EP2707908A1 - Method for producing a solar cell and arrangement for carrying out the method - Google Patents

Method for producing a solar cell and arrangement for carrying out the method

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Publication number
EP2707908A1
EP2707908A1 EP12711129.2A EP12711129A EP2707908A1 EP 2707908 A1 EP2707908 A1 EP 2707908A1 EP 12711129 A EP12711129 A EP 12711129A EP 2707908 A1 EP2707908 A1 EP 2707908A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
edge
control
solar cell
cutting tool
camera
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP12711129.2A
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Roland Gauch
Martin Doering
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Robert Bosch GmbH filed Critical Robert Bosch GmbH
Publication of EP2707908A1 publication Critical patent/EP2707908A1/en
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • H01L31/1804—Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment of these devices or of parts thereof comprising only elements of Group IV of the Periodic Table
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    • B23K26/362—Laser etching
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    • Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product

Definitions

  • the invention relates to a method for producing a solar cell on a crystalline semiconductor substrate, in particular a crystalline silicon solar cell, which has a deviating from the semiconductor substrate doped surface layer and connection areas on both substrate surfaces, wherein along the outer edge in one of the two substrate surfaces, a separating section through the surface layer in the semiconductor substrate is generated for the electrical insulation of the two substrate surfaces.
  • a flat silicon wafer having a p-type doping is used as the semiconductor substrate in generic methods.
  • This p-doped substrate is also called base.
  • an n-doped region is created, the so-called emitter. Between emitter and base creates a pn junction at which the charge carriers generated by the incident solar radiation are separated, so that they can be supplied to two spatially separate contacts and electrical power can be tapped via an external circuit.
  • front and back emitters of such solar cells are formed contiguous and extending around the wafer edge. Since both front and rear electrical contacts are provided (typically a full-surface metallization on the back side), the front and back sides of a crystalline solar cell must be electrically insulated from one another at the edges in order to minimize short circuits. This electrical insulation is usually effected by a near-edge separation cut by the front-side emitter, which extends into the p-doped material of the base.
  • FIG. 1 and Fig. 2 such a separation section in a plan view (detail view) and in a schematic cross-sectional view is shown.
  • the irregularity of the edge can also be seen in FIG.
  • FIG. 2 shows how, in a Si solar cell 1 with p-doped base 3 and edge-embracing n-doped emitter 5 and front passivation layer 7 and contact finger arrangement 9, a separating cut 11 intersects emitter 5 and extends into p base 3 ,
  • the area fraction of the wafer between the separating cut and the edge can not be used for power generation. Its width is around 200 pm with current technologies.
  • the entire wafer is recorded with a camera image.
  • a camera image usually, 16 megapixel cameras are used. This results in a resolution of about 40 pm per pixel for a 156 x 156 mm 2 solar cell. With the rule of thumb of 3 pixels per measuring unit, this results in an accuracy of the measuring system of about 120 pm. Due to this camera image, a laser is position-controlled as a cutting tool, so that the limited resolution of the underlying image limits the accuracy of the position control to a minimum of approximately 150 pm - 200 pm.
  • the invention thus enables a minimization of the unused area by a controlled beam guidance of the ablating laser beam.
  • the previously unused area can be used to generate electricity.
  • Wafer with the size 156 x 156 mm, an edge distance of 10 pm and an area of 24336 mm 2 results in an additional used area of about 87 mm 2 . This results in an increase in power generating area of about 0.36%.
  • Another advantage of the controlled edge insulation is its transferability to other solar cell sizes while maintaining the camera system.
  • many solar cell manufacturers are considering designing solar cells in 210 x 210 mm 2 format.
  • the existing system for realizing a 150 ⁇ m edge distance would then have to be equipped with a 27-megapixel camera.
  • the proposed in-line control based on fast distance measurement can be adapted to any new solar cell shape and size without significant change.
  • fast distance control will lead to lower system costs in the long run than single image capture.
  • the edge of the wafer and the Abtrag- or impact point of the edge-isolating tool is detected with a coaxial or mounted next to the laser optics image acquisition.
  • the information about the deviation from the setpoint (edge coordinates) is transmitted as an offset to the position control and regulates this online to the desired value. This can be done exactly parallel to the edge, regardless of the accuracy of the workpiece holder or other sources of error such.
  • the tool can follow exactly the partially broken edge of the wafer, to further reduce the edge distance.
  • the laser beam must be able to follow the edge during processing.
  • a laser beam is used as the cutting tool.
  • the method can also be practiced with other tools for producing the separating cut.
  • a camera is guided along the edge of the semiconductor substrate, images of an edge region are recorded continuously and the images are recorded in real time or quasi-real time Position determination of the edge processed and derived edge position data are introduced into a cutting path control of the cutting tool.
  • the ("regulated") guidance of the cutting tool following the edge course could also be realized on the basis of a scanning of the edge with a measuring beam, for example a laser triangulation sensor, or else mechanical probes or in another way.
  • the edge position data is determined using a smoothing function or processed in the cutting path control of the cutting tool, such that the track of the cutting tool has a predetermined smoothing with respect to the edge profile.
  • the smoothing function is adjustable. This design is specifically designed to avoid adverse oscillations in the leadership of the cutting tool with highly irregular edge course - in principle, the smoothing should be chosen but moderate, in order to exploit the advantages of the invention can.
  • the cutting path control has a coordinate control and for this purpose the plane coordinates of the edge are determined during the processing of the images of the edge region.
  • the cutting path control comprises an incremental position control based on incremental encoder signals from the image processing.
  • Ultrafast optical image processing is possible in the multi-kHz range.
  • fast line scan cameras can be used in conjunction with FGPAs.
  • Even faster control is possible with control speeds of over 10 kHz with CNN cameras. This can be readjusted even very entertaining positional deviations.
  • In the market are from the Monolithic interconnection of thin-film solar cells currently available Real-time tracking control for long-wave position deviations with 200 Hz control frequency available.
