DE102017116833A1 - Production method for a metallic contacting structure and photovoltaic solar cell with a metallic contacting structure - Google Patents

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Elmar Lohmüler
Pierre Saint-Cast
Andreas Wolf
Ulrich Jäger
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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Herstellungsverfahren für eine metallische Kontaktierungsstruktur einer Halbleiterschicht eines Halbleiterbauelementes, mit den Verfahrensschritten
A) Bereitstellen einer Halbleiterschicht;
B) Erzeugen zumindest eines p-dotierten Bereiches angrenzend an eine Metallisierungsoberfläche der Halbleiterschicht;
C) Aufbringen einer silberhaltigen Metallisierungsmasse unmittelbar oder unter Zwischenschaltung weiterer Zwischenschichten auf die Metallisierungsoberfläche der Halbleiterschicht in einem Kontaktierungsbereich, so dass die Metallisierungsmasse den p-dotierten Bereich zumindest teilweise bedeckt;
D) Sintern der Metallisierungsmasse.
Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass die silberhaltige Metallisierungsmasse weniger als 0,5% Aluminium enthält und dass in einem Oberflächenbehandlungsschritt L die Metallisierungsoberfläche der Halbleiterschicht zumindest in dem Kontaktierungsbereich mit Laserstrahlung beaufschlagt wird, wobei Verfahrensschritt L vor Aufbringen der Metallisierungsmasse durchgeführt wird.

Figure DE102017116833A1_0000
The invention relates to a production method for a metallic contacting structure of a semiconductor layer of a semiconductor component, comprising the method steps
A) providing a semiconductor layer;
B) generating at least one p-doped region adjacent to a metallization surface of the semiconductor layer;
C) applying a silver-containing metallization mass directly or with the interposition of further intermediate layers on the metallization surface of the semiconductor layer in a contacting region, so that the metallization mass at least partially covers the p-doped region;
D) sintering of the metallization mass.
The invention is characterized in that the silver-containing metallization mass contains less than 0.5% aluminum and that in a surface treatment step L the metallization surface of the semiconductor layer is exposed to laser radiation at least in the contacting region, wherein method step L is carried out before the metallization composition is applied.
Figure DE102017116833A1_0000

Description

Die Erfindung betrifft ein Herstellungsverfahren für eine metallische Kontaktierungsstruktur einer Halbleiterschicht eines Halbleiterbauelementes gemäß Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie eine photovoltaische Solarzelle mit einer metallischen Kontaktierungsstruktur gemäß Oberbegriff des Anspruchs 13.The invention relates to a production method for a metallic contacting structure of a semiconductor layer of a semiconductor component according to the preamble of claim 1 and to a photovoltaic solar cell having a metallic contacting structure according to the preamble of claim 13.

Bei Halbleiterbauelementen, insbesondere bei photovoltaischen Solarzellen, erfolgt eine elektrische Kontaktierung zum Zu- oder Abführen von Ladungsträgern typischerweise mittels einer metallischen Kontaktierungsstruktur, welche elektrisch leitend mit einer Halbleiterschicht des Halbleiterbauelementes verbunden ist.In semiconductor devices, in particular in photovoltaic solar cells, an electrical contacting for the supply or removal of charge carriers is typically carried out by means of a metallic contacting structure, which is electrically conductively connected to a semiconductor layer of the semiconductor device.

Hierbei ist in einigen Anwendungsfällen die Herstellung einer silberhaltigen Kontaktierungsstruktur wünschenswert. Silber bietet vorteilhafte elektrische Eigenschaften und kann darüber hinaus mit standardisierten Verfahren mittels Löten mit externen Stromkreisen verbunden werden, insbesondere mittels Zellverbindern bei photovoltaischen Solarzellen zur Ausbildung von Modulen.In this case, the production of a silver-containing contacting structure is desirable in some applications. Silver offers advantageous electrical properties and, moreover, can be connected to external circuits by means of standard methods by means of soldering, in particular by means of cell connectors in photovoltaic solar cells to form modules.

Zwar wurde in Laborversuchen die Funktionalität einer metallischen Kontaktierungsstruktur bestehend aus reiner Silber-Metallisierung, d.h. ohne Aluminium-Beimischung, zur Kontaktierung eines p-dotierten Bereiches bereits realisiert, allerdings zeigen mit solchen Kontaktierungsstrukturen hergestellte Solarzellen jedoch Defizite im Wirkungsgrad.Although in laboratory experiments the functionality of a metallic contacting structure consisting of pure silver metallization, i. without aluminum admixture, already realized for contacting a p-doped region, however, solar cells produced with such contacting structures show deficits in the efficiency.

Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine silberhaltige metallische Kontaktierungsstruktur für einen p-dotierten Bereich eines Halbleiterbauelementes sowie ein Herstellungsverfahren zur Verfügung zu stellen, welches zu einer geringeren Beeinträchtigung der elektronischen Eigenschaften des Halbleiterbauelementes, insbesondere des Wirkungsgrades der photovoltaischen Solarzelle führt.The present invention is therefore based on the object of providing a silver-containing metallic contacting structure for a p-doped region of a semiconductor component as well as a production method which leads to a smaller impairment of the electronic properties of the semiconductor component, in particular the efficiency of the photovoltaic solar cell.

Gelöst ist diese Aufgabe durch ein Herstellungsverfahren gemäß Anspruch 1 sowie durch eine photovoltaische Solarzelle gemäß Anspruch 13. Vorteilhafte Ausgestaltungen finden sich in den abhängigen Unteransprüchen.This object is achieved by a manufacturing method according to claim 1 and by a photovoltaic solar cell according to claim 13. Advantageous embodiments can be found in the dependent subclaims.

Das erfindungsgemäße Verfahren ist bevorzugt zur Herstellung einer erfindungsgemäßen photovoltaischen Solarzelle, insbesondere einer vorteilhaften Ausgestaltung hiervon ausgebildet. Die erfindungsgemäße photovoltaische Solarzelle ist bevorzugt mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens, insbesondere einer vorteilhaften Ausführungsform hiervon ausgebildet.The method according to the invention is preferably designed for producing a photovoltaic solar cell according to the invention, in particular an advantageous embodiment thereof. The photovoltaic solar cell according to the invention is preferably formed by means of the method according to the invention, in particular an advantageous embodiment thereof.

Die Erfindung basiert auf dem Ansatz, bei der Kontaktierung der Halbleiterschicht des Halbleiterbauelementes mittels der silberhaltigen metallischen Kontaktierungsstruktur sowohl einen geringen elektrischen Kontaktwiderstand, als auch geringe Oberflächenrekombinationsraten für die Ladungsträger im Halbleitermaterial zu erzielen. Untersuchungen der Erfinder zeigen, dass bei photovoltaischen Solarzellen und der Beimischung von beispielsweise Aluminium in die silberhaltige Metallisierungsmasse zur Ausbildung der Kontaktierungsstruktur hohe Rekombinationsraten im Kontaktierungsbereich zu einer Verringerung der Offenklemmspannung der photovoltaischen Solarzelle und somit auch zu einer Verringerung des Gesamtwirkungsgrades führen.The invention is based on the approach of achieving a low electrical contact resistance as well as low surface recombination rates for the charge carriers in the semiconductor material when contacting the semiconductor layer of the semiconductor component by means of the silver-containing metallic contacting structure. Investigations by the inventors show that in photovoltaic solar cells and the admixture of, for example, aluminum in the silver-containing metallization to form the contacting structure high recombination in Kontaktierungsbereich lead to a reduction of the open-circuit voltage of the photovoltaic solar cell and thus also to a reduction of the overall efficiency.

