DE102017114097A1 - A method of patterning a diamond wire sawn multicrystalline silicon wafer and method of making a solar cell - Google Patents

A method of patterning a diamond wire sawn multicrystalline silicon wafer and method of making a solar cell Download PDF

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Abstract

Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann ein Verfahren (100) zum Strukturieren eines diamantdrahtgesägten, multikristallinen Siliziumwafers (202) folgendes aufweisen:
ein erstes nasschemisches Ätzen einer Oberfläche (202a) des diamantdrahtgesägten, multikristallinen Siliziumwafers (202) in einer ersten sauren Ätzlösung; anschließend ein zweites nasschemisches Ätzen der Oberfläche (202a) des diamantdrahtgesägten, multikristallinen Siliziumwafers (202) in einer zweiten sauren Ätzlösung zum Erzeugen einer Ätzgrubenstruktur an der Oberfläche (202a).

Figure DE102017114097A1_0000
According to various embodiments, a method (100) of patterning a diamond wire sawn multicrystalline silicon wafer (202) may include:
a first wet chemical etching of a surface (202a) of the diamond wire sawn multicrystalline silicon wafer (202) in a first acidic etch solution; then a second wet chemical etching of the surface (202a) of the diamond wire sawn multicrystalline silicon wafer (202) in a second acidic etch solution to create an etch pit structure on the surface (202a).
Figure DE102017114097A1_0000

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Strukturieren eines diamantdrahtgesägten, multikristallinen Siliziumwafers und ein Verfahren zum Herstellen einer Solarzelle.The invention relates to a method for structuring a diamond-wire sawn, multicrystalline silicon wafer and to a method for producing a solar cell.

Für eine hohe Effektivität einer Solarzelle ist eine hohe Lichtausbeute unerlässlich. Um eine hohe Lichtausbeute zu erreichen, können auf mindestens einer Oberfläche eines Siliziumwafers, welcher zur Herstellung der Solarzelle verwendet werden kann, spezielle Strukturen (d.h. raue Oberflächen bzw. Texturen) erzeugt werden. Durch die Generierung derartiger spezieller Strukturen auf einer Oberfläche der Solarzelle kann beispielsweise erreicht werden, dass einfallendes Licht nach dem Auftreffen auf die Oberfläche mehrmals auf die Solarzelle reflektiert wird. Für industriell gefertigte Solarzellen spielen beispielsweise zwei Texturen eine Rolle, nämlich zufällig verteilte Pyramiden und zufällig verteilte Gruben.For a high efficiency of a solar cell, a high light output is essential. In order to achieve high luminous efficacy, special structures (i.e., rough textures) may be formed on at least one surface of a silicon wafer which may be used to make the solar cell. By generating such special structures on a surface of the solar cell can be achieved, for example, that incident light is reflected several times after hitting the surface of the solar cell. For industrial solar cells, for example, two textures play a role, namely randomly distributed pyramids and randomly distributed pits.

Oberflächenstrukturen basierend auf zufällig verteilten Pyramiden (engl. random pyramid layout; Green, High efficiency silicon solar cells. Aedermannsdorf: Trans Tech Publ.,1987; Wang, Wang, High-efficiency solar cells: Physics, materials, and devices. Cham: Springer, 2014) können beispielsweise zum Herstellen einer monokristallinen Solarzelle mittels Behandelns des monokristallinen Siliziumwafers in Laugen (Kaliumhydroxid, Natriumhydroxid oder Tetramethylammoniumhydroxid) mit oberflächenaktiven Zusätzen (i-Propanol, Tenside) bei Temperaturen (z.B. zwischen 70°C und 80°C) erzeugt werden (wie beispielsweise in DE 10 2008 014 166 B3 oder EP 2 605 289 A2 beschrieben ist). Diese Texturen können nur jedoch nur auf einkristallinem Siliziummaterial mit der Kristallrichtung (100) erzeugt werden.Surface Structures Based on Random Pyramid Layout (Green, High Efficiency Silicon Solar Cells, Aedermannsdorf: Trans Tech Publ., 1987; Wang, Wang, High-efficiency Solar Cells: Physics, Materials, and Devices.) Cham: Springer , 2014) can be produced for example for producing a monocrystalline solar cell by treating the monocrystalline silicon wafer in alkalis (potassium hydroxide, sodium hydroxide or tetramethylammonium hydroxide) with surface-active additives (i-propanol, surfactants) at temperatures (eg between 70 ° C. and 80 ° C.) ( such as in DE 10 2008 014 166 B3 or EP 2 605 289 A2 is described). However, these textures can only be applied to single crystal silicon material with the crystal direction ( 100 ) be generated.

Auf einer multikristallinen Siliziumoberfläche hinterlassen herkömmlicherweise verwendete alkalische Ätzverfahren je nach Kristallorientierung unterschiedliche Oberflächen, was für eine Anwendung in der Photovoltaikindustrie nicht geeignet ist. Daher können auf einer multikristallinen Solarzelle, d.h. auf einem multikristallinen Siliziumwafer, Grubenstrukturen (sogenannte isotrope Texturen) mittels Behandelns des multikristallinen Siliziumwafers in einer salpetersäurehaltigen Flusssäurelösung (auch als HF-HNO3-haltige Ätzlösung bezeichnet) generiert werden. Dabei kann die salpetersäurehaltige Flusssäurelösung zum Teil noch weitere Mineralsäuren oder weitere Oxidationsmittel (z.B. US 2003/0119332 A1 ) beinhalten. Teilweise werden der salpetersäurehaltigen Flusssäurelösung zudem oberflächenaktive Substanzen zugesetzt, um die Benetzung der Siliziumoberfläche des multikristallinen Siliziumwafers zu erhöhen (z.B. US 2013/0130508 A1 ). Der Vorteil liegt in der richtungsunabhängigen Erzeugung der Ätzgruben, sodass günstiger zu produzierende multikristalline Siliziumwafer zur Solarzellenherstellung verwendet werden können.On a multicrystalline silicon surface, conventionally used alkaline etching processes leave different surfaces depending on the crystal orientation, which is not suitable for use in the photovoltaic industry. Therefore, on a multicrystalline solar cell, ie on a multicrystalline silicon wafer, pit structures (so-called isotropic textures) can be generated by treating the multicrystalline silicon wafer in a nitric acid-containing hydrofluoric acid solution (also referred to as HF-HNO 3 -containing etching solution). The nitric acid-containing hydrofluoric acid solution may in some cases contain further mineral acids or further oxidizing agents (eg US 2003/0119332 A1 ). Partly the surface-active substances are added to the nitric acid-containing hydrofluoric acid solution in order to increase the wetting of the silicon surface of the multicrystalline silicon wafer (eg US 2013/0130508 A1 ). The advantage lies in the direction-independent production of the etch pits, so that polycrystalline silicon wafers that are cheaper to produce can be used for solar cell production.

Siliziumwafer können beispielsweise aus einem Block (auch als Ingot bezeichnet) gesägt werden. Herkömmlicherweise werden im Wesentlichen zwei Arten von Verfahren dazu verwendet, nämlich das SiC-Slurry-Verfahren und das Diamantdraht-Verfahren. Bei dem SiC-Slurry-Verfahren wird ein dünner Stahldraht zusammen mit einem Glykol-Siliziumcarbid-Gemisch (SiC-Slurry) über den Block geführt. Beim Diamantdraht-Verfahren erfolgt das Trennen der Wafer durch einen mit Diamantkristallen besetzten Draht. Das Diamantdraht-Verfahren (auch als Diamantdrahtsägen bezeichnet) bietet gegenüber dem SiC-Slurry-Verfahren deutliche Vorteile. Zum einen ist der Materialverlust deutlich geringer, da die effektive Schnittfläche (bzw. die Schnittbreite) deutlich kleiner ist. Zum anderen ist die beim Diamantdraht-Verfahren erzeugte Rauheit der gesägten Oberfläche des Siliziumwafers erheblich geringer als bei dem SiC-Slurry-Verfahren. Zudem wird das Material unter der Oberfläche weniger beschädigt (d.h. so genannte Sub-Surface-Damages werden vermieden), was die Wahrscheinlichkeit eines Bruchs des Siliziumwafers bzw. der fertigen Solarzelle deutlich verringern kann.Silicon wafers can, for example, be sawn from a block (also referred to as ingot). Conventionally, essentially two types of methods are used, namely, the SiC slurry method and the diamond wire method. In the SiC slurry process, a thin steel wire is passed over the block along with a glycol-silicon carbide (SiC) slurry. In the diamond wire process, the wafers are separated by a wire filled with diamond crystals. The diamond wire process (also referred to as diamond wire saws) offers significant advantages over the SiC slurry process. On the one hand, the material loss is significantly lower, since the effective cut surface (or the cutting width) is significantly smaller. On the other hand, the roughness of the sawn surface of the silicon wafer produced in the diamond wire method is considerably lower than in the case of the SiC slurry method. In addition, the sub-surface material is less damaged (i.e., so-called sub-surface damage is avoided), which can significantly reduce the likelihood of breakage of the silicon wafer or finished solar cell.

Die verschiedenen Sägeverfahren verursachen unterschiedlich beschädigte Oberflächen. Während beim SiC-Slurry-Verfahren ein gleichmäßiger Oberflächenschaden auftritt, alternieren bei Diamantdraht-Verfahren erzeugten Oberflächen große glatte Flächen und Sägeriefen aufgrund der Drahtführung beim Sägen. Die Oberfläche des Siliziumwafers, die aus dem Diamantdraht-Verfahren resultiert, kann beispielsweise nicht durch herkömmliche Ätzverfahren, z.B. auf Basis einer HF-HNO3-haltigen Lösung, texturiert werden. Dies verhindert den Einsatz des Diamantdrahtsägens für die Herstellung von multikristallinen Wafern zur Produktion von multikristallinen Solarzellen (Meinel, Koschwitz, Blocks, Acker, Comparison of diamond wire cut and silicon carbide slurry processed silicon wafer surfaces after acidic texturization, Mater. Sci. Semicond. Process., 2014).The different sawing methods cause differently damaged surfaces. While uniform surface damage occurs in the SiC slurry process, surfaces produced in diamond wire processes alternate large smooth surfaces and sawing depths due to wire guidance during sawing. For example, the surface of the silicon wafer resulting from the diamond wire process can not be removed by conventional etching techniques, e.g. based on a HF-HNO3-containing solution, textured. This prevents the use of diamond wire saws for the production of multicrystalline wafers for the production of multicrystalline solar cells (Meinel, Koschwitz, Blocks, Acker, Comparison of diamond wire cut and silicon carbide slurry processed silicon wafer surfaces after acidic texturization, Mater. Sci. Semicond ., 2014).

