DE112017003349T5 - Laserverfahren zur folienbasierten metallisierung von solarzellen - Google Patents

Laserverfahren zur folienbasierten metallisierung von solarzellen Download PDF

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Markus Nicht
Daniel Maria Weber
Rico Bohme
Mario Gjukic
Gabriel Harley
Mark Kleshock
Mohamed A. Elbandrawy
Taeseok Kim
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Maxeon Solar Pte Ltd
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Total Marketing Services SA
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Abstract

Es werden Verfahren zum Herstellen einer Solarzelle, die Metallisierungsverfahren umfassen sowie resultierende Solarzellen beschrieben. Bei einem Beispiel kann eine Halbleiterregion in oder über einem Substrat ausgebildet werden. Eine erste Metallschicht kann über der Halbleiterregion ausgebildet werden. Eine erste Region der Metallschicht kann mit einem Laser beaufschlagt werden, um eine erste Metallschweißstelle zwischen der Metallschicht und der Halbleiterregion auszubilden, wobei das Beaufschlagen der ersten Region mit einem Laser ein Beaufschlagen mit dem Laser mit einer ersten Scangeschwindigkeit aufweist. Im Anschluss an das Beaufschlagen der ersten Region mit dem Laser kann eine zweite Region der Metallschicht mit dem Laser beaufschlagt werden, wobei das Beaufschlagen der zweiten Region mit dem Laser ein Beaufschlagen mit einem Laser mit einer zweiten Scangeschwindigkeit aufweist. Im Anschluss an das Beaufschlagen der zweiten Region mit dem Laser kann eine dritte Region der Metallschicht mit dem Laser beaufschlagt werden, um eine zweite Metallschweißstelle auszubilden, wobei das Beaufschlagen der dritten Region mit dem Laser Beaufschlagen mit dem Laser mit einer dritten Scangeschwindigkeit aufweist.

Description

  • HINTERGRUND DER TECHNIK
  • Fotovoltaische Zellen (PV-Zellen), gemeinhin als Solarzellen bekannt, sind Vorrichtungen zur Umwandlung von Sonnenstrahlung in elektrische Energie. Im Allgemeinen erzeugt Sonnenstrahlung, die auf die Oberfläche des Substrats einer Solarzelle auftrifft und in das Substrat einer Solarzelle eindringt, Elektron-Loch-Paare im Volumen des Substrats. Die Elektron-Loch-Paare wandern in p- und n-dotierte Regionen im Substrat, wodurch sie eine Spannungsdifferenz zwischen den dotierten Regionen erzeugen. Die dotierten Regionen sind mit den leitfähigen Regionen auf der Solarzelle verbunden, um einen elektrischen Strom von der Zelle an einen externen Stromkreis zu leiten. Wenn PV-Zellen in einem Bereich, wie einem PV-Modul, kombiniert werden, kann die von allen PV-Zellen gesammelte elektrische Energie in Serien- und Parallel-Anordnungen kombiniert werden, um Energie mit einer bestimmten Spannung und Stromstärke zur Verfügung zu stellen.
  • Verfahren zum Erhöhen der Effizienz von Solarzellen oder Verfahren zum Erhöhen der Effizienz bei der Fertigung von Solarzellen sind allgemein wünschenswert. Einige Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung ermöglichen durch die Bereitstellung neuartiger Prozesse zur Herstellung von Solarzellstrukturen eine erhöhte Effizienz bei der Herstellung von Solarzellen.
  • Figurenliste
    • 1 veranschaulicht einen Ablaufplan, in dem Arbeitsschritte in einem Verfahren zum Herstellen einer Solarzelle entsprechend den 3A bis 3C gemäß einigen Ausführungsformen aufgeführt sind.
    • 2 veranschaulicht einen Ablaufplan, in dem Arbeitsschritte in einem Verfahren zum Metallisieren einer Solarzelle entsprechend den 4 und 5 gemäß einigen Ausführungsformen aufgeführt sind.
    • Die 3A, 3B und 3C veranschaulichen Querschnittsansichten verschiedener Herstellungsstufen einer Solarzelle gemäß einigen Ausführungsformen.
    • 4 veranschaulicht eine Draufsicht auf einen Abschnitt einer Solarzelle gemäß einigen Ausführungsformen.
    • 5 veranschaulicht einen beispielhaften Graphen gemäß einigen Ausführungsformen.
  • AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
  • Die folgende ausführliche Beschreibung ist lediglich veranschaulichender Natur und nicht im die Ausführungsformen des Gegenstands der Patentanmeldung oder die Verwendungen solcher Ausführungsformen einschränkenden Sinne zu erachten. In seiner hierin verwendeten Form bezeichnet das Wort „beispielhaft“ „als Beispiel, Fallbeispiel oder der Veranschaulichung dienend“. Jegliche Umsetzung, die hierin als beispielhaft beschrieben ist, ist nicht unbedingt als bevorzugt oder vorteilhaft gegenüber anderen Umsetzungen anzusehen. Des Weiteren besteht keine Absicht, durch eine im vorangehenden technischen Gebiet, den Hintergrund, der Kurzdarstellung oder der folgenden ausführlichen Beschreibung dargelegte ausdrückliche oder implizierte Theorie gebunden zu sein.
  • Diese Patentschrift beinhaltet Verweise auf „eine bestimmte Ausführungsform“ oder „eine Ausführungsform“. Das Auftreten der Ausdrücke „bei einer bestimmten Ausführungsform“ oder „bei einer Ausführungsform“ bezieht sich nicht notwendigerweise auf dieselbe Ausführungsform. Bestimmte Leistungsmerkmale, Strukturen oder Eigenschaften können auf eine beliebige geeignete Weise kombiniert werden, die mit dieser Offenbarung im Einklang steht.
  • Terminologie. Die folgenden Absätze stellen Definitionen und/oder Kontext für Begriffe bereit, die in dieser Offenbarung (einschließlich der beigefügten Ansprüche) zu finden sind:
  • „Aufweisen“/„aufweisend“ - Dieser Begriff ist erweiterbar. In seiner in den beigefügten Ansprüchen verwendeten Form, schließt dieser Begriff zusätzliche Strukturen oder zusätzliche Schritte nicht aus.
  • „Dazu ausgelegt“/„ausgelegt, um zu“ - Verschiedene Einheiten oder Komponenten können als „dazu ausgelegt“, eine Aufgabe oder Aufgaben zu erfüllen beschrieben oder beansprucht sein. In solchen Kontexten wird „dazu ausgelegt“ verwendet, um eine Struktur zu benennen, indem angegeben wird, dass die Einheiten/Komponenten eine Struktur beinhalten, die diese Aufgabe oder Aufgaben während des Betriebs ausführt. Auf diese Weise kann von der Einheit/Komponente gesagt werden, dass sie dazu ausgelegt ist, die Aufgabe auszuführen, selbst wenn die konkrete Einheit/Komponente momentan nicht betriebsbereit (d.h. nicht eingeschaltet/aktiv) ist. Das Erwähnen, dass eine Einheit/Schaltung/Komponente „dazu ausgelegt“ ist, eine oder mehrere Aufgaben auszuführen, ist ausdrücklich so gedacht, dass sich diese Erwähnung bei dieser Einheit/Komponente nicht auf 35 U.S.C. §112, Absatz sechs, beruft.
  • „Erste“, „zweite“ usw. - In ihrer hierin verwendeten Form werden diese Begriffe als Bezeichnungen für Substantive genutzt, denen sie vorangehen, und implizieren keinerlei Art von Reihenfolge (z.B. räumliche, zeitliche, logische usw.). So impliziert beispielsweise der Verweis auf eine „erste“ Metallschweißstelle nicht unbedingt, dass diese Metallschweißstelle die erste Metallschweißstelle in einer Folge ist; stattdessen wird der Begriff „erste“ dazu verwendet, diese Metallschweißstelle von einer anderen Metallschweißstelle (z.B. von einer „zweiten“ Metallschweißstelle) zu unterscheiden.
  • „Auf der Grundlage von“ - In seiner hierin verwendeten Form wird dieser Begriff zum Beschreiben einer oder mehrerer Faktoren verwendet, die eine Ermittlung beeinflussen. Dieser Begriff schließt zusätzliche Faktoren nicht aus, die eine Ermittlung beeinflussen können. Das heißt, dass eine Ermittlung ausschließlich auf diesen Faktoren oder zumindest teilweise auf diesen Faktoren beruhen kann. Betrachtet sei der Ausdruck „A auf Grundlage von B ermitteln“. Während B ein Faktor sein kann, der die Ermittlung von A beeinflusst, schließt ein solcher Ausdruck nicht aus, dass die Ermittlung von A auch auf C beruhen kann. In anderen Fällen kann A ausschließlich auf Grundlage von B ermittelt werden.
