DE102022104191A1 - Verfahren und nassbank zur in-line-prozessierung von solarzellensubstraten - Google Patents

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Abstract

Es werden ein Verfahren und eine Nassbank (1) zur Prozessierung einer Mehrzahl von Solarzellensubstraten (5) beschrieben. Jedes Solarzellensubstrat (5) umfasst dabei einen Siliziumwafer. Das Verfahren umfasst zumindest folgende Prozessschritte:(i) Entfernen zumindest eines Teilbereichs (75) einer oberflächennahen Schicht des Siliziumwafers mittels eines Ätzprozesses durch Behandlung der Oberfläche des Solarzellensubstrates mit einer Ätzflüssigkeit, und(ii) Erzeugen einer Siliziumoxid-Dünnschicht (77) zumindest an einer Teiloberfläche des Solarzellensubstrates durch Behandlung der Teiloberfläche mit einer oxidierend wirkenden Flüssigkeit. Die Solarzellensubstrate werden dabei den Prozessschritten (i) und (ii) sequentiell eines nach dem anderen innerhalb einer einzelnen Prozessierungsvorrichtung (3) unterzogen. Die hierfür einsetzbare Nassbank (1) umfasst neben Ätzflüssigkeitsbecken (13) auch Oxidationsflüssigkeitsbecken (33), in denen die Solarzellensubstrate beispielsweise in ozonhaltiger Lösung oberflächlich aufoxidiert werden können.

Description

  • GEBIET DER ERFINDUNG
  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Nassbank, welche bei einer Prozessierung von Solarzellensubstraten eingesetzt werden können.
  • TECHNISCHER HINTERGRUND
  • Solarzellen dienen dazu, Licht mithilfe des photovoltaischen Effekts direkt in elektrische Energie umzuwandeln. Eine Solarzelle verfügt hierzu über ein Solarzellensubstrat mit einem Halbleitersubstrat und daran angeordneten Kontaktstrukturen.
  • Es wurde eine Vielzahl von Prozessierungsverfahren entwickelt, um Solarzellen mit möglichst hohem Wirkungsgrad bei möglichst geringen Kosten herstellen zu können. Bei einem dieser Prozessierungsverfahren werden passivierte Kontakte an der Oberfläche des Halbleitersubstrats gebildet. Das mit solchen passivierten Kontakten versehene Solarzellenkonzept wird auch als TOPCon-Solarzellenkonzept bezeichnet. Ein passivierter Kontakt kann hierbei ladungsträger-selektiv sein, d.h. zum Beispiel negative Ladungsträger (Elektronen) besser durchlassen als positive Ladungsträger (Löcher) oder umgekehrt. Hierdurch können Rekombinationsverluste an der Oberfläche des Halbleitersubstrats verringert werden, was zu einer Steigerung des Wirkungsgrads der Solarzelle führen kann. Der passivierte Kontakt umfasst hierzu eine sehr dünne Dielektrikumschicht beispielsweise in Form einer Oxidschicht, durch welche Ladungsträger teilweise hindurchtunneln können und welche daher auch als Tunnelschicht oder Tunneloxidschicht bezeichnet wird. An einer Oberfläche grenzt diese Tunneloxidschicht an das Halbleitersubstrat. An einer entgegengesetzten Oberfläche grenzt die Tunneloxidschicht an eine elektrisch leitfähige Kontaktschicht, beispielsweise eine Metallschicht, wobei zwischen der Tunneloxidschicht und der elektrisch leitfähigen Kontaktschicht meist noch eine polykristalline Siliziumschicht angeordnet ist. Eine Qualität eines solchen passivierten Kontakts wird hierbei maßgeblich von einer Qualität der Tunneloxidschicht beeinflusst, insbesondere von deren Dicke, Homogenität und/oder Reinheit, insbesondere der Reinheit der Siliziumoberfläche, an der das Tunneloxid auszubilden ist.
  • Es sind verschiedene Prozessierungssequenzen zum Herstellen von TOPCon-Solarzellen bekannt. Im Regelfall wird hierbei als Solarzellensubstrat ein Siliziumwafer eingesetzt. An dessen Oberfläche wird meist eine dotierte Emitterschicht und eine die Emitterschicht überdeckende Silikatglasschicht ausgebildet. Beispielsweise kann hierzu der Siliziumwafer einer Dotierstoff-haltigen Atmosphäre bei hohen Temperaturen ausgesetzt werden. Dabei wird einerseits Dotierstoff wie zum Beispiel Bor oder Phosphor oberflächlich in den Siliziumwafer eindiffundiert, um die dotierte Emitterschicht zu bilden. Andererseits wird an der Oberfläche des Siliziumwafers eine Dotierstoff-haltige Silikatglasschicht, d.h. beispielsweise eine Borsilikatglasschicht (BSG) oder eine Phosphorsilikatglasschicht (PSG), gebildet. Die dotierte Emitterschicht kann sich hierbei entlang der gesamten Oberfläche des Siliziumwafers erstrecken. Die Silikatglasschicht bedeckt in aller Regel die gesamte Emitterschicht. Nach dem Bilden der vollflächigen Emitterschicht muss diese typischerweise in Teilbereichen entfernt werden, um einen darunterliegenden Basisbereich des Siliziumwafers mit elektrischen Kontakten versehen zu können, ohne dass es zu elektrischen Kurzschlüssen mit der Emitterschicht bzw. dort vorzusehenden elektrischen Kontakten kommt. Da hierzu bei den meisten herkömmlichen Solarzellenkonzepten die Emitterschicht zumindest entlang von Kanten des Siliziumwafers oder vorzugsweise entlang der kompletten Unterseite des Siliziumwafers einschließlich eventuell der Kanten entfernt wird, wird dieser Vorgang häufig als Kantenisolationsprozess bezeichnet. Anschließend an einen solchen Kantenisolationsprozess kann dann zur Bildung der passivierten Kontakte zunächst eine dünne Dielektrikumschicht als Tunneloxidschicht an gewünschten Oberflächenpositionen des Solarzellensubstrates erzeugt werden, bevor diese dann durch Bildung der elektrisch leitfähigen Kontaktschicht kontaktiert wird.
  • Bei einem anderen Prozessierungsverfahren wird an der Oberfläche des Halbleitersubstrats eine Tunneloxidschicht gebildet und diese von einer Schicht aus polykristallinem Silizium überdeckt. Dieses Solarzellenkonzept wird auch als Polo-Solarzellenkonzept (polycrystalline silicon on oxide) bezeichnet. Bei der Herstellung von Polo-Solarzellen wird ein Siliziumwafer im Allgemeinen zunächst mittels eines Ätzschrittes von einer eventuell sägeschadenbehafteten äußeren Schicht befreit und anschließend eine dünne Oxidschicht an der Oberfläche des Siliziumwafers erzeugt, auf welcher dann zumindest bereichsweise eine dünne poly-Si-Schicht abgeschieden wird.
  • Es wird darauf hingewiesen, dass nachfolgend überwiegend auf eine Herstellung von Solarzellen des TOPCon-Konzeptes Bezug genommen wird, wobei die Ausführungen lediglich als beispielhaft zu verstehen sind und die beschriebenen Merkmale und Eigenschaften auch im Rahmen anderer Solarzellenfertigungen, insbesondere zur Herstellung von Polo-Solarzellen, eingesetzt werden können.
  • ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG UND VON AUSFÜHRUNGSFORMEN
  • Für eine Implementierung beispielsweise des TOPCon-Solarzellenkonzepts oder des Polo-Solarzellenkonzepts in einem industriellen Maßstab kann angestrebt sein, dass eine einzusetzende Prozessierungssequenz möglichst viele Ähnlichkeiten mit bisher industriell eingesetzten Prozessierungssequenzen aufweist, wie sie beispielsweise zur Herstellung von PERC-Solarzellen (Passivated Emitter and Rear Contact) eingesetzt werden, die in den letzten Jahren im industriellen Maßstab dominierend gefertigt werden. Hierdurch kann unter anderem erreicht werden, dass Gerätschaften bzw. ganze Fertigungslinien vorzugsweise lediglich geringfügig modifiziert werden müssen, um statt PERC-Solarzellen TOPCon-Solarzellen fertigen zu können. Außerdem kann angestrebt werden, dass ein beispielsweise zur Implementierung des TOPCon-Solarzellenkonzepts eingesetztes Prozessierungsverfahren möglichst einfach, kostengünstig und/oder prozessstabil etabliert werden kann. Ferner kann angestrebt werden, dass hierfür eingesetzte Vorrichtungen wie insbesondere eine Nassbank einfach, kostengünstig und/oder zuverlässig arbeitend bereitgestellt werden können.
  • Die genannten Bedürfnisse können zumindest teilweise mit dem Gegenstand eines der unabhängigen Ansprüche der vorliegenden Anmeldung erfüllt werden. Vorteilhafte Ausführungsformen sind in den abhängigen Ansprüchen sowie der nachfolgenden Beschreibung angegeben.
  • Gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zur Prozessierung einer Mehrzahl von Solarzellensubstraten beschrieben. Jedes Solarzellensubstrat umfasst dabei einen Siliziumwafer. Das Verfahren umfasst zumindest folgende Prozessschritte, vorzugsweise in der angegebenen Reihenfolge:
    1. (i) Entfernen zumindest eines Teilbereichs einer oberflächennahen Schicht des Siliziumwafers mittels eines Ätzprozesses durch Behandlung der Oberfläche des Solarzellensubstrates mit einer Ätzflüssigkeit, und
    2. (ii) Erzeugen einer Siliziumoxid-Dünnschicht zumindest an einer Teiloberfläche des Solarzellensubstrates durch Behandlung der Teiloberfläche mit einer oxidierend wirkenden Flüssigkeit.
  • Die Solarzellensubstrate werden dabei den Prozessschritten (i) und (ii) sequentiell eines nach dem anderen innerhalb einer einzelnen Prozessierungsvorrichtung unterzogen.
  • Gemäß einem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine Nassbank zur Prozessierung von Solarzellensubstraten beschrieben, wobei die Nassbank dazu konfiguriert ist, das Verfahren gemäß einer Ausführungsform des ersten Aspekts der Erfindung auszuführen oder zu kontrollieren. Hierzu kann die Nassbank insbesondere eine Ätzanordnung mit zumindest einem Ätzflüssigkeitsbecken, eine Oxidationsanordnung mit zumindest einem Oxidationsflüssigkeitsbecken und eine Fördereinrichtung aufweisen. Die Ätzanordnung umfasst zumindest ein Ätzflüssigkeitsbecken zur Aufnahme zumindest einer Ätzflüssigkeit, mittels derer zumindest ein Teilbereich einer oberflächennahen Schicht eines Siliziumwafers mittels eines Ätzprozesses durch Behandlung der Oberfläche des Solarzellensubstrates mit einer Ätzflüssigkeit in einem Ätzvorgang zu entfernen ist. Die Oxidationsanordnung umfasst zumindest ein Oxidationsflüssigkeitsbecken zur Aufnahme zumindest einer oxidierend wirkenden Flüssigkeit, mittels derer eine Siliziumoxid-Dünnschicht zumindest an einer Teiloberfläche des Solarzellensubstrates durch Behandlung der Teiloberfläche mit der oxidierend wirkenden Flüssigkeit in einem Oxidierungsvorgang zu erzeugen ist. Die Fördereinrichtung ist konfiguriert zum Bewegen der Siliziumsubstrate eines nach dem anderen zunächst durch die Ätzanordnung und anschließend durch die Oxidationsanordnung.
