EP1943685A2 - Verfahren und vorrichtung zum herstellen eines elektrischen solarzellen-kontaktstruktur an einem substrat - Google Patents

Verfahren und vorrichtung zum herstellen eines elektrischen solarzellen-kontaktstruktur an einem substrat

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EP1943685A2
EP1943685A2 EP07847289A EP07847289A EP1943685A2 EP 1943685 A2 EP1943685 A2 EP 1943685A2 EP 07847289 A EP07847289 A EP 07847289A EP 07847289 A EP07847289 A EP 07847289A EP 1943685 A2 EP1943685 A2 EP 1943685A2
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EP
European Patent Office
Prior art keywords
mask
solar cell
substrates
metal vapor
cell contact
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP07847289A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Jörg Müller
Markus Hlusiak
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Q Cells SE
Original Assignee
Q Cells SE
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Filing date
Publication date
Application filed by Q Cells SE filed Critical Q Cells SE
Publication of EP1943685A2 publication Critical patent/EP1943685A2/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L31/18—Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment of these devices or of parts thereof
    • H01L31/1876—Particular processes or apparatus for batch treatment of the devices
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
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    • H01L31/02—Details
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    • H01L31/022408—Electrodes for devices characterised by at least one potential jump barrier or surface barrier
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    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
    • Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product

Definitions

  • the invention relates to a method for producing an electrical solar cell contact structure on a substrate according to the preamble of claim 1 and to an apparatus for producing a solar cell electrical contact structure according to the preamble of claim 22.
  • busbars metal interconnect structures
  • the so-called busbars are provided on the rear sides of the solar cells to be interconnected.
  • the metal connectors To solder the metal connectors to the busbars, they must have a suitable surface finish. From this point of view, the material used for the busbars is silver in particular.
  • busbars on solar cells screen printing methods are usually used, wherein the busbars are usually made of a silver-containing paste, while the remaining part of the solar cell rear side is covered with an aluminum paste.
  • the screen printing is associated with a high mechanical stress on the semiconductor wafer used as a substrate for the solar cell manufacturing, for example.
  • the screen printing method is not optimal also with regard to the electrical conductivity of the busbars produced by this method.
  • impurity-free metallizations can be produced by means of vacuum coating processes by generating a metal vapor (such as, for example, vapor deposition or cathode sputtering).
  • a metal vapor such as, for example, vapor deposition or cathode sputtering
  • masks with structure-defining apertures must be used which outside the substrate to be coated cover structure-defining openings relative to the metal vapor and thereby be self-coated. In the course of using the mask, their structure-defining mask openings change, so that the mask must be cleaned or replaced regularly.
  • the problem of successively clogging mask apertures is not limited to the manufacture of busbars in solar cell manufacturing, but concerns all manufacturing processes that use a pattern defining mask.
  • the problem to be solved by the invention is to produce electrical solar cell contact structures on a substrate in a more efficient manner than heretofore, without mechanically stressing the substrate.
  • the movement of the mask along a mask movement direction is effected at least in sections by the metal steam region occurs, wherein the substrate movement direction and the mask movement direction are substantially parallel to each other and the substrates and the mask are moved in amount at different speeds.
  • the method according to the invention according to which the mask and the substrates are moved at different speeds through the metal vapor region during the production of the solar cell contact structure, there is the advantage that shielding areas of the mask, which have been coated by the metallic vapor, regularly from the metallic vapor be moved out.
  • the mask is constantly renewed, so that deterioration of structure generation by clogging of the structure defining opening is prevented.
  • the speed with which the mask is to be guided through the metal vapor region is determined, for example, by the thickness of the material layer produced by the metallic vapor on the mask.
  • the movement speed of the mask can be adjusted so that the mask occupancy (deposition of the metal on the mask), in particular at the edges of the structure-defining opening, a certain (still tolerable) measure of the mask occupancy is not exceeded.
  • the mask may be e.g. be moved much slower than the substrate. It is also conceivable to move the mask much faster than the substrates through the metal vapor region and to reverse the direction of movement of the mask after reaching the end of the mask. This is particularly advantageous if the usually exothermal condensation enthalpy of the metal vapor per unit length on the mask is to be limited so that the mask does not exceed a defined temperature value.
  • the mask is preferably arranged at a distance from a side of the substrates facing the metallic vapor.
  • the distance is small, usually less than a millimeter. Further embodiments of the spacing of the mask can be found in connection with the embodiments shown in the figures. The statements there expressly refer to the present claimed feature combination of the method and the device.
  • mask spacing is not mandatory.
  • a contact of the mask on the substrates in a sliding movement is also feasible.
  • the mask is in the form of a flexible medium, for example a band. Coated portions of such a band-shaped mask running out of the metal vapor region can be wound up and stored, for example, in a first receptacle in the form of a coil.
  • the mask runs from a second shot, starting in the metal vapor region.
  • This second receptacle can also be designed as a coil and hold the mask. It is also conceivable to provide a bidirectional operation for the mask movement.
  • the mask is first wound in a coil of the first recording coming from the metal vapor region. When the end of the mask is reached, the mask movement direction reverses and the original unwinding reel now rewinds the retreating mask.
  • an at least partially coated mask is held on a spool and unrolled through the metal vapor region.
  • a receptacle may be provided for storage, which need not necessarily be formed as a coil.
  • a band-shaped mask is advantageous, but other embodiments of the mask are possible, for example, a mask in the form of a (eg metallic) bar, which is moved by the metal vapor.
  • the production of the metallic vapor is carried out in a manner known per se, e.g. by means of a sputtering or vapor deposition process, which is carried out in a vacuum system.
  • the mask is arranged at least in sections - in the metal vapor region - together with the substrate in the vacuum system.
  • Movement of the mask through the metal vapor through the metal vapor region is preferably continuous, i. the (e.g., band-shaped) mask is continuously moved by the vapor in forming the solar cell contact structure. Furthermore, it is also possible that the movement of the mask is stepwise, e.g. after making the solar cell contact structure, a portion of the mask is moved so that the coated during manufacture portion of the mask completely moved out of the steam and is replaced by an unused or still consumable portion of the mask.
  • the substrates through the metal vapor region they can be moved in the same or opposite direction as the mask through the metal vapor region.
  • the decisive factor is that the movement of substrate and mask is not synchronized. If the substrate and the mask are moved in the same direction, the speed of the mask is chosen to be different in magnitude from the speed of the substrate.
  • the mask is formed by at least two separate elements, which are arranged spaced from one another such that the structure-defining opening is formed by their distance from each other.
  • the distance between the elements formed, for example, as two mask bands accordingly defines the structure-defining mask opening, by the metallic vapor on the substrates is transmitted to produce on each substrate, the solar cell contact structure.
  • the individual elements themselves have no openings, but the solar cell contact structure is defined on the substrate solely by the distance (gap) between the EIe- elements.
  • the individual elements may additionally have openings for creating further structures on the substrate.
  • the elements preferably run parallel to one another - viewed in a direction perpendicular to their direction of movement. If the elements are formed, for example, in the manner of a ribbon or foil, they extend along a common plane, opposite edge sections of two adjacent elements extending in the region of the metallic vapor at a constant distance from one another. Here, by the distance of the elements to each other, a strip-shaped opening and thus a strip-shaped solar cell contact structure.
  • deposited metallic material is removed from it by utilizing the movement of the mask.
  • the removal is advantageously carried out mechanically, for. B. using a cutting edge or a sharp edge, which is arranged so that a led out of the metallic vapor, coated portion of the mask is passed close to the edge or edge, so that ist- dissolves different material from the mask.
  • a deflecting device which deflects the mask so that a coated section of the mask tapering towards the deflecting structure forms an acute angle with a section of the mask running away from the deflecting structure and the deflector on the Mask dissolves separated material at the deflection structure.
  • Recovery of the material is particularly efficient in relative movement between the mask and the substrates during solar cell contact structure fabrication because the mask, unlike a single mask, can be passed through the metal vapor region at a much slower rate than the substrate.
  • a single mask is always moved synchronously with a substrate designed, for example, as a wafer, or is not moved during the production of the solar cell contact structure and is removed from the metal vapor together with the substrate after a single production step.
  • Only a very thin metal layer was deposited on a mask on a mask, which would be difficult to recycle.
