einer elektrisch isolierenden Schicht gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
5 eine Darstellung eines durch Laserablation strukturierten zu kontaktierenden Bereichs gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
6 eine Darstellung einer Fotovoltaikzelle mit einer elektrochemisch abgeschiedenen, kupferbasierten Vorderseitenkontaktierung gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
7 eine Darstellung eines Wafers für eine Fotovoltaikzelle mit einer metallischen Saatschicht gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
8 eine Darstellung eines Wafers mit einer metallischen Saatschicht und einer elektrisch isolierenden Schicht gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
9 eine Darstellung eines durch Laserablation strukturierten zu kontaktierenden Bereichs auf einer Saatschicht gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
10 eine Darstellung einer Fotovoltaikzelle mit einer elektrochemisch auf einer Saatschicht abgeschiedenen, kupferbasierten Vorderseitenkontaktierung gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
11 eine Darstellung einer Fotovoltaikzelle mit entfernter isolierender Schicht gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
12 eine Darstellung einer Fotovoltaikzelle mit außerhalb des zu kontaktierenden Bereichs entfernter Saatschicht gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
13 eine Darstellung eines Wafers für eine Fotovoltaikzelle mit metallischen Strukturen auf der Vorderseite gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
14 eine Darstellung eines Wafers für eine Fotovoltaikzelle mit von einer isolierenden Schicht abgedeckten metallischen Strukturen gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
15 eine Darstellung eines durch Laserablation geöffneten, zu kontaktierenden Bereichs und freiliegender metallischer Strukturen gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
16 eine Darstellung einer im zu kontaktierenden Bereich auf metallische Strukturen abgeschiedenen metallischen Schicht gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung; und
17 ein Blockschaltbild einer Vorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
In der nachfolgenden Beschreibung günstiger Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden für die in den verschiedenen Figuren dargestellten und ähnlich wirkenden Elemente gleiche oder ähnliche Bezugszeichen verwendet, wobei auf eine wiederholte Beschreibung dieser Elemente verzichtet wird.
1 zeigt ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens 100 zum Kontaktieren einer Oberfläche einer Fotovoltaikzelle gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Das Verfahren 100 weist einen Schritt 102 des Bereitstellens, einen Schritt 104 des Aufbringens, einen Schritt 106 des Strukturierens und einen Schritt 108 des Abscheidens auf. Im Schritt 102 des Bereitstellens wird ein Wafer der Fotovoltaikzelle bereitgestellt. Im Schritt 104 des Aufbringens wird eine geschlossene, elektrisch isolierende Schicht auf die Oberfläche des Wafers aufgebracht. Im Schritt 106 des Strukturierens wird die isolierende Schicht strukturiert, um einen zu kontaktierenden Bereich der Fotovoltaikzelle freizulegen. Im Schritt 108 des Abscheidens wird eine elektrisch leitende Schicht in dem zu kontaktierenden Bereich abgeschieden, um die Fotovoltaikzelle zu kontaktieren.
In einem Ausführungsbeispiel wird die elektrisch leitende Schicht im Schritt 108 des Abscheidens elektrochemisch abgeschieden. Dazu wird der Wafer mit der strukturierten isolierenden Schicht in ein elektrolythaltiges Bad eingebracht und zwischen einer Opferanode und dem Wafer als Kathode einelektrisches Potenzial erzeugt. Auf den freiliegenden Flächen des Wafers schlägt sich dann das elektrisch leitende Material als Feststoff nieder.
In einem Ausführungsbeispiel wird im Schritt 108 des Abscheidens ein kupferbasierter Werkstoff als die elektrisch leitende Schicht abgeschieden. Bei Kupfer kann insbesondere ein sauerer Elektrolyt verwendet werden. Kupfer kann in Reinform abgeschieden werden.
In einem Ausführungsbeispiel wird die isolierende Schicht im Schritt 104 des Aufbringens unter Verwendung eines Atomlagenabscheideprozesses aufgebracht. Beim Atomlagenabscheideprozess kann ein erster Reaktand der isolierenden Schicht auf den Wafer aufgebracht werden. Der erste Reaktand bildet eine geschlossene Schicht auf dem Wafer aus. Die Schicht ist eine Atomlage oder Moleküldicke dick. Überschüssiger erster Reaktand wird entfernt. Anschließend wird ein zweiter Reaktand der isolierenden Schicht auf den Wafer mit der Schicht des ersten Reaktanden aufgebracht. Der zweite Reaktand reagiert mit allen Atomen oder Molekülen des ersten Reaktanden und bildet dabei eine Lage der isolierenden Schicht aus. Überschüssiger zweiter Reaktand wird wieder entfernt. Der Prozess wird so lange wiederholt, bis eine gewünschte Schichtdicke der isolierenden Schicht auf dem Wafer aufgebaut ist.
