DE4333426C1 - Verfahren zur Metallisierung von Solarzellen aus kristallinem Silizium - Google Patents

Description

Unter Metallisierung von Solarzellen wird die Herstellung oder Aufbringung von stromabführenden elektrisch leitenden Kontakten auf Vorder- und Rückseiten von Solarzellen verstanden. Die Metal­ lisierung muß daher einen guten ohmschen Kontakt zum Halbleiter aufbauen können, damit ein ungestörter Austritt der Ladungsträger aus dem Halbleiter in die stromabführenden Kontakte gewährleistet ist. Zur Vermeidung von Stromverlusten muß die Metallisierung au­ ßerdem eine ausreichende Stromleitfähigkeit aufweisen, das heißt entweder eine hohe Leitfähigkeit und/oder einen ausreichend hohen Leiterbahnquerschnitt besitzen.

Für die Metallisierung von Solarzellenrückseiten existieren eine Vielzahl von Verfahren, die diese Anforderungen erfüllen. Zur Me­ tallisierung der Vorder- oder Lichteinfallsseite der Solarzelle wird angestrebt, eine möglichst geringe Abschattung aktiver Halb­ leiteroberfläche zu erreichen, um möglichst viel Oberfläche zum Einfang von Photonen zu nutzen. Dies läßt sich jedoch nur mit einem geringeren Leiterbahnquerschnitt erreichen, was im Wi­ derspruch zur geforderten hohen Stromleitfähigkeit steht. Zusätz­ lich können bei feinen Leiterbahnstrukturen Haftungsprobleme der Metallisierung insbesondere auf kristallinem Silizium auftreten.

Die Metallisierung durch Dickfilmtechnik ist eine wirtschaftliche und gebräuchliche Technik. Die eingesetzten Pasten enthalten Metallpartikel (vorwiegend Silber) und sind dadurch elektrisch leitend. Sie können durch Sieb-, Schablonen- und Tampondruck oder durch Pastenschreiben aufgebracht werden. Weit verbreitet ist derzeit das Siebdruckverfahren, mit dem zur Metallisierung fingerförmige Metallisierungslinien bis ca. 80-100 µm Breite möglich sind. Bereits bei dieser Gridbreite zeigen sich im Vergleich zur reinen Metallstruktur Verluste an elektrischer Leitfähigkeit, was sich im Serienwiderstand und damit im Füllfaktor und im Wirkungsgrad negativ auswirken kann. Bei noch geringeren aufgedruckten Leiterbahnbreiten verstärkt sich dieser Effekt, da die Leiterbahnen verfahrensbedingt gleichzeitig auch flacher werden. Eine wesentliche Ursache für diese verminderte Leitfähigkeit stellen die nicht leiten­ den Oxid- bzw. Glasanteile zwischen den Metallpartikeln dar. Andererseits ist der Glasanteil für die Haftung der Leiterbahnen auf der Solarzelle erforderlich.

Aufwendigere Verfahren zur Herstellung der Vorderseitenkon­ takte nutzen Laser- oder Phototechnik zur Definition der Lei­ terbahnstrukturen. Um die Metallisierung haftfest und in der für die elektrische Leitfähigkeit erforderlichen Dicke auf­ zubringen, sind oft verschiedene Metallisierungsschritte notwendig. So wird in der nicht-vorveröffentlichten DE 43 11 173 A1 vorgeschlagen, daß bei einer naßchemischen Metal­ lisierung eine erste feine Metallisierung mittels Palladium­ keimen erfolgt und durch eine stromlose Nickelabscheidung haftfest verstärkt wird. Zur weiteren Erhöhung der Leitfä­ higkeit wird darüber stromlos oder elektrolytisch Kupfer ab­ geschieden, welches zweckmäßigerweise wiederum mit einer fei­ nen Silber- oder Zinnschicht vor einer Oxidation geschützt wird.

Nachteilig an diesen oft mehrere Metallisierungsbäder erfor­ dernden und daher auch unter Entsorgungsgesichtspunkten auf­ wendigen Verfahren ist außerdem, daß sie auf eine beispiels­ weise aufgedruckte Rückseitenmetallisierung mehr oder weniger schädigend einwirken und diese daher oft besonders geschützt wird.