  • „Gekoppelt“ - Die folgende Beschreibung bezieht sich auf Elemente oder Knoten oder Merkmale, die miteinander „gekoppelt“ sind. In seiner hierin verwendeten Form bezeichnet der Begriff „gekoppelt“, sofern nicht ausdrücklich etwas Anderes angegeben ist, dass ein Element/Knoten/Merkmal direkt oder indirekt, jedoch nicht notwendigerweise mechanisch, mit einem anderen Element/Knoten/Merkmal verbunden ist (oder direkt oder indirekt damit in Verbindung steht).
  • In seiner hierin verwendet Form wird „Hemmen“ zum Beschreiben eines Verringerungs- oder Minimierungseffekts verwendet. Wird eine Komponente oder ein Merkmal als einen Vorgang, eine Bewegung oder einen Zustand hemmend beschrieben, kann sie/es das Ergebnis oder die Wirkung oder die zukünftige Beschaffenheit vollständig unterbinden. Zusätzlich dazu kann sich „hemmen“ auch auf eine Verringerung oder Abschwächung der Wirkung, Leistung und/oder des Effekts beziehen, die bzw. der ansonsten auftreten könnte. Dementsprechend muss, wenn eine Komponente, ein Element oder ein Merkmal als ein Ergebnis oder eine Beschaffenheit hemmend bezeichnet wird, sie/es das Ergebnis oder die Beschaffenheit nicht komplett unterbinden oder verhindern.
  • Zusätzlich dazu kann in der folgenden Beschreibung eine bestimmte Terminologie auch allein zu Verweiszwecken verwendet werden und ist demgemäß nicht im einschränkenden Sinne zu erachten. So beziehen sich beispielsweise Begriffe wie „oberer/obere/oberes“, „unterer/untere/unteres“, „oberhalb/über“ und „unterhalb/unter“ auf Richtungen in den Zeichnungen, auf die Bezug genommen wird. Begriffe wie „vorderer/vordere/vorderes/vorn“, „hinterer/hintere/hinteres/hinten“, „rückseitig“, „seitlich“, „außenseitig“ und „innenseitig“ beschreiben die Ausrichtung und/oder die Lage von Abschnitten der Komponente in einem konsistenten, jedoch beliebigen Bezugsrahmen, der durch Bezugnahme auf den Text und die zugehörigen Zeichnungen deutlich gemacht wird, die die erörterte Komponente beschreiben. Eine solche Terminologie kann die vorstehend speziell erwähnten Wörter, Ableitungen davon und Wörter mit ähnlicher Bedeutung beinhalten.
  • In der folgenden Beschreibung sind zahlreiche konkrete Einzelheiten, wie etwa konkrete Arbeitsschritte, dargelegt, um ein umfassendes Verständnis von Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung zu ermöglichen. Einem Fachmann auf dem Gebiet der Technik ist ersichtlich, dass Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung auch ohne diese konkreten Einzelheiten umgesetzt werden können. In anderen Fällen werden allgemein bekannte Verfahren nicht ausführliche beschrieben, um das Verständnis der Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung nicht unnötigerweise zu erschweren.
  • Hierin werden Ansätze zur folienbasierten Metallisierung von Solarzellen sowie die resultierenden Solarzellen beschrieben. In der folgenden Beschreibung sind zahlreiche konkrete Einzelheiten, wie etwa konkrete Prozessablaufschritte dargelegt, um ein umfassendes Verständnis von Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung zu ermöglichen. Einem Fachmann auf dem Gebiet der Technik ist ersichtlich, dass Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung auch ohne diese konkreten Einzelheiten umgesetzt werden können. In anderen Fällen werden gut bekannte Herstellungsverfahren, wie beispielsweise Lithografie- und Strukturierungsverfahren, nicht ausführlich beschrieben, um das Verständnis von Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung nicht unnötig zu erschweren. Ferner sollte beachtet werden, dass es sich bei den verschiedenen, in den Figuren dargestellten Ausführungsformen um veranschaulichende Darstellungen handelt, die nicht unbedingt maßstabsgetreu sind.
  • Hierin werden Verfahren zum Herstellen von Solarzellen offenbart. Bei einer Ausführungsform umfasst ein Verfahren zum Herstellen einer Solarzelle Bilden einer Vielzahl von abwechselnden n- und p-Halbleiterregionen in oder über einem Substrat. Das Verfahren umfasst ferner Anhaften und/oder Kleben einer Metallfolie an die abwechselnden n- und p-Halbleiterregionen unter Verwendung von Laserverfahren. Bei einer Ausführungsform kann die Scangeschwindigkeit eines Lasers variieren (z.B. nicht konstant sein), um die Gesamtscanzeit zu verlängern und einen guten elektrischen Kontakt (z.B. Metallschweißstellen) zwischen der Metallfolie und den abwechselnden n- und p-Halbleiterregionen auszubilden.
  • 1 ist ein Ablaufplan, in dem Arbeitsschritte in einem Verfahren zum Herstellen einer Solarzelle entsprechend den 3A bis 3C gemäß einigen Ausführungsformen aufgeführt sind. Bei verschiedenen Ausführungsformen kann das Verfahren aus 1 zusätzliche (oder weniger) Blöcke beinhalten als veranschaulicht. So muss beispielsweise bei einigen Ausführungsformen eine Metallkeimregion in Block 104 ausgebildet werden, bei dem in einer Ausführungsform eine Metallschicht (z.B. eine Metallfolie) platziert und direkt an eine erste und zweite Halbleiterregion angehaftet werden kann.
  • 2 ist ein Ablaufplan, in dem Arbeitsschritte in einem Verfahren zum Metallisieren einer Solarzelle entsprechend den 4 und 5 gemäß einigen Ausführungsformen aufgeführt sind.
  • In Bezug auf 3A und den entsprechenden Arbeitsschritt 102 im Ablaufplan 100 aus 1 kann eine Halbleiterregion in oder über einem Substrat ausgebildet werden. Bei einer Ausführungsform können eine erste und eine zweite Halbleiterregion 304, 306 auf einer hinteren Oberfläche 303 eines Substrats 310 ausgebildet werden. Bei einem Beispiel kann es sich bei einer ersten und einer zweiten Halbleiterregion 304, 306 um eine Vielzahl von abwechselnden n- und p-Halbleiterregionen handeln, die in oder über dem Substrat 310 ausgebildet werden. So ist insbesondere bei einer Ausführungsform bei einem Substrat 310 eine erste und eine zweite Halbleiterregionen 304, 306 über ihm angeordnet, die auf einer dünnen dielektrischen Schicht 302 angeordnet sind. Bei einer Ausführungsform kann es sich bei der dünnen dielektrischen Schicht 302 um ein dazwischenliegendes Material zwischen jeweils der ersten Halbleiterregion 304 oder der zweiten Halbleiterregion 306 und dem Substrat 310 handeln. Das Substrat 310 kann eine vordere Oberfläche 301 gegenüber der hinteren Oberfläche 303 des Substrats 310 aufweisen, wobei die hintere Oberfläche 303 einer vorderen Oberfläche 301 gegenüberliegt.
  • Bei einer Ausführungsform handelt es sich bei dem Substrat 310 um ein einkristallines Siliziumsubstrat wie z.B. ein n-dotiertes Silizium-Einkristall-Massensubstrat. Es sollte jedoch beachtet werden, dass es sich bei dem Substrat 310 um eine Schicht, wie etwa eine multikristalline Siliziumschicht, handeln kann, die auf einem globalen Solarzellensubstrat angeordnet ist. Bei einer Ausführungsform handelt es sich bei der dünnen dielektrischen Schicht 302 um eine Siliziumoxidtunnelschicht mit einer Dicke von ungefähr 2 Nanometern oder weniger. Bei einer solchen Ausführungsform bezieht sich der Begriff „dielektrische Tunnelschicht“ auf eine sehr dünne dielektrische Schicht, durch die elektrische Leitfähigkeit erreicht werden kann. Die Leitfähigkeit kann auf die Quantentunnelung und/oder das Vorhandensein von kleinen Regionen einer direkten physikalischen Verbindung über dünne Stellen in der dielektrischen Schicht zurückgeführt werden. Bei einer Ausführungsform umfasst die dielektrische Tunnelschicht eine dünne Siliziumoxidschicht.
  • Bei einer Ausführungsform handelt es sich bei der abwechselnden ersten und zweiten Halbleiterregion 304 und 306 jeweils um ausgebildete polykristalline Siliziumregionen, die beispielsweise unter Verwendung eines plasmaunterstützten chemischen Dampfphasenabscheidungsverfahrens (PECVD-Verfahren) ausgebildet werden. Bei einer Ausführungsform handelt es sich bei der ersten und der zweiten Halbleiterregion um polykristalline n- und p-Siliziumregionen. Bei einer solchen Ausführungsform sind die polykristallinen n-Siliziumemitterregionen 304 mit einem n-Dotierstoff wie z.B. Phosphor dotiert. Die polykristallinen p-Siliziumemitterregionen 306 sind mit einem p-Typ-Dotierstoff wie z.B. Bor dotiert. Wie dies in 3A dargestellt ist, können die sich abwechselnde erste und zweite Halbleiterregion 304 und 306 dazwischen gebildete Gräben 308 aufweisen, wobei sich die Gräben 308 teilweise in das Substrat 310 erstrecken. Zusätzlich dazu wird bei einer bestimmten Ausführungsform ein Antireflex-Beschichtungsmaterial (BARC-Material) oder eine andere Schutzschicht (wie z.B. eine Schicht amorphes Silizium) 309 auf der sich abwechselnden ersten und zweiten Halbleiterregion 304 und 306 ausgebildet. Bei einer Ausführungsform umfasst die Schutzschicht 309 ein Siliziumnitrid oder Titannitrid.
