EP2865018A1 - Method for producing solar cells with local back surface field (lbsf) - Google Patents

Method for producing solar cells with local back surface field (lbsf)

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Publication number
EP2865018A1
EP2865018A1 EP13725573.3A EP13725573A EP2865018A1 EP 2865018 A1 EP2865018 A1 EP 2865018A1 EP 13725573 A EP13725573 A EP 13725573A EP 2865018 A1 EP2865018 A1 EP 2865018A1
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EP
European Patent Office
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paste
etching
etching paste
koh
solar cells
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP13725573.3A
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Werner Stockum
Oliver Doll
Ingo Koehler
Christian MATUSCHEK
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.)
Merck Patent GmbH
Original Assignee
Merck Patent GmbH
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Filing date
Publication date
Application filed by Merck Patent GmbH filed Critical Merck Patent GmbH
Priority to EP13725573.3A priority Critical patent/EP2865018A1/en
Publication of EP2865018A1 publication Critical patent/EP2865018A1/en
Withdrawn legal-status Critical Current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 present invention is a process for the production of solar cells with Local Back Surface Field using printable etching pastes.
  • contact points with silver paste are also printed on the back. These are required for soldering the cells to the module.
  • the reverse side bus bars printed with silver paste may be applied in stripes (below the front side busbar) and may be twice the width of the front side bus bar.
  • the backside design of a standard solar cell is used in many variants in production.
  • the literature also focuses on optimizing the back surface field by using an oxide passivation layer as a substitute for a full-surface aluminum layer pointed.
  • an oxide passivation layer as a substitute for a full-surface aluminum layer pointed.
  • LBSF Local Back Surface Field
  • LBSF Local Back Surface Field
  • LBSF Local Back Surface Field
  • Silicon nitride applied to the wafer back (using PECVD).
  • Fig. 1, 2 and 3 are process flow diagrams of the required
  • the production of solar cells with LBSF comprises the following steps:
  • the production of solar cells with LBSF comprises the following steps:
  • Solar cells can be produced with LBSF, which have higher efficiencies than variant B.
  • This process variant C comprises the following seven steps, which are also shown in FIG. 3:
  • the wafer is after the alkaline
  • Edge isolation is performed by a HF / HNO 3 mixture on the back of the wafer (RENA equipment).
  • the etching bath concentration and the residence time to reach the desired etching depth or the desired shunt value of the finished cell are set. Normally, a shunt value of 30-40 cm 2 is set with the backside etching.
  • the PSG glass on the front side (phosphosilicate glass) is removed with the help of hydrofluoric acid. Subsequently, the wafer is rinsed and dried and fed to the next production step, in which the deposition of the passivation layer takes place.
  • the latter can be due to a thermal
  • SiO 2 or for Al 2 O 3 by the ALD method atomic layer deposition
  • the deposition of a SiN x layer takes place both on the back and on the front.
  • PECVD plasma-enhanced chemical vapor deposition
  • SiN x silicon nitride
  • the etching paste SolarEtch AQS is printed on the reverse side by screen printing (dot pattern with approx. 70-1 OOum diameter) and activated in the belt furnace at 390 ° C.
  • the etching paste is rinsed with a 0.1% KOH solution in an ultrasonic bath, rinsed with demineralized water and dried.
  • a silver paste for the front side contact and an aluminum paste as backside Local Back Surface Field is heated (fired) in the belt furnace.
  • Object of the present invention is therefore to provide an easy to carry out process for the production of solar cells with Local Back Surface Field and high efficiency, by which time and cost, and process steps can be saved. It is also an object of the present invention to make the processes more environmentally friendly, and for example the use of HF and HNO 3
  • the present invention thus provides a process for
  • this new method according to the invention differs from previously known methods in that the polishing etching and
  • the method according to the invention for producing solar cells with a local back surface field comprises the following method steps:
  • V Print the etching paste by means of screen printing, heat in a belt oven and rinse with demineralized water.
  • the method according to the invention for the production of single-stage emitter solar cells comprises the method steps:
  • alkaline etching paste which preferably contains as alklische ⁇ tzkomponente NaOH, KOH or mixtures thereof and which is described in the described method for the production of solar cells with Local Back Surface Field.
