EP2404323A2 - Rear contact solar cells, and method for the production thereof - Google Patents

Rear contact solar cells, and method for the production thereof

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Publication number
EP2404323A2
EP2404323A2 EP10705559A EP10705559A EP2404323A2 EP 2404323 A2 EP2404323 A2 EP 2404323A2 EP 10705559 A EP10705559 A EP 10705559A EP 10705559 A EP10705559 A EP 10705559A EP 2404323 A2 EP2404323 A2 EP 2404323A2
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EP
European Patent Office
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wafer
laser
liquid jet
metal
seed layer
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP10705559A
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Filip Granek
Daniel Kray
Kuno Mayer
Monica Aleman
Sybille Hopman
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Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Original Assignee
Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
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Filing date
Publication date
Application filed by Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV filed Critical Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
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Withdrawn legal-status Critical Current

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    • 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 the production of back-contacting solar cells which is based on a microstructuring of a wafer provided with a dielectric layer and a doping of the microstructured regions on the back side as well as an emitter diffusion on the back side. This is followed by the deposition of a metal-containing seed layer and a galvanic reinforcement of the contacts on the back. Likewise, the invention relates to such producible solar cells.
  • both the emitter and the base of the cell are contacted via the backside of the cell.
  • This cell type has no front-side contacts. In this way, the deductions reduces shading losses caused by front-side contacts on standard cells.
  • a passivation layer is deposited on the substrate, which is typically an n-doped material, eg by means of a high-temperature step in a tube furnace, as in the case of SiO 2 as a passivation layer or in a CVD process, such as for silicon nitride SiN x .
  • an etching mask is applied to the passivation layer, either by the screen printing or the ink jet printing method.
  • the etching mask contains at those locations windows at which a selective doping of the silicon is to take place later on the substrate.
  • the etching mask is removed by means of suitable solvents.
  • the surface is sprayed over the entire surface with boron tribromide BBr 3 .
  • BBr 3 boron tribromide
  • the etching mask is removed by means of suitable solvents.
  • the surface is sprayed over the entire surface with boron tribromide BBr 3 .
  • BBr 3 boron tribromide
  • it decomposes in the presence of residual moisture to form hydrogen bromide HBr and boric acid B (OH) 3 , with the latter compound with the bare silicon forming a firmly adhering borosilicate glass. From this diffuse further heating at temperatures of about 1000 0 C and more boron atoms in the silicon substrate and form there a highly p-doped region (p + ).
  • the highly doped regions later serve as contact points for the metal contacts, preventing the harmful inward diffusion of the metal into the semiconductor, but at the same time reducing the contact resistance.
  • the RSK cell also has the second type of contact on the back. These metal contacts also require highly doped regions at the points of contact with the silicon substrate, but this time with an n + doping that is caused by phosphorus atoms.
  • both highly doped regions are created on the back, the cell is contacted.
  • a metal usually aluminum, vapor-deposited. Both poles of the cell are separated by selective etching of the areas between the contact fingers with the aid of etching masks.
  • the production of solar cells involves a large number of process steps for the precision machining of wafers. These include u.a. the emitter diffusion, the deposition of a dielectric layer and its microstructuring, the doping of the wafer, the contacting, the application of a seed layer and their thickening.
  • a previously known gentle possibility of locally opening the passivation layer is the use of photolithography combined with wet-chemical etching processes.
  • a photoresist layer is first applied to the wafer and this patterned via UV exposure and developing.
  • This is followed by a wet-chemical etching step in a hydrofluoric acid-containing or phosphoric-acid-containing chemical system, which removes the SiN x at the locations where the photoresist was opened.
  • a big disadvantage of this method is the enormous effort and the associated costs.
  • this process can not achieve sufficient throughput for solar cell production. For some nitrides, moreover, the method described here can not be used since the etching rates are too low.
  • a local doping can also be done by screen printing a self-doping (eg aluminum-containing) metal paste with subsequent drying and firing at temperatures around 900 0 C.
  • a self-doping eg aluminum-containing
  • the disadvantage of this method is the high mechanical stress of the component, the expensive consumables and the high temperatures to which the entire component is exposed. Furthermore, only structural widths> 100 ⁇ m are possible hereby.
  • buried base contacts uses a SiN x layer over its entire area, opening it locally with laser radiation and then diffusing the doping layer in the diffusion furnace protected by the passivation layer, forming a highly doped zone only in the laser-opened areas After the etching back of the resulting phosphosilicate glass (PSG), metallization is effected by electroless deposition in a metal-containing liquid, a disadvantage of this method being the damage introduced by the laser and the necessary etching step to remove the PSG Individual steps that require many handling steps.
  • PSG phosphosilicate glass
  • a method for the production of back contacted solar cells in which a) at least the backside of a wafer is at least partially coated with at least one dielectric layer,
  • a metal-containing seed layer is deposited at least in regions on the backside of the wafer, and
  • the microstructuring be accomplished by treating the surface with a dry laser or a water jet guided laser or an etchant containing liquid jet guided laser.
  • a liquid jet-guided laser containing an etchant takes place in such a way that a liquid jet directed onto the surface of the wafer and containing at least one etchant for the wafer is transferred to structuring areas of the surface is performed, wherein the surface is previously or simultaneously heated by a laser beam locally.
  • an agent which has a more corrosive effect on the at least one dielectric layer than on the substrate is preferably selected as etchant.
  • the etchants are particularly preferably selected from the group consisting of H 3 PO 4 , H 3 PO 3 , PCl 3 , PCl 5 , POCl 3 , KOH, HF / HNO 3 , HCl, chlorine compounds, sulfuric acid and mixtures thereof.
  • the liquid jet may particularly preferably be formed from pure or highly concentrated phosphoric acid or else dilute phosphoric acid.
  • Phosphoric acid can e.g. diluted in water or other suitable solvent and used in different concentrations. Also, additives for changing pH (acids or alkalies), wetting behavior (e.g., surfactants), or viscosity (e.g., alcohols) may be added. Particularly good results are achieved when using a liquid containing phosphoric acid in a proportion of 50 to 85% by weight. In particular, rapid processing of the surface layer can be achieved without damaging the substrate and surrounding areas.
  • the microstructuring according to the invention achieves two things with very little effort.
  • the surface layer in the said areas can be completely removed without damaging the substrate, because the liquid has a less (preferably no) corrosive effect on the latter.
  • the local heating of the surface layer in the areas to be removed, whereby preferably only these areas are heated, allows a well-localized, limited to these areas Abtra- surface layer. This results from the fact that the corrosive action of the liquid typically increases with increasing temperature, so that damage to the surface layer in adjacent, unheated areas is largely avoided by possibly reaching there parts of the etching liquid.
  • the dielectric layer deposited on the wafer serves for passivation and / or as an antireflection layer.
  • the dielectric layer is preferably selected from the group consisting of SiN x , SiO 2 , SiO x , MgF 2 , TiO 2 , SiC x and Al 2 O 3 .
  • the emitter diffusion and the doping in step c) are preferably carried out with a liquid jet containing H 3 PO 4 , H 3 PO 3 and / or POCl 3 into which a laser beam is coupled.
  • the dopant is preferably selected from the group consisting of phosphorus, boron, indium, gallium and mixtures thereof, in particular phosphoric acid, phosphorous acid, solutions of phosphates and hydrogen phosphates, borax, boric acid, borates and perborates, boron compounds, gallium compounds and mixtures thereof.
  • a further preferred variant provides that the microstructuring, the emitter diffusion and the Boron doping can be carried out simultaneously with a nierkeitsstrahlge- led laser.
  • a further variant according to the invention comprises that in precision machining following the
  • a liquid containing at least one compound which etches the solid material is particularly preferred, since in the same device first the microstructuring and then by the exchange of the liquids, the doping can be carried out.
  • the microstructuring can also be carried out by means of an aerosol jet, wherein laser radiation is not necessarily required in this variant, since comparable results can be achieved by preheating the aerosol or its components.
  • the inventive method uses, preferably for microstructuring and doping as well as the emitter diffusion, a technical system in which a liquid jet, which can be equipped with different chemical saliency systems, as a liquid
  • Light guide for a laser beam is used.
  • the laser beam is coupled into the liquid jet via a special coupling device and guided by total internal reflection. In this way, a time and place same supply of chemicals and laser beam to the process stove is guaranteed.
  • the laser licht performs various tasks: On the one hand, it is able to locally heat it up at the point of impact on the substrate surface, optionally melting it and, in extreme cases, evaporating it.
  • the simultaneous impact of chemicals on the heated substrate surface can activate chemical processes that do not occur under standard conditions because they are kinetically inhibited or thermodynamically unfavorable.
  • the thermal effect of the laser light and a photochemical activation is possible, to the effect that the laser light generated on the surface of the substrate, for example, electron-hole pairs that promote the process of redox reactions in this area or even make it possible.
  • the liquid jet In addition to the focusing of the laser beam and the supply of chemicals, the liquid jet also ensures cooling of the marginal areas of the process hearth and rapid removal of the reaction products.
  • the latter aspect is an important prerequisite for promoting and accelerating rapid chemical (equilibrium) processes.