  • the device of the invention includes a position control unit of the cutting tool configured to continuously receive and process control signals during movement of the cutting tool and for corresponding positional adjustment.
  • a position-controlled holder carries a processing optics of a laser or has means for beam deflection.
  • the camera is designed and adjusted in such a way that it images only a partial area of the semiconductor substrate and a device for position-controlled movement of the camera and / or its imaging area is provided.
  • a simple and advantageous realization provides that the position-controlled mounting of the cutting tool is at the same time designed as a holder of the camera and thus as a device for its position-controlled movement.
  • a smoothing algorithm is implemented in the device for image processing and / or a downstream control unit of the position-controlled holder, to which in particular programming means for setting a smoothing function are assigned.
  • 1 is a plan view (detail view) of a conventionally provided with an edge insulation semiconductor substrate
  • FIG. 2 shows a schematic cross-sectional view of a solar cell provided with a front-side separating cut for edge insulation
  • FIG. 4 shows a block diagram of an embodiment of the arrangement according to the invention.
  • FIG. 5 shows a sketch-like representation of a modification of the embodiment according to FIG. 4.
  • FIG. 3 shows, based on FIG. 1, the possible displacement of a separating cut 11 'produced according to the invention towards the edge of the semiconductor substrate 1, compared to the separating cut 11, which is substantially further apart from the edge as a result of an overall imaging of the solar cell substrate is generated with unregulated guidance of the laser beam.
  • FIG. 4 shows schematically, in the manner of a block diagram, an arrangement 200 according to the invention for producing a separating cut 211 for edge insulation of a solar cell 201.
  • a camera 203 is mounted on a common guide 205 with a processing laser 207 or processing optics with associated modules above the solar cell 201 positioned so that their imaging area AV each captures a portion of the edge area.
  • the processing laser 207 and the optics is set and aligned such that a laser beam LB generated by it in each case at a predetermined distance (offset) impinges on the surface of the substrate 201 and there generates the separating cut 211.
  • the camera 203 is followed by an image processing device 209, in which the camera images are evaluated on the basis of a stored (known per se) algorithm for determining the respective edge profile of the solar cell substrate in the imaging area AV.
  • the image processing device 209 comprises a smoothing stage 209a for applying a smoothing function to the processing results, and is connected on the output side to a tool position control unit 211 for providing a corresponding position control signal.
  • the latter controls the feed (in the drawing into the drawing plane) as well as the common tracking of the lateral position of the processing laser 207 and the camera 203 symbolically marked by the double arrow via corresponding drives.
  • FIG. 5 An example of such a modification is sketch-like in Fig. 5, which is to be understood as a modified sectional view of Fig. 4. It shows a configuration in which the camera 203 uses a laser scanner optics 215 via a beam splitter 213 together with the processing laser (not shown here) which emits the laser beam LB. For suppression of interference from the laser beam LB, it still has an upstream filter 203a. With the arrangement, a coaxial arrangement of the laser beam and the camera imaging area and a completely synchronous movement of both is achieved.

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Abstract

The invention relates to a method for producing a solar cell on a crystalline semiconductor substrate (201), in particular a crystalline silicon solar cell comprising a surface layer doped differently from the semiconductor substrate and connection regions on both substrate surfaces, wherein a separating cut (211) is generated along the outer edge in one of the two substrate surfaces through the surface layer into the semiconductor substrate by means of a cutting tool guided at a predetermined distance from the edge in order to electrically insulate the two substrate surfaces from each other.

Description

Beschreibung  description
Titel title
Verfahren zur Herstellunq einer Solarzelle und Anordnung zur Durchführunq des Verfahrens Process for the preparation of a solar cell and arrangement for carrying out the process
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Solarzelle auf einem kristallinen Halbleitersubstrat, insbesondere einer kristallinen Silizium-Solarzelle, welche eine abweichend vom Halbleitersubstrat dotierte Oberflächenschicht sowie Anschlussbereiche auf beiden Substratoberflächen aufweist, wobei längs der Außenkante in einer der beiden Substratoberflächen ein Trennschnitt durch die Oberflächenschicht in das Halbleitersubstrat hinein zur elektrischen Isolierung der beiden Substratoberflächen erzeugt wird. Stand der Technik The invention relates to a method for producing a solar cell on a crystalline semiconductor substrate, in particular a crystalline silicon solar cell, which has a deviating from the semiconductor substrate doped surface layer and connection areas on both substrate surfaces, wherein along the outer edge in one of the two substrate surfaces, a separating section through the surface layer in the semiconductor substrate is generated for the electrical insulation of the two substrate surfaces. State of the art
Typischerweise wird in gattungsgemäßen Verfahren als Halbleitersubstrat ein flacher Silizium-Wafer eingesetzt, der eine p-Dotierung hat. Dieses p-dotierte Substrat wird auch Basis genannt. Auf der Vorderseite des Wafers ist ein n-dotierter Bereich erzeugt, der sogenannte Emitter. Zwischen Emitter und Basis entsteht ein pn-Übergang, an dem die durch die einfallende Sonnenstrahlung erzeugten Ladungsträger getrennt werden, so dass sie zwei voneinander räumlich getrennten Kontakten zugeführt werden können und über einen externen Stromkreis elektrische Leistung abgegriffen werden kann. Typically, a flat silicon wafer having a p-type doping is used as the semiconductor substrate in generic methods. This p-doped substrate is also called base. On the front side of the wafer, an n-doped region is created, the so-called emitter. Between emitter and base creates a pn junction at which the charge carriers generated by the incident solar radiation are separated, so that they can be supplied to two spatially separate contacts and electrical power can be tapped via an external circuit.