  • operating with bidirectional mask motion would allow the mask to be moved at a much faster speed relative to the substrate. Reference is made to the statements made in this respect.
  • Another variant for recovering the metallic material deposited on the mask when fabricating the solar cell contact structure is that the mask is formed of the same material as that used to make the solar cell contact structure (eg, in shape) a thin silver foil). Here, the recovery would then be done simply by melting the mask and at the same time on her deposited metallic material.
  • Another variant is to make the mask from a residue-free burning material. When the used mask or a consumed section of the mask is burnt, the metallic material deposited on the mask remains.
  • the mask has a surface on which the metal sufficiently adheres during the manufacturing process for the solar cell contact structures, but it is easily mechanically removable after removing the mask from the metallic vapor.
  • special coatings of the metallic steam side facing the mask are conceivable.
  • the removal of the material deposited on the mask may be carried out in the manufacturing facility (i.e., e.g., the sputtering or vapor deposition equipment) and the mask may e.g. also circulate in the form of an endless belt in the system.
  • a further recovery variant envisages that metallic material deposited on the mask after the production of the solar cell contact structure is removed therefrom in a chemical manner.
  • the mask is preferably made of a material which is resistant to a suitable chemical solvent, so that the material deposited on the mask can be chemically dissolved and subsequently recycled from the solution.
  • a particularly advantageous variant of the invention relates to the use of a wafer (for example of silicon) as substrate, wherein the wafer is used for the production of solar cells.
  • Solar cell series production involves processing a plurality of wafers in succession. This is possible with the inventive method, for. B. via a conveyor belt transport system, which leads a series of wafers directly behind one another through the metallic vapor of a correspondingly formed in-line vacuum system.
  • the wafer (or all wafers of a production series) are continuously guided, for example, through the metal vapor region.
  • the wafer for solar cell production particularly preferably has or should have a front side with a photosensitive side of the solar cell (if this has not yet been produced in the production process for the solar cell), the solar cell contact structure producing on a rear side of the wafer facing away from the front side becomes.
  • the structure to be produced is a busbar via which further contact elements (in particular metal connectors) can be connected (soldered) to an adjacently arranged solar cell.
  • metallization of the wafer backside e.g. B. with a full-surface aluminum layer. It is advantageous here to apply the solar cell contact structure immediately after the aluminum metallization (without interrupting the vacuum) in order to avoid oxidation of the aluminum prior to application of the solar cell contact structure.
  • the busbars are preferably fabricated as strip contacts by the present method.
  • Other candidate metals such as tin or nickel, are more disadvantageous to the efficiency of the solar cell in connection with certain processes for backside design of solar cells, such as laser fired contact fabrication.
  • the substrate does not necessarily have to be a wafer, but can also be designed, for example, in the form of a plastic film or a glass carrier.
  • the invention further provides an apparatus for producing a solar cell contact structure on a plurality of substrates, comprising:
  • a metal vapor generating means for generating a metallic vapor in a metal vapor region for producing at least one of the solar cell contact structure on the substrates; Means for moving the substrates (3) in a row along a substrate movement direction (A) through the metal vapor region,
  • the device may, for. B. in a vacuum system (vapor deposition or Sputter- anläge) be integrated.
  • a vacuum system vapor deposition or Sputter- anläge
  • the means for moving the mask are designed such that the mask is arranged at a distance from a side facing the metallic vapor (31) of the substrates.
  • the means for moving the mask preferably have a first receptacle which is adapted to receive the portions that run out of the metal vapor region the mask is used.
  • This first receptacle is preferably in the form of a coil which receives a windable, eg band-shaped mask.
  • a second receptacle may also be provided in the form of a coil, from which portions of the mask run into the metal vapor region.
  • band-shaped mask can thus be moved between two coils similar to a tape through the metal vapor region. If both coils are designed as on-unwinding coil, bidirectional movement of the mask is ensured.
  • the device preferably has release means for peeling off when fabricating the solar cell contact structure on the mask deposited metallic material, wherein the detachment takes place by utilizing the movement of the mask.
  • This can be z. B. be a cutting edge, which is arranged in relation to the mask, that upon movement of the mask, the deposited material is detached by the cutting edge.
  • a deflecting structure may be present, which deflects a band-shaped mask sharply so that detachment of deposited material from the mask takes place by deflecting the mask.
  • FIG. 1 shows a representation of a section of a solar cell rear side.
  • FIG. 2 a schematic representation of an embodiment of the device according to the invention for producing solar cell contact structures
  • Fig. 3 shows schematically an arrangement for detaching metallic material from a flexible mask element.
  • FIG. 1 shows a section of a back 1 of a solar cell in plan view.
  • the solar cell is made of a silicon substrate and has on her Back 1 on a full surface applied to the substrate aluminum layer 11.
  • solar cell contact structures in the form of two mutually spaced extending and mutually parallel contact strips 12 are arranged in silver.
  • the contact strips 12 constitute so-called busbars which serve for connection (by means of soldering) to further contact elements of the solar cell, in particular for soldering the solar cell rear side with metal connectors, via which in turn a plurality of solar cells are interconnected.
  • the busbars 12 shown in FIG. 1 have a width of approximately 5 mm and extend from a first edge of the cell to a second edge of the solar cell opposite the first edge.
  • FIG. 2 shows a variant of the device according to the invention for producing electrical solar cell contact structures.
  • a metal vapor source 2 metal vapor generating device
  • a metal vapor source 2 metal vapor generating device
  • the illustrated apparatus is suitable for series production of solar cells, wherein a plurality of substrates 3 (in the form of wafers) are successively guided (along the substrate movement direction indicated by the arrow A) through the metal vapor 21.
  • a band-shaped mask 4 which is formed of three elements in the form of each extending in the region of the metallic vapor 21 along the substrate movement direction A single bands 41.
  • the individual bands 41 are arranged side by side and extending in the region of the metallic vapor 21 in a common plane.
  • Two adjacent individual bands 41 each have a distance d to each other, so that between strips 42 opposite edges 42, a strip-shaped opening 49 is formed, which extends along the direction of movement A of the substrates 3.
  • the mask 4 shadows the substrates 3 passing through the metallic vapor 21 down to the region of the opening 49 between the individual strips 41, whereby strip-shaped solar cell contact structures are produced on the substrate rear side 31.
  • the bands 41 are in turn moved along a substrate movement direction B, which is opposite to the substrate movement direction A, through the metallic vapor 21, due to the parallel arrangement of the bands their distance from each other - and thus the contour 48 of the opening formed between them 49 and their position in the metal vapor - and their distance a to the substrates 3 not changed.
  • the movement of the individual bands 41 is carried out continuously or stepwise, depending on the application, wherein the individual bands can move synchronously.
  • a synchronous movement of the individual bands is not mandatory; It is also possible, for example, that adjacent bands move in opposite directions.
  • a section 41a of a single strip 41 coated by the metallic vapor 21 is permanently moved out of the metallic vapor 21, at the same time a hitherto uncoated section 41b of a single strip 41 being guided into the metallic vapor 21.
  • each individual belt 41 is moved so far that the portion of the respective individual belt coated during the production of the solar cell contact structure is led out of the metallic vapor 21 completely.
  • the movement of the mask is relative (in this case opposite) to the substrates, i. the single bands are moved at different speeds compared to the substrates.
  • the device shown in Figure 2 as a means of movement, by means of which the bands 41 are moved, a first receptacle with a first coil 43 and a second receptacle with a second coil 44, which are each associated with a single band 4.
  • the coated portion 41a of one of the single bands 41 is moved out of the metallic vapor 21 and on wound up the first coil 43.
  • the uncoated portion 41a of one of the bands 41 which has not yet been guided by the metallic vapor 21, is guided into the vapor simultaneously with the moving out of the coated portion 41a, wherein uncoated band is further unwound from the second coil 44.
  • the coils 43 and 44 are correspondingly arranged such that the portion of one of the bands 41 located between the coils 43, 44 extends in each case through the region of the metallic vapor 21 in order at least partially to shade the substrate 3 from the vapor.
  • the individual strips 41 are arranged in the metal vapor region at a distance a from the substrates 3 to be coated, whereby the movement of the strips 41 in one direction counter to the direction of movement of the substrates is particularly well possible.