In einem Ausführungsbeispiel wird im Schritt 106 des Strukturierens die isolierende Schicht in dem zu kontaktierenden Bereich unter Verwendung eines Laserablationsprozesses entfernt. Beim Laserablatieren wird die isolierenden Schicht unter Verwendung von Laser punktuell so stark erhitzt, bis das Material der Schicht zu Plasma umgewandelt wird. Das Plasma wird ausgespült. Zurück bleibt eine punktuelle Vertiefung. Ein Großteil der thermischen Energie des Lasers wird durch das Plasma abtransportiert. Dadurch ist eine Erwärmung benachbarter Gebiete begrenzt. Eine Wärmeeinflusszone ist klein.
In einem Ausführungsbeispiel wird im Schritt 104 des Aufbringens eine metallische Schicht auf die Oberfläche aufgebracht und die isolierende Schicht auf die metallische Schicht aufgebracht. Im Schritt 106 des Strukturierens wird die metallische Schicht freigelegt. Im Schritt des Abscheidens 108 wird die leitende Schicht auf der metallischen Schicht abgeschieden. Die metallische Schicht kann aufgedampft werden. Die metallische Schicht erhöht die Leitfähigkeit der Oberfläche des Wafers.
In einem Ausführungsbeispiel weist das Verfahren einen Schritt des Anordnens metallischer Strukturen auf der Oberfläche auf. Im Schritt des Aufbringens 104 wird die isolierende Schicht über die metallischen Strukturen aufgebracht. Im Schritt 106 des Strukturierens werden die metallischen Strukturen zumindest teilweise wieder freigelegt. Metallische Strukturen können aufgedruckt werden. Die metallischen Strukturen sind gröber ausgeformt, als die durch die leitende Schicht zu kontaktierenden Bereiche.
In einem Ausführungsbeispiel wird der Wafer im Schritt 102 des Bereitstellens zumindest im Bereich der Oberfläche leitfähig bereitgestellt. Die Oberfläche wird lokal stark dotiert oder mit einem transparenten, leitfähigen Oxid bereitgestellt.
In einem Ausführungsbeispiel weist Verfahren einen Schritt des Freilegens der Oberfläche des Wafers auf. Dabei werden außerhalb des zu kontaktierenden Bereichs alle Schichten entfernt. Die Schichten werden weggeätzt. Durch das Ätzen wird das Basismaterial des Wafers wieder freigelegt.
Mit anderen Worten zeigt 1 ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens 100 zur Herstellung strukturierter Metallschichten mittels galvanischer Abscheidung.
Unter Anwendung des hier vorgestellten Ansatzes können Solarzellen kostengünstig produziert werden. Dies ist ein entscheidender Faktor für die Wettbewerbsfähigkeit von Solarstrom gegenüber konventionell hergestellter elektrischer Energie und damit auch für den kommerziellen Erfolg der Photovoltaik. Durch den hier vorgestellten Ansatz können die Herstellkosten von Solarzellen mittels Verwendung alternativer, kostengünstiger Metalle anstatt des bisher überwiegend eingesetzten Silbers (Ag) als Vorderseitenkontakt gesenkt werden. Beispielsweise kann Kupfer (Cu), welches eine ähnlich gute spezifische Leitfähigkeit wie Silber besitzt, aber vom Rohmaterialpreis 99% unter dem Silberpreis verwendet werden.
Der Einsatz von Kupfer in der Solarzellenherstellung kann unter Anwendung neuer, modifizierter Metallisierungskonzepte umgesetzt werden. Mögliche Kupfer-Metallisierungstechniken zum Aufbringen von Kontaktstrukturen (Metall-Grid) sind ganzflächige Beschichtung aus dem Target mittels Sputtern oder Elektronenstrahlverdampfen über Schattenmasken oder lithografisch hergestellte Masken, Siebdruck von Kupfer-Pasten, oder galvanische Abscheidung aus einem Elektrolyt.
Das hier vorgestellte Verfahren weist einen guten Ausnutzungsgrad des abgeschiedenen Metalls auf, da kein abgeschiedenes Material auf einer Maske haften bleibt und alles eingesetzte Material sinnvoll in der Kontaktstruktur genutzt wird.
Lithografietechniken sind aufgrund der vielen benötigten Prozessschritte, wie Belacken, Belichten, Entwickeln, Metallabscheidung und Lift Off, kostenmäßig weniger für den Einsatz in der auf hohen Durchsatz angelegten Solarzellenproduktion geeignet.
Die Spezifikationen für die Kontaktierung von Solarzellen, wie niedriger Kontaktwiderstand zum Silizium bzw. TCO (Transparent Conductive Oxide), geringe Linienleitfähigkeit, gute Druckbarkeit von dünnen Linien, werden von Kupfer-Pasten oder Kupfer-basierten Siebdruckpasten nur schwer erfüllt.