Eine mögliche Ursache ist die Ausbildung von tiefen „Spikes“, d.h. ein mehrfaches dornartiges Eindringen der Metallisierung in das Halbleiterbauelement während der Herstellung. Bisher deuten die wissenschaftlichen Erkenntnisse darauf hin, dass zwar eine Verringerung der Tiefe solcher Spikes die Oberflächenrekombinationsgeschwindigkeit und somit den Verlust an Offenklemmspannung verringern kann, gleichzeitig jedoch den elektrischen Kontaktwiderstand signifikant erhöht, was wiederrum zu einer Verringerung des Gesamtwirkungsgrades führt. Es wurde daher bisher davon ausgegangen, dass ein wesentlicher Anteil beispielsweise an Aluminium in der Metallisierungsmasse zur Ausbildung der metallischen Kontaktierungsstruktur notwendig ist, um hohe Wirkungsgrade erzielen zu können, auch wenn durch die auftretenden „Spikes“ Verluste in der offenen Klemmspannung in Kauf genommen werden müssen.One possible cause is the formation of deep "spikes", i. a multiple mandrel-like penetration of the metallization in the semiconductor device during manufacture. So far, the scientific evidence suggests that although reducing the depth of such spikes can reduce the surface recombination rate and thus the loss of open circuit voltage, at the same time significantly increasing the electrical contact resistance, which in turn leads to a reduction in overall efficiency. It was therefore previously assumed that a substantial proportion, for example, of aluminum in the metallization to form the metallic contacting structure is necessary in order to achieve high efficiencies, even if incurred by the "spikes" losses in the open clamping voltage in purchasing ,

Die Erfindung ist auf der Erkenntnis begründet, dass eine Beaufschlagung des zu kontaktierenden p-dotierten Bereiches mit Laserstrahlung die Verwendung einer silberhaltigen Metallisierungsmasse mit einem nur geringen oder auch keinem Aluminiumanteil ermöglicht und dennoch sehr gute elektronische Kontaktierungseigenschaften, insbesondere niedrige Oberflächenrekombinationsraten und gleichzeitig niedrige elektrische Kontaktwiderstände, erzielt werden können.The invention is based on the finding that exposure of the p-doped region to be contacted with laser radiation enables the use of a silver-containing metallization compound with only little or no aluminum content and yet very good electronic contacting properties, in particular low surface recombination rates and at the same time low electrical contact resistances. can be achieved.

Die nachfolgenden Prozentangaben hinsichtlich der Stoffanteile der Metallisierungsmasse und der Kontaktierungsstruktur sind jeweils Angaben in Gewichtsprozent.The following percentages with regard to the substance proportions of the metallization mass and the contacting structure are in each case in percent by weight.

Das erfindungsgemäße Herstellungsverfahren für eine metallische Kontaktierungsstruktur einer Halbleiterschicht eines Halbleiterbauelementes weist folgende Verfahrensschritte auf:The production method according to the invention for a metallic contacting structure of a semiconductor layer of a semiconductor component comprises the following method steps:

In einem Verfahrensschritt A erfolgt ein Bereitstellen einer Halbleiterschicht. In einem Verfahrensschritt B erfolgt ein Erzeugen zumindest eines p-dotierten Bereiches angrenzend an eine Metallisierungsoberfläche der Halbleiterschicht. Dieser Bereich soll mit der metallischen Kontaktierungsstruktur elektrisch leitend kontaktiert werden.In a method step A, a semiconductor layer is provided. In a method step B, at least one is generated p-doped region adjacent to a metallization surface of the semiconductor layer. This area should be contacted with the metallic contacting structure electrically conductive.

In einem Verfahrensschritt C erfolgt ein Aufbringen einer silberhaltigen Metallisierungsmasse unmittelbar oder unter Zwischenschaltung weiterer Zwischenschichten auf die Metallisierungsoberfläche der Halbleiterschicht in einem Kontaktierungsbereich, so dass die Metallisierungsmasse den p-dotierten Bereich zumindest teilweise überdeckt.In a method step C, a silver-containing metallization composition is applied directly or with the interposition of further intermediate layers on the metallization surface of the semiconductor layer in a contacting region, so that the metallization composition at least partially covers the p-doped region.

In einem Verfahrensschritt D erfolgt ein Sintern der Metallisierungsmasse zum Ausbilden des elektrischen Kontakts zwischen metallischer Kontaktierungsstruktur und p-dotiertem Bereich der Halbleiterschicht.In a method step D, the metallization composition is sintered to form the electrical contact between the metallic contacting structure and the p-doped region of the semiconductor layer.

Wesentlich ist, dass die Metallisierungsmasse weniger als 0,5% Aluminium enthält und dass in einem Oberflächenbehandlungsschritt L die Metallisierungsoberfläche der Halbleiterschicht zumindest in dem Kontaktierungsbereich mit Laserstrahlung beaufschlagt wird, wobei Verfahrensschritt L vor Aufbringen der Metallisierungsmasse durchgeführt wird.It is essential that the metallization mass contains less than 0.5% aluminum and that in a surface treatment step L, the metallization surface of the semiconductor layer is exposed to laser radiation at least in the contacting region, wherein method step L is performed before the metallization composition is applied.

Hierdurch wird somit die Verwendung einer Metallisierungsmasse mit einem sehr geringen Aluminiumanteil insbesondere einer aluminiumfreien Metallisierungsmasse ermöglicht und gleichzeitig aufgrund der Vorbehandlung mittels Laserstrahlung im Verfahrensschritt L die Kombination eines geringen elektrischen Kontaktwiderstands und einer geringen Oberflächenrekombinationsgeschwindigkeit der Minoritätsladungsträger im Kontaktierungsbereich ermöglicht.As a result, it is thus possible to use a metallization compound with a very low aluminum content, in particular an aluminum-free metallization mass, and at the same time allow the combination of a low electrical contact resistance and a low surface recombination speed of the minority charge carriers in the contacting region due to the pretreatment by means of laser radiation in method step L.

Das Sintern der Metallisierungsmasse in Verfahrensschritt D ist bevorzugt in an sich bekannter Weise ausgebildet. Insbesondere erfolgt bevorzugt ein Erwärmen zumindest der Metallisierungsmasse, bevorzugt des gesamten Halbleiterbauelementes. Bevorzugt erfolgt ein Erwärmen auf eine Temperatur im Bereich 600°C bis 900°C bevorzugt für eine Zeitdauer im Bereich 0,1 bis 10 Sekunden.The sintering of the metallization in step D is preferably formed in a conventional manner. In particular, heating of at least the metallization mass, preferably of the entire semiconductor component, preferably takes place. Preference is given to heating to a temperature in the range from 600 ° C. to 900 ° C., preferably for a period of time in the range from 0.1 to 10 seconds.

Untersuchungen der Erfinder legen nahe, dass insbesondere die Eindringtiefe der sich ausbildenden Spikes, d. h. die Tiefe, in welche die metallische Kontaktierungsstruktur dornartig in die Halbleiterschicht eindringt, mit einer Verringerung der elektrischen Güte des Kontakts, insbesondere mit einer Erhöhung der Oberflächenrekombinationsgeschwindigkeit korreliert. Das Verfahren ist daher vorzugsweise derart ausgebildet, dass die sich ausbildenden Spikes im Wesentlichen eine Eindringtiefe kleiner 400 nm, insbesondere bevorzugt kleiner 200 nm aufweisen.Investigations by the inventors suggest that in particular the penetration depth of the forming spikes, i. H. the depth into which the metallic contacting structure penetrates into the semiconductor layer in a thorn-like manner correlates with a reduction in the electrical quality of the contact, in particular with an increase in the surface recombination speed. The method is therefore preferably designed such that the spikes that form have essentially a penetration depth of less than 400 nm, particularly preferably less than 200 nm.

Vorteilhafterweise ist die Metallisierungsmasse derart ausgebildet, dass sie bei Aufbringung auf einer auf der Halbleiterschicht ausgebildeten dielektrischen Passivierschicht oder einem Schichtstapel bestehend aus mehreren Passivierschichten nicht in die Halbleiterschicht eindringt. Hierbei kann die Metallisierungsmasse zwar teilweise in die Passivierschichten eindringen, erreicht allerdings dabei nicht signifikant die Halbleiterschicht. In dieser vorteilhaften Ausführung bedeckt die Metallisierungsmasse die mittels Laser bearbeitete Oberfläche zu mindestens 75%, bevorzugt vollständig.Advantageously, the metallization composition is designed such that it does not penetrate into the semiconductor layer when it is applied to a dielectric passivation layer formed on the semiconductor layer or a layer stack consisting of a plurality of passivation layers. Although the metallization mass may partly penetrate into the passivation layers, it does not significantly reach the semiconductor layer. In this advantageous embodiment, the metallization mass covers the laser-processed surface to at least 75%, preferably completely.

