DE3223432C2 - Verfahren zum Beseitigen von Kurz- oder Nebenschlüssen des Halbleiterkörpers einer Solarzelle - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Beseitigen von Kurz- oder Nebenschlüssen eines auf einer Schicht mit einer gut leitenden Elektrode kontaktierten Halbleiterkörpers einer Solarzelle durch Eintauchen des Halbleiterkörpers in einen Elektrolyten und Anlegen einer den Halbleiterkörper belastenden Sperrspannung über den Elektrolyten an die gut leitende Elektrode.

Die von einer Dünnschicht-Solarzelle, z. B. einer Solarzelle aus amorphem Silizium gemäß US-PS 40 64 521 gelieferten Spannungen und Ströme können durch beim Herstellen der Zelle gebildete elektrische Kurz- oder Nebenschlüsse wesentlich vermindert oder vollständig aufgehoben werden. Elektrische Kurzschlüsse treten entweder auf, wenn im Halbleiterkörper ein die Vorder- und Rückseiten-Elektroden verbindendes Loch, z. B. ein Nadelloch, vorhanden ist oder wenn sich ein leitendes Metall durch den Halbleiterkörper erstreckt.

Unter dem Begriff Nebenschluß wird der Ladungsverlust in dem Halbleiterkörper verstanden, der entweder durch eine unvollkommene Sperrschichtbildung oder - anstelle einer Schottkyschen Randschicht - das Entstehen eines ohmschen Kontakts durch ein Metall mit hoher Austrittsarbeit begründet wird. Die zu Kurz- und Nebenschlüssen in Solarzellen führenden Schwierigkeiten nehmen mit zunehmender Solarzellenfläche stark zu.

Wenn großflächige Solarzellen wirtschaftlich hergestellt werden sollen, muß das Entstehen der Kurz- und Nebenschlüsse entweder beim Herstellen unterdrückt werden, oder diese Defekte müssen nach der Herstellung geheilt werden. In der US-PS 41 66 918 wird ein Verfahren zum Beseitigen der Wirkung elektrischer Kurz- und Nebenschlüsse in großflächigen Solarzellen beschrieben. Bei diesem Verfahren wird eine Sperrspannung ausreichender Größe zum Aus- bzw. Durchbrennen der Defekte in der Solarzelle angewendet. Die Sperrspannung soll dabei kleiner als die Durchbruchspannung der jeweiligen Solarzelle sein. Das Verfahren hat aber nicht in allen Fällen den gewünschten Erfolg gebracht.

Die US-PS 41 97 141 betrifft ein gattungsgemäßes Verfahren zum Beseitigen von Kurz- oder Nebenschlüssen in einem mindestens zwei Schichten entgegengesetzten Leitungstyps aufweisenden Halbleiterkörper einer Solarzelle durch Ätzen von dessen Material in einem Elektrolyten. Hierbei können Korngrenzen oder Versetzungen des Halbleitermaterials durch Abätzen von deren Durchtrittslinie an der Halbleiteroberfläche passiviert werden.

Ein Nachteil des bekannten elektrolytischen Verfahrens besteht darin, daß der in Bezug auf die Reinhaltung äußerst kritische Prozeß beim Herstellen einer Solarzelle durch das Passivieren in einem für Halbleiterverhältnisse äußerst verunreinigten Elektrolyten unterbrochen werden muß. Ein entscheidender Nachteil ergibt sich zudem daraus, daß die bei dem Anätzen der Korngrenzen bzw. Versetzungen erzielte Passivierung durch das Metallisieren beim Aufbringen der lichtdurchlässigen Elektrode wieder zunichte gemacht werden kann. In der Praxis war man daher gezwungen, nach dem oben beschriebenen, trockenen Verfahren gemäß US-PS 41 66 918 zu arbeiten und dessen eventuell auftretende Mängel in Kauf zu nehmen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein zum Beseitigen von während der Herstellung von Solarzellen in deren Halbleiterkörper entstandenen, elektrischen Kurz- oder Nebenschlüssen geeignetes Verfahren zu schaffen, das zuverlässig wie das elektrolytische Verfahren nach US-PS 41 97 141 arbeitet, sich aber besser als dieses in den eine extreme Reinhaltung erfordernden Herstellungsgang einer Solarzelle integrieren läßt und bei dem die Probleme der Rückbildung von Kurz- oder Nebenschlüssen beim Aufbringen einer Schottky-Sperrschicht oder ITO-(Indium-Tin-Oxide)-Schicht nicht auftreten können.