  • the cooling of the marginal areas, which are not involved in the reaction and especially not subject to material removal, can be protected by the cooling effect of the beam from thermal stresses and resulting crystalline damage, which allows a low-damage or damage-free structuring of the solar cells.
  • the liquid jet due to its high flow rate, the liquid jet imparts a considerable mechanical impulse to the substances supplied, which becomes particularly effective when the jet strikes a molten substrate surface.
  • the laser beam and the liquid jet together form a new process tool, which in its combination is superior in principle to the individual systems that make it up.
  • the metal-containing seed layer is preferably deposited by vapor deposition, sputtering or by reduction from aqueous solution.
  • the metal-containing seed layer preferably contains a metal from the group aluminum, nickel, titanium, chromium, tungsten, silver and their alloys.
  • the seed layer After application of the seed layer, it is preferably thermally treated, e.g. by laser annealing.
  • metal-containing seed layer After application of the metal-containing seed layer is preferably carried out at least partially thickening of the seed layer by electrodeposition of a metallization, in particular of silver or
  • a liquid jet which is as laminar as possible is used to carry out the process.
  • the laser beam can then be guided in a particularly effective manner by total reflection in the liquid jet, so that the latter fulfills the function of a light guide.
  • the coupling of the laser beam can be done for example by a perpendicular to a beam direction of the liquid jet window in a nozzle unit.
  • the window can also be designed as a lens for focusing the laser beam. Alternatively or additionally, a lens independent of the window can also be used to focus or shape the laser beam.
  • the nozzle unit can be designed in a particularly simple embodiment of the invention so that the liquid is supplied from one side or from several sides in the jet direction radial direction.
  • Preferred laser types are:
  • solid-state lasers in particular the commercially frequently used Nd-YAG lasers of wavelength 1064 nm, 532 nm, 355 nm, 266 nm and 213 nm, diode lasers with wavelengths ⁇ 1000 nm, argon ion lasers of wavelength 514 to 458 nm and excimer lasers (wavelengths: 157 to 351 nm).
  • the quality of the microstructuring tends to increase with decreasing wavelength because increasingly the energy induced by the laser in the surface layer is increasingly concentrated at the surface, which tends to reduce the heat affected zone and thus reduce the crystalline damage in the material. especially in phosphorus doped silicon below the passivation layer leads.
  • blue lasers and lasers in the near UV range (for example 355 nm) with pulse lengths in the femtosecond to nanosecond range are particularly effective.
  • shortwave laser light in particular there is the
  • a direct generation of electron / hole pairs in silicon which can be used for the electrochemical process in nickel deposition (photochemical activation).
  • free electrons generated in the silicon by laser light can be used in addition to those already described above.
  • described redox process of nickel ions with phosphorous acid directly contribute to the reduction of nickel on the surface.
  • This electron / hole generation can be permanently maintained by permanent illumination of the sample with defined wavelengths (especially in the near UV with ⁇ 355 nm) during the structuring process and sustainably promote the metal nucleation process.
  • the solar cell property can be exploited in order to separate the superconducting charge carriers via the p-n junction and thus negatively charge the n-conducting surface.
  • a further preferred variant of the method according to the invention provides that the laser beam is actively set in temporal and / or spatial pulse shape. These include the flattop shape, an M-profile or a rectangular pulse.
  • the invention likewise provides a solar cell which can be produced by the method described above.
  • Fig. 1 shows an embodiment of the solar cell according to the invention.
  • the solar cell 1 according to the invention in FIG. 1 has an n-silicon-based wafer 2, which is coated on the rear side with an electric field (n + Back Surfaces Field) 3. On this layer is a passivation layer 4 is arranged. In defined areas on the back side of the wafer, p ++ emitters 5, 5 'and 5 "and p-metal fingers 6, 6' and 6" are arranged. To this end, areas are arranged which have electrical fields on the rear side (n ++ back surface fields) 7, 7 ', 7 "and n-metal fingers 8, 8', 8". On the front side of the wafer 2, an n + front surface field 9 and a passivation layer 10 is arranged.
  • a wire sawn wafer having an n-type basic doping tion is first subjected to a damage etch to remove the Drahtsäge antibiotics, said loss ratios in 40% KOH is carried out at 80 C for 20 minutes 0th There follows a one-sided texturing tion of the wafer in 1% KOH at 98 0 C (duration about 35 minutes).
  • a front surface field (FSF) is deposited on the front of the wafer and a back surface field (BSF) on the back of the wafer.
  • FSF front surface field
  • BSF back surface field
  • These steps are carried out simultaneously by phosphorus diffusion in the tube furnace using POCl 3 as the phosphorus source.
  • the sheet resistance of this lightly doped layer is in a range of 100 to 400 ohms / sq.
  • a thin thermal oxide layer is produced in the tube furnace. The thickness of the oxide layer is in this case in a range of 6 to 15 nm.
  • a damage etch to remove the Dra
  • the wafer treated in this way is subsequently structured with the liquid jet on the back.
  • the formation of the selective back surface fields (BSF) takes place with the help of a laser, which is coupled into a liquid jet (so-called laser chemical proces- ses, LCP).
  • Strahltnedium 85% phosphoric acid is used.
  • the line width of the structures is about 30 ⁇ m and the distance between the structures is 1 to 3 mm.
  • the driving speed is 400 mm / s.
  • the line width is about 30 microns and the distance between two contact fingers 1 to 3 mm. Again, laser parameters and speed are identical to the previous two steps.
  • the layer resistance here is between 10 and 60 ohms / sq.
  • an electroless deposition takes place on the emitter and on the back surface field to form a seed layer.
  • a metallization solution which contains NaPH 2 O 2 , NiCl 2 , a stabilizer, a complexing agent for Ni 2+ ions, such as citric acid.
  • the bath temperature is 90 0 C. After sintering of the all back contacts takes place at temperatures of 300 to 500 0 C in a
  • Forming gas atmosphere N 2 H 2 .
  • the bath temperature is 25 0 C, the applied voltage at the back of the wafer 0.3 V.

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Abstract

The invention relates to a method for producing rear contact solar cells. Said method is based on microstructuring a wafer that has a dielectric layer, doping the microstructured areas on the rear side, and diffusing an emitter on the front side. A metal-containing seed layer is then deposited, and the contacts are galvanically reinforced. The invention also relates to solar cells that can be produced using said method.

Description

Solarzellen mit Rückseitenkontaktierung sowie Verfahren zu deren Herstellung Back contacting solar cells and methods of making same
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Solarzellen mit Rückseitenkontaktierung, das auf einer Mikrostrukturierung eines mit einer dielektrischen Schicht versehenen Wafers und einer Dotierung der mikrostrukturierten Bereiche auf der Rückseite sowie einer Emitterdiffusion auf der Rückseite ba- siert. Im Anschluss erfolgt die Abscheidung einer metallhaltigen Keimschicht sowie eine galvanische Verstärkung der Kontaktierungen auf der Rückseite. Ebenso betrifft die Erfindung derart herstellbare Solarzellen.The invention relates to a method for the production of back-contacting solar cells which is based on a microstructuring of a wafer provided with a dielectric layer and a doping of the microstructured regions on the back side as well as an emitter diffusion on the back side. This is followed by the deposition of a metal-containing seed layer and a galvanic reinforcement of the contacts on the back. Likewise, the invention relates to such producible solar cells.
Bei der Rückseitenkontaktsolarzelle (im Folgenden RSK-Zelle genannt) sind sowohl der Emitter als auch die Basis der Zelle über die Rückseite der Zelle kontaktiert. Dieser Zellentyp verfügt über keinerlei Vorderseitenkontakte. Auf diese Weise werden die Ab- schattungsverluste reduziert, welche von Vorderseiten-Kontakten bei den Standardzellen verursacht werden.In the backside contact solar cell (hereafter called the RSK cell), both the emitter and the base of the cell are contacted via the backside of the cell. This cell type has no front-side contacts. In this way, the deductions reduces shading losses caused by front-side contacts on standard cells.
Bisher gibt es auf dem Markt nur eine einzige Firma, welche RSK-Zellen kommerziell produziert und vertreibt. Viele Details zur tatsächlichen Fertigung dieses Zelltyps sind bisher nicht veröffentlicht. Die im Folgenden gemachten Angaben stützen sich auf haus- interne Daten und Vorgehensweisen am Fraunhofer ISE.So far, there is only one single company in the market which commercially produces and sells RSK cells. Many details of the actual manufacture of this cell type are not yet published. The information provided below is based on in-house data and procedures at Fraunhofer ISE.
Die selektive Dotierung der RSK-Zelle vor der Aufbringung der Metall-Kontakte verläuft in mehreren, zum Teil sehr aufwändigen, nasschemischen Schritten.The selective doping of the RSK cell before the application of the metal contacts takes place in several, sometimes very complicated, wet-chemical steps.
Im ersten Schritt wird auf das Substrat, bei dem es sich in der Regel um n-dotiertes Material handelt, eine Passivierungsschicht abgeschieden, z.B. anhand eines Hochtemperaturschrittes in einem Rohrofen, wie im Falle von SiO2 als Passivierungsschicht oder in einem CVD-Prozess, wie beim Siliziumnitrid SiNx.In the first step, a passivation layer is deposited on the substrate, which is typically an n-doped material, eg by means of a high-temperature step in a tube furnace, as in the case of SiO 2 as a passivation layer or in a CVD process, such as for silicon nitride SiN x .