  • a distance of about one millimeter between substrate and mask can be selected, wherein at such a distance sufficient for a stripe structure sharpness of the image (the metal vapor) and thus the metal deposition on the substrate can be achieved.
  • the bands 41 are formed of a foil having a thickness in the range of 50-200 microns.
  • the still tolerable maximum distance between the substrate and the mask depends on the chosen deposition process, that is on the type and the concrete process parameters of the process to produce the metallic vapor.
  • the source 2 shown in Figure 2 is representative of the source a metal vapor generating method, such as the sputtering or vapor deposition method (in which methods, a metal target or crucible with metal to be melted is provided as a source).
  • the mask 4 is in sliding contact with the substrates 3 and thus there is no distance between the substrates 3 and the mask 4.
  • FIG. 3 shows a detachment device 5 for detachment of metallic material deposited on a metallic vapor material passing through element.
  • the detaching device 5 of FIG. 3 can be integrated into a device according to FIG. 2, for example.
  • a belt-shaped element 41 is moved out with a section B in a direction B from a process zone of a metal vapor generating device (ie, metallic vapor generated by the device, see FIG. 2), with the section 45 coated with metallic material 22.
  • a metal vapor generating device ie, metallic vapor generated by the device, see FIG. 2
  • the element 41 is coming from the metal vapor via a first guide pulley 61 directed to a deflection structure in the form of another guide roller 62, the guide roller 62 defines a deflection point 63, so that the tapering point 63 tapered portion 45 of the element 41 and one of the Turning 63 away from the running portion 46 of the element 41 form an acute angle ⁇ . Due to the acute angle ⁇ between the incoming and outgoing strip, the metallic material deposited on the mask is released (in the shearing direction C).
  • the band-shaped element 41 is led away from the deflection roller 62 via a further deflection roller 64.
  • the parts of the strip 41 freed from the metal coating to be wound onto a spool (not shown) and the strip to be used again immediately, as soon as the complete strip has been guided and cleaned by the metallic vapor, for example by replacement the coils.
  • the band-shaped element 41 is formed as an endless belt, so that a freed from the metal coating portion of the band-shaped element is deflected again in the direction of the metallic vapor and thus again serves as a mask element in producing a solar cell contact structure on a substrate. Cumulatively or alternatively to a mechanical removal of the deposited material on the mask 4 22, a chemical detachment of this material 22 is conceivable.
  • the metal coating In order to facilitate the detachment of the metal coating from the element, it may have a non-stick coating on its side exposed to the metallic vapor. It is important to ensure that this non-stick coating is designed so that a certain adhesion of the metal is possible (to avoid fluttering of the metal), but the shearing on the pulley is simplified.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen einer elektrischen Solarzellen-Kontaktstruktur an einem Substrat, mit den Schritten: - Bereitstellen eine Mehrzahl von Substraten (3); - Herstellen mindestens einer elektrisch leitfähigen Solarzellen Kontaktstruktur (12) an dem Substrat (3) durch: Erzeugen eines metallischen Dampfes (21) in einer Metalldampfregion, Bewegen der Substrate (3) in einer Reihe entlang einer Substrat-Bewegungsrichtung (A) durch die Metalldampfregion, Anordnen einer die Substrate (3) in der Metalldampfregion abschnittsweise gegenüber dem metallischen Dampf (21) abschirmenden Maske (4), die eine die Solarzellen-Kontaktstruktur (12) definierende Öffnung (49) aufweist und Bewegen der Maske (4) entlang einer Masken-Bewegungsrichtung (B) zumindest abschnittsweise durch die Metalldampfregion, wobei die Substrat-Bewegungsrichtung (A) und die Masken -Bewegungsrichtung (B) im Wesentlichen parallel zueinander verlaufen und die Substrate (3) und die Maske (4) dem Betrag nach mit unterschiedlicher Geschwindigkeit bewegt werden. Des Weiteren betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zum Herstellen elektrischer Solarzellen-Kontaktstrukturen an einem Substrat.

Description

Titel:
Verfahren und Vorrichtung zum Herstellen einer elektrischen Solarzellen- Kontaktstruktur an einem Substrat
Beschreibung:
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen einer elektrischen Solarzellen-Kontaktstruktur an einem Substrat gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie eine Vorrichtung zum Herstellen einer elektrischen Solarzellen-Kontaktstruktur gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 22.
Zur Modulverschaltung einzelner Solarzellen werden dünne Metallverbinder auf metallische Verbindungsstrukturen (die sog. Busbars), die an den Rückseiten der zu verschaltenden Solarzellen vorgesehen sind, gelötet. Zum Verlöten der Metallverbinder mit den Busbars müssen diese eine geeignete Oberflächenbeschaffenheit aufweisen. Unter diesem Gesichtspunkt eignet sich als Material für die Busbars insbesondere Silber.
Zum Erzeugen der Busbars an Solarzellen werden üblicherweise Siebdruckverfahren verwendet, wobei die Busbars meistens aus einer silberhaltigen Paste hergestellt werden, während der restliche Teil der Solarzellenrückseite mit einer Aluminiumpaste bedeckt wird. Allerdings ist der Siebdruck mit einer hohen mechanischen Belastung der als Substrat für die Solarzellenherstellung beispielsweise verwendeten Halbleiter-Wafer verbunden. Darüber hinaus ist das Siebdruckverfahren auch im Hinblick auf die elektrische Leitfähigkeit der mit diesem Verfahren hergestellten Busbars nicht optimal.
Störstellenfreiere Metallisierungen lassen sich zwar mittels Vakuumbe- Schichtungsprozessen durch Erzeugen eines Metalldampfes (wie z. B. Aufdampfen oder Kathodenzerstäubung) herstellen. Allerdings müssen bei derartigen Beschichtungsprozessen Masken mit strukturdefinierenden Öffnungen verwendet werden, die das zu beschichtende Substrat außerhalb der strukturdefinierenden Öffnungen gegenüber dem Metalldampf abdecken und dabei selber beschichtet werden. Hierbei verändern sich im Laufe der Benutzung der Maske deren strukturdefinierenden Maskenöffnungen, so dass die Maske regelmäßig gereinigt oder erneuert werden muss.
Das Problem der sich sukzessive zusetzenden Maskenöffnungen ist nicht auf die Herstellung von Busbars bei der Solarzellenherstellung beschränkt, sondern betrifft sämtliche Herstellungsprozesse, bei denen eine strukturdefinierende Maske zum Einsatz kommt.
Das von der Erfindung zu lösende Problem besteht darin, in effizienterer Weise als bisher elektrische Solarzellen-Kontaktstrukturen an einem Substrat zu erzeugen, ohne das Substrat mechanisch zu belasten.
Dieses Problem wird durch das Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie durch die Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 22 gelöst. Besonders bevorzugte und vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
Danach wird ein Verfahren zum Herstellen elektrischer Solarzellen-Kontaktstrukturen an einem Substrat angegeben, das die Schritte aufweist:
- Bereitstellen einer Mehrzahl von Substraten;
- Herstellen mindestens einer elektrisch leitfähigen Solarzellen -Kontaktstruktur an jedem Substrat durch ■ Erzeugen eines metallischen Dampfes in einer Metalldampfregion,
■ Bewegen der Substrate (3) in einer Reihe entlang einer Substrat-Bewegungsrichtung (A) durch die Metalldampfregion,
■ Anordnen einer die Substrate in der Metalldampfregion abschnittsweise gegenüber dem metallischen Dampf abschirmenden Maske, die eine die Solarzellen- Kontaktstruktur definierende Öffnung aufweist.
Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass das Bewegen der Maske entlang einer Masken-Bewegungsrichtung zumindest abschnittsweise durch die Metall- dampfregion erfolgt, wobei die Substrat-Bewegungsrichtung und die Masken-Bewegungsrichtung im Wesentlichen parallel zueinander verlaufen und die Substrate und die Maske dem Betrag nach mit unterschiedlicher Geschwindigkeit bewegt werden.
Durch das erfindungsgemäße Verfahren, wonach beim Herstellen der Solarzellen-Kontaktstruktur die Maske und die Substrate mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten durch die Metalldampfregion bewegt werden, ergibt sich der Vorteil, dass abschirmende Bereiche der Maske, die durch den metallischen Dampf beschichtet wurden, regelmäßig aus dem metallischen Dampf herausbewegt werden. Somit wird die Maske ständig erneuert, so dass eine Verschlechterung der Strukturerzeugung durch Zusetzen der strukturdefinierenden Öffnung verhindert wird.