Die hier vorgestellte galvanische Abscheidung von Kupfer, aber auch anderen Metallen aus dem Elektrolyt ist eine vielversprechende Alternative zu den oben genannten Metallisierungstechniken. Auf eine leitfähige Schicht, beispielsweise ein Solarzellenemitter, eine leitfähige, transparente TCO Schicht oder eine metallische Saatschicht wird im zu metallisierenden Bereich eine isolierende Maske aufgebracht, die an den zu metallisierenden Bereichen geöffnet wird. Durch Kontaktierung der unter der Maske liegenden, leitfähigen Schicht lagert sich durch Anlegen einer Spannung zwischen dem Solarzellenwafer und dem Elektrolyt eine metallische Schicht in den geöffneten Bereichen an.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel handelt es sich um ein Verfahren 100 zur kostengünstigen und einfachen Herstellung der strukturierten, isolierenden Maske unter Berücksichtigung der je nach Solarzellentyp unterschiedlichen Leitfähigkeit der zuunterst liegenden, zu kontaktierenden Schicht, bei Solarzellen TCO oder dotierter Emitter. Der Ansatz kann darüber hinaus auch in allen anderen Fällen angewendet werden, in denen strukturierte Metallflächen benötigt werden.
Das hier beschriebene Verfahren 100 ermöglicht eine kostengünstige Herstellung von galvanisch aufgebrachten Metall-Kontaktstrukturen. Weiterhin kann das Verfahren in allen Fällen eingesetzt werden, in denen strukturierte Metallkontakte benötigt werden. Insbesondere können mit dem Verfahren 100 Cu-Vorderseitenkontakte in Solarzellen hergestellt werden.
Durch das hier vorgestellte Verfahren 100 kann direkt von Ag-Siebdruckmetallisierung auf das galvanische Abscheiden von Cu gewechselt werden. Insbesondere wird die Bildung isolierender Cu-Oxidschichten an der Oberfläche von Cu-Partikeln bei Berührung mit Luft im Elektrolytbad ausgeschlossen. Dadurch ergibt sich eine hohe Leitfähigkeit der Cu-Metallisierungslinien.
Um strukturierte Kontakte galvanisch herzustellen, wird eine isolierende Maskenschicht benötigt, welche an den Stellen geöffnet werden kann, an denen Metall abgeschieden werden soll. Der hier vorgestellte Ansatz ist gegenüber einer lithografischen Herstellung von Metallisierungslinien kostengünstiger und benötigt weniger Prozessschritte. Gegenüber einer strukturierten Resist-Deposition z. B. über Inkjetverfahren ist der hier vorgestellte Ansatz schneller, da nur geringe Flächen bedeckt werden müssen. Gegenüber einer Abscheidung isolierender Materialien unter Verwendung von Schattenmasken weist der hier vorgestellte Ansatz eine verbesserte Materialausnutzung auf. Gezeigt wird eine kostengünstige Alternative zu den oben genannten Herstellungsrouten zur Erzeugung der isolierenden Maskenschicht.
Das Verfahren 100 basiert auf der Herstellung einer elektrisch isolierenden, strukturierten Maskierungsschicht, die die galvanische Abscheidung strukturierter Metallschichten ermöglicht. Dabei wird zunächst eine extrem dünne isolierende Schicht bevorzugt mittels Atomic-Layer-Deposition (ALD) abgeschieden. Zur Isolation sind wenige Atomlagen beispielsweise aus SiO₂, Al₂O₃, SiN oder einem anderen elektrisch isolierenden Material ausreichend. Das ALD-Verfahren hat den Vorteil, das auch extreme Topografien wie senkrechte Kanten oder Pyramidenflanken konform bedeckt werden. Weiterhin kann die Dicke der abgeschiedenen Schicht atomlagengenau kontrolliert werden.
Anschließend erfolgt die strukturierte Öffnung der Maske mittels Laserablation. Da die Maskierungsschicht im Idealfall nur wenige Atomlagen dick ist, reichen für die Laserablation bereits geringe Laserintensitäten zum Ablatieren oder Auferieren aus, was gleichbedeutend mit einer geringeren Schädigung der zu kontaktierenden Schichten ist. Insbesondere Solarzellen sind in dieser Hinsicht sehr empfindlich. Bereits flächenmäßig geringe Schädigungen an der Waferoberfläche können zu großen Verlusten in der erreichbaren offenen Klemmenspannung (Voc) von Solarzellen führen.