  • Bei einer Ausführungsform kann eine Lichtempfangsoberfläche 305 auf der vorderen Oberfläche 301 des Substrats 310 ausgebildet werden. Bei einer Ausführungsform handelt es sich bei der Lichtempfangsoberfläche 305 um eine texturierte Lichtempfangsoberfläche, wie dies in 3A dargestellt ist. Bei einer Ausführungsform wird ein hydroxidbasiertes Nassätzmittel verwendet, um die Lichtempfangsoberfläche 305 des Substrats 310 und möglicherweise die Oberflächen der Gräben 308 zu texturieren, wie dies ebenfalls in 3A dargestellt ist. Hierbei sollte beachtet werden, dass der Zeitpunkt der Texturierung der Lichtempfangsfläche 305 variieren kann. So kann das Texturieren beispielsweise vor oder nach dem Ausbilden der dünnen dielektrischen Schicht 302 durchgeführt werden. Bei einer Ausführungsform kann es sich bei einer texturierten Oberfläche um eine Oberfläche handeln, die eine regelmäßig oder unregelmäßig geformte Oberfläche aufweist, um auftreffendes Licht zu streuen, wodurch die von der Lichtempfangsfläche 305 der Solarzelle reflektierte Lichtmenge verringert wird. Unter erneutem Bezug auf 3A können weitere Ausführungsformen das Ausbilden einer Passivierungsschicht und/oder Antireflex-Beschichtung (ARC) (zusammen als Schicht 312 dargestellt) auf der Lichtempfangsoberfläche 305 umfassen. Hierbei sollte beachtet werden, dass der Zeitpunkt des Ausbildens der Passivierungs- und/oder der ARC-Schicht ebenfalls variieren kann.
  • In Bezug auf 3B und mithin den optionalen Arbeitsschritt 104 im Ablaufplan 100 wird eine Vielzahl von Metallkeimmaterialregionen 314 ausgebildet, um auf jeder der ersten und zweiten Halbleiterregion 304 und 306 eine Metallkeimmaterialregion bereitzustellen. Die Metallkeimmaterialregionen 314 stellen einen direkten Kontakt zu der sich abwechselnden ersten und zweiten Halbleiterregion 304 und 306 her.
  • Bei einer Ausführungsform handelt es sich bei den Metallkeimregionen 314 um Aluminiumregionen. Bei einer solchen Ausführungsform weisen die Aluminiumregionen jeweils eine Dicke im Bereich von ungefähr 0,1 bis 20 Mikrometern auf und enthalten Aluminium in einer Menge von mehr als ungefähr 97 % und Silizium in einer Menge im Bereich von ungefähr 0 bis 2 %. Bei anderen Ausführungsformen enthalten die Metallkeimregionen 314 ein Metall wie Nickel, Silber, Kobalt oder Wolfram, ohne jedoch darauf beschränkt zu sein. Bei einer Ausführungsform werden die Metallkeimregionen 314 aus einer deckenden Metallkeimschicht unter Verwendung eines deckenden Abscheidungsprozesses ausgebildet. Bei dieser Ausführungsform kann die deckende Metallkeimschicht in einem nachfolgenden Ätzprozess wie einem hydroxidbasierten Nassätzprozess strukturiert werden. Bei einigen Ausführungsformen kann es sich bei den Metallkeimregionen 314 um strukturierte Metallkeimregionen handeln. Bei einem Beispiel kann eine strukturierte Metallkeimregion durch Abscheiden eines Druckprozesses (z.B. mittels Siebdruck) mit anschließendem Aushärteprozess ausgebildet werden.
  • In Bezug auf 3B und mithin den entsprechenden Arbeitsschritt 106 im Ablaufplan 100 kann eine Metallschicht über das Substrat platziert werden. Bei einer Ausführungsform kann es sich bei der Metallschicht 318 um eine Metallfolie handeln. Bei einer Ausführungsform handelt es sich bei der Metallschicht 318 um eine Aluminiumfolie (Al-Folie) mit einer Dicke im Bereich von etwa 5 bis 100 Mikrometern und vorzugsweise mit einer Dicke im Bereich von etwa 20 bis 100 Mikrometern. Bei einer bestimmten Ausführungsform handelt es sich bei der Al-Folie um eine Aluminiumlegierungsfolie, die Aluminium und ein zweites Element wie Kupfer, Mangan, Silizium, Magnesium, Zink, Zinn, Lithium oder Kombinationen davon enthält, ohne jedoch darauf beschränkt zu sein. Bei einer bestimmten Ausführungsform handelt es sich bei der Al-Folie um eine Folie mit einem Härtegrad von beispielsweise Grad F (wie hergestellt), Grad O (vollständig weich), Grad H (kaltverfestigt) oder Grad T (wärmebehandelt), ohne jedoch darauf beschränkt zu sein. Bei einer Ausführungsform kann die Metallschicht 318, wie dies dargestellt ist, direkt über die Metallkeimregionen 314 platziert werden.
  • Bei einer Ausführungsform können Öffnungen in der Schutzschicht (z.B. einer BARC-Schicht) 309 ausgebildet werden, um direkten Kontakt der Metallschicht 318 mit der sich abwechselnden ersten und zweiten Halbleiterregion 304 und 306 vor oder während dem Metallisieren herzustellen. So werden beispielsweise bei einer Ausführungsform vor dem Metallisieren Öffnungen in der BARC-Schicht 309, so beispielsweise durch Strukturieren mittels Laserabtragung eines Lithografie- und Ätzverfahrens, ausgebildet. Bei einer weiteren Ausführungsform kann Metallisieren zum Ausbilden eines direkten Kontakts der Metallschicht 318 mit der Vielzahl von der sich abwechselnden ersten und zweiten Halbleiterregion 304 und 306 durch die BARC-Schicht 309, beispielsweise mittels Laser oder anderen Punktschweißverfahren ausgebildet werden, um auf effektive Weise solche Punktschweißstellen umgebenden Öffnungen in der BARC-Schicht 309 zu erzeugen.
  • Hierbei sollte beachtet werden, dass gemäß einer Ausführungsform ein keimloser Ansatz umgesetzt werden kann. Bei einem solchen Ansatz werden keine Metallkeimmaterialregionen 314 ausgebildet, und die Metallfolie 318 wird direkt über die erste und zweite Halbleiterregion 304 und 306 platziert. So wird beispielsweise bei einer Ausführungsform die Metallfolie 318 direkt über sich abwechselnde polykristalline n- und p-Siliziumregionen platziert. Bei einer bestimmten Ausführungsform kann eine Schutzschicht 309 (einschließlich von beispielsweise Siliziumnitrid oder Titannitrid) zwischen der Metallschicht 318 und der ersten und zweiten Halbleiterregion 304, 306 ausgebildet werden, wobei Kontaktöffnungen in der Schutzschicht 309 elektrischen Kontakt zwischen der Metallschicht 318 und der ersten und zweiten Halbleiterregion 304, 306 ermöglichen können.
  • In Bezug auf 3C und den entsprechenden Arbeitsschritt 108 im Ablaufplan 100 wird eine Metallschicht 318 an die erste und zweite Halbleiterregion angehaftet. <149 Bei einer Ausführungsform wird die Metallschicht 318 durch direktes Koppeln von Abschnitten der Metallschicht 318 mit einem entsprechenden Abschnitt einer jeden der Metallkeimregionen 314 an die erste und zweite Halbleiterregion angehaftet. Bei einer bestimmten Ausführungsform beinhaltet das direkte Koppeln von Abschnitten der Metallschicht 318 mit einem entsprechenden Abschnitt einer jeden der Metallkeimregionen 314 Ausbilden einer Metallschweißstelle 320 an jedem dieser Orte, wie dies in 3C dargestellt ist. Bei einer Ausführungsform kann das Ausbilden der Metallschweißstelle 320 Ausführen eines Metallisierungsprozesses (z.B. eines Schweißprozesses) umfassen. Ein beispielhafter Metallisierungsprozess ist im Ablaufplan 200 von 2 beschrieben, in dem Arbeitsschritte in einem Verfahren zum Metallisieren einer Solarzelle entsprechend den 4 und 5 aufgeführt sind.