  • etching pastes which contain KOH as the etching component are particularly preferred.
  • KOH-containing etching pastes containing KOH in an amount of 5 to 40 wt .-%.
  • KOH pastes according to the invention contain a solvent or a solvent mixture.
  • Particularly suitable solvents for this purpose are in this case solvents selected from the group of glycerol,
  • Ethylene glycol polyethylene glycol, octanol, 1, 3-propanediol, 1, 4-butanediol, diethylene glycol monomethyl ether, diethylene glycol monoethyl ether,
  • Dimethyl sulfoxide and gamma-butyrolactone which can be used in pure or in admixture.
  • the solvent or solvent mixture may be contained in the paste in an amount of 20 to 70% by weight.
  • these compositions contain at least one non-particulate thickener.
  • these pastes contain at least one non-particulate thickener.
  • non-particulate thickeners selected from the group consisting of polyvinylpyrrolidone, polyacrylates, carboxymethylcellulose and hydroxypropylcellulose contained in pure or in a mixture. Show particularly good properties
  • a particulate thickener selected from the group carbon black, pyrogenic silica, magnesium-aluminum silicates and low-melting wax particles, pure, or in a mixture.
  • pastes which contain both non-particulate and particulate thickeners.
  • Thickeners are preferably present in the pastes in an amount of 0.1-35% by weight, preferably in an amount of 0.5-35% by weight.
  • Backside passivation layer can be used.
  • etching depth> 5pm is achieved.
  • Etching paste compositions in the manufacturing process of solar cells with Local Back Surface Field (LBSF) the process can be successfully simplified and made more cost-effective.
  • the simultaneous polishing etch and the edge isolation (p-n separation) of the underlying silicon layer has the consequence that, with the improved process according to the present invention, solar cells with LBSF with a higher
  • the wafer is heavily doped over the entire area after the acid texturing with HF and HNO 3 or after alkaline texturing with KOH and isopropanol on the wafer surface.
  • phosphorus is doped at temperatures of about 800-850 ° C during a residence time of about 30 to 90 minutes using POCI3. Due to the doping, the conductivity of the cell front side becomes about 60 - 70 ohms / sq.
  • the new etching paste is printed by screen printing with a special Sieblayout or by steel stencil, preferably over the entire surface, on the back of the Si wafer and heated.
  • the wafer surface is heated to a temperature of 100 ° C to 150 ° C for this purpose.
  • the heating time is 2 to 5 minutes.
  • the heating is preferably carried out in a belt furnace.
  • both the PSG and the silicon layer is etched.
  • the etch is complete when an etch depth of> 5pm has been achieved. This can be recognized by the fact that the back side starts to shine strongly. After a simple cleaning with VE water will be in the next
  • Process step the PSG glass (phosphor glass) on the front of the wafer using hydrofluoric acid removed.
  • the wafer is rinsed again with demineralized water and dried. Thereafter, a passivation layer is applied to the backside.
  • S1O2 with a layer thickness of 30 nm (by thermal surface oxidation) or Al2O3 with a
  • the wafer surface is cleaned with 0.1-0.4% KOH solution in an ultrasonic bath, rinsed with demineralized water and dried.
  • the front side is the front side contacting the corresponding
  • an aluminum paste is printed.
  • LBSF aluminum pastes which have a reduced Glasfrittekonzentration (e.g. LBSF Alupasten Solamet ® from DuPont).
  • the printed wafers are finally heated in the belt furnace and baked.
  • the inventive method comprises the
  • the method according to the invention and the solar cells produced thereby have the following advantages over the above-described known methods A, B and C: Fewer process steps for the production of solar cells with selective emitter
  • the wafer backside has a very low roughness. Due to this low roughness, the electron recombination rate is significantly reduced, the latter in turn positively influences the efficiency of the solar cell produced.
  • Etching component NaOH, KOH or mixtures thereof may be included.
  • etching pastes containing KOH as the alkaline etching component Preference is given to etching pastes containing KOH as the alkaline etching component.
  • Corresponding alkaline pastes contain the alkaline
  • Etching component in a concentration in the range of 5 to 40 wt .-% based on the total composition.
  • the concentration in the range of 5 to 40 wt .-% based on the total composition.