Eine weitere Verbesserung der Kontaktierungsgüte wird in einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens erzielt, indem nach Verfahrensschritt L und vor Verfahrensschritt C, bevorzugt unmittelbar an Verfahrensschritt L anschließend eine Oberflächenreinigung zumindest des Kontaktierungsbereiches erfolgt. Insbesondere ist eine nasschemische Oberflächenreinigung, bevorzugt mittels Säure, insbesondere mittels Flusssäure vorteilhaft, um die elektronische Güte der Kontaktierung zu erhöhen.A further improvement of the contacting quality is achieved in a preferred embodiment of the method according to the invention, in that after process step L and before process step C, preferably immediately after process step L, a surface cleaning takes place at least of the contacting region. In particular, a wet-chemical surface cleaning, preferably by means of acid, in particular by means of hydrofluoric acid, is advantageous in order to increase the electronic quality of the contacting.

Um eine Beeinträchtigung der nicht mittels der metallischen Kontaktierungsstruktur zu kontaktierenden Bereiche zu vermeiden, ist es vorteilhaft, dass in Verfahrensschritt L ausschließlich die Beaufschlagung mit Laserstrahlung in dem Kontaktierungsbereich erfolgt.In order to avoid an impairment of the areas not to be contacted by means of the metallic contacting structure, it is advantageous that in method step L only the application of laser radiation takes place in the contacting area.

Untersuchungen der Erfinder zeigen, dass in Verfahrensschritt L bevorzugt ein gepulster Laser mit Einzelpulsen verwendet wird. Hierdurch wird eine besonders effiziente Vorbehandlung des Kontaktierungsbereiches zur Erhöhung der Kontaktierungsgüte erzielt. Insbesondere ist die Verwendung eines Lasers mit einer Wellenlänge im Bereich 200 nm bis 1100 nm vorteilhaft. Weiterhin ist es vorteilhaft, einen Laser mit einer Pulslänge im Bereich 10 ns bis 10000 ns zu verwenden. Alternativ ist es vorteilhaft, Pulszüge (Pulsbursts) derselben Länge bestehend aus beliebig kurzen Einzelpulsen mit variabler Einzelpulslänge zu verwenden. Weiterhin ist es vorteilhaft, eine Pulsenergiedichte im Bereich 1 J/cm2 bis 200 J/cm2 zu verwenden. Es liegt im Rahmen der Erfindung, dass jeder Oberflächenbereich in Verfahrensschritt L lediglich einfach mit Laserstrahlung beaufschlagt wird, insbesondere durch genau einen Laserpuls. Ebenso liegt es im Rahmen der Erfindung, dass ein Oberflächenbereich in Verfahrensschritt L, bevorzugt alle in Verfahrensschritt L mittels Laser zu bearbeitenden Oberflächenbereiche, mehrfach mit Laserstrahlung beaufschlagt wird, insbesondere durch mehrere unmittelbar am gleichen Ort aufeinanderfolgende Laserpulse beaufschlagt wird. Ebenso liegt es im Rahmen der Erfindung, den Verfahrensschritt L mehrfach hintereinander auszuführen.Investigations by the inventors show that in method step L, a pulsed laser with single pulses is preferably used. As a result, a particularly efficient pretreatment of the contacting region to increase the contacting quality is achieved. In particular, the use of a laser having a wavelength in the range of 200 nm to 1100 nm is advantageous. Furthermore, it is advantageous to use a laser with a pulse length in the range of 10 ns to 10000 ns. Alternatively, it is advantageous to use pulse trains (pulse bursts) of the same length consisting of arbitrarily short individual pulses with a variable individual pulse length. Furthermore, it is advantageous to use a pulse energy density in the range of 1 J / cm 2 to 200 J / cm 2 . It is within the scope of the invention that each surface area in method step L is only simply exposed to laser radiation, in particular by exactly one laser pulse. Likewise it is within the scope of the invention that a surface area in method step L, preferably all surface areas to be processed in step L by laser, is repeatedly exposed to laser radiation, in particular by several directly at the same location successive laser pulses is applied. It is also within the scope of the invention to execute the method step L several times in succession.

Die Verwendung einer Metallisierungsmasse mit einem hohen Silberanteil weist neben einem geringen elektrischen Leitungswiderstand der erzeugten metallischen Kontaktierungsstruktur den Vorteil auf, dass mit herkömmlichen Verfahren ein Verlöten mit elektrischen Leitungen, insbesondere mit Zellverbindern in einfacher Weise möglich ist. Vorteilhafterweise weist die Metallisierungsmasse daher einen Silberanteil zwischen 70% und 95%, insbesondere 80% bis 90% auf. Vorteilhafterweise wird das erfindungsgemäße Verfahren zum Ausbilden einer metallischen Kontaktierungsstruktur verwendet, welche mehrere Kontaktierungsfinger umfasst. Kontaktierungsfinger sind längliche, bevorzugt geradlinige Kontaktierungselemente, deren Breite erheblich kleiner als die Länge des Kontaktierungsfingers ist. Die sehr guten Kontaktierungseigenschaften der mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens hergestellten metallischen Kontaktierungsstruktur ermöglichen die Verwendung von Kontaktierungsfingern mit geringer Breite. The use of a metallization composition with a high silver content has, in addition to a low electrical line resistance of the metallic contacting structure produced, the advantage that, with conventional methods, soldering with electrical lines, in particular with cell connectors, is possible in a simple manner. Advantageously, the metallization therefore has a silver content between 70% and 95%, in particular 80% to 90%. Advantageously, the method according to the invention is used to form a metallic contacting structure comprising a plurality of contacting fingers. Kontaktierungsfinger are elongated, preferably rectilinear contacting elements whose width is considerably smaller than the length of the Kontaktierungsfingers. The very good contacting properties of the metallic contacting structure produced by means of the method according to the invention make it possible to use contact fingers of small width.

Bevorzugt umfasst die metallische Kontaktierungsstruktur daher mehrere Kontaktierungsfinger mit einer Breite kleiner 50 µm, bevorzugt kleiner 30 µm. Dies ist insbesondere bei Verwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Herstellung von Halbleiterbauelementen vorteilhaft, bei welchen eine geringe Abschattung der Oberfläche durch die Kontaktierungsstruktur vorteilhaft ist, beispielsweise bei Solarzellen oder lichterzeugenden Halbleiterbauelementen, insbesondere großflächigen LEDs.The metallic contacting structure therefore preferably comprises a plurality of contacting fingers with a width of less than 50 μm, preferably less than 30 μm. This is particularly advantageous when using the inventive method for the production of semiconductor devices, in which a low shading of the surface by the contacting structure is advantageous, for example in solar cells or light-generating semiconductor devices, in particular large-area LEDs.

Das erfindungsgemäße Verfahren eignet sich zur Herstellung von metallischen Kontaktierungselementen für eine Vielzahl von Halbleiterbauelementen, beispielsweise Transistoren, photovoltaischen Solarzellen oder wie zuvor beschrieben lichterzeugenden Halbleiterbauelementen wie LEDs, insbesondere großflächige LEDs, insbesondere OLEDs.The method according to the invention is suitable for the production of metallic contacting elements for a multiplicity of semiconductor components, for example transistors, photovoltaic solar cells or light-generating semiconductor components as described above, such as LEDs, in particular large-area LEDs, in particular OLEDs.

Die erzielten Vorteile der geringen Oberflächenrekombination bei gleichzeitig geringem elektrischem Kontaktwiderstand sind insbesondere bei photovoltaischen Solarzellen vorteilhaft.The advantages of low surface recombination combined with low electrical contact resistance are particularly advantageous in photovoltaic solar cells.

Vorteilhafterweise erfolgt die Herstellung einer photovoltaischen Solarzelle mit den Verfahrensschritten Ausbilden eines n-dotierten Emitters an einer Vorderseite der Halbleiterschicht und Ausbilden einer metallischen Kontaktierungsstruktur an einer Rückseite der Solarzelle mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens wie zuvor beschrieben, insbesondere einer bevorzugten Ausführungsform hiervon. Hierdurch kann insbesondere eine effiziente bifaziale Solarzelle ausgebildet werden, bei welcher ein Eintritt von Licht sowohl von der Vorder- als auch von der Rückseite der Solarzelle möglich ist.Advantageously, the production of a photovoltaic solar cell is carried out with the method steps of forming an n-doped emitter on a front side of the semiconductor layer and forming a metallic contacting structure on a back side of the solar cell by means of the method according to the invention as described above, in particular a preferred embodiment thereof. In this way, in particular, an efficient bifacial solar cell can be formed, in which an entry of light from both the front and the back of the solar cell is possible.