  • Bei einer Ausführungsform kann ein Laser 319 verwendet werden, um die Metallschicht 318 an die Halbleiterregionen 304, 306 anzuhaften. Bei einem Beispiel kann ein Laserschweißverfahren angewendet werden, um die Metallschicht 318 an die Metallkeimregionen 314 und/oder die Halbleiterregionen 304, 306 anzuhaften. Bei einem Beispiel führt der Ablaufplan 200 von 2 Arbeitsschritte in einem Verfahren zum Anhaften einer Metallschicht 318 an die Halbleiterregionen 304, 306 auf, wie nachstehend ausführlich beschrieben wird. Bei einer Ausführungsform kann ein Galvanometer verwendet werden, um den Laser über die Metallschicht 318 zu scannen. Bei einer bestimmten Ausführungsform kann das Galvanometer verwendet werden, um einen Fokus des Lasers zu verlagern. Zwar sind in 3C zwei Laser 319 dargestellt, jedoch wird in einer Ausführungsform nur ein Laser verwendet. Bei einer bestimmten Ausführungsform können mehrere Laser (z.B. mehr als ein Laser) verwendet werden. Bei einer Ausführungsform kann es sich bei dem Laser 319 um einen Infrarotlaser (z.B. mit einer Wellenlänge von 1080 Nanometern) oder einen grünen Laser (z.B. mit einer Wellenlänge im Bereich von 532 bis 1080 Nanometern) handeln. Bei einer Ausführungsform kann die Fluenz für einen gepulsten Laser im Bereich von 100 bis 500 J/cm2 liegen und Pulslängen im Bereich von 0,1 bis 1 Millisekunde aufweisen.
  • Bei einer Ausführungsform kann ein Nutbildungsprozess 317 auf der Metallschicht 318 ausgeführt werden, um Metallkontaktregionen unterschiedlicher Polarität voneinander zu trennen. So kann bei einem Beispiel ein Lasernutbildungsprozess auf der Metallschicht 318 ausgeführt werden, um eine positive und eine negative Metallkontaktregion zu bilden, wobei die positive Metallkontaktregion mit der ersten Halbleiterregion 304 und die negative Metallkontaktregion mit der zweiten Halbleiterregion 306 gekoppelt ist. Bei einigen Ausführungsformen kann ein Maskier- und Ätzverfahren angewendet werden, um die positiven und negativen Metallkontaktregionen auszubilden und/oder Nutbildungen für sie auszuführen.
  • Bei einem beispielhaften Prozessablauf ist 2 ein Ablaufplan 200, in dem Arbeitsschritte in einem Verfahren zum Metallisieren einer Solarzelle entsprechend 4 gemäß einigen Ausführungsformen aufgeführt sind. Bei verschiedenen Ausführungsformen kann das Verfahren aus 2 zusätzliche (oder weniger) Blöcke als veranschaulicht beinhalten. So kann beispielsweise im Anschluss an ein Beaufschlagen einer dritten Region mit einem Laser eine vierte Region mit dem Laser beaufschlagt werden, wobei die vierte Region mit einer vierten Scangeschwindigkeit mit dem Laser beaufschlagt wird.
  • In Bezug auf 4 und den entsprechenden Arbeitsschritt 202 im Ablaufplan 200 von 2, kann eine erste Region 411 einer Metallschicht 418 mit einem Laser beaufschlagt werden, um eine erste Metallschweißstelle 421 auszubilden. Bei einer Ausführungsform kann es sich bei der Metallschicht um eine Metallfolie und bei dem Substrat um ein einkristallines Siliziumsubstrat, wie etwa ein n-dotiertes Silizium-Einkristall-Massensubstrat handeln, wie vorstehend ausführlich beschrieben ist. Bei einer Ausführungsform kann durch das Beaufschlagen der ersten Region 411 mit dem Laser zum Ausbilden der ersten Metallschweißstelle 421, wie dies dargestellt ist, ferner eine umgebende beschädigte Region 409 um die erste Metallschweißstelle 421 herum ausgebildet werden. Bei einem Beispiel kann es sich bei der umgebenden beschädigten Region 409 um eine teilweise geschmolzene Region der Metallschicht 418 handeln. Bei einem bestimmten Beispiel handelt es sich bei der umgebenden beschädigten Region 409 um eine teilweise geschmolzene Region einer Metallfolie. Bei einer Ausführungsform haftet die erste Metallschweißstelle 421 die Metallschicht 418 an mindestens eine Halbleiterregion in oder über einem Substrat 410 (z.B. eine polykristalline n- oder p-Region) an. Bei einer Ausführungsform verbindet die erste Metallschweißstelle die Metallschicht 418 elektrisch mit mindestens einer Halbleiterregion in oder über dem Substrat 410. Bei einer Ausführungsform kann die erste Metallschweißstelle 421, wie dies dargestellt ist, nicht kreisförmig sein. Bei einem Beispiel kann die erste Metallschweißstelle 421 eine längliche Form aufweisen. Bei einigen Ausführungsformen kann die erste Metallschweißstelle 421 kreisförmig sein. Bei einer bestimmten Ausführungsform kann die erste Metallschweißstelle 421 die Metallschicht 418 an eine Metallkeimregion anhaften. Bei einer Ausführungsform kann die Metallkeimregion zwischen der Metallschicht 418 und einer Halbleiterregion angeordnet sein. Bei einer Ausführungsform kann die erste Region 411 mit einer ersten Scangeschwindigkeit mit dem Laser beaufschlagt werden. Bei einer Ausführungsform beträgt die erste Scangeschwindigkeit höchstens 0,50 m/s. Bei einigen Ausführungsformen kann die Scangeschwindigkeit höchstens 0,7 m/s betragen. Bei einer Ausführungsform kann es sich bei dem Laser um einen Dauerstrichlaser, einen gepulsten Laser oder einen modulierten Laser handeln.
  • Bei einem Beispiel kann für einen gepulsten Laser die erste Scangeschwindigkeit ausgelegt sein, um die erste Region 411 mit einem ersten Puls von dem gepulsten Laser zu beaufschlagen. Bei einem Beispiel kann die erste Scangeschwindigkeit wesentlich verlangsamt (z.B. ungefähr 0,5 m/s) sein, damit ein Puls von dem gepulsten Laser auf die erste Region 411 feuern kann.
  • Bei einem bestimmten Beispiel kann für einen modulierten Laser die erste Scangeschwindigkeit ausgelegt sein, um die erste Region mit einem Ausgangssignal eines Einschaltzustands des modulierten Lasers zu beaufschlagen. Bei einer Ausführungsform kann es sich bei einem Ausgangssignal um eine Ausgangsleistung des modulierten Lasers (z.B. ein Laserausgangssignal) handeln. Bei einer Ausführungsform kann es sich bei einem modulierten Laser um einen Dauerstrichlaser (CW-Laser) handeln, wobei die Ausgangsleistung des CW-Lasers durch Umschalten zwischen eingeschaltetem und ausgeschaltetem Zustand (z.B. durch Ein- und Ausschalten des CW-Lasers) gesteuert wird. Bei einem Beispiel kann die erste Scangeschwindigkeit wesentlich verlangsamt (z.B. ungefähr 0,5 m/s) sein, um die erste Region 411 mit einem Ausgangssignal eines Einschaltzustands des modulierten Lasers zu beaufschlagen.
  • Erneut in Bezug auf 4 und den entsprechenden Arbeitsschritt 204 im Ablaufplan 200 von 2 wird im Anschluss an das Beaufschlagen der ersten Region 411 mit dem Laser in Block 202 eine zweite Region 413 der Metallschicht 518 mit dem Laser beaufschlagt. Bei einer Ausführungsform wird durch das Beaufschlagen der zweiten Region 413 mit dem Laser eine beschädigte Region 423 auf der Metallschicht 418 ausgebildet. Bei einer Ausführungsform wird die erste beschädigte Region 423 zwischen der ersten Metallschweißstelle 421 und einer zweiten Metallschweißstelle 425 ausgebildet. Bei einem Beispiel handelt es sich bei der ersten beschädigten Region 423 um eine teilweise geschmolzene Region der Metallschicht 418. Bei einem bestimmten Beispiel handelt es sich bei der ersten beschädigten Region 423 um eine teilweise geschmolzene Region einer Metallfolie. Bei einer Ausführungsform kann die zweite Region 413 mit einer zweiten Scangeschwindigkeit mit dem Laser beaufschlagt werden. Bei einer Ausführungsform ist die zweite Scangeschwindigkeit schneller als die erste Scangeschwindigkeit. Bei einer bestimmten Ausführungsform ist die zweite Scangeschwindigkeit mindestens zehnmal schneller als die erste Scangeschwindigkeit. Bei einer Ausführungsform beträgt die zweite Scangeschwindigkeit mindestens 5,00 m/s. Bei einigen Ausführungsformen kann die zweite Scangeschwindigkeit mindestens 4,50 m/s betragen.