2 zeigt eine Darstellung mehrerer Strom-Spannungs-Kennlinien 200, 202, 204, 206 von Fotovoltaikzellen mit unterschiedlicher Anzahl von isolierenden Schichten gemäß verschiedenen Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung. Die Strom-Spannungs-Kennlinien 200, 202, 204, 206 sind in einem Diagramm aufgetragen, das auf der Abszisse eine elektrische Spannung von –0,2 Volt bis 1 Volt und auf der Ordinate einen elektrischen Stromfluss von –0,3 Ampere bis 1 Ampere angetragen hat. Die erste Strom-Spannungs-Kennlinie 200 repräsentiert einen ersten Typ Fotovoltaikzelle ohne isolierende Schicht. Die zweite Strom-Spannungs-Kennlinie 202 repräsentiert einen zweiten Typ Fotovoltaikzelle mit einer einzelnen isolierenden Schicht aus Al₂O₃. Die dritte Strom-Spannungs-Kennlinie 204 repräsentiert einen dritten Typ Fotovoltaikzelle mit zwei Schichten Al₂O₃. Die vierte Strom-Spannungs-Kennlinie 206 repräsentiert einen vierten Typ Fotovoltaikzelle mit drei übereinander aufgebrachten isolierenden Schichten aus Al₂O₃. Die Strom-Spannungs-Kennlinien 200, 202, 204, 206 aller Fotovoltaikzellentypen beginnen gemeinsam bei einem Wert von –0,15 Ampere und –0,1 Volt. Bis zu einer Spannung von 0,2 Volt verlaufen die Kennlinien 200, 202, 204, 206 kongruent. Die erste Kennlinie 200 des ersten Typs ohne Isolierung weist bis zu einer Sperrspannung von 0,5 Volt den Wert von –0,15 Ampere auf. Ab der Sperrspannung steigt die erste Kennlinie 200 exponentiell an und erreicht bei 0,7 Volt 1 Ampere. Die zweite Kennlinie 202 des zweiten Typs mit einfacher Isolierschicht weist ab 0,2 Volt einen exponentiellen Anstieg auf, die zweite Kennlinie 202 erreicht bei 1 Volt einen Stromfluss von 0,8 Ampere. Der dritte Typ mit doppelter Isolierschicht weist bis 0,3 Volt den Wert von –0,15 Ampere auf. Bis 0,5 Volt steigt die dritte Kennlinie 204 auf 0 Ampere und weist bis 0,6 Volt ein Plateau auf. Ab 0,6 Volt steigt die dritte Kennlinie 204 exponentiell auf 0,7 Ampere bei 1 Volt an. Die vierte Kennlinie 206 des vierten Typs mit dreifacher Isolierschicht weist ab 0,2 Volt einen Anstieg auf 0 Ampere bei 0,4 Volt auf und weist bis 0,6 Volt ein Plateau auf. Ab 0,6 Volt steigt die vierte Kennlinie 206 exponentiell auf 0,4 Ampere bei 1 Volt an.
In 2 ist beispielhaft gezeigt, dass bereits wenige Atomlagen von Al₂O₃, eingebracht zwischen einem Si-Wafer und einer TCO-Schicht einer Heterosolarzellenstruktur den elektrischen Widerstand erheblich erhöhen. Bei einer Galvanik-Beschichtung kann dadurch eine extreme Verringerung der Abscheiderate erreicht werden.
Gezeigt ist der Einfluss dünner Al₂O₃-Schichten auf die IV-Kennlinie 200, 202, 204, 206 einer Heterostruktur-Solarzelle. Deutlich erkennbar ist das Abflachen der IV-Kennlinie 200, 202, 204, 206 mit steigender Anzahl Al₂O₃-Atomlagen gleichbedeutend mit einem Anstieg des Widerstandes.
Die 3 bis 6 zeigen einen Ablauf eines Verfahrens zum Kontaktieren einer Oberfläche einer Fotovoltaikzelle gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Dabei sind die einzelnen Fertigungsschritte aufeinander abfolgend dargestellt. Gezeigt ist eine Prozessabfolge zur Herstellung galvanisch aufgebrachter Metallstrukturen unter Verwendung laserablatierter Isolationsschichten.
3 zeigt eine Darstellung eines Wafers 300 für eine Fotovoltaikzelle. Eine zu kontaktierende Oberfläche 302 ist mit einer Schicht Indiumzinnoxid beschichtet. Das Indiumzinnoxid stellt eine elektrische Leitfähigkeit der Oberfläche 302 sicher. Der Wafer 300 besteht aus einem Halbleitermaterial. Gezeigt ist das Ausgangsmaterial 300 mit der zu kontaktierenden, leitfähigen TOP-Schicht 302 (z. B. ITO).
4 zeigt eine Darstellung des Wafers 300 für die Fotovoltaikzelle mit einer elektrisch isolierenden Schicht 400 gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Die Schicht 400 ist auf der Oberfläche 302 angeordnet. Die Schicht 400 ist durch einen Atomlagenabscheideprozess auf der Oberfläche 302 abgeschieden worden. Die Schicht 400 besteht aus Aluminiumoxid Al₂O₃. Gezeigt ist die abgeschiedene Isolationsmaske 400 aus beispielsweise ALD Al₂O₃.
5 zeigt eine Darstellung eines durch Laserablation strukturierten, zu kontaktierenden Bereichs 500 gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. In dem Bereich 500 ist die elektrisch isolierende Schicht 400 durch Laserenergie entfernt worden. Durch das Entfernen der elektrisch isolierenden Schicht 400 liegt die elektrisch leitfähige Oberfläche 302 des Wafers 300 wieder frei. In der Schicht 400 resultiert eine Vertiefung. Neben der Vertiefung verbleiben Flächen 502 der Schicht 400, die die Oberfläche 302 außerhalb des zu kontaktierenden Bereichs 500 bedecken.