Vorteilhafterweise erfolgt vor Verfahrensschritt B eine Abscheidung einer dotierstoffhaltigen Schicht auf der Metallisierungsoberfläche. Diese dient in Verfahrensschritt L als Dotierstoffquelle für den Laserprozess und erzeugt einen p-dotierten Bereich. Es erfolgen hier also Verfahrensschritt B und Verfahrensschritt L simultan.Advantageously, before process step B, a deposition of a dopant-containing layer on the metallization surface. In method step L, this serves as a dopant source for the laser process and generates a p-doped region. Thus, here method step B and method step L occur simultaneously.

Vorteilhafterweise erfolgt bei der Herstellung einer photovoltaischen Solarzelle an einer der Kontaktierungsseiten eine p-Dotierung mit einem p-Dotierstoff, wobei die p-Dotierung mittels Diffusion aus der Gasphase erzeugt wird. Anschließend erfolgt lokal im Kontaktierungsbereich in dem Verfahrensschritt L ein zusätzliches Eintreiben des p-Dotierstoffes mittels lokaler Beaufschlagung mit Laserstrahlung. Insbesondere ist es vorteilhaft, dass ein bei der Diffusion aus der Gasphase entstehendes Glas, welches den p-Dotierstoff aufweist, lokal an dem Kontaktierungsbereich in dem Verfahrensschritt L mit Laserstrahlung beaufschlagt wird. Alternativ zur Diffusion aus der Gasphase können dotierstoffhaltige Schichten auch mittels chemischer Gasphasen-Abscheidung aufgebracht werden und anschließend der Diffusionsprozess durchgeführt werden.Advantageously, in the production of a photovoltaic solar cell at one of the contacting sides, a p-type doping with a p-type dopant, wherein the p-type doping is generated by diffusion from the gas phase. Subsequently, locally in the contacting region in method step L, an additional driving in of the p-type dopant takes place by means of local application of laser radiation. In particular, it is advantageous that a glass which forms during the diffusion from the gas phase and which has the p-dopant is locally exposed to laser radiation at the contacting region in method step L. As an alternative to diffusion from the gas phase, dopant-containing layers can also be applied by means of chemical vapor deposition and then the diffusion process can be carried out.

Grundsätzlich liegt die Verwendung unterschiedlicher oder auch mehrerer p-Dotierstoffe im Rahmen der Erfindung. Insbesondere bevorzugt ist die Verwendung von Bor als p-Dotierstoff.In principle, the use of different or even several p-dopants is within the scope of the invention. Particularly preferred is the use of boron as a p-type dopant.

Das erfindungsgemäße Verfahren bietet weiterhin den Vorteil, dass die Metallisierungsmasse mittels an sich bekannter Verfahren aufgebracht werden kann. Vorteilhaft ist das Aufbringen der Metallisierungsmasse mittels eines Druckverfahrens, insbesondere eines Siebdruckverfahrens oder mittels Extrusion. Hierdurch kann auf bereits ausentwickelte und insbesondere im Inline-Betrieb einsetzbare Verfahren zurückgegriffen werden.The inventive method further has the advantage that the metallization can be applied by methods known per se. It is advantageous to apply the metallization mass by means of a printing process, in particular a screen printing process or by means of extrusion. This makes it possible to resort to methods which have already been developed and can be used in particular in inline operation.

Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe wird weiterhin durch eine erfindungsgemäße photovoltaische Solarzelle mit einer metallischen Kontaktierungsstruktur gelöst.The object underlying the invention is further achieved by a photovoltaic solar cell according to the invention having a metallic contacting structure.

Die Solarzelle weist zumindest einen p-dotierten Bereich und zumindest eine metallische Kontaktierungsstruktur auf. Die Kontaktierungsstruktur ist an zumindest einem Kontaktierungsbereich elektrisch leitend mit dem p-dotierten Bereich verbunden. Wesentlich ist, dass die metallische silberhaltige Kontaktierungsstruktur zumindest im Kontaktierungsbereich einen Aluminiumanteil kleiner 0,5% aufweist.The solar cell has at least one p-doped region and at least one metallic contacting structure. The contacting structure is electrically conductively connected to the p-doped region at at least one contacting region. It is essential that the metallic silver-containing contacting structure has an aluminum content of less than 0.5%, at least in the contacting region.

Hierdurch werden die zuvor zu dem Verfahren beschriebenen Vorteile erzielt.This achieves the advantages previously described for the method.

Vorteilhafterwiese weist die metallische Kontaktierungsstruktur einen Silberanteil zwischen 70% und 100%, insbesondere 80% bis 100%, bevorzugt größer 95% auf, um die zuvor beschriebenen Vorteile bei hohem Silberanteil zu erzielen.Advantageously, the metallic contacting structure has a silver content of between 70% and 100%, in particular 80% to 100%, preferably more than 95%, in order to achieve the advantages described above for high silver content.

Die Solarzelle weist bevorzugt eine p-dotierte Basis auf und die Metallisierungsstruktur ist bevorzugt an einer Rückseite der Solarzelle angeordnet. Weiterhin ist bevorzugt an einer Vorderseite der Solarzelle ein n-dotierter Emitter angeordnet.The solar cell preferably has a p-doped base and the metallization structure is preferably arranged on a rear side of the solar cell. Furthermore, an n-doped emitter is preferably arranged on a front side of the solar cell.

Die photovoltaische Solarzelle ist bevorzugt als bifaziale Solarzelle ausgebildet.The photovoltaic solar cell is preferably designed as a bifacial solar cell.

Der p-dotierte Bereich und die Kontaktierungsstruktur sind bevorzugt an einer gemeinsamen Seite des Halbleiterbauelementes angeordnet. Der Kontaktierungsbereich ist bevorzugt ein Bereich der Metallisierungsoberfläche der Halbleiterschicht, in welchem der p-dotierte Bereich an die Metallisierungsoberfläche angrenzt.The p-doped region and the contacting structure are preferably arranged on a common side of the semiconductor component. The contacting region is preferably a region of the metallization surface of the semiconductor layer, in which the p-doped region adjoins the metallization surface.

Weitere bevorzugte Merkmale und bevorzugte Ausführungsformen werden im Folgenden anhand von Ausführungsbeispielen und den Figuren erläutert. Dabei zeigt:

  • 1 ein erstes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Verfahrens mit einem passivierenden Schichtstapel;
  • 2 ein zweites Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Verfahrens mit Diffusion eines Dotierstoffes aus der Gasphase und
  • 3 eine Modifizierung des zweiten Ausführungsbeispiels als drittes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Verfahrens.
Further preferred features and preferred embodiments are explained below with reference to exemplary embodiments and the figures. Showing:
  • 1 a first embodiment of a method according to the invention with a passivating layer stack;
  • 2 A second embodiment of a method according to the invention with diffusion of a dopant from the gas phase and
  • 3 a modification of the second embodiment as a third embodiment of a method according to the invention.

Gleiche Bezugszeichen in allen Figuren bezeichnen gleiche oder gleichwirkende Elemente.Like reference numerals in all figures designate like or equivalent elements.

1 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Verfahrens zur Herstellung einer metallischen Kontaktierungsstruktur einer Halbleiterschicht eines Halbleiterbauelementes. 1 shows a first embodiment of a method according to the invention for producing a metallic contacting structure of a semiconductor layer of a semiconductor device.

Vorliegend dient die metallische Kontaktierungsstruktur zur Ladungsträgerabführung an der Rückseite einer photovoltaischen Silizium-Solarzelle.In the present case, the metallic contacting structure serves for charge carrier removal at the rear side of a photovoltaic silicon solar cell.

In Verfahrensschritt A erfolgt ein Bereitstellen einer Halbleiterschicht 1, welche vorliegend als p-dotierter Siliziumwafer ausgebildet ist. In einer alternativen, nicht dargestellten Variante kann die Halbleiterschicht auch eine auf einem Träger angeordnete Halbleiterschicht sein.In method step A, a semiconductor layer is provided 1 which is presently designed as a p-doped silicon wafer. In an alternative variant, not shown, the semiconductor layer may also be a semiconductor layer arranged on a carrier.