Für das gattungsgemäße Verfahren besteht eine erfindungsgemäße Lösung darin, daß eine Solarzelle mit einem Halbleiterkörper, der der gut leitenden Elektrode gegenüber eine Schottky-Sperrschicht aufweist, in den Elektrolyten getaucht wird und daß die Sperrspannung so lange an die gut leitende Elektrode angelegt wird, bis die im Halbleiterkörper vorhandenen Kurz- oder Nebenschlüsse beseitigt sind.

Eine weitere Lösung besteht für das gattungsgemäße Verfahren darin, daß eine Solarzelle mit einem p-i-n-Halbleiterkörper, der der gutleitenden Elektrode gegenüber eine ITO-Schicht aufweist, in den Elektrolyten getaucht wird und daß die Sperrspannung so lange an die gut leitende Elektrode angelegt wird, bis die im Halbleiterkörper vorhandenen Kurz- oder Nebenschlüsse beseitigt sind.

Durch die Erfindung lassen sich die Leistungsfähigkeit der genannten Solarzellen noch weiter verbessern und insbesondere ein auch gegenüber dem aus der US-PS 41 66 918 bekannten Verfahren zum Beseitigen von während der Herstellung der Solarzellen entstandenen elektrischen Kurz- und Nebenschlüssen überlegenes Verfahren schaffen. Bei dem Verfahren mit an die Zelle angelegter Sperrspannung wird die Solarzelle in einen Elektrolyten getaucht und die Sperrspannung über den Elektrolyten an die eine der Schichten der Solarzelle kontaktierende, gut leitende Elektrode angelegt.

Erfindungsgemäß wird die jeweilige einen Kurzschluß oder einen Nebenschluß enthaltende Solarzelle in eine elektrolytische Lösung gesetzt und mit einer Sperrvorspannung beaufschlagt. Dabei hat sich gezeigt, daß der der Sperrspannung entsprechende Sperrstrom nur durch den Kurz- oder Nebenschluß und nicht durch den übrigen Teil der Zelle fließt. Nach Auffassung des Erfinders wird der Kurzschluß oder Nebenschluß dabei entweder durch Elektroplattieren von der Zelle oder durch mechanisches Entfernen über ein "Blasen-Spreng"-Verfahren (bubble blasting process) beseitigt. Worin auch immer das Wesentliche des Wirkungsmechanismus des erfindungsgemäßen Verfahrens liegen mag, im Ergebnis konnten jedenfalls hierdurch Kurz- und Nebenschlüsse von Solarzellen in solchen Fällen geheilt werden, in denen das aus der US-PS 41 66 918 bekannte Verfahren versagte. Verbesserungen und weitere Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens werden in den Unteransprüchen beschrieben.

Anhand der schematischen Zeichung eines Querschnitts einer Vorrichtung zum Durchführen des Verfahrens werden Einzelheiten der Erfindung erläutert.