Aus der EP-A 0 542 148 ist ein Verfahren zur Herstellung ei­ ner Elektrodenstruktur für die Vorderseitenmetallisierung ei­ ner Solarzelle bekannt. Dabei wird zunächst eine Elektroden­ struktur in Dickfilmtechnik auf dem Solarzellenkörper erzeugt und anschließend durch galvanische Abscheidung von Silber oder Kupfer verstärkt.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein anderes Verfahren zur Metallisierung von Solarzellen anzugeben, wel­ ches einfach durchzuführen ist, keine galvanische Metallab­ scheidung und daher keine elektrische Kontaktierung erfordert und bei dem die Prozesse für Vorder- und Rückseitenmetalli­ sierung kompatibel sind. Es soll bei Leiterbahnbreiten von unter 100 µm ausreichend elektrisch leitende und auf Silizium gut haftende Kontakte erzeugen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren mit den Merkmalen von Anspruch 1 gelöst. Weiterbildungen der Er­ findung sind den Unteransprüchen zu entnehmen.

Das erfindungsgemäße Verfahren verwendet zur Herstellung sowohl des Rückseiten- als auch des Vorderseitenkontaktes ein Dickfilm­ verfahren, insbesondere ein Druckverfahren mit leitfähiger Paste. Durch gleiche bzw. ähnliche Metallisierungsverfahren kann in bekannter Weise die beidseitige Metallisierung in einem gemeinsamen Schritt oder in zeitlich eng aufeinander folgenden Schritten durchgeführt werden. Mit dem Verfahren können auf Solarzellenvorderseiten Metallisierung erzeugt werden, deren Leiterbahnbreiten deutlich unter 100 µm liegen und die dennoch ausreichende Leitfähigkeit aufweisen. Der Nachteil der geringen Leitfähigkeit bekannter Dickfilmstrukturen wird durch die zusätz­ liche photoinduzierte Abscheidung eines elektrisch gut leitenden Metalles über der Dickfilmmetallisierung kompensiert. Durch das Aufwachsen der zusätzlichen Metallschicht können sogar nicht­ leitende Unterbrechungen in der aufgedruckten Dickfilmstruktur teilweise "repariert" werden. Das aufwachsende Metall wächst über solchen nicht leitenden Bereichen zusammen und überbrückt diese leitend.

Das Verfahren verbindet also die Vorteile einer Metallisierung mit einem gut leitenden Metall (gute Stromleitung bei geringem Leiterbahnquerschnitt) mit der guten Haftung und dem einfachen Aufbringen der Dickfilmmetallisierung, ohne deren Nachteile in Kauf zu nehmen. Mit der Dickfilmtechnik ist die Strukturierung der Vorderseitenmetallisierung, die beispielsweise in Form fin­ gerförmiger Kontakte erfolgen kann, in einfacher Weise möglich. Mit dem Aufbringverfahren für die leitfähige Paste wird bereits die Struktur definiert. Geeignete Verfahren sind beispielsweise Sieb-, Schablonen- und Tampondruck oder Pastenschreiben und ähn­ liche Verfahren.

Die Metallabscheidung erfolgt photoinduziert und stromlos. Die zur Reduktion des Metallions aus der Lösung erforderlichen La­ dungsträger (Elektronen) werden lichtinduziert im Halbleiter als Ladungsträgerpaare erzeugt, am pn-Übergang von den Löchern ge­ trennt und zur Halbleiteroberfläche transportiert. Die Metallab­ scheidung erfolgt spezifisch auf der Dickfilmmetallisierung, die im guten ohmschen Kontakt zum Halbleiter steht und eine höhere Leitfähigkeit als der Halbleiter besitzt. Für die Metallabschei­ dung können aus der Galvanik bekannte Metallisierungsbäder ver­ wendet werden. Es sind auch solche Metallisierungsbäder geeignet, die bereits zur chemischen Abscheidung von Metallen verwendet werden. In diesem Fall wird die Metallabscheidung durch die Photounterstützung beschleunigt und/oder bei niedrigeren Temperaturen ermöglicht. Dies ist insbesondere bei chemisch ag­ gressiven Metallisierungsbädern von Vorteil, die in ungünstige Wechselwirkung mit der Dickfilmmetallisierung treten können. Beispielsweise kann die oxidische Bestandteile enthaltende leitfähige Paste im sauren und im basischen Milieu angegriffen werden, worauf es zur Ablösung der Leiterbahn bzw. zur Unterbrechung der Stromleitung kommen kann.

Die photoinduzierte stromlose Metallabscheidung erfordert das Be­ strahlen des Halbleiters mit elektromagnetischer Strahlung im Ab­ sorptionsbereich des Halbleiters. Für Silizium wird daher sicht­ bares Licht oder nahes IR gewählt. Letzteres nutzt die Rotemp­ findlichkeit von Silizium und führt zu einer Erzeugung von La­ dungsträgerpaaren an einem Ort, der tiefer im Inneren des Halb­ leiters liegt.

