DE112014004453T5

DE112014004453T5 - Aus Metallpaste gebildete Solarzellen-Kontaktstrukturen

Info

Publication number: DE112014004453T5
Application number: DE112014004453.9T
Authority: DE
Inventors: Richard Hamilton SEWELL; Michael J. Cudzinovic
Original assignee: SunPower Corp
Current assignee: Maxeon Solar Pte Ltd
Priority date: 2013-09-27
Filing date: 2014-09-24
Publication date: 2016-06-23
Also published as: MY188068A; US9525082B2; TWI667803B; KR102319080B1; CN105283966A; US20150090330A1; CN105283966B; KR20160061370A; WO2015048197A1; TW201519465A

Abstract

Es werden aus Metallpaste gebildete Solarzellen-Kontaktstrukturen sowie Verfahren zum Bilden von Solarzellen-Kontaktstrukturen aus Metallpaste beschrieben. In einem ersten Beispiel umfasst eine Solarzelle ein Substrat. Eine Halbleiterregion ist innerhalb oder oberhalb des Substrats angeordnet. Eine Kontaktstruktur ist auf der Halbleiterregion angeordnet und umfasst eine leitfähige Schicht in Kontakt mit der Halbleiterregion. Die leitfähige Schicht umfasst ein Matrixbindemittel, in dem Aluminium/Silizium-(Al/Si)-Partikel und ein inertes Füllmaterial dispergiert sind. In einem zweiten Beispiel umfasst eine Solarzelle ein Substrat. Eine Halbleiterregion ist innerhalb oder oberhalb des Substrats angeordnet. Eine Kontaktstruktur ist auf der Halbleiterregion angeordnet und umfasst eine leitfähige Schicht in Kontakt mit der Halbleiterregion. Die leitfähige Schicht umfasst ein Mittel zum Erhöhen der hydrophoben Eigenschaft der leitfähigen Schicht.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung sind auf dem Gebiet der erneuerbaren Energien zu finden, und insbesondere aus Metallpaste gebildete Solarzellen-Kontaktstrukturen und Verfahren zum Bilden von Solarzellen-Kontaktstrukturen aus Metallpaste.
HINTERGRUND
Fotovoltaikzellen, die allgemein als Solarzellen bekannt sind, sind bekannte Vorrichtungen zur direkten Umwandlung von Sonneneinstrahlung in elektrische Energie. Im Allgemeinen werden Solarzellen auf einem Halbleiter-Wafer oder -Substrat unter Verwendung von Halbleiterbearbeitungstechniken hergestellt, um einen p-n-Übergang nahe einer Substratoberfläche zu erzielen. Sonneneinstrahlung, die auf die Oberfläche des Substrats auftrifft und in das Substrat eindringt, erzeugt Elektron-Loch-Paare in einem Großteil des Substrats. Die Elektron-Loch-Paare wandern in die p- und n-dotierten Regionen im Substrat, wodurch sie eine Spannungsdifferenz zwischen den dotierten Regionen erzeugen. Die p- und n-dotierten Regionen werden mit leitenden Regionen auf der Solarzelle verbunden, um elektrischen Strom von der Zelle in einen hiermit gekoppelten externen Stromkreis zu leiten.
Effizienz ist ein wichtiges Merkmal einer Solarzelle, da die Effizienz in direkter Beziehung zur Fähigkeit der Solarzelle zum Erzeugen von Energie steht. Ebenso ist die Effizienz bei der Herstellung von Solarzellen direkt mit der Kosteneffizienz dieser Solarzellen verbunden. Somit sind Techniken zur Erhöhung der Effizienz von Solarzellen oder Techniken zur Erhöhung der Effizienz bei der Herstellung von Solarzellen allgemein wünschenswert. Einige Ausführungsformen der vorliegenden Offenlegung ermöglichen eine erhöhte Effizienz bei der Solarzellenherstellung, indem neue Prozesse zur Herstellung von Solarzellenstrukturen bereitgestellt werden. Einige Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung ermöglichen eine erhöhte Effizienz der Solarzellen, indem neuartige Solarzellenstrukturen bereitgestellt werden.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1A veranschaulicht eine Querschnittsansicht eines Teils einer Solarzelle, die Kontaktstrukturen aufweist, die gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung auf Emitterregionen oberhalb eines Substrats gebildet sind.
1B veranschaulicht eine Querschnittsansicht eines Teils einer Solarzelle, die Kontaktstrukturen aufweist, die gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung auf Emitterregionen in einem Substrat gebildet sind.
Die 2A–2C zeigen Querschnittsansichten verschiedener Bearbeitungsvorgänge in einem Verfahren zur Herstellung von Solarzellen mit Kontaktstrukturen gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung.
3 zeigt ein Ablaufdiagramm, das Vorgänge in einem Verfahren zur Herstellung einer Solarzelle gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung veranschaulicht.
4 zeigt ein Ablaufdiagramm, das Vorgänge in einem Verfahren zur Herstellung einer Solarzelle gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung veranschaulicht.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
Die folgende detaillierte Beschreibung ist nur zur Veranschaulichung gedacht und nicht dazu geeignet, die Ausführungsformen des behandelten Gegenstands oder die Anwendung und Verwendung derartiger Ausführungsformen einzugrenzen. Das Wort „exemplarisch” bedeutet hier „als Beispiel dienend” bzw. „beispielhaft”. Alle Implementierungen, die in diesem Dokument als exemplarisch beschrieben werden, sind nicht notwendigerweise als gegenüber anderen Implementierungen bevorzugt oder vorteilhaft zu deuten. Des Weiteren hinaus ist nicht beabsichtigt, sich durch eine in vorstehenden Abschnitten über das technische Gebiet, den Hintergrund, in der kurzen Beschreibung oder in der folgenden detaillierten Beschreibung dargelegte ausdrückliche oder implizite Theorie einschränken zu lassen.
Diese Spezifikation enthält Verweise auf „eine bestimmte Ausführungsform” oder „eine Ausführungsform.” Das Auftreten der Formulierungen „in einer bestimmten Ausführungsform” oder „in einer Ausführungsform” bezieht sich nicht zwangsläufig auf dieselbe Ausführungsform. Besondere Merkmale, Strukturen oder Charakteristika können auf jegliche geeignete Art kombiniert werden, die mit dieser Offenbarung im Einklang steht.
Es werden hier aus Metallpaste gebildete Solarzellen-Kontaktstrukturen und Verfahren zum Bilden von Solarzellen-Kontaktstrukturen aus Metallpaste beschrieben. In der folgenden Beschreibung werden zahlreiche spezifische Einzelheiten, wie spezifische Arbeitsgänge im Prozessablauf, dargelegt, um ein umfassendes Verständnis von Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung zu ermöglichen. Es wird Fachleuten ersichtlich sein, dass Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung ohne diese spezifischen Einzelheiten ausgeführt werden können. In anderen Fällen werden bekannte Herstellungstechniken, wie zum Beispiel Lithographie und strukturierende Techniken, nicht ausführlich beschrieben, um die Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung nicht unnötigerweise zu verschleiern. Weiterhin ist zu beachten, dass es sich bei den verschiedenen Ausführungsformen in den Figuren um veranschaulichende Darstellungen handelt und dass sie nicht zwangsläufig maßstabsgetreu sind.