  • Concentration of the etching component in the range of 10 to 37 wt .-%.
  • the concentration is in the range from 12 to 35% by weight of KOH or KOH and NaOH in the mixture. Experiments have found particularly good results with compositions containing KOH in a concentration of 20 to 35 wt .-%.
  • Ethylene glycol polyethylene glycol, octanol, 1,3-propanediol, 1,4-butanediol, diethylene glycol monomethyl ether, diethylene glycol monoethyl ether,
  • the paste contains non-particulate thickeners selected from the group consisting of polyvinylpyrrolidone, polyacrylates, carboxymethylcellulose and hydroxypropylcellulose, pure or mixed.
  • the paste can Particulate thickener may be added selected from the group carbon black, pyrogenic silica, magnesium aluminum silicate and
  • thickener may be added neat or in admixture. Depending on the choice of thickener, thickener may be contained in such an etching paste in a total amount of from 0.1 to 35% by weight. Preferably, the thickener concentration is in a corresponding etching paste with good etching properties between preferably 0.5 and 35 wt .-%.
  • Figure 7 shows the surface profile of a partially etched wafer. In this case, half of the surface of the wafer has not been printed and etched with the etching paste according to the invention for demonstration purposes. Thus, it is possible to measure the untreated and the etched side in one measuring process.
  • etching pastes are HF / fluoride-free etching media, which are suitable for etching inorganic layers as well as to. They contain as the etching component usually phosphoric acid and / or salts thereof, which are decomposed on heating to the corresponding phosphoric acid. Due to their pasty shape, the etching pastes can be applied selectively to the surface areas to be opened so that local openings of the wafer surface can be produced during subsequent heating for 30 to 120 seconds at temperatures in the range from 250 to 350 ° C. For the application of the invention are
  • compositions which are suitable as etching component orthophosphoric acid, meta-phosphoric acid, pyrophosphoric acid, or salts thereof and in particular the ammonium salts ((NH 4 ) 2 HPO 4 , NH 4 H 2 PO 4 , (NH 4 ) 3 P0 4 ) as well as other compounds, which in their thermal
  • etching pastes contain solvents, thickeners and optionally additives such as defoamers, thixotropic agents, leveling agents, deaerators, adhesion promoters.
  • the etching component is in the composition in a concentration range of 1-80% by weight based on the
  • Composition may be in the range of 20-80% by weight, preferably in the lower to middle range, based on the total mass of the etching paste.
  • Suitable solvents may be pure inorganic or organic solvents or mixtures thereof, such as water, simple and / or polyhydric alcohols, ethers, in particular
  • Viscosity range and in principle to achieve the printing ability of the composition, i. is required to form a printable paste, is in the range of 1 - 20% by weight based on the total mass of the etching paste.
  • thickening agents organic or inorganic products or mixtures thereof may be included, such as. B.
  • Cellulose / cellulose derivatives such as ethyl, hydroxylpropyl, hydroxylethyl, sodium carboxymethylcellulose, or starch / starch derivatives such as
  • Sodium carboxymethyl starch (vivastar®) or Anionic heteropoly saccharide) acrylates (such Borchigel ®), polymers such as polyvinyl alcohols (Mowiol), polyvinylpyrrolidones (PVP), or fumed silicas such as Aerosil®. Both types of thickeners, organic and
  • additives may be defoamers, thixotropic agents, flow control agents / anti-caking agents, deaerators and adhesion promoters.
  • screen printable compositions For selectively metallizing the surface with a silver paste, appropriate screen printable compositions can be used as they are z. B. DuPont sold under the trade name PV145 Conducton or Metalor ® under the trade name MetPaste HeliSil5718 ®. Such pastes may contain silver in an amount of 50 to 80 wt .-% based on the total mass, as well as solvent or
  • inorganic oxides such as zinc oxide, silicon dioxide, thallium oxide, lead in glass frit.
  • U. a For example, compounds such as 2,2,4-trimethyl-1,3-pentanediol monoisobutyrate, dibutyl phthalate, terpeniol, 2- (2-butoxyethoxy) ethyl acetate, or ethyl cellulose may be included, each in a coordinated manner
  • compositions are to be chosen so that form by heating after printing the metallization pastes conductive metal layers in which there are no more interfering organic substances through which the conductivity would be impaired.