6 zeigt eine Darstellung der Fotovoltaikzelle 600 mit einer elektrochemisch abgeschiedenen, kupferbasierten Vorderseitenkontaktierung 602 gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Die Vorderseitenkontaktierung 602 ist in dem zu kontaktierenden Bereich 500 galvanisch auf der elektrisch leitfähigen Oberfläche 302 des Wafers 300 abgeschieden worden. Die Vorderseitenkontaktierung 602 ist dicker als die elektrisch isolierende Schicht 400. Die Vorderseitenkontaktierung 602 ist in der Vertiefung zwischen den verbleibenden Flächen 502 der Schicht 400 angeordnet. Gezeigt ist das galvanische Aufwachsen einer elektrisch leitenden Schicht 602.
Die 7 bis 12 zeigen einen erweiterten Ablauf eines Verfahrens zum Kontaktieren einer Oberfläche einer Fotovoltaikzelle gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Dabei sind die einzelnen Fertigungsschritte aufeinander abfolgend dargestellt. Gezeigt ist eine Prozessabfolge ergänzend zu der, in den 3 bis 6 gezeigten Prozessabfolge. Zur homogenen Potenzialverteilung wird ganzflächig eine dünne, metallische Saatschicht auf das Werkstück aufgebracht. Der weitere Prozessablauf entspricht dem, in den 3 bis 6 gezeigten Prozessablauf. Ganz zum Schluss wird dann z. B. durch nasschemisches Ätzen die Isolationsmaske sowie die Metallschicht auf dem Wafer um die Saatschichtdicke zurückgeätzt, sodass nur noch die vorgegebenen, galvanisch verdickten Metallstrukturen stehen bleiben.
7 zeigt eine Darstellung eines Wafers 300 für eine Fotovoltaikzelle mit einer metallischen Saatschicht 700 gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Der Wafer entspricht dem Wafer in 3. Die Saatschicht 700 ist flächig auf der zu kontaktierenden Oberfläche 302 des Wafers 300 aufgebracht. Die Saatschicht 700 besteht aus aufgesputtertem Kupfer. Gezeigt ist das Sputtern der Cu-Startschicht 700 beispielsweise mit einer Dicke von 200 bis 300 nm.
8 zeigt eine Darstellung des Wafers 300 mit der metallischen Saatschicht 700 und einer elektrisch isolierenden Schicht 400 gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Die isolierende Schicht 400 entspricht der isolierenden Schicht in 4. Die Schicht 400 ist durch einen Atomlagenabscheideprozess auf der metallischen Saatschicht 700 abgeschieden worden. Die Schicht 400 besteht aus Aluminiumoxid Al₂O₃. Gezeigt ist die Abscheidung der Isolationsmaske 400 beispielsweise aus ALD Al₂O₃.
9 zeigt eine Darstellung eines durch Laserablation strukturierten zu kontaktierenden Bereichs 500 auf der Saatschicht 700 gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Wie in 5 ist hier der zu kontaktierende Bereich 500 durch eine Lasereinwirkung freigelegt worden. Der Laser hat Teilbereiche der isolierenden Schicht 400 entfernt. In dem zu kontaktierenden Bereich 500 liegt die Saatschicht 700 frei. Daneben verbleiben Flächen 502 der Schicht 400, die die Saatschicht 700 außerhalb des zu kontaktierenden Bereichs 500 bedecken. Der zu kontaktierende Bereich 500 reicht hier nicht bis auf den Wafer 300.
10 zeigt eine Darstellung einer Fotovoltaikzelle 600 mit einer elektrochemisch auf der Saatschicht 700 abgeschiedenen, kupferbasierten Vorderseitenkontaktierung 602 gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Wie in 6 ist die Vorderseitenkontaktierung 602 in dem zu kontaktierenden Bereich 500 galvanisch auf der Saatschicht 700 abgeschieden worden. Gezeigt ist das galvanische Aufwachsen der elektrisch leitenden Schicht 602.
11 zeigt eine Darstellung der Fotovoltaikzelle 600 mit entfernter isolierender Schicht gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Die verbleibenden Flächen der isolierenden Schicht, welche die Saatschicht 700 während des Galvanisierens bedeckt haben, sind hier entfernt. Die Oberfläche 302 des Wafers 300 ist im dargestellten Ausschnitt vollständig metallbedeckt. Gezeigt ist das Entfernen der Maskenschicht 400.
12 zeigt eine Darstellung der Fotovoltaikzelle 600 mit außerhalb des zu kontaktierenden Bereichs 500 entfernter Saatschicht 700 gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Die Oberfläche des Wafers 300 liegt somit wieder frei. Gezeigt ist das Zurückätzen der Cu-Startschicht 700.
