DE3635770A1 - Verfahren zum einbringen von trenngraeben in aus transparenten leitfaehigen metalloxiden bestehenden schichten, wie sie fuer frontelektroden bei der serienverschaltung von duennschichtsolarzellen in modulen verwendet werden - Google Patents
Verfahren zum einbringen von trenngraeben in aus transparenten leitfaehigen metalloxiden bestehenden schichten, wie sie fuer frontelektroden bei der serienverschaltung von duennschichtsolarzellen in modulen verwendet werdenInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Einbringen von Trenn
gräben in aus transparenten leitfähigen Metalloxiden bestehen
den Schichten, wie sie insbesondere für Frontelektroden bei der
Serienverschaltung von Dünnschichtsolarzellen zu Modulen ver
wendet werden, bei dem die Struktur der Trenngräben in der auf
einem lichtdurchlässigen Substrat aufgebrachten Metalloxid
schicht unter Verwendung einer Hilfsschicht abgebildet wird
und mittels der sog. Abhebetechnik (Lift-off-Technik) die Trenn
gräben erzeugt werden.
Durch die geringe Leitfähigkeit der transparenten Frontelektrode
müssen bei der Herstellung von großen Silizium-Solar-Modul-Flä
chen mehrere kleine Dünnschicht-Einzelzellen serienverschaltet
werden. Dies geschieht am besten durch Serienverschaltung von
schmalen, streifenförmigen Einzelzellen (Betriebsspannung 0,7 V)
auf einem gemeinsamen Glassubstrat zu einem integrierten So
larzellenmodul (Betriebsspannung z.B. 12 V/24 V).
Ein Problem besteht darin, die zur Serienverschaltung notwen
dige Strukturierung der transparenten leitfähigen Metalloxid
schicht, die zumeist aus dotiertem Zinnoxid besteht, kosten
günstig auszuführen.
Die Strukturierung der Zinnoxidschicht bereitet insofern Schwie
rigkeiten, als sie auf chemischem Wege wegen der schlechten
Löslichkeit von Zinnoxid schwierig durchführbar ist. Eine
Möglichkeit besteht darin, die Strukturierung der Front
elektrodenschicht durch selektives Lasertrennen vorzuneh
men. Ein solches Verfahren, welches mit großem technischen
Aufwand verbunden ist, ist beispielsweise aus dem Tagungsband
der 17. IEEE Photovoltaic Conf. Orlando, 1984, auf den Seiten
206-211 zu entnehmen.
Eine weitere Möglichkeit der Durchtrennung der Frontelek
trodenschicht bietet die Photolithographie. Das eingangs ge
nannte Verfahren ist beispielsweise für Zinnoxidschichten aus
einem Aufsatz von Siu, Lee und Lam aus dem Solid State Techno
logy, Okt. 1979, S. 117/118 bekannt. Dabei wird die Trenn
grabenstruktur zunächst in einer auf dem Substrat aufgebrach
ten Photolackschicht erzeugt, die Photolackschicht belichtet
und entwickelt und auf die Photolackstruktur aus der Gasphase
das Zinnoxid niedergeschlagen. Die Photolackstruktur verkohlt
bei der Abscheidetemperatur des Zinnoxids und wird dann in
konzentrierter Schwefelsäure weggelöst und das darauf be
findliche Zinnoxid mitentfernt. Eine weitere Variante wird hier
beschrieben, bei dem die Photolackstruktur durch eine aufge
dampfte Aluminiumstruktur ersetzt wird und die Abhebetechnik in
konzentrierter Phosphorsäure und Salzsäure durchgeführt wird.
Die Erfindung beschreitet einen anderen Weg zur Lösung der Auf
gabe, ein einfaches und kostengünstiges Verfahren zur Durch
trennung der aus transparenten leitfähigen Metalloxiden beste
henden Frontelektrodenschicht durchzuführen. Sie ist durch den
Ablauf der folgenden Verfahrensschritte gekennzeichnet:
- a) zunächst erfolgt die Abbildung der Struktur der Trenngräben durch ein Siebdruckverfahren mittels einer Paste auf dem Substrat,
- b) darauf wird ganzflächig die Metalloxidschicht aufgebracht und
- c) durch eine Behandlung des beschichteten Substrates im Ultraschallbad mit einem die Paste lösenden Mittel wird die Pastenstruktur mit der darauf befindlichen Metall oxidschicht entfernt.
Dabei liegt es im Rahmen der Erfindung, daß als Siebdruck
paste Aluminiumpaste, als Metalloxid Zinnoxid, vorzugsweise
mit Fluor als Dotierstoff, und als Lösungsmittel verdünnte
Salzsäure verwendet wird.
Weitere Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den
Unteransprüchen.
Nachfolgend wird anhand eines Ausführungsbeispiels und der Fig.