  • Ausführungsformen der Erfindung können, unter anderem und ohne die Erfindung zu beschränken, als auf nachfolgend beschriebenen Ideen bzw. Erkenntnissen beruhend angesehen werden:
    • Einleitend soll eine Grundidee zu Ausführungsformen der hierin beschriebenen Erfindung kurz erläutert werden, wobei diese Erläuterung als lediglich grob zusammenfassend und die Erfindung nicht einschränkend auszulegen ist:
      • Wie bereits angedeutet, wird angestrebt, insbesondere bei der Herstellung von Solarzellen eine Teilsequenz von Verfahrensschritten möglichst einfach, kostengünstig und/oder prozessstabil umzusetzen. Im Rahmen dieser Teilsequenz sollen zumindest zwei Funktionalitäten implementiert werden: Einerseits soll bei einem Solarzellensubstrat, welches beispielsweise zur Herstellung von TOPCon-Solarzellen in einer oberflächennahen Schicht aufgrund vorangegangener Prozessschritte über eine Emitterschicht und eine diese überdeckende Silikatglasschicht verfügt, ein Ätzprozess durchgeführt werden, bei dem ein Teilbereich der oberflächennahen Schicht durch Ätzen entfernt wird. Andererseits soll an einer Teiloberfläche des Solarzellensubstrats eine Siliziumoxid-Dünnschicht erzeugt werden, welche dann beispielsweise als Tunneloxidschicht eines passivierten Kontakts dienen kann, um letztendlich z.B. die TOPCon-Solarzelle fertigen zu können. Herkömmlich bzw. im Labormaßstab werden die beiden genannten Funktionalitäten mithilfe von Prozessierungen implementiert, deren Prozessschritte in verschiedenen Prozessierungsvorrichtungen durchgeführt werden. Wie nachfolgend detaillierter beschrieben, wurde nun jedoch erkannt, dass positive Effekte erzielt werden können, wenn die Prozessschritte zur Implementierung beider Funktionalitäten innerhalb einer einzelnen Prozessierungsvorrichtung durchgeführt werden. Hierzu sollten die Solarzellensubstrate in einer Spur sequenziell eines nach dem anderen in der gemeinsamen Prozessierungsvorrichtung den Prozessschritten unterzogen werden, wobei eventuell mehrere Solarzellen gleichzeitig entlang mehrerer paralleler Spuren bewegt werden können. Ein solches Vorgehen wird auch als in-line-Prozessierung bezeichnet. Im Gegensatz zu Prozessierungsverfahren, bei denen eine Vielzahl von Substraten gleichzeitig einem Prozessschritt unterzogen wird, d.h. sogenannten Batch-Verfahren, ermöglicht eine solche in-line-Prozessierung in einer gemeinsamen Prozessierungsvorrichtung zur Durchführung des Kantenisolationsprozesses und Erzeugung der Siliziumoxid-Dünnschicht eine einfache und prozessstabile Implementierung beider Funktionalitäten. Ergänzend können, wie weiter unten detaillierter erläutert, Nachteile vermieden werden, wie sie bei der Implementierung der verschiedenen Funktionalitäten in getrennten Prozessierungsvorrichtungen beobachtet wurden. Insbesondere kann vermieden werden, dass sich während eines Transports der Solarzellensubstrate zwischen den getrennten Prozessierungsvorrichtungen bzw. während einer zwischenzeitlichen Lagerung der Solarzellensubstrate unkontrolliert Oxide an deren Oberfläche bilden, was sich nachteilig auf eine anschließende Bildung der Siliziumoxid-Dünnschicht und deren Passivierungswirkung und somit letztendlich auf Wirkungsgrade hergestellter Solarzellen auswirken könnte. Als gemeinsame Prozessierungsvorrichtung kann eine Nassbank eingesetzt werden, die sowohl über eine Ätzanordnung als auch über eine Oxidationsanordnung verfügt, wobei die Solarzellensubstrate von einer Fördereinrichtung sukzessive nacheinander, d.h. „in-line“, durch beide Anordnungen bewegt werden, um die Kantenisolation und anschließend die Erzeugung der Siliziumoxid-Dünnschicht zu bewirken.
  • Nachfolgend werden mögliche Merkmale von Ausgestaltungen der Erfindung und damit zu erreichende Vorteile detailliert beschrieben.
  • Das hierin beschriebene Prozessierungsverfahren bzw. die zu dessen Durchführung eingesetzte Prozessierungsvorrichtung sollen vorzugsweise derart ausgestaltet sein, dass sie sich ohne übermäßigen Aufwand in industriell einsetzbare Prozessierungsverfahren zum Herstellen von Wafer-basierten Siliziumsolarzellen bzw. hierfür eingesetzte Prozesslinien einfügen lassen. Insbesondere wird angestrebt, dass beschriebene Prozessierungsverfahren und die Prozessierungsvorrichtung bei der Herstellung von neuartigen Solarzellenkonzepten wie insbesondere dem TOPCon-Konzept einsetzen zu können und hierbei viele der Prozessierungsschritte bzw. Gerätschaften, wie sie bei der Herstellung herkömmlicher Solarzellenkonzepte bereits erprobt sind und eingesetzt werden, unverändert oder lediglich geringfügig modifiziert weiterhin einsetzen zu können.
  • Bei der Herstellung von Wafer-basierten Siliziumsolarzellen wird zunächst ein Solarzellensubstrat in Form eines Siliziumwafers bereitgestellt. Dieser kann beispielsweise eine Dicke von zwischen 50 µm und 500 µm und eine Fläche von 100×100mm2 oder mehr aufweisen. Der Siliziumwafer kann aus monokristallinem, multikristallinem oder polykristallinem Silizium bestehen. Der Siliziumwafer kann mit einer Basisdotierung aus p-Typ-Dotierstoffen wie zum Beispiel Stoffen der dritten Hauptgruppe wie Bor oder Gallium oder aus n-Typ-Dotierstoffen wie zum Beispiel Stoffen der fünften Hauptgruppe wie Phosphor dotiert sein. Der Siliziumwafer kann eventuell vorbehandelt werden, indem beispielsweise ein Sägeschaden durch Ätzen entfernt wird und/oder seine Oberfläche gereinigt wird. Alternativ kann ein Sägeschaden mithilfe des Ätzprozesses des ersten Prozessschrittes des hierin beschriebenen Verfahrens entfernt werden.
  • Anschließend wird gemäß einer Ausführungsform, welche insbesondere zur Fertigung von TOPCon-Solarzellen geeignet ist, an einer Oberfläche des Siliziumwafers an einer oder beiden Seiten des Wafers eine Emitterschicht erzeugt. Bei industriellen Herstellungsverfahren wird der Siliziumwafer hierzu meist in eine Dotierstoff-haltige Atmosphäre eingebracht. Diese Atmosphäre enthält Dotierstoffe, welche zu einer Dotierung entgegengesetzt der Basisdotierung führen. Die Atmosphäre wird auf stark erhöhten Temperaturen von typischerweise über 700 °C, oft über 850 °C, gehalten. Meist enthält diese Atmosphäre auch Sauerstoff. Bei diesen Prozessbedingungen bildet sich dann an der Oberfläche des Siliziumwafers eine Dotierstoff-haltige Silikatglasschicht. Aus dieser diffundieren Dotierstoffe sukzessive in einen oberflächennahen Bereich des Siliziumwafers und bilden dadurch die Emitterschicht. Sowohl die Emitterschicht als auch die Silikatglasschicht sind im Regelfall im Vergleich zu der Dicke des Siliziumwafers sehr dünn und weisen typischerweise eine Schichtdicke von höchstens wenigen Mikrometern, oft weniger als 1 µm, auf.
  • Die auf diese Weise gebildete Emitterschicht und die darüber liegende Silikatglasschicht bedecken die gesamte Oberfläche des Siliziumwafers. Um nachfolgend jedoch nicht nur die außenliegende Emitterschicht sondern auch den darunterliegenden Basisbereich des Solarzellensubstrats kontaktieren zu können, müssen Teilbereiche der Emitterschicht sowie der Silikatglasschicht im Rahmen eines Kantenisolationsprozesses entfernt werden. Grundsätzlich sind hierzu verschiedene Verfahrenstechniken bekannt. Im industriellen Maßstab wird überwiegend eine Technik eingesetzt, bei der die genannten Teilbereiche durch Ätzen in einer Ätzlösung entfernt werden. Das Solarzellensubstrat kann hierbei in einer Nassbank prozessiert werden, in der geeignete Ätzvorgänge durch zumindest teilweises Eintauchen des Solarzellensubstrats in eine oder mehrere Ätzlösungen durchgeführt werden, die in Becken der Nassbank aufgenommen sind.
  • Bei einem herkömmlich häufig eingesetzten Ansatz werden die Silikatglasschicht und die darunterliegende Emitterschicht in den zu entfernenden Teilbereichen beispielsweise durch Behandlung mit einer toxischen und/oder umweltschädlichen Ätzlösung entfernt, welche sowohl Flusssäure (HF) als auch Salpetersäure (HNO3) enthält. Die Solarzellensubstrate können dabei derart gehalten bzw. bewegt werden, dass lediglich eine ihrer entgegengesetzten Hauptoberflächen in Kontakt mit der Ätzlösung kommt und somit von der Silikatglasschicht und der Emitterschicht befreit wird.
  • Nach einem solchen Ätzprozess zur Kantenisolierung wird das Solarzellensubstrat bei herkömmlicher Prozessierung meist zunächst in deionisiertem Wasser gespült und dann getrocknet, sodass es nicht mehr von der Ätzlösung benetzt ist. Anschließend kann das Solarzellensubstrat weiter prozessiert werden, um beispielsweise elektrische Kontakte an dessen Oberflächen auszubilden.
  • Wie einleitend bereits angemerkt, können solche elektrischen Kontakte bei modernen Solarzellenkonzepten wie dem TOPCon-Konzept als passivierte Kontakte ausgestaltet sein. Hierzu muss zwischen der Oberfläche des Solarzellensubstrats und einer elektrisch leitfähigen Kontaktschicht eine dünne Dielektrikumschicht als Tunnelschicht gebildet werden. Meist wird diese als Tunneloxidschicht mit einer Siliziumoxid-Dünnschicht mit einer Dicke von wenigen Nanometern, d.h. beispielsweise weniger als 10 nm, vorzugsweise weniger als 5 nm, ausgebildet.
  • Es sind verschiedene Konzepte entwickelt bzw. angedacht worden, um diese Tunneloxidschicht zu bilden. Beispielsweise kann eine Vielzahl von Solarzellensubstraten, nachdem an ihnen die Kantenisolation durchgeführt wurde, gemeinsam einem Oxidationsprozess unterzogen werden. Zur Oxidation können hierzu eine oxidierend wirkende Flüssigkeit, ein oxidierend wirkendes Gas oder ein oxidierend wirkendes Plasma eingesetzt werden, möglicherweise bei stark erhöhten Temperaturen. Alternativ kann die Vielzahl von Solarzellensubstraten in einem gemeinsamen Prozessschritt an einer freiliegenden Oberfläche mit einer Oxidschicht beschichtet werden. Zum Beschichten können hierbei Abscheidungsverfahren wie chemische Gasphasenabscheidung (CVD - chemical vapour deposition), insbesondere LPCVD (low pressure CVD), APCVD (atmospheric pressure CVD) oder PECVD (plasma enhanced CVD), eingesetzt werden.