Die 13 bis 16 zeigen einen weiteren Ablauf eines Verfahrens zum Kontaktieren einer Oberfläche einer Fotovoltaikzelle gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Dabei sind die einzelnen Fertigungsschritte aufeinander abfolgend dargestellt. Gezeigt ist eine Prozessabfolge ergänzend zu der, in den 3 bis 6 gezeigten Prozessabfolge. Zur besseren Potenzialverteilung während des Galvanisierens werden beispielsweise mittels Siebdruck grobe Metallstrukturen, wie Busbars bei einer Solarzelle, vormetallisiert. Anschließend erfolgt die Abscheidung der Isolationsschicht, die selektive Laseröffnung der Isolationsmaske und schließlich die galvanische Abscheidung der mit dem Laser vorgegebenen Feinstrukturen, wie die Gridlinien der Solarzelle.
13 zeigt eine Darstellung eines Wafers 300 für eine Fotovoltaikzelle mit metallischen Strukturen 1300 auf der Vorderseite gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Die metallischen Strukturen 1300 sind unmittelbar auf dem Wafer angeordnet. Die metallischen Strukturen 1300 sind als Leiterbahnen ausgebildet. Die metallischen Strukturen 1300 sind auf den Wafer 300 unter Verwendung einer metallhaltigen Paste aufgedruckt. Die Paste ist ausgehärtet. Gezeigt ist das Drucken der groben Vorstrukturierung 1300, beispielsweise Busbars.
14 zeigt eine Darstellung des Wafers 300 für die Fotovoltaikzelle mit von einer isolierenden Schicht 400 abgedeckten metallischen Strukturen 1300 gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Die isolierende Schicht 400 ist transparent. Die isolierende Schicht 400 ist im dargestellten Ausschnitt des Wafers vollflächig auf den Wafer 300 und über die metallischen Strukturen 1300 aufgebracht. Wie in 4 ist die Schicht 400 durch einen Atomlagenabscheideprozess auf den Wafer 300 abgeschieden worden. Gezeigt ist die abgeschiedene Isolationsschicht 400.
15 zeigt eine Darstellung eines durch Laserablation geöffneten, zu kontaktierenden Bereichs 500 und freiliegender metallischer Strukturen 1300 gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Wie in 5 ist in dem zu kontaktierenden Bereich 500 die isolierende Schicht 400 bis auf die Oberfläche des Wafers 300 mit einem Laser entfernt worden. Auch dort, wo der zu kontaktierende Bereich 500 eine der metallischen Strukturen 1300 berührt, ist die isolierende Schicht 400 bis zu der metallischen Struktur 1300 entfernt. Der zu kontaktierende Bereich 500 ist in mehrere Teilbereiche unterteilt. Zwischen den Teilbereichen verbleiben Flächen 502 der Schicht 400 und bedecken die Oberfläche des Wafers 300. Die Teilbereiche sind quer zu den metallischen Strukturen 1300 ausgerichtet. Zusammen mit den metallischen Strukturen 1300 bildet der zu kontaktierende Bereich 500 ein Gitternetz auf der Vorderseite des Wafers 300 aus. Gezeigt ist das Laseröffnen der zu galvanisierenden Feinstrukturen 500, beispielsweise Grid-Linien.
16 zeigt eine Darstellung einer im zu kontaktierenden Bereich 500 auf den metallischen Strukturen 1300 abgeschiedenen metallischen Schicht 602 gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Die metallische Schicht 602 ist elektrochemisch auf der Oberfläche des Wafers 300 und den metallischen Strukturen abgeschieden worden. Die metallische Schicht 602 kontaktiert die Oberfläche elektrisch und ermöglicht einen Ladungstransport von und zu der Oberfläche. Die metallischen Strukturen 1300 verbinden die einzelnen Teilbereiche der metallischen Schicht 602 untereinander. Durch die metallische Schicht ist die Vorderseitenkontaktierung der Fotovoltaikzelle 600 abgeschlossen. Gezeigt ist das Galvanisieren der Feinstrukturen 602, beispielsweise der Grid Linien 602 an den geöffneten Stellen 500.
Mit anderen Worten zeigen die 6, 12 und 16 je eine Fotovoltaikzelle 600 mit einer elektrisch leitenden, elektrochemisch abgeschiedenen, kupferbasierten, strukturierten Schicht 602 auf einer Oberfläche 302 eines Wafers 300 der Fotovoltaikzelle 600.
Wie oben beschrieben geht es bei dem hier vorgestellten Verfahren um die kostengünstige Herstellung einer isolierenden, strukturierten Maskierungsschicht 400 für den Einsatz bei galvanisch hergestellten, metallischen Kontaktschichten 602. Motiviert durch die Notwendigkeit, Ag durch Cu in der Solarzellenherstellung zu ersetzen, kann dies Verfahren darüber hinaus überall da eingesetzt werden, wo strukturierte Metallkontakte benötigt werden.