1 bis 3, die im Schnittbild den Arbeitsablauf zur Durch
trennung der Frontelektrodenschicht darstellen, das erfindungs
gemäße Verfahren noch näher beschrieben.
Fig. 1 Auf ein lichtdurchlässiges, z.B. aus Glas oder Kunst
stoff bestehendes Substrat 1, welches massiv oder auch als Folie
vorliegen kann, wird durch Siebdruck eine Aluminiumpaste 2
in der, der Trenngräben (4) entsprechenden Struktur aufge
druckt. Die minimale Breite der Siebdruckspur ist dabei aus
technischen Gründen auf ca. 100-150 µm begrenzt. Dabei wird
eine Aluminiumsiebdruckpaste verwendet, wie sie beispielsweise
für die Rückseitenmetallisierung von kristallinen Silizium-
Solarzellen üblich ist (z.B. Alu-Alloy 6150 Solar, Firma
Electro-Oxid-Corp.). Diese Paste enthält keine Glaskörper.
Fig. 2 Die so präparierten Glassubstrate (1, 2) werden dann
zur Beschichtung mit der transparenten leitenden Oxidschicht 3
(TCO = transparent contacting oxide) aus z.B. mit Fluor do
tiertem Zinnoxid einem CVD-Prozeß (= chemical vapor deposition)
unterzogen, wobei als Ausgangsmaterial Tetramethylzinn verwendet
wird, welches bei einer Temperatur von ca. 500°C zersetzt wird
und in einer Schichtdicke von 0,5 µm auf dem mit der Alu-Pasten
struktur 2 versehene Glassubstrat 1 niedergeschlagen wird.
Fig. 3 Im anschließenden Lift-off-Prozeß werden nur die mit
der Alu-Paste 2 bedruckten Flächen des Glassubstrates 1 im
Ultraschallbad in verdünnter Salzsäure abgelöst. Die auf dem
Alu-Siebdruck 2 haftende Zinnoxidschicht 3 wird dabei mit
abgehoben (siehe Pfeile 5) und es entstehen die gewünschten
Trenngräben 4.
Das Verfahren nach der Lehre der Erfindung ist ein sehr kosten
günstiges und für große Stückzahlen gut geeignetes Trennver
fahren. Die benötigte Menge an Siebdruckpaste für ein 10 cm×
10 cm großes Glassubstrat beträgt nur ca. 20 mg. Die erhaltenen
Konturen sind scharf begrenzt.
Eine Änderung der Zinnoxidschichtdicke in der Nähe der Sieb
druckspur tritt bei diesem Verfahren nicht auf. Reste der Sieb
druckpaste, die sich besonders an der Böschung der Trenngräben
befinden (Spitzen) und zu Kurzschlüssen in den Dünnschicht
solarzellen führen würden, lassen sich leicht durch einen an
schließenden Bürstprozeß entfernen.
Claims (5)
1. Verfahren zum Einbringen von Trenngräben (4) in aus trans
parenten, leitfähigen Metalloxiden bestehenden Schichten (3),
wie sie insbesondere für Frontelektroden bei der Serienver
schaltung von Dünnschicht-Solarzellen zu Modulen verwendet
werden, bei dem die Struktur der Trenngräben (4) in der auf
einem lichtdurchlässigen Substrat (1) aufgebrachten Metall
oxidschicht (3) unter Verwendung einer Hilfsschicht (2) abge
bildet wird und mittels der sog. Abhebetechnik (Lift-off-
Technik) die Trenngräben (4) erzeugt werden, dadurch ge
kennzeichnet, daß
- a) zunächst die Abbildung der Struktur der Trenngräben (4) durch ein Siebdruckverfahren mittels einer Paste (2) auf dem Substrat (1) erfolgt,
- b) darauf ganzflächig die Metalloxidschicht (3) aufgebracht wird und
- c) durch eine Behandlung des beschichteten Substrates (1, 2, 3) im Ultraschallbad mit einem die Paste (2) lösenden Mittel die Pastenstruktur (2) mit der darauf befindlichen Metalloxid schicht (3) entfernt wird (5).
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich
net, daß als Siebdruckpaste (2) Aluminiumpaste, als Me
talloxid (3) Zinnoxid und als Lösungsmittel verdünnte Salz
säure verwendet wird.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeich
net, daß das Zinnoxid als Dotiermittel Fluor enthält.
4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn
zeichnet, daß als Metalloxid (3) Indiumoxid mit
Zinnoxid als Dotiermittel verwendet wird.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch
gekennzeichnet, daß die aus Zinnoxid be
stehende Metalloxidschicht (3) durch thermische Zersetzung
von Tetramethylzinn aus der Gasphase im Bereich von 500°C
aufgebracht wird.
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Country Status (1)
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|---|---|
| DE (1) | DE3635770A1 (de) |
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