  • Diesen Konzepten ist jedoch gemein, dass viele Solarzellensubstrate gemeinsam, d.h. in einem Batch-Prozess, mit der Tunneloxidschicht versehen werden. Die Solarzellensubstrate werden zuvor sequenziell, d.h. nacheinander, in der Nassbank dem Kantenisolationsprozess unterzogen. Dementsprechend müssen die Solarzellensubstrate im Allgemeinen zunächst gereinigt und getrocknet werden und zwischenzeitlich gesammelt und gelagert werden, bevor sie dann gemeinsam mit anderen Solarzellensubstraten in einer anderen Apparatur zur Bildung der Tunneloxidschicht weiterverarbeitet werden.
  • Es wurde beobachtet, dass sich beim Trocknen und/oder anschließenden Lagern an der Oberfläche der Solarzellensubstrate eine dünne, undefinierte Oxidschicht bilden kann, sobald diese in Kontakt mit Sauerstoff, insbesondere in Kontakt mit Umgebungsluft, gelangt. Es wurde erkannt, dass die auf diese Weise unkontrolliert gebildete Oxidschicht nachteilige Eigenschaften aufweisen kann und/oder die Entstehung der nachfolgend kontrolliert zu bildenden Tunneloxidschicht negativ beeinflussen kann. Um solche nachteiligen Einflüsse zu vermeiden, kann ein Trocknen und/oder Lagern der Solarzellensubstrate in einer Schutzgasatmosphäre, beispielsweise einer Stickstoffatmosphäre, durchgeführt werden. Dies kann jedoch die Betriebskosten signifikant erhöhen. Alternativ kann die unkontrolliert gebildete Oxidschicht vor dem Ausbilden der Tunneloxidschicht gezielt entfernt werden, was jedoch im Allgemeinen einen zusätzlichen Verfahrensaufwand, beispielsweise mindestens drei Schritte umfassend Ätzen des Oxids mit HF, Spülen und Stickstoff-Trocknen, und damit einhergehende Kosten bewirkt.
  • Um insbesondere die beschriebenen Nachteile herkömmlicher Konzepte vermeiden zu können, wird daher vorgeschlagen, den Kantenisolationsprozess und die Erzeugung der Siliziumoxid-Dünnschicht für die Bildung passivierter Kontakte innerhalb einer einzelnen Prozessierungsvorrichtung durchzuführen. Die Prozessierungsvorrichtung kann hierbei als Nassbank ausgebildet sein. Die Solarzellensubstrate sollen dabei sequenziell entlang einer oder mehreren Spuren eines nach dem anderen zunächst mit einer Ätzflüssigkeit behandelt werden, um einen Teilbereich der Emitterschicht und der Silikatglasschicht zu entfernen. Anschließend sollen Solarzellensubstrate in der gleichen Prozessierungsvorrichtung und ebenfalls sequenziell eines nach dem anderen mit einer oxidierend wirkenden Flüssigkeit behandelt werden, um die Siliziumoxid-Dünnschicht zu erzeugen. Die beiden Prozessschritte sollen sich in der Prozessierungsvorrichtung dabei direkt aneinander anschließen, d.h. in-line durchgeführt werden. Wie weiter unten noch detaillierter beschrieben, können vor, zwischen oder nach den genannten Prozessschritten noch weitere Prozessschritte, insbesondere Spül-, Reinigungs- oder Ätzschritte, durchgeführt werden.
  • Eine hierbei als Prozessierungsvorrichtung einsetzbare Nassbank verfügt sowohl über eine Ätzanordnung als auch über eine Oxidationsanordnung. Die Ätzanordnung ist dazu ausgebildet, im Rahmen des hierin beschriebenen Verfahrens zwecks Durchführung des Ätzschrittes den Teilbereich der oberflächennahen Schicht des Siliziumwafers einschließlich der dort eventuell vorab erzeugten Emitterschicht und Silikatglasschicht zu entfernen. Die Oxidationsanordnung ist dazu ausgebildet, im Rahmen des hierin beschriebenen Verfahrens die Siliziumoxid-Dünnschicht zu erzeugen.
  • In der Ätzanordnung ist zumindest ein Ätzflüssigkeitsbecken vorgesehen, in dem eine Ätzflüssigkeit aufgenommen werden kann, mittels derer die oberflächennahe Schicht des Siliziumwafers rückgeätzt werden kann. Gemäß einer Ausführungsform sind in der Ätzanordnung zumindest zwei Ätzflüssigkeitsbecken vorgesehen, in denen Ätzflüssigkeiten aufgenommen werden können, mittels derer die Emitterschicht und/oder die Silikatglasschicht im Rahmen des Ätzprozesses, der auch als Kantenisolationsprozess wirken kann, durch Ätzen entfernt werden kann.
  • Konkret kann gemäß einer Ausführungsform der Erfindung die Ätzanordnung ein Ätzflüssigkeitsbecken aufweisen, welches dazu konfiguriert ist, eine flusssäurehaltige Ätzflüssigkeit aufzunehmen. Die Nassbank kann hierbei ferner Parametrisierungseinrichtungen aufweisen, welche dazu konfiguriert sind, Prozessparameter betreffend die flusssäurehaltige Ätzflüssigkeit in dem Ätzflüssigkeitsbecken während des Ätzvorgangs innerhalb vorbestimmter Bereiche einzustellen.
  • Mit anderen Worten kann das Ätzflüssigkeitsbecken beispielsweise aufgrund der Materialien, die für dessen Komponenten eingesetzt werden, dazu ausgebildet sein, der flusssäurehaltigen Ätzflüssigkeit zu widerstehen. Außerdem können in der Nassbank Parametrisierungseinrichtungen vorgesehen sein, mithilfe derer Prozessparameter, die den durch die Ätzflüssigkeit bewirkten Ätzvorgang beeinflussen, eingestellt werden können. Solche Prozessparameter können zum Beispiel eine Konzentration der Ätzflüssigkeit, eine Temperatur der Ätzflüssigkeit, eine Homogenität der Ätzflüssigkeit, etc. sein. Zur Einstellung der Konzentration kann beispielsweise eine Parametrisierungseinrichtung in Form einer oder mehrerer Dosiereinrichtungen vorgesehen sein, mittels derer hochkonzentrierte Ätzflüssigkeit und/oder Lösungsmittel in die in dem Ätzflüssigkeitsbecken aufgenommene Ätzflüssigkeit beigemischt werden kann. Gegebenenfalls können Konzentrationsmesssensoren vorgesehen sein, um die Konzentration der Ätzflüssigkeit in einem oder mehreren Bereichen des Ätzflüssigkeitsbeckens messen zu können. Die Konzentration der Ätzflüssigkeit kann beispielsweise durch Messen der elektrischen Leitfähigkeit bestimmt werden. Zur Einstellung der Temperatur kann beispielsweise eine Parametrisierungseinrichtung in Form einer oder mehrerer Temperiereinrichtungen wie beispielsweise Heizeinrichtungen oder Kühleinrichtungen vorgesehen sein, mittels derer die in dem Ätzflüssigkeitsbecken aufgenommene Ätzflüssigkeit erwärmt bzw. gekühlt werden kann. Gegebenenfalls können Temperatursensoren vorgesehen sein, um die Temperatur der Ätzflüssigkeit in einem oder mehreren Bereichen des Ätzflüssigkeitsbeckens messen zu können. Zur Beeinflussung der Homogenität der Ätzflüssigkeit kann eine Parametrisierungseinrichtung in Form einer oder mehrerer Mischeinrichtungen vorgesehen sein, mittels derer die Ätzflüssigkeit in dem Ätzflüssigkeitsbecken durchmischt werden kann.
  • In der Oxidationsanordnung ist zumindest ein Oxidationsflüssigkeitsbecken vorgesehen, in dem eine oxidierend wirkende Flüssigkeit aufgenommen werden kann, mittels derer die Siliziumoxid-Dünnschicht an der Teiloberfläche des Solarzellensubstrates erzeugt werden kann.
  • Konkret kann gemäß einer Ausführungsform der Erfindung die Oxidationsanordnung zumindest ein Oxidationsflüssigkeitsbecken aufweisen, welches dazu konfiguriert ist, die oxidierend wirkende Flüssigkeit aufzunehmen. Die Nassbank kann ferner Parametrisierungseinrichtungen aufweisen, welche dazu konfiguriert sind, Prozessparameter betreffend die oxidierend wirkende Flüssigkeit in dem Oxidationsflüssigkeitsbecken während des Oxidierungsvorgangs innerhalb vorbestimmter Bereiche einzustellen.
  • Anders ausgedrückt kann das Oxidationsflüssigkeitsbecken beispielsweise aufgrund der Materialien, die für dessen Komponenten eingesetzt werden, dazu ausgebildet sein, der oxidierend wirkenden Flüssigkeit zu widerstehen. Außerdem können in der Nassbank Parametrisierungseinrichtungen vorgesehen sein, mithilfe derer Prozessparameter, die den durch die oxidierend wirkende Flüssigkeit bewirkten Oxidationsvorgang beeinflussen, eingestellt werden können. Solche Prozessparameter können zum Beispiel eine Konzentration der oxidierend wirkenden Flüssigkeit, eine Temperatur dieser Flüssigkeit, eine Homogenität dieser Flüssigkeit, etc. sein. Zur Einstellung der Konzentration kann beispielsweise eine Parametrisierungseinrichtung in Form einer oder mehrerer Dosiereinrichtungen vorgesehen sein, mittels derer ein Oxidationsmittel und/oder Lösungsmittel in die in dem Oxidationsflüssigkeitsbecken aufgenommene Flüssigkeit beigemischt werden kann. Gegebenenfalls können Konzentrationsmesssensoren vorgesehen sein, um die Konzentration der oxidierend wirkenden Flüssigkeit in einem oder mehreren Bereichen des Oxidationsflüssigkeitsbeckens messen zu können. Zur Einstellung der Temperatur kann beispielsweise eine Parametrisierungseinrichtung in Form einer oder mehrerer Temperiereinrichtungen wie beispielsweise Heizeinrichtungen oder Kühleinrichtungen vorgesehen sein, mittels derer die in dem Oxidationsflüssigkeitsbecken aufgenommene Flüssigkeit erwärmt bzw. gekühlt werden kann. Gegebenenfalls können Temperatursensoren vorgesehen sein, um die Temperatur der Flüssigkeit in einem oder mehreren Bereichen des Oxidationsflüssigkeitsbeckens messen zu können. Zur Beeinflussung der Homogenität der oxidierend wirkenden Flüssigkeit kann eine Parametrisierungseinrichtung in Form einer oder mehrerer Mischeinrichtungen vorgesehen sein, mittels derer die Flüssigkeit in dem Oxidationsflüssigkeitsbecken durchmischt werden kann.
  • Dadurch, dass die Nassbank sowohl die Ätzanordnung mit dem wenigstens einen Ätzflüssigkeitsbecken als auch die Oxidationsanordnung mit dem wenigstens einen Oxidationsflüssigkeitsbecken aufweist, können die Solarzellensubstrate innerhalb der gleichen Prozessierungsvorrichtung sukzessive nacheinander den ersten Prozessschritt (i) zum oberflächlichen Rückätzen bzw. zur Kantenisolation und dann den zweiten Prozessschritt (ii) zum Erzeugen der Siliziumoxid-Dünnschicht durchlaufen.
  • Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung werden hierbei Solarzellensubstrate mittels einer gemeinsamen Fördereinrichtung der Prozessierungsvorrichtung eines nach dem anderen zunächst durch das die Ätzflüssigkeit aufnehmende Ätzflüssigkeitsbecken und anschließend durch das die oxidierend wirkende Flüssigkeit aufnehmende Oxidationsflüssigkeitsbecken bewegt.
  • Anders ausgedrückt verfügt die Nassbank vorzugsweise über eine einzelne Fördereinrichtung, beispielsweise mit mehreren angetriebenen Transportrollen, welche die Solarzellensubstrate entlang eines Verlagerungsweges befördern. Die Fördereinrichtung ist dabei derart ausgestaltet und verläuft derart sowohl entlang des Ätzflüssigkeitsbeckens als auch des Oxidationsflüssigkeitsbeckens, das mit der Fördereinrichtung transportierte Solarzellensubstrate zunächst durch die Ätzflüssigkeit in dem Ätzflüssigkeitsbecken und anschließend durch die oxidierend wirkende Flüssigkeit in dem Oxidationsflüssigkeitsbecken bewegt werden. Die Solarzellensubstrate können dabei vollständig in die jeweilige Flüssigkeit eingetaucht werden, sodass die gesamte Oberfläche eines Substrats benetzt wird. Alternativ können die Solarzellensubstrate lediglich mit einer Teiloberfläche in Kontakt mit der jeweiligen Flüssigkeit gebracht werden, sodass nur diese Teiloberfläche benetzt wird. Mithilfe der Fördereinrichtung kann somit ein Durchlaufprozess bzw. ein in-line-Prozess etabliert werden, bei dem der erste und der zweite Verfahrensschritt des hierin beschriebenen Verfahrens automatisiert nacheinander durchgeführt werden.
  • Gemäß einer Ausführungsform können dabei Solarzellensubstrate während der Prozessschritte (i) und (ii) mit einer einheitlichen Geschwindigkeit zunächst durch die Ätzflüssigkeit und dann durch die oxidierend wirkende Flüssigkeit bewegt werden.
  • Mit anderen Worten sollte die Geschwindigkeit, mit der die Solarzellensubstrate die Ätzanordnung durchlaufen, und die Geschwindigkeit, mit der die Solarzellensubstrate die Oxidationsanordnung durchlaufen, gleich sein. Dies kann beispielsweise dadurch erreicht werden, dass die Solarzellensubstrate durch beide Anordnungen mit einer gemeinsamen Fördereinrichtung bewegt werden. Beispielsweise können die angetriebenen Transportrollen einer Fördereinrichtung miteinander gekoppelt sein und sich dementsprechend synchronisiert drehen. Alternativ können in den beiden Anordnungen separate Fördereinrichtungen vorgesehen sein, die jedoch hinsichtlich ihrer Fördergeschwindigkeiten synchronisiert sind. Dementsprechend kann ein Durchsatz von Solarzellensubstraten durch jede der beiden Anordnungen jeweils gleich sein und dem Gesamtdurchsatz der Nassbank entsprechen. Wartezeiten und/oder Lagerungszeiten, während derer Solarzellensubstrate beispielsweise nach Durchführung des Ätzvorgangs unkontrolliert beispielsweise durch Kontakt mit Umgebungsluft oxidieren könnten, können somit weitestgehend entfallen.
  • In einer alternativen Ausgestaltung können die Solarzellensubstrate mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten durch die Ätzflüssigkeit einerseits und durch die oxidierend wirkende Flüssigkeit andererseits bewegt werden. Hierzu können in der Nassbank in verschiedenen Bereichen bzw. Becken separate Fördereinrichtungen vorgesehen sein. Ein Durchsatz kann in den verschiedenen Bereichen bzw. Becken vereinheitlicht werden, indem die Solarzellensubstrate beispielsweise mit unterschiedlichen Abständen zwischen hintereinander angeordneten Solarzellensubstrate von der jeweiligen Fördereinrichtung transportiert werden.
  • Gemäß einer Ausführungsform können die Solarzellensubstrate während eines Übergangs von Prozessschritt (i) zu Prozessschritt (ii) zumindest bereichsweise mit Flüssigkeit benetzt bleiben.
  • Anders ausgedrückt können die Solarzellensubstrate in einem vollständig oder zumindest bereichsweise benetzten Zustand von dem Ätzflüssigkeitsbecken in das Oxidationsflüssigkeitsbecken überführt werden. Zwar kann es aufgrund der Tatsache, dass die Oberfläche des Solarzellensubstrats durch die Behandlung in dem Prozessschritt (i) hydrophobe Eigenschaften erhalten kann, zu einer teilweisen Entnetzung kommen, sobald das Solarzellensubstrat aus dem Ätzflüssigkeitsbecken herausbewegt wird. Im Regelfall wird es jedoch trotz dieser hydrophoben Eigenschaften nicht zu einer vollständigen Entnetzung kommen, sondern zumindest ein kleiner Rest von Flüssigkeit wird das Solarzellensubstrat benetzen. Insbesondere braucht bei dem hier vorgeschlagenen Verfahren und bei der hierfür eingesetzten Nassbank keine aktive Entnetzung und/oder Trocknung der Solarzellensubstrate während des Übergangs von Prozessschritt (i) zu Prozessschritt (ii) erfolgen. Insbesondere braucht kein sogenanntes Luftmesser, d.h. unter Druck zirkuliertes Gas, zur Durchführung einer Trocknung bzw. Entnetzung zwischen den beiden Prozessschritten (i) und (ii) eingesetzt werden. Eine Überführung eines Solarzellensubstrats zwischen den beiden Becken kann vorzugsweise sehr schnell erfolgen, beispielsweise innerhalb von weniger als 1 min, vorzugsweise weniger als 30 s oder sogar weniger als 10 s. Mit anderen Worten brauchen die Solarzellensubstrate zwischen einem Durchlaufen der Ätzanordnung und einem Durchlaufen der Oxidationsanordnung nicht zwischenzeitlich getrocknet werden. Dementsprechend kann ein Risiko, dass es zu einer unkontrollierten Oxidation an der Oberfläche der Solarzellensubstrate beispielsweise durch Kontakt mit Umgebungsluft kommt, minimiert werden.
  • Gemäß einer Ausführungsform kann in Prozessschritt (ii) die Siliziumoxid-Dünnschicht an der Teiloberfläche des Solarzellensubstrates durch Behandlung der Teiloberfläche mit einer ozonhaltigen Lösung erzeugt werden.
  • Mit anderen Worten kann als oxidierend wirkende Flüssigkeit eine ozonhaltige Lösung eingesetzt werden. Ozon (O3) kann stark oxidierend wirken, sodass beispielsweise bei Kontakt mit Silizium Siliziumoxid gebildet wird, beispielsweise als Siliziumdioxid (SiO2) oder als nicht-stöchiometrisches Siliziumoxid (SiOx). Ozon kann in einer Flüssigkeit in erheblichen Konzentrationen in Lösung gehen. Als Lösungsmittel kann beispielsweise Wasser, insbesondere deionisiertes Wasser, dienen. Eventuell kann dem Wasser eine geringe Menge an Säure, insbesondere Salzsäure, zugemischt sein, beispielsweise um darin die Ozonlöslichkeit zu steigern. Mittels der ozonhaltigen Lösung kann somit die Oberfläche des Siliziumwafers effizient und gleichmäßig aufoxidiert werden, um dadurch die Siliziumoxid-Dünnschicht zu erzeugen.
  • Gemäß einer Ausführungsform kann hierbei die Nassbank ferner einen Ozongenerator aufweisen, der dazu konfiguriert ist, die oxidierend wirkende Flüssigkeit mit Ozon anzureichern.
  • Mithilfe eines solchen Ozongenerators kann auf verhältnismäßig einfache und/oder gut zu kontrollierende Weise eine stark oxidierend wirkende Flüssigkeit erzeugt werden. Der Ozongenerator kann beispielsweise aus in der Umgebungsluft enthaltenem Sauerstoff oder aus einer Gasversorgungseinrichtung geliefertem Sauerstoff gasförmiges Ozon bilden, eventuell unter Zugabe geringer Mengen an Stickstoff. Dieses Ozon kann dann bei geeigneten Prozessparametern, insbesondere geeigneten Temperaturen und Drücken, in einem Lösungsmittel angereichert werden, um dadurch die oxidierend wirkende Flüssigkeit zu bilden.
  • Gemäß einer Ausführungsform kann die ozonhaltige Lösung einen Ozongehalt von zwischen 0,1 ppm und 70 ppm, vorzugsweise zwischen 1 ppm und 40 ppm und stärker bevorzugt zwischen 25 ppm und 40 ppm aufweisen.
  • Insbesondere ozonhaltige Lösungen mit einem hohen Ozongehalt von beispielsweise mehr als 25 ppm können als stark oxidierend wirkende Flüssigkeiten dienen. Allerdings kann das Bilden solch hochkonzentrierter ozonhaltiger Lösungen einigen technischen Aufwand und/oder eine Einhaltung bestimmter Prozessparameter erfordern. Um jedoch die Siliziumoxid-Dünnschicht im Rahmen des hierin vorgeschlagenen Verfahrens geeignet, d.h. beispielsweise in ausreichend kurzer Zeit, erzeugen zu können, kann der notwendige technische Aufwand bzw. ein geeignetes Kontrollieren der Prozessparameter gerechtfertigt sein.
  • Gemäß einer Ausführungsform kann die ozonhaltige Lösung eine Temperatur von zwischen 0 °C und 60 °C, vorzugsweise zwischen 20 °C und 50 °C und stärker bevorzugt zwischen 30 ° und 45 °C aufweisen.
  • Mit anderen Worten wurde es als vorteilhaft erkannt, die ozonhaltige Lösung während des Erzeugens der Siliziumoxid-Dünnschicht auf relativ geringe Temperaturen zu temperieren. Die Prozesstemperatur der ozonhaltigen Lösung beeinflusst dabei einerseits eine Konzentration, mit der Ozon in dem Lösungsmittel gelöst werden kann, wobei im Allgemeinen eine umso höhere Ozonkonzentration bewirkt und stabil gehalten werden kann, je niedriger die Temperatur der Lösung ist. Andererseits kann die Prozesstemperatur Einfluss auf eine Reaktionsgeschwindigkeit nehmen, mit der eine Oxidationsreaktion eintritt, wobei im Allgemeinen Reaktionsgeschwindigkeiten mit der Temperatur zu nehmen. Insgesamt wurde beobachtet, dass mit ozonhaltigen Lösungen, die in etwa bei einer Temperatur von 40°C ± 10°C temperiert werden, im Rahmen des zweiten Prozessschrittes des hierin beschriebenen Verfahrens die Siliziumoxid-Dünnschicht in vorteilhafter Weise erzeugt werden kann.
  • Gemäß einer Ausführungsform kann die ozonhaltige Lösung durch Zugabe einer Säure, vorzugsweise durch Zugabe von Salzsäure, auf einen pH-Wert von weniger als 6, vorzugsweise auf einen pH-Wert von zwischen 3 und 4 eingestellt werden.