Im zweiten Schritt wird auf die Passivierungsschicht eine Ätzmaske aufgetragen, entweder mit Hilfe des Siebdruck- oder des Tintenstrahldruckverfahrens . Die Ätzmaske enthält an jenen Stellen Fenster, an denen später auf dem Substrat eine selektive Dotierung des Siliziums erfolgen soll.In the second step, an etching mask is applied to the passivation layer, either by the screen printing or the ink jet printing method. The etching mask contains at those locations windows at which a selective doping of the silicon is to take place later on the substrate.
Im dritten Schritt werden mit Hilfe eines Ätzmittels, z.B. Flusssäure im Falle von SiO2 als Passivierungs- material, jene Bereiche der Passivierungsschicht geöffnet, die von der Ätzmaske ausgespart blieben.In the third step, with the aid of an etchant, for example hydrofluoric acid in the case of SiO 2 as the passivation material, those areas of the passivation layer are opened which remain recessed by the etching mask.
Im vierten Schritt wird die Ätzmaske mit Hilfe geeigneter Lösemittel abgetragen. Im fünften Schritt wird die Oberfläche ganzflächig mit Bortribromid BBr3 besprüht. Bei erhöhter Temperatur zersetzt es sich in Anwesenheit von Restfeuchtigkeit zu Bromwasserstoff HBr und Borsäure B(OH)3, wo- bei letztere Verbindung mit dem blanken Silizium ein fest haftendes Borosilicat-Glas bildet. Aus diesem diffundieren bei weiterem Heizen bei Temperaturen um ca. 10000C und mehr Bor-Atome in das Siliziumsubstrat und bilden dort einen hoch p-dotierten Bereich (p+) .In the fourth step, the etching mask is removed by means of suitable solvents. In the fifth step, the surface is sprayed over the entire surface with boron tribromide BBr 3 . At elevated temperature, it decomposes in the presence of residual moisture to form hydrogen bromide HBr and boric acid B (OH) 3 , with the latter compound with the bare silicon forming a firmly adhering borosilicate glass. From this diffuse further heating at temperatures of about 1000 0 C and more boron atoms in the silicon substrate and form there a highly p-doped region (p + ).
Nach Beendigung des Hochtemperaturschrittes müssen die Reste des Borosilicat-Glases in einem sechsten Teilschritt durch chemisches Ätzen wieder entfernt werden.After completion of the high-temperature step, the residues of the borosilicate glass in a sixth step must be removed by chemical etching again.
Die hoch dotierten Bereiche dienen später als Kontaktstellen für die Metallkontakte, wobei sie das schädliche Eindiffundieren des Metalls in den Halbleiter unterbinden, gleichzeitig aber den Kontaktwi- derstand reduzieren.The highly doped regions later serve as contact points for the metal contacts, preventing the harmful inward diffusion of the metal into the semiconductor, but at the same time reducing the contact resistance.
Bei der RSK-Zelle wird auch die zweite Sorte von Kontakten auf der Rückseite angebracht. Auch diese Metall-Kontakte benötigen an den Berührungspunkten zum Siliziumsubstrat hoch dotierte Bereiche, diesmal jedoch mit einer n+-Dotierung, die von Phosphor-Atomen hervorgerufen wird.The RSK cell also has the second type of contact on the back. These metal contacts also require highly doped regions at the points of contact with the silicon substrate, but this time with an n + doping that is caused by phosphorus atoms.
Die Schaffung dieser hoch dotierten Bereiche erfolgt nach demselben Schema wie die p+-Dotierung, d.h. sie umfasst dieselben Teilschritte:The creation of these highly doped regions follows the same scheme as the p + doping, ie it comprises the same sub-steps:
1. ganzflächiges Aufbringen einer Passivierungs- schicht , 2. Auftragen von Ätzmasken auf die Passivierungs- schicht , 3. Öffnen der Passivierungsschicht ,1. full-surface application of a passivation layer, 2. application of etching masks to the passivation layer, 3. opening the passivation layer,
4. Entfernung der Ätzmaske,4. removal of the etching mask,
5. Bildung eines Phosphorsilicat-Glases , aus dem heraus Phosphor bei hohen Temperaturen in das Silizi- um eindiffundiert; als Phosphorquelle dient hier5. formation of a phosphosilicate glass from which phosphorus diffuses into the silicon at high temperatures; as a phosphorus source serves here
Phosphorylchlorid POCl3,Phosphoryl chloride POCl 3 ,
6. Entfernung des Phosphorsilicat-Glases nach dem Hochtemperaturschritt .6. Removal of the phosphosilicate glass after the high temperature step.
Sind beide hoch dotierten Bereiche auf der Rückseite geschaffen, wird die Zelle kontaktiert. Dabei wird ganzflächig ein Metall, in der Regel Aluminium, aufgedampft. Beide Pole der Zelle werden durch selektives Abätzen der Bereiche zwischen den Kontaktfingern mit Hilfe von Ätzmasken voneinander getrennt.If both highly doped regions are created on the back, the cell is contacted. In this case, over the entire surface of a metal, usually aluminum, vapor-deposited. Both poles of the cell are separated by selective etching of the areas between the contact fingers with the aid of etching masks.
Die Anordnung der beiden Sorten von Kontaktfingern in einer RSK-Zelle ist in der folgenden Abbildung dargestellt.The arrangement of the two types of contact fingers in an RSK cell is shown in the following figure.
Die Herstellung von Solarzellen ist mit einer Vielzahl von Prozessschritten zur Präzisionsbearbeitung von Wafern verbunden. Hierzu zählen u.a. die Emitterdiffusion, die Aufbringung einer dielektrischen Schicht sowie deren Mikrostrukturierung, die Dotierung des Wafers, die Kontaktierung, die Aufbringung einer Keimschicht sowie deren Verdickung.The production of solar cells involves a large number of process steps for the precision machining of wafers. These include u.a. the emitter diffusion, the deposition of a dielectric layer and its microstructuring, the doping of the wafer, the contacting, the application of a seed layer and their thickening.
Eine vorbekannte schonende Möglichkeit, die Passivie- rungsschicht lokal zu öffnen, besteht in der Anwendung der Photolithographie kombiniert mit nasschemischen Ätzverfahren. Dabei wird zunächst eine Photolackschicht auf den Wafer aufgebracht und diese über UV-Belichtung und Entwickeln strukturiert. Es folgt ein nasschemischer Ätzschritt in einem flusssäurehaltigen oder phosphorsäurehaltigen Chemikaliensystem, der das SiNx an den Stellen entfernt, an denen der Photolack geöffnet wurde. Ein großer Nachteil dieses Verfahrens sind der enorme Aufwand und die damit verbundenen Kosten. Zudem kann mit diesem Verfahren kein für die Solarzellenproduktion ausreichender Durchsatz erreicht werden. Bei einigen Nitriden kann zudem das hier beschriebene Verfahren nicht angewandt werden, da die Ätzraten zu gering sind.A previously known gentle possibility of locally opening the passivation layer is the use of photolithography combined with wet-chemical etching processes. In this case, a photoresist layer is first applied to the wafer and this patterned via UV exposure and developing. This is followed by a wet-chemical etching step in a hydrofluoric acid-containing or phosphoric-acid-containing chemical system, which removes the SiN x at the locations where the photoresist was opened. A big disadvantage of this method is the enormous effort and the associated costs. In addition, this process can not achieve sufficient throughput for solar cell production. For some nitrides, moreover, the method described here can not be used since the etching rates are too low.
Aus dem Stand der Technik ist z.B. überdies bekannt, eine Passivierungsschicht aus SiNx mit Hilfe eines Laserstrahls durch rein thermische Ablation abzutragen (trockene Laserablation) .It is also known from the prior art, for example, to remove a passivating layer of SiN x with the aid of a laser beam by means of purely thermal ablation (dry laser ablation).
Hinsichtlich der Dotierung der Wafer ist in der Mikroelektronik eine lokale Dotierung durch photolitho- grafisches Strukturieren einer aufgewachsenen SiO2- Maske mit nachfolgender ganzflächiger Diffusion in einem Diffusionsofen Stand der Technik. Die Metalli- sierung wird durch Aufdampfen auf eine photolithogra- fisch definierte Lackmaske mit nachfolgender Lösung des Lacks in organischen Lösemitteln erreicht. Dieses Verfahren hat den Nachteil eines sehr großen Aufwandes, des hohen Zeit- und Kostenbedarfs sowie der ganzflächigen Erhitzung des Bauteils, die eventuell weitere vorhandene Diffusionsschichten verändern sowie die elektronische Qualität des Substrats verschlechtern kann.With regard to the doping of the wafers, local doping by photolithographic patterning of a grown SiO 2 mask with subsequent full-area diffusion in a diffusion oven is state-of-the-art in microelectronics. The metallization is achieved by vapor deposition on a photolithographically defined resist mask with subsequent solution of the varnish in organic solvents. This method has the disadvantage of a very large effort, the high time and cost requirements and the entire surface heating of the component, which may change further existing diffusion layers and deteriorate the electronic quality of the substrate.