Um galvanische Abscheidung überhaupt zu ermöglichen, kann eine leitfähige Schicht notwendig sein, die in direkten Kontakt mit dem Elektrolyt gebracht wird. Dies kann im Fall von Solarzellen 600 eine hoch dotierte Emitterschicht 300 beispielsweise bei einer Standardzelle 600 mit diffundierten oder implantierten Si-Schichten oder eine TCO-Schicht, wie bei einer Heterostruktursolarzelle 600 sein, wie in 3 dargestellt. Diese oberste Schicht 300 wird anschließend mit einer bevorzugt extrem dünnen Isolationsschicht 400 versehen, beispielsweise Al₂O₃, SiO₂, Si₃N₄, bevorzugt abgeschieden mittels ALD, wie in den 4, 8 und 14 gezeigt ist. Alternativ kann die Schicht 400 auch durch CVD, Elektronenstrahlverdampfung oder Sputterdeposition hergestellt werden. Die ALD-Abscheidung hat den Vorteil der atomlagengenauen Schichtdickenkontrolle und der homogenen Deposition an topografisch strukturierten Oberflächen, wie einer Pyramidentextur der Oberfläche 302.
Nach Abscheidung der Isolationsschicht 400 erfolgt die lokale Freilegung der zu kontaktierenden Bereiche 500 mittels Laserablation, wie in den 5, 9 und 15 gezeigt. Aufgrund der geringen Dicke der Isolationsmaske 400 reichen hierfür bereits geringe Laserleistungen aus, was im Anwendungsfall Solarzelle minimale Schädigungen der darunter liegenden Schichten 300 und damit eine geringe Degradation der offenen Klemmenspannung nach Laserablation zur Folge hat.
Durch Kontaktierung von freigelegten Bereichen 500, Eintauchen in den Elektrolyt und Anlegen einer Spannung zwischen Elektrolyt und zu beschichtendem Werkstück kommt es zur Metallabscheidung an den freigelegten Bereichen 500, wie in den 6, 10 und 16 gezeigt.
Ist allerdings die Schichtleitfähigkeit der zu metallisierenden Schicht 300 zu gering, kommt es aufgrund von internen Spannungsabfällen zwischen Vorderseitenkontaktierung 602 und zu beschichtendem Bereich 500 zu Unterschieden in der Abscheiderate in Abhängigkeit von der Position auf dem Werkstück 300.
Die Unterschiede können durch eine Vorstrukturierung mit groben Metallstrukturen 1300 verhindert werden. Hierbei werden zunächst grobe Metallstrukturen 1300 über die ganze Werkstofffläche 302, beispielsweise über Siebdruckmetallisierung auf die oberste, leitfähige Schicht 300 vorgegeben. Bei Solarzellen 600 können beispielsweise die sogenannten Busbars durch Siebdruck hergestellt werden, wie in 13 dargestellt. Erst danach erfolgt die Maskierung mit der Isolationsschicht 400 und die anschließende Laserablation, durch die beispielsweise die Definition der Grid-Linien erfolgt, wie in 14 dargestellt. Beim anschließenden Galvanik-Prozess verteilen die groben Metallstrukturen 1300 z. B. die Busbars 1300 das elektrische Potenzial gleichmäßig auf der ganzen Werkstückfläche, was eine homogene Schichtabscheidung im Galvanik-Bad über der gesamten Oberfläche zur Folge hat.
Ebenso kann eine ganzflächige, dünne metallische Saatschicht 700 abgeschieden werden. Bei dieser Variante des hier vorgestellten Verfahrens wird das Werkstück 300 zunächst vollständig mit einem dünnen Metallfilm 700 als Saatschicht 700 bedeckt. Erst danach erfolgen Maskierung und Ablation. Wie bei den metallischen Strukturen 1300 sorgt die ganzflächige Metallschicht 700 für eine homogene Potenzialverteilung über die ganze Werkstückfläche, was eine homogene Abscheiderate und Schichtdickenverteilung über die gesamte Oberfläche 302 zur Folge hat. Um am Ende wieder eine strukturierte Metallschicht 602 zu bekommen, wird am Ende des Herstellungsprozesses der Fotovoltaikzelle 600 die Saatschicht 700 so weit zurückgeätzt, dass nur noch die galvanisch verdickten Bereiche 602 übrig bleiben.
17 zeigt ein Blockschaltbild einer Vorrichtung 1700 zum Kontaktieren einer Oberfläche einer Fotovoltaikzelle gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Die Vorrichtung 1700 weist eine Einrichtung 1702 zum Bereitstellen, eine Einrichtung 1704 zum Aufbringen, eine Einrichtung 1706 zum Strukturieren und eine Einrichtung 1708 zum Abscheiden auf. Die Einrichtung 1702 zum Bereitstellen ist dazu ausgebildet, einen Wafer der Fotovoltaikzelle bereitzustellen. Die Einrichtung 1704 zum Aufbringen ist dazu ausgebildet, eine geschlossene, elektrisch isolierende Schicht auf die Oberfläche des Wafers aufzubringen. Die Einrichtung 1706 zum Strukturieren ist dazu ausgebildet, die isolierende Schicht zu strukturieren, um einen zu kontaktierenden Bereich der Fotovoltaikzelle freizulegen. Die Einrichtung 1708 zum Abscheiden ist dazu ausgebildet, eine elektrisch leitende Schicht in dem zu kontaktierenden Bereich abzuscheiden, um die Fotovoltaikzelle zu kontaktieren.