Die Geschwindigkeit, mit der die Maske durch die Metalldampf region zu führen ist, wird beispielsweise durch die Dicke der durch den metallischen Dampf auf der Maske erzeugten Materialschicht bestimmt. Die Bewegungsgeschwindigkeit der Maske lässt sich so einstellen, dass die Masken belegung (Ablagerung des Metalls auf der Maske), insbesondere an den Kanten der strukturdefinierenden Öffnung, ein bestimmtes (noch tolerierbares) Maß der Maskenbelegung nicht überschritten wird. Hierbei kann die Maske z.B. deutlich langsamer als das Substrat bewegt werden. Ebenso ist denkbar, die Maske deutlich schneller als die Substrate durch die Metalldampfregion zu bewegen und nach dem Erreichen des Endes der Maske die Bewegungsrichtung der Maske umzukehren. Dies ist insbesondere dann von Vorteil, wenn die üblicherweise exotherme Kondensationsenthalpie des Metalldampfes pro Längeneinheit auf der Maske beschränken werden soll, damit die Maske einen definierten Temperaturwert nicht überschreitet.
Zudem kann über die Geschwindigkeit der Maske deren Beschichtung so eingestellt werden, dass ein Auswechseln der Maske im Rhythmus mit regulären Wartungen der Anlage zum Erzeugen des Metalldampfes erfolgt. - A -
Das Merkmal „im Wesentlichen" paralleler Bewegungsrichtungen für die Substrate und die Maske ist hier so auszulegen, dass spitze Winkel bis zu einigen wenigen Grad noch unter „im Wesentlichen parallel" fallen.
Bevorzugt ist die Maske beabstandet zu einer dem metallischen Dampf zugewandten Seite der Substrate angeordnet. Der Abstand ist klein, üblicherweise unter einem Millimeter. Weitere Ausführungen zur Beabstandung der Maske finden sich im Zusammenhang mit den in den Figuren dargestellten Ausführungsformen. Die dortigen Ausführungen beziehen sich ausdrücklich auch auf die vorliegend beanspruchte Merkmalskombination des Verfahrens und der Vorrichtung.
Jedoch ist wichtig zu betonen, dass eine Beabstandung der Maske nicht zwingend erforderlich ist. Eine Berührung der Maske an den Substraten in einer Gleitbewegung ist ebenso realisierbar.
Vorteilhafterweise ist die Maske in Form eines flexiblen Mediums, beispielsweise eines Bandes ausgebildet. Aus der Metalldampf region herauslaufende, beschichtete Abschnitte einer solchen bandförmigen Maske lassen sich bei- spielsweise in einer ersten Aufnahme in Form einer Spule aufwickeln und lagern. Zudem läuft die Maske von einer zweiten Aufnahme ausgehend in die Metalldampf region. Diese zweite Aufnahme kann ebenfalls als eine Spule ausgebildet sein und die Maske vorhalten. Ebenso ist denkbar, einen bidirektionalen Betrieb für die Maskenbewegung vorzusehen. Dabei wird die Maske zunächst in einer Spule der ersten Aufnahme aus der Metalldampfregion kommend aufgewickelt. Ist das Ende der Maske erreicht, kehrt sich die Masken- Bewegungsrichtung um und die ursprünglich abrollende Spule spult jetzt die sich zurückbewegende Maske wieder auf. Insofern wird dabei auch eine zumindest abschnittweise beschichtete Maske auf einer Spule vorgehalten und durch die Metalldampfregion abgerollt. Darüber hinaus kann für beschichtete und/oder unbeschichtete Abschnitte eines Maskenbandes eine Aufnahme zur Lagerung vorgesehen sein, die nicht unbedingt als Spule ausgebildet sein muss. Eine bandförmige Maske ist vorteilhaft, allerdings sind jedoch auch andere Ausgestaltungen der Maske möglich, z.B. eine Maske in Form einer (z.B. metallischen) Leiste, die durch den Metalldampf bewegt wird.
Das Erzeugen des metallischen Dampfes erfolgt in an sich bekannter Weise, z.B. mittels eines Sputter- oder Aufdampf prozesses, der in einer Vakuumanlage durchgeführt wird. Die Maske ist dabei zumindest abschnittsweise - in der Metalldampfregion - zusammen mit dem Substrat in der Vakuumanlage angeordnet.
Das Bewegen der Maske durch den metallischen Dampf durch die Metalldampfregion erfolgt bevorzugt kontinuierlich, d.h. die (z.B. bandförmige) Maske wird beim Herstellen der Solarzellen-Kontaktstruktur kontinuierlich durch den Dampf bewegt. Des Weiteren ist auch möglich, dass das Bewegen der Maske schrittweise erfolgt, wobei z.B. nach Herstellen der Solarzellen -Kontaktstruktur ein Abschnitt der Maske so bewegt wird, dass der beim Herstellen beschichtete Abschnitt der Maske komplett aus dem Dampf herausbewegt und durch einen unverbrauchten oder noch tolerabel verbrauchten Abschnitt der Maske ersetzt wird.
Bei der Bewegung der Substrate durch die Metalldampfregion können diese in gleicher oder entgegengesetzter Richtung wie die Maske durch die Metalldampfregion bewegt werden. Entscheidend ist, dass die Bewegung von Substrat und Maske nicht synchron erfolgt. Werden Substrat und Maske in gleicher Rich- tung bewegt, wird die Geschwindigkeit der Maske vom Betrag her verschieden von der Geschwindigkeit des Substrats gewählt.
In einer besonders bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist die Maske durch mindestens zwei separate Elemente gebildet, die derart beabstandet zueinander angeordnet sind, dass durch ihren Abstand zueinander die strukturdefinierende Öffnung gebildet ist. Der Abstand zwischen den beispielsweise als zwei Maskenbänder ausgebildeten Elementen legt demnach die strukturdefinierenden Maskenöffnung fest, durch die metallischer Dampf auf die Substrate durchgelassen wird, um an jedem Substrat die Solarzellen-Kontaktstruktur zu erzeugen. Eine besonders bevorzugte Ausgestaltung sieht vor, dass die einzelnen Elemente selber keine Öffnungen haben, sondern die Solarzellen-Kontaktstruktur an dem Substrat allein durch den Abstand (Spalt) zwischen den EIe- menten definiert wird. Alternativ können die einzelnen Elemente jedoch zusätzlich Öffnungen zum Erzeugen weiterer Strukturen an dem Substrat aufweisen.
Die Elemente verlaufen bevorzugt - in einer Richtung senkrecht zu ihrer Bewegungsrichtung betrachtet - parallel nebeneinander. Sind die Elemente beispielsweise band- oder folienartig ausgebildet, erstrecken sie sich entlang einer gemeinsamen Ebene, wobei gegenüberliegende Randabschnitte zweier benachbarter Elemente im Bereich des metallischen Dampfes mit einem konstanten Abstand zu einander verlaufen. Hier entsteht durch den Abstand der Elemente zueinander eine streifenförmige Öffnung und somit eine streifenförmige Solarzellen- Kontaktstruktur.
Es ist aber auch denkbar, dass zwei benachbarte Elemente im Dampfbereich schräg zueinander ausgerichtet sein können, was z. B. eine Solarzellen- Kon- taktstruktur mit einer Spitze ergeben würde. Grundsätzlich sind verschiedene Öffnungskonturen zwischen den Elementen herstellbar, so dass nicht nur streifenförmige Solarzellen- Kontaktstrukturen definiert werden können. Es ist natürlich möglich, mehr als zwei Elemente zu verwenden, um z. B. (bei zueinander parallel angeordneten Elementen) mehrere zueinander parallele Kon- taktstreifen als Busbars an dem Wafer zu erzeugen.
In einer weiteren, besonders bevorzugten Ausbildung der Erfindung wird beim Herstellen der Solarzellen-Kontaktstruktur auf der Maske abgeschiedenes metallisches Material unter Ausnutzung der Bewegung der Maske von ihr ent- fernt. Das Entfernen erfolgt Vorteilhafterweise mechanisch, z. B. unter Verwendung einer Schneide oder einer scharfen Kante, die so angeordnet ist, dass ein aus dem metallischen Dampf herausgeführter, beschichteter Abschnitt der Maske dicht an der Kante oder Schneide vorbeigeführt wird, so dass sich abge- schiedenes Material von der Maske ablöst. Alternativ ist denkbar, nach dem Herstellen der Solarzellen-Kontaktstruktur auf der Maske abgeschiedenes metallisches Material von dieser auf chemische Weise zu entfernen.