Die Zeichnung zeigt einen Behälter 10 mit darin befindlichem Elektrolyten 12. In den Elektrolyten 12 wird eine Kurzschlüsse und/oder Nebenschlüsse enthaltende Solarzelle 14 ebenso wie eine gesonderte Elektrode 16 eingesetzt. Die Elektrode wird mit einem Pol einer Spannungsquelle 18 verbunden, deren anderer Pol auf eine Klemme der Solarzelle 14 geschaltet wird. Wie sich aus dem folgenden ergibt, wird die Spannungsquelle 18 dabei so geschaltet, daß der gleichrichtende Übergang der Solarzelle 14 in Sperr-Richtung belastet wird. Als Folge dieser Schaltung fließt der Strom nur durch die Kurzschlüsse und/oder Nebenschlüsse der Zelle und zwar nur solange, bis die Kurzschlüsse und/oder Nebenschlüsse durch einen eine Art Ätzung umfassenden Vorgang beseitigt sind. Der genaue Wirkungsmechanismus kann jedoch auch anderer Natur sein. Das Ergebnis besteht insbesondere darin, daß rund um einen Kurzschluß und/oder Nebenschluß ein Loch gebildet und dadurch der Kurzschluß oder Nebenschluß elektrisch aus der Solarzelle 14 entfernt wird.

In einem Ausführungsbeispiel wurden Solarzellen aus amorphem Silizium drei Minuten lang in einen aus verdünnter Schwefelsäure (H₂SO₄) bestehenden Elektrolyten gesetzt und dabei mit einer Sperrspannung von zwei Volt belastet. Es zeigte sich, daß Kurzschlüsse und/oder Nebenschlüsse, die nach bisherigen Verfahren, namentlich nach dem Verfahren nach der US-PS 41 66 918 nicht beseitigt werden konnten, nach Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens entfernt waren.

Im allgemeinen kann gesagt werden, daß für das erfindungsgemäße Verfahren als Elektrolyt eine Lösung anzuwenden ist, die nur bei Anlegen eines Stroms geeigneter Polarität ätzt. Dabei wird dann dort am stärksten bzw. schnellsten geätzt, wo der Strom am stärksten ist, d. h. wo ein Kurzschluß oder Nebenschluß liegt. Die durch die Polarität der Spannungsquelle 18 bestimmte Polarität des Stroms muß der speziellen Struktur der jeweiligen Solarzelle 14 angepaßt werden. Da die Solarzelle 14 typisch eine diodenartige Struktur mit einer eigenleitenden Zone zwischen einer p-leitenden Zone und einer n-leitenden Zone besitzt, erfordert das erfindungsgemäße Verfahren es also, die Spannungsquelle so gepolt anzulegen, daß die Solarzelle in Sperr-Richtung belastet wird. Es wird also im wesentlichen - außer am Ort eines Kurzschlusses oder Nebenschlusses - kein Strom fließen. Im Bereich eines Kurzschlusses oder Nebenschlusses wird der Stromfluß durch einen in Sperr-Richtung vorgespannten Halbleiterübergang nicht behindert. In den entsprechenden Bereichen hoher Stromdichte ergibt sich demnach eine elektrolytische Ätzung. Diese wird solange fortgesetzt, wie der hohe Strom existiert, d. h. bis der Kurzschluß und/oder Nebenschluß entfernt worden ist.

Das Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1 stellt eine spezielle Solarzelle 14 dar, die ein Substrat 20 aus rostfreiem Stahl mit darauf gebildeter n-leitender Schicht 22, typisch aus amorphem Silizium, besitzt. An die n-leitende Zone 22 grenzt eine eigenleitende Zone 24, die von einer aus Platin bestehenden Schottkyschen Sperrschicht 26 kontaktiert wird. Es sei jedoch darauf hingewiesen, daß die spezielle in der Zeichnung dargestellte und beschriebene Solarzellenstruktur lediglich zur Illustration der Erfindung dient.