Eine lokale Dotierung kann auch über Siebdruck einer selbstdotierenden (z.B. aluminiumhaltigen) Metallpaste mit nachfolgendem Trocknen und Feuern bei Temperaturen um 9000C erfolgen. Der Nachteil dieses Verfahrens ist die hohe mechanische Belastung des Bauteils, die teuren Verbrauchsmaterialien sowie die hohen Temperaturen, denen das gesamte Bauteil ausgesetzt wird. Weiterhin sind hiermit nur Strukturbreiten > 100 μm möglich.A local doping can also be done by screen printing a self-doping (eg aluminum-containing) metal paste with subsequent drying and firing at temperatures around 900 0 C. The disadvantage of this method is the high mechanical stress of the component, the expensive consumables and the high temperatures to which the entire component is exposed. Furthermore, only structural widths> 100 μm are possible hereby.
Ein weiteres Verfahren („vergrabene Basiskontakte") nutzt eine ganzflächige SiNx-Schicht , öffnet diese lokal mittels Laserstrahlung und diffundiert dann die Dotierschicht im Diffusionsofen. Durch die Passivie- rungsschicht geschützt bildet sich nur in den lasergeöffneten Bereichen eine hoch dotierte Zone. Die Me- tallisierung wird nach dem Rückätzen des entstehenden Phosphorsilikatglases (PSG) durch stromlose Abscheidung in einer metallhaltigen Flüssigkeit gebildet. Nachteil dieses Verfahrens ist die durch den Laser eingebrachte Schädigung sowie der notwendige Ätz- schritt, um das PSG zu entfernen. Zudem besteht das Verfahren aus einigen Einzelschritten, die viele Handling-Schritte erforderlich machen.Another method ("buried base contacts") uses a SiN x layer over its entire area, opening it locally with laser radiation and then diffusing the doping layer in the diffusion furnace protected by the passivation layer, forming a highly doped zone only in the laser-opened areas After the etching back of the resulting phosphosilicate glass (PSG), metallization is effected by electroless deposition in a metal-containing liquid, a disadvantage of this method being the damage introduced by the laser and the necessary etching step to remove the PSG Individual steps that require many handling steps.
Ausgehend hiervon war es Aufgabe der vorliegenden Er- findung, ein effizienteres Verfahren zur Herstellung von Solarzellen bereitzustellen, bei dem die Zahl der Prozessschritte reduziert werden kann und auf kostspielige Lithographieschritte im Wesentlichen verzichtet werden kann. Ebenso sollte eine Reduzierung der eingesetzten Mengen an Metall für die Kontaktie- rung angestrebt werden.Based on this, it was an object of the present invention to provide a more efficient method for the production of solar cells, in which the number of process steps can be reduced and costly lithography steps can essentially be dispensed with. Likewise, a reduction of the amounts of metal used for the contacting should be sought.
Diese Aufgabe wird durch das Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und die hiernach hergestellte Solarzelle mit den Merkmalen des Anspruchs 16 gelöst. Die weiteren abhängigen Ansprüche zeigen vorteilhafte Weiterbildungen auf.This object is achieved by the method having the features of claim 1 and the solar cell produced hereafter having the features of claim 16. The other dependent claims show advantageous developments.
Erfindungsgemäß wird ein Verfahren zur Herstellung von rückseitig kontaktierten Solarzellen bereitgestellt, bei dem a) zumindest die Rückseite eines Wafers zumindest bereichsweise mit mindestens einer dielektrischen Schicht beschichtet wird,According to the invention, a method is provided for the production of back contacted solar cells, in which a) at least the backside of a wafer is at least partially coated with at least one dielectric layer,
b) eine Mikrostrukturierung der mindestens einen dielektrischen Schicht erfolgt,b) a microstructuring of the at least one dielectric layer takes place,
c) simultan eine zumindest bereichsweise Emitterdiffusion an der Rückseite des Wafers und eine Dotierung der mikrostrukturierten Oberf lächenbe- reiche auf der Wafer-Rückseite erfolgt, indem mindestens ein auf die Oberflächen des Wafers gerichteter und mindestens einen Dotierstoff enthaltender Flüssigkeitsstrahl über zu behandelnde Bereiche der Oberfläche geführt wird, wo- bei die Oberfläche vorher oder gleichzeitig durch einen Laserstrahl lokal aufgeheizt wird,c) simultaneously emitting at least a portion of the emitter diffusion on the backside of the wafer and doping the microstructured surface areas on the wafer back by passing at least one liquid jet directed onto the surfaces of the wafer and containing at least one dopant over areas of the surface to be treated becomes, whereby the surface is heated up before or at the same time locally by a laser beam,
d) eine metallhaltige Keimschicht auf der Rückseite des Wafers zumindest bereichsweise abgeschieden wird undd) a metal-containing seed layer is deposited at least in regions on the backside of the wafer, and
e) eine zumindest bereichsweise galvanische Verstärkung einer Metallisierung auf der Rückseite des Wafers zu dessen beidpoliger Kontaktierung erfolgt .e) an at least partially galvanic reinforcement of a metallization on the back side of the wafer for its beidpoliger contacting takes place.
Es ist bevorzugt, dass die Mikrostrukturierung durch Behandlung der Oberfläche mit einem trockenen Laser oder einem wasserstrahlgeführten Laser oder einem ein Ätzmittel enthaltenden f lüssigkeitsstrahl-geführten Laser erfolgt. Der Einsatz eines ein Ätzmittel ent- haltenden f lüssigkeitsstrahl-geführten Lasers erfolgt dabei in der Weise, dass ein auf die Oberfläche des Wafers gerichteter und mindestens ein Ätzmittel für den Wafer enthaltender Flüssigkeitsstrahl über zu strukturierende Bereiche der Oberfläche geführt wird, wobei die Oberfläche vorher oder gleichzeitig durch einen Laserstrahl lokal aufgeheizt wird.It is preferred that the microstructuring be accomplished by treating the surface with a dry laser or a water jet guided laser or an etchant containing liquid jet guided laser. The use of a liquid jet-guided laser containing an etchant takes place in such a way that a liquid jet directed onto the surface of the wafer and containing at least one etchant for the wafer is transferred to structuring areas of the surface is performed, wherein the surface is previously or simultaneously heated by a laser beam locally.
Als Ätzmittel wird dabei ein Mittel vorzugsweise ausgewählt, das auf die mindestens eine dielektrische Schicht eine stärker ätzende Wirkung als auf das Substrat besitzt. Die Ätzmittel sind besonders bevorzugt ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus H3PO4, H3PO3, PCl3, PCl5, POCl3, KOH, HF/HNO3, HCl, Chlorverbindungen, Schwefelsäure und Mischungen hiervon.In this case, an agent which has a more corrosive effect on the at least one dielectric layer than on the substrate is preferably selected as etchant. The etchants are particularly preferably selected from the group consisting of H 3 PO 4 , H 3 PO 3 , PCl 3 , PCl 5 , POCl 3 , KOH, HF / HNO 3 , HCl, chlorine compounds, sulfuric acid and mixtures thereof.
Der Flüssigkeitsstrahl kann besonders bevorzugt aus reiner oder hoch konzentrierter Phosphorsäure oder auch verdünnter Phosphorsäure gebildet werden. DieThe liquid jet may particularly preferably be formed from pure or highly concentrated phosphoric acid or else dilute phosphoric acid. The
Phosphorsäure kann z.B. in Wasser oder einem anderen geeigneten Lösungsmittel verdünnt und in unterschiedlicher Konzentration verwendet werden. Auch können Zusätze zur Veränderung von pH-Wert (Säuren oder Lau- gen) , Benetzungsverhalten (z.B. Tenside) oder Viskosität (z.B. Alkohole) zugesetzt werden. Besonders gute Ergebnisse werden bei Verwendung einer Flüssigkeit erzielt, die Phosphorsäure mit einem Anteil von 50 bis 85 Gew. -% enthält. Damit lässt sich insbesondere eine zügige Bearbeitung der Oberflächenschicht ohne Beschädigung des Substrats und umliegender Bereiche realisieren .Phosphoric acid can e.g. diluted in water or other suitable solvent and used in different concentrations. Also, additives for changing pH (acids or alkalies), wetting behavior (e.g., surfactants), or viscosity (e.g., alcohols) may be added. Particularly good results are achieved when using a liquid containing phosphoric acid in a proportion of 50 to 85% by weight. In particular, rapid processing of the surface layer can be achieved without damaging the substrate and surrounding areas.
Durch die erfindungsgemäße Mikrostrukturierung wird mit sehr geringem Aufwand zweierlei erreicht.The microstructuring according to the invention achieves two things with very little effort.