Gemäß verschiedenen Ausführungsformen wird hierin ein Verfahren beschrieben, welches es ermöglicht, eine gleichmäßig texturierte Oberfläche auf einem diamantdrahtgesägten, multikristallinen Siliziumwafer zu erzeugen. Dies erfolgt mittels nasschemischen Ätzens. Dazu wird in einem ersten Schritt, anschaulich einer Ätzvorbehandlung oder Vortexturierung, eine raue (d.h. vortexturierte) Oberfläche auf dem diamantdrahtgesägten, multikristallinen Siliziumwafer erzeugt. Anschaulich wird die glatte diamantdrahtgesägte Oberfläche des multikristallinen Siliziumwafers aufgeraut, z.B. mittels eines nasschemischen Ätzschrittes in einer sauren Ätzlösung. In einem sich anschließenden zweiten Ätzschritt wird mittels einer weiteren sauren Ätzlösung, z.B. einer HF-HNO3-haltigen Ätzlösung, die gewünschte finale Textur erzeugt. Somit kann beispielsweise mittels des hierin beschriebenen Verfahrens eine Oberflächentextur auf einem diamantdrahtgesägten, multikristallinen Siliziumwafer erzeugt werden, die herkömmlicherweise nur auf einem SiC-Slurry-gesägten Wafer erzeugt werden kann. Ferner kann durch die Kombination der zwei Ätzschritt, wie sie nachfolgend beschrieben sind, eine gegenüber der herkömmlicherweise auf einem SiC-Slurry-gesägten Wafer erzeugte Oberflächentextur verbesserte Oberflächentextur erzeugt werden.In accordance with various embodiments, a method is described herein which enables a uniformly textured surface to be formed on a diamond wire sawn multicrystalline silicon wafer. This is done by wet chemical etching. For this purpose, in a first step, illustratively an etching pretreatment or pre-texturing, a rough (ie pre-texturized) surface is produced on the diamond-wire-sawn, multicrystalline silicon wafer. Clearly, the smooth diamond-wire-sawn surface of the multicrystalline silicon wafer is roughened, for example by means of a wet-chemical etching step in an acidic etching solution. In a subsequent second etching step is by means of a further acidic etching solution, for example a HF-HNO 3 -containing etching solution, the desired final texture produced. Thus, for example, by means of the method described herein, a surface texture can be generated on a diamond-wire-sawn, multicrystalline silicon wafer, which can conventionally only be produced on a SiC slurry-sawn wafer. Further, by combining the two etching steps as described below, a surface texture improved over that conventionally produced on a SiC slurry-sawn wafer can be produced.

Dadurch wird ferner beispielsweise der Einsatz des vorteilhaften Diamantdrahtsägens bei der Herstellung von multikristallinen Solarzellen ermöglicht. Alternative Verfahren zur Erzeugung einer rauen Oberfläche auf diamantdrahtgesägten multikristallinen Siliziumwaferoberfläche sehen beispielsweise Folgendes vor:

  • • den Einsatz einer Laservorbehandlung (Blattmann, Trusheim, Progress on Silicon Wafer Texturing by Hybrid Laser-Etching-Process, Proc. 31nd EU PVSEC, Hamburg, 2015),
  • • eine Vorbehandlung durch Zusatz von Metallen in ein isotropes Ätzbad zur Erzeugung von porösen Siliziumoberflächen (Kumagai, Texturization using metal catalyst wet chemical etching for multicrystalline diamond wire sawn wafer, Sol. Energy Mater. Sol. Cerls, 2015), oder
  • • eine Vorbehandlung durch Sandstrahlprozesse (Wang, Lih, The Influence of Surface Quality on Diamond Wire Sawn Multi-Crystalline Silicon Wafer, Proc. 32nd EU PVSEC, München, 2016).
This also allows, for example, the use of the advantageous diamond wire sawing in the production of multicrystalline solar cells. Alternative methods of producing a rough surface on diamond wire sawn multicrystalline silicon wafer surface include, for example:
  • The use of laser pretreatment (Blattmann, Trusheim, Progress on Silicon Wafer Texturing by Hybrid Laser Etching Process, Proc. 31nd EU PVSEC, Hamburg, 2015),
  • A pre-treatment by addition of metals in an isotropic etching bath for the production of porous silicon surfaces (Kumagai, Texturization using metal catalyst wet chemical etching for multicrystalline diamond wire sawn wafers, Sol Energy Mater, Sol., Cerls, 2015), or
  • • Pre-treatment by sand blasting processes (Wang, Lih, The Influence of Surface Quality on Diamond Wire Sawn Multi-Crystalline Silicon Wafer, Proc. 32nd EU PVSEC, Munich, 2016).

Die Verwendung dieser herkömmlichen Verfahren im industriellen Maßstab erhöhen jedoch die Produktionskosten erheblich, was beispielsweise deren Verwendung zur Herstellung von diamantdrahtgesägten, multikristallinen Wafer in der Solarzellenfertigung nicht wirtschaftlich machen kann.However, the use of these conventional industrial-scale methods significantly increases production costs, which, for example, can not make their use in the production of diamond-wire-sawn, multicrystalline wafers in solar cell production economically viable.

Gemäß verschiedenen Ausführungsformen wurde beispielsweise erkannt, dass auf einem diamantdrahtgesägten, multikristallinen Siliziumwafer eine gleichmäßig raue (z.B. vortexturierte) Oberfläche dadurch erzeugt werden kann, dass die Oberfläche mit einem Gemisch von Flusssäure und einer Chlorquelle (z.B. Chlorgas und/oder Salzsäure) behandelt wird. Diese so vorbehandelte (vortexturierte) Oberfläche des diamantdrahtgesägten, multikristallinen Siliziumwafers ermöglicht es beispielsweise, ein HF-HNO3-Gemisch zur Generierung einer gleichmäßigen, dichten Grubentextur (auch als Ätzgrubenstruktur bezeichnet) zu verwenden.For example, according to various embodiments, it has been recognized that on a diamond wire sawn, multicrystalline silicon wafer, a uniformly rough (e.g., pre-texturized) surface can be formed by treating the surface with a mixture of hydrofluoric acid and a chlorine source (e.g., chlorine gas and / or hydrochloric acid). This pretreated (pre-texturized) surface of the diamond-wire-sawn, multicrystalline silicon wafer makes it possible, for example, to use an HF-HNO 3 mixture for generating a uniform, dense pit texture (also referred to as etch pit structure).

Gemäß verschiedenen Ausführungsformen wird unabhängig von der Kristallorientierung der Kristallite an der Oberfläche des diamantdrahtgesägten, multikristallinen Siliziumwafers jeweils eine im Wesentlichen gleiche Oberflächentextur erzeugt. Anschaulich wird auf der gesamten behandelten Oberfläche des diamantdrahtgesägten, multikristallinen Siliziumwafers, die gleiche Textur erzeugt.According to various embodiments, regardless of the crystal orientation of the crystallites, a substantially identical surface texture is generated on the surface of the diamond-wire-sawn, multicrystalline silicon wafer. Clearly, the same texture is produced on the entire treated surface of the diamond-wire sawn, multicrystalline silicon wafer.

Gemäß verschiedenen Ausführungsformen wurde erkannt, dass mittels zweier Ätzschritte, die unter Verwendung zweier voneinander verschiedener saurer Ätzlösungen erfolgen, eine Ätzgrubenstruktur auf einem diamantdrahtgesägten, multikristallinen Siliziumwafer erzeugt werden kann, die für die Herstellung einer Solarzelle vorteilhaft ist. Die Ätzgrubenstruktur kann beispielsweise mittels des hierin beschriebenen Verfahrens derart erzeugt werden, dass die Reflektivität der Oberfläche (zumindest im sichtbaren Bereich des Lichts) wesentlich (z.B. mehr als 10%, mehr als 20%, oder sogar mehr als 30%) verringert wird (verglichen mit der Reflektivität einer Oberfläche eines unbehandelten, diamantdrahtgesägten, multikristallinen Siliziumwafers). According to various embodiments, it has been recognized that an etching pit structure can be produced on a diamond-wire-sawn, multicrystalline silicon wafer, which is advantageous for the production of a solar cell, by means of two etching steps which are carried out using two mutually different acid etching solutions. For example, the etch pit structure may be formed by the method described herein such that the reflectivity of the surface (at least in the visible region of the light) is substantially reduced (eg, more than 10%, more than 20%, or even more than 30%) with the reflectivity of a surface of an untreated, diamond-wire-sawn, multicrystalline silicon wafer).

Gemäß verschiedenen Ausführungsformen werden zum Texturieren der Oberfläche des diamantdrahtgesägten, multikristallinen Siliziumwafers nur saure Ätzlösungen verwendet. Dies kann beispielsweise vorteilhaft sein, da saure Ätzlösungen stabiler gegenüber Metallverunreinigungen sind, als basische Ätzlösungen. Insbesondere das Drahtsägen erzeugt eine wesentliche Metallverunreinigung auf der gesägten Oberfläche. Mittels des hierin beschriebenen Verfahrens zum Texturieren einer Oberfläche eines diamantdrahtgesägten, multikristallinen Siliziumwafers kann beispielsweise ermöglicht werden, dass die Standzeit einer Ätzanlage wirtschaftlich effizient ist, z.B. länger als eine Woche, so dass diese Verfahren großtechnisch eingesetzt werden kann.According to various embodiments, only acidic etch solutions are used to texturize the surface of the diamond wire sawn multicrystalline silicon wafer. This may be advantageous, for example, since acid etching solutions are more stable to metal contaminants than basic etching solutions. In particular, wire sawing produces significant metal contamination on the sawn surface. For example, by means of the method described herein of texturing a surface of a diamond-wire-sawn, multicrystalline silicon wafer, the life of an etch line may be allowed to be economically efficient, e.g. longer than a week, so that these methods can be used on an industrial scale.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Figuren dargestellt und werden im Folgenden näher erläutert.Embodiments of the invention are illustrated in the figures and are explained in more detail below.

Es zeigen

  • 1 ein schematisches Ablaufdiagramm eines Verfahrens zum Strukturieren eines diamantdrahtgesägten, multikristallinen Siliziumwafers, gemäß verschiedenen Ausführungsformen;
  • 2A und 2B eine schematische Darstellung und eine Elektronenmikroskopie-Aufnahme eines diamantdrahtgesägten, multikristallinen Siliziumwafers nach einem ersten Schritt des Strukturierens, gemäß verschiedenen Ausführungsformen;
  • 2C und 2D eine schematische Darstellung und eine Elektronenmikroskopie-Aufnahme eines diamantdrahtgesägten, multikristallinen Siliziumwafers nach einem zweiten Schritt des Strukturierens, gemäß verschiedenen Ausführungsformen;
  • 3A und 3B jeweils ein Bild der Oberfläche eines diamantdrahtgesägten, multikristallinen Siliziumwafers während des Strukturierens, gemäß verschiedenen Ausführungsformen;
  • 3C ein Bild der Oberfläche eines ohne diamantdrahtgesägten, multikristallinen Siliziumwafers, der ohne Vortexturierung in nur einem Schritt strukturiert wurde, als Vergleichsbeispiel;
  • 3D ein Bild einer texturierten Oberfläche eines SiC-Slurry-gesägten multikristallinen Siliziumwafers, der ohne Vortexturierung in nur einem Schritt strukturiert wurde, als Vergleichsbeispiel;
  • 4 ein schematisches Ablaufdiagramm eines Verfahrens zum Herstellen einer Solarzelle, gemäß verschiedenen Ausführungsformen; und
  • 5 einen schematischen Aufbau einer Solarzelle basierend auf dem strukturierten, diamantdrahtgesägten, multikristallinen Siliziumwafer, gemäß verschiedenen Ausführungsformen.
Show it
  • 1 12 is a schematic flow diagram of a method of patterning a diamond wire sawn, multicrystalline silicon wafer, according to various embodiments;
  • 2A and 2 B a schematic representation and an electron micrograph of a diamond wire sawn, multicrystalline silicon wafer after a first step structuring, according to various embodiments;
  • 2C and 2D a schematic representation and an electron micrograph of a diamond wire sawn, multicrystalline silicon wafer after a second step of structuring, according to various embodiments;
  • 3A and 3B an image of the surface of a diamond wire sawn, multicrystalline silicon wafer during patterning, according to various embodiments;
  • 3C an image of the surface of a diamond wire sawed, multicrystalline silicon wafer, which was structured without pre-texturing in only one step, as a comparative example;
  • 3D an image of a textured surface of a SiC slurry sawn multicrystalline silicon wafer, which was structured in one step without pre-texturing, as a comparative example;
  • 4 a schematic flow diagram of a method for manufacturing a solar cell, according to various embodiments; and
  • 5 12 shows a schematic structure of a solar cell based on the structured, diamond-wire-sawn, multicrystalline silicon wafer, according to various embodiments.