Entscheidend für die Abscheidegeschwindigkeit ist die Verfügbarkeit der Elektronen von der Rückseitenmetallisierung zum Ladungsausgleich. Diese Metallisierung dient bei dem Prozeß sozusagen als Opferanonde, da hierbei Metall aufoxidiert wird und in Lösung geht. Es ist deshalb vorteilhaft, die Rücksei­ tenmetallisierung redundant aufzutragen, so daß sie ihrer späteren Funktion als Rückseitenkontakt noch voll gerecht wird.

Ausreichend ist es beispielsweise, die in einem Metallisie­ rungsbad angeordnete Solarzelle von der Vorderseite her in einem Abstand von ca. 30 cm mit einer 75 Watt Glühbirne (Wolframwendel) oder einer 150 Watt IR-Lampe zu beleuchten.

Für Rück- und Vorderseitenmetallisierung können wie erwähnt elektrisch leitende Pasten verwendet werden, die in einem Schritt gemeinsam eingebrannt werden können ("cofiring". Mög­ lich ist es auch, für die Vorderseitenmetallisierung einen Leitkleber oder Leitlack in Dickfilmtechnik aufzubringen. Auch dieser enthält metallische Partikel, insbesondere Sil­ ber, die für die Leitfähigkeit sorgen. Eingebettet sind die Partikel in eine organische Matrix die die Verarbeitbarkeit und Haftung des Klebers auf der Unterlage gewährleistet. Auch hier können feinste Leitkleberstrukturen durch die pho­ toinduzierte (stromlose) Metallabscheidung verstärkt werden.

In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung wird zur Defi­ nition der Vorderseitenmetallisierung neben der Dickfilmtech­ nik noch eine weitere sogenannte Grabentechnik verwendet. Dazu werden in der Vorderseite der Solarzelle, die mit einer Schicht eines Dielektrikums versehen ist, feine bis in den Halbleiter hineinreichende Gräben erzeugt. Quer über diese Gräben erfolgt dann das Aufbringen und gegebenenfalls Ein­ brennen der leitfähigen Paste. Dabei ist es ausreichend, wenn die Paste die Gräben überbrückt. Beim Auftragen der Paste quer zu den Gräben werden auch deren Wände mehr oder weniger stark mit der Paste kontaktiert. Nicht unbedingt erforderlich ist jedoch ein völliges Ausfüllen der überbrückten Gräben bzw. der Kontakt der Paste mit dem Grabenboden.

Im anschließenden stromlosen photoinduzierten Metallabscheidepro­ zeß wird das Metall nicht nur über der Dickfilmstruktur, sondern auch direkt auf der in den Gräben freigelegten Halbleiteroberfläche abgeschieden. Von Vorteil ist dabei, wenn der Halbleiter in den Gräben hoch n-dotiert ist. Während des Abscheidens wächst die in den Gräben abgeschiedene Metallschicht mit der Dickfilmstruktur bzw. der über der Dickfilmstruktur abgeschiedenen Metallschicht zusammen und bildet so eine elektrisch gut leitende Verbindung.

Mit dieser Verfahrensvariante ist es möglich, äußerst feine stromableitende Kontakte für die Vorderseitenmetallisierung zu erzeugen. Die etwas breiteren Dickfilmstrukturen dienen als Stromsammelschienen oder sogenannte Busstrukturen. An den gut haftenden Busstrukturen wiederum lassen sich nun in einfacher Weise elektrische Leiter an die Solarzelle anschließen, beispielsweise durch Anlöten von Bändchen bei dicken- oder von Drähten bei schmalen Bussen. Das für die photoinduzierte Metall­ abscheidung bevorzugt verwendete Silber zeigt auf einer ebenen und selbst auf einer texturierten Siliziumoberfläche eine unge­ nügende Haftung. Wird das Silber dagegen nicht auf ebener Ober­ fläche, sondern in Gräben abgeschieden, ist die Haftung wesentlich verbessert. Eine durch die angelöteten elektrischen Leiter mögliche Zugbelastung oder sonstige mechanische Beanspruchung wirkt nur auf die gut haftenden Dickfilmstrukturen.

Die Gräben für die Feinstrukturen der Vorderseitenmetallisierung können durch Laserbestrahlung erzeugt werden. Möglich ist es auch, die Feinstrukturen durch Phototechnik in einem Photolack zu erzeugen und die Gräben durch die Photolackmaske zu ätzen. Auch eine mechanische Erzeugung der Gräben durch Sägen, Kratzen oder dergleichen ist möglich.