  • Es wurde beobachtet, dass eine Ozonkonzentration innerhalb der ozonhaltigen Lösung einfacher und/oder stabiler auf einem gewünschten Niveau gehalten werden kann, wenn die ozonhaltige Lösung leicht sauer ist. Ein hierbei anzustrebender pH-Wert kann in einfacher Weise durch Eindosieren von Salzsäure (HCl) eingestellt werden. Der pH-Wert der ozonhaltigen Lösung kann dabei vor oder während des Erzeugens der Siliziumoxid-Dünnschicht eingestellt und/oder gemessen werden. In der Oxidationsanordnung kann hierzu ein geeigneter Sensor zum Messen des pH-Werts der oxidierend wirkenden Flüssigkeit vorgesehen sein. Außerdem kann die Oxidationsanordnung beispielsweise ein Säurereservoir und eine Dosierpumpe umfassen, deren Betrieb beispielsweise unter Berücksichtigung des von dem Sensor gemessenen pH-Werts gesteuert bzw. geregelt wird.
  • Gemäß einer Ausführungsform kann die Teiloberfläche des Solarzellensubstrates während einer Prozessdauer von zwischen 1 s und 300 s, vorzugsweise zwischen 50 s und 180 s, mit der oxidierend wirkenden Flüssigkeit behandelt werden.
  • Anders ausgedrückt können Prozessparameter beim Aufoxidieren der Teiloberfläche des Solarzellensubstrats derart eingestellt werden, dass die Siliziumoxid-Dünnschicht mit gewünschten Eigenschaften, insbesondere einer gewünschten Dicke und/oder Homogenität, innerhalb verhältnismäßig kurzer Prozessdauern erzeugt wird. Hierzu können Prozessparameter wie beispielsweise die Konzentration der ozonhaltigen Lösung und deren Temperatur geeignet eingestellt werden. Je kürzer hierbei eine erreichte Prozessdauer ist, d.h. je schneller die Siliziumoxid-Dünnschicht durch Behandlung mit der oxidierend wirkenden Flüssigkeit erzeugt werden kann, desto kürzer kann beispielsweise eine Länge des Oxidationsflüssigkeitsbeckens sein und/oder desto höher kann die Transportgeschwindigkeit durch das Oxidationsflüssigkeitsbecken sein. Insgesamt kann durch die geeignete Wahl der Prozessparameter und der damit einstellbaren kurzen Prozessdauer eine notwendige Länge der Nassbank gering gehalten werden und/oder ein mit der Nassbank zu erzielender Durchsatz hoch gehalten werden.
  • Gemäß einer Ausführungsform kann in Prozesschritt (ii) die Siliziumoxid-Dünnschicht an der Teiloberfläche des Solarzellensubstrates nacheinander durch Behandlung der Teiloberfläche mit einer in einem ersten Becken aufgenommenen ersten ozonhaltigen Lösung und anschließend durch Behandlung der Teiloberfläche mit einer in einem zweiten Becken aufgenommenen zweiten ozonhaltigen Lösung erzeugt werden.
  • Anders ausgedrückt kann die Erzeugung der Siliziumoxid-Dünnschicht als zweistufiger Prozess durchgeführt werden. Dabei können in den verschiedenen Prozessstufen unterschiedliche ozonhaltige Lösungen eingesetzt werden. Die Lösungen können sich beispielsweise hinsichtlich ihrer Ozonkonzentration, ihrer Temperatur und/oder anderer Prozessparameter unterscheiden. Insgesamt kann hierdurch die Siliziumoxid-Dünnschicht eventuell präziser und/oder zuverlässiger erzeugt werden.
  • Gemäß einer Ausführungsform kann hierzu die Nassbank in ihrer Oxidationsanordnung zumindest zwei Oxidationsflüssigkeitsbecken aufweisen, welche jeweils dazu konfiguriert sind, eine oxidierend wirkende Flüssigkeit aufzunehmen, wobei die Nassbank für jedes der Oxidationsflüssigkeitsbecken ferner Parametrisierungseinrichtungen aufweist, welche dazu konfiguriert sind, Prozessparameter betreffend die oxidierend wirkende Flüssigkeit in dem jeweiligen Oxidationsflüssigkeitsbecken während des Oxidierungsvorgangs innerhalb vorbestimmter Bereiche einzustellen.
  • Die beiden Oxidationsflüssigkeitsbecken können dabei entlang einer Förderrichtung, in der die Fördereinrichtung die Solarzellensubstrate bewegt, hintereinander angeordnet sein. Von der Ätzanordnung kommend durchläuft ein Solarzellensubstrat somit zunächst ein erstes Oxidationsflüssigkeitsbecken und dann ein zweites Oxidationsflüssigkeitsbecken. In jedem der beiden Becken können sich dabei mithilfe der Parametrisierungseinrichtungen unterschiedlich parametrierte, oxidierend wirkende Flüssigkeiten, das heißt beispielsweise unterschiedlich konzentrierte und/oder temperierte Ozonlösungen, befinden.
  • Bei der weiter oben beschriebenen Ausgestaltung des hierin dargelegten Prozessierungsverfahrens kann in Prozessschritt (i) der Teilbereich der Emitterschicht und der diesen überdeckende Teilbereich der Silikatglasschicht mittels eines einstufigen Ätzvorgangs in einer Ätzflüssigkeit entfernt werden. Als Ätzflüssigkeit kann hierbei eine Lösung eingesetzt werden, welche sowohl das Silizium der Emitterschicht als auch das Siliziumoxid der Silikatglasschicht ätzt. Beispielsweise kann hierzu eine Lösung eingesetzt werden, die sowohl Flusssäure (HF) als auch oxidierend wirkende Salpetersäure (HNO3) enthält. Bei dieser Ausgestaltung kann es genügen, ein einziges Ätzflüssigkeitsbecken in der Ätzanordnung vorzusehen.
  • Allerdings kann ein derart ausgestalteter Ätz-Prozessschritt bei einer industriellen Anwendung verschiedene Nachteile bewirken. Beispielsweise kann der Prozessschritt sehr umweltschädlich sein, aufgrund einer hohen damit einhergehenden Nitratbelastung, und/oder er kann aufwendig handzuhaben sein, aufgrund unter anderem einer Notwendigkeit, nitrose Gase (NOx) und Abwasser ableiten zu müssen sowie hohe Sicherheitsvorkehrungen und strengen Personenschutz gewährleisten zu müssen. Außerdem kann sich eine Schicht aus porösem Silizium bilden, welche vor der Durchführung nachfolgender Prozessschritte im Regelfall zurückgeätzt werden muss.
  • Als Alternative zu einem einstufigen Ätzvorgang kann gemäß einer Ausführungsform in Prozesschritt (i) der Kantenisolationsprozess zweistufig mit einer ersten Prozessstufe und einer zweiten Prozessstufe ausgebildet sein. In der ersten Prozessstufe kann dabei der Teilbereich der Silikatglasschicht durch Behandlung der Oberfläche des Solarzellensubstrates mit einer flusssäurehaltigen Ätzflüssigkeit entfernt werden. In der zweiten Prozessstufe kann der Teilbereich der Emitterschicht durch Behandlung der Oberfläche des Solarzellensubstrates mit einer basischen Ätzflüssigkeit entfernt werden.
  • Anders ausgedrückt kann der Kantenisolationsprozess durch einen zweistufigen Ätzvorgang durchgeführt werden. In der ersten Prozessstufe wird dabei lediglich die Silikatglasschicht oberhalb des zu entfernenden Teilbereichs der Emitterschicht weggeätzt, indem diese mit einer Ätzflüssigkeit behandelt wird, die nur die Silikatglasschicht, nicht aber Silizium angreift. Hierfür kann beispielsweise eine Ätzflüssigkeit eingesetzt werden, die lediglich Flusssäure, nicht aber eine oxidierend wirkende Substanz wie beispielsweise Salpetersäure enthält. Flusssäure ätzt hierbei das Siliziumoxid der Silikatglasschicht, nicht aber das Silizium in der Emitterschicht. Die Solarzellensubstrate können hierbei derart gehalten bzw. geführt werden, dass sie lediglich einseitig mit der flusssäurehaltigen Ätzflüssigkeit in Kontakt kommen, sodass an der entgegengesetzten Oberfläche die dortige Silikatglasschicht ungeätzt verbleibt.
  • In der zweiten Prozessstufe wird dann selektiv hauptsächlich die Emitterschicht in dem zuvor von der Silikatglasschicht befreiten Teilbereich weggeätzt, indem diese mit einer Ätzflüssigkeit behandelt wird, die im Wesentlichen nur Silizium angreift, welche die Silikatglasschicht jedoch nicht oder allenfalls wenig bzw. langsam ätzt, sodass die Silikatglasschicht nach dem Ätzschritt der zweiten Prozessstufe zumindest noch mit einer Restdicke verbleibt. Hierfür kann eine basische Ätzlösung wie beispielsweise eine Kaliumhydroxidlösung (KOH), eine Natriumhydroxidlösung (NaOH) oder eine Tetramethylammoniumhydroxidlösung (TMAH) eingesetzt werden. Diese kann auf Prozesstemperaturen von typischerweise zwischen 60 und 85 °C erhitzt sein.
  • Die bei dem vorgeschlagenen zweistufigen Prozess eingesetzten Flüssigkeiten sowie deren Abfallprodukte sind im Allgemeinen wesentlich einfacher handzuhaben bzw. abzuführen als diejenigen des weiter oben beschriebenen einstufigen Prozesses.
  • Außerdem sind alkalisch geätzte Oberflächen meist glatter und daher besser geeignet für eine anschließende Bildung einer Tunneloxidschicht als sauer geätzte Oberflächen.
  • Zur Durchführung eines solchen zweistufigen Prozesses kann die Ätzanordnung gemäß einer Ausführungsform ferner ein weiteres Ätzflüssigkeitsbecken aufweisen, welches dazu konfiguriert ist, eine basische, beispielsweise kaliumhydroxidhaltige Ätzflüssigkeit aufzunehmen, mittels derer zumindest ein Teilbereich der Emitterschicht an dem Solarzellensubstrat im Rahmen des Kantenisolationsprozesses durch Behandlung der Oberfläche des Solarzellensubstrates mit der kaliumhydroxidhaltigen Ätzflüssigkeit in dem Ätzvorgang zu entfernen ist. Die Nassbank weist hierbei ferner Parametrisierungseinrichtungen auf, welche dazu konfiguriert sind, Prozessparameter betreffend die kaliumhydroxidhaltige Ätzflüssigkeit in dem weiteren Ätzflüssigkeitsbecken während des Ätzvorgangs innerhalb vorbestimmter Bereiche einzustellen.
  • Das weitere Ätzflüssigkeitsbecken kann sich zwischen einem vorangehenden Ätzflüssigkeitsbecken und einem nachfolgenden Oxidationsflüssigkeitsbecken befinden. Als Parametrisierungseinrichtung kann dieses weitere Ätzflüssigkeitsbecken insbesondere eine Heizung aufweisen, um darin aufgenommene kaliumhydroxidhaltige Ätzflüssigkeit erhitzen zu können. Ferner kann ein Temperatursensor vorgehalten sein, um die Temperatur der Ätzflüssigkeit überwachen zu können.
  • Gemäß einer weiter konkretisierten Ausführungsform können nach der zweiten Prozessstufe und vor dem Erzeugen der Siliziumoxid-Dünnschicht Metallionen durch Behandlung der Oberfläche des Solarzellensubstrates mit einer weiteren flusssäurehaltigen und salzsäurehaltigen Ätzflüssigkeit entfernt werden.