Insbesondere bei Verwendung einer band- oder folienförmigen Maske kann eine Umlenkvorrichtung vorhanden sein, die die Maske so umlenkt, dass ein auf die Umlenkstruktur zulaufender, beschichteter Abschnitt der Maske mit einem von der Umlenkstruktur weglaufenden Abschnitt der Maske einen spitzen Winkel bildet und sich das auf der Maske abgeschiedene Material an der Umlenk- struktur löst. Diese Erfindungsvariante ermöglicht ein sehr effizientes Wiedergewinnen des bei der Metallisierung verwendeten Materials, was insbesondere bei üblicherweise für Solarzellen- Kontaktstrukturen verwendeten Materialien wie Silber, Zinn oder Aluminium große Einspareffekte bewirkt.
Die Rückgewinnung des Materials ist die Relativbewegung zwischen der Maske und den Substraten während der Solarzellen- Kontaktstrukturherstellung beispielsweise besonders effizient, da die Maske im Unterschied zu einer Einzelmaske mit einer sehr viel geringeren Geschwindigkeit als das Substrat durch die Metalldampf region geführt werden kann. Eine Einzelmaske wird immer mit einem beispielsweise als Wafer ausgebildeten Substrat synchron mitbewegt bzw. während der Herstellung der Solarzellen-Kontaktstruktur gar nicht bewegt und nach einem einzelnen Herstellungsschritt zusammen mit dem Substrat aus dem Metalldampf entfernt. Hierdurch würde auf einer Einzelmaske jeweils nur eine sehr dünne Metallschicht auf einer Maske abgeschieden, die schwer zu recyceln wäre. Der Betrieb mit einer bidirektionalen Maskenbewegung würde es jedoch ermöglichen, die Maske mit einer im Vergleich zum Substrat deutlich höheren Geschwindigkeit zu bewegen. Auf die diesbezüglich vorangehend gemachten Ausführungen wird Bezug genommen.
Eine weitere Variante zur Rückgewinnung des beim Herstellen der Solarzellen- Kontaktstruktur an der Maske abgeschiedenen metallischen Materials besteht darin, dass die Maske aus dem gleichen Material gebildet ist, wie jenes, das zum Herstellen der Solarzellen-Kontaktstruktur verwendet wird (z. B. in Form einer dünnen Silberfolie). Hier würde die Rückgewinnung dann einfach durch Einschmelzen der Maske und gleichzeitig des auf ihr abgeschiedenen metallischen Materials erfolgen. Eine weitere Variante besteht darin, die Maske aus einem rückstandsfrei verbrennenden Material zu fertigen. Bei Verbrennen der gebrauchten Maske bzw. eines verbrauchten Abschnitts der Maske bleibt hierbei das auf der Maske abgeschiedene metallische Material übrig.
Weiterhin ist es von Vorteil, wenn die Maske eine Oberfläche besitzt, an der das Metall während des Herstellungsprozesses für die Solarzellen-Kontakt - Strukturen ausreichend haftet, es aber nach Entfernen der Maske aus dem metallischen Dampf leicht mechanisch entfernbar ist. Hierfür sind spezielle Beschichtungen der dem metallischen Dampf zugewandten Seite der Maske denkbar. Insbesondere kann das Entfernen des auf der Maske abgeschiedenen Materials in der Herstellungsanlage (d. h. z. B. der Sputter- oder Aufdampf - anläge) erfolgen und die Maske z.B. auch in Form eines Endlosbandes in der Anlage umlaufen.
Eine weitere Rückgewinnungs-Variante sieht vor, dass nach dem Herstellen der Solarzellen- Kontaktstruktur auf der Maske abgeschiedenes metallisches Mate- rial von dieser auf chemische Weise entfernt wird. Dazu ist die Maske bevorzugt aus einem gegenüber einem geeigneten chemischen Lösungsmittel resistenten Material gefertigt, so dass sich das auf der Maske abgeschiedene Material in chemisch lösen lässt und anschließend aus der Lösung recycelt werden kann.
Eine besonders vorteilhafte Variante der Erfindung betrifft die Verwendung eines Wafers (z.B. aus Silizium) als Substrat, wobei der Wafer zur Herstellung von Solarzellen dient. Eine Solarzellen-Serienproduktion sieht das Prozessieren einer Mehrzahl von Wafern hintereinander vor. Dies ist mit dem erfindungs- gemäßen Verfahren möglich, z. B. über ein Fließband-Transportsystem, das eine Reihe von Wafern unmittelbar hintereinander durch den metallischen Dampf einer entsprechend ausgebildeten in-line-Vakuum-Anlage führt. Der Wafer (bzw. sämtliche Wafer einer Produktionsserie) werden beispielsweise kontinuierlich durch die Metalldampfregion geführt. Es ist jedoch auch ein schrittweises Bewegen möglich, wobei z. B. nach Erzeugen der Solarzellen- Kontaktstruktur an einem Wafer dieser aus der Metalldampfregion entfernt wird und anschließend ein neuer Wafer in der Metalldampfregion positioniert wird.
Besonders bevorzugt weist der Wafer für die Solarzellenherstellung eine Vorderseite mit einer lichtempfindliche Seite der Solarzelle auf oder soll diese zukünftig aufweisen (falls diese im Herstellungsprozess für der Solarzelle noch nicht erzeugt wurde), wobei die Solarzellen-Kontaktstruktur an einer der Vorderseite abgewandten Rückseite des Wafers erzeugt wird. Insbesondere handelt es sich bei der herzustellenden Struktur um einen Busbar, über den weitere Kontaktelemente (insbesondere Metallverbinder) mit einer benachbart angeordneten Solarzelle verbindbar (verlötbar) sind.
In einer besonders bevorzugten Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens erfolgt vor dem Herstellen der Busbars, d. h. vor dem Herstellen der Solarzellen-Kontaktstruktur, eine Metallisierung der Waferrückseite, z. B. mit einer ganzflächigen Aluminiumschicht. Hierbei ist von Vorteil, die Solarzellen-Kontaktstruktur unmittelbar nach der Aluminiummetallisierung aufzubringen (ohne Unterbrechung des Vakuums), um eine Oxidierung des Aluminiums vor dem Aufbringen der Solarzellen-Kontaktstruktur zu vermeiden.
Ein großflächiges Abscheiden einer Silberschicht auf der Aluminiumschicht ist aufgrund der hohen Kosten von Silber nicht wirtschaftlich, so dass die Busbars bevorzugt mit dem vorliegenden Verfahren als Streifenkontakte gefertigt werden. Andere in Frage kommende Metalle wie z.B. Zinn oder Nickel sind in Verbindung mit bestimmten Verfahren zur Rückseitengestaltung von Solar- zellen, wie z.B. lasergefeuerte Kontaktherstellung, für die Effizienz der Solarzelle eher nachteilig. Es wird darauf hingewiesen, dass das Substrat nicht unbedingt ein Wafer sein muss, sondern z.B. auch in Form einer Kunststofffolie oder eines Glasträgers ausgebildet sein kann.
Die Erfindung sieht des Weiteren eine Vorrichtung zum Herstellen einer Solarzellen-Kontaktstruktur an einer Mehrzahl von Substraten vor, die aufweist:
- eine Metalldampferzeugungseinrichtung zum Erzeugen eines metallischen Dampfes in einer Metalldampfregion für die Herstellung mindestens einer der Solarzellen-Kontaktstruktur an den Substraten; - Mitteln zum Bewegen der Substrate (3) in einer Reihe entlang einer Substrat-Bewegungsrichtung (A) durch die Metalldampfregion,
- einer die Substrate in der Metalldampfregion abschnittsweise gegenüber einem dem von der Metalldampferzeugungseinrichtung erzeugten metallischen Dampf abschirmenden Maske, die eine die Solarzellen-Kon- taktstruktur definierende Öffnung aufweist und
- Mitteln zum Bewegen der Maske entlang einer Maskenbewegungsrichtung zumindest abschnittsweise durch die Metalldampfregion, wobei die Substrat-Bewegungsrichtung und die Masken- Bewegungsrichtung im Wesentlichen parallel zueinander verlaufen und die Mittel zum Bewegen der Substrate und die Mittel zum Bewegen der Maske derart ausgebildet sind, dass sich die Substrate und die Maske dem Betrag nach mit unterschiedlicher Geschwindigkeit bewegen lassen.