In diesem Schriftstück sind Solarzellen offengelegt, die Kontaktstrukturen aufweisen. In einer Ausführungsform umfasst eine Solarzelle ein Substrat. Eine Halbleiterregion ist innerhalb oder oberhalb des Substrats angeordnet. Eine Kontaktstruktur ist auf der Halbleiterregion angeordnet und umfasst eine leitfähige Schicht in Kontakt mit der Halbleiterregion. Die leitfähige Schicht umfasst ein Matrixbindemittel, in dem Aluminium/Silizium-(Al/Si)-Partikel und ein inertes Füllmaterial dispergiert sind.
In einer anderen Ausführungsform umfasst eine Solarzelle ein Substrat. Eine Halbleiterregion ist innerhalb oder oberhalb des Substrats angeordnet. Eine Kontaktstruktur ist auf der Halbleiterregion angeordnet und umfasst eine leitfähige Schicht in Kontakt mit der Halbleiterregion. Die leitfähige Schicht umfasst ein Mittel zum Erhöhen der hydrophoben Eigenschaft der leitfähigen Schicht.
In diesem Schriftstück sind auch Verfahren zur Herstellung von Solarzellen mit Kontaktstrukturen offengelegt. In einer Ausführungsform umfasst ein Verfahren zur Herstellung einer Solarzelle das Bilden einer Metallpastenschicht auf einer Halbleiterregion, die in einem oder oberhalb eines Substrats angeordnet ist. Die Metallpastenschicht wird aus einer Mischung gebildet, die Aluminium/Silizium-(Al/Si)-Partikel, ein flüssiges Bindemittel und ein inertes Füllmaterial umfasst. Die Halbleiterregion besteht aus monokristallinem oder polykristallinem Silizium. Das Verfahren umfasst auch das Bilden einer leitfähigen Schicht aus der Metallpastenschicht, wobei dieses Bilden ohne Schmelzen des inerten Füllmaterials der Metallpastenschicht ausgeführt wird. Das Verfahren umfasst auch das Bilden einer Kontaktstruktur für die Halbleiterregion der Solarzelle, wobei die Kontaktstruktur mindestens die leitfähige Schicht umfasst.
In einer anderen Ausführungsform umfasst ein Verfahren zur Herstellung einer Solarzelle das Bilden einer Metallpastenschicht auf einer Halbleiterregion, die innerhalb oder oberhalb eines Substrats angeordnet ist. Bei der Halbleiterregion handelt es sich um monokristallines oder polykristallines Silizium. Das Verfahren umfasst auch das Bilden einer leitfähigen Schicht aus der Metallpastenschicht. Das Verfahren umfasst auch das Erhöhen der Hydrophobizität der leitfähigen Schicht. Das Verfahren umfasst nach dem Erhöhen der Hydrophobizität auch das Bilden einer Kontaktstruktur für die Halbleiterregion der Solarzelle, wobei die Kontaktstruktur mindestens die leitfähige Schicht umfasst.
In einem ersten Aspekt sind eine oder mehrere in diesem Schriftstück beschriebene Ausführungsformen auf den Einschluss eines inerten Füllmaterials für Metallpasten ausgerichtet, das bei der Herstellung von Kontaktstrukturen für Solarzellen verwendet wird. Zum Beispiel wird in einer Ausführungsform ein inertes Füllmaterial verwendet, um die Haftung der Metalldruckpaste auf einem Substrat zu verbessern. In einer derartigen Ausführungsform werden sehr kleine Partikel einer Pastenmatrix zugegeben, um Hohlräume zwischen größeren Pastenpartikeln auszufüllen. Das Bindemittel zwischen den Partikeln wird zu einem Verbundmaterial aus Bindemittel und Füllmaterial, das beim Brennen der Paste weniger leicht schrumpft oder reißt.
Für den Kontext: Metalldruckpaste kann als kostengünstiges Ausgangsmaterial für anschließende Metallisierungvorgänge bei der Solarzellenmetallisierung verwendet werden. Flüssigphasenbindemittel kamen bisher als Alternative oder Ergänzung zu herkömmlichen Bindemitteln auf Glasfrittenbasis als primäres Verfahren zur Anwendung, um die Haftung von Metallpartikeln aneinander und auf einem Aufnahmesubstrat zu erreichen. Wenn Flüssigphasenbindemittel in einer Metallpaste verwendet werden, kann die Schrumpfung des Bindemittelvolumens beim Brennen der Paste zu Rissen im Bindemittel führen und die Binde- und Haftfestigkeit der Pastenmatrix vermindern.
Zur Lösung der vorstehend genannten Probleme wird in einer oder mehreren der hier beschriebenen Ausführungsformen die Flüssigbindemittelkomponente einer Metallpaste durch ein Gemisch aus Bindemittel und Füllmaterial ersetzt. Dadurch kann die Haftung einer Metallpaste verbessert werden. Die Netto-Schrumpfung des Verbundstoffs aus Bindemittel und Füllmaterial ist relativ gesehen geringer als die des Bindemittels allein. In einer derartigen Ausführungsform ist die Netto-Schrumpfung geringer, da das Füllmaterial während eines thermischen Umwandlungsprozesses, den Bindemittel auf Siloxanbasis typischerweise durchlaufen, nicht schrumpft. In einer speziellen Ausführungsform ist ein geeignetes Füllmaterial Quarzstaub, denn er weist eine kleine Partikelgröße (z. B. im Bereich zwischen 5 und 50 Nanometer) auf, ist zum Brennen bei hohen Temperaturen geeignet und mit der Si-O-Bindung in Bindemitteln auf Siloxanbasis kompatibel. Ein Füllmaterial wie Quarzstaub kann auch die Viskosität einer Paste erhöhen und damit den Bedarf an einem zusätzlichen organischen Rheologie-Modifizierer wie Ethylzellulose, die typischerweise Metallpasten zugesetzt wird, vermindern.
In einer ersten beispielhaften Zelle wird eine Keimschicht verwendet, um Kontakte wie Rückseitenkontakte bei einer Solarzelle herzustellen, die Emitterregionen aufweist, die oberhalb eines Substrats der Solarzelle gebildet sind. Zum Beispiel veranschaulicht 1A eine Querschnittsansicht eines Teils einer Solarzelle, die Kontaktstrukturen aufweist, die gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung auf Emitterregionen oberhalb eines Substrats gebildet sind.
