DE4401782C2 - Verfahren zur Herstellung eines lokal flachen Emitters zwischen den Kontaktfingern einer Solarzelle - Google Patents
Verfahren zur Herstellung eines lokal flachen Emitters zwischen den Kontaktfingern einer SolarzelleInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines lokal flachen Emitters zwischen
den Kontaktfingern einer durch Siebdruck oder Schablonendruck hergestellten Vorderseiten
kontaktierung einer Solarzelle auf monokristalliner Basis vor dem Aufbringen einer gegebe
nenfalls erforderlichen Antireflex-Schicht.
Es ist bekannt, dass der Emitter einer Solarzelle für die Applizierung eines Siebdruckkon
taktes in seinem Schichtwiderstand wesentlich geringer ist als der Emitter einer Solarzelle mit
aufgedampfter Vorderseitenkontaktierung. Eine Solarzelle mit Siebdruck-Vorderseitenkontakt
weist gegenüber derjenigen mit aufgedampftem Vorderseitenkontakt des tieferen Emitters eine
deutlich geringere Blauempfindlichkeit auf, was zu einem reduzierten Wirkungsgrad führt.
Ein Verfahren der eingangs beschriebenen Art ist aus JP 05-226677 A (Zusammenfassung)
bekannt. Nach Aufbringen einer Oberflächenelektrode mittels eines Siebdrucksverfahrens auf
einer Halbleiterschicht einer Solarzelle wird die Halbleiterschicht mittels eines Ätzverfahrens
in einer Dicke von 0,2 bis 0,4 µm entfernt. Die Ätzung kann mittels einer Säure oder einer
Base durchgeführt werden.
Aus Szlufcik et al "Simple integral screenprinting process for selective ermitter polycrystalli
ne solar cells", in Appl. Phys. Lett. 59 (1991), S. 1583-1584, ist ein Herstellungsprocess zur
Verbesserung der Blauempfindlichkeit einer Solarzelle auf Basis eines polykristallinen
Siliziums beschrieben. Als Ätzlösung wird eine Flusssäure-Lösung vorgeschlagen, um
Bereiche zwischen Metallkontakten zurückzuätzen.
Aus DE 16 14 393 A1 ist ein Verfahren zur Herstellung einer Halbleiteranordnung mit einem
oder mehreren aktiven Einheiten, die von einem Halbleiterkörper getragen werden, bekannt.
Zum Rückätzen eines polykristallinen Siliziummaterials wird angegeben, das zu ätzende
Material in kochendem Wasser zu erwärmen und es auf die Temperautr der Ätzlösung
vorzuwärmen, die etwa 115°C beträgt. Als Ätzlösung wird eine gesättigte Lösung von NaOH
in Wasser angegeben, wobei der Gehalt an NaOH wenigstens 25 und vorzugsweise 23%
betragen soll.
Aus US 4,137,123 ist ein Verfahren zur Strukturätzung von Silizium bekannt, wobei ein
anisotropes Ätzmittel mit Bestandteilen von 0,05 bis 10 Gew.-% Silizium, verwendet wird.
Alternativ wird vorgeschlagen, dass ein Ätzmittel auch 0 bis 50 Vol.% Äthylenglykol sowie
0,05 bis 50 Gew.-% Kalium-Hydroxid aufweisen kann.
Weiterhin ist aus Findler et al. "Temporal Evolution of Silicon Surface Roughness During
Anisotropic Etching Process", IEEE, 1992, S. 62-66, bekannt, bei einem anisotropen Ätzver
fahren zur Herstellung einer Rauhheit auf einer Siliziumoberfläche eine Kalilauge im Bereich
von 25 bis 45% bei einer Temperatur von 60°C bis 80°C zu verwenden.
Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zu Grunde, ein einfaches und kostengünstiges Verfahren
zur Erzeugung eines lokal flachen Emitters zwischen den Kontaktfingern einer durch Sieb
druck hergestellten Vorderseitenkontaktierung einer Solarzelle zu schaffen.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch folgende Verfahrensschritte gelöst:
- a) die fertig kontaktierte Solarzelle ohne Antireflex-Schicht wird in einem demineralisier tes Wasser enthaltenden beheizbaren Becken vorgewärmt,
- b) in einer bewegten basischen Ätzlösung aus einer 1 bis 10%igen Kalium-Hydroxidlö sung wird bei einer Temperatur im Bereich von 50 bis 85°C die Oberfläche der Emitterschicht zwischen den Kontaktfingern mit Protektionsschicht gleichmäßig abgetragen, so dass unter der gesamten Kontaktfläche des Kontaktes die Emitter schicht erhalten bleibt,
- c) dann wird die überätzte Solarzelle in einem demineralisierendes Wasser enthaltenden Becken gespült und
- d) abschließend wird die Solarzelle getrocknet.
Vorteilhafterweise erhält man bei einer in Abängigkeit vom Solarzellentyp und von den
Ätzparametern durchgeführten optimalen Ätzung eine wesentliche Verbesserung der Blauem
pfindlichkeit der Solarzelle, welche zu einer Erhöhung des Wirkungsgrades der Solarzelle
führt. Dieses wird durch die nachstehend aufgeführten Meßergebnisse von Solarzellen mit und
ohne Rückätzung der Solarzellen in einer schwachen Kalilauge belegt.
Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens sind in den Unteransprüchen beschrieben.