Eine weiter verbesserte Haftung der Metallstrukturen in den Grä­ ben wird erreicht, wenn die Grabeninnenwände vor der Metallab­ scheidung mittels einer Texturätzung aufgerauht werden. Dies führt zu einer guten Verzahnung der später abgeschiedenen Metall­ strukturen mit dem aufgerauhten Silizium. Eine besonders gute Verzahnung wird dabei in Gräben in polykristallinem Silizium erzielt. Hier ist die erzielbare Textur durch die unterschied­ lichen Kristallorientierungen vorteilhafterweise sehr unregel­ mäßig ausgerichtet.

Im folgenden werden drei Ausführungsbei­ spielen der Erfindung anhand von sieben Figuren näher beschrieben.

Die Fig. 1 bis 3 zeigen einen schematischen Querschnitt durch eine Solarzelle während verschiedener Verfahrens­ stufen eines ersten Ausführungsbeispiels,

die Fig. 4 zeigt eine REM-Aufnahme einer verstärkten Metalli­ sierung und

die Fig. 5 bis 7 zeigen in einer perspektivischen Aufrißdar­ stellung die Solarzelle während verschiedener Ver­ fahrensstufen des zweiten Ausführungsbeispiels.

Fig. 1 als Solarzellenkörper 1 wird ein Wafer aus kristallinem oder polykristallinem Silizium verwendet, welcher eine p-Grund­ dotierung aufweist. Die Vorderseite kann einer kristallorien­ tierten Texturätzung unterzogen werden, um eine Reflexionen ver­ mindernde verbesserte Lichteinfallsgeometrie der Oberfläche zu schaffen (in der Fig. 1 nicht dargestellt). Zur Erzeugung des Halbleiterübergangs erfolgt nun eine Phosphordiffusion auf der Vorderseite des Solarzellenkörpers 1, wobei ein flacher n-dotier­ ter Schichtbereich 3 entsteht.

Zur weiteren Verbesserung der optischen und elektrischen Eigen­ schaften des Solarzellenkörpers 1 wird auf der Vorderseite eine dielektrische Schicht 4 erzeugt. Diese dient zugleich als Passi­ vierungs- und Antireflexschicht. Dies kann eine Oxidschicht SiO_x, eine Nitridschicht Si₃N₄, eine Kombination aus beiden oder eine Kombination mit einer Titanoxidschicht TiO_x sein.

Erstes Ausführungsbeispiel Aufbringen der Rückseitenmetallisierung

Die Rückseitenmetallisierung wird in Form einer elektrisch leit­ fähigen Paste durch eines der genannten Pastendruck- oder Schreibverfahren aufgebracht. Die Paste enthält neben einem aus­ brennbaren organischen Binder eine Glasmatrix, in die elektrisch leitfähige Partikel eingebettet sind. Die im Beispiel silberhal­ tige Paste kann außerdem Aluminium enthalten, welches beim Ein­ brennen der Paste in die Rückseite einlegiert oder teilweise ein­ diffundiert, dabei den Ohmschen Kontakt verbessert und dort p⁺­ dotierte Bereiche erzeugt. Möglich ist es auch, durch vorheriges Aufbringen von Al oder B mit anschließendem Eindiffundieren eine hochdotierte p⁺ Zone, ein sogenanntes "back surface field" zu erzeugen.

Weiterhin kann eine Aluminium-haltige Paste vor dem Aufbringen der Rückseitenmetallisierung aufgebracht und eingebrannt werden. Gegebenenfalls wird der Rest der Aluminium-haltigen Paste nach dem Einbrennen wieder von der Rückseite des Solarzellenkörpers 1 entfernt.

Die Rückseitenmetallisierung kann ganz flächig oder in Form eines beliebigen groben Rasters aufgebracht werden.

Aufbringen der Vorderseitenmetallisierung

Für die Vorderseitenmetallisierung 6 wird die gleiche leitfähige Paste wie für die Rückseite, jedoch ohne Al verwendet. Mit einem geeigneten Aufbringverfahren werden strukturierte Vorderseitenkontakte aufgebracht, die je nach Anzahl aus mehr oder weniger dicken Stromsammelschienen (Busstrukturen) und aus quer dazu aufgebrachten Feinstrukturkontakten bestehen können.