Einerseits kann die Oberflächenschicht in den genannten Bereichen vollständig abgetragen werden, ohne dass das Substrat dabei beschädigt wird, weil die Flüssigkeit auf letzteres eine weniger (vorzugsweise gar keine) ätzende Wirkung hat. Zugleich wird durch das lokale Aufheizen der Oberflächenschicht in den abzutragenden Bereichen, wodurch vorzugsweise ausschließlich diese Bereiche aufgeheizt werden, ein gut lokalisiertes, auf diese Bereiche beschränktes Abtra- gen der Oberflächenschicht ermöglicht. Das ergibt sich aus der Tatsache, dass die ätzende Wirkung der Flüssigkeit typischerweise mit zunehmender Temperatur zunimmt, so dass eine Beschädigung der Oberflächenschicht in benachbarten, nicht aufgeheizten Bereichen durch evtl. dorthin gelangende Teile der ätzenden Flüssigkeit weitgehend vermieden wird.On the one hand, the surface layer in the said areas can be completely removed without damaging the substrate, because the liquid has a less (preferably no) corrosive effect on the latter. At the same time is through The local heating of the surface layer in the areas to be removed, whereby preferably only these areas are heated, allows a well-localized, limited to these areas Abtra- surface layer. This results from the fact that the corrosive action of the liquid typically increases with increasing temperature, so that damage to the surface layer in adjacent, unheated areas is largely avoided by possibly reaching there parts of the etching liquid.
Die dielektrische Schicht, die auf dem Wafer abgeschieden wird, dient der Passivierung und/oder als Antireflexionsschicht . Die dielektrische Schicht ist bevorzugt ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus SiNx, SiO2, SiOx, MgF2, TiO2, SiCx und Al2O3.The dielectric layer deposited on the wafer serves for passivation and / or as an antireflection layer. The dielectric layer is preferably selected from the group consisting of SiN x , SiO 2 , SiO x , MgF 2 , TiO 2 , SiC x and Al 2 O 3 .
Es ist auch möglich, dass mehrere derartige Schichten übereinander abgeschieden werden.It is also possible that several such layers are deposited one above the other.
Vorzugsweise wird die Emitterdiffusion und die Dotierung in Schritt c) mit einem H3PO4, H3PO3 und/oder POCl3 enthaltenden Flüssigkeitsstrahl, in den ein La- serstrahl eingekoppelt ist, durchgeführt.The emitter diffusion and the doping in step c) are preferably carried out with a liquid jet containing H 3 PO 4 , H 3 PO 3 and / or POCl 3 into which a laser beam is coupled.
Der Dotierstoff ist vorzugsweise ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Phosphor, Bor, Indium, Gallium und Mischungen hiervon, insbesondere Phosphorsäure, Phosphorige Säure, Lösungen von Phosphaten und Hydro- genphosphaten, Borax, Borsäure, Boraten und Perboraten, Borverbindungen, Galliumverbindungen und deren Mischungen.The dopant is preferably selected from the group consisting of phosphorus, boron, indium, gallium and mixtures thereof, in particular phosphoric acid, phosphorous acid, solutions of phosphates and hydrogen phosphates, borax, boric acid, borates and perborates, boron compounds, gallium compounds and mixtures thereof.
Eine weitere bevorzugte Variante sieht vor, dass die Mikrostrukturierung, die Emitterdiffusion und die Bordotierung simultan mit einem flüssigkeitsstrahlge- führten Laser durchgeführt werden.A further preferred variant provides that the microstructuring, the emitter diffusion and the Boron doping can be carried out simultaneously with a flüssigkeitsstrahlge- led laser.
Eine weitere erfindungsgemäße Variante umfasst, dass bei der Präzisionsbearbeitung im Anschluss an dieA further variant according to the invention comprises that in precision machining following the
Mikrostrukturierung eine Dotierung des mikrostrukturierten Silicium-Wafers und simultan die Emitterdiffusion auf der Rückseite des Wafers erfolgt und der Flüssigkeitsstrahl einen Dotierstoff enthält.Microstructuring a doping of the microstructured silicon wafer and simultaneously the emitter diffusion takes place on the back of the wafer and the liquid jet contains a dopant.
Dies lässt sich dadurch realisieren, dass anstelle der den mindestens einen Dotierstoff enthaltenden Flüssigkeit eine mindestens eine das Festkörpermaterial ätzende Verbindung enthaltende Flüssigkeit ver- wendet wird. Diese Variante ist besonders bevorzugt, da in der gleichen Vorrichtung zunächst die Mikrostrukturierung und durch den Austausch der Flüssigkeiten anschließend die Dotierung durchgeführt werden kann. Alternativ kann die Mikrostrukturierung auch mittels eines Aerosol-Strahls durchgeführt werden, wobei bei dieser Variante nicht zwingend Laserstrahlung erforderlich ist, da vergleichbare Ergebnisse dadurch erreicht werden können, dass das Aerosol bzw. dessen Komponenten vorgeheizt werden.This can be realized by using, instead of the liquid containing the at least one dopant, a liquid containing at least one compound which etches the solid material. This variant is particularly preferred, since in the same device first the microstructuring and then by the exchange of the liquids, the doping can be carried out. Alternatively, the microstructuring can also be carried out by means of an aerosol jet, wherein laser radiation is not necessarily required in this variant, since comparable results can be achieved by preheating the aerosol or its components.
Das erfindungsgemäße Verfahren bedient sich, bevorzugt für Mikrostrukturierung und Dotierung sowie die Emitterdiffusion, eines technischen Systems, bei dem ein Flüssigkeitsstrahl, der mit verschiedenen Chemi- kaliensystemen bestückt sein kann, als flüssigerThe inventive method uses, preferably for microstructuring and doping as well as the emitter diffusion, a technical system in which a liquid jet, which can be equipped with different chemical saliency systems, as a liquid
Lichtleiter für einen Laserstrahl dient. Der Laserstrahl wird über eine spezielle Einkopplungsvorrich- tung in den Flüssigkeitsstrahl eingekoppelt und durch interne Totalreflexion geführt. Auf diese Weise wird eine zeit- und ortgleiche Zufuhr von Chemikalien und Laserstrahl zum Prozessherd garantiert. Das Laser- licht nimmt dabei verschiedene Aufgaben wahr: Zum einen ist es in der Lage, an der Auftreffstelle auf der Substratoberfläche diese lokal aufzuheizen, optional dabei zu schmelzen und im Extremfall zu verdampfen. Durch das zeitgleiche Auftreffen von Chemikalien auf die beheizte Substratoberfläche können chemische Prozesse aktiviert werden, die unter Standardbedingungen nicht ablaufen, weil sie kinetisch gehemmt oder ther- modynamisch ungünstig sind. Neben der thermischen Wirkung des Laserlichts ist auch eine photochemische Aktivierung möglich, dahingehend, dass das Laserlicht an der Oberfläche des Substrats beispielsweise Elektronen-Lochpaare generiert, die den Ablauf von Redoxreaktionen in diesem Bereich fördern oder gar erst ermöglichen können.Light guide for a laser beam is used. The laser beam is coupled into the liquid jet via a special coupling device and guided by total internal reflection. In this way, a time and place same supply of chemicals and laser beam to the process stove is guaranteed. The laser licht performs various tasks: On the one hand, it is able to locally heat it up at the point of impact on the substrate surface, optionally melting it and, in extreme cases, evaporating it. The simultaneous impact of chemicals on the heated substrate surface can activate chemical processes that do not occur under standard conditions because they are kinetically inhibited or thermodynamically unfavorable. In addition to the thermal effect of the laser light and a photochemical activation is possible, to the effect that the laser light generated on the surface of the substrate, for example, electron-hole pairs that promote the process of redox reactions in this area or even make it possible.
Der Flüssigkeitsstrahl sorgt neben der Fokussierung des Laserstrahls und der Chemikalienzufuhr auch für eine Kühlung der randständigen Bereiche des Prozess- herds und für einen schnellen Abtransport der Reaktionsprodukte. Letztgenannter Aspekt ist eine wichtige Voraussetzung für die Förderung und Beschleunigung schnell ablaufender chemischer (Gleichgewichts- ) Prozesse. Die Kühlung der randständigen Bereiche, welche nicht in die Reaktion involviert und vor allem dem Materialabtrag nicht unterworfen sind, können durch den Kühleffekt des Strahls vor thermischen Spannungen und daraus resultierenden kristallinen Schädigungen geschützt werden, was ein schädigungsarmes oder schä- digungsfreies Strukturieren der Solarzellen ermöglicht. Darüber hinaus verleiht der Flüssigkeitsstrahl den zugeführten Stoffen durch seine hohe Fließgeschwindigkeit einen erheblichen mechanischen Impuls, der besonders dann wirksam wird, wenn der Strahl auf eine geschmolzene Substratoberfläche trifft. Laserstrahl und Flüssigkeitsstrahl bilden zusammen ein neues Prozesswerkzeug, das in seiner Kombination prinzipiell den Einzelsystemen, aus denen es besteht, überlegen ist.In addition to the focusing of the laser beam and the supply of chemicals, the liquid jet also ensures cooling of the marginal areas of the process hearth and rapid removal of the reaction products. The latter aspect is an important prerequisite for promoting and accelerating rapid chemical (equilibrium) processes. The cooling of the marginal areas, which are not involved in the reaction and especially not subject to material removal, can be protected by the cooling effect of the beam from thermal stresses and resulting crystalline damage, which allows a low-damage or damage-free structuring of the solar cells. In addition, due to its high flow rate, the liquid jet imparts a considerable mechanical impulse to the substances supplied, which becomes particularly effective when the jet strikes a molten substrate surface. The laser beam and the liquid jet together form a new process tool, which in its combination is superior in principle to the individual systems that make it up.