In Bezug auf 1A umfasst ein Teil einer Solarzelle 100A eine strukturierte dielektrische Schicht 224, die oberhalb einer Vielzahl von n-dotierten Polysilizium-Regionen 220, einer Vielzahl von p-dotierten Polysilizium-Regionen 222 und auf Teilen eines Substrats 200, die durch Gräben 216 freigelegt sind, angeordnet ist. Kontaktstrukturen 228 sind in einer Vielzahl von Kontaktöffnungen, die in der dielektrischen Schicht 224 vorgesehen sind, angeordnet und mit der Vielzahl von n-dotierten Polysilizium-Regionen 220 und mit der Vielzahl von p-dotierten Polysilizium-Regionen 222 verbunden. Die Materialien und Herstellungsverfahren der strukturierten dielektrischen Schicht, der Vielzahl von n-dotierten Polysilizium-Regionen 220 und der Vielzahl von p-dotierten Polysilizium-Regionen 222, des Substrats 200 und der Gräben 216 können sich wie nachstehend in Verbindung mit den 2A–2C beschrieben darstellen. Des Weiteren können in der Vielzahl von n-dotierten Polysilizium-Regionen 220 und in der Vielzahl von p-dotierten Polysilizium-Regionen 222 in einer Ausführungsform Emitterregionen für die Solarzelle 100A bereitgestellt sein. So sind in einer Ausführungsform die Kontaktstrukturen 228 auf den Emitterregionen angeordnet. In einer Ausführungsform stellen die Kontaktstrukturen 228 rückseitige Kontakte für eine Rückseitenkontakt-Solarzelle dar und sind an einer Fläche der Solarzelle angeordnet, die entgegengesetzt zu einer Lichtempfangsfläche der Solarzelle 100A liegt (Richtung in 1A als 201 angegeben). Des Weiteren sind in einer Ausführungsform die Emitterregionen auf einer dünnen oder dielektrischen Tunnelschicht 202 gebildet, wie es genauer in Verbindung mit 2A beschrieben ist.
Unter erneuter Bezugnahme auf 1A umfasst jede der Kontaktstrukturen 228 eine leitfähige Schicht 130 (hier auch als Keimschicht bezeichnet) in Kontakt mit den Emitterregionen der Solarzelle 100A. In einer Ausführungsform umfasst die leitfähige Schicht 130 ein Matrixbindemittel, in dem Aluminium/Silizium-(Al/Si)-Partikel und ein inertes Füllmaterial dispergiert sind. In einer derartigen Ausführungsform weist die leitfähige Schicht 130 in sich wenige oder keine Risse auf und stellt somit eine im Wesentlichen rissfreie leitfähige Schicht dar. In einer anderen derartigen Ausführungsform ist das inerte Füllmaterial in Zwischenräumen zwischen den Al/Si-Partikeln dispergiert. In einer anderen derartigen Ausführungsform besteht das inerte Füllmaterial aus Quarzstaubpartikeln im Submikron-Bereich.
In einer Ausführungsform weist die Keimschicht 130 eine Stärke von mehr als ca. 100 Mikron auf, und die daraus hergestellte Kontaktstruktur 228 stellt einen rückseitigen Kontakt der Solarzelle dar, der im Wesentlichen nur aus der leitfähigen Schicht 130 besteht. In einer anderen Ausführungsform weist die leitfähige Schicht 130 jedoch eine Stärke von ca. 2–10 Mikron auf. In dieser Ausführungsform stellt die Kontaktstruktur 228 einen rückseitigen Kontakt der Solarzelle dar und besteht aus der leitfähigen Schicht 130, einer auf der leitfähigen Schicht 130 angeordneten Nickel-(Ni)-Schicht 132 und einer auf der Ni-Schicht 132 angeordneten Kupfer-(Cu)-Schicht 134, wie in 1A dargestellt.
In einer zweiten beispielhaften Zelle wird eine Keimschicht verwendet, um Kontakte wie Rückseitenkontakte bei einer Solarzelle herzustellen, die Emitterregionen aufweist, die in einem Substrat der Solarzelle gebildet sind. Zum Beispiel veranschaulicht 1B eine Querschnittsansicht eines Teils einer Solarzelle, die Kontaktstrukturen aufweist, die gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung auf Emitterregionen in einem Substrat gebildet sind.
In Bezug auf 1B umfasst ein Teil einer Solarzelle 100B eine strukturierte dielektrische Schicht 124, die oberhalb einer Vielzahl von n-dotierten Diffusionsregionen 120, einer Vielzahl von p-dotierten Diffusionsregionen 122 und auf Teilen eines Substrats 100, wie z. B. eines kristallinen Silizium-Massensubstrats, angeordnet ist. Kontaktstrukturen 128 sind in einer Vielzahl von Kontaktöffnungen, die in der dielektrischen Schicht 124 vorgesehen sind, angeordnet und mit der Vielzahl der n-dotierten Diffusionsregionen 120 und der Vielzahl der p-dotierten Diffusionsregionen 122 gekoppelt. In einer Ausführungsform werden die Diffusionsregionen 120 und 122 durch Dotieren von Regionen eines Siliziumsubstrats jeweils mit n- bzw. p-Dotiermitteln gebildet. Des Weiteren können in der Vielzahl der n-dotierten Diffusionsregionen 120 und in der Vielzahl der p-dotierten Diffusionsregionen 122 in einer Ausführungsform Emitterregionen für die Solarzelle 100B bereitgestellt sein. So sind in einer Ausführungsform die Kontaktstrukturen 128 auf den Emitterregionen angeordnet. In einer Ausführungsform stellen die Kontaktstrukturen 128 rückseitige Kontakte für eine Rückseitenkontakt-Solarzelle dar und sind an einer Fläche der Solarzelle angeordnet, die entgegengesetzt zu einer Lichtempfangsfläche der Solarzelle 1B liegt, zum Beispiel zu einer texturierten Lichtempfangsfläche 101, wie in 1B dargestellt. In einer Ausführungsform umfasst unter erneuter Bezugnahme auf 1B jede der Kontaktstrukturen 128 eine Keimschicht 130 in Kontakt mit den Emitterregionen der Solarzelle 100B. Die Keimschicht 130 kann der in Verbindung mit 1A beschriebenen Keimschicht 130 ähnlich oder gleich sein. Des Weiteren wird in einigen Ausführungsformen die Keimschicht 130 als Kontaktstruktur verwendet, während in anderen Ausführungsformen zusätzliche Metallschichten 132 und 134, wie Ni und Cu, in den Kontakten 128 (letztere sind in 1B dargestellt) enthalten sind.
Auch wenn bestimmte Materialien vorstehend in Bezug auf die 1A und 1B spezifisch beschrieben sind, können einige Materialien bei anderen derartigen Ausführungsformen, die der Wesensart und dem Umfang der vorliegenden Offenbarung entsprechen, einfach durch andere ersetzt werden. Zum Beispiel kann in einer Ausführungsform ein anderes Materialsubstrat, wie zum Beispiel ein Materialsubstrat der Gruppe III–V, anstelle eines Siliziumsubstrats verwendet werden. In einer anderen Ausführungsform können Silber-(Ag)-Partikel oder dergleichen in einer Keimpaste zusätzlich zu Al-Partikeln verwendet werden. In einer anderen Ausführungsform kann aufmetallisiertes oder auf ähnliche Weise aufgebrachtes Kobalt (CO) oder Wolfram (W) anstelle der oder zusätzlich zur vorstehend beschriebenen Ni-Schicht verwendet werden.
Des Weiteren müssen die gebildeten Kontakte nicht direkt auf einem Massensubstrat ausgebildet sein, wie es in 1B beschrieben war. Zum Beispiel werden in einer Ausführungsform Kontaktstrukturen wie die vorstehend beschriebenen auf darüber (z. B. auf deren Rückseite) ausgebildeten Halbleiterregionen als Massensubstrat gebildet, wie für 1A beschrieben. Zum Beispiel zeigen die 2A–2C Querschnittsansichten verschiedener Bearbeitungsvorgänge in einem Verfahren zur Herstellung von Solarzellen mit Kontaktstrukturen gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung.