  • Erneut in Bezug auf 4 und den entsprechenden Arbeitsschritt 206 im Ablaufplan 200 von 2 wird im Anschluss an das Beaufschlagen der zweiten Region 413 mit dem Laser in Block 204 eine dritte Region 415 der Metallschicht 418 zum Ausbilden einer zweiten Metallschweißstelle 425 mit dem Laser beaufschlagt. Bei einer Ausführungsform verbindet die zweite Metallschweißstelle 425 die Metallschicht 418 elektrisch mit mindestens einer Halbleiterregion in oder über dem Substrat 410. Bei einer Ausführungsform kann die zweite Metallschweißstelle 425, wie dies dargestellt ist, eine nicht kreisförmige Form aufweisen. Bei einem Beispiel kann die zweite Metallschweißstelle 425 eine längliche Form aufweisen. Bei einigen Ausführungsformen kann die Metallschweißstelle 421 eine kreisförmige Form aufweisen. Bei einer bestimmten Ausführungsform kann die zweite Metallschweißstelle 425 die Metallschicht 418 an eine Metallkeimregion anhaften, die zwischen der Metallschicht 418 und einer Halbleiterregion angeordnet ist. Bei einer Ausführungsform kann durch das Beaufschlagen der dritten Region 415 mit dem Laser zum Ausbilden der zweiten Metallschweißstelle 425, wie dies dargestellt ist, ferner eine umgebende beschädigte Region 409 um die zweite Metallschweißstelle 425 herum ausgebildet werden. Bei einem Beispiel kann es sich bei der umgebenden beschädigten Region 419 um eine teilweise geschmolzene Region der Metallschicht 418 handeln. Bei einem bestimmten Beispiel handelt es sich bei der umgebenden beschädigten Region 409 um eine teilweise geschmolzene Region einer Metallfolie. Bei einer Ausführungsform kann die dritte Region 415 mit einer dritten Scangeschwindigkeit mit dem Laser beaufschlagt werden. Bei einer Ausführungsform beträgt die dritte Scangeschwindigkeit höchstens 0,50 m/s. Bei einigen Ausführungsformen kann die Scangeschwindigkeit höchstens 0,75 m/s betragen. Bei einer Ausführungsform ist die dritte Scangeschwindigkeit im Wesentlichen gleich der ersten Scangeschwindigkeit (z.B. 0,50 m/s). Bei einer Ausführungsform kann es sich bei dem Laser um einen Dauerstrichlaser, einen gepulsten Laser oder einen modulierten Laser handeln.
  • Bei einem Beispiel kann für einen gepulsten Laser die dritte Scangeschwindigkeit ausgelegt sein, um die dritte Region 415 mit einem zweiten Puls von dem gepulsten Laser zu beaufschlagen. Bei einem Beispiel kann die dritte Scangeschwindigkeit wesentlich verlangsamt (z.B. ungefähr 0,5 m/s) sein, damit ein Puls von dem gepulsten Laser auf die dritte Region 415 feuern kann.
  • Bei einem bestimmten Beispiel kann für einen modulierten Laser die dritte Scangeschwindigkeit ausgelegt sein, um die dritte Region 415 mit einem Ausgangssignal eines Einschaltzustands des modulierten Lasers zu beaufschlagen. Bei einer Ausführungsform kann es sich bei einem modulierten Laser um einen Dauerstrichlaser (CW-Laser) handeln, wobei die Ausgangsleistung des CW-Lasers durch Umschalten zwischen eingeschaltetem und ausgeschaltetem Zustand (z. B. durch Ein- und Ausschalten des CW-Lasers) gesteuert wird. Bei einem Beispiel kann die dritte Scangeschwindigkeit wesentlich verlangsamt (z.B. ungefähr 0,5 m/s) sein, um die dritte Region 415 mit einem Ausgangssignal eines Einschaltzustands des modulierten Lasers zu beaufschlagen.
  • Erneut in Bezug auf 4 kann im Anschluss an das Beaufschlagen der dritten Region 415 mit dem Laser in Block 208 eine vierte Region 417 der Metallschicht 418 mit dem Laser beaufschlagt werden. Bei einer Ausführungsform wird durch das Beaufschlagen der vierten Region 417 mit dem Laser eine zweite beschädigte Region 427 auf der Metallschicht 418 ausgebildet Bei einer Ausführungsform wird die zweite beschädigte Region 427 zwischen der ersten Metallschweißstelle 425 und einer zweiten Metallschweißstelle 427 ausgebildet. Bei einem Beispiel handelt es sich bei der zweiten beschädigten Region 427 um eine teilweise geschmolzene Region der Metallschicht 418. Bei einer Ausführungsform kann die vierte Region 417 mit einer vierten Scangeschwindigkeit mit dem Laser beaufschlagt werden. Bei einer Ausführungsform beträgt die vierte Scangeschwindigkeit mindestens 5,0 m/s. Bei einigen Ausführungsformen kann die vierte Scangeschwindigkeit mindestens 4,50 m/s betragen. Bei einer Ausführungsform ist die vierte Scangeschwindigkeit schneller als die erste oder dritte Scangeschwindigkeit. Bei einer bestimmten Ausführungsform ist die vierte Scangeschwindigkeit mindestens zehnmal schneller als die erste oder dritte Scangeschwindigkeit. Bei einer Ausführungsform ist die vierte Scangeschwindigkeit im Wesentlichen gleich der zweiten Scangeschwindigkeit.
  • Erneut in Bezug auf 4 kann im Anschluss an das Beaufschlagen der vierten Region 417 mit dem Laser eine fünfte Region 419 der Metallschicht 418 zum Ausbilden einer dritten Metallschweißstelle 429 mit dem Laser beaufschlagt werden. Bei einer Ausführungsform verbindet die dritte Metallschweißstelle 429 die Metallschicht 418 elektrisch mit mindestens einer Halbleiterregion in oder über dem Substrat 410. Bei einer Ausführungsform kann die dritte Metallschweißstelle 429, wie dies dargestellt ist, eine nicht-kreisförmige Form aufweisen. Bei einem Beispiel kann die dritte Metallschweißstelle 429 eine längliche Form aufweisen. Bei einigen Ausführungsformen kann die dritte Metallschweißstelle eine kreisförmige Form aufweisen. Bei einer bestimmten Ausführungsform kann die dritte Metallschweißstelle 429 die Metallschicht 418 an eine Metallkeimregion anhaften, die zwischen der Metallschicht 418 und einer Halbleiterregion angeordnet ist. Bei einer Ausführungsform kann durch das Beaufschlagen der fünften Region 419 mit dem Laser zum Bilden der dritten Metallschweißstelle 429, wie dies dargestellt ist, ferner eine umgebende beschädigte Region 409 um die dritte Metallschweißstelle 429 herum ausgebildet werden. Bei einem Beispiel handelt es sich bei der umgebenden beschädigten Region 409 um eine teilweise geschmolzene Region der Metallschicht 418. Bei einem bestimmten Beispiel handelt es sich bei der umgebenden beschädigten Region 409 um eine teilweise geschmolzene Region einer Metallfolie. Bei einer Ausführungsform kann die fünfte Region 419 mit einer dritten Scangeschwindigkeit mit dem Laser beaufschlagt werden. Bei einer Ausführungsform beträgt die dritte Scangeschwindigkeit höchstens 0,50 m/s. Bei einigen Ausführungsformen kann die Scangeschwindigkeit höchstens 0,75 m/s betragen. Bei einer Ausführungsform ist die dritte Scangeschwindigkeit im Wesentlichen gleich der ersten Scangeschwindigkeit (z.B. 0,50 m/s). Bei einer Ausführungsform können mehrere Scangeschwindigkeiten, z.B. eine erste, zweite, dritte, vierte, fünfte usw., verwendet werden, um mehrere Metallschweißstellen auszubilden.
  • Bei einem Beispiel kann für einen gepulsten Laser die fünfte Scangeschwindigkeit ausgelegt sein, um die fünfte Region 419 mit einem dritten Puls von dem gepulsten Laser zu beaufschlagen. Bei einem Beispiel kann die fünfte Scangeschwindigkeit wesentlich verlangsamt (z.B. ungefähr 0,5 m/s) sein, damit ein Puls von dem gepulsten Laser auf die fünfte Region 419 feuern kann.
  • Bei einem bestimmten Beispiel kann für einen modulierten Laser die dritte Scangeschwindigkeit ausgelegt sein, um die fünfte Region 419 mit einem Ausgangssignal eines Einschaltzustands des modulierten Lasers zu beaufschlagen. Bei einem Beispiel kann die fünfte Scangeschwindigkeit wesentlich verlangsamt (z.B. ungefähr 0,5 m/s) sein, um die fünfte Region 419 mit einem Ausgangssignal eines Einschaltzustands des modulierten Lasers zu beaufschlagen.
  • In Bezug auf 5 und entsprechend dem Abschnitt der Solarzelle aus 4 ist ein Graph 500 dargestellt, der beispielhafte Scangeschwindigkeiten für ein Metallisieren der Solarzelle aus 5 gemäß einigen Ausführungsformen zeigt.