Die beschriebenen und in den Figuren gezeigten Ausführungsbeispiele sind nur beispielhaft gewählt. Unterschiedliche Ausführungsbeispiele können vollständig oder in Bezug auf einzelne Merkmale miteinander kombiniert werden. Auch kann ein Ausführungsbeispiel durch Merkmale eines weiteren Ausführungsbeispiels ergänzt werden.
Ferner können erfindungsgemäße Verfahrensschritte wiederholt sowie in einer anderen als in der beschriebenen Reihenfolge ausgeführt werden.
Umfasst ein Ausführungsbeispiel eine „und/oder“-Verknüpfung zwischen einem ersten Merkmal und einem zweiten Merkmal, so ist dies so zu lesen, dass das Ausführungsbeispiel gemäß einer Ausführungsform sowohl das erste Merkmal als auch das zweite Merkmal und gemäß einer weiteren Ausführungsform entweder nur das erste Merkmal oder nur das zweite Merkmal aufweist.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102009009840 A1 [0003]

Claims

Verfahren (100) zum Kontaktieren einer Oberfläche (302) einer Fotovoltaikzelle (600), wobei das Verfahren (100) die folgenden Schritte aufweist: Bereitstellen (102) eines Wafers (300) der Fotovoltaikzelle (600); Aufbringen (104) einer geschlossenen elektrisch isolierenden Schicht (400) auf die Oberfläche (302) des Wafers (300); Strukturieren (106) der isolierenden Schicht (400), um einen zu kontaktierenden Bereich (500) der Fotovoltaikzelle (600) freizulegen; und Abscheiden (108) einer elektrisch leitenden Schicht (602) in dem zu kontaktierenden Bereich (500), um die Fotovoltaikzelle (600) zu kontaktieren.
Verfahren (100) gemäß Anspruch 1, bei dem im Schritt (108) des Abscheidens die elektrisch leitende Schicht (602) elektrochemisch abgeschieden wird.
Verfahren (100) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, bei dem im Schritt (108) des Abscheidens ein kupferbasierter Werkstoff als die elektrisch leitende Schicht (602) abgeschieden wird.
Verfahren (100) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, bei dem im Schritt (104) des Aufbringens die isolierende Schicht (400) unter Verwendung eines Atomlagenabscheideprozesses aufgebracht wird.
Verfahren (100) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, bei dem im Schritt (106) des Strukturierens die isolierende Schicht (400) in dem zu kontaktierenden Bereich (500) unter Verwendung eines Laserablationsprozesses entfernt wird.
Verfahren (100) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, bei dem im Schritt (104) des Aufbringens eine metallische Schicht (700) auf die Oberfläche (302) aufgebracht wird und die isolierende Schicht (400) auf die metallische Schicht (700) aufgebracht wird, wobei im Schritt (106) des Strukturierens die metallische Schicht (700) freigelegt wird und im Schritt (108) des Abscheidens die leitende Schicht (602) auf der metallischen Schicht (700) abgeschieden wird.
Verfahren (100) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, mit einem Schritt des Anordnens metallischer Strukturen (1300) auf der Oberfläche (302), wobei im Schritt (104) des Aufbringens die isolierende Schicht (400) über die metallischen Strukturen (1300) aufgebracht wird und im Schritt (106) des Strukturierens die metallischen Strukturen (1300) zumindest teilweise wieder freigelegt werden.
Verfahren (100) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, mit einem Schritt des Freilegens der Oberfläche (302) des Wafers (300), wobei außerhalb des zu kontaktierenden Bereichs (500) alle Schichten (400; 700) entfernt werden.
Vorrichtung (1700) zum Kontaktieren einer Oberfläche (302) einer Fotovoltaikzelle (600), wobei die Vorrichtung (1700) die folgenden Merkmale aufweist: eine Einrichtung (1702) zum Bereitstellen eines Wafers (300) der Fotovoltaikzelle (100); eine Einrichtung (1704) zum Aufbringen einer geschlossenen elektrisch isolierenden Schicht (400) auf die Oberfläche (302) des Wafers (300); eine Einrichtung (1706) zum Strukturieren der isolierenden Schicht (400), um einen zu kontaktierenden Bereich (500) der Fotovoltaikzelle (600) freizulegen; und eine Einrichtung (1708) zum Abscheiden einer elektrisch leitenden Schicht (602) in dem zu kontaktierenden Bereich (500), um die Fotovoltaikzelle (600) zu kontaktieren.
Fotovoltaikzelle (600) mit einer elektrisch leitenden, elektrochemisch abgeschiedenen, kupferbasierten, strukturierten Schicht (602) auf einer Oberfläche (302) eines Wafers (300) der Fotovoltaikzelle (600).