Die metallhaltige Keimschicht wird vorzugsweise durch Aufdampfen, Sputtern oder durch Reduktion aus wässri- ger Lösung abgeschieden. Die metallhaltige Keimschicht enthält dabei vorzugsweise ein Metall aus der Gruppe Aluminium, Nickel, Titan, Chrom, Wolfram, Silber und deren Legierungen.The metal-containing seed layer is preferably deposited by vapor deposition, sputtering or by reduction from aqueous solution. The metal-containing seed layer preferably contains a metal from the group aluminum, nickel, titanium, chromium, tungsten, silver and their alloys.
Nach Aufbringung der Keimschicht wird diese vorzugsweise thermisch behandelt, z.B. durch Laser- Annealing.After application of the seed layer, it is preferably thermally treated, e.g. by laser annealing.
Nach Aufbringen der metallhaltigen Keimschicht erfolgt vorzugsweise eine zumindest bereichsweise Verdickung der Keimschicht durch galvanische Abscheidung einer Metallisierung, insbesondere von Silber oderAfter application of the metal-containing seed layer is preferably carried out at least partially thickening of the seed layer by electrodeposition of a metallization, in particular of silver or
Kupfer, wodurch eine Kontaktierung der Rückseite des Wafers erfolgt .Copper, whereby a contacting of the back of the wafer takes place.
Vorzugsweise wird ein möglichst laminarer Flüssig- keitsstrahl zur Durchführung des Verfahrens verwendet. Der Laserstrahl kann dann in besonders effektiver Weise durch Totalreflexion in dem Flüssigkeits- strahl geführt werden, so dass letzterer die Funktion eines Lichtleiters erfüllt. Das Einkoppeln des Laser- Strahls kann z.B. durch ein zu einer Strahlrichtung des Flüssigkeitsstrahls senkrecht orientiertes Fenster in einer Düseneinheit erfolgen. Das Fenster kann dabei auch als Linse zum Fokussieren des Laserstrahls ausgeführt sein. Alternativ oder zusätzlich kann auch eine von dem Fenster unabhängige Linse zum Fokussieren oder Formen des Laserstrahls verwendet werden. Die Düseneinheit kann dabei bei einer besonders einfachen Ausführung der Erfindung so ausgelegt sein, dass die Flüssigkeit von einer Seite oder von mehreren Seiten in zur Strahlrichtung radialer Richtung zugeführt wird.Preferably, a liquid jet which is as laminar as possible is used to carry out the process. The laser beam can then be guided in a particularly effective manner by total reflection in the liquid jet, so that the latter fulfills the function of a light guide. The coupling of the laser beam can be done for example by a perpendicular to a beam direction of the liquid jet window in a nozzle unit. The window can also be designed as a lens for focusing the laser beam. Alternatively or additionally, a lens independent of the window can also be used to focus or shape the laser beam. The nozzle unit can be designed in a particularly simple embodiment of the invention so that the liquid is supplied from one side or from several sides in the jet direction radial direction.
Als verwendbare Lasertypen sind bevorzugt:Preferred laser types are:
Verschiedene Festkörperlaser, insbesondere die kom- merziell häufig eingesetzten Nd-YAG-Laser der Wellenlänge 1064 nm, 532 nm, 355 nm, 266 nm und 213 nm, Diodenlaser mit Wellenlängen < 1000 nm, Argon-Ionen- Laser der Wellenlänge 514 bis 458 nm und Excimer- Laser (Wellenlängen: 157 bis 351 nm) .Various solid-state lasers, in particular the commercially frequently used Nd-YAG lasers of wavelength 1064 nm, 532 nm, 355 nm, 266 nm and 213 nm, diode lasers with wavelengths <1000 nm, argon ion lasers of wavelength 514 to 458 nm and excimer lasers (wavelengths: 157 to 351 nm).
Tendenziell steigt die Qualität der Mikrostrukturie- rung mit sinkender Wellenlänge an, weil dabei zunehmend die durch den Laser induzierte Energie in der Oberflächenschicht immer besser an der Oberfläche konzentriert wird, was tendenziell zur Verringerung der Wärmeeinflusszone und damit verbunden zur Verringerung der kristallinen Schädigung im Material, vor allem im phosphordotierten Silizium unterhalb der Passivierungsschicht führt.The quality of the microstructuring tends to increase with decreasing wavelength because increasingly the energy induced by the laser in the surface layer is increasingly concentrated at the surface, which tends to reduce the heat affected zone and thus reduce the crystalline damage in the material. especially in phosphorus doped silicon below the passivation layer leads.
Als besonders effektiv erweisen sich in diesem Zusammenhang blaue Laser und Laser im nahen UV-Bereich (z.B. 355 nm) mit Pulslängen im Femtosekunden- bis Nanosekundenbereich. Durch den Einsatz insbesondere kurzwelligen Laserlichts besteht darüber hinaus dieIn this context, blue lasers and lasers in the near UV range (for example 355 nm) with pulse lengths in the femtosecond to nanosecond range are particularly effective. Through the use of shortwave laser light in particular there is the
Option einer direkten Generation von Elektronen/Loch- Paaren im Silizium, die für den elektrochemischen Prozess bei der Nickelabscheidung genutzt werden können (photochemische Aktivierung) . So können bei- spielsweise durch Laserlicht generierte freie Elektronen im Silizium zusätzlich zum oben bereits be- schriebenen Redoxprozess der Nickel-Ionen mit phosphoriger Säure direkt zur Reduktion von Nickel an der Oberfläche beitragen. Diese Elektronen/Loch- Generation kann durch permanente Beleuchtung der Pro- be mit definierten Wellenlängen (insbesondere im nahen UV mit λ≤355 nm) während des Strukturierungspro- zesses permanent aufrechterhalten werden und den Me- tallkeimbildungsprozess nachhaltig fördern.Option of a direct generation of electron / hole pairs in silicon, which can be used for the electrochemical process in nickel deposition (photochemical activation). For example, free electrons generated in the silicon by laser light can be used in addition to those already described above. described redox process of nickel ions with phosphorous acid directly contribute to the reduction of nickel on the surface. This electron / hole generation can be permanently maintained by permanent illumination of the sample with defined wavelengths (especially in the near UV with λ≤355 nm) during the structuring process and sustainably promote the metal nucleation process.
Hierzu kann die Solarzelleneigenschaft ausgenutzt werden, um über den p-n-Übergang die Überschlussla- dungsträger zu trennen und damit die n- leitende Oberfläche negativ aufzuladen.For this purpose, the solar cell property can be exploited in order to separate the superconducting charge carriers via the p-n junction and thus negatively charge the n-conducting surface.
Eine weitere bevorzugte Variante des erfindungsgemä- ßen Verfahrens sieht vor, dass der Laserstrahl in zeitlicher und/oder räumlicher Pulsform aktiv eingestellt wird. Hierzu zählt die Flattop-Form, ein M-Profil oder ein Rechteckpuls.A further preferred variant of the method according to the invention provides that the laser beam is actively set in temporal and / or spatial pulse shape. These include the flattop shape, an M-profile or a rectangular pulse.
Erfindungsgemäß wird ebenso eine Solarzelle bereitgestellt, die nach dem zuvor beschriebenen Verfahren herstellbar ist.The invention likewise provides a solar cell which can be produced by the method described above.
Anhand der nachfolgenden Figur und dem nachfolgendenWith reference to the following figure and the following
Beispiel soll der erfindungsgemäße Gegenstand näher erläutert werden, ohne diesen auf die hier gezeigten speziellen Ausführungsformen einschränken zu wollen.By way of example, the object according to the invention will be explained in more detail, without wishing to restrict it to the specific embodiments shown here.
Fig. 1 zeigt eine Ausführungsform der erfindungsgemäß hergestellten Solarzelle.Fig. 1 shows an embodiment of the solar cell according to the invention.
Die erfindungsgemäße Solarzelle 1 in Fig. 1 weist einen Wafer auf n-Silicium-Basis 2 auf, der auf der Rückseite mit einem elektrischen Feld (n+ Back Surfa- ce Field) 3 beschichtet ist. Auf dieser Schicht ist eine Passivierungsschicht 4 angeordnet. In definierten Bereichen auf der Rückseite des Wafers sind p++- Emitter 5, 5' und 5' ' und p-Metallfinger 6, 6' und 6'' angeordnet. Hierzu benachbart sind Bereiche ange- ordnet, die elektrische Felder auf der Rückseite (n++-Back Surface Fields) 7, 7', 7' ' und n-Metall- finger 8, 8' , 8'' aufweisen. Auf der Frontseite des Wafers 2 ist ein n+-Front Surface Field 9 sowie eine Passivierungsschicht 10 angeordnet.The solar cell 1 according to the invention in FIG. 1 has an n-silicon-based wafer 2, which is coated on the rear side with an electric field (n + Back Surfaces Field) 3. On this layer is a passivation layer 4 is arranged. In defined areas on the back side of the wafer, p ++ emitters 5, 5 'and 5 "and p-metal fingers 6, 6' and 6" are arranged. To this end, areas are arranged which have electrical fields on the rear side (n ++ back surface fields) 7, 7 ', 7 "and n-metal fingers 8, 8', 8". On the front side of the wafer 2, an n + front surface field 9 and a passivation layer 10 is arranged.