Die Vorrichtung kann z. B. in eine Vakuumanlage (Aufdampf- oder Sputter- anläge) integriert sein.
Bevorzugt sind die Mittel zum Bewegen der Maske derart ausgebildet, dass die Maske beabstandet zu einer dem metallischen Dampf zugewandten Seite (31 ) der Substrate angeordnet ist. Die im Zusammenhang mit dem entsprechenden Verfahrensanspruch gemachten Ausführungen gelten hier entsprechend.
Die Mittel zum Bewegen der Maske weisen bevorzugt eine erste Aufnahme auf, die zur Aufnahme der aus der Metalldampfregion herauslaufenden Abschnitte der Maske dient. Diese erste Aufnahme ist bevorzugt in Form einer Spule ausgebildet, die eine aufwickelbare, z.B. bandförmige Maske aufnimmt. Zusätzlich kann eine zweite Aufnahme ebenfalls in Form einer Spule vorgesehen sein, aus der Abschnitte der Maske in die Metalldampfregion hineinlaufen. Eine beispielsweise bandförmige Maske lässt sich somit zwischen zwei Spulen ähnlich wie bei einem Tonband durch die Metalldampfregion bewegen. Sind beide Spulen als Auf-Abwickelspule ausgebildet, ist eine bidirektionale Bewegung der Maske gewährleistet.
Zusätzlich weist die Vorrichtung bevorzugt Ablösemittel zum Ablösen beim Herstellen der Solarzellen- Kontaktstruktur auf der Maske abgeschiedenen metallischen Materials auf, wobei das Ablösen unter Ausnutzung der Bewegung der Maske erfolgt. Dies kann z. B. eine Schneide sein, die so in Bezug zur Maske angeordnet ist, dass bei Bewegung der Maske das abgeschiedene Material durch die Schneide abgelöst wird. Des Weiteren kann - wie oben bereits erläutert - eine Umlenkstruktur vorhanden sein, die eine bandförmige Maske scharf umlenkt, so dass durch das Umlenken der Maske ein Ablösen abgeschiedenen Materials von der Maske erfolgt.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Figuren im Einzelnen erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 eine Darstellung eines Ausschnitts einer Solarzellenrückseite;
Fig. 2 schematische Darstellung einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Herstellen von Solarzellen- Kontaktstrukturen;
Fig. 3 schematisch eine Anordnung zum Ablösen metallischen Materials von einem flexiblen Maskenelement.
Figur 1 stellt einen Ausschnitt einer Rückseite 1 einer Solarzelle in Draufsicht dar. Die Solarzelle ist aus einem Siliziumsubstrat gefertigt und weist auf ihrer Rückseite 1 eine ganzflächig auf das Substrat aufgebrachte Aluminiumschicht 11 auf. Auf der Aluminiumschicht 11 sind Solarzellen-Kontaktstrukturen in Form zweier zueinander beabstandet verlaufender und zueinander paralleler Kontaktstreifen 12 aus Silber angeordnet. Die Kontaktstreifen 12 stellen so ge- nannte Busbars dar, die zum Verbinden (mittels Löten) mit weiteren Kontaktelementen der Solarzelle dienen, insbesondere zum Verlöten der Solarzellen- Rückseite mit Metallverbindern, über die wiederum mehrere Solarzellen miteinander verschaltet werden. Die in Figur 1 gezeigten Busbars 12 besitzen eine Breite von ungefähr 5 mm und erstrecken sich von einem ersten Rand der Zelle bis zu einem dem ersten Rand gegenüberliegenden zweiten Rand der Solarzelle.
Figur 2 zeigt eine Variante der erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Herstellen elektrischer Solarzellen-Kontaktstrukturen. Eine Metalldampfquelle 2 (Metall- dampferzeugungseinrichtung) erzeugt in einer Metalldampfregion einen Metalldampf 21 , der sich bis in den Bereich eines Substrates 3 erstreckt, auf dessen Rückseite 31 eine elektrische Solarzellen-Kontaktstruktur erzeugt werden soll. Die dargestellte Vorrichtung ist zur Serienproduktion von Solarzellen geeignet, wobei eine Mehrzahl von Substraten 3 (in Form von Wafern) nacheinander (entlang der durch den Pfeil A gekennzeichneten Substrat-Bewegungsrichtung) durch den Metalldampf 21 geführt werden.
Zwischen den Substraten 3 befindet sich eine bandförmige Maske 4, die aus drei Elementen in Form von sich im Bereich des metallischen Dampfes 21 jeweils entlang der Substrat-Bewegungsrichtung A erstreckenden Einzelbändern 41 gebildet ist. Die Einzelbänder 41 sind nebeneinander und im Bereich des metallischen Dampfes 21 in einer gemeinsamen Ebene verlaufend angeordnet sind. Zwei benachbarte Einzelbänder 41 weisen jeweils einen Abstand d zueinander auf, so dass zwischen gegenüberliegenden Kanten 42 der Bänder 41 eine streifenförmige Öffnung 49 gebildet ist, die entlang der Bewegungsrichtung A der Substrate 3 verläuft. Hierdurch schattet die Maske 4 die durch den metallischen Dampf 21 laufenden Substrate 3 bis auf den Bereich der Öffnung 49 zwischen den Einzelbändern 41 ab, wodurch auf der Substratrückseite 31 streifenförmige Solarzellen -Kontaktstrukturen erzeugt werden. Die Bänder 41 werden ihrerseits entlang einer Substrat-Bewegungsrichtung B, die entgegengesetzt zur Substrat- Bewegungsrichtung A verläuft, durch den metallischen Dampf 21 bewegt, wobei sich aufgrund der parallelen Anordnung der Bänder ihr Abstand zueinander - und somit die Kontur 48 der zwischen ihnen gebildeten Öffnung 49 und ihre Position im Metalldampf - sowie ihr Abstand a zu den Substraten 3 nicht verändert. Die Bewegung der Einzelbänder 41 erfolgt je nach Anwendung kontinuierlich oder schrittweise, wobei sich die Einzelbänder synchron bewegen können. Eine synchrone Bewegung der Einzelbänder ist jedoch nicht zwingend; möglich ist z.B. auch, dass sich benachbarte Bänder gegenläufig bewegen.
Bei einer kontinuierlichen Bewegung wird während des Beschichtens eines Substrates permanent ein durch den metallischen Dampf 21 beschichteter Abschnitt 41a eines Einzelbandes 41 aus dem metallischen Dampf 21 herausbewegt, wobei gleichzeitig ein bisher unbeschichteter Abschnitt 41 b eines Einzelbandes 41 in den metallischen Dampf 21 hineingeführt wird. Bei einer schrittweisen Bewegung der Maske 4 wird nach Fertigstellen der Solarzellen - Kontaktstruktur auf einem Substrat jedes Einzelband 41 soweit bewegt, dass der während der Herstellung der Solarzellen-Kontaktstruktur beschichtete Abschnitt des jeweiligen Einzelbandes aus dem metallischen Dampf 21 komplett herausgeführt wird. In jedem Fall erfolgt die Bewegung der Maske jedoch relativ (in diesem Fall entgegengesetzt) zu den Substraten, d.h. die Einzelbänder werden im Vergleich zu den Substraten mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten bewegt.