In der folgenden ausführlichen Beschreibung wird auf die beigefügten Zeichnungen Bezug genommen, die Teil dieser bilden und in denen zur Veranschaulichung spezifische Ausführungsformen gezeigt sind, in denen die Erfindung ausgeübt werden kann. Es versteht sich, dass andere Ausführungsformen benutzt und strukturelle oder logische Änderungen vorgenommen werden können, ohne von dem Schutzumfang der vorliegenden Erfindung abzuweichen. Es versteht sich, dass die Merkmale der hierin beschriebenen verschiedenen beispielhaften Ausführungsformen miteinander kombiniert werden können, sofern nicht spezifisch anders angegeben. Die folgende ausführliche Beschreibung ist deshalb nicht in einschränkendem Sinne aufzufassen, und der Schutzumfang der vorliegenden Erfindung wird durch die angefügten Ansprüche definiert.In the following detailed description, reference is made to the accompanying drawings, which form a part hereof, and in which is shown by way of illustration specific embodiments in which the invention may be practiced. It should be understood that other embodiments may be utilized and structural or logical changes may be made without departing from the scope of the present invention. It should be understood that the features of the various exemplary embodiments described herein may be combined with each other unless specifically stated otherwise. The following detailed description is therefore not to be taken in a limiting sense, and the scope of the present invention is defined by the appended claims.

In den Figuren werden identische oder ähnliche Elemente mit identischen Bezugszeichen versehen, soweit dies zweckmäßig ist.In the figures, identical or similar elements are provided with identical reference numerals, as appropriate.

Gemäß verschiedenen Ausführungsformen werden ein Verfahren zum Strukturieren eines diamantdrahtgesägten, multikristallinen Siliziumwafers und ein strukturierter diamantdrahtgesägter, multikristalliner Siliziumwafer bereitgestellt, wobei die Oberfläche des diamantdrahtgesägten, multikristallinen Siliziumwafers derart strukturiert ist bzw. wird, dass Licht optimal von dieser absorbiert werden kann. Somit können der strukturierte diamantdrahtgesägte, multikristalline Siliziumwafer bzw. das Verfahren zum Strukturieren des diamantdrahtgesägten, multikristallinen Siliziumwafers in der Photovoltaik-Industrie verwendet werden, beispielsweise zum Bereitstellen einer hocheffizienten und kostengünstigen Solarzelle.According to various embodiments, there is provided a method of patterning a diamond wire sawn multicrystalline silicon wafer and a patterned diamond wire sawn multicrystalline silicon wafer, wherein the surface of the diamond wire sawn multicrystalline silicon wafer is patterned such that light can be optimally absorbed by it. Thus, the patterned diamond wire sawn polycrystalline silicon wafer or the method of patterning the diamond wire sawn multicrystalline silicon wafer may be used in the photovoltaic industry, for example to provide a highly efficient and inexpensive solar cell.

Gemäß verschiedenen Ausführungsformen wird der diamantdrahtgesägte, multikristalline Siliziumwafer mindestens zwei nasschemischen Ätzschritten unterzogen, welche beide sauer sind, d.h. die mindestens zwei Ätzlösungen, die bei den mindestens zwei nasschemischen Ätzschritten verwendet werden, weisen beide eine PH-Wert von weniger als 7 auf, z.B. weniger als 6, oder weniger als 5.According to various embodiments, the diamond wire sawn multicrystalline silicon wafer is subjected to at least two wet chemical etching steps, both of which are acidic, i. the at least two etch solutions used in the at least two wet chemical etch steps both have a PH of less than 7, e.g. less than 6, or less than 5.

Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann zwischen den beiden Ätzschritten kein weiterer Ätzschritt notwendig sein. Mit anderen Worten können die beiden Ätzschritte direkt aufeinanderfolgen.According to various embodiments, no further etching step may be necessary between the two etching steps. In other words, the two etching steps can follow each other directly.

1 veranschaulicht ein schematisches Ablaufdiagramm eines Verfahrens 100 zum Strukturieren eines diamantdrahtgesägten, multikristallinen Siliziumwafers. Das Verfahren kann beispielsweise Folgendes aufweisen: in 110, ein erstes nasschemisches Ätzen einer Oberfläche des diamantdrahtgesägten, multikristallinen Siliziumwafers in einer ersten sauren Ätzlösung zum Erzeugen einer Defektstruktur an der Oberfläche; und anschließend, in 120, ein zweites nasschemisches Ätzen der Oberfläche des diamantdrahtgesägten, multikristallinen Siliziumwafers in einer zweiten sauren Ätzlösung zum Erzeugen einer Ätzgrubenstruktur an der Oberfläche. 1 illustrates a schematic flow diagram of a method 100 for patterning a diamond-wire-sawn, multicrystalline silicon wafer. The method may include, for example: in 110 , a first wet-chemical etching of a surface of the diamond-wire-sawn, multicrystalline silicon wafer in a first acidic etching solution to produce a defect structure on the surface; and then, in 120 , a second wet-chemical etching of the surface of the diamond-wire-sawn multicrystalline silicon wafer in a second acidic etching solution to form an etch pit structure on the surface.

Gemäß verschiedenen Ausführungsformen ist das erste nasschemische Ätzen, in Schritt 110 des Verfahrens 100, ein anisotropes nasschemisches Ätzen. Ferner ist das zweite nasschemische Ätzen, in Schritt 120 des Verfahrens 100, ein isotropes nasschemisches Ätzen. Dabei verursacht das anisotrope nasschemische Ätzen ausreichend Defekte an der Oberfläche des diamantdrahtgesägten, multikristallinen Siliziumwafers, so dass bei dem isotropen nasschemischen Ätzen die gewünschte Textur, z.B. eine Ätzgrubenstruktur mit zufällig verteilten Ätzgruben, erzeugt werden kann.According to various embodiments, the first wet chemical etch, in step 110 of the procedure 100 , an anisotropic wet-chemical etching. Further, the second wet chemical etching, in step 120 of the procedure 100 , an isotropic wet-chemical etching. In this case, the anisotropic wet-chemical etching causes sufficient defects on the surface of the diamond-wire-sawn, multicrystalline silicon wafer, so that the desired texture, for example an etch pit structure with randomly distributed etching pits, can be produced during the isotropic wet-chemical etching.

Bei dem ersten nasschemischen Ätzen, in Schritt 110 des Verfahrens 100, kann eine Ätzlösung verwendet werden (hierin als erste Ätzlösung bezeichnet), welche Flusssäure (HF,aq) und eine Chlorquelle aufweist oder daraus besteht. Dabei kann die Chlorquelle gasförmiges Chlor, welches in die Ätzlösung eingeleitet wird, und/oder Salzsäure aufweisen oder daraus bestehen.At the first wet chemical etching, in step 110 of the procedure 100 For example, an etching solution (referred to herein as the first etching solution) comprising or consisting of hydrofluoric acid (HF, aq) and a chlorine source may be used. In this case, the chlorine source gaseous chlorine, which is introduced into the etching solution, and / or hydrochloric acid or consist thereof.

Anschaulich kann beispielsweise ein Flusssäure/Salzsäure-Gemisch als erste Ätzlösung verwendet werden. In ähnlicher Weise kann gasförmiges Chlor in die erste Ätzlösung eingeleitet werden und, in wässriger Lösung zu Salzsäure und hypochloriger Säure disproportioniert, ein Flusssäure/Salzsäure-Gemisch bilden.Illustratively, for example, a hydrofluoric acid / hydrochloric acid mixture can be used as the first etching solution. Similarly, gaseous chlorine may be introduced into the first etching solution and, in aqueous solution, to hydrochloric acid and disproportionated hypochlorous acid, form a hydrofluoric acid / hydrochloric acid mixture.

Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die erste saure Ätzlösung ferner ein Oxidationsmittel aufweisen. Das Oxidationsmittel kann beispielsweise mindestens eines aus der folgenden Gruppe von Oxidationsmitteln aufweisen oder sein: Wasserstoffperoxid (H2O2); Chlor (Cl2, HOCL, etc.); Kupferionen (Cu2+) . Gasförmiges Chlor kann beispielsweise in die erste Ätzlösung eingeleitet werden und, in wässriger Lösung zu Salzsäure und hypochloriger Säure disproportioniert, hypochlorige Säure als Oxidationsmittel bilden. Dabei kann das gasförmige Chlor auch zum Teil physikalisch in der Ätzlösung gelöst sein oder werden.According to various embodiments, the first acid etching solution may further comprise an oxidizing agent. The oxidizing agent may for example comprise or be at least one of the following group of oxidizing agents: hydrogen peroxide (H 2 O 2 ); Chlorine (Cl 2 , HOCL, etc.); Copper ions (Cu 2+ ). For example, gaseous chlorine may be introduced into the first etching solution and, when disproportionated in aqueous solution to hydrochloric acid and hypochlorous acid, form hypochlorous acid as an oxidizing agent. In this case, the gaseous chlorine may also be partially or physically dissolved in the etching solution.

Bei dem zweiten nasschemischen Ätzen, in Schritt 120 des Verfahrens 100, kann eine Ätzlösung verwendet werden (hierin als zweite Ätzlösung bezeichnet), welche Flusssäure (HFaq) und Salpetersäure (HNO3,aq) aufweist oder daraus besteht.In the second wet chemical etching, in step 120 of the procedure 100 For example, an etching solution (referred to herein as a second etching solution) comprising or consisting of hydrofluoric acid (HF aq ) and nitric acid (HNO 3, aq ) may be used.

Dabei werden die beiden Ätzschritte nacheinander durchgeführt, z.B. in zwei voneinander verschiedenen Ätzbädern. Die Oberfläche des diamantdrahtgesägten, multikristallinen Siliziumwafers kann beispielsweise zwischen dem ersten nasschemischen Ätzen und dem zweiten nasschemischen Ätzen gespült werden, z.B. mit deionisiertem Wasser oder einer anderen geeigneten Flüssigkeit.The two etching steps are carried out successively, e.g. in two different etching baths. For example, the surface of the diamond wire sawn multicrystalline silicon wafer may be rinsed between the first wet chemical etch and the second wet chemical etch, e.g. with deionized water or other suitable liquid.

Die Rückseite des diamantdrahtgesägten, multikristallinen Siliziumwafers 202, d.h. die der Oberfläche abgewandte Seite, kann beispielsweise bei den Ätzschritten abgedeckt werden, wenn diese nicht geätzt werden soll. Alternativ dazu ist auch beidseitige Behandlung des diamantdrahtgesägten, multikristallinen Siliziumwafers 202 möglich.The back side of the diamond-wire sawn, multicrystalline silicon wafer 202 That is, the surface facing away from the surface, for example, can be covered in the etching steps, if this is not to be etched. Alternatively, two-sided treatment of the diamond-wire sawn, multicrystalline silicon wafer is also possible 202 possible.

2A veranschaulicht einen diamantdrahtgesägten, multikristallinen Siliziumwafer 202 nach dem ersten nasschemischen Ätzen (d.h. nach dem Schritt 110 des Verfahrens 100) in einer schematischen Seiten- oder Querschnittsansicht. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen weist der diamantdrahtgesägte, multikristalline Siliziumwafer 202 eine erste Oberflächenstruktur 204a auf. 2A illustrates a diamond wire sawed, multicrystalline silicon wafer 202 after the first wet-chemical etching (ie after the step 110 of the procedure 100 ) in a schematic side or cross-sectional view. According to various embodiments, the diamond wire sawn multicrystalline silicon wafer 202 a first surface structure 204a on.