Die Halbleiterschicht 1 weist eine Basisdotierung mit Bor als Dotiermaterial mit einem Basiswiderstand von 2 Ωcm auf, was einer Bor-Konzentration von 7×1015 cm-3 entspricht. Vorliegend ist die Halbleiterschicht als monokristalliner Czochralski-gezogener Silizium-Wafer mit einer Kantenlänge von 156 mm und einer Dicke von 160 µm ausgebildet.The semiconductor layer 1 has a base doping with boron as doping material with a base resistance of 2 Ωcm, which corresponds to a boron concentration of 7 × 10 15 cm -3 . In the present case, the semiconductor layer is formed as a monocrystalline Czochralski-drawn silicon wafer having an edge length of 156 mm and a thickness of 160 μm.

In einem Verfahrensschritt B erfolgt ein Erzeugen eines p-dotierten Bereiches angrenzend an eine Metallisierungsoberfläche der Halbleiterschicht.In a method step B, a p-doped region is produced adjacent to a metallization surface of the semiconductor layer.

Vorliegend wird mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens die in den Abbildungen untenliegend dargestellte Rückseite der Solarzelle kontaktiert. Die Metallisierungsoberfläche 2 ist somit an der Rückseite der Solarzelle angeordnet ( 1a).In the present case, the rear side of the solar cell shown in the figures below is contacted by means of the method according to the invention. The metallization surface 2 is thus arranged on the back of the solar cell ( 1a) ,

An der Metallisierungsoberfläche wird ein so genannter „pPassDop“-Schichtstapel aufgebracht: Zunächst wird eine Aluminiumoxidschicht (AlOx) mit einer Dicke von etwa 6 nm mittels Atomlagenabscheidung (ALD) abgeschieden. Anschließend wird eine borhaltige Siliziumnitridschicht (SiNx:B) mit einer Dicke von etwa 75 nm mittels plasmaunterstützter chemischer Gasphasenabscheidung (PECVD) aufgebracht. Das Bor ist hierbei als Dotierstoff für einen später auszubildenden p-Dotierbereich vorgesehen, ebenso erfolgt eine geringe Dotierung aus dem in der AlOx-Schicht enthaltenen Aluminium. Die Borkonzentration der SiNx:B-Schicht beträgt 5×1021 cm-3. Dieses Schichtsystem wird als „pPassDop“-Schichtstapel bezeichnet. Dies ist in Teilbild b) der 1 dargestellt, wobei der „pPassDop“-Schichtstapel mit Bezugszeichen 3 gekennzeichnet ist.At the metallization surface, a so-called "pPassDop" layer stack is applied: First, an aluminum oxide layer (AlO x ) with a thickness of about 6 nm is deposited by means of atomic layer deposition (ALD). Subsequently, a boron-containing silicon nitride layer (SiN x : B) with a thickness of about 75 nm is applied by plasma assisted chemical vapor deposition (PECVD). The boron is provided here as a dopant for a p-type impurity region formed later, as well as a low doping from the x in the AlO layer occurs aluminum contained. The boron concentration of the SiN x : B layer is 5 × 10 21 cm -3 . This layer system is referred to as the "pPassDop" layer stack. This is in drawing b) the 1 illustrated, wherein the "pPassDop" layer stack with reference numerals 3 is marked.

Anschließend werden mittels eines Lasers mit einer Wellenlänge von 1030 nm, einer Frequenz von 30 kHz, einem Pulsdurchmesser von 35 µm und einer Leistung von 12 W bei einem Pulsüberlapp von 15 µm in Bewegungsrichtung und 1 mm Abstand der Laserlinien linienförmige lokale p-Dotierungen erzeugt und der „pPassDop“-Schichtstapel lokal geöffnet. Dies entspricht somit einem Verfahrensschritt B, in welchem p-dotierte Bereiche 4 angrenzend an die Metallisierungsoberfläche 2 der Halbleiterschicht 1 erzeugt werden (1 c1 und 1 c2, wobei die Laserstrahlen als Pfeile angedeutet sind).Subsequently, by means of a laser with a wavelength of 1030 nm, a frequency of 30 kHz, a pulse diameter of 35 microns and a power of 12 W at a pulse overlap of 15 microns in the direction of movement and 1 mm distance of the laser lines line-shaped local p-type dopants produced and the "pPassDop" stack is opened locally. This thus corresponds to a method step B in which p-doped regions 4 adjacent to the metallization surface 2 the semiconductor layer 1 be generated ( 1 c1 and 1 c2 with the laser beams indicated as arrows).

Die p-dotierten Bereiche 4 weisen somit ebenfalls wie auch die Halbleiterschicht 1 eine p-Dotierung auf. Die Dotierkonzentration ist jedoch erheblich höher und liegt im Bereich der Metallisierungsoberfläche 2 bei etwa 5×1019 cm-3. Solche hochdotierten Bereiche werden auch als Back Surface Field (BSF) bezeichnet.The p-doped regions 4 thus also have as well as the semiconductor layer 1 a p-doping on. However, the doping concentration is considerably higher and lies in the region of the metallization surface 2 at about 5 × 10 19 cm -3 . Such heavily doped areas are also referred to as Back Surface Field (BSF).

Anschließend erfolgt mittels Siebdruck in einem Verfahrensschritt C ein Aufbringen einer silberhaltigen Metallisierungsmasse 6 auf die Metallisierungsoberfläche 2 in den Bereichen, in welchen zuvor die p-dotierten Bereiche 4 ausgebildet wurden. Diese linienartigen Bereiche 6 erstrecken sich senkrecht zur Zeichenebene in 1 und weisen eine Breite von etwa 60 µm auf. Die Breite der p-dotierten Bereiche 4 beträgt i) lediglich 40 µm, so dass die silberhaltige Metallisierungsmasse 6 beidseitig die p-dotierten Bereiche überlappt und somit teilweise den Schichtstapel 3 überdeckt (1d1) oder ii) 80 µm, so dass die silberhaltige Metallisierungsmasse 6 den Schichtstapel 3 nicht überdeckt und nur im p-dotierten Bereich vorliegt (1 d2).Subsequently, by means of screen printing in a method step C, an application of a silver-containing metallization compound takes place 6 on the metallization surface 2 in the areas in which previously the p-doped areas 4 were trained. These line-like areas 6 extend perpendicular to the plane in 1 and have a width of about 60 microns. The width of the p-doped regions 4 i) is only 40 microns, so that the silver-containing metallization 6 overlaps on both sides of the p-doped regions and thus partially the layer stack 3 covered ( 1d1 ) or ii) 80 μm, so that the silver-containing metallization mass 6 the layer stack 3 not covered and present only in the p-doped region ( 1 d2 ).

Anschließend erfolgt ein Kontaktsintern in einen Verfahrensschritt D der zuvor aufgebrachten silberhaltigen Metallisierungsmasse in einem Gürtelofen für wenige Sekunden bei einer Peak-Temperatur im Bereich von 800°C.Subsequently, contact sintering takes place in a process step D of the previously applied silver-containing metallization in a belt furnace for a few seconds at a peak temperature in the range of 800 ° C.

Wesentlich ist, dass der Metallisierungsmasse 6 vorliegend kein Aluminium beigemischt wurde und sie somit einen Aluminiumanteil kleiner 0,1% und einen Silberanteil größer 70% aufweist. Hierdurch wird - wie zuvor beschrieben - eine geringe Oberflächenrekombinationsgeschwindigkeit für Ladungsträger an der Metallisierungsoberfläche 2 an den p-dotierten Bereichen 4 und gleichzeitig ein geringer elektrischer Kontaktwiderstand erzielt. Aufgrund des hohen Silberanteils ist weiterhin vorteilhaft, dass zum Auflöten von Zellverbindern zum Verbinden der Solarzelle mit benachbarten Solarzellen in einem Solarzellenmodul der bei zuvor bekannten Verfahren notwendige Schritt des zusätzlichen Aufbringens von Silber-Lötpads entfallen kann, da aufgrund des hohen Silberanteils ein Löten direkt auf die erzeugte metallische Kontaktierungsstruktur möglich ist.It is essential that the metallization mass 6 In this case, no aluminum was added and thus it has an aluminum content of less than 0.1% and a silver content greater than 70%. As a result, as described above, a low surface recombination velocity for charge carriers on the metallization surface is achieved 2 at the p-doped regions 4 and achieved at the same time a low electrical contact resistance. Due to the high silver content is also advantageous that can be omitted for soldering cell connectors for connecting the solar cell with adjacent solar cells in a solar cell module necessary in previously known method step of the additional application of silver solder pads, since due to the high silver content, a soldering directly to the produced metallic contacting structure is possible.