Einbrennen der aufgedruckten Metallisierung (Fig. 2)

In einem Ofenprozeß werden nun die aufgedruckten Rückseitenkon­ takte 5 und die Vorderseitenkontakte 6 gemeinsam eingebrannt. Die erforderlichen Temperaturen sind von der Pastenzusammensetzung und der Dicke der dielektrischen Schicht abhängig, können anson­ sten jedoch frei gewählt werden. In Abhängigkeit von der Pastenzusammensetzung kann das Brennen in oxidativer Atmosphäre oder unter Inertgas mit wenig Sauerstoff erfolgen. Möglich ist auch ein zweistufiger Brennprozeß mit einem Vorbrand unter wenig Sauerstoff bis ca. 400°C und anschließendem Brennen bei höherer Temperatur unter Inertgas bzw. reduzierender Atmosphäre.

Nach dem Einbrennprozeß erfolgt bei der Grabentechnik eine kurze Behandlung in verdünnter, gegebenenfalls gepufferter, HF-Lösung zur Entfernung von entstandenem Oxid. Da bereits beim Stehen an Luft ein natives Oxid auf Silizium aufwächst, welches die Metallabscheidung stört, sollte dieser sogenannte HF-Dip bei der Grabentechnik (Anordnung der Metallisierung in Gräben) grund­ sätzlich erfolgen unabhängig von den Brennbedingungen.

Bei der Planartechnik, bei der nur die aufgedruckten Strukturen der Vorderseite photoinduziert verstärkt werden, kann auf einen HF-Dip verzichtet werden. Die cyanidische Silberlösung ermöglicht hier allerdings einen größeren Spielraum bei der Einstellung der Brennbedingungen, und die n-Dotierung kann schwächer gewählt werden, was zu geringeren Rekombinationsverlusten führt. Die elektrischen Parameter lassen sich durch eine kurze photoinduzierte Silberabscheidung aus cyanidischer Lösung zusätzlich verbessern, ähnlich wie durch den HF-Dip. Dabei zeigt sich eine deutliche Stabilitätserhöhung im Feuchtetest, selbst nach einem vorangegangenen HF-Dip. Ohne die Exposition im Silbercyanidbad zeigen passivierte Solarzellen mit aufgedruckten Vorderseitenkontakten nach einer sauren Behandlung eine deutliche Instabilität im Feuchtetest. Somit wird durch das erfindungsge­ mäße Verfahren die Grabentechnik überhaupt erst sinnvoll er­ möglicht

Photoinduzierte Metallabscheidung (Fig. 3)

Zur Verstärkung der aufgedruckten Vorderseitenkontakte wird eines der elektrisch gut leitenden Metalle Kupfer oder Silber gewählt. Bevorzugt ist jedoch Silber, welches bereits in der aufgedruckten Paste der Vorder- und Rückseitenkontakte 5 und 6 enthalten ist. Dies hat den Vorteil, daß für die Metallisierung der Solarzelle außer Aluminium, was auch durch Bor ersetzt sein kann, nur ein einziges Metall verwendet werden muß. Die Verwendung von nur einem Metallsalzbad vereinfacht den Entsorgungsaufwand im Fertigungsprozeß. Der Verzicht auf unterschiedliche Metalle erleichtert die gegebenenfalls erforderliche spätere Entsorgung oder das Recycling nicht mehr funktionstüchtiger Solarzellen.

Zur photoinduzierten Silberabscheidung eignen sich die in der Galvanik üblichen cyanidischen Silberbäder, die pro Liter 20 bis 100 g Silber und 120 bis 1 g Kaliumcyanid als Elektrolyt enthalten können. Es handelt sich dabei um stark bis schwach basische Lösungen. Gute Silberabscheidungen sind auch aus nichtcyanidischen Silberlösungen photoinduziert erzielbar, so zum Beispiel aus einem Bad, welches gelöstes Natriumthiosulfat und Silberchlorid enthält. Allerdings ist die Badstabilität unter Beleuchtung ungenügend.

Zur Metall- bzw. Silberabscheidung werden die Solarzellenkörper in das Metallisierungsbad getaucht und beleuchtet. Als Licht­ quelle kann eine normale Glühlampe von beispielsweise 75 Watt oder eine Infrarotlampe verwendet werden. Dabei können die Solarzellenkörper hintereinander in entsprechende Horden ein­ gestellt werden und schräg seitlich beleuchtet werden. So kann bei der Bestrahlung im Hordenbetrieb mit einer einzigen Lampe auf einer Vielzahl von Solarzellenkörpern gleichzeitig Metall abgeschieden werden.