Die in Figur 2 gezeigte Vorrichtung weist als Bewegungsmittel, mittels derer die Bänder 41 bewegt werden, eine erste Aufnahme mit einer ersten Spule 43 und eine zweite Aufnahme mit einer zweiten Spulen 44 auf, die jeweils einem Einzelband 4 zugeordnet sind. Der beschichtete Teilabschnitt 41a eines der Einzelbänder 41 wird aus dem metallischen Dampf 21 herausbewegt und auf die erste Spule 43 aufgewickelt. Der unbeschichtete Teilabschnitt 41a eines der Bänder 41 , der noch nicht durch den metallischen Dampf 21 geführt wurde, wird gleichzeitig mit dem Herausbewegen des beschichteten Teilabschnitts 41a in den Dampf hineingeführt, wobei unbeschichtetes Band weiter von der zweiten Spule 44 abgewickelt wird. Die Spulen 43 und 44 sind entsprechend so angeordnet, dass sich der zwischen den Spulen 43, 44 befindliche Abschnitt eines der Bänder 41 jeweils durch den Bereich des metallischen Dampfes 21 erstreckt, um das Substrat 3 zumindest abschnittsweise gegenüber dem Dampf abzuschatten.
Im Falle der Figur 2 werden die Einzelbänder 41 zwar entgegen der Bewegung der Substrate 3 durch den metallischen Dampf geführt, es ist jedoch - wie weiter oben ausgeführt - auch denkbar, dass die Bewegung der Substrate und der Einzelbänder in der gleichen Richtung erfolgt. Ebenso ist denkbar, dass die Einzelbänder im bidirektionalen Betrieb zwischen der ersten Spule 43 und der zweiten Spule 44 hin- und herbewegt werden. Dabei werden auch bereits beschichtete Einzelbänder 41 abgerollt und erneut durch die Metalldampfregion bewegt.
Der Figur 2 ist weiterhin zu entnehmen, dass die Einzelbänder 41 im Metalldampfbereich mit einem Abstand a zu den zu beschichtenden Substraten 3 angeordnet sind, wodurch die Bewegung der Bänder 41 in eine Richtung entgegen der Bewegungsrichtung der Substrate besonders gut möglich ist. Hierbei kann ein Abstand von etwa einem Millimeter zwischen Substrat und Maske gewählt werden, wobei bei einem derartigen Abstand eine für eine Streifenstruktur ausreichende Schärfe der Abbildung (des Metalldampfes) und damit der Metallabscheidung auf dem Substrat erzielbar ist. Die Bänder 41 sind aus einer Folie mit einer Stärke im Bereich von 50-200 μm gebildet.
Der noch tolerierbare maximale Abstand zwischen Substrat und Maske hängt jedoch von dem gewählten Abscheideprozess ab, das heißt von der Art und den konkreten Prozessparametern des Verfahrens, den metallischen Dampf zu erzeugen. Die in Figur 2 gezeigte Quelle 2 steht stellvertretend für die Quelle eines Metalldampferzeugungsverfahren, wie zum Beispiel des Sputter- oder Aufdampfverfahrens (wobei bei diesen Verfahren als Quelle ein Metalltarget bzw. ein Tiegel mit aufzuschmelzendem Metall vorgesehen ist). Ebenso ist auch denkbar, dass die Maske 4 in Gleitkontakt mit den Substraten 3 steht und somit kein Abstand zwischen den Substraten 3 und der Maske 4 besteht.
Figur 3 zeigt eine Ablösevorrichtung 5 zum Ablösen auf einem Element bei Durchqueren metallischen Dampfes abgeschiedenen metallischen Materials. Die Ablösevorrichtung 5 der Fig. 3 kann zum Beispiel in eine Vorrichtung gemäß der Figur 2 integriert werden kann. Ein bandförmiges Element 41 wird mit einem Abschnitt 45 in einer Richtung B aus einer Prozesszone einer Metalldamp- ferzeugungsvorrichtung (das heißt aus dem von der Vorrichtung erzeugten metallischen Dampf, siehe Fig. 2) herausbewegt, wobei der Abschnitt 45 mit metallischem Material 22 beschichtet ist.
Das Element 41 wird aus dem Metalldampf kommend über eine erste Umlenkrolle 61 auf eine Umlenkstruktur in Form einer weiteren Umlenkrolle 62 gelenkt, wobei die Umlenkrolle 62 eine Umlenkstelle 63 definiert, so dass der auf die Umlenkstelle 63 zulaufende Abschnitt 45 des Elementes 41 und ein von der Umlenkstelle 63 weg laufende Abschnitt 46 des Elementes 41 einen spitzen Winkel α bilden. Durch den spitzen Winkel α zwischen einlaufendem und auslaufendem Band löst sich das auf der Maske abgeschiedene metallische Material (in Abscherrichtung C).
Das bandförmige Element 41 wird von der Umlenkrolle 62 kommend über eine weitere Umlenkrolle 64 weggeführt. Hierbei ist es möglich, dass das die von der Metallbeschichtung befreiten Teile des Bandes 41 auf eine Spule (nicht dargestellt) aufgewickelt werden und das Band - sobald das komplette Band durch den metallischen Dampf geführt und gereinigt wurde - unmittelbar erneut verwendet wird, etwa durch Austauschen der Spulen. Darüber hinaus ist auch möglich, dass das bandförmige Element 41 als Endlosband ausgebildet ist, so dass ein von der Metallbeschichtung befreiter Abschnitt des bandförmigen Elementes wieder in Richtung auf den metallischen Dampf umgelenkt wird und somit unmittelbar erneut als Maskenelement beim Herstellen einer Solarzellen- Kontaktstruktur auf einem Substrat dient. Kumulativ oder alternativ zu einem mechanischen Entfernen des auf der Maske 4 abgeschiedenen Materials 22 ist auch eine chemische Ablösung dieses Materials 22 denkbar.
Bei Integration der in Fig. 3 beschriebenen Ablösevorrichtung mit der Vorrichtung der Fig. 2 würden die drei separaten Einzelbänder jeweils mit einem Umlenkrollenmechanismus gemäß der Fig. 3 ausgestattet.
Um das Ablösen der Metallbeschichtung von dem Element zu erleichtern, kann es auf seiner dem metallischem Dampf ausgesetzten Seite eine Antihaftbe- schichtung aufweisen. Dabei ist darauf zu achten, dass diese Antihaft- beschichtung so ausgeführt ist, dass ein gewisses Anhaften des Metalls möglich ist (um ein Flittern des Metalls zu vermeiden), jedoch das Abscheren an der Umlenkrolle vereinfacht ist.
Bezugszeichenliste
1 Solarzellenruckseite
11 Aluminiumschicht
12 Solarzellen- Kontaktstruktur, Busbar
2 Metalldampfquelle
21 Metalldampf
22 Metallschicht
3 Substrat
4 Maske
41 Einzelband
41a beschichteter Teilabschnitt
41 b unbeschichteter Teilabschnitt
42 Kante
43 Aufwickelspule
44 Abwickelspule
45, 46 Abschnitt
48 Kontur
49 Öffnung
5 Ablösevorrichtung
61 , 62, 64 Umlenkrolle
A Bewegungsrichtung Substrat
B Bewegungsrichtung Maske
C Abscherrichtung α Winkel zwischen ein- und auslaufendem Bandabschnitt

Claims

Patentansprüche:
1. Verfahren zum Herstellen einer elektrischen Solarzellen- Kontaktstruktur an einem Substrat, mit den Schritten:
- Bereitstellen einer Mehrzahl von Substraten (3);
- Herstellen mindestens einer elektrisch leitfähigen Solarzellen -Kontaktstruktur (12) an jedem Substrat (3) durch:
■ Erzeugen eines metallischen Dampfes (21 ) in einer Metalldampfregion, ■ Bewegen der Substrate (3) in einer Reihe entlang einer Substrat- Bewegungsrichtung (A) durch die Metalldampfregion,
■ Anordnen einer die Substrate (3) in der Metalldampfregion abschnittsweise gegenüber dem metallischen Dampf (21 ) abschirmenden Maske (4), die eine die Solarzellen-Kontaktstruktur (12) definierende Öffnung (49) aufweist, gekennzeichnet durch
■ Bewegen der Maske (4) entlang einer Masken- Bewegungsrichtung (B) zumindest abschnittsweise durch die Metalldampfregion, wobei die Substrat-Bewegungsrichtung (A) und die Masken- Bewegungsrichtung (B) im Wesentlichen parallel zueinander verlaufen und die Substrate (3) und die Maske (4) dem Betrag nach mit unterschiedlicher
Geschwindigkeit bewegt werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Maske (4) beabstandet zu einer dem metallischen Dampf (21 ) zugewandten Seite (31 ) der Substrate (3) angeordnet ist.
3. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass aus der Metalldampfregion herauslaufende Abschnitte der Maske (4) von einer ersten Aufnahme aufgenommen werden.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Maske (4) von einer zweiten Aufnahme aus in die Metalldampfregion hineinlaufen.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Aufnahme und die zweite Aufnahme jeweils eine Auf-Abwickelspule (43,44) aufweisen, dass eine bidirektionale Bewegung der Maske (4) möglich ist.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Maske (4) bandförmig ausgebildet ist.
7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die strukturdefinierende Öffnung (49) längserstreckt ausgebildet ist.
8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Maske (4) so in Bezug zum Substrat (3) angeordnet ist, dass die strukturdefinierende Öffnung (49) parallel zur
Substrat-Bewegungsrichtung (A) ausgerichtet ist.
9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Maske (4) durch mindestens zwei separate Elemente (41 ) gebildet ist, die derart beabstandet zueinander angeordnet sind, dass durch ihren Abstand (d) zueinander die strukturdefinierende Öffnung (49) gebildet ist.
10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Elemente (41 ) selber keine strukturdefinierenden Öffnungen aufweisen.
11. Verfahren nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Elemente (41 ) im Bereich des metallischen Dampfes (21 ) in einer Richtung senkrecht zur Masken-Bewegungsrichtung (B) nebeneinander verlaufen.
12. Verfahren nach Anspruch 11 , dadurch gekennzeichnet, dass die Elemente (41 ) in der Metalldampfregion parallel nebeneinander verlaufen, so dass der Abstand (d) zwischen ihnen eine streifenförmige Öffnung (49) bildet.
13. Verfahren nach Anspruch 9 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Bewegen der Elemente (41 ) so erfolgt, dass die Kontur (48) der zwischen den Elementen gebildeten Öffnung (49) und die Position der Öffnung (49) relativ zur Metalldampfregion nicht verändert werden.
H.Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass beim Herstellen der Solarzellen- Kontaktstruktur (12) auf der Maske (4) abgeschiedenes metallisches Material (22) unter Ausnutzung der Bewegung der Maske (4) von ihr auf mechanische Weise entfernt wird oder dass nach dem Herstellen der Solarzellen- Kontaktstruktur (12) auf der Maske (4) abgeschiedenes metallisches Material (22) von dieser auf chemische Weise entfernt wird.
15. Verfahren nach einem der vorgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Substrate (3) als Wafer zur Solarzellenherstellung ausgebildet sind und eine Vorderseite aufweisen, die die lichtempfindliche Seite der herzustellenden Solarzellen aufweist oder aufweisen soll, und die Solarzellen- Kontaktstrukturen (12) an von der Vorderseite abgewandeten Rückseiten (1 ) der Substrate (3) erzeugt werden.
16. Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Solarzellen- Kontaktstrukturen (12) Busbars sind, über die weitere Kontaktelemente mit den herzustellenden Solarzellen verbindbar sind.
17. Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass vor dem Herstellen der Solarzellen- Kontaktstruktur (12) eine Metallisierung der Rückseiten (1 ) der Substrate (3) erfolgt.
18. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der metallische Dampf (21 ) mittels eines Aufdampfoder Sputterprozesses erzeugt wird.
19. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Solarzellen-Kontaktstruktur (12) aus Silber, Zinn, Aluminium oder Nickel oder einer Legierung, die mindestens eines dieser Elemente enthält, gebildet ist.
20. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Maske (4) zumindest abschnittsweise aus dem metallischen Material (22) gebildet ist, aus dem die Solarzellen- Kontaktstruktur (12) hergestellt wird.
21. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Maske (4) auf der dem Metalldampf zugewandten Seite eine Beschichtung derart aufweist, dass sich das auf der Maske haftende Metall leicht mechanisch und/oder chemisch entfernen lässt.
22. Vorrichtung zum Herstellen einer elektrischen Solarzellen-Kontaktstruktur an einer Mehrzahl von Substraten, mit:
- einer Metalldampferzeugungseinrichtung (2) zum Erzeugen eines metallischen Dampfes (21 ) in einer Metalldampfregion für die Herstellung min- destens einer elektrisch leitfähigen Solarzellen- Kontaktstruktur (12) an den Substraten (3),
- Mitteln zum Bewegen der Substrate (3) in einer Reihe entlang einer Substrat-Bewegungsrichtung (A) durch die Metalldampfregion,
- einer die Substrate (3) in der Metalldampfregion abschnittsweise gegen- über dem von der Metalldampferzeugungseinrichtung (2) erzeugten metallischen Dampf (21 ) abschirmenden Maske (4), die eine die Solarzellen- Kontaktstruktur (12) definierende Öffnung (49) aufweist und
- Mitteln zum Bewegen der Maske (4) entlang einer Masken - Bewegungsrichtung (B) zumindest abschnittsweise durch die Metall- dampfregion, wobei die Substrat- Bewegungsrichtung (A) und die Masken-
Bewegungsrichtung (B) im Wesentlichen parallel zueinander verlaufen, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel zum Bewegen der Substrate (3) und die Mittel zum Bewegen der Maske (4) derart ausgebildet sind, dass sich die Substrate (3) und die Maske (4) dem Betrag nach mit unterschiedlicher Geschwindigkeit bewegen lassen.
23. Vorrichtung nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, dass die Maske beabstandet zu einer dem metallischen Dampf (21 ) zugewandten Seite (31 ) der Substrate (3) angeordnet ist.
24. Vorrichtung nach Anspruch 22 oder 23, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel zum Bewegen der Maske (4) eine erste Aufnahme zur Aufnahme der aus der Metalldampf region herauslaufenden Abschnitte der Maske (4) aufweisen.
25. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 22 bis 24, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel zum Bewegen der Maske (4) eine zweite Aufnahme auf- weisen, aus der Abschnitte der Maske (4) in die Metalldampfregion hineinlaufen.
26. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 22 oder 25, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Aufnahme und die zweite Aufnahme jeweils eine Auf-Abwickelspule (43,44) umfassen, die eine bidirektionale Bewegung der Maske (4) ermöglichen.
27. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 22 bis 26, dadurch gekennzeichnet, dass die Maske (4) bandförmig ausgebildet ist.
28. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 22 bis 27, dadurch gekennzeichnet, dass die Maske (4) durch mindestens zwei separate Elemente (41 ) gebildet ist, die derart beabstandet zueinander angeordnet sind, dass durch ihren Abstand (d) zueinander die strukturdefinierende Öffnung (49) gebildet ist.
29. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 22 bis 28, gekennzeichnet durch Ablösemittel (5) zum Ablösen beim Herstellen der Solarzellen- Kontaktstruktur (12) auf der Maske (4) abgeschiedenen metallischen Materials (22) unter Ausnutzung der Bewegung der Maske (4).
30. Vorrichtung nach Anspruch 29, dadurch gekennzeichnet, dass die Ablöse- mittel (5) eine Schneide umfassen, die so in Bezug zu der Maske (4) angeordnet ist, dass bei Bewegen der Maske (4) das abgeschiedene Material (22) durch die Schneide abgelöst wird.
31. Vorrichtung nach Anspruch 29 oder 30, dadurch gekennzeichnet, dass die Maske (4) bandförmig ausgebildet ist und die Ablösemittel (5) eine Umlenkstruktur (62) aufweisen, die die Maske (4) so umlenkt, dass ein auf die Umlenkstruktur (62) zu laufender, beschichteter Abschnitt (45) der Maske (4) mit einem von der Umlenkstruktur (62) weglaufenden Abschnitt (46) der Maske (4) einen spitzen Winkel (α) bildet und sich das auf der Maske (4) ab- geschiedene Material (22) an der Umlenkstruktur (62) von der Maske (4) löst.
32. Vorrichtung nach Anspruch 31 , dadurch gekennzeichnet, dass die Umlenkvorrichtung (62) eine Umlenkrolle und/oder eine Kante aufweist.
33. Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 22 bis 32, dadurch gekennzeichnet, dass die Maske (4) auf ihrer dem Metalldampf zugewandten Seite eine Beschichtung derart aufweist, dass sich das auf der Maske haftende Metall leicht mechanisch und/oder chemisch entfernen lässt.
34. Vakuumanlage mit einer Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 22 bis 33.
35. Vakuumanlage gemäß Anspruch 35, die als Aufdampf- oder Sputteranlage ausgeführt ist.
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