Es liegt im Rahmen der Erfindung, die Metallisierungsmasse unmittelbar auf die Halbleiterschicht aufzubringen.It is within the scope of the invention to apply the metallization directly to the semiconductor layer.

Ebenso liegt es im Rahmen der Erfindung, dass vor Aufbringen der Metallisierungsmasse eine Zwischenschicht mittelbar oder bevorzugt unmittelbar auf die Halbleiterschicht aufzubringen, insbesondere eine dielektrische Passivierungsschicht, wie beispielsweise eine Siliziumnitridschicht, Siliziumoxidschicht oder Aluminiumoxidschicht. Eine solche Zwischenschicht kann durch die Metallisierungsmasse bedeckt werden und bevorzugt in Verfahrensschritt D durchdringt die Metallisierungsmasse die Zwischenschicht zumindest teilweise zur elektrischen Kontaktierung der Halbleiterschicht.It is likewise within the scope of the invention that, before the metallization composition is applied, an intermediate layer is indirectly or preferably applied directly to the semiconductor layer, in particular a dielectric passivation layer, such as, for example, a silicon nitride layer, silicon oxide layer or aluminum oxide layer. Such an intermediate layer can be covered by the metallization mass and preferably in method step D, the metallization mass penetrates the intermediate layer at least partially for electrical contacting of the semiconductor layer.

Vorteilhafterweise wird nach Aufbringen der Zwischenschicht und vor Aufbringen der Metallisierungsmasse die Zwischenschicht lokal in denjenigen Bereichen geöffnet, in welchen eine Kontaktierung der Halbleiterschicht durch die Metallisierungsmasse erfolgen soll. Dieses lokale Öffnen kann durch Laserstrahlung oder auf andere Weise wie beispielsweise mittels Ätzen oder mechanisch erfolgen. Hierbei ist es vorteilhaft, eine Metallisierungsmasse zu verwenden, welche in Verfahrensschritt D die Zwischenschicht nicht durchdringt. In diesem Fall ist weiterhin vorteilhaft, wenn die Metallisierungsmasse angrenzend an den geöffneten Bereich die Zwischenschicht überlappt. Hierdurch kann eine weitere Verringerung des Leitungswiderstandes aufgrund der größeren Querschnittsfläche der Metallisierungsmasse erzielt werden. Gleichzeitig bleiben die Rekombinationsverluste aufgrund der nicht vergrößerten Kontaktierungsfläche gering.Advantageously, after the intermediate layer has been applied and before the metallization composition has been applied, the interlayer is locally opened in those regions in which the semiconductor layer is to be contacted by the metallization compound. This local opening may be by laser radiation or otherwise, such as by etching or mechanical. In this case, it is advantageous to use a metallization compound which does not penetrate the intermediate layer in method step D. In this case, it is furthermore advantageous if the metallization mass overlaps the intermediate layer adjacent to the opened region. In this way, a further reduction of the line resistance due to the larger cross-sectional area of the metallization can be achieved. At the same time, the recombination losses remain low due to the non-enlarged contact surface.

Zur Herstellung einer Solarzelle erfolgt vor Verfahrensschritt B die an sich bekannte Diffusion eines n-dotierten Vorderseitenemitters (an der in den Figuren oben dargestellten Vorderseite). Weiterhin wird zur Erhöhung des Wirkungsgrades auf der Vorderseite eine lichtdurchlässige, elektrisch isolierende Passivierungsschicht zur Verringerung der Oberflächenrekombinationsgeschwindigkeit aufgebracht. Zusätzlich erfolgt das an sich bekannte Aufbringen einer Metallisierungsmasse auf der Vorderseite der Solarzelle, so dass in Verfahrensschritt D beim Kontaktsintern an der Vorderseite in an sich bekannter Weise eine elektrische Kontaktierung des Vorderseitenemitters erfolgt.For the production of a solar cell, the per se known diffusion of an n-doped front-side emitter (at the front side shown in the figures above) takes place before process step B. Furthermore, in order to increase the efficiency on the front side, a translucent, electrically insulating passivation layer is applied to reduce the surface recombination speed. In addition, the per se known application of a metallization on the front of the solar cell, so that in step D in the contact sintering at the front in a conventional manner, an electrical contacting of Vorderseitenemitters.

Ebenso kann bereits in Verfahrensschritt A bei Bereitstellen des Siliziumwafers an der Vorderseite in an sich bekannter Weise eine Oberflächentextur vorgesehen sein, um die Lichtabsorption insbesondere von langwelliger Strahlung im Siliziumwafer zu erhöhen.Likewise, a surface texture can already be provided in process step A when the silicon wafer is provided on the front side in a manner known per se, in order to increase the light absorption, in particular of long-wave radiation in the silicon wafer.

In den 2 und 3 sind weitere Ausführungsbeispiele des erfindungsgemäßen Verfahrens in schematischen Teilschritten dargestellt, welche Abwandlungen des Ausführungsbeispiels gemäß 1 darstellen. Zum Vermeiden von Wiederholungen wird im Folgenden daher auf die wesentlichen Unterschiede eingegangen:In the 2 and 3 Further embodiments of the method according to the invention are shown in schematic substeps, which modifications of the embodiment according to 1 represent. To avoid repetition, the essential differences are therefore discussed below:

Bei dem in 2 dargestellten zweiten Ausführungsbeispiel wird der gemäß Teilbild 2a) bereitgestellte Siliziumwafer an Vorder- und Rückseite in einem Rohrofen mittels eines an sich bekannten Diffusionsprozesses beidseitig mit Bor dotiert. Es entsteht somit an der Rückseite ein ganzflächiger p-dotierter Bereich 4b in der Halbleiterschicht 1, welcher an die Metallisierungsoberfläche 2 angrenzt. Ebenso wird an der Vorderseite eine Vorderseitendotierung 4a ausgebildet. Nach dem Diffusionsprozess sind Vorder- und Rückseite durch Borsilikatglas (BSG) 5 bedeckt. Der Diffusionsprozess kann in an sich bekannter Weise mittels BBr3 als flüssiger Dotierstoff-Precursor durchgeführt werden. Das Ergebnis ist in Teilbild 2b) dargestellt. Wie in Teilbild 2c) ersichtlich, wird anschließend mittels als Pfeilen dargestellten Laserstrahlen das rückseitige BSG 5 als Bor-Dotierstoffquelle verwendet, um lokal p-dotierte Bereiche 4 auszubilden. Die Laserstrahlen treiben zusätzliches Bor aus der BSG-Schicht in den Siliciumwafer ein, was zu einer lokalen Vertiefung des bereits p-dotierten Bereichs 4b führen kann (Teilbild 2c, rechter p-dotierter Bereich 4) und/oder aktiviert bzw. modifiziert den bereits vorhandenen p-dotierten Bereich 4b ohne Änderung in der Dotiertiefe (Teilbild 2c, linker p-dotierter Bereich 4). Hierbei können beispielsweise Laserparameter wie im ersten Ausführungsbeispiel beschrieben verwendet werden, aber auch Laser mit einer Wellenlänge zwischen 200 nm und 1070 nm mit alternativen Pulsdurchmessern, Leistungen und Pulsüberlappen zur Anwendung kommen. Hierbei erfolgt gleichzeitig eine Öffnung des rückseitigen BSG 5 an den p-dotierten Bereichen 4.At the in 2 shown second embodiment, the according to the partial image 2a) provided silicon wafer at the front and back in a tube furnace by means of a per se known diffusion process doped on both sides with boron. This results in a full-area p-doped region at the rear 4b in the semiconductor layer 1 which is attached to the metallization surface 2 borders. Likewise, on the front is a front side doping 4a educated. After the diffusion process front and back side are made of borosilicate glass (BSG) 5 covered. The diffusion process can be carried out in a conventional manner by means of BBr 3 as a liquid dopant precursor. The result is in partial image 2 B) shown. As in partial picture 2c) can be seen, then by means of laser arrows represented as the back BSG 5 used as a boron dopant source to locally p-doped regions 4 train. The laser beams drive additional boron from the BSG layer into the silicon wafer, resulting in a local depression of the already p-doped region 4b can lead (partial image 2c , right p-doped area 4 ) and / or activates or modifies the already existing p-doped region 4b without change in the doping depth (partial image 2c , left p-doped region 4 ). In this case, for example, laser parameters as described in the first exemplary embodiment can be used, but also lasers with a wavelength between 200 nm and 1070 nm with alternative pulse diameters, powers and pulse overlaps can be used. This is done at the same time an opening of the rear BSG 5 at the p-doped regions 4 ,