  • Bei einer Ausführungsform kann eine konstante Scangeschwindigkeit 501 verwendet werden, um einen Laser über eine Metallschicht 418 zu scannen, um Metallschweißstellen 421, 425, 429 zwischen einer Metallschicht 418 und einer Halbleiterregion einer Solarzelle 400 auszubilden. Bei einem Beispiel kann eine konstante Scangeschwindigkeit von 0,5 m/s verwendet werden. Bei einer konstanten Scangeschwindigkeit von 0,5 m/s über eine Scanstrecke von 36 Metern (z.B. über die Oberfläche eines Siliziumsubstrats einer Solarzelle) kann die Gesamtscanzeit 72 Sekunden betragen. Als Anforderung für die Herstellung sind möglicherweise schnellere Scanzeiten erforderlich, um den Gesamtdurchsatz eines Solarzellenherstellungsprozesses zu steigern. So sind möglicherweise schnellere Scanzeiten, beispielsweise schneller als 72 Sekunden erforderlich. Es wurde beobachtet, dass ein bloßes Erhöhen der konstanten Scangeschwindigkeit 501 zu einem mangelhaften elektrischen Kontakt zwischen der Metallschicht und der Halbleiterregion führt. Bei einem Beispiel kann das Verwenden eines gepulsten Lasers mit einer Wiederholfrequenz von 500 Hertz bei Scangeschwindigkeiten von 1,0 m/s zu einem mangelhaften elektrischen Kontakt (z.B. mangelhafte Schweißstellen) zwischen der Metallschicht und der Halbleiterregion führen.
  • Bei einer Ausführungsform kann, im Gegensatz zum vorstehend beschriebenen Verfahren, die Scangeschwindigkeit eines Lasers über den gesamten Scan des Substrats variieren (z.B. nicht konstant sein). In Bezug auf sowohl 4 als auch 5 wird bei einer Ausführungsform eine erste Region 411 einer Metallschicht 418 zum Ausbilden einer ersten Metallschweißstelle 421 mit einem Laser beaufschlagt, wobei der Laser mit einer ersten Scangeschwindigkeit 522 beaufschlagt wird. Bei einer Ausführungsform wird im Anschluss an das Beaufschlagen einer ersten Region 411 der Metallschicht 418 mit dem Laser eine zweite Region 413 der Metallschicht 418 mit dem Laser beaufschlagt, wobei der Laser mit einer zweiten Scangeschwindigkeit 524 beaufschlagt wird. Bei einer Ausführungsform ist die zweite Scangeschwindigkeit 524 schneller als die erste Scangeschwindigkeit 522. Bei einer bestimmten Ausführungsform ist die zweite Scangeschwindigkeit 524 mindestens zehnmal schneller als die erste Scangeschwindigkeit 522. Bei einer Ausführungsform wird im Anschluss an das Beaufschlagen einer zweiten Region 413 der Metallschicht 418 mit dem Laser eine dritte Region 415 der Metallschicht 418 zum Ausbilden einer zweiten Metallschweißstelle 425 mit dem Laser beaufschlagt, wobei der Laser mit einer dritten Scangeschwindigkeit 526 beaufschlagt wird. Bei einer Ausführungsform kann die durchschnittliche Scangeschwindigkeit 507 der ersten, zweiten und dritten Scangeschwindigkeit 522, 524, 526 mindestens doppelt so schnell wie beim Verwenden einer konstanten Scangeschwindigkeit 501 sein. Bei einem Beispiel kann für eine Scanstrecke von 36 Metern die durchschnittliche Scangeschwindigkeit 507 1,6 m/s oder 2,7 m/s betragen. Im Gegensatz dazu ist, um einen guten elektrischen Kontakt zwischen der Metallschicht und der Halbleiterregion an einer Metallschweißstelle zu erzielen, für eine Scanstrecke von 36 Metern möglicherweise eine konstante Scangeschwindigkeit 501 von 0,5 m/s erforderlich. Bei einer Ausführungsform kann die erste Scangeschwindigkeit höchstens 0,5 m/s betragen. Bei einer Ausführungsform kann die zweite Scangeschwindigkeit 524 mindestens 5,0 m/s betragen. Bei einigen Ausführungsformen kann die zweite Scangeschwindigkeit 524 mindestens 4,50m/s betragen. Bei einer bestimmten Ausführungsform kann die Scangeschwindigkeit (z.B. die erste, zweite, dritte oder weitere Scangeschwindigkeit) ausgelegt sein, um einen guten elektrischen Kontakt (z.B. Metallschweißstellen) zwischen der Metallschicht und einer Halbleiterregion bei einer erhöhten durchschnittlichen Scangeschwindigkeit (z.B. im Vergleich zu einer konstanten Scangeschwindigkeit) zu ermöglichen. Bei einem Beispiel können für einen Scanpfad von 36 Metern die erste und dritte Scangeschwindigkeit 522 0,5 m/s und die zweite Scangeschwindigkeit 524 5,0 m/s betragen, was zu einer Gesamtscanzeit von ungefähr 24 Sekunden führt. Bei einem bestimmten Beispiel kann die zweite Scangeschwindigkeit 524 wesentlich schneller als die erste und dritte Scangeschwindigkeit 522, 526 sein, um, im Vergleich zur konstanten Scangeschwindigkeit, schnellere durchschnittliche Scangeschwindigkeiten zu ermöglichen und dabei einen guten elektrischen Kontakt zwischen der Metallschicht und der Halbleiterregion herzustellen. Bei einer Ausführungsform kann die erste und dritte Scangeschwindigkeit 522, 526 verwendet werden, um die Metallschweißstellen 421, 425 auszubilden, und die zweite Scangeschwindigkeit 524 kann verwendet werden, um den Laser von der ersten Metallschweißstelle 421 zur zweiten Metallschweißstelle 425 zu scannen. Hierbei sollte beachtet werden, dass, obgleich eine erste, eine zweite und eine dritte Scangeschwindigkeit offenbart sind, mehrere Scangeschwindigkeiten, z.B. eine vierte, eine fünfte, eine sechste usw., verwendet werden können. Bei einer Ausführungsform kann die dritte Scangeschwindigkeit 526 im Wesentlichen gleich der ersten Scangeschwindigkeit 522 sein. Bei einer Ausführungsform kann eine vierte Scangeschwindigkeit im Wesentlichen gleich der zweiten Scangeschwindigkeit 524 sein. Bei einer Ausführungsform kann die Schweißgeschwindigkeit bei der ersten und dritten Scangeschwindigkeit 0,6 m/s betragen. Bei einigen Ausführungsformen kann für eine Scanstrecke von 36 Metern eine Gesamtprozesszeit von ungefähr 29,5 Sekunden erreicht werden. Demgemäß kann Variieren der Scangeschwindigkeit bei 503 - d.h. um eine langsamere Geschwindigkeit beim Schweißen (z.B. 0,5 m/s) zu erreichen, z.B. bei 522, 526, und um schneller (z.B. 5,0 m/s) zwischen dem Schweißen zu scannen, so bei 524, im Vergleich zur Verwendung einer konstanten Scangeschwindigkeit 501 zu einer schnelleren durchschnittlichen Gesamtscangeschwindigkeit 507 führen, ohne dabei die elektrische Leitfähigkeit der gebildeten Metallschweißstelle zu beeinträchtigen.
  • Bei einer Ausführungsform kann es sich bei dem Laser um einen Dauerstrichlaser, einen gepulsten Laser oder einen modulierten Laser handeln. Bei einer bestimmten Ausführungsform kann ein Galvanometer verwendet werden, um den Laser über ein Substrat (z.B. ein Siliziumsubstrat und/oder eine Solarzelle) zu scannen.