In Bezug auf 2A umfasst ein Verfahren zum Bilden von Kontakten für eine Rückseitenkontakt-Solarzelle das Bilden einer dünnen dielektrischen Schicht 202 auf einem Substrat 200.
In einer Ausführungsform besteht die dünne dielektrische Schicht 202 aus Siliziumdioxid und weist eine Stärke im Bereich von ungefähr 5–50 Angström auf. In einer bestimmten Ausführungsform kann sich die erste dielektrische Schicht 202 als Tunnel-Oxidschicht darstellen. In einer Ausführungsform handelt es sich bei dem Substrat 200 um ein monokristallines Silizium-Massensubstrat, wie zum Beispiel ein n-dotiertes monokristallines Siliziumsubstrat. Jedoch umfasst das Substrat 200 in einer alternativen Ausführungsform eine polykristalline Siliziumschicht, die auf einem globalen Solarzellensubstrat aufgebracht ist.
Unter erneuter Bezugnahme auf 2A werden Gräben 216 zwischen n-dotierten Polysilizium-Regionen 220 und p-dotierten Polysilizium-Regionen 222 gebildet. Teile der Gräben 216 können texturiert sein, um texturierte Merkmale 218 aufzuweisen, wie ebenfalls in 2A dargestellt. Eine dielektrische Schicht 224 wird oberhalb der Vielzahl der n-dotierten Polysilizium-Regionen 220, der Vielzahl der p-dotierten Polysilizium-Regionen 222 und der Teile des Substrats 200, die durch Gräben 216 freigelegt sind, gebildet. In einer Ausführungsform wird eine untere Fläche der dielektrischen Schicht 224 entsprechend der Vielzahl der n-dotierten Polysilizium-Regionen 220, der Vielzahl der p-dotierten Polysilizium-Regionen 222 und der freigelegten Teile des Substrats 200 gebildet, während eine obere Fläche der dielektrischen Schicht 224 im Wesentlichen eben ist, wie in 2A dargestellt. In einer speziellen Ausführungsform handelt es sich bei der dielektrischen Schicht 224 um eine Antireflexbeschichtung (ARC).
In Bezug auf 2B wird eine Vielzahl von Kontaktöffnungen 226 in der dielektrischen Schicht 224 gebildet. Durch die Mehrizahl von Kontaktöffnungen 226 wird die Vielzahl der n-dotierten Polysilizium-Regionen 220 und die Vielzahl der p-dotierten Polysilizium-Regionen 222 freigelegt. In einer Ausführungsform wird die Vielzahl von Kontaktöffnungen 226 durch Laserablation ausgebildet. In einer bestimmten Ausführungsform weisen die Kontaktöffnungen 226 zu den n-dotierten Polysilizium-Regionen 220 im Wesentlichen die gleiche Höhe auf wie die Kontaktöffnungen zu den p-dotierten Polysilizium-Regionen 222, wie in 2B dargestellt.
In Bezug auf 2C umfasst das Verfahren zur Herstellung von Kontakten für Rückseitenkontakt-Solarzellen weiterhin das Bilden von Kontaktstrukturen 228 in der Vielzahl der Kontaktöffnungen 226 und das Verbinden mit der Vielzahl der n-dotierten Polysilizium-Regionen 220 und der Vielzahl der p-dotierten Polysilizium-Regionen 222. Somit werden in einer Ausführungsform Kontaktstrukturen 228 auf oder oberhalb einer Oberfläche eines n-dotierten Silizium-Massensubstrats 200 gebildet, die entgegengesetzt zu einer Lichtempfangsfläche 201 des n-dotierten Silizium-Massensubstrats 200 angeordnet ist. In einer speziellen Ausführungsform werden die Kontaktstrukturen auf Regionen (222/220) oberhalb der Oberfläche des Substrats 200 gebildet, wie in 2C dargestellt.
3 zeigt ein Ablaufdiagramm 300, das Vorgänge in einem Verfahren zur Herstellung einer Solarzelle gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung veranschaulicht. In einer Ausführungsform ist in Bezug auf Schritt 302 des Ablaufdiagramms 300 und wiederum auf 2C der erste Schritt bei der Herstellung der Kontaktstrukturen 228 das Bilden einer Metallpastenschicht. In Bezug auf Schritt 304 des Ablaufdiagramms 300 wird die Metallpastenschicht aus einer Mischung gebildet, die Aluminium/Silizium-(Al/Si)-Partikel, ein flüssiges Bindemittel und ein inertes Füllmaterial umfasst. In Bezug auf Schritt 306 des Ablaufdiagramms 300 wird eine leitfähige Schicht aus der Metallpastenschicht gebildet, z. B. durch Brennen der Metallpastenschicht durch Erhitzen in einem Ofen oder durch Laserhärten. Die leitfähige Schicht wird ohne Schmelzen des inerten Füllmaterials der Metallpastenschicht gebildet. Anschließend wird eine Kontaktstruktur für die Halbleiterregionen 220 und 222 gebildet, wobei die Kontaktstruktur mindestens die leitfähige Schicht umfasst.
In einer Ausführungsform wird die Metallpastenschicht aus einer Mischung gebildet, deren Flüssigbindemittel ein Siloxan enthält und deren inertes Füllmaterial Quarzstaubpartikel enthält. In einer anderen Ausführungsform umfasst das Bilden der Metallpastenschicht das Erstarren des Flüssigbindemittels, in dem das inerte Füllmaterial und die Al/Si-Partikel dispergiert sind. In einer anderen Ausführungsform wird eine im Wesentlichen rissfreie leitfähige Schicht nach dem Erstarren des Flüssigbindemittels, in dem das inerte Füllmaterial und die Al/Si-Partikel dispergiert sind, gebildet. In einer anderen derartigen Ausführungsform umfasst das Verfahren weiterhin das Dispergieren des inerten Füllmaterials in Zwischenräumen zwischen den Al/Si-Partikeln während des Erstarrens.
In einer anderen Ausführungsform umfasst die Mischung weiterhin ein Frittenmaterial und das Bilden der Metallpastenschicht umfasst das Schmelzen des Frittenmaterials. In einer derartigen Ausführungsform besteht das inerte Füllmaterial aus bzw. umfasst das inerte Füllmaterial Siliziumdioxid-Partikel und das Frittenmaterial besteht aus bzw. umfasst Glaspartikeln im Mikronbereich.
In einer Ausführungsform weisen die Al/Si-Partikel in der Mischung ein Volumen im Bereich von ca. 25%–75% des Volumens der Gesamtzusammensetzung der Mischung auf.
Es sei klargestellt, dass die gebrannte Keimschicht (z. B. die sich ergebende leitfähige Schicht) als solche zur Ausbildung von Kontaktstrukturen verwendet werden kann; in diesen Fällen wird die leitfähige Schicht hier nach wie vor als Keimschicht bezeichnet. Alternativ umfasst das Bilden von Kontaktstrukturen weiterhin das Aufmetallisieren einer Nickel-(Ni)-Schicht auf die Metallkeimschicht und das Aufgalvanisieren einer Kupfer-(Cu)-Schicht auf die Nickelschicht, z. B. zum Bilden von Strukturen wie der in Verbindung mit den 1A und 1B beschriebenen. In einer weiteren alternativen Ausführungsform umfasst das Bilden der Kontaktstrukturen weiterhin das Aufgalvanisieren einer Kupfer-(Cu)-Schicht direkt auf die Metallkeimschicht.