Der diamantdrahtgesägte, multikristalline Siliziumwafer 202 weist eine Oberfläche 202a mit einer Vielzahl von Kristalliten unterschiedlicher Kristallorientierung (auch als Körner bezeichnet) auf. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen können die Kristallorientierungen der Kristallite auf der Oberfläche 202a im Wesentlichen zufällig verteilt sein bzw. die dem Herstellungsverfahren des Siliziumblocks entsprechende typische Verteilung aufweisen.The diamond-wire-sawn, multicrystalline silicon wafer 202 has a surface 202a with a plurality of crystallites of different crystal orientation (also referred to as grains) on. According to various embodiments, the crystal orientations of the crystallites may be on the surface 202a essentially randomly distributed or have the typical distribution of the manufacturing process of the silicon block.

Die Oberfläche 202a des diamantdrahtgesägten, multikristallinen Siliziumwafers 202 kann mittels der ersten Ätzlösung derart behandelt werden, dass auf dieser Oberfläche 202a die erste Oberflächenstruktur 204a gebildet wird. Die erste Oberflächenstruktur 204a kann als Defektstruktur 204a verstanden werden, welche die Grundlage für den zweiten Ätzschritt bildet.The surface 202a of the diamond-wire sawn, multicrystalline silicon wafer 202 can be treated by means of the first etching solution such that on this surface 202a the first surface structure 204a is formed. The first surface structure 204a can as a defect structure 204a which forms the basis for the second etching step.

2B veranschaulicht eine Draufsicht auf die Oberfläche 202a des diamantdrahtgesägten, multikristallinen Siliziumwafers 202 nach dem ersten nasschemischen Ätzen (d.h. nach dem Schritt 110 des Verfahrens 100) anhand einer Aufnahme, die mittels eines Rasterelektronenmikroskops aufgenommen wurde. 2 B illustrates a plan view of the surface 202a of the diamond-wire sawn, multicrystalline silicon wafer 202 after the first wet-chemical etching (ie after the step 110 of the procedure 100 ) on the basis of a photograph taken by means of a scanning electron microscope.

In 2B ist eine Korngrenze 204g zwischen zwei benachbarten Körnern des diamantdrahtgesägten, multikristallinen Siliziumwafers 202 erkennbar. Nach dem (z.B. anisotropen) Ätzen im ersten Schritt 110 des Verfahrens 100, wie es hierin beschrieben ist, ist die Oberfläche 202a des diamantdrahtgesägten, multikristallinen Siliziumwafers 202 im Wesentlichen unabhängig von der Kristallorientierung der Körner angegriffen, d.h. aufgeraut oder mit anderen Worten vortexturiert. Anschaulich können Defekte (z.B. Ätzschäden) auf der Oberfläche 202a des diamantdrahtgesägten, multikristallinen Siliziumwafers 202 erzeugt werden, welche im Wesentlichen zufällig auf der Oberfläche 202a verteilt sind. Mittels herkömmlicher Verfahren kann es beispielsweise nicht erreicht werden, glatte Oberflächen oder glatte Oberflächenabschnitte, wie sie beim Diamantdrahtsägen entstehen, aufzurauen oder vorzutexturieren.In 2 B is a grain boundary 204g between two adjacent grains of the diamond-wire-sawn, multicrystalline silicon wafer 202 recognizable. After the (eg anisotropic) etching in the first step 110 of the procedure 100 As described herein, the surface is 202a of the diamond-wire sawn, multicrystalline silicon wafer 202 essentially attacked regardless of the crystal orientation of the grains, ie roughened or in other words vortexturiert. Illustratively, defects (eg etching damage) on the surface can occur 202a of the diamond-wire sawn, multicrystalline silicon wafer 202 which are essentially random on the surface 202a are distributed. By means of conventional methods, for example, it is not possible to roughen or pre-texture smooth surfaces or smooth surface sections, such as those produced by diamond wire sawing.

2C veranschaulicht den diamantdrahtgesägten, multikristallinen Siliziumwafer 202 nach dem ersten nasschemischen Ätzen (d.h. nach dem Schritt 110 des Verfahrens 100) und nach dem zweiten nasschemischen Ätzen (d.h. nach dem Schritt 120 des Verfahrens 100) in einer schematischen Seiten- oder Querschnittsansicht. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen weist der diamantdrahtgesägte, multikristalline Siliziumwafer 202 eine zweite Oberflächenstruktur 204b (auch als Ätzgrubenstruktur bezeichnet) auf, welche von der ersten Oberflächenstruktur 204a verschieden ist. Die zweite Oberflächenstruktur 204b weist eine größere Rauheit als die erste Oberflächenstruktur 204a auf. z.B. gemessen mittels eines Rasterkraftmikroskops oder jedem anderen geeigneten Messverfahren). 2C illustrates the diamond wire sawed multicrystalline silicon wafer 202 after the first wet-chemical etching (ie after the step 110 of the procedure 100 ) and after the second wet chemical etching (ie after the step 120 of the procedure 100 ) in a schematic side or cross-sectional view. According to various embodiments, the diamond wire sawn multicrystalline silicon wafer 202 a second surface structure 204b (also referred to as etch pit structure), which depends on the first surface structure 204a is different. The second surface structure 204b has a greater roughness than the first surface structure 204a on. eg measured by means of an atomic force microscope or any other suitable measuring method).

Die Oberflächenstruktur 204a des diamantdrahtgesägten, multikristallinen Siliziumwafers 202 als Ausgangspunkt kann mittels der zweiten Ätzlösung derart behandelt werden, dass eine Ätzgrubenstruktur 204b mit beispielsweise zufällig verteilten Ätzgruben gebildet wird.The surface structure 204a of the diamond-wire sawn, multicrystalline silicon wafer 202 as a starting point can be treated by means of the second etching solution such that an etch pit structure 204b is formed with, for example, randomly distributed etching pits.

2D veranschaulicht eine Draufsicht auf die Oberfläche 202a des diamantdrahtgesägten, multikristallinen Siliziumwafers 202, nachdem das Verfahren 100 durchgeführt wurde, anhand einer Aufnahme, die mittels eines Rasterelektronenmikroskops aufgenommen wurde. 2D illustrates a plan view of the surface 202a of the diamond-wire sawn, multicrystalline silicon wafer 202 after the procedure 100 was performed on the basis of a picture taken using a scanning electron microscope.

Die räumliche Verteilung der Ätzgruben sowie deren Geometrie können beispielsweise optisch ausgewertet werden, z.B. mittels Rasterelektronenmikroskopie.The spatial distribution of the etching pits and their geometry can be evaluated optically, e.g. by scanning electron microscopy.

Gemäß verschiedenen Ausführungsformen können das erste nasschemische Ätzen und das zweite nasschemische Ätzen derart erfolgen, dass die Ätzgruben der erzeugten Ätzgrubenstruktur 204b bezüglich des Orts auf der Oberfläche 202a des diamantdrahtgesägten, multikristallinen Siliziumwafers 202 zufällig (um einen Mittelwert schwankend) verteilt sind.According to various embodiments, the first wet chemical etch and the second wet chemical etch may be performed such that the etch pits of the generated etch pit structure 204b concerning the location on the surface 202a of the diamond-wire sawn, multicrystalline silicon wafer 202 random (fluctuating around a mean) are distributed.

Gemäß verschiedenen Ausführungsformen können das erste nasschemische Ätzen und das zweite nasschemische Ätzen derart erfolgen, dass die Ätzgruben der erzeugten Ätzgrubenstruktur 204b bezüglich deren Breite und/oder Tiefe zufällig (um einen Mittelwert schwankend) verteilt sind. Die Ätzgruben der erzeugten Ätzgrubenstruktur 204b können beispielsweise im arithmetischen Mittel eine Breite (z.B. einen geometrisch gemittelten Durchmesser der jeweiligen Ätzgrube) in einem Bereich von ungefähr 1 µm bis ungefähr 30 µm aufweisen. Ferner können die Ätzgruben der erzeugten Ätzgrubenstruktur 204b im arithmetischen Mittel eine Tiefe (z.B. jeweils eine maximale Tiefe der jeweiligen Ätzgrube) in einem Bereich von ungefähr 1 µm bis ungefähr 30 µm aufweisen.According to various embodiments, the first wet chemical etch and the second wet chemical etch may be performed such that the etch pits of the generated etch pit structure 204b with respect to whose width and / or depth are randomly distributed (fluctuating around an average value). The etch pits of the generated etch pit structure 204b For example, in the arithmetic mean, they may have a width (eg, a geometrically averaged diameter of the respective etch pit) in a range of about 1 μm to about 30 μm. Furthermore, the etch pits of the generated etch pit structure 204b in the arithmetic mean a depth (eg, each having a maximum depth of the respective etching pit) in a range of about 1 micron to about 30 microns.

Wie beispielsweise in 2D veranschaulicht ist, können das erste nasschemische Ätzen und das zweite nasschemische Ätzen derart erfolgen, dass die Anzahl der die Ätzgruben der erzeugten Ätzgrubenstruktur 204b pro Quadratmillimeter auf der Oberfläche 202a des diamantdrahtgesägten, multikristallinen Siliziumwafers 202 größer ist als 100, z.B. größer als 250, oder größer als 500.Such as in 2D 1, the first wet chemical etching and the second wet chemical etching may be performed such that the number of etch pit structures produced by the etch pits of the generated etch pit structure 204b per square millimeter on the surface 202a of the diamond-wire sawn, multicrystalline silicon wafer 202 is greater than 100 , eg greater than 250 , or greater than 500 ,

Anschaulich kann die Ätzgrubenstruktur 204b derart erzeugt werden, dass diese die gewünschten optischen Eigenschaften aufweist. Beispielsweise können die Geometrie der Ätzgruben, deren räumliche Verteilung und/oder deren Anzahl pro Flächeneinheit entsprechend ausgebildet sein.Illustratively, the etch pit structure 204b be generated so that it has the desired optical properties. For example, the geometry of the etching pits, their spatial distribution and / or their number per unit area can be designed accordingly.

Mittels der Ätzgrubenstruktur 204b, die beispielsweise unregelmäßig bzw. zufällig verteilte Ätzgruben aufweist, wie sie beispielsweise in 2D veranschaulicht ist, kann beispielsweise eine unerwünschte Anisotropie in den optischen Eigenschaften (z.B. in der Reflektivität) der Oberfläche 202a des diamantdrahtgesägte, multikristalline Siliziumwafer 202 vermieden werden.By means of the etching pit structure 204b , which has, for example, irregular or randomly distributed etch pits, as used for example in 2D For example, an undesirable anisotropy in the optical properties (eg, reflectivity) of the surface may be exemplified 202a diamond wire sawn multicrystalline silicon wafers 202 be avoided.

In 3A und 3B sind die erste Oberflächenstruktur 204a und die zweite Oberflächenstruktur 204b (d.h. die Ätzgrubenstruktur 204b) beispielhaft dargestellt, wobei ausgehend von den in 2B und 2D dargestellten Aufnehmen die jeweiligen oberen Kanten der Vertiefungen hervorgehoben sind.In 3A and 3B are the first surface structure 204a and the second surface structure 204b (ie the etch pit structure 204b) exemplified, starting from the in 2 B and 2D shown recording the respective upper edges of the wells are highlighted.

In 3C ist eine weitere Oberflächenstruktur 304 als Vergleichsbeispiel dargestellt, wobei ein diamantdrahtgesägter, multikristalliner Siliziumwafer 202 nur mittels einer HF-HNO3-Ätzlösung texturiert wurde, d.h. anschaulich ohne das Vortexturieren, wie es im Schritt 110 des Verfahrens 100 erfolgt.In 3C is another surface structure 304 as a comparative example, wherein a diamond wire sawn, multicrystalline silicon wafer 202 was textured only by means of an HF-HNO 3 etching solution, ie vividly without the pre-texturing, as in the step 110 of the procedure 100 he follows.