  • Bei einer Ausführungsform kann für einen gepulsten Laser eine erste Scangeschwindigkeit 522 ausgelegt sein, um die erste Region 411 mit einem ersten Puls 514 von dem gepulsten Laser zu beaufschlagen. Bei einem Beispiel kann die erste Scangeschwindigkeit 522 wesentlich verlangsamt (z.B. ungefähr 0,5 m/s) sein, um die erste Region 411 mit dem ersten Puls 514 von dem gepulsten Laser zu beaufschlagen. Bei einer Ausführungsform kann durch das Beaufschlagen der ersten Region 411 mit dem ersten Puls 514 von dem gepulsten Laser eine erste Metallschweißstelle 421 ausgebildet werden. Bei einer Ausführungsform kann im Anschluss an das Beaufschlagen der ersten Region 411 mit dem ersten Puls 514 von dem gepulsten Laser mindestens ein Galvanometerspiegel über eine zweite Region 413 der Metallschicht 418 gescannt werden, um einen Fokus des Lasers von der ersten Region 411 zu einer dritten Region 415 zu verlagern, wobei mindestens ein Galvanometer mit einer zweiten Scangeschwindigkeit 524 gescannt werden kann. Bei einer Ausführungsform kann die zweite Scangeschwindigkeit 524 schneller als die erste Scangeschwindigkeit 522 sein. Bei einer bestimmten Ausführungsform kann die zweite Scangeschwindigkeit 524 mindestens zehnmal schneller als die erste Scangeschwindigkeit 522 sein. Bei einer Ausführungsform kann das Scannen ein Scannen von mindestens zwei Galvanometerspiegeln über eine zweite Region umfassen. Bei einer bestimmten Ausführungsform kann das Scannen mindestens eines Galvanometerspiegels ein Scannen mindestens eines Galvanometerspiegels für eine Zeitdauer zwischen einem ersten Puls und einem zweiten Puls des gepulsten Lasers umfassen. Bei einer Ausführungsform kann im Anschluss an das Scannen mindestens eines Galvanometerspiegels über eine zweite Region 413 der Metallschicht 418 eine dritte Region 415 der Metallschicht 418 zum Ausbilden einer zweiten Metallschweißstelle 425 mit dem gepulsten Laser beaufschlagt werden, wobei der gepulste Laser mit einer dritten Scangeschwindigkeit 526 beaufschlagt wird. Bei einer Ausführungsform kann eine dritte Scangeschwindigkeit 526 ausgelegt sein, die dritte Region 415 mit einem zweiten Puls 518 von dem gepulsten Laser zu beaufschlagen. Bei einer Ausführungsform kann durch das Beaufschlagen der dritten Region 415 mit dem zweiten Puls 518 von dem gepulsten Laser eine zweite Metallschweißstelle 425 ausgebildet werden. Bei einer Ausführungsform kann eine Vielzahl von Scangeschwindigkeiten ausgelegt sein, um eine Vielzahl von Pulsen zum Bilden einer Vielzahl von Metallschweißstellen zu beaufschlagen. Bei einer Ausführungsform kann der gepulste Laser eine Pulswiederholfrequenz von 500 Hertz aufweisen. Obgleich gezeigt wurde, dass die Scangeschwindigkeiten 522, 526 bei einigen Ausführungsformen mit den Laserpulsen 514, 518 abgeglichen sind, muss die Scangeschwindigkeit jedoch nicht notwendigerweise den gezeigten Scangeschwindigkeitsprofilen entsprechen. So kann bei einem Beispiel ein Puls beginnen, bevor die Scangeschwindigkeit 522 abnimmt, und enden, bevor die Scangeschwindigkeit zunimmt.
  • Bei einem bestimmten Beispiel kann für einen modulierten Laser eine erste Scangeschwindigkeit 522 ausgelegt sein, um die erste Region 411 mit einem ersten Ausgangssignal 514 eines Einschaltzustands des modulierten Lasers zu beaufschlagen. Bei einer Ausführungsform kann es sich bei einem modulierten Laser um einen Dauerstrichlaser (CW-Laser) handeln, wobei die Ausgangsleistung des CW-Lasers durch Umschalten zwischen eingeschaltetem und ausgeschaltetem Zustand (z.B. durch Ein- und Ausschalten des CW-Lasers) gesteuert wird. Bei einem Beispiel kann die erste Scangeschwindigkeit 522 wesentlich verlangsamt (z.B. ungefähr 0,5 m/s) sein, um die erste Region 411 mit einem ersten Ausgangssignal 514 eines Einschaltzustands des modulierten Lasers zu beaufschlagen. Bei einer Ausführungsform kann durch das Beaufschlagen der ersten Region 411 mit dem ersten Ausgangssignal 514 von dem modulierten Laser eine erste Metallschweißstelle 421 ausgebildet werden. Bei einer Ausführungsform kann im Anschluss an das Beaufschlagen der ersten Region 411 mit dem ersten Ausgangssignal 514 von dem modulierten Laser mindestens ein Galvanometerspiegel über eine zweite Region 413 der Metallschicht 418 gescannt werden, um einen Fokus des Lasers von der ersten Region 411 zu einer dritten Region 415 zu verlagern, wobei mindestens ein Galvanometerspiegel mit einer zweiten Scangeschwindigkeit 524 gescannt werden kann. Bei einem Beispiel kann die zweite Scangeschwindigkeit 524 wesentlich höher (z.B. ungefähr 5,00 m/s) sein. Bei einer Ausführungsform kann die zweite Scangeschwindigkeit 524 schneller als die erste Scangeschwindigkeit 522 sein. Bei einer bestimmten Ausführungsform kann die zweite Scangeschwindigkeit 524 mindestens zehnmal schneller als die erste Scangeschwindigkeit 522 sein. Bei einer Ausführungsform kann das Scannen ein Scannen von mindestens zwei Galvanometerspiegeln über eine zweite Region umfassen. Bei einer bestimmten Ausführungsform kann das Scannen mindestens eines Galvanometerspiegels ein Scannen mindestens eines Galvanometerspiegels für eine Zeitdauer zwischen einem ersten Puls und einem zweiten Puls des gepulsten Lasers umfassen. Bei einer Ausführungsform kann im Anschluss an das Scannen mindestens eines Galvanometerspiegels über die zweite Region 413 der Metallschicht 418 eine dritte Scangeschwindigkeit 526 ausgelegt sein, um eine dritte Region 415 der Metallschicht 418 zum Ausbilden einer zweiten Metallschweißstelle 425 mit einem dritten Ausgangssignal 518 eines Einschaltzustands des modulierten Lasers zu beaufschlagen. Bei einem Beispiel kann die dritte Scangeschwindigkeit 526 wesentlich verlangsamt (z.B. ungefähr 0,5 m/s) sein, um die dritte Region 415 mit einem dritten Ausgangssignal 518 eines Einschaltzustands des modulierten Lasers zu beaufschlagen. Bei einer Ausführungsform kann durch das Beaufschlagen der dritten Region 415 mit dem dritten Ausgangssignal 518 von dem modulierten Laser eine zweite Metallschweißstelle 425 ausgebildet werden. Bei einer Ausführungsform kann eine Vielzahl von Scangeschwindigkeiten ausgelegt sein, um eine Vielzahl von Ausgangssignalen von dem modulierten Laser zum Ausbilden einer Vielzahl von Metallschweißstellen zu beaufschlagen.
  • Bei einer Ausführungsform kann das Verwenden des vorstehend beschriebenen Verfahrens mit variierender Scangeschwindigkeit 503 drei- bis fünfmal schneller sein als beim Verwenden einer konstanten Scangeschwindigkeit 501.
  • Obwohl vorstehend konkrete Ausführungsformen beschrieben wurden, sind diese Ausführungsformen nicht in dem den Schutzumfang der vorliegenden Offenbarung einschränkenden Sinne zu erachten, auch wenn in Bezug auf ein bestimmtes Leistungsmerkmal nur eine einzige Ausführungsform beschrieben wird. Beispiele von Leistungsmerkmalen, die in der Offenbarung bereitgestellt werden, sind im veranschaulichenden und nicht im einschränkenden Sinne zu erachten, sofern nichts Anderslautendes festgelegt ist. Die vorstehende Beschreibung beabsichtigt, solche Alternativen, Modifikationen und Entsprechungen einzuschließen, die dem von dieser Offenbarung profitierenden Fachmann auf dem Gebiet der Technik ersichtlich sind.
  • Der Schutzumfang der vorliegenden Offenbarung umfasst Leistungsmerkmale oder Kombinationen von Leistungsmerkmalen, die hierin (entweder ausdrücklich oder implizit) offenbart sind, oder jegliche Verallgemeinerung davon, unabhängig davon, ob dadurch einzelne oder alle der hierin angesprochenen Probleme verbessert werden. Dementsprechend können während der Verfolgung dieser Anmeldung (oder einer Anmeldung, die darauf Priorität beansprucht) neue Ansprüche zu jeder solchen Kombination von Leistungsmerkmalen formuliert werden. So können insbesondere in Bezug auf die beigefügten Ansprüche Leistungsmerkmale aus Unteransprüchen mit jenen der Hauptansprüche kombiniert und Leistungsmerkmale entsprechender Hauptansprüche auf jede beliebige geeignete Weise und nicht bloß in den konkreten Kombinationen kombiniert werden, die in den beigefügten Ansprüchen aufgezählt sind.

Claims (34)

  1. Verfahren zum Herstellen einer Solarzelle, aufweisend: Ausbilden einer Halbleiterregion in oder über einem Substrat; Ausbilden einer Metallschicht über der Halbleiterregion; Beaufschlagen einer ersten Region der Metallschicht mit einem Laser zum Ausbilden einer Metallschweißstelle, wobei Beaufschlagen der ersten Region mit einem Laser Beaufschlagen mit dem Laser mit einer ersten Scangeschwindigkeit aufweist; im Anschluss an das Beaufschlagen der ersten Region mit dem Laser, Beaufschlagen einer zweiten Region der Metallschicht mit dem Laser, wobei das Beaufschlagen der zweiten Region mit dem Laser Beaufschlagen mit einem Laser mit einer zweiten Scangeschwindigkeit aufweist; und, im Anschluss an das Beaufschlagen der zweiten Region mit dem Laser, Beaufschlagen einer dritten Region der Metallschicht mit dem Laser zum Ausbilden einer zweiten Metallschweißstelle, wobei das Beaufschlagen der dritten Region mit dem Laser Beaufschlagen mit dem Laser mit einer dritten Scangeschwindigkeit aufweist.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die zweite Scangeschwindigkeit schneller als die erste oder dritte Scangeschwindigkeit ist.
  3. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die zweite Scangeschwindigkeit mindestens zehnmal schneller als die erste oder dritte Scangeschwindigkeit ist.