Beispiel 1example 1
Ein drahtgesägter Wafer mit einer n-Typ-Grunddotie- rung wird zunächst einer Schadensätze zur Beseitigung des Drahtsägeschadens unterzogen, wobei diese Schadensätze in 40 %-iger KOH bei 80 0C 20 Minuten lang durchgeführt wird. Es folgt eine einseitige Texturie- rung des Wafers in 1 %-iger KOH bei 98 0C (Dauer ca. 35 Minuten) . In einem folgenden Schritt erfolgt eine Abscheidung eines Front Surface Fields (FSF) auf der Frontseite des Wafers und eines Back Surface Fields (BSF) auf der Rückseite des Wafers. Diese Schritte werden simultan durch Phosphor-Diffusion im Rohrofen unter Verwendung von POCl3 als Phosphorquelle durch- geführt. Der Schichtwiderstand dieser schwachdotierten Schicht liegt in einem Bereich von 100 bis 400 Ohm/Sq. Im Anschluss wird eine dünne thermische Oxidschicht im Rohrofen hergestellt. Die Dicke der Oxidschicht liegt hierbei in einem Bereich von 6 bis 15 nm. Im folgenden Prozessschritt erfolgt eineA wire sawn wafer having an n-type basic doping tion is first subjected to a damage etch to remove the Drahtsägeschadens, said loss ratios in 40% KOH is carried out at 80 C for 20 minutes 0th There follows a one-sided texturing tion of the wafer in 1% KOH at 98 0 C (duration about 35 minutes). In a subsequent step, a front surface field (FSF) is deposited on the front of the wafer and a back surface field (BSF) on the back of the wafer. These steps are carried out simultaneously by phosphorus diffusion in the tube furnace using POCl 3 as the phosphorus source. The sheet resistance of this lightly doped layer is in a range of 100 to 400 ohms / sq. Subsequently, a thin thermal oxide layer is produced in the tube furnace. The thickness of the oxide layer is in this case in a range of 6 to 15 nm. In the following process step, a
PECVD-Abscheidung von Siliciumnitrid (Brechungsindex n = 2,0 bis 2,1, Dicke der Schicht: etwa 60 nm) auf der Front- und Rückseite des Wafers. Der so behandelte Wafer wird im Anschluss mit dem Flüssigkeitsstrahl auf der Rückseite strukturiert. Hierbei erfolgt die Ausbildung des selektiven back surface fields (BSF) mit Hilfe eines Lasers, der in einen Flüssigkeitsstrahl eingekoppelt ist (sog. laser chemical proces- sing, LCP) . Als Strahltnedium wird 85 %-ige Phosphorsäure eingesetzt. Die Linienbreite der Strukturen be- trägt etwa 30 μm und der Abstand zwischen den Strukturen 1 bis 3 mm. Es wird dabei ein Nd:YAG-Laser bei 532 nm (P = 7 W) eingesetzt. Die Fahrgeschwindigkeit beträgt 400 mm/s. Ein auf diese Weise dotierter Bereich besitzt einen Widerstand von 10 bis 50 Ohm/sq. Im Anschluss erfolgt die Bildung eines lokalen Emitters auf der Rückseite mittels LCP, wofür Borsäure (c = 40 g/L) eingesetzt wird. Die Linienbreite beträgt etwa 30 μm und der Abstand zwischen zwei Kontaktfingern 1 bis 3 mm. Auch hier sind Laserparameter und Fahrgeschwindigkeit zu den beiden vorherigen Verfahrensschritten identisch. Der Ξchichtwiderstand beträgt hier zwischen 10 und 60 Ohm/Sq. Anschließend erfolgt eine stromlose Abscheidung auf dem Emitter und auf dem back surface field zur Bildung einer Keimschicht. Hierbei wird eine Metallisierungslösung eingesetzt, die NaPH2O2, NiCl2, einen Stabilisator, einen Komplexbildner für Ni2+- Ionen, wie z.B. Zitronensäure, enthält. Die Badtemperatur beträgt 90 0C. Im Anschluss erfolgt ein Sintern der Rückseitenkon- takte bei Temperaturen von 300 bis 500 0C in einerPECVD deposition of silicon nitride (refractive index n = 2.0 to 2.1, thickness of the layer: about 60 nm) on the front and back of the wafer. The wafer treated in this way is subsequently structured with the liquid jet on the back. Here the formation of the selective back surface fields (BSF) takes place with the help of a laser, which is coupled into a liquid jet (so-called laser chemical proces- ses, LCP). As Strahltnedium 85% phosphoric acid is used. The line width of the structures is about 30 μm and the distance between the structures is 1 to 3 mm. An Nd: YAG laser at 532 nm (P = 7 W) is used. The driving speed is 400 mm / s. An area doped in this way has a resistance of 10 to 50 ohms / sq. This is followed by the formation of a local emitter on the back using LCP, for which boric acid (c = 40 g / L) is used. The line width is about 30 microns and the distance between two contact fingers 1 to 3 mm. Again, laser parameters and speed are identical to the previous two steps. The layer resistance here is between 10 and 60 ohms / sq. Subsequently, an electroless deposition takes place on the emitter and on the back surface field to form a seed layer. In this case, a metallization solution is used which contains NaPH 2 O 2 , NiCl 2 , a stabilizer, a complexing agent for Ni 2+ ions, such as citric acid. The bath temperature is 90 0 C. After sintering of the all back contacts takes place at temperatures of 300 to 500 0 C in a
Formiergasatmosphäre (N2H2) . Abschließend erfolgt eine galvanische Abscheidung von Silber oder Kupfer zur Verdickung der Front-, Emitter- und Basis-Rückseitenkontakte bis zu einer Dicke der Kontakte von etwa 10 μm. Für das galvanische Bad werden als Silberquelle hier Silbercyanid (c = 1 mol/L) eingesetzt. Die Badtemperatur beträgt 25 0C, die angelegte Spannung an der Waferrückseite 0,3 V. Forming gas atmosphere (N 2 H 2 ). Finally, a galvanic deposition of silver or copper to thicken the front, emitter and base back contacts up to a thickness of the contacts of about 10 microns. Silver cyanide (c = 1 mol / L) is used as the silver source for the galvanic bath. The bath temperature is 25 0 C, the applied voltage at the back of the wafer 0.3 V.

Claims

Patentansprüche claims
1. Verfahren zur Herstellung von Solarzellen mit Rückseitenkontaktierung, bei dem1. A process for the production of solar cells with back contact, in which
a) zumindest die Rückseite eines Wafers zumindest bereichsweise mit mindestens einer dielektri- sehen Schicht beschichtet wird,a) at least the rear side of a wafer is coated at least in regions with at least one dielectric layer,
b) eine Mikrostrukturierung der mindestens einen dielektrischen Schicht erfolgt,b) a microstructuring of the at least one dielectric layer takes place,
c) simultan eine zumindest bereichsweise Emitterdiffusion oder eine Diffusion des rückseitigen elektrischen Feldes (BSF) an der Rückseite desc) simultaneous at least in some areas emitter diffusion or diffusion of the rear electric field (BSF) at the back of the
Wafers und eine Dotierung der mikrostrukturierten Oberflächenbereiche auf der Wafer-Rückseite erfolgt, indem mindestens ein auf die Oberflächen des Wafers gerichteter und mindestens ei- nen Dotierstoff enthaltender Flüssigkeitsstrahl über zu behandelnde Bereiche der Oberfläche geführt wird, wobei die Oberfläche vorher oder gleichzeitig durch einen Laserstrahl lokal aufgeheizt wird,Wafers and a doping of the microstructured surface areas on the wafer backside is carried out by at least one directed onto the surfaces of the wafer and at least one dopant liquid jet containing liquid to be treated areas of the surface, the surface before or simultaneously by a laser beam locally is heated up,
d) eine metallhaltige Keimschicht auf der Rückseite des Wafers zumindest bereichsweise abgeschieden wird undd) a metal-containing seed layer is deposited at least in regions on the backside of the wafer, and
e) eine zumindest bereichsweise galvanische Abscheidung einer Metallisierung auf der Rücksei- te des Wafers zu dessen rückseitiger Kontaktie- rung erfolgt . e) an at least partially galvanic deposition of a metallization on the back side of the wafer for its back contacting takes place.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Mikrostruktu- rierung durch Behandlung der Oberfläche mit einem trockenen Laser oder einem wasserstrahl- geführten Laser oder einem ein Ätzmittel enthaltenden flüssigkeitsstrahl-geführtem Laser erfolgt, indem ein auf die Oberfläche des Festkörpers gerichteter und mindestens ein Ätzmittel für den Wafer enthaltender Flüssigkeitsstrahl über zu strukturierende Bereiche der Oberfläche geführt wird, wobei die Oberfläche vorher oder gleichzeitig durch einen Laserstrahl lokal aufgeheizt wird.2. The method according to claim 1, characterized in that the microstructuring is carried out by treating the surface with a dry laser or a water jet guided laser or an etchant-containing liquid jet-guided laser by a directed to the surface of the solid and at least an etchant for the wafer-containing liquid jet is guided over regions of the surface to be structured, the surface being heated locally or simultaneously by a laser beam.