In 3D ist eine weitere Oberflächenstruktur 314 als Vergleichsbeispiel dargestellt, wobei ein SiC-Slurrygesägter, multikristalliner Siliziumwafer nur mittels einer HF-HNO3-Ätzlösung texturiert wurde, d.h. anschaulich ohne das Vortexturieren, wie es im Schritt 110 des Verfahrens 100 erfolgt.In 3D is another surface structure 314 as a comparative example, wherein a SiC slurry sawed, multicrystalline silicon wafer was textured only by means of a HF-HNO 3 etching solution, ie illustratively without the pre-texturing, as in step 110 of the procedure 100 he follows.

Im Folgenden werden beispielhaft einige Ätzlösungen beschrieben, mittels derer die Oberflächenstruktur 204b hergestellt werden kann.In the following, some etching solutions are described by way of example, by means of which the surface structure 204b can be produced.

Gemäß einem ersten Beispiel, kann die erste Ätzlösung im ersten Schritt 110 des Verfahrens 100 Folgendes aufweisen:

  • • Flusssäure (HF), z.B. mit einer Konzentration von 0,2 mol/L,
  • • Salzsäure (HCl), z.B. mit einer Konzentration von 11,7 mol/L), und
  • • Wasserstoffperoxid (H2O2), z.B. mit einer Konzentration von 0,2 mol/L.
According to a first example, the first etching solution in the first step 110 of the procedure 100 Have:
  • Hydrofluoric acid (HF), eg with a concentration of 0.2 mol / L,
  • Hydrochloric acid (HCl), eg with a concentration of 11.7 mol / L), and
  • • Hydrogen peroxide (H 2 O 2 ), eg with a concentration of 0.2 mol / L.

Dabei wurde die erste Ätzlösung während des ersten nasschemischen Ätzens (im Schritt 110 des Verfahrens 100) mittels Rührens (z.B. mit einer Umdrehungsgeschwindigkeit von 150 Umdrehungen pro Minute) in Strömung relativ zur Oberfläche 202a des diamantdrahtgesägten, multikristallinen Siliziumwafers 202 versetzt.In this case, the first etching solution during the first wet-chemical etching (in step 110 of the procedure 100 ) by means of stirring (eg with a rotational speed of 150 Revolutions per minute) in flow relative to the surface 202a of the diamond-wire sawn, multicrystalline silicon wafer 202 added.

Ferner wurde anschließend (im Schritt 120 des Verfahrens 100) die Ätzgrubenstruktur 204b mittels der zweiten Ätzlösung erzeugt, welche Folgendes aufweist:

  • • Flusssäure (HF), z.B. mit einer Konzentration von 3,2 mol/L, und
  • • Salpetersäure (HNO3), z.B. mit einer Konzentration von 5,6 mol/L.
Furthermore, subsequently (in step 120 of the procedure 100 ) the etch pit structure 204b produced by the second etching solution, which comprises
  • Hydrofluoric acid (HF), eg at a concentration of 3.2 mol / L, and
  • • Nitric acid (HNO 3 ), eg at a concentration of 5.6 mol / L.

Gemäß einem zweiten Beispiel, kann die erste Ätzlösung im ersten Schritt 110 des Verfahrens 100 Folgendes aufweisen:

  • • Flusssäure (HF), z.B. mit einer Konzentration von 5,5 mol/L,
  • • Salzsäure (HCl), z.B. mit einer Konzentration von 9,6 mol/L), und
  • • Chlor (Cl2), das in die erste Ätzlösung während des Ätzens eingeleitet wird.
According to a second example, the first etching solution in the first step 110 of the procedure 100 Have:
  • Hydrofluoric acid (HF), eg with a concentration of 5.5 mol / L,
  • Hydrochloric acid (HCl), eg with a concentration of 9.6 mol / L), and
  • • Chlorine (Cl 2 ), which is introduced into the first etching solution during the etching.

Ferner wurde anschließend (im Schritt 120 des Verfahrens 100) die Ätzgrubenstruktur 204b mittels der zweiten Ätzlösung erzeugt, welche Folgendes aufweist:

  • • Flusssäure (HF), z.B. mit einer Konzentration von 3,2 mol/L, und
  • • Salpetersäure (HNO3), z.B. mit einer Konzentration von 5,6 mol/L.
Furthermore, subsequently (in step 120 of the procedure 100 ) the etch pit structure 204b produced by the second etching solution, which comprises
  • Hydrofluoric acid (HF), eg at a concentration of 3.2 mol / L, and
  • • Nitric acid (HNO 3 ), eg at a concentration of 5.6 mol / L.

Gemäß einem dritten Beispiel, kann die erste Ätzlösung im ersten Schritt 110 des Verfahrens 100 Folgendes aufweisen:

  • • Flusssäure (HF), z.B. mit einer Konzentration von 1,4 mol/L,
  • • Salzsäure (HCl), z.B. mit einer Konzentration von 9,6 mol/L), und
  • • Chlor (Cl2), das in die erste Ätzlösung während des Ätzens eingeleitet wird.
According to a third example, the first etching solution in the first step 110 of the procedure 100 Have:
  • Hydrofluoric acid (HF), eg with a concentration of 1.4 mol / L,
  • Hydrochloric acid (HCl), eg with a concentration of 9.6 mol / L), and
  • • Chlorine (Cl 2 ), which is introduced into the first etching solution during the etching.

Dabei wurde die erste Ätzlösung während des ersten nasschemischen Ätzens (im Schritt 110 des Verfahrens 100) mittels Rührens (z.B. mit einer Umdrehungsgeschwindigkeit von 150 Umdrehungen pro Minute) in Strömung relativ zur Oberfläche 202a des diamantdrahtgesägten, multikristallinen Siliziumwafers 202 versetzt.In this case, the first etching solution during the first wet-chemical etching (in step 110 of the procedure 100 ) by means of stirring (eg with a rotational speed of 150 Revolutions per minute) in flow relative to the surface 202a of the diamond-wire sawn, multicrystalline silicon wafer 202 added.

Ferner wurde anschließend (im Schritt 120 des Verfahrens 100) die Ätzgrubenstruktur 204b mittels der zweiten Ätzlösung erzeugt, welche Folgendes aufweist:

  • • Flusssäure (HF), z.B. mit einer Konzentration von 3,2 mol/L,
  • • Salpetersäure (HNO3), z.B. mit einer Konzentration von 5,6 mol/L, und
  • • Hexafluorokieselsäure (H2SiF6), z.B. mit einer Konzentration von 0,8 mol/L.
Furthermore, subsequently (in step 120 of the procedure 100 ) the etch pit structure 204b produced by the second etching solution, which comprises
  • Hydrofluoric acid (HF), eg with a concentration of 3.2 mol / L,
  • • nitric acid (HNO 3 ), eg at a concentration of 5.6 mol / L, and
  • Hexafluorosilicic acid (H 2 SiF 6 ), eg with a concentration of 0.8 mol / L.

Die so gebildeten ersten Ätzstrukturen 204a weisen jeweils zufällig angeordnete erste Vertiefungen bzw. Ätzschäden auf der Oberfläche 202a des diamantdrahtgesägten, multikristallinen Siliziumwafers 202 auf, und die so gebildeten zweiten Ätzstrukturen 204b (hierin als Ätzgrubenstrukturen 204b bezeichnet) weisen jeweils zufällig angeordnete zweite Vertiefungen bzw. Ätzgruben. Dabei sind die ersten Vertiefungen kleiner (z.B. sind die ersten Vertiefungen weniger tief und/oder weniger bereit bzw. weisen einen geringeren Durchmesser auf) als die zweiten Vertiefungen.The first etching structures thus formed 204a each have randomly disposed first recesses or etching damage on the surface 202a of the diamond-wire sawn, multicrystalline silicon wafer 202 and the second etched structures thus formed 204b (herein as etch pit structures 204b each have randomly disposed second recesses or etching pits. In this case, the first depressions are smaller (for example, the first depressions are less deep and / or less ready or have a smaller diameter) than the second depressions.

Die erste Ätzlösung, in welcher der diamantdrahtgesägte, multikristalline Siliziumwafer 202 platziert wurde, wurde zumindest gemäß einigen Ausführungsformen mittels Rührens, z.B. mit einer Rotationsgeschwindigkeit von ungefähr 150 Umdrehungen pro Minute, in Strömung versetzt. Es können aber auch andere Rotationsgeschwindigkeiten verwendet werden, z.B. weniger oder mehr als ungefähr 150 Umdrehungen pro Minute.The first etching solution in which the diamond-wire-sawn, multicrystalline silicon wafer 202 was at least according to some embodiments by means of stirring, for example, with a rotational speed of about 150 Revolutions per minute, in flow. However, other rotational speeds may be used, eg, less or more than about 150 Revolutions per minute.

Sofern beispielsweise Chlor als Oxidationsmittel verwendet wurde, kann das Chlor dadurch bereitgestellt sein oder werden, dass Chlorgas in die wässrige erste Ätzlösung eingeleitet wurde. Dabei kann die erste Ätzlösung beispielsweise auch mittels eines kontinuierlichen Zuführens von Chlorgas (Cl2) in Strömung versetzt werden, gemäß verschiedenen Ausführungsformen.For example, if chlorine was used as the oxidizing agent, the chlorine may be provided by bubbling chlorine gas into the aqueous first etching solution. In this case, for example, the first etching solution can also be caused to flow by means of a continuous supply of chlorine gas (Cl 2 ), according to various embodiments.

Ferner kann Chlor als Oxidationsmittel bereitgestellt werden, indem der ersten Ätzlösung Chlorgas oder zumindest ein chlorhaltiges Gas zugeführt wird. Das Gas kann beispielsweise mit einem Volumenstrom (angegeben in Litern pro Minute, L/min) in einem Bereich von ungefähr 0,1 L/min bis ungefähr 10 L/min zugeführt werden. Durch Einstellen oder Regeln des Volumenstroms des Gases (z.B. des Chlorgases) können/kann die Abtragsrate und/oder die erzeugte Oberflächenmorphologie beeinflusst werden.Further, chlorine may be provided as an oxidizing agent by supplying chlorine gas or at least a chlorine-containing gas to the first etching solution. For example, the gas may be supplied at a volumetric flow rate (in liters per minute, L / min) in a range of about 0.1 L / min to about 10 L / min. By adjusting or controlling the volumetric flow of the gas (e.g., the chlorine gas), the rate of removal and / or surface morphology generated can be influenced.

Beispielsweise kann ein Flusssäure/Salzsäure-Gemisch als (z.B. erste) Ätzlösung verwendet werden. In ähnlicher Weise kann gasförmiges Chlor in eine flusssäurehaltige Ätzlösung eingeleitet werden und, in wässriger Lösung zu Salzsäure und hypochloriger Säure disproportioniert, ein Flusssäure/Salzsäure-Gemisch bilden. Dabei kann das gasförmige Chlor gleichzeitig als Oxidationsmittel fungieren.For example, a hydrofluoric acid / hydrochloric acid mixture may be used as (e.g., first) etching solution. Similarly, gaseous chlorine may be introduced into a hydrofluoric acid etching solution and, disproportionated in aqueous solution to hydrochloric acid and hypochlorous acid, form a hydrofluoric acid / hydrochloric acid mixture. The gaseous chlorine can act as an oxidant at the same time.