Das aus rostfreiem Stahl bestehende Substrat 20 wird über einen isolierten, leitenden Draht 28 mit der positiven Klemme der Spannungsquelle 18 verbunden. Der Draht 28 muß isoliert werden, um einen Stromfluß durch die in den Elektrolyten 12 eingetauchten Teile des Drahts zu verhindern. Aus ähnlichen Gründen wird eine Isolierschicht 30, z. B. eine Farbe, auf die freigelegten Teile des aus rostfreiem Stahl bestehenden Substrats 20 aufgebracht. Eine vorzugsweise entweder aus Gold oder Platin bestehende Elektrode 16 wird über einen leitenden Draht 32 mit der negativen Klemme der Spannungsquelle 18 verbunden. Auch der Draht ist vorzugsweise isoliert, um zu verhindern, daß er durch den Elektrolyten 12 angegriffen wird.

Im beschriebenen Ausführungsbeispiel kann der Strom nur von den Kurzschlüsse und/oder Nebenschlüsse aufweisenden Teilen der Solarzelle 14 durch den Elektrolyten 12 zu der Elektrode 16 fließen. Ein typischer Elektrolyt zur Anwendung bei einer Zelle mit auf den positiven Pol der Spannungsquelle 18 geschaltetem n-Anschluß ist entweder verdünnte Schwefelsäure (H₂SO₄) oder verdünntes Kupfersulfat (CuSO₄).

Wenn dagegen eine Zelle mit an das leitende Substrat angrenzender p-leitender Zone, d. h. eine Struktur mit der Schichtenfolge rostfreier Stahl/p-i-n/ITO, zu behandeln ist, wird das Substrat mit dem negativen Pol der Spannungsquelle 18 verbunden und als Elektrolyt eine etwa 20%ige Ammoniumhydroxid-Lösung (NH₄OH) verwendet.

Claims (5)

1. Verfahren zum Beseitigen von Kurz- oder Nebenschlüssen eines auf einer Schicht mit einer gut leitenden Elektrode (20) kontaktierten Halbleiterkörpers einer Solarzelle durch Eintauchen des Halbleiterkörpers in einen Elektrolyten (12) und Anlegen einer den Halbleiterkörper belastenden Sperrspannung (18) über den Elektrolyten an die gut leitende Elektrode (20), dadurch gekennzeichnet, daß eine Solarzelle (14) mit einem Halbleiterkörper, der der gut leitenden Elektrode (20) gegenüber eine Schottky-Sperrschicht (26) aufweist, in den Elektrolyten (12) getaucht wird und daß die Sperrspannung so lange an die gut leitende Elektrode (20) angelegt wird, bis die im Halbleiterkörper vorhandenen Kurz- oder Nebenschlüsse beseitigt sind.

2. Verfahren zum Beseitigen von Kurz- oder Nebenschlüssen eines auf einer Schicht mit einer gut leitenden Elektrode (20) kontaktierten Halbleiterkörpers einer Solarzelle durch Eintauchen des Halbleiterkörpers in einen Elektrolyten (12) und Anlegen einer den Halbleiterkörper belastenden Sperrspannung (18) über den Elektrolyten an die gut leitende Elektrode (20), dadurch gekennzeichnet, daß eine Solarzelle (14) mit einem p-i-n-Halbleiterkörper, der der gut leitenden Elektrode (20) gegenüber eine ITO-Schicht aufweist, in den Elektrolyten (12) getaucht wird und daß die Sperrspannung so lange an die gut leitende Elektrode (20) angelegt wird, bis die im Halbleiterkörper vorhandenen Kurz- oder Nebenschlüsse beseitigt sind.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Solarzelle (14) aus halbleitenden Schichten aus amorphem Silizium gebildet wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die gut leitende Elektrode (20) der Solarzelle (14) mit einer p-leitenden Halbleiterzone (22) in Kontakt gebracht und ein aus einer schwachen Ammoniumhydroxidlösung (NH₄OH) bestehender Elektrolyt (12) verwendet wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die gut leitende Elektrode (20) der Solarzelle (14) mit einer n-leitenden Halbleiterzone in Kontakt gebracht und ein aus verdünnter Schwefelsäure (H₂SO₄) oder verdünntem Kupfersulfat (CuSO₄) bestehender Elektrolyt (12) verwendet wird.