Möglich ist es auch, die photoinduzierte Metallabscheidung konti­ nuierlich durchzuführen, wobei die Solarzellenkörper auf entspre­ chende Bänder oder Gestelle hintereinander bzw. über- und neben­ einanderliegend aufgebracht werden und kontinuierlich unter Be­ strahlung durch das Bad bewegt werden. Je nach verwendeter Vor­ richtung können die Solarzellenkörper dabei horizontal oder geneigt auf einem Träger aufliegen.

Geeignete Vorrichtungen zur Durchführung der Metallabscheidung im kontinuierlichen Betrieb sind für Galvanisierungsanlagen bekannt. Beispielsweise ist es möglich, entsprechend auf einem Band oder einem Gestell montierte Solarzellenkörper unterhalb der Flüs­ sigkeitsoberfläche in ein Metallisierungsbad einzuführen, wobei das überlaufende Bad aufgefangen und in den Behälter des Me­ tallisierungsbads zurückgepumpt wird.

Die Geschwindigkeit der Metallabscheidung ist abhängig von der gewählten Beleuchtungsleistung, dem Abstand der Strahlungsquelle von der zu metallisierenden Oberfläche, von der Temperatur des Metallisierungsbades und nicht zuletzt von der Art der Rücksei­ tenmetallisierung. Von ihr hängt es ab, wie leicht ihre Metallkomponenten aufoxidiert und aufgelöst werden, so daß Elektronen für den Ladungsausgleich und damit für die Metallre­ duktion auf der Vorderseite zur Verfügung stehen. Bei der licht­ induzierten Metallabscheidung kann auf der n-dotierten Oberfläche nur soviel Metall abgeschieden werden, wie auf der gegen­ überliegenden, p-dotierten Seite wieder in Lösung geht.

Das Verfahren erweitert die Anwendung der photoinduzierten Me­ tallabscheidung vom aus reinem Metall bestehenden Vorder- und Rückseitenkontakt hin zu aufgedruckten und gebrannten Kontakten. Trotz der umgebenden gesinterten Oxid- und Glaskomponenten werden durch die Paste des Rückseitenkontaktes auch nach einem Einbrenn­ prozeß unter Sauerstoff ausreichend Elektronen zum Ladungs­ ausgleich zur Verfügung gestellt.

Es ist auch nicht erforderlich, daß das auf der Rückseite in Lösung gehende Metall unedler als das auf der Vorderseite abzu­ scheidende Metall ist.

Die Metallabscheidung erfolgt ausschließlich auf der aufgedruck­ ten Vorderseitenmetallisierung 6. In Abhängigkeit von den angege­ benen Größen sowie zusätzlich von der Breite der aufgedruckten Metallisierungsbahnen 6 wird nach einer Zeit von 5 Sekunden bis 3 Minuten eine derart dicke Metallschicht 7 abgeschieden, daß die Vorderseitenkontakte dadurch eine zur Stromableitung ausreichende Leitfähigkeit erhalten.

Fig. 3 zeigt eine solche stromlos verstärkte Dickfilmmetallisie­ rung im schematischen Querschnitt, während Fig. 4 einen Quer­ schnitt als REM-Aufnahme zeigt. Gut zu erkennen ist die relativ grobe Struktur der Dickfilmmetallisierung 6, die bei entsprechend feinen und schmalen Leiterbahn leicht zu einer Unterbrechung des Strompfades führen kann. Die darüber abgeschiedene durchgehende glatte Silberschicht 7 kann nun vorher voneinander getrennte Me­ tallpartikel in der Dickfilmmetallisierung elektrisch leitend miteinander verbinden.

Zweites Ausführungsbeispiel

Herstellung von Gräben auf der Vorderseite der Solarzelle.

Fig. 5 der wie im ersten Ausführungsbeispiel vorbereitete und mit einer Schicht eines Dielektrikums versehene Solarzellenkörper 1 wird auf der Vorderseite zunächst mit einem Grabenmuster über­ zogen, welches die Feinstrukturen für die Vorderseitenmetal­ lisierung definiert. Die Gräben 8 können durch Photolithographie und anschließendes Ätzen definiert und erzeugt werden oder direkt mit einem Laser oder mechanische mit Hilfe eines entsprechend harten Werkzeuges durch Sägen, Kratzen oder dergleichen gebildet werden. Die Gräben 8 reichen durch das Dielektrikum 4 hindurch ca. 2-20 µm tief in den Halbleiter des Solarzellenkörpers 1 hinein. Gegebenenfalls kann im Anschluß daran eine saure Nachbehandlung oder eine alkalische Texturätzung zur Aufrauhung der Grabenoberflächen durchgeführt werden. Fig. 5 zeigt die Anordnung nach der Aushebung der Gräben 8.