Alternativ dazu kann der ersten Ätzlösung mindestens ein Feststoff zugesetzt sein oder werden, z.B. Hypochlorit, Chlorat, Perchlorat oder ein chloridhaltiges Salz (wie z.B. Natriumchlorid (NaCl), Kaliumchlorid (KCl) und/oder Ammoniumchlorid (NH4Cl)). Der Feststoff kann sich in der Lösung beispielsweise auflösen und/oder im Kontakt mit der Lösung beispielsweise zerfallen und/oder reagieren und dabei Chlor bzw. Chlorid freigeben und so als Chlorquelle wirken. Je nachdem welche Oberflächenmorphologie erzeugt werden soll, kann ein passender Feststoff zugeführt werden, welcher eine bestimmte Menge an Chlor oder Chlorid freigibt. Beispielsweise können mittels Zugabe von Hypochlorit oder Perchlorat geringe Abtragsraten erzielt werden. Alternativ oder in Kombination können mehrere Feststoffe zugegeben werden.Alternatively, at least one solid may or may not be added to the first etching solution, eg hypochlorite, chlorate, perchlorate or a chloride-containing salt (such as sodium chloride (NaCl), potassium chloride (KCl) and / or ammonium chloride (NH 4 Cl)). The solid may dissolve in the solution, for example, and / or, for example, decompose and / or react in contact with the solution, thereby releasing chlorine or chloride and thus acting as a chlorine source. Depending on which surface morphology is to be generated, a suitable solid can be supplied, which releases a certain amount of chlorine or chloride. For example, low removal rates can be achieved by adding hypochlorite or perchlorate. Alternatively or in combination, multiple solids may be added.

Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann das erste nasschemische Ätzen des diamantdrahtgesägten, multikristallinen Siliziumwafers 202 unter Verwendung folgender zusätzlicher Verfahrensparameter durchgeführt werden:

  • • Behandlungsdauer t = 1 min, t = 5 min oder t = 10 min, z.B. mit einer Behandlungsdauer in einem Bereich von ungefähr 1 min bis ungefähr 20 min, z.B. in einem Bereich von ungefähr 1 min bis ungefähr 10 min;
  • • Behandlungstemperatur ϑ = 20 °C, ϑ = 25 °C oder ϑ = 30 °C, z.B. mit einer Behandlungstemperatur in einem Bereich von ungefähr 15 °C bis ungefähr 35 °C.
According to various embodiments, the first wet chemical etch of the diamond wire sawn, multicrystalline silicon wafer 202 using the following additional process parameters:
  • Treatment duration t = 1 min, t = 5 min or t = 10 min, eg with a treatment duration in a range of about 1 min to about 20 min, eg in a range of about 1 min to about 10 min;
  • Treatment temperature θ = 20 ° C, θ = 25 ° C or θ = 30 ° C, eg with a treatment temperature in a range from about 15 ° C to about 35 ° C.

Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann das zweite nasschemische Ätzen des diamantdrahtgesägten, multikristallinen Siliziumwafers 202 unter Verwendung folgender zusätzlicher Verfahrensparameter durchgeführt werden:

  • • Behandlungsdauer t = 1 min, t = 10 min oder t = 30 min, z.B. mit einer Behandlungsdauer in einem Bereich von ungefähr 1 min bis ungefähr 60 min, z.B. in einem Bereich von ungefähr 1 min bis ungefähr 30 min;
  • • Behandlungstemperatur ϑ = 20 °C, ϑ = 25 °C oder ϑ = 30 °C, z.B. mit einer Behandlungstemperatur in einem Bereich von ungefähr 15 °C bis ungefähr 35 °C.
According to various embodiments, the second wet chemical etch of the diamond wire sawn, multicrystalline silicon wafer 202 using the following additional process parameters:
  • Treatment duration t = 1 min, t = 10 min or t = 30 min, eg with a treatment duration in a range of about 1 min to about 60 min, eg in a range of about 1 min to about 30 min;
  • Treatment temperature θ = 20 ° C, θ = 25 ° C or θ = 30 ° C, eg with a treatment temperature in a range from about 15 ° C to about 35 ° C.

Gemäß verschiedenen Ausführungsformen können die Verfahrensparameter beider nasschemischer Ätzschritt im Verfahren 100 derart ausgewählt werden, dass eine Oberflächenstruktur 204b auf dem diamantdrahtgesägten, multikristallinen Siliziumwafer 202 geätzt wird, welche einen minimalen Reflexionsgrad bzw. einen maximalen Absorptionsgrad für Licht aufweist.According to various embodiments, the process parameters of both wet chemical etching step in the process 100 be selected such that a surface structure 204b on the diamond-wire-sawn, multicrystalline silicon wafer 202 is etched, which has a minimum reflectance or a maximum absorption of light.

Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann der ersten Ätzlösung eine oberflächenaktive Substanz (Komponente), z.B. aus der Gruppe der Tenside, zugesetzt sein oder werden.According to various embodiments, the first etching solution may include a surfactant (component), e.g. from the group of surfactants, be added or be.

Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann der zweiten Ätzlösung eine oberflächenaktive Substanz (Komponente), z.B. aus der Gruppe der Tenside, zugesetzt sein oder werden.According to various embodiments, the second etching solution may include a surfactant (component), e.g. from the group of surfactants, be added or be.

Die hierin beschriebenen Konzentrationen der Ätzlösungen (angegeben in Mol pro Liter; mol/L) können beispielsweise rechnerisch anhand der Masse der Mischungskomponenten ermittelt werden. Ferner können die Konzentrationen von beispielsweise Fluorid-, Chlorid-, bzw. Sulfat-Ionen mittels Ionenaustauschchromatographie ermittelt werden, z.B. mittels eines Dionex ICS 2000.The concentrations of the etching solutions described herein (expressed in moles per liter, mol / L) can be determined, for example, mathematically based on the mass of the mixture components. Further, the concentrations of, for example, fluoride, chloride, and sulfate ions, respectively, can be determined by ion exchange chromatography, e.g. using a Dionex ICS 2000.

Die Geometrie bzw. Größe und Verteilung der Ätzgruben der Oberflächenstruktur 204b können beispielsweise mittels eines Rasterelektronenmikroskops (REM) ermittelt werden, vgl. 2B und 2D, z.B. mittels eines Vega Tescan TS 5130 SB Systems.The geometry or size and distribution of the etch pits of the surface structure 204b can be determined for example by means of a scanning electron microscope (SEM), cf. 2 B and 2D , eg by means of a Vega Tescan TS 5130 SB system.

Der Reflexionsgrad eines strukturgeätzten diamantdrahtgesägten, multikristallinen Siliziumwafers 202 kann mittels einer Reflexionsmessung ermittelt werden, z.B. mittels eines Jasco UV/VIS Spektrometers, wobei über eine Kugelfläche integriert wird, und wobei der diamantdrahtgesägte, multikristalline Siliziumwafer 202 derart relativ zur Lichtquelle des Spektrometers angeordnet ist, so dass das Licht der Lichtquelle senkrecht auf die Oberfläche 202a des diamantdrahtgesägten, multikristallinen Siliziumwafers 202 auftrifft. Als Referenzwellenlänge kann beispielsweise 700 nm verwendet werden. Alternativ kann der Reflexionsgrad auch über den Wellenlängenbereich des sichtbaren Lichts (z.B. von 400 nm bis 700 nm) gemittelt werden.The reflectance of a structurally etched diamond-wire sawn, multicrystalline silicon wafer 202 can be determined by means of a reflection measurement, for example by means of a Jasco UV / VIS spectrometer, being integrated via a spherical surface, and wherein the diamond-wire-sawn, multicrystalline silicon wafer 202 is arranged relative to the light source of the spectrometer, so that the light of the light source perpendicular to the surface 202a of the diamond-wire sawn, multicrystalline silicon wafer 202 incident. As a reference wavelength, for example 700 nm can be used. Alternatively, the reflectance can also be averaged over the wavelength range of visible light (eg from 400 nm to 700 nm).

Der jeweilige Ätzschritt 110, 120 des Verfahrens 100 kann beispielsweise dadurch beendet werden, dass der diamantdrahtgesägte, multikristalline Siliziumwafer 202 aus der jeweiligen Ätzlösung herausgenommen wird und mit deionisiertem Waser gespült wird.The respective etching step 110 . 120 of the procedure 100 can be terminated, for example, that the diamond wire sawn, multicrystalline silicon wafer 202 is removed from the respective etching solution and rinsed with deionized Waser.

Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die Behandlungstemperatur während des ersten nasschemischen Ätzens und/oder während des zweiten nasschemischen Ätzens geringer sein als 30°C. Anschaulich ist bei dem hierin beschriebenen Verfahren 100 kein Erwärmen der jeweiligen Ätzlösung während des Ätzens notwendig. Beispielsweise kann das Verfahren 100 untemperiert bei der jeweils herrschenden Raumtemperatur durchgeführt werden.According to various embodiments, the treatment temperature may be less than 30 ° C during the first wet chemical etch and / or during the second wet chemical etch. Illustrative is in the method described herein 100 no heating of the respective etching solution during the etching necessary. For example, the method 100 be carried out at the respective prevailing room temperature.

Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die zweite Ätzlösung zusätzlich zur Flusssäure und Salpetersäure noch eine weitere Säure aufweisen, z.B. Essigsäure (CH3COOH), Schwefelsäure (H2SO4), Hexafluorokieselsäure (H2SiF6), etc.According to various embodiments, in addition to the hydrofluoric acid and nitric acid, the second etching solution may also contain another acid, for example acetic acid (CH 3 COOH), sulfuric acid (H 2 SO 4 ), hexafluorosilicic acid (H 2 SiF 6 ), etc.

Bei der in 2B dargestellte Aufnahme wurde die Oberfläche 202a des diamantdrahtgesägten, multikristallinen Siliziumwafers 202 mittels einer Ätzlösung aus Flusssäure (HF), Salzsäure (HCL) und einem zugesetzten Oxidationsmittel behandelt. Bei der in 2D dargestellte Aufnahme wurde die Oberfläche 202a des diamantdrahtgesägten, multikristallinen Siliziumwafers 202 anschließend mittels einer Ätzlösung aus Flusssäure (HF) und Salpetersäure (HNO3) texturiert.At the in 2 B The picture shown became the surface 202a of the diamond-wire sawn, multicrystalline silicon wafer 202 treated by means of an etching solution of hydrofluoric acid (HF), hydrochloric acid (HCL) and an added oxidizing agent. At the in 2D The picture shown became the surface 202a of the diamond-wire sawn, multicrystalline silicon wafer 202 then textured by means of an etching solution of hydrofluoric acid (HF) and nitric acid (HNO 3 ).

4 veranschaulicht ein schematisches Ablaufdiagramm eines Verfahrens 400 zum Herstellen einer Solarzelle. Das Verfahren kann beispielsweise Folgendes aufweisen: in 410, Strukturieren einer Oberfläche 202a (z.B. auf einer Vorderseite) eines diamantdrahtgesägten, multikristallinen Siliziumwafers 202 mittels eines zweistufigen Ätzverfahrens unter Verwendung zweier saurer Ätzlösungen (z.B. mittels des Verfahrens 100), in 420, Bilden mindestens eines p-n-Übergangs 508 in dem diamantdrahtgesägten, multikristallinen Siliziumwafer 202; in 430, Bilden einer ersten Metallisierung 504 zum elektrischen Kontaktieren der Oberfläche 202a des diamantdrahtgesägten, multikristallinen Siliziumwafers 202; und, in 440m Bilden einer zweiten Metallisierung 506 zum elektrischen Kontaktieren einer der Oberfläche 202a gegenüberliegenden weiteren Oberfläche 202r (z.B. auf einer Rückseite) des diamantdrahtgesägten, multikristallinen Siliziumwafers 202. 4 illustrates a schematic flow diagram of a method 400 for manufacturing a solar cell. The method may include, for example: in 410 , Structuring a surface 202a (eg on a front side) of a diamond-wire sawn, multicrystalline silicon wafer 202 by means of a two-stage etching process using two acidic etching solutions (eg by means of the process 100 ), in 420 , Forming at least one pn junction 508 in the diamond-wire-sawn, multicrystalline silicon wafer 202 ; in 430 , Forming a first metallization 504 for electrically contacting the surface 202a of the diamond-wire sawn, multicrystalline silicon wafer 202 ; and, in 440m, forming a second metallization 506 for electrically contacting one of the surfaces 202a opposite further surface 202r (eg on a back side) of the diamond-wire sawn, multicrystalline silicon wafer 202 ,

Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann das Verfahren beispielsweise auch Folgendes aufweisen: Strukturieren einer Vorderseite eines diamantdrahtgesägten, multikristallinen Siliziumwafers mittels eines zweistufigen Ätzverfahrens unter Verwendung zweier saurer Ätzlösungen (z.B. mittels des Verfahrens 100), Bilden mindestens eines p-n-Übergangs in dem diamantdrahtgesägten, multikristallinen Siliziumwafer; Bilden einer Vorderseitenmetallisierung zum elektrischen Kontaktieren der Vorderseite als Lichteinfallsseite; und Bilden einer Rückseitenmetallisierung zum elektrischen Kontaktieren einer der Lichteinfallsseite gegenüberliegenden Rückseite des diamantdrahtgesägten, multikristallinen Siliziumwafers.For example, according to various embodiments, the method may include: patterning a front side of a diamond-wire-sawn multicrystalline silicon wafer by a two-step etching process using two acidic etching solutions (eg, by the method 100 Forming at least one pn junction in the diamond wire sawn multicrystalline silicon wafer; Forming a front side metallization for electrically contacting the front side as a light incident side; and forming a backside metallization for electrically contacting a back side of the diamond wire sawn multicrystalline silicon wafer opposite the light incident side.