In einem zweiten Aspekt richten sich eine oder mehrere hier beschriebene Ausführungsformen auf Ansätze zum Verhindern des Eindringens von Feuchtigkeit in poröse Pasten. Nachstehend werden verschiedene Verfahren zum Verhindern des Einschlusses von Wasser in den Poren einer aufgedruckten Metallkeimschicht während lösungsbasierter Metallisierungsvorgänge beschrieben, die sonst zum Ziel haben, die Leitfähigkeit der Keimschicht zu erhöhen. Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung ermöglicht es jedes der nachstehend beschriebenen Verfahren, die Porosität einer aufgedruckten Keimschicht zu vermindern oder dem Eindringen von Wasser hinreichend entgegenzuwirken, um den Einschluss von Wasser in den Poren der Keimschicht zu verhindern. In einigen Ausführungsformen wird das Eindringen von Wasser vermindert oder verhindert, ohne dass hierfür die aufgedruckte Keimschicht über ihren Schmelzpunkt hinaus getempert werden müsste. Dies kann besonders wichtig sein, wenn konventionelle Temperbedingungen mit Temperaturen einhergehen, die die Empfangssolarzelle, auf die die Keimschicht aufgebracht wurde, schädigen.
Für den Kontext: Aufgedruckte Metallkeimschichten sind aufgrund ihrer geringen Kosten, ihres höheren Durchsatzes und der Tatsache, dass sie in jedem gewünschten Muster aufgebracht werden können, ohne dass anschließend Abdeck- und Ätzvorgänge erforderlich sind, möglicherweise gegenüber aufgesputterten Keimschichten zu bevorzugen. Da jedoch die Keimschichten typischerweise nicht hinreichend leitfähig sind, um den hohen Stromdichten standzuhalten, die in siliziumbasierenden Solarzellen erzeugt werden, werden zum Erhöhen ihrer Leitfähigkeit typischerweise andere Metalle, wie z. B. Nickel und Kupfer, aufmetallisiert. Die Anwendung des lösungsbasierten Aufgalvanisierens auf eine poröse Keimschicht kann zu erheblichen Feuchtigkeitseinschlüssen führen, was Probleme in Bezug auf Zuverlässigkeit (z. B. insbesondere beim Einschluss von hochgradig sauren oder basischen Chemikalien in den Poren) und Haftung (z. B. beim Versuch des Aufschweißens auf eine Metallschicht mit darunter liegenden Feuchtigkeitseinschlüssen) verursachen kann. Mehrere Ansätze zum Verhindern des Einschlusses von Feuchtigkeit in den Poren derartiger aufgedruckter Metallfolien während anschließender lösungsbasierter Metallisierungsvorgänge werden nachstehend beschrieben.
Zur Lösung der vorstehend genannten Probleme sind in diesem Schriftstück beschriebene Ausführungsformen darauf abgestellt, den Einschluss von Feuchtigkeit in den Poren einer aufgedruckten Metallkeimschicht zu verhindern. In einer ersten beispielhaften Ausführungsform wird eine Innenfläche eines Druckmetalls mittels einer selbstorganisierenden Monolage (SAM) hydrophob aufbereitet, so dass Feuchtigkeit am Eindringen in die Poren während eines anschließenden Metallisierungsprozesses gehindert wird, es jedoch nach wie vor möglich ist, die Oberseite der Folie für den Metallisierungsprozess zu benetzen. In einer derartigen Ausführungsform wird die gesamte Metallkeimfläche mit hydrophoben Alkanthiolen beschichtet, die mittels UV-Licht entfernt werden können. Wird die aufgedruckte Keimschicht UV-Licht ausgesetzt, kann die äußere SAM durch UV-Licht abgebaut und entfernt werden, während die SAM in den inneren Poren der aufgedruckten Keimschicht erhalten bleiben. In einer zweiten beispielhaften Ausführungsform wird ein Porenfüllmaterial nach dem Aufdrucken der Keimschicht aufgebracht. In einer derartigen Ausführungsform füllt das Porenfüllmaterial die Poren in der Keimschicht, ist widerstandsfähig gegenüber Metallisierungschemikalien und kann zum Haften der aufgedruckten Keimschicht auf dem Aufnahmesubstrat oder -wafer beitragen. In einer spezifischen derartigen Ausführungsform handelt es sich bei dem Porenfüllmaterial z. B. um ein Siloxan oder ein Spin-on-Glass, ohne darauf beschränkt zu sein. Um das Metallisieren auf die aufgedruckte Keimschicht zu ermöglichen, weist die Füllschicht Eigenschaften auf und wird so aufgebracht, dass die Poren gefüllt werden und die aufgedruckte Keimschicht minimal beschichtet wird. Restliche Beschichtung kann ggf. durch chemische oder physikalische Ätzvorgänge entfernt werden, so dass Metallisieren auf der Keimschicht möglich ist. In einer dritten beispielhaften Ausführungsform wird ein Metall mit niedrigem Schmelzpunkt in die aufgedruckte Keimschicht eingeschlossen, sodass einige oder alle Metallpartikel in der Schicht während des Härtens bei hoher Temperatur schmelzen und fließen. Dadurch entsteht eine relativ dichte Folie von minimaler Porosität. In einer vierten beispielhaften Ausführungsform kommt eine reduzierte Partikelgröße in Verbindung mit einem Bindematerial zur Anwendung, das die aufgedruckten Keimpartikel gleichmäßig beschichtet. Bei einer derartigen Ausführungsform wird durch Reduzieren der Partikelgröße soweit, dass der Partikeldurchmesser und somit der Zwischenraum zwischen den Partikeln die Größenordnung der Stärke des Bindematerials erreicht, mit dem die Partikel beschichtet sind, das gesamte Volumen der aufgedruckten Keimschicht entweder durch Partikel oder durch das Bindemittel ausgefüllt.
Zum Beispiel umfasst unter erneuter Bezugnahme auf die 1A und 1B jede der Kontaktstrukturen 228 oder 128 jeweils eine leitfähige Schicht 130 (hier auch als Keimschicht bezeichnet) in Kontakt mit den Emitterregionen der Solarzelle 100A oder 100B. In einer Ausführungsform umfasst die leitfähige Schicht 130 ein Mittel zum Erhöhen der hydrophoben Eigenschaft der leitfähigen Schicht. Bei einer derartigen Ausführungsform handelt es sich bei dem Mittel um eine hydrophobe selbstorganisierende Monolage (SAM), die sich durchgängig an mindestens einem Teil der leitfähigen Schicht befindet. In einer anderen derartigen Ausführungsform handelt es sich bei dem Mittel um ein Porenfüllmaterial.