Es ist bekannt, zur Erhöhung der Stromausbeute der Silizum-Solarzelle zusätzlich deren Rückseite teilweise mit einem n-dotierten Rückseitenemitter zu bedecken. Durch diesen wird die Wahrscheinlichkeit einer Rekombination von Elektronen und Löchern im Wafer, die die potentiell abgreifbare elektrische Leistung verringern würden, reduziert. Bei gängigen Herstellungsverfahren werden Vorderseiten- und Rückseitenemitter derartiger Solarzellen zusammenhängend und um die Waferkante herumreichend ausgebildet. Da sowohl vorder- als auch rückseitig elektrische Kontakte vorgesehen sind (rückseitig typischerweise eine vollflächige Metallisierung), müssen die Vorder- und Rückseite einer kristallinen Solarzelle an den Kanten elektrisch voneinander isoliert werden, um Kurzschlüsse zu minimieren. Diese elektrische Isolierung wird üblicherweise durch einen kantennahen Trennschnitt durch den Vor- derseiten-Emitter bewirkt, der bis in das p-dotierte Material der Basis reicht. It is known, in order to increase the current efficiency of the silicon solar cell additionally to cover its back partially with an n-doped back emitter. This reduces the likelihood of recombination of electrons and holes in the wafer that would reduce the potential electric power that can be tapped off. In common manufacturing processes, front and back emitters of such solar cells are formed contiguous and extending around the wafer edge. Since both front and rear electrical contacts are provided (typically a full-surface metallization on the back side), the front and back sides of a crystalline solar cell must be electrically insulated from one another at the edges in order to minimize short circuits. This electrical insulation is usually effected by a near-edge separation cut by the front-side emitter, which extends into the p-doped material of the base.
In Fig. 1 und Fig. 2 ist ein solcher Trennschnitt in einer Draufsicht (Detailansicht) sowie in einer schematischen Querschnittsdarstellung gezeigt. In Fig. 1 ist neben dem Abstand des Trennschnitts von der Kante auch die Unregelmä- ßigkeit der Kante zu erkennen. In Fig. 1 and Fig. 2, such a separation section in a plan view (detail view) and in a schematic cross-sectional view is shown. In addition to the distance of the separating cut from the edge, the irregularity of the edge can also be seen in FIG.
Fig. 2 zeigt, wie in einer Si-Solarzelle 1 mit p-dotierter Basis 3 und kantenumgreifendem n-dotiertem Emitter 5 sowie vorderseitiger Passivierungsschicht 7 und Kontaktfingeranordnung 9 ein Trennschnitt 11 den Emitter 5 durchschnei- det und bis in die p-Basis 3 reicht. Der Flächenanteil des Wafers zwischen dem Trennschnitt und der Kante kann nicht zur Stromerzeugung genutzt werden. Seine Breite liegt bei aktuellen Technologien um 200 pm. FIG. 2 shows how, in a Si solar cell 1 with p-doped base 3 and edge-embracing n-doped emitter 5 and front passivation layer 7 and contact finger arrangement 9, a separating cut 11 intersects emitter 5 and extends into p base 3 , The area fraction of the wafer between the separating cut and the edge can not be used for power generation. Its width is around 200 pm with current technologies.
Zur Erzeugung des Trennschnitts wird der gesamte Wafer mit einem Kamerabild aufgenommen. Üblicherweise werden Kameras mit 16 Megapixel verwendet. Dies ergibt bei einer Solarzelle mit 156 x 156 mm2 eine Auflösung von ca.40 pm pro Pixel. Mit der Faustformel von 3 Pixel pro Messeinheit ergibt dies eine Genauigkeit des Messsystems von ca. 120 pm. Aufgrund dieses Kamerabildes wird ein Laser als Schneidwerkzeug positionsgesteuert, so dass die aufwands- bedingt begrenzte Auflösung des zugrundeliegenden Bildes auch die Genauigkeit der Positionssteuerung auf minimal ca. 150 pm - 200 pm begrenzt. Im Hinblick auf die Unregelmäßigkeit des Kantenverlaufes und die schwerwiegenden Folgen von Unterbrechungen der Isolierung durch einen außerhalb der Kante„verrutschten" Trennschnitt lässt sich bei dem etablierten Verfahren der Kantenabstand des Trennschnitts und damit auch die für die Stromerzeugung verlorene Waferfläche nicht verkleinern, wenn nicht deutlich teuere Kamerasysteme mit wesentlich höherer Auflösung zum Einsatz kommen sollen. Offenbarung der Erfindung To produce the separating cut, the entire wafer is recorded with a camera image. Usually, 16 megapixel cameras are used. This results in a resolution of about 40 pm per pixel for a 156 x 156 mm 2 solar cell. With the rule of thumb of 3 pixels per measuring unit, this results in an accuracy of the measuring system of about 120 pm. Due to this camera image, a laser is position-controlled as a cutting tool, so that the limited resolution of the underlying image limits the accuracy of the position control to a minimum of approximately 150 pm - 200 pm. In view of the irregularity of the edge profile and the serious consequences of interruptions of the insulation by a "slipping" outside the edge separating cut can be in the established method, the edge distance of the separation section and thus not lost for the power generation wafer area, if not significantly expensive Camera systems with much higher resolution are used. Disclosure of the invention
Mit der Erfindung wird ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 vorgeschlagen. Des Weiteren wird eine Anordnung zur Durchführung dieses Verfahrens bereitgestellt, welche die Merkmale des Anspruchs 8 aufweist. Zweck- mäßige Fortbildungen des Erfindungsgedankens sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche. With the invention, a method with the features of claim 1 is proposed. Furthermore, an arrangement for carrying out this method is provided which has the features of claim 8. Expedient developments of the concept of the invention are the subject of the dependent claims.