Fig. 6 zur besseren ohmschen Kontaktierung der anschließend in den Gräben 8 abzuscheidenden Metallschicht wird eine zweite Dif­ fusion mit einem n-Dotierstoff durchgeführt, die im Bereich der Gräben zu einer n⁺⁺-Dotierung 9 führt.

Im Anschluß an die zweite Diffusion wird die Rückseitenmetal­ lisierung wie beim ersten Ausführungsbeispiel angegeben erzeugt. Auch für die Vorderseitenmetallisierung wird wie im ersten Aus­ führungsbeispiel eine elektrisch leitfähige Paste 10 in feinen Bahnen quer über die Gräben 8 hinweg aufgebracht. Das Einbrennen von Vorder- und Rückseitenmetallisierung erfolgt wiederum gemein­ sam in einem einzigen Schritt.

Photoinduzierte Metallabscheidung

Fig. 7 der so vorbereitete und auszugsweise in Fig. 6 schema­ tisch dargestellte Solarzellenkörper wird nun photoinduziert metalli­ siert, wobei wie im ersten Ausführungsbeispiel vorgegangen wird. Die Metallabscheidung erfolgt nun jedoch nicht nur über den aufgedruckten Vorderseitenmetallisierungen 10, sondern auch direkt auf der in den Gräben 8 freigelegten hochdotierten Halb­ leiteroberfläche. Durch das teilweise Zuwachsen der Gräben mit der abgeschiedenen Metallschicht 12 und das Aufdicken der Dick­ filmstrukturen 10 durch die aufwachsende Metallschicht 11 wird die Dickfilmstruktur mit der in den Gräben aufwachsenden Metall­ schicht 12 elektrisch leitend verbunden.

Drittes Ausführungsbeispiel

Ein Solarzellenkörper wird wie im zweiten Ausführungsbeispiel vorbereitet und mit einer Grabenstruktur auf der Vorderseite ver­ sehen. Nach dem Erzeugen und Einbrennen einer Dickfilmstruktur für die Rückseitenmetallisierung wird eine erste Vorderseiten­ metallisierung in Form feiner Leiterbahnen aus Leitkleber oder Leitlack aufgebracht. Im Unterschied zur leitfähigen und Oxidpartikel enthaltenden Paste wird der Leitlack jedoch nicht eingebrannt, da die organische Matrix zur Haftung des Leitlackes auf dem Solarzellenkörper bzw. über der Schicht des Dielektrikums 4 benötigt wird.

Im analog durchzuführenden anschließenden Metallisierungsschritt wird Silber in den Gräben 8 abgeschieden und gleichzeitig die Leitlack- oder Leitkleberstrukturen auf der Vorderseite mit einem Silberüberzug versehen.

In einer Variation dieses Ausführungsbeispiels ist es auch mög­ lich, die Leitlack- bzw. Leitkleberstrukturen nach der photoindu­ zierten stromlosen Metallabscheidung in den Gräben 8 quer zu die­ sen auf der Vorderseite aufzubringen.

Da pro Solarzelle ein oder zwei breitere Leiterbahnen als Bus­ strukturen ausreichend sind, können diese auch entsprechend dick ausgeführt werden, ohne daß es zu einer nennenswert vergrößerten Abschattung photovoltaisch aktiver Halbleiterfläche kommt. Aus­ schlaggebend jedoch ist, daß mit dem erfindungsgemäßen Verfahren nach einem der drei Ausführungsbeispiele feinste Leiterbahnstruk­ turen für die Vorderseitenmetallisierung erzeugt werden können, die im Vergleich zu bekannten aufgedruckten Leiterbahnen zu einer wesentlich verminderten Abschattung der Solarzellenoberfläche führen. Im Vergleich zu den bekannten Verfahren, die mit Hilfe einer Mehrschichtmetallisierung zu ähnlich feinen Leiterbahn­ strukturen führen, ist das erfindungsgemäße Verfahren deutlich vereinfacht.