Die vorstehend beschriebene Keimschicht 130 kann in einer Ausführungsform eine größere Stärke als ca. 100 Mikron aufweisen, und die daraus hergestellten Kontaktstrukturen 128 oder 228 bestehen im Wesentlichen nur aus der leitfähigen Schicht 130. In einer anderen Ausführungsform weist die leitfähige Schicht 130 jedoch eine Stärke von ca. 2–10 Mikron auf. In dieser Ausführungsform bestehen die Kontaktstrukturen 128 oder 228 aus der leitfähigen Schicht 130, einer auf der leitfähigen Schicht 130 angeordneten Nickel-(Ni)-Schicht 132 und einer auf der Ni-Schicht 132 angeordneten Kupfer-(Cu)-Schicht 134, wie in den 1A und 1B dargestellt.
4 zeigt ein Ablaufdiagramm 400, das Vorgänge in einem Verfahren zur Herstellung einer Solarzelle gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung veranschaulicht. In Bezug auf den Schritt 402 des Ablaufdiagramms 400 und wiederum auf 2C ist in einer Ausführungsform der erste Schritt zur Herstellung der Kontaktstrukturen 228 das Bilden einer Metallpastenschicht. In Bezug auf Schritt 404 des Ablaufdiagramms 400 wird eine leitfähige Schicht aus der Metallpastenschicht gebildet, z. B. durch Brennen der Metallpastenschicht durch Erhitzen in einem Ofen oder durch Laserhärten. In Bezug auf Schritt 406 des Ablaufdiagramms 400 wird die Hydrophobizität der leitfähigen Schicht anschließend erhöht, um das Eindringen von Feuchtigkeit zu verhindern. In Bezug auf Schritt 408 des Ablaufdiagramms 400 wird nach dem Erhöhen der Hydrophobizität eine Kontaktstruktur für die Halbleiterregionen 220 und 222 gebildet, wobei die Kontaktstruktur mindestens die leitfähige Schicht umfasst.
In einer Ausführungsform wird der Einschluss von Feuchtigkeit in der leitfähigen Schicht während des Bildens der Kontaktstruktur durch vorheriges Erhöhen der Hydrophobizität der leitfähigen Schicht vermindert oder verhindert. In einer derartigen Ausführungsform umfasst das Erhöhen der Hydrophobizität der leitfähigen Schicht das Reduzieren der Hydrophilizität der leitfähigen Schicht durch Bilden einer hydrophoben selbstorganisierenden Monolage (SAM) durchgängig an mindestens einem Teil der leitfähigen Schicht. In einer anderen derartigen Ausführungsform umfasst das Erhöhen der Hydrophobizität der leitfähigen Schicht das Reduzieren der Porosität der leitfähigen Schicht mittels eines Porenfüllmaterials. In einer weiteren derartigen Ausführungsform umfasst das Erhöhen der Hydrophobizität der leitfähigen Schicht das Reduzieren der Porosität der leitfähigen Schicht durch Verdichten. In einer speziellen derartigen Ausführungsform kommt ein Schmelzmaterial zum Erhöhen der Hydrophobizität der leitfähigen Schicht durch Verdichten zur Anwendung. In einer anderen speziellen derartigen Ausführungsform kommt eine verbesserte Packaging-Geometrie zur Anwendung, um die Hydrophobizität der leitfähigen Schicht durch Verdichten zu erhöhen.
In einer bestimmten Ausführungsform wird PPSQ (ein Siloxanpolymer) in Toluol gelöst und auf (und in) aufgedruckten Keimschichten durch Drop-Casting und Spin-Coating abgelagert. Die daraus resultierenden aufgedruckten Keimschichten sind wesentlich dichter als die gedruckten Keimfolien im aufgetragenen Zustand. Der PPSQ-Überzug kann anschließend durch Säurebehandlung und durch Plasmaätzen bzw. Sputtern durch Argon entfernt werden.
In einer Ausführungsform wird die Metallpastenschicht aus einer Mischung gebildet, die Aluminium/Silizium-(Al/Si)-Partikel und ein flüssiges Bindemittel umfasst. In einer anderen Ausführungsform wird die Metallpastenschicht durch Siebdruck der Metallpastenschicht gebildet. Es sei klargestellt, dass die gebrannte Keimschicht für sich allein zur Bildung von Kontaktstrukturen verwendet werden kann; in diesen Fällen wird die leitfähige Schicht hier nach wie vor als Keimschicht bezeichnet. Alternativ umfasst das Bilden von Kontaktstrukturen weiterhin das Aufmetallisieren einer Nickel-(Ni)-Schicht auf die Metallstartschicht und das Aufgalvanisieren einer Kupfer-(Cu)-Schicht auf die Nickelschicht, z. B. zum Bilden von Strukturen wie der in Verbindung mit den 1A und 1B beschriebenen. In einer weiteren alternativen Ausführungsform umfasst das Bilden der Kontaktstrukturen weiterhin das Aufgalvanisieren einer Kupfer-(Cu)-Schicht direkt auf die Metallkeimschicht.
Im Allgemeinen kann, wie in Ausführungsformen durchwegs verwendet, eine gebildete Pastenschicht (z. B. eine durch Aufdrucken aufgebrachte Paste) zur einfachen Aufbringung weiterhin ein Lösemittel enthalten. Das Drucken kann auch die Anwendung einer Technik wie z. B. Siebdruck oder Tintenstrahldruck umfassen. Darüber hinaus können hier beschriebene Pasten auch Elemente wie Bindemittel oder Fritten enthalten, ohne von der Wesensart und dem Umfang der hier beschriebenen Ausführungsformen abzuweichen.
Somit wurden aus Metallpaste gebildete Solarzellen-Kontaktstrukturen und Verfahren zum Bilden von Solarzellen-Kontaktstrukturen aus Metallpaste offengelegt.
Obwohl vorstehend spezifische Ausführungsformen beschrieben sind, sollen diese Ausführungsformen nicht den Schutzumfang der vorliegenden Offenbarung einschränken, selbst wenn nur eine einzelne Ausführungsform in Bezug auf ein bestimmtes Merkmal beschrieben ist. Beispiele für Merkmale, die in dieser Offenbarung bereitgestellt werden, sind dahingehend auszulegen, dass sie eher veranschaulichend als einschränkend sind, sofern nicht etwas anderes angegeben ist. Die oben stehende Beschreibung ist dazu bestimmt, solche Alternativen, Modifizierungen und Entsprechungen abzudecken, wie sie für einen Fachmann, der den Nutzen aus dieser Offenbarung hat, offensichtlich sind.
Der Schutzumfang der vorliegenden Offenbarung beinhaltet jedes Merkmal oder jede Kombination von Merkmalen, die hier offenbart werden (sowohl implizit als auch explizit), und jede Verallgemeinerung hieraus, unabhängig davon, ob sie nun eines oder alle Probleme löst, die hierin angesprochen werden, oder nicht. Entsprechend können neue Patentansprüche während der Verfolgung dieser Anmeldung (oder einer Anmeldung, die hierzu Priorität beansprucht) und eine jegliche Kombination von Merkmalen formuliert werden. Insbesondere mit Bezug auf die angehängten Ansprüche können Merkmale von davon abhängigen Ansprüchen mit jenen der unabhängigen Ansprüche kombiniert werden und Merkmale von entsprechenden unabhängigen Ansprüchen können in jeder angemessenen Weise, und nicht lediglich in den spezifischen Kombinationen, die in den angehängten Ansprüchen aufgezählt sind, kombiniert werden.