In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel einer nach dem erfindungsgemäßen Verfahren
hergestellten Solarzelle dargestellt, und zwar zeigen:
Fig. 1 eine Solarzelle ohne Antireflex-Schicht,
Fig. 2 eine Solarzelle mit einer rückgeätzten Schicht zwischen den Kontaktfingern
der durch Siebdruck hergestellten Vorderseitenkontaktierung und
Fig. 3 eine fertige Solarzelle mit Antireflex-Schicht.
Die Solarzelle 10 gemäß Fig. 1 enthält einen n+-Emitter 1, eine p-Basis 2, einen beispiels
weise durch Siebdruck hergestellten Rückseitenkontakt 3 und einen mehrere Kontaktfinger
aufweisenden Vorderseitenkontakt 4. Weiterhin sind Protektionsschichten 7 und 8 auf dem
Vorderseitenkontakt 4 bzw. Rückseitenkontakt 3 vorgesehen.
Die fertig kontaktierte Solarzelle 10 ohne Antireflex-Schicht aus Fig. 1 wird in einem
demineralisiertes Wasser enthaltenden Bad vorgewärmt. Anschließend wird die Solarzelle 10
in ein Ätzbad in schwacher Kalilauge (Kalium-Hydroxyd) eingebracht, wo bei einer Tempera
tur von etwa 50 bis 80°C für eine von der vorliegenden Ätzzeit von beispielsweise 10 bis 30
Minuten die Vorderseiten der Solarzelle 10 zwischen den Kontaktfingern 4 durch basische
Ätzung geätzt werden. Die geätzten Flächen der Solarzelle 10 sind in den Fig. 2 und 3
jeweils mit 5 bezeichnet. Es ist erforderlich, die schwache Kalilauge zur gleichmäßigen Tempe
raturverteilung im Ätz-Bad ständig in Bewegung zu halten, was beispielsweise durch eine
Laugenpumpe oder durch eine Rührvorrichtung erfolgen kann.
Nach Durchführung des Ätzvorganges wird die Solarzelle 10 getrocknet, vorzugsweise durch
Heißluft oder durch Schleudern in einer Schleudervorrichtung. Zum Abschluß wird auf der
Solarzelle 10 die in Fig. 3 dargestellte Antireflex-Schicht 6 nach bekannten Verfahren
aufgebracht.
Zur Vermeidung eines Verlustes an Haftfestigkeit der Vorderseiten- und Rückseiten-Sieb
druckkontaktierung aufgrund des oben beschriebenen Rückätzprozesses kann vor der Durch
führung dieses Prozesses eine galvanische Abscheidung von Silber auf den Siebdruckkon
takten durchgeführt werden.
Die Protektionsschichten 7 und 8 verbessern vorteilhafterweise die Kontakthaftfestigkeit bei
einer gleichzeitigen Erhöhung des Wirkungsgrades durch einen reduzierten Serienwiderstand.
Fertigungstechnisch ist es von Vorteil, wenn nicht sogar unerläßlich, eine Vielzahl von
Solarzellen gleichzeitig in einem Batchprozeß in der oben beschriebenen Weise zu bearbeiten.
Hierzu werden die Solarzellen 10 in einer Halterung angeordnet, in der die Solarzellen 10 alle
Verfahrensschritte durchlaufen.
Claims (8)
1. Verfahren zur Herstellung eines lokal flachen Emitters zwischen den Kontaktfingern
einer durch Siebdruck oder Schablonendruck hergestellten Vorderseitenkontaktierung
einer Solarzelle auf monokristalliner Basis vor dem Aufbringen einer gegebenenfalls
erforderlichen Antireflex-Schicht, umfassend die folgenden Verfahrensschritte:
- a) die fertig kontaktierte Solarzelle (10) ohne Antireflex-Schicht wird in einem demineralisiertes Wasser enthaltenden beheizbaren Becken vorgewärmt,
- b) in einer bewegten basischen Ätzlösung aus einer 1 bis 10% Kaliumhydroxid- Lösung wird bei einer Temperatur im Bereich von 50 bis 80°C die Ober fläche (5) der Emitterschicht (1) zwischen den Kontaktfingern (4) mit Protek tionsschicht (7) gleichmäßig abgetragen, so daß unter der gesamten Kon taktfläche des Kontaktes (4) die Emitterschicht (1) erhalten bleibt,
- c) die überätzte Solarzelle (10) wird sodann in einem demineralisiertes Wasser enthaltenden Becken gespült, und
- d) die Solarzelle (10) wird abschließend getrocknet.
2. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Ätzlösung mittels einer Laugenpumpe zur homogenen Temperaturverteilung
im Ätzbecken ständig in Bewegung gehalten wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Ätzlösung mittes einer Rührvorrichtung zur homogenen Temperaturverteilung
im Ätzbecken ständig in Bewegung gehalten wird.
4. Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Ätzzeit der Solarzelle (10) im Ätzbad etwa 10 bis 30 Minuten beträgt.
5. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Solarzelle (10) mittels Heißluft getrocknet wird.
6. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Solarzelle (10) durch Schleudern auf einer Schleudervorrichtung getrocknet
wird.
7. Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
daß zur Vermeidung eines Verlustes an Haftfestigkeit der Vorderseiten- und der Rück
seiten-Siebdruckkontaktierung (3, 4) vor Durchführung des Rückätzprozesses eine
galvanische Abscheidung von Silber auf den Siebdruckkontakten (3, 4) zur Her
stellung der Silberprotektionsschicht durchgeführt wird.
8. Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
daß zur gleichzeitigen Behandlung von mehreren Solarzellen (10) in einem Batch-
Prozeß die Solarzellen (10) in einer Halterung angeordnet werden, die zusammen mit
den Solarzellen (10) alle Verfahrensschritte durchläuft.
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