Es ist ein wesentlicher Gedanke der Erfindung, von der aktuell praktizierten Aufnahme eines Bildes der gesamten Solarzelle bzw. des Wafers als Grundlage für die Steuerung der Erzeugung des Trennschnittes abzugehen und stattdessen bei der Erzeugung des Trennschnittes fortlaufend Ausschnitte des Kantenverlaufes abzubilden. Bei gegebener Auflösung des Abbildungssystems ermöglicht dieses Vorgehen eine wesentlich genauere Abbildung des entscheidenden Kantenbereiches. Ein weiterer wesentlicher Gedanke ist es, von der Vorab-Ein- Stellung einer Spur des Schneidwerkzeuges für eine gesamte Kante - mit einem sicherheitsorientierten Abstandswert, der sämtliche Unregelmäßigkeiten im gesamten Kantenverlauf berücksichtigt - abzugehen. Stattdessen wird vorgeschlagen, die Position des Schneidwerkzeugs dem schrittweise tatsächlich aufgenommenen Kantenverlauf nachzuführen. Selbstverständlich geschieht dies ebenfalls mit einem gewissen Abstand, dieser kann aber aufgrund der Werkzeug-Nachführung wesentlich geringer eingestellt werden. It is an essential idea of the invention to depart from the currently practiced recording of an image of the entire solar cell or of the wafer as a basis for the control of the generation of the separating cut and instead to image continuously sections of the edge course in the production of the separating cut. Given the resolution of the imaging system, this procedure allows a much more accurate mapping of the critical edge area. Another important idea is to depart from the pre-setting of a trace of the cutting tool for an entire edge - with a safety-oriented distance value that takes into account all irregularities in the entire edge profile. Instead, it is proposed to track the position of the cutting tool to the stepwise actually recorded edge course. Of course, this also happens with a certain distance, but this can be set much lower due to the tool tracking.
Die Erfindung ermöglicht also eine Minimierung der ungenutzten Fläche durch eine geregelte Strahlführung des abtragenden Laserstrahls. Damit kann die vorher ungenutzte Fläche zur Stromgewinnung genutzt werden. Bei einemThe invention thus enables a minimization of the unused area by a controlled beam guidance of the ablating laser beam. Thus, the previously unused area can be used to generate electricity. At a
Wafer mit der Größe 156 x 156 mm, einem Kantenabstand von 10 pm und einer Fläche von 24336 mm2 ergibt dies eine zusätzlich genutzte Fläche von etwa 87 mm2. Dies ergibt einen Zuwachs an Strom erzeugender Fläche von etwa 0,36 %. Wafer with the size 156 x 156 mm, an edge distance of 10 pm and an area of 24336 mm 2 results in an additional used area of about 87 mm 2 . This results in an increase in power generating area of about 0.36%.
Einen weiteren Vorteil der geregelten Kantenisolierung stellt ihre Übertragbarkeit auf andere Solarzellengrößen unter Beibehaltung des Kamerasystems dar. Zur Kostensenkung steht bei vielen Solarzellenherstellern die Überlegung im Raum, Solarzellen im Format 210 x 210 mm2 herzustellen. Bei einer auf einer einzigen Bildaufnahme beruhenden Bilderfassung müsste das bestehende System zur Realisierung von 150 μιη Kantenabstand dann mit einer 27-Mega- pixel-Kamera ausgerüstet werden. Another advantage of the controlled edge insulation is its transferability to other solar cell sizes while maintaining the camera system. To reduce costs, many solar cell manufacturers are considering designing solar cells in 210 x 210 mm 2 format. In an image acquisition based on a single image acquisition, the existing system for realizing a 150 μm edge distance would then have to be equipped with a 27-megapixel camera.
Die vorgeschlagene, auf schneller Abstandsmessung basierende In-Line-Rege- lung kann ohne wesentliche Änderung auf jede neue Solarzellenform und Größe angepasst werden. Zusätzlich ist absehbar, dass die schnelle Abstandsregelung auf lange Sicht geringere Anlagenkosten als die einmalige Bilderfassung verur- sacht. The proposed in-line control based on fast distance measurement can be adapted to any new solar cell shape and size without significant change. In addition, it is foreseeable that the fast distance control will lead to lower system costs in the long run than single image capture.
Speziell wird die Kante des Wafers und der Abtrag- bzw. Auftreffpunkt des kantenisolierenden Werkzeugs mit einer koaxialen oder neben der Laseroptik angebrachten Bilderfassung erfasst. Die Information über die Abweichung zum Sollwert (Kantenkoordinaten) wird als Offset an die Positionssteuerung weitergegeben und regelt diese online auf den gewünschten Wert ein. Damit kann exakt parallel zur Kante gearbeitet werden, unabhängig von der Genauigkeit der Werkstückaufnahme oder weiterer Fehlerquellen, wie z. B. Wärmedehnungen der Werkzeugaufhängung. Specifically, the edge of the wafer and the Abtrag- or impact point of the edge-isolating tool is detected with a coaxial or mounted next to the laser optics image acquisition. The information about the deviation from the setpoint (edge coordinates) is transmitted as an offset to the position control and regulates this online to the desired value. This can be done exactly parallel to the edge, regardless of the accuracy of the workpiece holder or other sources of error such. B. thermal expansion of the tool suspension.
Zur weiteren Vergrößerung der nutzbaren Fläche kann das Werkzeug exakt der teils ausgebrochenen Kante des Wafers folgen, um den Randabstand noch weiter zu verringern. Dabei muss der Laserstrahl auch bei der Bearbeitung der Kante folgen können. To further increase the usable area, the tool can follow exactly the partially broken edge of the wafer, to further reduce the edge distance. The laser beam must be able to follow the edge during processing.