In einer Ausführungsform umfasst ein Verfahren zur Herstellung einer Solarzelle das Bilden einer Metallpastenschicht auf einer Halbleiterregion, die in einem oder oberhalb eines Substrats angeordnet ist, wobei die Metallpastenschicht aus einer Mischung gebildet ist, die Aluminium/Silizium-(Al/Si)-Partikel, ein flüssiges Bindemittel und ein inertes Füllmaterial umfasst und die Halbleiterregion monokristalline oder polykristallines Silizium umfasst. Das Verfahren umfasst ebenfalls das Bilden einer leitfähigen Schicht aus der Metallpastenschicht, ohne das inerte Füllmaterial der Metallpastenschicht zu schmelzen. Das Verfahren umfasst auch das Bilden einer Kontaktstruktur für die Halbleiterregion der Solarzelle, wobei die Kontaktstruktur mindestens die leitfähige Schicht umfasst.
In einer bestimmten Ausführungsform ist die Metallpastenschicht aus einem Gemisch mit einem siloxanhaltigen Flüssigbindemittel und einem quarzstaubpartikelhaltigen inerten Füllmaterial hergestellt.
In einer bestimmten Ausführungsform umfasst das Bilden der Metallpastenschicht das Erstarren des Flüssigbindemittels, in dem das inerte Füllmaterial und die Al/Si-Partikel dispergiert sind.
In einer bestimmten Ausführungsform beinhaltet das Erstarren des Flüssigbindemittels, in dem das inerte Füllmaterial und die Al/Si-Partikel dispergiert sind, das Bilden einer im Wesentlichen rissfreien leitfähigen Schicht.
In einer bestimmten Ausführungsform beinhaltet das Verfahren weiterhin das Dispergieren des inerten Füllmaterials in Zwischenräumen zwischen den Al/Si-Partikeln während des Erstarrens.
In einer bestimmten Ausführungsform besteht die Metallpastenschicht aus dem Gemisch, das ferner ein Frittenmaterial enthält, und das Bilden der Metallpastenschicht beinhaltet das Schmelzen des Frittenmaterials.
In einer bestimmten Ausführungsform wird die Metallpastenschicht aus dem Gemisch mit dem aus Quarzstaubpartikeln im Submikronbereich bestehenden inerten Füllmaterial und dem aus Glaspartikeln im Mikronbereich bestehenden Frittenmaterial hergestellt.
In einer bestimmten Ausführungsform wird die Metallpastenschicht aus dem Gemisch hergestellt, das die Al/Si-Partikel mit einem Gesamtvolumen an der Gemischzusammensetzung von ca. 25% bis 75% enthält.
In einer bestimmten Ausführungsform wird die Metallpastenschicht auf der Halbleiterregion durch Siebdruck gebildet.
In einer bestimmten Ausführungsform beinhaltet das Bilden der Kontaktstruktur weiterhin das Aufmetallisieren einer ersten Metallschicht auf die leitfähige Schicht und das Aufgalvanisieren einer zweiten Metallschicht auf die erste Metallschicht.
In einer Ausführungsform umfasst eine Solarzelle ein Substrat. Eine Halbleiterregion ist innerhalb oder oberhalb des Substrats angeordnet. Eine Kontaktstruktur ist auf der Halbleiterregion angeordnet und umfasst eine leitfähige Schicht in Kontakt mit der Halbleiterregion, wobei die leitfähige Schicht ein Matrixbindemittel umfasst, in dem Aluminium-Silizium-(Al/Si)-Partikel und ein inertes Füllmaterial dispergiert sind.
In einer bestimmten Ausführungsform ist die leitfähige Schicht eine im Wesentlichen rissfreie leitfähige Schicht.
In einer bestimmten Ausführungsform ist das inerte Füllmaterial in Zwischenräumen zwischen den Al/Si-Partikeln dispergiert.
In einer bestimmten Ausführungsform umfasst das inerte Füllmaterial Quarzstaubpartikel im Submikron-Bereich.
In einer bestimmten Ausführungsform ist die Halbleiterregion eine polykristalline Siliziumschicht einer über dem Substrat angeordneten Emitterregion.
In einer bestimmten Ausführungsform ist die Halbleiterregion eine im Substrat angeordnete Diffusionsregion und das Substrat ist ein monokristallines Siliziumsubstrat.
In einer bestimmten Ausführungsform umfasst die Kontaktstruktur ferner eine auf der leitfähigen Schicht angeordnete Nickel-(Ni)-Schicht sowie eine auf der Nickelschicht angeordnete Kupfer-(Cu)-Schicht.
In einer bestimmten Ausführungsform ist die Solarzelle eine Rückseitenkontakt-Solarzelle.
In einer Ausführungsform umfasst ein Verfahren zur Herstellung einer Solarzelle das Bilden einer Metallpastenschicht auf einer Halbleiterregion, die in einem oder oberhalb eines Substrats angeordnet ist, wobei die Halbleiterregion mono- oder polykristallines Silizium enthält. Das Verfahren umfasst auch das Bilden einer leitfähigen Schicht aus der Metallpastenschicht. Das Verfahren umfasst auch das Erhöhen der Hydrophobizität der leitfähigen Schicht. Das Verfahren umfasst nach dem Erhöhen der Hydrophobizität auch das Bilden einer Kontaktstruktur für die Halbleiterregion der Solarzelle, wobei die Kontaktstruktur mindestens die leitfähige Schicht umfasst.
In einer bestimmten Ausführungsform soll das Erhöhen der Hydrophobizität der leitfähigen Schicht den Einschluss von Feuchtigkeit in der leitfähigen Schicht beim Bilden der Kontaktstruktur verhindern.
In einer bestimmten Ausführungsform umfasst das Erhöhen der Hydrophobizität der leitfähigen Schicht das Reduzieren der Hydrophilizität der leitfähigen Schicht durch Bilden einer hydrophoben selbstorganisierenden Monolage (SAM) durchgängig an mindestens einem Teil der leitfähigen Schicht.
In einer bestimmten Ausführungsform umfasst das Erhöhen der Hydrophobizität der leitfähigen Schicht das Reduzieren der Porosität der leitfähigen Schicht mittels eines Porenfüllmaterials.
In einer bestimmten Ausführungsform umfasst das Erhöhen der Hydrophobizität der leitfähigen Schicht das Reduzieren der Porosität der leitfähigen Schicht durch Verdichten.
In einer bestimmten Ausführungsform beinhaltet das Erhöhen der Hydrophobizität der leitfähigen Schicht durch Verdichten den Einsatz eines Schmelzmaterials.
In einer bestimmten Ausführungsform beinhaltet das Erhöhen der Hydrophobizität der leitfähigen Schicht durch Verdichten den Einsatz einer verbesserten Packaging-Geometrie.
In einer bestimmten Ausführungsform beinhaltet das Bilden der Metallpastenschicht das Bilden der Metallpastenschicht aus einem Gemisch mit Aluminium-Silizium-(Al/Si)-Partikeln und einem Flüssigbindemittel.
In einer bestimmten Ausführungsform wird die Metallpastenschicht auf der Halbleiterregion durch Siebdruck gebildet.
In einer bestimmten Ausführungsform beinhaltet das Bilden der Kontaktstruktur weiterhin das Aufmetallisieren einer ersten Metallschicht auf die leitfähige Schicht und das Aufgalvanisieren einer zweiten Metallschicht auf die erste Metallschicht.