  • Mit anderen Worten kann, nachdem in der zweiten Prozessstufe die Emitterschicht in dem zuvor von der Silikatglasschicht befreiten Teilbereich weggeätzt wurde, das Solarzellensubstrat von Rückständen in Form von Metallionen gereinigt werden. Hierzu kann das Solarzellensubstrat in Kontakt mit einer niedrig konzentrierten Ätzflüssigkeit gebracht werden. Die hierfür eingesetzte weitere Ätzflüssigkeit kann Flusssäure enthalten, aber frei von oxidierend wirkenden Medien, insbesondere frei von Salpetersäure, sein. Außerdem kann diese weitere Ätzflüssigkeit Salzsäure enthalten.
  • Die Nassbank kann gemäß einer Ausführungsform hierfür in ihrer Ätzanordnung ferner ein zusätzliches Ätzflüssigkeitsbecken aufweisen, welches dazu konfiguriert ist, die flusssäurehaltige und salzsäurehaltige Ätzflüssigkeit aufzunehmen, mittels derer Metallionen durch Behandlung der Oberfläche des Solarzellensubstrates in dem Ätzvorgang zu entfernen sind. Außerdem kann die Nassbank ferner Parametrisierungseinrichtungen aufweisen, welche dazu konfiguriert sind, Prozessparameter betreffend die flusssäurehaltige und salzsäurehaltige Ätzflüssigkeit in dem weiteren Ätzflüssigkeitsbecken während des Ätzvorgangs innerhalb vorbestimmter Bereiche einzustellen.
  • Es wird darauf hingewiesen, dass mögliche Vorteile und Ausgestaltungen von Ausführungsformen der Erfindung hierin teilweise mit Bezug auf ein erfindungsgemäßes Prozessierungsverfahren und teilweise mit Bezug auf eine erfindungsgemäße Nassbank beschrieben sind. Ein Fachmann erkennt, dass die beschriebenen Merkmale in geeigneter Weise übertragen, angepasst, ausgetauscht oder modifiziert werden können, um zu weiteren Ausführungsformen der Erfindung zu gelangen.
  • Figurenliste
  • Nachfolgend werden Ausführungsformen der Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben, wobei weder die Zeichnungen noch die Beschreibung als die Erfindung einschränkend auszulegen sind.
    • 1 zeigt eine Längsschnittansicht einer Nassbank gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.
    • 2 veranschaulicht Schritte eines Prozessierungsverfahrens gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.
  • Die Figuren sind lediglich schematisch und nicht maßstabsgetreu. Gleiche Bezugszeichen bezeichnen in den verschiedenen Figuren gleiche oder gleichwirkende Merkmale.
  • BESCHREIBUNG VON BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
  • 1 zeigt eine Nassbank 1. Die Nassbank 1 dient als Prozessierungsvorrichtung 3 zur Prozessierung einer Mehrzahl von Solarzellensubstraten 5.
  • Insbesondere ist die Nassbank 1 dazu konfiguriert, Solarzellensubstrate 5 in Form von Siliziumwafern, an deren Oberfläche eventuell zuvor eine Emitterschicht und eine diese überdeckende Silikatglasschicht gebildet wurden, zunächst im Rahmen eines Ätzprozesses in Teilbereichen rückzuätzen und dabei gegebenenfalls von der Emitterschicht zu befreien und anschließend im Rahmen eines Oxidationsprozesses an der Oberfläche der Solarzellensubstrate 5 eine Siliziumoxid-Dünnschicht zu erzeugen.
  • Grob gegliedert umfasst die Nassbank 1 eine Ätzanordnung 7, eine Oxidationsanordnung 9 und eine Fördereinrichtung 11.
  • Im dargestellten Beispiel umfasst die Ätzanordnung 7 drei Ätzflüssigkeitsbecken 13. Jedes der Ätzflüssigkeitsbecken 13 ist dazu ausgelegt, eine Ätzflüssigkeit, mit der die Silikatglasschicht und/oder die Emitterschicht geätzt werden kann, aufzunehmen. Dabei ist jedes Ätzflüssigkeitsbecken 13 mit zumindest einer Parametrisierungseinrichtung 15 verbunden, welche Prozessparameter der jeweiligen Ätzflüssigkeit in dem Ätzflüssigkeitsbecken 13 während eines Ätzvorgangs in gewünschter Weise einstellen kann. Die Parametrisierungseinrichtung 15 kann hierzu beispielsweise eine Dosiereinrichtung 17 aufweisen, mithilfe derer konzentrierte Ätzflüssigkeit aus einem Reservoir 19 kommend in das jeweilige Ätzbecken 13 eingeleitet werden kann. Die Dosiereinrichtung 17 kann von einer Steuereinheit 21 gesteuert bzw. geregelt werden.
  • Dabei kann die Steuereinheit 21 mit Sensoren 23 wie beispielsweise einem Konzentrationssensor zum Messen der Konzentration der Ätzflüssigkeit in dem Ätzbecken 13 und/oder einem Temperatursensor zum Messen der Temperatur der Ätzflüssigkeit in dem Ätzbecken 13 verbunden sein. Ferner kann jede der Steuereinheiten 21 mit einer zentralen Steuerung 25 der Nassbank 1 verbunden sein.
  • Bei der dargestellten Nassbank 1 ist ein erstes Ätzflüssigkeitsbecken 27 dazu vorgesehen, eine flusssäurehaltige Ätzflüssigkeit aufzunehmen, wobei diese Ätzflüssigkeit frei von oxidierend wirkenden Substanzen wie zum Beispiel Salpetersäure ist. Die zugehörige Parametrisierungseinrichtung 15 ist dazu ausgelegt, Prozessparameter wie zum Beispiel eine Konzentration, eine Temperatur, etc. für diese flusssäurehaltige Ätzflüssigkeit in dem Ätzflüssigkeitsbecken 27 einzustellen.
  • Ein weiteres zweites Ätzflüssigkeitsbecken 29 ist dazu vorgesehen, eine basische, beispielsweise kaliumhydroxidhaltige Ätzflüssigkeit aufzunehmen. Die zugehörige Parametrisierungseinrichtung 15 dient dazu, Prozessparameter wie zum Beispiel eine Konzentration, eine Temperatur, etc. für diese kaliumhydroxidhaltige Ätzflüssigkeit in dem Ätzflüssigkeitsbecken 29 einzustellen. Neben einer Verbindung zu Sensoren 23 kann hierbei eine zugehörige Steuereinheit 21 eine Heizeinrichtung (nicht dargestellt) dazu ansteuern, die Ätzflüssigkeit auf eine erhöhte Temperatur von beispielsweise zwischen 60° C und 85 °C zu heizen.
  • Ein zusätzliches drittes Ätzflüssigkeitsbecken 31 ist dazu vorgesehen, eine flusssäurehaltige und salzsäurehaltige Ätzflüssigkeit aufzunehmen. Die zugehörige Parametrisierungseinrichtung 15 kann hierzu zwei Dosiereinrichtungen 17 umfassen, um einerseits konzentrierte Flusssäure und andererseits konzentrierte Salzsäure aus jeweiligen Reservoirs 19 in das Ätzflüssigkeitsbecken 31 zu dosieren.
  • Die Oxidationsanordnung 9 umfasst in dem dargestellten Beispiel zwei Oxidationsflüssigkeitsbecken 33. Die Oxidationsflüssigkeitsbecken 33 sind dazu ausgelegt, eine oxidierend wirkende Flüssigkeit aufzunehmen. Jedes Oxidationsflüssigkeitsbecken 33 ist mit einer zugehörigen Parametrisierungseinrichtung 35 verbunden, mit deren Hilfe Prozessparameter betreffend die oxidierend wirkende Flüssigkeit in dem jeweiligen Oxidationsflüssigkeitsbecken 33 während eines Oxidierungsvorgangs eingestellt werden können.
  • Dabei kann die Parametrisierungseinrichtung 35 eine Steuereinheit 37 umfassen, die mittels Sensoren 23 Informationen über aktuelle Prozessparameter wie z.B. Konzentrationen, Temperaturen, pH-Werte, etc. in dem jeweiligen Oxidationsflüssigkeitsbecken 33 erfassen kann. Die Steuereinheit 37 kann dann eine Dosiereinrichtungen 39 geeignet ansteuern, um die Konzentration an oxidierend wirkender Flüssigkeit geeignet einzustellen. Ferner kann die Steuereinheit 37 eine Temperiereinrichtung 41 geeignet ansteuern, um die Temperatur der oxidierend wirkenden Flüssigkeit geeignet einzustellen. Ergänzend kann über die Steuereinheit 37 eine Säuredosiereinrichtung 43 angesteuert werden, mithilfe derer ein pH-Wert der Flüssigkeit in dem Oxidationsflüssigkeitsbecken 33 auf einem gewünschten Niveau gehalten werden kann. Die Prozessparameter können in einem ersten Becken 34a der Oxidationsflüssigkeitsbecken 33 und in einem zweiten Becken 34b der Oxidationsflüssigkeitsbecken 33 unterschiedlich eingestellt werden.
  • Beispielsweise kann das Oxidationsflüssigkeitsbecken 33 mit einem Ozongenerator 45 verbunden sein, der dazu konfiguriert ist, die Flüssigkeit in dem Oxidationsflüssigkeitsbecken 33 mit Ozon anzureichern, um eine oxidierend wirkende ozonhaltige Lösung zu bilden.
  • Die Parametrisierungseinrichtung 35 kann durch geeignetes Ansteuern des Ozongenerators 45 dazu eingerichtet sein, die ozonhaltige Lösung mit einem Ozongehalt in einem Bereich von 0,1 ppm bis 70 ppm, vorzugsweise zwischen 25 ppm und 40 ppm einzustellen. Ferner kann die Temperatur der ozonhaltigen Lösung durch geeignetes Ansteuern der Temperiereinrichtung 41 vorzugsweise in einem Bereich von 0 °C bis 60 °C, vorzugsweise unterhalb von 50 °C, gehalten werden. Außerdem kann der pH-Wert durch geeignetes Ansteuern der Säuredosiereinrichtung 43 in einem Bereich von 3 bis 4 gehalten werden.
  • Die Fördereinrichtung 11 ist dazu konfiguriert, die Solarzellensubstrate 5 sequentiell, d.h. nacheinander, zunächst durch die Ätzanordnung 7 und anschließend durch die Oxidationsanordnung 9 zu bewegen. Hierzu kann die Fördereinrichtung 11 eine Vielzahl von Transportrollen (aus Übersichtlichkeitsgründen nicht dargestellt) aufweisen, von denen wenigstens einige aktiv angetrieben sein können. Die Solarzellensubstrate 5 können mithilfe der Transportrollen in einer Förderrichtung 49 von einem Einlass 51 der Nassbank 1 entlang eines Förderweges hin zu einem Auslass 53 der Nassbank bewegt werden und dabei durch die verschiedenen Ätzflüssigkeitsbecken 13 und Oxidationsflüssigkeitsbecken 33 geführt werden.