  • aluminum pastes which are also screen-printable, are used for the metallization of the backsides and are converted to corresponding conductors by heating at elevated temperatures
  • Coatings can be sintered. Suitable pastes are marketed under the name Silbern Aluminum Pasten AG / AL 8205 PC by PEMCO EUROINKS S.r.l. Corresponding aluminum pastes contain in addition to silver in an amount of 50 to 85 wt .-% at least 1 to 10 wt .-% aluminum and may contain appropriate solvents and additives such as the silver pastes described above, wherein in the specially mentioned aluminum paste enamel frit on borosilicate glass base in in an amount of 1% by weight, lead compounds in an amount of 1 to 5% by weight, and alpha-terpineol in an amount of less than 20% by weight. Like the silver pastes described above, screen-printable aluminum pastes are also used here in the process according to the invention. Accordingly, the aluminum pastes must be easy to print on the one hand and on the other hand adhere well to the surfaces, so that they can be selectively printed and at high
  • multicrystalline solar cells typically corresponding wafers made of solid drawn silicon rods, respectively cast
  • Silicon blocks cut out by wire saw (Dietl J., Helmreich D., Sirtl E., Crystals: Growth, Properties and Applications, Vol. 5 Springer Verlag 1981, pp 57 and 73).
  • An exception to this is the silicon grown by the EFG (Edge-defined Film-fed Growth) method (Wald, F. V. Crystals: Growth, Properties and Applications, Vol. 5 Springer Verlag 1981, p 157).
  • monocrystalline or polycrystalline silicon wafers produced in accordance with the invention can be used, which in turn can be doped with boron [p-type silicon, 5 "size (125 x 125 mm, D 150 mm), thickness 200-260 ⁇ , resistivity 1, 0-1.5 Q.cm].
  • the wafers are usually made of monocrystalline or polycrystalline
  • Fig. 1 Process variant A of a standard process for the production of solar cells with LBSF
  • Fig. 2 Process variant B of a standard process for the production of solar cells with LBSF
  • Fig. 3 Process variant C of a recent process for the production of solar cells with LBSF
  • Fig. 4 Representation of the inventive method D, comprising 6
  • FIG. 5 Representation of the process E according to the invention, comprising 6
  • Fig. 7 Surface profile of the etched back side of the wafer
  • Fig. 8 SEM pictures of the surface of the untreated wafer before the process according to the invention
  • Fig. 9 SEM images of the surface of the wafer after the
  • Fig. 10 Detail sketch for the stencil printing of the etching paste on the
  • Fig.11 Detail sketch (side view edge area) of the printed paste before the heating step. Paste distance to the edge after printing about 100 ⁇ .
  • Fig. 12 Detail sketch (side view edge area) of the printed paste after the heating step. Paste has gone to the edge.
  • Etching pastes are given, which are within the scope of the present invention. These examples also serve to illustrate possible process variants or possible variations of suitable paste compositions for the etching step. Due to the general validity of the described principle of the invention, however, the examples are not suitable for reducing the scope of protection of the present application only to these.
  • a reflection reduction of solar cells by a texturing with an alkaline solution preferably from a KOH solution and isopropanol, or with an acidic solution consisting of a
  • Diffusion step formed the single-stage emitter. It is a batch process in which the surface of the wafer is doped with phosphorus within about one hour, preferably within about 40 minutes at a temperature higher than 800 ° C, at most at 895 ° C. For doping, liquid POCl 3 is used. After about 40 minutes, the desired conductivity of about 65 ohms / sq is reached.
  • the back side polish and the back edge insulation are performed in one process step.
  • the etching paste is applied in stencil printing.
  • a KOH-containing etching paste is used.
  • the application of the paste can be done with a screen printing machine, (e.g., suitable equipment from Baccini, four-camera pressure control).
  • a stencil from Koenen with the stencil thickness 500 pm can be used.
  • the paste could be printed very well with a steel squeegee.
  • the following parameters have been set for paste printing: none
  • the etching paste is applied over the entire surface at a distance of 200 ⁇ m from the edge of the wafer (see sketch of FIG. 10).
  • the printed wafer is heated for a period of about 5 minutes to a temperature up to 150 ° C whereby the etching paste is activated.