In einer Ausführungsform umfasst eine Solarzelle ein Substrat. Eine Halbleiterregion ist innerhalb oder oberhalb des Substrats angeordnet. Eine Kontaktstruktur ist auf der Halbleiterregion angeordnet und umfasst eine leitfähige Schicht in Kontakt mit der Halbleiterregion, wobei die leitfähige Schicht ein Mittel zur Erhöhung der hydrophoben Eigenschaft der leitfähigen Schicht umfasst.
In einer bestimmten Ausführungsform handelt es sich bei dem Mittel um eine hydrophobe selbstorganisierende Monolage (SAM), die sich durchgängig an mindestens einem Teil der leitfähigen Schicht befindet.
In einer bestimmten Ausführungsform ist das Mittel ein Porenfüller.
In einer bestimmten Ausführungsform ist die Halbleiterregion eine polykristalline Siliziumschicht einer über dem Substrat angeordneten Emitterregion.
In einer bestimmten Ausführungsform ist die Halbleiterregion eine im Substrat angeordnete Diffusionsregion, wobei das Substrat ein monokristallines Siliziumsubstrat ist.
In einer bestimmten Ausführungsform umfasst die Kontaktstruktur ferner eine auf der leitfähigen Schicht angeordnete Nickel-(Ni)-Schicht sowie eine auf der Nickelschicht angeordnete Kupfer-(Cu)-Schicht.
In einer bestimmten Ausführungsform ist die Solarzelle eine Rückseitenkontakt-Solarzelle.

Claims

Verfahren zum Herstellen einer Solarzelle, wobei das Verfahren umfasst: Bilden einer Metallpastenschicht auf einer in oder über einem Substrat angeordneten Halbleiterregion, wobei die Metallpastenschicht aus einem Gemisch besteht, das Aluminium-Silizium-(Al/Si)-Partikel, ein Flüssigbindemittel und ein inertes Füllmaterial umfasst, und die Halbleiterregion mono- oder polykristallines Silizium umfasst; Bilden einer leitfähigen Schicht aus der Metallpastenschicht, ohne hierzu das inerte Füllmaterial der Metallpastenschicht zu schmelzen, und Bilden einer Kontaktstruktur für die Halbleiterregion der Solarzelle, wobei die Kontaktstruktur mindestens die leitfähige Schicht umfasst.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Metallpastenschicht aus dem Gemisch bestehend aus dem siloxanhaltigen Flüssigbindemittel besteht und das inerte Füllmaterial Quarzstaubpartikel enthält.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, wobei das Bilden der Metallpastenschicht das Erstarren des Flüssigbindemittels, in dem das inerte Füllmaterial und die Al/Si-Partikel dispergiert sind, umfasst.
Verfahren nach Anspruch 3, wobei das Erstarren des inerten Flüssigbindemittels, in dem das inerte Füllmaterial und die Al/Si-Partikel dispergiert sind, das Bilden einer im Wesentlichen rissfreien leitfähigen Schicht umfasst.
Verfahren nach einem der Ansprüche 3 oder. 4, das ferner umfasst: das Dispergieren des inerten Füllmaterials in Zwischenräumen zwischen den Al/Si-Partikeln während des Erstarrens.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Metallpastenschicht aus dem Gemisch gebildet wird, das ferner ein Frittenmaterial umfasst, und wobei das Bilden der Metallpastenschicht das Schmelzen des Frittenmaterials umfasst.
Verfahren nach Anspruch 6, wobei die Metallpastenschicht aus dem Gemisch bestehend aus dem inerten Füllmaterial, das Quarzstaubpartikeln im Submikronbereich umfasst, und dem Frittenmaterial, das Glaspartikeln im Mikronbereich umfasst, gebildet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei die Metallpastenschicht aus dem Gemisch gebildet wird, das die Al/Si-Partikel mit einem Gesamtvolumen an der Gemischzusammensetzung von ca. 25% bis 75% umfasst.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei die Metallpastenschicht auf der Halbleiterregion durch Siebdruck gebildet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei das Bilden der Kontaktstruktur ferner Folgendes umfasst: Aufmetallisieren einer ersten Metallschicht auf die leitfähige Schicht, und Aufgalvanisieren einer zweiten Metallschicht auf die erste Metallschicht.
Solarzelle, die Folgendes umfasst: ein Substrat; eine Halbleiterregion, die innerhalb oder oberhalb des Substrats angeordnet ist, und eine Kontaktstruktur, die auf der Halbleiterregion angeordnet ist und eine leitfähige Schicht in Kontakt mit der Halbleiterregion umfasst, wobei die leitfähige Schicht ein Matrixbindemittel umfasst, in dem Aluminium-Silizium-(Al/Si)-Partikel und ein inertes Füllmaterial dispergiert sind.
Solarzelle nach Anspruch 11, wobei die leitfähige Schicht eine im Wesentlichen rissfreie leitfähige Schicht ist.
Solarzelle nach einem der Ansprüche 11 oder 12, wobei das inerte Füllmaterial in den Zwischenräumen zwischen den Al-/Si-Partikeln dispergiert ist.
olarzelle nach einem der Ansprüche 11 bis 13, wobei das inerte Füllmaterial Quarzstaubpartikel im Submikron-Bereich umfasst.
Solarzelle nach einem der Ansprüche 11 bis 14, wobei die Halbleiterregion eine polykristalline Siliziumschicht einer über dem Substrat angeordneten Emitterregion darstellt.
Solarzelle nach einem der Ansprüche 11 bis 14, wobei die Halbleiterregion eine im Substrat angeordnete Diffusionsregion ist und wobei es sich beim Substrat um ein monokristallines Siliziumsubstrat handelt.
Solarzelle nach einem der Ansprüche 11 bis 16, wobei die Kontaktstruktur ferner Folgendes umfasst: eine auf der leitfähigen Schicht angeordnete Nickel-(Ni)-Schicht; und eine auf der Ni-Schicht angeordnete Kupfer-(Cu)-Schicht.
Solarzelle nach einem der Ansprüche 11 bis 17, wobei die Solarzelle eine Rückseitenkontakt-Solarzelle ist.
Rückseitenkontakt-Solarzelle, die Folgendes umfasst: ein Substrat; eine Halbleiterregion, die innerhalb oder oberhalb des Substrats angeordnet ist, eine auf der Halbleiterregion angeordnete Kontaktstruktur, die eine leitfähige Schicht in Kontakt mit der Halbleiterregion umfasst, wobei die leitfähige Schicht ein Matrixbindemittel umfasst, das Aluminium-/Silizium-(Al/Si)-Partikel enthält, und ein in den Zwischenräumen zwischen den Al/Si-Partikeln dispergiertes inertes Füllmaterial, wobei das inerte Füllmaterial Quarzstaubpartikel im Submikron-Bereich umfasst, wobei die Kontaktstruktur ferner eine erste auf der leitfähigen Schicht angeordnete Metallschicht und eine zweite auf der ersten Metallschicht angeordnete Metallschicht umfasst.
Rückseitenkontakt-Solarzelle nach Anspruch 19, wobei die leitfähige Schicht eine im Wesentlichen rissfreie leitfähige Schicht darstellt.