Bei der aus derzeitiger Sicht bevorzugten Ausführung wird als Schneidwerkzeug ein Laserstrahl eingesetzt. Grundsätzlich kann das Verfahren aber auch mit anderen Werkzeugen zur Erzeugung des Trennschnittes praktiziert werden. In einer weiteren bevorzugten Ausführung ist vorgesehen, dass eine Kamera an der Kante des Halbleitersubstrats entlang geführt wird, fortlaufend Bilder eines Kantenbereichs aufgenommen und die Bilder in Echtzeit oder Quasi-Echtzeit zur Positionsbestimmung der Kante verarbeitet und hieraus gewonnene Kanten- Positionsdaten in eine Schneidweg-Steuerung des Schneidwerkzeugs eingeführt werden. Grundsätzlich könnte die dem Kantenverlauf folgende („geregelte") Führung des Schneidwerkzeugs aber auch aufgrund einer Abtastung der Kante mit einem Messstrahl, z. B. eines Lasertriangulationssensors, oder auch mecha- nischen Taster oder auf andere Weise realisiert werden. In the preferred embodiment from the current perspective, a laser beam is used as the cutting tool. In principle, however, the method can also be practiced with other tools for producing the separating cut. In a further preferred embodiment, it is provided that a camera is guided along the edge of the semiconductor substrate, images of an edge region are recorded continuously and the images are recorded in real time or quasi-real time Position determination of the edge processed and derived edge position data are introduced into a cutting path control of the cutting tool. In principle, however, the ("regulated") guidance of the cutting tool following the edge course could also be realized on the basis of a scanning of the edge with a measuring beam, for example a laser triangulation sensor, or else mechanical probes or in another way.
Gemäß einer weiteren Ausführung der Erfindung werden die Kanten-Positionsdaten unter Anwendung einer Glättungsfunktion bestimmt oder in der Schneidweg-Steuerung des Schneidwerkzeugs verarbeitet, derart, dass die Spur des Schneidwerkzeugs gegenüber dem Kantenverlauf eine vorbestimmte Glättung aufweist. In einer Ausgestaltung ist die Glättungsfunktion einstellbar. Diese Ausführung dient speziell zur Vermeidung von nachteiligen Regelschwingungen in der Führung des Schneidwerkzeugs bei stark unregelmäßigem Kantenverlauf - grundsätzlich sollte die Glättung aber moderat gewählt werden, um die Vorteile der Erfindung ausschöpfen zu können. According to a further embodiment of the invention, the edge position data is determined using a smoothing function or processed in the cutting path control of the cutting tool, such that the track of the cutting tool has a predetermined smoothing with respect to the edge profile. In one embodiment, the smoothing function is adjustable. This design is specifically designed to avoid adverse oscillations in the leadership of the cutting tool with highly irregular edge course - in principle, the smoothing should be chosen but moderate, in order to exploit the advantages of the invention can.
In einer weiteren Ausführung ist vorgesehen, dass die Schneidweg-Steuerung eine Koordinatensteuerung aufweist und hierfür bei der Verarbeitung der Bilder des Kantenbereiches die Ebenen-Koordinaten der Kante bestimmt werden. Mit Blick auf die für eine schnelle fortlaufende Berechnung von Positionskoordinaten in der Bildverarbeitung benötigten Resource kann eine alterbnative Vorgehensweise vorteilhaft sein, bei der die Schneidweg-Steuerung eine inkremen- telle Positionssteuerung aufgrund inkrementeller Weggeber-Signale aus der Bildverarbeitung umfasst. Bildverarbeitungs- und Positionssteuerverfahren gemäß beiden Vorgehensweisen sind dem Fachmann an sich bekannt und bedürfen daher keiner weiteren Erläuterung. In a further embodiment it is provided that the cutting path control has a coordinate control and for this purpose the plane coordinates of the edge are determined during the processing of the images of the edge region. In view of the resource required for a rapid continuous calculation of position coordinates in the image processing, an alternative approach may be advantageous in which the cutting path control comprises an incremental position control based on incremental encoder signals from the image processing. Image processing and position control methods according to both approaches are known per se to those skilled in the art and therefore need no further explanation.
Ultraschnelle optische Bildverarbeitungen dazu sind im Multi-kHz-Bereich realisierbar. Dazu können schnelle Zeilenkameras in Verbindung mit FGPAs ver- wendet werden. Noch schnellere Regelungen sind mit Regelgeschwindigkeiten von über 10 kHz mit CNN-Kameras möglich. Damit können auch sehr kurzweilige Lageabweichungen nachgeregelt werden. Auf dem Markt sind aus dem Bereich der monolithischen Verschaltung von Dünnschicht-Solarzellen aktuell Echtzeit-Spurlageregelungen für langwellige Lageabweichungen mit 200 Hz Regelfrequenz verfügbar. Ultrafast optical image processing is possible in the multi-kHz range. For this purpose, fast line scan cameras can be used in conjunction with FGPAs. Even faster control is possible with control speeds of over 10 kHz with CNN cameras. This can be readjusted even very entertaining positional deviations. In the market are from the Monolithic interconnection of thin-film solar cells currently available Real-time tracking control for long-wave position deviations with 200 Hz control frequency available.
Vorrichtungsaspekte der Erfindung ergeben sich weitgehend aus den oben erläuterten Verfahrensaspekten und verschiedenen Ausführungen des Verfahrens. Es sei aber darauf hingewiesen, dass zur Erfindung unter Vorrichtungsaspekten eine Positionssteuereinheit des Schneidwerkzeugs gehört, die zum fortlaufenden Empfang und zur Verarbeitung von Steuersignalen während der Bewegung des Schneidwerkzeugs und zur entsprechenden Positionseinstellung ausgebildet ist. Bei Einsatz eines Laserstrahls als Schneidwerkzeug kann speziell vorgesehen sein, dass eine positionsgesteuerte Halterung eine Bearbeitungsoptik eines Lasers trägt oder Mittel zur Strahlablenkung aufweist. Device aspects of the invention will be more fully apparent from the method aspects discussed above and various embodiments of the method. It should be noted, however, that the device of the invention includes a position control unit of the cutting tool configured to continuously receive and process control signals during movement of the cutting tool and for corresponding positional adjustment. When using a laser beam as a cutting tool can be specifically provided that a position-controlled holder carries a processing optics of a laser or has means for beam deflection.