  • Alternativ ist auch vorstellbar, die Solarzellensubstrate 5 entlang des Förderweges mittels eines umlaufenden Förderbandes 47 zu bewegen, auf dem die Solarzellensubstrate 5 abgelegt sein können und dass sich in der Förderrichtung 49 von dem Einlass 51 der Nassbank 1 kommend entlang der Ätzanordnung 7 und dann entlang der Oxidationsanordnung 9 hin zu dem Auslass 53 der Nassbank bewegt und dabei die Solarzellensubstrate 5 durch die verschiedenen Ätzflüssigkeitsbecken 13 und Oxidationsflüssigkeitsbecken 33 führt. Gegebenenfalls kann das Förderband 47 eine Breite aufweisen, welche es erlaubt, mehrere Solarzellensubstrate 5 quer zu der Förderrichtung 49 nebeneinander darauf zu platzieren. Jedes Solarzellensubstrat 5 kann somit Teil einer von mehreren nebeneinander angeordneten Reihen oder Spuren aus in der Förderrichtung 49 hintereinander angeordneten Solarzellensubstraten 5 sein. Das Förderband 47 kann an Umlenkrollen 55 umgelenkt werden, wobei zumindest eine dieser Umlenkrollen 55 von einem Antrieb 57 angetrieben werden kann.
  • Prinzipiell ist es möglich, die Fördereinrichtung 11 derart auszugestalten, dass Solarzellensubstrate 5 zwischen zwei benachbarten Becken jeweils über einen Rand der Becken angehoben werden und dann bei Erreichen des benachbarten Beckens wieder auf oder unter das dortige Flüssigkeitsniveau abgesenkt werden. Es ist alternativ jedoch auch möglich, die Nassbank 1 und ihre Fördereinrichtung 11 beispielsweise mithilfe von Stauwehren und Quetschwalzen so auszugestalten, dass der Förderweg horizontal entlang einer Ebene verläuft.
  • Die Fördereinrichtung 11 kann die Solarzellensubstrate 5 mit einer von dem Antrieb 57 vorgegebenen Fördergeschwindigkeit durch die verschiedenen Becken 13, 33 führen. Eine Länge der Becken 13, 33 entlang der Förderrichtung 49 bestimmt hierbei, wie lange sich ein Solarzellensubstrat 5 in einer in dem jeweiligen Becken aufgenommenen Flüssigkeit befindet. Die Länge der Oxidationsflüssigkeitsbecken 33 kann vorzugsweise derart bemessen sein, dass sich bezogen auf eine vorgegebene Fördergeschwindigkeit eine Prozessdauer, innerhalb derer das Solarzellensubstrat 5 durch die Oxidationsflüssigkeitsbecken 33 geführt wird und dort durch die oxidierend wirkende Flüssigkeit aufoxidiert wird, kürzer als 300 s, vorzugsweise kürzer als 180 s ist.
  • Ergänzend verfügt die beispielhaft dargestellte Nassbank 1 über eine Spülanordnung 59 mit einem Spülbecken 61, in das von einem Reservoir 63 oder einer Leitung kommend und von einer Steuereinheit 65 gesteuert Spülflüssigkeit wie beispielsweise deionisiertes Wasser eingebracht werden kann. Eventuell kann jedem Prozessschritt ein entsprechender Spülschritt nachgeschaltet sein, um beispielsweise eine Medienverschleppung durch die Solarzellensubstrate 5 zu minimieren. Mithilfe der Spülflüssigkeit können die Solarzellensubstrate 5 gereinigt werden. Gegebenenfalls kann die Spülanordnung 59 ferner über eine Trocknungseinrichtung (nicht dargestellt) verfügen, um die Solarzellensubstrate 5 anschließend zu trocknen, bevor diese am Auslass 53 aus der Nassbank 1 zu entnehmen sind. Oberhalb der Ätzanordnung 7, der Oxidationsanordnung 9 und der Spülanordnung 59 kann ein Abzug 67 freigesetzte Gase und/oder Dämpfe absaugen.
  • Nachfolgend wird mit Bezug auf 2 eine Sequenz von Prozessschritten (a) bis (e) beschrieben, mit der Solarzellensubstrate 5 bei Durchlaufen der Nassbank 1 prozessiert werden können.
  • Im ersten Prozessschritt (a) wird das Solarzellensubstrat 5 beispielsweise durch Auflegen auf die Fördereinrichtung 11 am Einlass 51 der Nassbank 1 bereitgestellt. Das Solarzellensubstrat 5 hat dabei vorzugsweise vorangehend bereits einen Diffusionsvorgang in einer heißen Dotierstoff-haltigen Atmosphäre durchlaufen. Dementsprechend weist das Solarzellensubstrat 5 an seiner Oberfläche eine dotierte Emitterschicht 71 und eine diese überlagernde Silikatglasschicht 73 auf. Beide Schichten 71, 73 erstrecken sich hierbei entlang der gesamten Oberfläche des Solarzellensubstrats 5.
  • Das Solarzellensubstrat 5 wird dann durch die flusssäurehaltige Ätzflüssigkeit in dem ersten Ätzflüssigkeitsbecken 27 bewegt. Dabei wird das Solarzellensubstrat 5 derart geführt, dass die Ätzflüssigkeit lediglich eine nach unten gerichtete Oberfläche benetzen kann, wohingegen eine entgegengesetzte, nach oben gerichtete Oberfläche nicht in Kontakt mit der Ätzflüssigkeit kommt (in 2 durch kleine Pfeile veranschaulicht). Die flusssäurehaltige Ätzflüssigkeit ätzt hierbei die Silikatglasschicht 73 in einem Teilbereich 75 an der nach unten gerichteten Oberfläche des Solarzellensubstrats 5 weg, wohingegen an der nach oben gerichteten Oberfläche die Silikatglasschicht 73 verbleibt.
  • Im zweiten Prozessschritt (b) wird das Solarzellensubstrat 5 dann durch die heiße kaliumhydroxidhaltige Ätzflüssigkeit in dem zweiten Ätzflüssigkeitsbecken 29 geführt. Dabei wird das Solarzellensubstrat 5 vollständig eingetaucht. Die kaliumhydroxidhaltige Ätzflüssigkeit greift hierbei das Silizium des Solarzellensubstrats 5 in dem zuvor von der Silikatglasschicht 73 befreiten Teilbereich 75 an und entfernt dort die Emitterschicht 71. An der weiterhin von der Silikatglasschicht 73 bedeckten nach oben gerichteten Oberfläche schützt die Silikatglasschicht 73 die Emitterschicht 71, sodass dieser dort nicht entfernt wird.
  • Nachfolgend wird im dritten Prozessschritt (c) das Solarzellensubstrat 5 in dem dritten Ätzflüssigkeitsbecken 31 durch dessen niedrigkonzentrierte flusssäurehaltige und salzsäurehaltige Ätzflüssigkeit bewegt. Die darin enthaltenen Säuren bewirken einen Reinigungsschritt, bei dem Metallionen von den Oberflächen des Solarzellensubstrats 5 entfernt werden.
  • Anschließend wird das Solarzellensubstrat 5 im vierten Prozessschritt (d) durch die Oxidationsflüssigkeitsbecken 33 der Oxidationsanordnung 9 bewegt, wobei es vorzugsweise vollständig in das Oxidationsflüssigkeitsbecken 33 eingetaucht wird. Da das Solarzellensubstrat 5 direkt aus der Ätzanordnung 7 kommend in die Oxidationsanordnung 9 überführt wird, kann sich an dessen Oberfläche zwischenzeitlich im Allgemeinen keinerlei Oxid bilden. Anders ausgedrückt ist die zuvor unter anderem mit Flusssäure behandelte Oberfläche des Solarzellensubstrats 5 frei von Oxiden und kann in diesem Zustand in der Oxidationsanordnung 9 weiter behandelt werden.
  • Die in den Oxidationsflüssigkeitsbecken 33 enthaltene oxidierend wirkende Flüssigkeit bewirkt die Bildung einer Siliziumoxid-Dünnschicht 77 an der Oberfläche des Solarzellensubstrats 5. Die Siliziumoxid-Dünnschicht 77 weist dabei eine Dicke von allenfalls wenigen Nanometern auf. Die in der Oxidationsanordnung 9 eingestellten Prozessparameter können dabei dazu führen, dass die Siliziumoxid-Dünnschicht 77 mit einer sehr hohen Qualität, d.h. insbesondere einer sehr hohen Homogenität und Reinheit, erzeugt werden kann.
  • Abschließend kann das auf diese Weise behandelte Solarzellensubstrat 5 im fünften Prozessschritt (e) in der Spülanordnung 59 gespült und getrocknet werden, bevor es am Auslass 53 aus der Nassbank 1 entnommen werden kann.
  • Das auf diese Weise prozessierte Solarzellensubstrat 5 kann anschließend in anderen Gerätschaften weiter prozessiert werden. Insbesondere kann zur Bildung passivierter Kontakte an dem Solarzellensubstrat 5 an geeigneten Bereichen eine dotierte Schicht aus amorphem Silizium (a-Si) abgeschieden werden. Eine solche a-Si-Schicht kann beispielsweise in einer LPCVD-, PECVD- oder APCVD-Abscheideeinrichtung auf die Siliziumoxid-Dünnschicht 77 aufgebracht werden. Die a-Si-Schicht kann im Rahmen eines nachfolgenden Annealschrittes bei Temperaturen von 800°C - 1000°C in eine polykristalline Siliziumschicht umgewandelt werden. Der entstehende Stapel aus der durch die Siliziumoxid-Dünnschicht 77 gebildeten Tunneloxidschicht und der polykristallinen Siliziumschicht kann als passivierter Kontakt dienen für eine Solarzelle, die gemäß dem TOPCon-Konzept gefertigt wird.
  • Abschließend ist darauf hinzuweisen, dass Begriffe wie „aufweisend“, „umfassend“, etc. keine anderen Elemente oder Schritte ausschließen und Begriffe wie „eine“ oder „ein“ keine Vielzahl ausschließen. Ferner sei darauf hingewiesen, dass Merkmale oder Schritte, die mit Verweis auf eines der obigen Ausführungsbeispiele beschrieben worden sind, auch in Kombination mit anderen Merkmalen oder Schritten anderer oben beschriebener Ausführungsbeispiele verwendet werden können. Bezugszeichen in den Ansprüchen sind nicht als Einschränkung anzusehen.