  4. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die dritte Scangeschwindigkeit ungefähr gleich der ersten Scangeschwindigkeit ist.
  5. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Beaufschlagen mit dem Laser mit einer ersten oder dritten Scangeschwindigkeit Beaufschlagen mit einem Laser mit einer Scangeschwindigkeit von höchstens 0,50 m/s aufweist.
  6. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Beaufschlagen mit dem Laser mit einer zweiten Scangeschwindigkeit Beaufschlagen mit einem Laser mit einer Scangeschwindigkeit von mindestens 5,00 m/s aufweist.
  7. Verfahren nach Anspruch 1, wobei Ausbilden der Metallschicht über der Halbleiterregion Platzieren einer Metallfolie über die Halbleiterregion aufweist.
  8. Verfahren nach Anspruch 1, ferner aufweisend Ausbilden einer Metallkeimregion zwischen der Metallschicht und der Halbleiterregion.
  9. Verfahren nach Anspruch 8, wobei Ausbilden der Metallkeimregion Ausbilden einer Metallkeimregion auf Grundlage von Aluminium umfasst.
  10. Verfahren nach Anspruch 8, wobei das Beaufschlagen der ersten Region der Metallschicht mit dem Laser zum Ausbilden der ersten Metallschweißstelle Ausbilden einer ersten Metallschweißstelle zwischen der Metallschicht und der Metallkeimregion aufweist.
  11. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Beaufschlagen der ersten Region der Metallschicht mit dem Laser mit einer ersten Scangeschwindigkeit zum Ausbilden der ersten Metallschweißstelle Beaufschlagen einer ersten Region der Metallschicht mit einem Laser mit einer ersten Scangeschwindigkeit zum Ausbilden einer nicht kreisförmigen Metallschweißstelle aufweist.
  12. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Beaufschlagen mit dem Laser Beaufschlagen mit einem Dauerstrichlaser (CW-Laser) aufweist.
  13. Verfahren zum Herstellen einer Solarzelle, wobei das Verfahren aufweist: Ausbilden einer Halbleiterregion in oder über einem Substrat; Ausbilden einer Metallschicht über der Halbleiterregion; Beaufschlagen einer ersten Region der Metallschicht mit einem gepulstem Laser mit einer ersten Scangeschwindigkeit zum Ausbilden einer ersten Metallschweißstelle, wobei die erste Scangeschwindigkeit ausgelegt ist, um die erste Region mit einem ersten Puls von dem gepulsten Laser zu beaufschlagen; im Anschluss an das Beaufschlagen der ersten Region mit dem gepulsten Laser, Scannen eines Galvanometerspiegels mit einer zweiten Scangeschwindigkeit; und, im Anschluss an das Scannen eines Galvanometerspiegels mit der zweiten Scangeschwindigkeit, Beaufschlagen einer dritten Region der Metallschicht mit dem gepulsten Laser mit einer dritten Scangeschwindigkeit zum Ausbilden einer zweiten Metallschweißstelle, wobei die dritte Scangeschwindigkeit ausgelegt ist, um die dritte Region mit einem zweiten Puls von dem gepulsten Laser zu beaufschlagen.
  14. Verfahren nach Anspruch 13, wobei die zweite Scangeschwindigkeit schneller als die erste Scangeschwindigkeit ist.
  15. Verfahren nach Anspruch 13, wobei die zweite Scangeschwindigkeit mindestens zehnmal schneller als die erste oder dritte Scangeschwindigkeit ist.
  16. Verfahren nach Anspruch 13, wobei die dritte Scangeschwindigkeit ungefähr gleich der ersten Scangeschwindigkeit ist.
  17. Verfahren nach Anspruch 13, wobei das Beaufschlagen mit dem gepulsten Laser mit einer ersten oder dritten Scangeschwindigkeit Beaufschlagen mit einem gepulsten Laser mit einer Scangeschwindigkeit von höchstens 0,50 m/s aufweist.
  18. Verfahren nach Anspruch 13, wobei das Scannen des Galvanometerspiegels mit einer zweiten Scangeschwindigkeit Scannen eines Galvanometerspiegels mit einer Scangeschwindigkeit von mindestens 5,0 m/s aufweist.
  19. Verfahren nach Anspruch 13, wobei das Beaufschlagen der ersten Region der Metallschicht mit dem gepulsten Laser mit einer ersten Scangeschwindigkeit zum Ausbilden der ersten Metallschweißstelle Beaufschlagen einer ersten Region der Metallschicht mit einem gepulsten Laser mit einer ersten Scangeschwindigkeit zum Ausbilden einer nicht kreisförmigen Metallschweißstelle aufweist.
  20. Verfahren zum Herstellen einer Solarzelle, wobei das Verfahren aufweist: Ausbilden einer Halbleiterregion in oder über einem Substrat; Ausbilden einer Metallschicht über der Halbleiterregion; Beaufschlagen einer ersten Region der Metallschicht mit einem modulierten Laser mit einer ersten Scangeschwindigkeit zum Ausbilden einer ersten Metallschweißstelle, wobei die erste Scangeschwindigkeit ausgelegt ist, um die erste Region mit einem ersten Ausgangssignal eines Einschaltzustands des modulierten Lasers zu beaufschlagen; im Anschluss an das Beaufschlagen mit dem modulierten Laser mit der ersten Scangeschwindigkeit, Scannen eines Galvanometerspiegels mit einer zweiten Scangeschwindigkeit; und, im Anschluss an das Scannen eines Galvanometerspiegels mit der zweiten Scangeschwindigkeit, Beaufschlagen einer dritten Region der Metallschicht mit dem modulierten Laser mit einer dritten Scangeschwindigkeit zum Ausbilden einer zweiten Metallschweißstelle, wobei die dritte Scangeschwindigkeit ausgelegt ist, um ein zweites Ausgangssignal eines Einschaltzustands des modulierten Lasers zu beaufschlagen.
  21. Verfahren nach Anspruch 20, wobei die zweite Scangeschwindigkeit schneller als die erste Scangeschwindigkeit ist.
  22. Verfahren nach Anspruch 20, wobei die zweite Scangeschwindigkeit mindestens zehnmal schneller als die erste oder dritte Scangeschwindigkeit ist.
  23. Verfahren nach Anspruch 20, wobei die dritte Scangeschwindigkeit ungefähr gleich der ersten Scangeschwindigkeit ist.
  24. Verfahren nach Anspruch 20, wobei das Beaufschlagen mit dem modulierten Laser mit einer ersten oder dritten Scangeschwindigkeit Beaufschlagen mit einem modulierten Laser mit einer Scangeschwindigkeit von höchstens 0,50 m/s aufweist.
  25. Verfahren nach Anspruch 20, wobei das Scannen eines Galvanometerspiegels mit einer zweiten Scangeschwindigkeit Scannen eines Galvanometerspiegels mit einer Scangeschwindigkeit von mindestens 5,0 m/s aufweist.
  26. Verfahren nach Anspruch 20, wobei das Beaufschlagen der ersten Region der Metallschicht mit dem modulierten Laser mit der ersten Scangeschwindigkeit zum Ausbilden der ersten Metallschweißstelle Beaufschlagen einer ersten Region der Metallschicht mit einem modulierten Laser mit einer ersten Scangeschwindigkeit zum Ausbilden einer nicht kreisförmigen Metallschweißstelle aufweist.
  27. Solarzelle, aufweisend: eine Halbleiterregion, die in oder über einem Substrat angeordnet ist; eine Metallschicht über der Halbleiterregion; eine erste nicht kreisförmige Metallschweißstelle; eine zweite nicht kreisförmige Metallschweißstelle; und eine erste beschädigte Region auf der Metallschicht, wobei sich die erste beschädigte Region zwischen der ersten und der zweiten nicht kreisförmigen Metallschweißstelle befindet.
  28. Solarzelle nach Anspruch 27, wobei die Halbleiterregion eine polykristalline n-Region oder eine polykristalline p-Region aufweist.
  29. Solarzelle nach Anspruch 27, wobei die Metallschicht eine Metallfolie aufweist.
  30. Solarzelle nach Anspruch 27, wobei die Metallschicht Aluminium aufweist.
  31. Solarzelle nach Anspruch 27, ferner eine Metallkeimregion aufweisend, die zwischen der Metallschicht und der Halbleiterregion angeordnet ist.
  32. Solarzelle nach Anspruch 31, wobei die erste und die zweite nicht kreisförmige Metallschweißstelle die Metallschicht elektrisch mit der Metallkeimregion verbinden.
  33. Solarzelle nach Anspruch 27, wobei die erste und die zweite nicht kreisförmige Metallschweißstelle eine erste und eine zweite längliche Metallschweißstelle aufweisen.
  34. Solarzelle nach Anspruch 27, ferner aufweisend: eine dritte nicht kreisförmige Metallschweißstelle; und eine zweite beschädigte Region auf der Metallschicht, wobei sich die zweite beschädigte Region zwischen der zweiten und der dritten nicht kreisförmigen Metallschweißstelle befindet.
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