In 5 ist eine Solarzelle 502 in einer schematischen Querschnittsansicht dargestellt, gemäß verschiedenen Ausführungsformen. Die Solarzelle 502 kann beispielsweise einen diamantdrahtgesägten, multikristallinen Siliziumwafer 202 aufweisen, wie vorangehend beschrieben ist, siehe beispielsweise 2C und 2D. In der Funktion als Solarzelle kann der diamantdrahtgesägte, multikristalline Siliziumwafer 202 entsprechend dotiert sein oder werden, so dass in dem diamantdrahtgesägten, multikristallinen Siliziumwafer 202 mindestens ein entsprechend ausgestalteter p-n-Übergang 508 bereitgestellt ist. Zum elektrischen Kontaktieren des diamantdrahtgesägten, multikristallinen Siliziumwafers 202 werden beispielsweise eine erste Metallisierung (z.B. eine Vorderseitenmetallisierung 504) und eine zweite Metallisierung (z.B. eine Rückseitenmetallisierung 506) verwendet. Jede der Metallisierungen 504, 506 kann beispielsweise einen elektrischen Kontakt oder mehrere elektrische Kontakte aufweisen.In 5 is a solar cell 502 shown in a schematic cross-sectional view, according to various embodiments. The solar cell 502 For example, a diamond-wire-sawn, multicrystalline silicon wafer 202 as described above, see for example 2C and 2D , In function as a solar cell, the diamond wire sawn, multicrystalline silicon wafer 202 be doped accordingly, so that in the diamond wire sawn, multicrystalline silicon wafer 202 at least one appropriately designed pn junction 508 is provided. For electrically contacting the diamond-wire sawn, multicrystalline silicon wafer 202 For example, a first metallization (eg, a front side metallization 504 ) and a second metallization (eg, a backside metallization 506 ) used. Each of the metallizations 504 . 506 For example, it may have one or more electrical contacts.

Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die Solarzelle 502 zumindest eine Lichteinfallsseite 501e aufweisen. Die Oberfläche 202a des diamantdrahtgesägten, multikristallinen Siliziumwafers 202 auf der Lichteinfallsseite 501e ist beispielsweise wie vorangehend beschrieben behandelt und weist eine Ätzgrubenstruktur 204b auf.According to various embodiments, the solar cell 502 at least one light incident side 501e exhibit. The surface 202a of the diamond-wire sawn, multicrystalline silicon wafer 202 on the light side 501e is, for example, treated as described above and has an etch pit structure 204b on.

Die erste Metallisierung 504 kann beispielsweise zum elektrischen Kontaktieren der Lichteinfallsseite 501e der Solarzelle 502 verwendet werden. Ferner kann die zweite Metallisierung 506 zum elektrischen Kontaktieren einer der Lichteinfallsseite 501e gegenüberliegenden Seite 501r der Solarzelle 502 verwendet werden. Die zweite Metallisierung 506 kann beispielsweise eine Rückseitenmetallisierung sein oder aufweisen zum elektrischen Kontaktieren der Rückseite 501r der Solarzelle 502.The first metallization 504 For example, for electrically contacting the light incident side 501e the solar cell 502 be used. Furthermore, the second metallization 506 for electrically contacting one of the light incident side 501e opposite side 501r the solar cell 502 be used. The second metallization 506 may be, for example, a back-side metallization or have for electrically contacting the back 501r the solar cell 502 ,

Gemäß verschiedenen Ausführungsformen ist die Solarzelle 502 derart aufgebaut, dass Licht 501 auf die zweite Oberflächenstruktur 204b aus der Vielzahl von zufällig verteilten Ätzgruben auftreffen kann und somit effizient in elektrische Energie umgewandelt werden kann.According to various embodiments, the solar cell is 502 constructed in such a way that light 501 on the second surface structure 204b can impinge from the multitude of randomly distributed etching pits and thus can be efficiently converted into electrical energy.

Es versteht sich, dass die Ausgestaltung der Solarzelle 502 entsprechend den bekannten Designs für multikristalline Solarzellen erfolgen kann. Zum Dotieren des diamantdrahtgesägten, multikristallinen Siliziumwafers 202 und zum Aufbringen der Metallisierungen 504, 506 können übliche Verfahren der Photovoltaik-Industrie verwendet werden, beispielsweise thermische Diffusion oder Ähnliches zum Dotieren des diamantdrahtgesägten, multikristallinen Siliziumwafers 202 und Löten, Siebdruckverfahren und/oder Ähnliches zum Aufbringen der Metallisierungen 504, 506.It is understood that the design of the solar cell 502 can be done according to the known designs for multicrystalline solar cells. For doping the diamond-wire sawn, multicrystalline silicon wafer 202 and for applying the metallizations 504 . 506 For example, conventional methods of the photovoltaic industry may be used, for example, thermal diffusion or the like for doping the diamond-wire-sawn, multicrystalline silicon wafer 202 and soldering, screen printing and / or the like for applying the metallizations 504 . 506 ,

Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann ein diamantdrahtgesägter, multikristalliner Siliziumwafer 202 wie hierin beschrieben behandelt werden und zum Herstellen einer Solarzelle verwendet werden.According to various embodiments, a diamond wire sawn, multicrystalline silicon wafer 202 as described herein and used to make a solar cell.

Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann ein Salzsäure-Gemisch als Ätzlösung verwendet werden. Dazu kann gasförmiges Chlor in eine wässrige Lösung eingeleitet werden und, in dieser zu Salzsäure und hypochloriger Säure disproportioniert, ein Salzsäure-Gemisch bilden.According to various embodiments, a hydrochloric acid mixture may be used as the etching solution. For this purpose, gaseous chlorine can be introduced into an aqueous solution and, disproportionated in this to hydrochloric acid and hypochlorous acid, form a hydrochloric acid mixture.

Im Folgenden werden Ausführungsbeispiele aufgeführt, welche sich auf die vorangehend beschriebenen Figuren beziehen.Exemplary embodiments which relate to the figures described above are listed below.

Beispiel 1 ist ein Verfahren 100 zum Strukturieren eines diamantdrahtgesägten, multikristallinen Siliziumwafers 202, wobei das Verfahren Folgendes aufweist: ein erstes nasschemisches Ätzen einer Oberfläche 202a des diamantdrahtgesägten, multikristallinen Siliziumwafers 202 in einer ersten sauren Ätzlösung (z.B. zum Erzeugen einer Defektstruktur 204a an der Oberfläche 202a des diamantdrahtgesägten, multikristallinen Siliziumwafers 202); und anschließend ein zweites nasschemisches Ätzen der Oberfläche 202a des diamantdrahtgesägten, multikristallinen Siliziumwafers 202 in einer zweiten sauren Ätzlösung (z.B. zum Erzeugen einer Ätzgrubenstruktur 204b an der Oberfläche 202a des diamantdrahtgesägten, multikristallinen Siliziumwafers 202).Example 1 is a method 100 for patterning a diamond-wire-sawn, multicrystalline silicon wafer 202 the method comprising: a first wet-chemical etching of a surface 202a of the diamond-wire sawn, multicrystalline silicon wafer 202 in a first acidic etching solution (eg to create a defect structure 204a on the surface 202a of the diamond-wire sawn, multicrystalline silicon wafer 202 ); and then a second wet-chemical etching of the surface 202a of the diamond-wire sawn, multicrystalline silicon wafer 202 in a second acidic etching solution (eg to create an etch pit structure 204b on the surface 202a of the diamond-wire sawn, multicrystalline silicon wafer 202 ).

In Beispiel 2 weist das Verfahren gemäß Beispiel 1 optional auf, dass das erste nasschemische Ätzen ein anisotropes nasschemisches Ätzen ist.In Example 2, the method of Example 1 optionally includes that the first wet chemical etching is an anisotropic wet chemical etching.

In Beispiel 3 weist das Verfahren gemäß Beispiel 1 oder 2 optional auf, dass das zweite nasschemische Ätzen ein isotropes nasschemisches Ätzen ist.In Example 3, the method of Example 1 or 2 optionally indicates that the second wet-chemical etching is an isotropic wet-chemical etching.

In Beispiel 4 weist das Verfahren gemäß einem der Beispiele 1 bis 3 optional auf, dass die erste saure Ätzlösung Flusssäure (HFaq) und eine Chlorquelle aufweist. Die erste saure Ätzlösung kann beispielsweise Flusssäure (HFaq) und Salzsäure (HClaq) aufweisen.In Example 4, the method according to any one of Examples 1 to 3 optionally includes that the first acid etching solution has hydrofluoric acid (HF aq ) and a chlorine source. The first acid etching solution may include, for example, hydrofluoric acid (HF aq ) and hydrochloric acid (HCl aq ).

In Beispiel 5 weist das Verfahren gemäß Beispiel 4 optional auf, dass die Chlorquelle mindestens eine aus der folgenden Gruppe von Chlorquellen aufweist: gasförmiges Chlor (Cl2); und Salzsäure (HClaq).In Example 5, the process according to Example 4 optionally comprises that the chlorine source comprises at least one of the following group of chlorine sources: gaseous chlorine (Cl 2 ); and hydrochloric acid (HCl aq ).

In Beispiel 6 weist das Verfahren gemäß Beispiel 4 oder 5 optional auf, dass die erste saure Ätzlösung ferner ein Oxidationsmittel aufweist.In Example 6, the method according to Example 4 or 5 optionally includes that the first acid etching solution further comprises an oxidizing agent.

In Beispiel 7 weist das Verfahren gemäß Beispiel 6 optional auf, dass das Oxidationsmittel mindestens eines aus der folgenden Gruppe von Oxidationsmitteln aufweist: Wasserstoffperoxid (H2O2); Chlor (z.B. gasförmiges Chlor (Cl2) oder hypochlorige Säure (HOCl) bzw. Hypochlorid (ClO-)); Kupferionen (Cu2+).In Example 7, the process according to Example 6 optionally comprises that the oxidizing agent comprises at least one of the following group of oxidizing agents: hydrogen peroxide (H 2 O 2 ); Chlorine (eg gaseous chlorine (Cl 2 ) or hypochlorous acid (HOCl) or hypochlorite (ClO - )); Copper ions (Cu 2+ ).