Die BSG-Schicht 5 wird anschließend an Vorder- und Rückseite nasschemisch entfernt (Teilbild 2d). Rückseitig wird anschließend eine elektrisch isolierende Passivierungsschicht oder ein Schichtstapel 3 aufgebracht (Teilbild 2e). Dies kann eine Aluminiumoxid, - Siliziumoxid- und/oder Siliziumnitridschicht sein. Ebenso kann ein „pPassDop“-Schichtstapel gemäß erstem Ausführungsbeispiel verwendet werden.The BSG layer 5 is then removed wet-chemically at the front and back (partial image 2d) , An electrically insulating passivation layer or a layer stack is subsequently provided on the back side 3 applied (partial image 2e) , This may be an aluminum oxide, silicon oxide and / or silicon nitride layer. Likewise, a "pPassDop" layer stack according to the first embodiment may be used.

Anschließend erfolgt rückseitig das Aufbringen der bereits im ersten Ausführungsbeispiel beschriebenen silberhaltigen Metallisierungsmasse 6 und ein Kontaktsintern (Teilbild 2f).Subsequently, the application of the silver-containing metallization already described in the first embodiment takes place on the back side 6 and a contact internally (partial image 2f) ,

Bei dem in 3 dargestellten dritten Ausführungsbeispiel entsprechen die in 3a) und 3b) dargestellten Fallschritte den zu 2 beschriebenen. Im Unterschied zum zweiten Ausführungsbeispiel wird bei dem dritten Ausführungsbeispiel jedoch vor lokaler Beaufschlagung mit Laserstrahlung zunächst das BSG 5 entfernt (Teilbild 3c). Anschließend wird die in der Halbleiterschicht 1 rückseitig an der Metallisierungsoberfläche 2 ganzflächig vorhandene p-Dotierung lokal mittels Laserstrahlung zusätzlich modifiziert ohne Änderung in der Dotiertiefe (Teilbild 3d, linker p-dotierter Bereich 4) bzw. modifiziert und eingetrieben (Teilbild 3d, rechter p-dotierter Bereich 4), so dass die p-dotierten Bereiche 4 erzeugt werden. Die weiteren in den Teilbildern 3e) und 3f) dargestellten Teilschritte entsprechen den zu 2e) und 2f) beschriebenen.At the in 3 The third exemplary embodiment illustrated in FIGS. 3a) and 3b) corresponds to the third exemplary embodiment 2 described. In contrast to the second exemplary embodiment, in the third exemplary embodiment, however, the BSG first of all is locally exposed to laser radiation 5 removed (partial image 3c) , Subsequently, in the semiconductor layer 1 on the back of the metallization surface 2 locally existing p-doping additionally modified by laser radiation without change in the doping depth (partial image 3d , left p-doped region 4 ) or modified and driven (partial image 3d , right p-doped area 4 ), so that the p-doped regions 4 be generated. The others in the pictures 3e) and 3f) shown sub-steps correspond to the 2e) and 2f) described.

Zur Herstellung einer Solarzelle erfolgt in den letzten zwei Ausführungsbeispielen die an sich bekannte Diffusion eines n-dotierten Vorderseitenemitters (an der in den Figuren oben dargestellten Vorderseite). Weiterhin wird zur Erhöhung des Wirkungsgrades auf der Vorderseite eine lichtdurchlässige, elektrisch isolierende Passivierungsschicht zur Verringerung der Oberflächenrekombinationsgeschwindigkeit aufgebracht. Zusätzlich erfolgt das an sich bekannte Aufbringen einer Metallisierungsmasse auf der Vorderseite der Solarzelle, so dass in Verfahrensschritt D beim Kontaktsintern an der Vorderseite in an sich bekannter Weise eine elektrische Kontaktierung des Vorderseitenemitters erfolgt.To produce a solar cell, the per se known diffusion of an n-doped front-side emitter (at the front side shown in the figures above) takes place in the last two exemplary embodiments. Furthermore, in order to increase the efficiency on the front side, a translucent, electrically insulating passivation layer is applied to reduce the surface recombination speed. In addition, the per se known application of a metallization on the front of the solar cell, so that in step D in the contact sintering at the front in a conventional manner, an electrical contacting of Vorderseitenemitters.

Die zu den 2 und 3 beschriebenen Ausführungsbeispiele können auch auf einer n-dotierten Halbleiterschicht 1, welche als n-dotierter Siliziumwafer ausgebildet ist, realisiert werden, beispielsweise mit Phosphor als Dotierstoff und einem Basiswiderstand von beispielsweise 2 Ωcm. In diesem Fall bildet der p-dotierte Bereich einen p-Emitter aus.The to the 2 and 3 described embodiments can also on an n-doped semiconductor layer 1 , which is formed as n-doped silicon wafer can be realized, for example with phosphorus as a dopant and a base resistance of, for example, 2 Ωcm. In this case, the p-type region forms a p-type emitter.

Claims (16)