  • Bezugszeichenliste
    • 1
    Nassbank
    3
    Prozessierungsvorrichtung
    5
    Solarzellensubstrate
    7
    Ätzanordnung
    9
    Oxidationsanordnung
    11
    Fördereinrichtung
    13
    Ätzflüssigkeitsbecken
    15
    Parametrisierungseinrichtung
    17
    Dosiereinrichtung
    19
    Reservoir
    21
    Steuereinheit
    23
    Sensor
    25
    zentrale Steuerung
    27
    erstes Ätzflüssigkeitsbecken
    29
    zweites Ätzflüssigkeitsbecken
    31
    drittes Ätzflüssigkeitsbecken
    33
    Oxidationsflüssigkeitsbecken
    34a
    erstes Becken
    34b
    zweites Becken
    35
    Parametrisierungseinrichtung
    37
    Steuereinheit
    39
    Dosiereinrichtung
    41
    Temperiereinrichtung
    43
    Säuredosiereinrichtung
    45
    Ozongenerator
    47
    Förderband
    49
    Förderrichtung
    51
    Einlass
    53
    Auslass
    55
    Umlenkrolle
    57
    Antrieb
    59
    Spülanordnung
    61
    Spülbecken
    63
    Reservoir
    65
    Steuereinheit
    67
    Abzug
    71
    Emitterschicht
    73
    Silikatglasschicht
    75
    Teilbereich
    77
    Siliziumoxid-Dünnschicht

Claims (22)

  1. Verfahren zur Prozessierung einer Mehrzahl von Solarzellensubstraten (5), wobei jedes Solarzellensubstrat (5) einen Siliziumwafer umfasst, wobei das Verfahren zumindest folgende Prozessschritte umfasst: (i) Entfernen zumindest eines Teilbereichs (75) einer oberflächennahen Schicht des Siliziumwafers mittels eines Ätzprozesses durch Behandlung der Oberfläche des Solarzellensubstrates mit einer Ätzflüssigkeit, und (ii) Erzeugen einer Siliziumoxid-Dünnschicht (77) zumindest an einer Teiloberfläche des Solarzellensubstrates durch Behandlung der Teiloberfläche mit einer oxidierend wirkenden Flüssigkeit, wobei die Solarzellensubstrate den Prozessschritten (i) und (ii) sequentiell eines nach dem anderen innerhalb einer einzelnen Prozessierungsvorrichtung (3) unterzogen werden.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei an einer Oberfläche des Siliziumsubstrats (5) eine dotierte Emitterschicht (71) und eine die Emitterschicht überdeckende Silikatglasschicht (73) angeordnet sind, wobei das Verfahren in Prozessschritt (i) umfasst: Entfernen zumindest eines Teilbereichs (75) der Emitterschicht (71) sowie eines diesen Teilbereich (75) überdeckenden Teilbereichs der Silikatglasschicht (73) mittels des Ätzprozesses durch Behandlung der Oberfläche des Solarzellensubstrates mit einer Ätzflüssigkeit.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Solarzellensubstrate (5) mittels einer gemeinsamen Fördereinrichtung (11) der Prozessierungsvorrichtung (3) eines nach dem anderen zunächst durch ein die Ätzflüssigkeit aufnehmendes Ätzflüssigkeitsbecken (13) und anschließend durch ein die oxidierend wirkende Flüssigkeit aufnehmendes Oxidationsflüssigkeitsbecken (33) bewegt werden.
  4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Solarzellensubstrate (5) während der Prozessschritte (i) und (ii) mit einer einheitlichen Geschwindigkeit zunächst durch die Ätzflüssigkeit und dann durch die oxidierend wirkende Flüssigkeit bewegt werden.
  5. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Solarzellensubstrate (5) während eines Übergangs von Prozessschritt (i) zu Prozessschritt (ii) zumindest bereichsweise mit Flüssigkeit benetzt bleiben.
  6. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei in Prozesschritt (ii) die Siliziumoxid-Dünnschicht (77) an der Teiloberfläche des Solarzellensubstrates (5) durch Behandlung der Teiloberfläche mit einer ozonhaltigen Lösung erzeugt wird.
  7. Verfahren nach Anspruch 6, wobei die ozonhaltige Lösung einen Ozongehalt von zwischen 0,1 ppm und 70 ppm, vorzugsweise zwischen 1 ppm und 40 ppm und stärker bevorzugt zwischen 25 ppm und 40 ppm aufweist.
  8. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 und 7, wobei die ozonhaltige Lösung eine Temperatur von zwischen 0 °C und 60 °C, vorzugsweise zwischen 20 °C und 50 °C und stärker bevorzugt zwischen 30 ° und 45 °C aufweist.
  9. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 8, wobei die ozonhaltige Lösung durch Zugabe einer Säure, vorzugsweise durch Zugabe von Salzsäure, auf einen pH-Wert von weniger als 6, vorzugsweise auf einen pH-Wert von zwischen 3 und 4, eingestellt ist.
  10. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Teiloberfläche des Solarzellensubstrates (5) während einer Prozessdauer von zwischen 1 s und 300 s, vorzugsweise zwischen 50 s und 180 s, behandelt wird.
  11. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei in Prozesschritt (ii) die Siliziumoxid-Dünnschicht (77) an der Teiloberfläche des Solarzellensubstrates (5) nacheinander durch Behandlung der Teiloberfläche mit einer in einem ersten Becken (34a) aufgenommenen ersten ozonhaltigen Lösung und anschließend durch Behandlung der Teiloberfläche mit einer in einem zweiten Becken (34b) aufgenommenen zweiten ozonhaltigen Lösung erzeugt wird.
  12. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei in Prozesschritt (i) der Ätzprozess zweistufig mit einer ersten Prozessstufe und einer zweiten Prozessstufe ausgebildet ist, wobei in der ersten Prozessstufe der Teilbereich der Silikatglasschicht (73) durch Behandlung der Oberfläche des Solarzellensubstrates (5) mit einer flusssäurehaltigen Ätzflüssigkeit entfernt wird, und wobei in der zweiten Prozessstufe der Teilbereich der Emitterschicht (71) durch Behandlung der Oberfläche des Solarzellensubstrates (5) mit einer basischen Ätzflüssigkeit entfernt wird.
  13. Verfahren nach Anspruch 12, wobei nach der zweiten Prozessstufe und vor dem Erzeugen der Siliziumoxid-Dünnschicht (77) Metallionen durch Behandlung der Oberfläche des Solarzellensubstrates (5) mit einer weiteren flusssäurehaltigen und salzsäurehaltigen Ätzflüssigkeit entfernt werden.
  14. Nassbank (1) zur Prozessierung von Solarzellensubstraten (5), wobei die Nassbank dazu konfiguriert ist, das Verfahren gemäß einem der vorangehenden Ansprüche auszuführen oder zu kontrollieren.
  15. Nassbank, insbesondere nach Anspruch 14, aufweisend: eine Ätzanordnung (7) mit zumindest einem Ätzflüssigkeitsbecken (33) zur Aufnahme zumindest einer Ätzflüssigkeit, mittels derer zumindest ein Teilbereich (75) einer oberflächennahen Schicht eines Siliziumwafers mittels eines Ätzprozesses durch Behandlung der Oberfläche des Solarzellensubstrates mit einer Ätzflüssigkeit in einem Ätzvorgang zu entfernen ist, und eine Oxidationsanordnung (9) mit zumindest einem Oxidationsflüssigkeitsbecken (33) zur Aufnahme zumindest einer oxidierend wirkenden Flüssigkeit, mittels derer eine Siliziumoxid-Dünnschicht (77) zumindest an einer Teiloberfläche des Solarzellensubstrates (5) durch Behandlung der Teiloberfläche mit der oxidierend wirkenden Flüssigkeit in einem Oxidierungsvorgang zu erzeugen ist, und eine Fördereinrichtung (11) zum Bewegen der Siliziumsubstrate (5) eines nach dem anderen zunächst durch die Ätzanordnung (7) und anschließend durch die Oxidationsanordnung (9).
  16. Nassbank nach Anspruch 15, wobei das Solarzellensubstrat (5) einen Siliziumwafer umfasst, an dessen Oberfläche die dotierte Emitterschicht (71) und die die Emitterschicht überdeckende Silikatglasschicht (73) angeordnet sind, wobei die Ätzanordnung (7) mit zumindest einem Ätzflüssigkeitsbecken (33) zur Aufnahme zumindest einer Ätzflüssigkeit konfiguriert ist, mittels derer zumindest ein Teilbereich der Emitterschicht (71) an dem Solarzellensubstrat (5) und/oder eines diesen Teilbereich überdeckenden Teilbereichs der Silikatglasschicht (73) mittels des Ätzprozesses durch Behandlung der Oberfläche des Solarzellensubstrates (5) mit der Ätzflüssigkeit in einem Ätzvorgang zu entfernen ist.
  17. Nassbank nach einem der Ansprüche 15 und 16, wobei die Ätzanordnung (7) zumindest ein Ätzflüssigkeitsbecken (27) aufweist, welches dazu konfiguriert ist, eine flusssäurehaltige Ätzflüssigkeit aufzunehmen, und wobei die Nassbank ferner Parametrisierungseinrichtungen (15) aufweist, welche dazu konfiguriert sind, Prozessparameter betreffend die flusssäurehaltige Ätzflüssigkeit in dem Ätzflüssigkeitsbecken (27) während des Ätzvorgangs innerhalb vorbestimmter Bereiche einzustellen.
  18. Nassbank nach einem der Ansprüche 15 bis 17, wobei die Oxidationsanordnung (9) zumindest ein Oxidationsflüssigkeitsbecken (33) aufweist, welches dazu konfiguriert ist, die oxidierend wirkende Flüssigkeit aufzunehmen, und wobei die Nassbank ferner Parametrisierungseinrichtungen (35) aufweist, welche dazu konfiguriert sind, Prozessparameter betreffend die oxidierend wirkende Flüssigkeit in dem Oxidationsflüssigkeitsbecken (33) während des Oxidierungsvorgangs innerhalb vorbestimmter Bereiche einzustellen.
  19. Nassbank nach Anspruch 18, wobei die Nassbank ferner einen Ozongenerator (45) aufweist, der dazu konfiguriert ist, die oxidierend wirkende Flüssigkeit mit Ozon anzureichern.
  20. Nassbank nach einem der Ansprüche 18 bis 19, wobei die Oxidationsanordnung (9) zumindest zwei Oxidationsflüssigkeitsbecken (34a, 34b) aufweist, welche jeweils dazu konfiguriert sind, eine oxidierend wirkende Flüssigkeit aufzunehmen, und wobei die Nassbank für jedes der Oxidationsflüssigkeitsbecken (34a, 34b) ferner Parametrisierungseinrichtungen (35) aufweist, welche dazu konfiguriert sind, Prozessparameter betreffend die oxidierend wirkende Flüssigkeit in dem jeweiligen Oxidationsflüssigkeitsbecken (34a, 34b) während des Oxidierungsvorgangs innerhalb vorbestimmter Bereiche einzustellen.
  21. Nassbank nach einem der Ansprüche 16 bis 20, wobei die Ätzanordnung (7) ferner ein weiteres Ätzflüssigkeitsbecken (29) aufweist, welches dazu konfiguriert ist, eine basische Ätzflüssigkeit aufzunehmen, mittels derer zumindest ein Teilbereich der Emitterschicht (71) an dem Solarzellensubstrat (5) im Rahmen des Ätzprozesses durch Behandlung der Oberfläche des Solarzellensubstrates (5) mit der kaliumhydroxidhaltigen Ätzflüssigkeit in dem Ätzvorgang zu entfernen ist, und wobei die Nassbank ferner Parametrisierungseinrichtungen (15) aufweist, welche dazu konfiguriert sind, Prozessparameter betreffend die kaliumhydroxidhaltige Ätzflüssigkeit in dem weiteren Ätzflüssigkeitsbecken (29) während des Ätzvorgangs innerhalb vorbestimmter Bereiche einzustellen.
  22. Nassbank nach einem der Ansprüche 15 bis 20, wobei die Ätzanordnung (7) ferner ein zusätzliches Ätzflüssigkeitsbecken (31) aufweist, welches dazu konfiguriert ist, eine flusssäurehaltige und salzsäurehaltige Ätzflüssigkeit aufzunehmen, mittels derer ein zuvor nicht entfernter weiterer Teilbereich der Silikatglasschicht (73) im Rahmen des Ätzprozesses durch Behandlung der Oberfläche des Solarzellensubstrates (5) in dem Ätzvorgang zu entfernen ist, und wobei die Nassbank ferner Parametrisierungseinrichtungen (15) aufweist, welche dazu konfiguriert sind, Prozessparameter betreffend die flusssäurehaltige und salzsäurehaltige Ätzflüssigkeit in dem weiteren Ätzflüssigkeitsbecken während des Ätzvorgangs innerhalb vorbestimmter Bereiche einzustellen.
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DE102018124565A1 (de) 2018-10-05 2020-04-09 Meyer Burger (Germany) Gmbh Solarzellen-Beschichtungsanlage

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