In einer zweckmäßigen Ausführung der Anordnung mit einer Kamera zur Abbildung des Halbleitersubstrats ist vorgesehen, dass die Kamera derart ausgebildet und eingestellt ist, dass sie nur einen Teilbereich des Halbleitersubstrats abbildet und eine Einrichtung zur positionsgesteuerten Bewegung der Kamera und/oder ihres Abbildungsbereiches vorgesehen ist. Eine einfache und vorteilhafte Realisierung sieht so aus, dass die positionsgesteuerte Halterung des Schneidwerkzeugs zugleich als Halterung der Kamera und somit als Einrichtung zu deren positionsgesteuerter Bewegung ausgebildet ist. In an expedient embodiment of the arrangement with a camera for imaging the semiconductor substrate, it is provided that the camera is designed and adjusted in such a way that it images only a partial area of the semiconductor substrate and a device for position-controlled movement of the camera and / or its imaging area is provided. A simple and advantageous realization provides that the position-controlled mounting of the cutting tool is at the same time designed as a holder of the camera and thus as a device for its position-controlled movement.
In einer weiteren Ausführung der Anordnung ist vorgesehen, dass in der Einrichtung zur Bildverarbeitung und/oder einer nachgeordneten Steuereinheit der positionsgesteuerten Halterung ein Glättungsalgorithmus implementiert ist, dem insbesondere Programmierungsmittel zur Einstellung einer Glättungsfunk- tion zugeordnet sind. In a further embodiment of the arrangement, it is provided that a smoothing algorithm is implemented in the device for image processing and / or a downstream control unit of the position-controlled holder, to which in particular programming means for setting a smoothing function are assigned.
Zeichnungen drawings
Das erfindungsgemäße Verfahren und die erfindungsgemäßen Photovoltaik-Zellen sollen nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert werden. Es ist zu beachten, dass die Zeichnungen nur beschreibenden Charakter haben und nicht dazu gedacht sind, die Erfindung in irgendeiner Form einzuschränken. Es zeigen: The method according to the invention and the photovoltaic cells according to the invention will be explained in more detail below with reference to an exemplary embodiment. It It should be noted that the drawings are only descriptive and are not intended to limit the invention in any way. Show it:
Fig. 1 eine Draufsicht (Detailansicht) eines in herkömmlicher Weise mit einer Kantenisolierung versehenen Halbleitersubstrats, 1 is a plan view (detail view) of a conventionally provided with an edge insulation semiconductor substrate,
Fig. 2 eine schematische Querschnittsdarstellung einer mit einem vorderseitigen Trennschnitt zur Kantenisolierung versehenen Solarzelle, FIG. 2 shows a schematic cross-sectional view of a solar cell provided with a front-side separating cut for edge insulation, FIG.
Fig.3 eine elliptische Darstellung (Ausschnittsdarstellung) des 3 shows an elliptical representation (detail view) of
Kantenbereichs eines Halbleitersubstrats zur Erläuterung der Erfindung, Fig. 4 ein Blockschaltbild einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Anordnung und  4 shows a block diagram of an embodiment of the arrangement according to the invention and FIG
Fig. 5 eine skizzenartige Darstellung einer Abwandlung der Ausführungsform nach Fig. 4. 5 shows a sketch-like representation of a modification of the embodiment according to FIG. 4.
Fig. 3 zeigt, aufbauend auf Fig. 1, die mögliche Verschiebung eines erfindungsgemäß erzeugten Trennschnitts 11' zur Kante des Halbleitersubstrats 1 hin, verglichen mit dem von der Kante prinzipbedingt wesentlich weiter beabstande- ten Trennschnitt 11, der aufgrund einer Gesamtabbildung des Solarzellen- Substrats mit ungeregelter Führung des Laserstrahls erzeugt wird. FIG. 3 shows, based on FIG. 1, the possible displacement of a separating cut 11 'produced according to the invention towards the edge of the semiconductor substrate 1, compared to the separating cut 11, which is substantially further apart from the edge as a result of an overall imaging of the solar cell substrate is generated with unregulated guidance of the laser beam.
Fig. 4 zeigt schematisch, in Art eines Blockschaltbildes, eine erfindungsgemäße Anordnung 200 zur Erzeugung eines Trennschnitts 211 zur Kantenisolierung einer Solarzelle 201. Eine Kamera 203 ist auf einer gemeinsamen Führung 205 mit einem Bearbeitungslaser 207 oder einer Bearbeitungsoptik mit zugehörigen Modulen derart über der Solarzelle 201 positioniert, dass ihr Abbildungsbereich AV jeweils einen Ausschnitt des Kantenbereiches erfasst. Der Bearbeitungslaser 207 bzw. die Optik ist derart eingestellt und ausgerichtet, dass ein von ihm erzeugter Laserstrahl LB jeweils in vorbestimmtem Abstand (Offset) auf die Oberfläche des Substrats 201 auftrifft und dort den Trennschnitt 211 erzeugt. 4 shows schematically, in the manner of a block diagram, an arrangement 200 according to the invention for producing a separating cut 211 for edge insulation of a solar cell 201. A camera 203 is mounted on a common guide 205 with a processing laser 207 or processing optics with associated modules above the solar cell 201 positioned so that their imaging area AV each captures a portion of the edge area. The processing laser 207 and the optics is set and aligned such that a laser beam LB generated by it in each case at a predetermined distance (offset) impinges on the surface of the substrate 201 and there generates the separating cut 211.