Herstellungsverfahren für eine metallische Kontaktierungsstruktur einer Halbleiterschicht (1) eines Halbleiterbauelementes, mit den Verfahrensschritten A) Bereitstellen einer Halbleiterschicht (1); B) Erzeugen zumindest eines p-dotierten Bereiches angrenzend an eine Metallisierungsoberfläche (2) der Halbleiterschicht (1); C) Aufbringen einer silberhaltigen Metallisierungsmasse (6) unmittelbar oder unter Zwischenschaltung weiterer Zwischenschichten auf die Metallisierungsoberfläche (2) der Halbleiterschicht (1) in einem Kontaktierungsbereich, so dass die Metallisierungsmasse (6) den p-dotierten Bereich zumindest teilweise bedeckt; D) Sintern der Metallisierungsmasse (6); dadurch gekennzeichnet, dass die silberhaltige Metallisierungsmasse (6) weniger als 0,5% Aluminium enthält und dass in einem Oberflächenbehandlungsschritt L die Metallisierungsoberfläche (2) der Halbleiterschicht (1) zumindest in dem Kontaktierungsbereich mit Laserstrahlung beaufschlagt wird, wobei Verfahrensschritt L vor Aufbringen der Metallisierungsmasse (6) durchgeführt wird.Manufacturing method for a metallic contacting structure of a semiconductor layer (1) of a semiconductor component, comprising the method steps A) providing a semiconductor layer (1); B) generating at least one p-doped region adjacent to a metallization surface (2) of the semiconductor layer (1); C) applying a silver-containing metallization mass (6) directly or with the interposition of further intermediate layers on the metallization surface (2) of the semiconductor layer (1) in a contacting region, so that the metallization mass (6) at least partially covers the p-doped region; D) sintering of the metallization mass (6); characterized in that the silver-containing metallization mass (6) contains less than 0.5% aluminum and that in a surface treatment step L, the metallization surface (2) of the semiconductor layer (1) at least in the contacting region is exposed to laser radiation, wherein step L prior to application of the metallization (6). Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Metallisierungsmasse (6) einen Silberanteil zwischen 70% und 95%, insbesondere 80% bis 90%, aufweist.Method according to Claim 1 , characterized in that the metallization mass (6) has a silver content of between 70% and 95%, in particular 80% to 90%. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Metallisierungsmasse weniger als 400 nm, insbesondere weniger als 200 nm in die Halbleiterschicht eindringt, insbesondere Spikes in der Halbleiterschicht mit einer Tiefe kleiner 400 nm, bevorzugt kleiner 200 nm ausbildet.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the metallization mass less than 400 nm, in particular less than 200 nm penetrates into the semiconductor layer, in particular spikes in the semiconductor layer with a depth less than 400 nm, preferably less than 200 nm forms. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass nach Verfahrensschritt L, bevorzugt unmittelbar an Verfahrensschritt L anschließend eine Oberflächenreinigung zumindest des Kontaktierungsbereiches erfolgt, bevorzugt eine nasschemische Oberflächenreinigung, insbesondere mittels Säure, bevorzugt mittels Flusssäure.Method according to one of the preceding claims, characterized in that after step L, preferably immediately after step L, then a surface cleaning at least the contacting region, preferably a wet-chemical surface cleaning, in particular by means of acid, preferably by means of hydrofluoric acid. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in Verfahrensschritt L die Beaufschlagung mit Laserstrahlung ausschließlich in dem Kontaktierungsbereich erfolgt.Method according to one of the preceding claims, characterized in that in Process step L, the exposure to laser radiation takes place exclusively in the contacting region. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in Verfahrensschritt L ein gepulster Laser verwendet wird, bevorzugt mit einer Wellenlänge im Bereich 200 nm bis 1100 nm, bevorzugt mit einer Pulslänge für Einzelpulse im Bereich 10 ns bis 10000 ns oder Pulszügen (Pulsbursts) derselben Länge bestehend aus beliebig kurzen Einzelpulsen mit variabler Einzelpulslänge, bevorzugt mit einer Pulsenergiedichte im Bereich 1 J/cm2 bis 200 J/cm2.Method according to one of the preceding claims, characterized in that in step L, a pulsed laser is used, preferably with a wavelength in the range 200 nm to 1100 nm, preferably with a pulse length for single pulses in the range 10 ns to 10000 ns or pulse trains (pulse bursts) the same length consisting of arbitrarily short individual pulses with variable single pulse length, preferably with a pulse energy density in the range 1 J / cm 2 to 200 J / cm 2 . Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die metallische Kontaktierungsstruktur mehrere Kontaktierungsfinger mit jeweils einer Breite kleiner 50 µm, bevorzugt kleiner 30 µm umfasst.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the metallic contacting structure comprises a plurality of contacting fingers, each having a width of less than 50 microns, preferably less than 30 microns. Verfahren zur Herstellung einer photovoltaischen Solarzelle, mit den Verfahrensschritten - Bereitstellen zumindest eines n-dotierten Bereichs in der Halbleiterschicht (1), - Ausbilden einer metallischen Kontaktierungsstruktur an einer Seite der Solarzelle nach einem der vorangegangenen Ansprüche.Process for producing a photovoltaic solar cell, comprising the process steps Providing at least one n-doped region in the semiconductor layer (1), - Forming a metallic contacting structure on one side of the solar cell according to one of the preceding claims. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass auf der Kontaktierungsseite eine Abscheidung einer dotierstoffhaltigen Schicht erfolgt, insbesondere einer Bor-dotierten Schicht, und anschließend lokal im Kontaktierungsbereich in dem Verfahrensschritt L ein Eintreiben des p-Dotierstoffes mittels lokaler Beaufschlagung mit Laserstrahlung erfolgt, insbesondere, dass die dotierstoffhaltige Schicht, welche den p-Dotierstoff aufweist, lokal an dem Kontaktierungsbereich in dem Verfahrensschritt L mit Laserstrahlung beaufschlagt wirdMethod according to Claim 8 , characterized in that on the contacting side, a deposition of a dopant-containing layer takes place, in particular a boron-doped layer, and then locally in the contacting region in the process step L, a driving of the p-dopant by means of local application of laser radiation takes place, in particular, that the dopant-containing layer which has the p-dopant, is applied locally at the contacting region in the method step L with laser radiation Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass an der Kontaktierungsseite eine p-Dotierung mit einem p-Dotierstoff, insbesondere Bor, mittels Diffusion aus der Gasphase erzeugt wird und anschließend lokal im Kontaktierungsbereich in dem Verfahrensschritt L ein zusätzliches Modifizieren und/oder Eintreiben des p-Dotierstoffes mittels lokaler Beaufschlagung mit Laserstrahlung erfolgt, insbesondere, dass ein bei der Diffusion aus der Gasphase entstehendes Glas, welches den p-Dotierstoff aufweist, lokal an dem Kontaktierungsbereich in dem Verfahrensschritt L mit Laserstrahlung beaufschlagt wird.Method according to Claim 8 , in that a p-doping with a p-type dopant, in particular boron, is produced on the contacting side by means of diffusion from the gas phase and then locally in the contacting region in the method step L an additional modifying and / or driving of the p-type dopant by means of local Applying to laser radiation takes place, in particular, that a glass which arises during the diffusion from the gas phase and which has the p-dopant is locally exposed to laser radiation at the contacting region in method step L. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass an der Kontaktierungsseite eine p-Dotierung mit einem p-Dotierstoff, insbesondere Bor, mittels Diffusion aus einer zuvor aufgebrachten dotierstoffhaltigen Schicht erzeugt wird und anschließend lokal im Kontaktierungsbereich in dem Verfahrensschritt L ein zusätzliches Modifizieren und/oder Eintreiben des p-Dotierstoffes mittels lokaler Beaufschlagung mit Laserstrahlung erfolgt, insbesondere, dass die dotierstoffhaltige Schicht lokal an dem Kontaktierungsbereich in dem Verfahrensschritt L mit Laserstrahlung beaufschlagt wird.Method according to Claim 8 Characterized in that a p-type doping, is produced with a p-dopant, particularly boron, by diffusion of a previously applied dopant layer on the contact side and then locally an additional modifying and / or driving of the p in the contacting in the step L Dopant by means of local application of laser radiation takes place, in particular, that the dopant-containing layer is locally applied to the contacting region in the process step L with laser radiation. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Metallisierungsmasse (6) mittels eines Druckverfahrens, insbesondere eines Siebdruckverfahrens oder mittels Extrusion aufgebracht wird.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the metallization mass (6) by means of a printing process, in particular a screen printing process or by extrusion is applied. Photovoltaische Solarzelle mit einer metallischen Kontaktierungsstruktur, bevorzugt hergestellt mittels eines Verfahrens nach einem der vorangehenden Ansprüche, mit zumindest einem p-dotierten Bereich und zumindest einer metallischen Kontaktierungsstruktur, welche an zumindest einem Kontaktierungsbereich elektrisch leitend mit dem p-dotierten Bereich verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass die metallische Kontaktierungsstruktur zumindest im Kontaktierungsbereich einen Aluminiumanteil kleiner 0,5% aufweist.Photovoltaic solar cell having a metallic contacting structure, preferably produced by means of a method according to one of the preceding claims, having at least one p-doped region and at least one metallic contacting structure, which is electrically conductively connected to the p-doped region at at least one contacting region, characterized the metallic contacting structure has an aluminum content of less than 0.5%, at least in the contacting region. Photovoltaische Solarzelle nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die metallische Kontaktierungsstruktur einen Silberanteil größer 70%, insbesondere größer 80%, bevorzugt größer 95% aufweist.Photovoltaic solar cell after Claim 13 , characterized in that the metallic contacting structure has a silver content greater than 70%, in particular greater than 80%, preferably greater than 95%. Photovoltaische Solarzelle nach einem der Ansprüche 13 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Solarzelle eine p-dotierte Basis aufweist und die Metallisierungsstruktur an einer Rückseite der Solarzelle angeordnet ist, insbesondere, dass an einer Vorderseite der Solarzelle ein n-dotierter Emitter angeordnet ist.Photovoltaic solar cell according to one of the Claims 13 to 14 , characterized in that the solar cell has a p-doped base and the metallization structure is arranged on a rear side of the solar cell, in particular that an n-doped emitter is arranged on a front side of the solar cell. Photovoltaische Solarzelle nach einem der Ansprüche 13 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Solarzelle als bifaziale Solarzelle ausgebildet ist.Photovoltaic solar cell according to one of the Claims 13 to 15 , characterized in that the solar cell is designed as a bifacial solar cell.
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