Die Prozeßbedingungen beim Einbrennen der leitfähigen Paste kön­ nen weiter gefaßt werden. So können die elektrischen Parameter der Solarzelle durch die bereits genannte saure Nachbehandlung der eingebrannten Dickfilmmetallisierungen verbessert werden, ohne daß es dadurch zu einer erhöhten Feuchteempfindlichkeit der fertigen Solarzelle kommt, die bisher bei schwach dotierten So­ larzellenvorderseiten mit Dielektrikum nach einer sauren Behand­ lung beobachtet wurde. Die Feuchtestabilität so erzeugter Solar­ zellen ist also gegenüber bekannten Verfahren erhöht. Dies wird auf einen durch das cyanidische Metallisierungsbad bewirkten Effekt zurückgeführt. Der selbe Effekt bewirkt auch eine deutliche Verbesserung der elektrischen Parameter der späteren Solarzellen.

Weiterhin wird eine deutliche Verbesserung in der Belötbarkeit der aufgedruckten Kontakte erhalten. Auf der Vorderseite erfolgt dies verständlicherweise durch das abgeschiedene Silber. Aber auch die aufgedruckten Rückseitenkontakte lassen sich nach dem cyanidischen Silberbad besser löten.

Claims (10)

1. Verfahren zur Metallisierung von Solarzellen aus kristallinem Silizium, welches folgende Verfahrensschritte umfaßt:

• a) Bereitstellen eines Solarzellenkörpers (1) aus kristallinem Silizium mit einem flachen n-dotierten Bereich (3) in der Nähe der Vorderseite des Solarzellenkörpers (1),
• b) Erzeugen eines Dielektrikums (4) auf der Vorderseite,
• c) Herstellen der Rückseitenmetallisierung (5) durch Aufbringen und Einbrennen einer leitfähigen Paste,
• d) Aufbringen zumindest der Busstruktur (6, 10) für die Vorder­ seitenmetallisierung in Dickfilmtechnik,
• e) photoinduzierte stromlose Abscheidung eines Metalles (7, 11, 12), ausgewählt aus Silber oder Kupfer, auf der Vorderseite zumindest über der Dickfilmstruktur (6, 10) unter Verwendung der eingebrannten leitfähigen Paste (5) auf der Rückseite als Opferanode.

2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem im Verfahrensschritt (d) eine druckfähige elektrisch leit­ fähige Paste verwendet und diese gemeinsam mit der Rückseitenme­ tallisierung (5) eingebrannt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei dem bei der photoinduzierten Metallabscheidung Silber aus ei­ nem Cyanid-Ionen enthaltenden Bad abgeschieden wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei dem die Metallabscheidung durch Infrarotstrahlung induziert und unterstützt wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei dem für die breiteren Busstrukturen (10) der Vorderseitenme­ tallisierung mehrere parallele, eng nebeneinander liegende schmalere Linien mit einer elektrisch leitfähigen Paste auf die Vorderseite aufgedruckt werden und diese durch die Metallabschei­ dung so verstärkt werden, daß die schmaleren Linien zu der brei­ teren Busstruktur (10) zusammenwachsen.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bei dem durch die photoinduzierte Metallabscheidung auf der Vor­ derseite in Verfahrensschritt e) gleichzeitig sowohl die Bus­ strukturen (10) verstärkt als auch Feinstrukturen (12) direkt über freiliegendem Silizium des Solarzellenkörpers abgeschieden werden.

7. Verfahren nach Anspruch 6, bei dem vor Verfahrensschritt d) den gewünschten Feinstrukturen (12) entsprechende Gräben (8) durch das Dielektrikum (4) hindurch im Silizium des Solarzellenkörpers (1) erzeugt werden, das dort freigelegte Silizium durch Eindiffusion eines n-Dotierstoffes (9) in den Gräben hochdotiert wird und die Busstruktur (10) quer über die Gräben in Dickfilmtechnik gemäß Verfahrensschritt d) erzeugt wird.

8. Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, bei dem die Gräben (8) für die Feinstrukturen der Vorderseitenme­ tallisierung mittels Laserbestrahlung, Phototechnik und Ätz­ schritt, Sägen oder Kratzen erzeugt werdend und bei dem anschlie­ ßend mittels einer Texturätzung die in den Gräben (8) freigelegte Siliziumoberfläche aufgerauht wird.

9. Verfahren nach Anspruch 7, bei dem die Dickfilmmetallisierung der Busstruktur (10) vor oder nach der Metallabscheidung in den Gräben (8) durch Aufbringen von Leitkleber oder Leitlack erzeugt wird.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bei dem die Vorderseitenmetallisierung Busstrukturen und Fein­ strukturen umfaßt und bei dem Bus- und Feinstrukturen durch Auf­ drucken einer leitfähigen Paste (6) erzeugt werden.