Der Kamera 203 ist eine Bildverarbeitungseinrichtung 209 nachgeschaltet, in der die Kamerabilder aufgrund eines gespeicherten (an sich bekannten) Algorithmus zur Bestimmung des jeweiligen Kantenverlaufs des Solarzellensubstrats im Abbildungsbereich AV ausgewertet werden. Die Bildverarbeitungseinrichtung 209 umfasst eine Glättungsstufe 209a zur Anwendung einer Glättungsfunktion auf die Verarbeitungsergebnisse und ist ausgangsseitig zur Bereitstellung eines ent- sprechenden Positionssteuersignals mit einer Werkzeug-Positionssteuereinheit 211 verbunden. Diese steuert über entsprechende Antriebe sowohl den Vorschub (in der Abbildung in die Zeichenebene hinein) als auch die mit dem Doppelpfeil symbolisch gekennzeichnete gemeinsame Nachführung der lateralen Position des Bearbeitungslasers 207 und der Kamera 203. The camera 203 is followed by an image processing device 209, in which the camera images are evaluated on the basis of a stored (known per se) algorithm for determining the respective edge profile of the solar cell substrate in the imaging area AV. The image processing device 209 comprises a smoothing stage 209a for applying a smoothing function to the processing results, and is connected on the output side to a tool position control unit 211 for providing a corresponding position control signal. The latter controls the feed (in the drawing into the drawing plane) as well as the common tracking of the lateral position of the processing laser 207 and the camera 203 symbolically marked by the double arrow via corresponding drives.
Im Rahmen fachmännischen Handelns ergeben sich weitere Ausgestaltungen und Ausführungsformen des hier nur beispielhaft beschriebenen Verfahrens und der Vorrichtung. So ist es möglich, statt das Schneidwerkzeug, speziell die Laser-Optik, zu bewegen, das Werkstück, also das Halbleitersubstrat, zu bewegen. Weiterhin sind an sich bekannte Verfahren zur Strahlabsenkung und Scanner anstelle einer bewegten Optik zur Kanten-Nachführung eines Schneidstrahls einsetzbar. Auch kann vorgesehen sein, die Erfassung des Kantenverlaufs, z. B. mittels einer entspre- chend angeordneten und betriebenen Zeilenkamera, mit einem vorbestimmten Vorlauf gegenüber der Position des Bearbeitungswerkzeugs zu realisieren. Within the scope of expert action, further refinements and embodiments of the method and apparatus described here by way of example only arise. Thus, instead of moving the cutting tool, especially the laser optics, it is possible to move the workpiece, ie the semiconductor substrate. Furthermore, per se known methods for beam reduction and scanner instead of a moving optics for edge tracking of a cutting beam can be used. It can also be provided to detect the edge profile, z. B. by means of a correspondingly arranged and operated line scan camera to realize with a predetermined flow relative to the position of the machining tool.
Ein Beispiel einer solchen Abwandlung ist skizzenartig in Fig. 5 dargestellt, die als modifizierte Ausschnittsdarstellung von Fig. 4 zu verstehen ist. Sie zeigt eine Konfiguration, bei der die Kamera 203 über einen Strahlteiler 213 gemeinsam mit dem (hier nicht gezeigten) Bearbeitungslaser, der den Laserstrahl LB aussendet, eine Laserscanner-Optik 215 nutzt. Zur Ausblendung von Störeinflüssen aus dem Laserstrahl LB hat sie hierzu noch ein vorgeschaltetes Filter 203a. Mit der Anordnung wird eine koaxiale Anordnung des Laserstrahls und des Kamera- Abbildungsbereiches und eine völlig synchrone Bewegung beider erreicht. An example of such a modification is sketch-like in Fig. 5, which is to be understood as a modified sectional view of Fig. 4. It shows a configuration in which the camera 203 uses a laser scanner optics 215 via a beam splitter 213 together with the processing laser (not shown here) which emits the laser beam LB. For suppression of interference from the laser beam LB, it still has an upstream filter 203a. With the arrangement, a coaxial arrangement of the laser beam and the camera imaging area and a completely synchronous movement of both is achieved.

Claims

Ansprüche claims
1. Verfahren zur Herstellung einer Solarzelle (1;201) auf einem kristallinen Halbleitersubstrat (3), insbesondere einer kristallinen Silizium-Solarzelle, welche eine abweichend vom Halbleitersubstrat dotierte Oberflächen- Schicht (5) sowie Anschlussbereiche (9) auf beiden Substratoberflächen aufweist, wobei längs der Außenkante in einer der beiden Substratoberflächen ein Trennschnitt (11;11';211) durch die Oberflächenschicht in das Halbleitersubstrat hinein zur elektrischen Isolierung der beiden Substratoberflächen voneinander mittels eines dem Kantenverlauf mit vorbestimmtem Abstand nachgeführten Schneidwerkzeugs (LB;207) erzeugt wird. 1. A method for producing a solar cell (1; 201) on a crystalline semiconductor substrate (3), in particular a crystalline silicon solar cell, which has a deviating from the semiconductor substrate doped surface layer (5) and connection areas (9) on both substrate surfaces, wherein along the outer edge in one of the two substrate surfaces, a separating cut (11, 11 ', 211) is produced through the surface layer into the semiconductor substrate for the electrical insulation of the two substrate surfaces from each other by means of a cutting tool (LB, 207) with a predetermined distance.
2. Verfahren nach Anspruch 1, 2. The method according to claim 1,
wobei als Schneidwerkzeug ein Laserstrahl (LB) eingesetzt wird.  wherein as a cutting tool, a laser beam (LB) is used.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, 3. The method according to claim 1 or 2,
wobei eine Kantenerkennungseinrichtung (203) oder deren Strahlengang an der Kante der Solarzelle (201) entlang geführt wird, fortlaufend Positionsdaten eines Kantenbereichs (AV) aufgenommen und die  wherein an edge detection device (203) or its beam path is guided along the edge of the solar cell (201), continuously recording position data of an edge region (AV) and the
Positionsdaten der Kante in Echtzeit oder Quasi-Echtzeit verarbeitet und hieraus gewonnene Steuerdaten in eine Schneidweg-Steuerung (211) des Schneidwerkzeugs (LB;207) eingeführt werden.  Real-time or quasi-real-time position data of the edge is processed and control data obtained therefrom are introduced into a cutting path controller (211) of the cutting tool (LB; 207).
4. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, 4. The method according to any one of the preceding claims,
wobei die Steuerdaten unter Anwendung einer, insbesondere einstellbaren, Glättungsfunktion bestimmt oder in der Schneidweg-Steuerung des Schneidwerkzeugs (LB;207) verarbeitet werden, derart, dass die Spur des Schneidwerkzeugs gegenüber dem Kantenverlauf eine vorbestimmte Glättung aufweist. wherein the control data is determined using an especially adjustable smoothing function or processed in the cutting path control of the cutting tool (LB; 207), such that the track of the cutting tool has a predetermined smoothing with respect to the edge profile.
5. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, 5. The method according to any one of the preceding claims,
wobei die Schneidweg-Steuerung eine Koordinatensteuerung aufweist und hierfür bei der Verarbeitung der Positionsdaten des Kantenbereiches die Ebenen-Koordinaten der Kante bestimmt werden.  wherein the cutting path control has a coordinate control and for this purpose the plane coordinates of the edge are determined during the processing of the position data of the edge region.
6. Verfahren nach einem Ansprüche 1 bis 4, 6. The method according to any one of claims 1 to 4,
wobei die Schneidweg-Steuerung eine inkrementelle Positionssteuerung aufgrund inkrementeller Weggeber-Signale aus der Positionsdatenverarbeitung umfasst.  wherein the cutting path control comprises incremental position control based on incremental displacement encoder signals from the position data processing.
7. Verfahren nach einem vorangehenden Ansprüche, A method according to any preceding claim,
wobei der vorbestimmte Abstand kleiner als 150 pm, insbesondere kleiner als 50 pm und spezieller kleiner als 20 pm eingestellt wird.  wherein the predetermined distance is set less than 150 pm, in particular less than 50 pm and more particularly less than 20 pm.
8. Anordnung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorangehenden Ansprüche, mit einem in einer positionsgesteuerten Halterung (205) geführten Schneidwerkzeug (207) zum Erzeugen des Trennschnitts und einer Werkzeug-Positionssteuereinheit (211), die zum laufenden Empfang und zur laufenden Verarbeitung von Steuerdaten während der Bewegung des Schneidwerkzeugs (LB;207) und zur fortlaufenden Einstellung von dessen Bewegungsspur aufgrund der Steuerdaten ausgebildet ist. 8. An arrangement for carrying out the method according to any one of the preceding claims, comprising a guided in a position-controlled support (205) cutting tool (207) for generating the separating section and a tool position control unit (211) for the current reception and for the current processing of control data during the movement of the cutting tool (LB; 207) and for the continuous adjustment of its movement track on the basis of the control data.
9. Anordnung nach Anspruch 8, mit einer Kantenerkennungseinrichtung 9. Arrangement according to claim 8, with an edge detection device
(203) zur Erfassung des Kantenverlaufes der Solarzelle (201) und Bereitstellung von Positionsdaten hiervon und einer Positionsdaten-Verarbeitungseinrichtung (209) zur Gewinnung von Steuerdaten und Ausgabe an die Werkzeug-Positionssteuereinheit (211).  (203) for detecting the edge profile of the solar cell (201) and providing position data therefrom and position data processing means (209) for obtaining control data and output to the tool position control unit (211).
10. Anordnung nach Anspruch 9, mit einer Kamera (203) zur Erzeugung eines Bildes der Solarzelle (201), und einer Bildverarbeitungseinrichtung (209) zur Verarbeitung des Kamerabildes zur Gewinnung der Steuersignale für die Werkzeug-Positionssteuereinheit (211), wobei - die Kamera derart ausgebildet und eingestellt ist, dass sie nur einen10. An arrangement according to claim 9, comprising a camera (203) for generating an image of the solar cell (201), and an image processing means (209) for processing the camera image to obtain the control signals for the tool position control unit (211) - The camera is designed and set so that they only one
Teilbereich der Solarzelle abbildet und Part of the solar cell images and
- eine Einrichtung (205;211) zur positionsgesteuerten Bewegung der Kamera und/oder ihres Abbildungsbereiches vorgesehen ist. 11. Anordnung nach Anspruch 10,  a device (205, 211) for position-controlled movement of the camera and / or its imaging area is provided. 11. Arrangement according to claim 10,
wobei die positionsgesteuerte Halterung (205) des Schneidwerkzeugs (207) zugleich als Halterung der Kamera (203) und somit als Einrichtung zu deren positionsgesteuerter Bewegung ausgebildet ist.  wherein the position-controlled holder (205) of the cutting tool (207) is at the same time designed as a holder for the camera (203) and thus as a device for its position-controlled movement.
Anordnung nach einem der Ansprüche 9 bis 11, Arrangement according to one of claims 9 to 11,
wobei die positionsgesteuerte Halterung eine Koordinaten-Steuerung oder Weginkrement-Steuerung aufweist.  wherein the position-controlled mount has coordinate control or path increment control.
13. Anordnung nach einem der Ansprüche 9 bis 12, 13. Arrangement according to one of claims 9 to 12,
wobei die positionsgesteuerte Halterung eine Bearbeitungsoptik eines wherein the position-controlled holder processing optics of a
Lasers trägt oder Mittel zur Strahlablenkung (215) aufweist. Laser carries or means for beam deflection (215).
14. Anordnung nach einem der Ansprüche 10 bis 12, 14. Arrangement according to one of claims 10 to 12,
wobei in der Bildverarbeitungseinrichtung (209) und/oder einer nachge- ordneten Steuereinheit (211) der positionsgesteuerten Halterung ein wherein in the image processing device (209) and / or a subsequent control unit (211) of the position-controlled holder
Glättungsalgorithmus implementiert ist, dem insbesondere Programmierungsmittel zur Einstellung einer Glättungsfunktion zugeordnet sind. Smoothing algorithm is implemented, are assigned to the particular programming means for setting a smoothing function.
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