3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Ätzmittel auf die mindestens eine dielektrische Schicht eine stärker ätzende Wirkung als auf das Substrat hat und insbesondere ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus H3PO4, H3PO3, PCl3, PCl5, POCl3, KOH, HF/HNO3, HCl, Chlorverbindungen, Schwefelsäure und Mischungen hiervon.3. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the etchant has a more corrosive effect on the at least one dielectric layer than on the substrate and in particular is selected from the group consisting of H 3 PO 4 , H 3 PO 3 , PCl 3 , PCl 5 , POCl 3 , KOH, HF / HNO 3 , HCl, chlorine compounds, sulfuric acid and mixtures thereof.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche , dadurch gekennzeichnet, dass die dielektrische Schicht ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus SiNx, SiO2, SiOx, MgF2, TiO2, SiCx und Al2O3.4. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the dielectric layer is selected from the group consisting of SiN x , SiO 2 , SiO x , MgF 2 , TiO 2 , SiC x and Al 2 O 3 .
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche , dadurch gekennzeichnet, dass die Emitterdiffusion und die Dotierung des rück- seitigen elektrischen Feldes mit einem H3PO4, H3PO3 und/oder POCl3 enthaltenden Flüssigkeits- strahl, in den ein Laserstrahl eingekoppelt ist, durchgeführt wird.5. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the emitter diffusion and the doping of the back side electric field with a H 3 PO 4 , H 3 PO 3 and / or POCl 3 containing liquid jet into which a laser beam is coupled, is performed.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche , dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Dotierstoff ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Phosphor, Bor, Aluminium, Indium,6. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the at least one dopant is selected from the group consisting of phosphorus, boron, aluminum, indium,
Gallium und Mischungen hiervon, insbesondere Phosphorsäure, Phosphorige Säure, Lösungen von Phosphaten und Hydrogenphosphaten, Borax, Borsäure, Boraten und Perboraten, Borverbindungen, Galliumverbindungen und derenGallium and mixtures thereof, in particular phosphoric acid, phosphorous acid, solutions of phosphates and hydrogen phosphates, borax, boric acid, borates and perborates, boron compounds, gallium compounds and their
Mischungen.Mixtures.
7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Mikrostruktu- rierung, die Dotierung des rückseitigen elektrischen Feldes und die Emitterdiffusion simultan mit einem flüssigkeitsstrahlgeführten Laser durchgeführt werden.7. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the Mikrostruktu- ration, the doping of the back electric field and the emitter diffusion are performed simultaneously with a liquid jet laser.
8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die metallhaltige Keimschicht durch Aufdampfen, Sputtern oder durch Reduktion aus wässriger Lösung abgeschieden wird. 8. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the metal-containing seed layer is deposited by vapor deposition, sputtering or by reduction from aqueous solution.
9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die metallhaltige Keimschicht ein Metall aus der Gruppe Aluminium, Nickel, Titan, Chrom, Wolfram, Silber und deren Legierungen enthält.9. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the metal-containing seed layer contains a metal from the group aluminum, nickel, titanium, chromium, tungsten, silver and their alloys.
10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass nach der Aufbringung der Keimschicht diese thermisch behandelt wird, insbesondere durch Laser-Annealing .10. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that after the application of the seed layer, this is thermally treated, in particular by laser annealing.
11. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprü- che, dadurch gekennzeichnet, dass nach Aufbringen der metallhaltigen Keimschicht eine zumindest bereichsweise Verdickung der Keimschicht durch galvanische Abscheidung einer Metallisierung, insbesondere von Silber oder Kupfer, erfolgt, wodurch eine Verdickung der Emitter- und der Ba- sis-Metallgrids erfolgt.11. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that after application of the metal-containing seed layer at least partially thickening of the seed layer by electrodeposition of a metallization, in particular of silver or copper, takes place, whereby a thickening of the emitter and the Ba sis metal grids done.
12. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Laserstrahl durch Totalreflexion im Flüssigkeitsstrahl geführt wird.12. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the laser beam is guided by total reflection in the liquid jet.
13. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Flüssigkeits- strahl laminar ist.13. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the liquid beam is laminar.
14. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche , dadurch gekennzeichnet, dass der Flüssigkeitsstrahl einen Durchmesser von 10 bis 500 μm hat.14. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the liquid jet has a diameter of 10 to 500 microns.
15. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Laserstrahl in zeitlicher und/oder räumlicher Pulsform, insbesondere Flattop-Form, M- Profil oder Rechteckpuls, aktiv eingestellt wird.15. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the laser beam in temporal and / or spatial pulse shape, in particular Flattop-form, M-profile or rectangular pulse, is set active.
16. Solarzelle herstellbar nach dem Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche. 16. The solar cell can be produced by the method according to one of the preceding claims.
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Families Citing this family (16)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102201493A (en) * 2011-04-02 2011-09-28 周明 High-speed precision crystal silicon laser etching apparatus and method
US9559228B2 (en) * 2011-09-30 2017-01-31 Sunpower Corporation Solar cell with doped groove regions separated by ridges
CN102437242B (en) * 2011-12-05 2014-06-25 天威新能源控股有限公司 Method for opening passivation layer on back surface of solar cell
CN102842646A (en) * 2012-05-30 2012-12-26 浙江晶科能源有限公司 Preparation method of interdigitated back-contact battery based on N-type substrate
DE102012214011A1 (en) * 2012-07-23 2014-05-15 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. Method for layer and regioselective removal of metal-containing solid layer from solid layer e.g. film, in mold body for semiconductor substrate for solar cell, involves stripping metal-containing layer by mechanical effect of fluid jet
US9379258B2 (en) 2012-11-05 2016-06-28 Solexel, Inc. Fabrication methods for monolithically isled back contact back junction solar cells
WO2014137283A1 (en) * 2013-03-05 2014-09-12 Trina Solar Energy Development Pte Ltd Method of fabricating a solar cell
CN103367539B (en) * 2013-06-26 2015-09-09 英利集团有限公司 The manufacture method of IBC solar cell and IBC solar cell
KR101424538B1 (en) * 2013-06-28 2014-08-04 주식회사 엔씨디 The method for manufacturing the back contact type solar cell
US9653638B2 (en) 2013-12-20 2017-05-16 Sunpower Corporation Contacts for solar cells formed by directing a laser beam with a particular shape on a metal foil over a dielectric region
CN103956410A (en) * 2014-05-09 2014-07-30 苏州阿特斯阳光电力科技有限公司 Manufacturing method of N-type back junction solar battery
DE102014109179B4 (en) * 2014-07-01 2023-09-14 Universität Konstanz Method for producing differently doped areas in a silicon substrate, in particular for a solar cell, and solar cell with these differently doped areas
DE102015213473A1 (en) * 2015-07-17 2017-01-19 Robert Bosch Gmbh Production method for a micromechanical window structure and corresponding micromechanical window structure
CN209389043U (en) * 2018-11-27 2019-09-13 晶澳（扬州）太阳能科技有限公司 Crystal silicon solar energy battery and photovoltaic module
CN113948611B (en) * 2021-10-15 2023-12-01 浙江爱旭太阳能科技有限公司 P-type IBC battery, preparation method thereof, assembly and photovoltaic system
CN117374158B (en) * 2023-10-17 2024-05-31 扬州大学 Preparation method of BC structure solar cell based on photoinduced doping

Family Cites Families (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5538564A (en) * 1994-03-18 1996-07-23 Regents Of The University Of California Three dimensional amorphous silicon/microcrystalline silicon solar cells
CA2330426C (en) * 1998-04-30 2007-11-13 Synova S.A. Material shaping device with a laser beam which is injected into a stream of liquid
DE10150040A1 (en) * 2001-10-10 2003-04-17 Merck Patent Gmbh Etching passivating and antireflection layers made from silicon nitride on solar cells comprises applying a phosphoric acid and/or etching medium containing a salt of phosphoric acid the surface regions to be etched
US6998288B1 (en) * 2003-10-03 2006-02-14 Sunpower Corporation Use of doped silicon dioxide in the fabrication of solar cells
EP1657020A1 (en) * 2004-11-10 2006-05-17 Synova S.A. Process and device for optimising the coherence of a fluidjet used for materialworking and fluid flow nozzle for such a device
DE102006003604A1 (en) * 2005-03-16 2006-11-23 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. Process for microstructuring solid surfaces
WO2007085452A1 (en) * 2006-01-25 2007-08-02 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. Process and device for the precision-processing of substrates by means of a laser coupled into a liquid stream, and use of same
DE102006042617B4 (en) * 2006-09-05 2010-04-08 Q-Cells Se Method for generating local contacts
DE102007010872A1 (en) * 2007-03-06 2008-09-18 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. Process for the precision machining of substrates and their use
WO2008137174A1 (en) * 2007-05-07 2008-11-13 Georgia Tech Research Corporation Formation of high quality back contact with screen-printed local back surface field

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
See references of WO2010099892A2 *

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Publication number Publication date
WO2010099892A2 (en) 2010-09-10
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CN102341921A (en) 2012-02-01
DE102009011305A1 (en) 2010-09-09
KR20110137299A (en) 2011-12-22
US20120138138A1 (en) 2012-06-07

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