In Beispiel 8 weist das Verfahren gemäß einem der Beispiele 1 bis 7 optional ferner auf: Erzeugen einer Strömung der ersten sauren Ätzlösung relativ zu der Oberfläche 202a des diamantdrahtgesägten, multikristallinen Siliziumwafers 202 während des ersten nasschemischen Ätzens.In Example 8, the method according to any one of Examples 1 to 7 optionally further comprises: generating a flow of the first acidic etching solution relative to the surface 202a of the diamond-wire sawn, multicrystalline silicon wafer 202 during the first wet chemical etching.

In Beispiel 9 weist das Verfahren gemäß Beispiel 8 optional auf, dass die Strömung mittels Rührens der ersten sauren Ätzlösung, Umwälzens der ersten sauren Ätzlösung und/oder mittels Einleitens eines Gases (z.B. mittels Einleitens gasförmigen Chlors oder eines chlorhaltigen Gases) in die erste saure Ätzlösung erzeugt wird.In Example 9, the process according to Example 8 optionally has the flow by stirring the first acidic etching solution, circulating the first acidic etching solution and / or by introducing a gas (eg by introducing gaseous chlorine or a chlorine-containing gas) into the first acidic etching solution is produced.

In Beispiel 10 weist das Verfahren gemäß einem der Beispiele 1 bis 9 optional auf, dass die zweite saure Ätzlösung Flusssäure (HFaq) und Salpetersäure (HNO3,aq) aufweist.In Example 10, the method according to any of Examples 1 to 9 optionally shows that the second acid etching solution has hydrofluoric acid (HF aq ) and nitric acid (HNO 3, aq ).

In Beispiel 11 weist das Verfahren gemäß einem der Beispiele 1 bis 10 optional auf, dass die Oberfläche 202a des diamantdrahtgesägten, multikristallinen Siliziumwafers 202 zwischen dem ersten nasschemischen Ätzen und dem zweiten nasschemischen Ätzen gespült wird. Das Spülen kann beispielsweise mit deionisiertem Wasser erfolgen.In Example 11, the process according to any of Examples 1 to 10 optionally has the surface 202a of the diamond-wire sawn, multicrystalline silicon wafer 202 is rinsed between the first wet chemical etch and the second wet chemical etch. The rinsing can be done, for example, with deionized water.

In Beispiel 12 weist das Verfahren gemäß einem der Beispiele 1 bis 11 optional auf, dass das erste nasschemische Ätzen und das zweite nasschemische Ätzen derart erfolgen, dass die erzeugte Ätzgrubenstruktur 204b eine Vielzahl von Ätzgruben aufweist.In Example 12, the method according to any of Examples 1 to 11 optionally includes that the first wet chemical etching and the second wet chemical etching are performed such that the generated etch pit structure 204b has a plurality of etch pits.

In Beispiel 13 weist das Verfahren gemäß Beispiel 12 optional auf, dass die Ätzgruben bezüglich des Ortes auf der Oberfläche des diamantdrahtgesägten, multikristallinen Siliziumwafers 202 zufällig verteilt sind.In Example 13, the method according to Example 12 optionally has the etch pits with respect to the location on the surface of the diamond-wire-sawn, multicrystalline silicon wafer 202 are distributed randomly.

In Beispiel 14 weist das Verfahren gemäß Beispiel 12 oder 13 optional auf, dass die Ätzgruben bezüglich deren Breite und/oder deren Tiefe zufällig verteilt sind.In Example 14, the method according to Example 12 or 13 optionally shows that the etch pits are randomly distributed with respect to their width and / or depth.

In Beispiel 15 weist das Verfahren gemäß einem der Beispiele 12 bis 14 optional auf, dass die Ätzgruben an der Oberfläche 202a des diamantdrahtgesägten, multikristallinen Siliziumwafers 202 (z.B. im arithmetischen Mittel) eine Breite in einem Bereich von ungefähr 1 µm bis ungefähr 30 µm aufweisen.In Example 15, the method according to any one of Examples 12 to 14 optionally includes the etching pits on the surface 202a of the diamond-wire sawn, multicrystalline silicon wafer 202 (eg, in arithmetic mean) have a width in a range of about 1 μm to about 30 μm.

In Beispiel 16 weist das Verfahren gemäß einem der Beispiele 12 bis 15 optional auf, dass die Ätzgruben (z.B. im arithmetischen Mittel) eine Tiefe in einem Bereich von ungefähr 1 µm bis ungefähr 30 µm aufweisen.In Example 16, the method according to any one of Examples 12 to 15 optionally includes that the etch pits (e.g., in arithmetic mean) have a depth in a range of about 1 μm to about 30 μm.

In Beispiel 17 weist das Verfahren gemäß einem der Beispiele 1 bis 16 optional auf, dass das erste nasschemische Ätzen und das zweite nasschemische Ätzen derart erfolgen, dass die erzeugte Ätzgrubenstruktur 204b mehr als 100 Ätzgruben pro Quadratmillimeter der Oberfläche des diamantdrahtgesägten, multikristallinen Siliziumwafers 202 aufweist.In Example 17, the method according to any one of Examples 1 to 16 optionally includes that the first wet chemical etching and the second wet chemical etching are performed such that the generated etch pit structure 204b more than 100 Etch pits per square millimeter of the surface of the diamond-wire sawn, multicrystalline silicon wafer 202 having.

Beispiel 18 ist ein Verfahren zum Herstellen einer Solarzelle 502, wobei das Verfahren beispielsweise Folgendes aufweist: Strukturieren einer Oberfläche 202a eines diamantdrahtgesägten, multikristallinen Siliziumwafers 202 gemäß einem der Beispiele 1 bis 17, Bilden mindestens eines p-n-Übergangs 508 in dem diamantdrahtgesägten, multikristallinen Siliziumwafer 202; Bilden einer ersten Metallisierung 504 zum elektrischen Kontaktieren der Oberfläche 202a des diamantdrahtgesägten, multikristallinen Siliziumwafers 202; und Bilden einer zweiten Metallisierung 506 zum elektrischen Kontaktieren einer der Oberfläche 202a gegenüberliegenden weiteren Oberfläche 202r des diamantdrahtgesägten, multikristallinen Siliziumwafers 202. Example 18 is a method for manufacturing a solar cell 502 For example, the method comprises: patterning a surface 202a a diamond-wire sawn, multicrystalline silicon wafer 202 according to any of examples 1 to 17, forming at least one pn junction 508 in the diamond-wire-sawn, multicrystalline silicon wafer 202 ; Forming a first metallization 504 for electrically contacting the surface 202a of the diamond-wire sawn, multicrystalline silicon wafer 202 ; and forming a second metallization 506 for electrically contacting one of the surfaces 202a opposite further surface 202r of the diamond-wire sawn, multicrystalline silicon wafer 202 ,

Gemäß Beispiel 19 kann ein diamantdrahtgesägter, multikristalliner Siliziumwafer 202, welcher gemäß einem der Beispiele 1 bis 17 behandelt wurde, zum Herstellen einer Solarzelle 502 verwendet werden.According to Example 19, a diamond wire sawn, multicrystalline silicon wafer 202 , which has been treated according to any one of Examples 1 to 17, for producing a solar cell 502 be used.

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

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  • US 2013/0130508 A1 [0004]US 2013/0130508 A1 [0004]

Claims (10)

Verfahren (100) zum Strukturieren eines diamantdrahtgesägten, multikristallinen Siliziumwafers (202), das Verfahren aufweisend: • ein erstes nasschemisches Ätzen einer Oberfläche (202a) des diamantdrahtgesägten, multikristallinen Siliziumwafers (202) in einer ersten sauren Ätzlösung zum Erzeugen einer Defektstruktur an der Oberfläche (202a); und anschließend • ein zweites nasschemisches Ätzen der Oberfläche (202a) in einer zweiten sauren Ätzlösung zum Erzeugen einer Ätzgrubenstruktur an der Oberfläche (202a) .A method (100) of patterning a diamond wire sawn multicrystalline silicon wafer (202), the method comprising: A first wet-chemical etching of a surface (202a) of the diamond-wire-sawn multicrystalline silicon wafer (202) in a first acidic etching solution to create a defect pattern on the surface (202a); and subsequently A second wet-chemical etching of the surface (202a) in a second acidic etch solution to create an etch pit structure on the surface (202a). Verfahren gemäß Anspruch 1, wobei das erste nasschemische Ätzen ein anisotropes nasschemisches Ätzen ist.Method according to Claim 1 wherein the first wet chemical etching is an anisotropic wet chemical etching. Verfahren gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei das zweite nasschemische Ätzen ein isotropes nasschemisches Ätzen ist.Method according to Claim 1 or 2 wherein the second wet chemical etching is an isotropic wet chemical etching. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die erste saure Ätzlösung Flusssäure und Salzsäure aufweist.Method according to one of Claims 1 to 3 wherein the first acid etching solution comprises hydrofluoric acid and hydrochloric acid. Verfahren gemäß Anspruch 4, wobei die erste saure Ätzlösung ferner ein Oxidationsmittel aufweist.Method according to Claim 4 wherein the first acid etching solution further comprises an oxidizing agent. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, ferner aufweisend: Erzeugen einer Strömung der ersten sauren Ätzlösung relativ zu der Oberfläche (202a) des diamantdrahtgesägten, multikristallinen Siliziumwafers (202) während des ersten nasschemischen Ätzens.Method according to one of Claims 1 to 5 , further comprising: generating a flow of the first acidic etch solution relative to the surface (202a) of the diamond wire sawn multicrystalline silicon wafer (202) during the first wet chemical etch. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die zweite saure Ätzlösung Flusssäure und Salpetersäure aufweist.Method according to one of Claims 1 to 6 wherein the second acid etching solution comprises hydrofluoric acid and nitric acid. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei das erste nasschemische Ätzen und das zweite nasschemische Ätzen derart erfolgen, dass die erzeugte Ätzgrubenstruktur eine Vielzahl von Ätzgruben aufweist, wobei die Ätzgruben vorzugsweise bezüglich des Ortes auf der Oberfläche des diamantdrahtgesägten, multikristallinen Siliziumwafers (202) zufällig verteilt sind.Method according to one of Claims 1 to 7 wherein the first wet chemical etch and the second wet chemical etch are such that the generated etch pit structure has a plurality of etch pits, wherein the etch wells are preferably randomly distributed with respect to location on the surface of the diamond wire sawn multicrystalline silicon wafer (202). Verfahren zum Herstellen einer Solarzelle, das Verfahren aufweisend: • Strukturieren einer Oberfläche (202a) eines diamantdrahtgesägten, multikristallinen Siliziumwafers (202) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8, • Bilden mindestens eines p-n-Übergangs (508) in dem diamantdrahtgesägten, multikristallinen Siliziumwafer (202); • Bilden einer ersten Metallisierung (504) zum elektrischen Kontaktieren der Oberfläche (202) des diamantdrahtgesägten, multikristallinen Siliziumwafers (202); und • Bilden einer zweiten Metallisierung (506) zum elektrischen Kontaktieren einer der Oberfläche (202a) gegenüberliegenden weiteren Oberfläche (202r) des diamantdrahtgesägten, multikristallinen Siliziumwafers (202).A method of manufacturing a solar cell, the method comprising: • patterning a surface (202a) of a diamond wire sawn, multicrystalline silicon wafer (202) according to any one of Claims 1 to 8th • forming at least one pn junction (508) in the diamond wire sawn multicrystalline silicon wafer (202); Forming a first metallization (504) for electrically contacting the surface (202) of the diamond wire sawn multicrystalline silicon wafer (202); and forming a second metallization (506) for electrically contacting another surface (202r) of the diamond wire sawn multicrystalline silicon wafer (202) opposite the surface (202a). Verwenden eines diamantdrahtgesägten, multikristallinen Siliziumwafers (202), welcher gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8 behandelt ist, zum Herstellen einer Solarzelle (502) .Using a diamond wire sawed, multicrystalline silicon wafer (202), which according to one of Claims 1 to 8th is treated for producing a solar cell (502).
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