  • a belt furnace was used. The oven is divided into four heating zones. Zone 1 is set to 250 ° C, Zone 2 to 200 ° C, Zone 3 to 150 ° C and Zone 4 to 150 ° C.
  • the belt speed is 51cm / min.
  • the etched wafer will now be inline Cleaning system cleaned by Rena. The cleaning takes place in two stages. In the first stage, the wafer is treated in a continuous ultrasonic bath (2 x 500W, 40kHz), in the second stage on both sides with a
  • PSG glass etching and wet-chemical surface cleaning is performed with HF, hot demineralized water and again with HF.
  • a thin layer of 20nm thickness of thermal S1O2 is deposited.
  • 90nm LPCVD SiN x is deposited on the front and on the back side.
  • the double-sided LPCVD SiNx deposition takes place at up to 790 ° C.
  • the process time for depositing a layer thickness of 90 nm is about 2 hours.
  • the application of the paste can be done with a screen printing machine.
  • a sieve from Koenen with the specification 280 mesh / inch and a wire diameter of 25 ⁇ / ⁇ can be used.
  • the clothing angle of the screen is preferably 22.4 °.
  • the sieve emulsion used is the type Azokol Z130 from Kissel & Wolf.
  • the paste can be printed very well with a diamond squeegee and 80 shore squeegee hardness.
  • the printed wafer is heated for a period of about 5 minutes to a temperature of up to 400 ° C, whereby the etching paste is activated.
  • a belt furnace is used. The oven is divided into four heating zones. Zone 1 is set at 550 ° C, Zone 2 at 400 ° C, Zone 3 at 400 ° C, and Zone 4 at 300 ° C.
  • the belt speed is 51 cm / min.
  • the etched wafer is now using an inline cleaning system
  • the wafer is treated in a continuous ultrasonic bath (2 x 500W, 40kHz) and in the second stage cleaned on both sides with a water jet and then dried, for example with compressed air.
  • a continuous ultrasonic bath (2 x 500W, 40kHz)
  • a water jet cleaned on both sides with a water jet and then dried, for example with compressed air.
  • the preparation of the required backside contacts can be carried out under the following conditions:
  • the order of the paste can be done with a screen printing machine Here it is advantageous to continuously control the printing result.
  • the control is performed with four cameras.
  • the Ag / Al Paste With the Ag / Al Paste two busbars with the dimensions of 5 mm x 124 mm are printed on the backside.
  • the printed paste thickness is about 15 ⁇ .
  • the printed wafer is heated up to 200 ° C for a period of about 3 minutes.
  • a belt furnace can be used.
  • the entire backside is printed.
  • the printed thickness of the pastes is about 22pm with the applied amount of paste being about 2.64mg / cm 2 .
  • the printed wafer is heated up to 290 ° C for a period of about 3 minutes. This takes place in a belt furnace.
  • the silver paste PV 145 from DuPont Comp is used by way of example Koenen company with specification 280 mesh / inch and one
  • the clothing angle of the screen is 22.5 °.
  • the sieve emulsion used in this case is the type ISAR from Koenen.
  • the paste can be printed very well with a diamond squeegee and 60 shore squeegee hardness. For the printing of the pastes, the following have been found under the conditions tested
  • the silver paste prints the front page layout with 2 busbars and fingers.
  • the line width is 80pm and the distance between the fingers is 1, 7mm.
  • the width of the main busbars is 2mm.
  • the printed paste thickness is about 20pm.
  • the printed wafer is heated to a temperature of up to 290 ° C for a period of about 3 minutes. For this purpose, a belt furnace can be used. Burning conditions:
  • the silicon wafers printed with metal paste are transported through an IR belt furnace and heated up to a maximum temperature of 880 ° C and fired (fired). This temperature step serves both to burn out the organic paste components and to sinter and melt the metal particles and the glass frit parts.
  • a 7-zone belt furnace can be used in the process described, with the following temperature profile being found to be advantageous: 250-350-400- 480-560-560-880 ° C at a belt speed of 1.5 m / min.
  • the characterization of the manufactured solar cells is carried out by means of the sunlight simulator (Xe lamp) under standard conditions (STC 1000W / sqm, AM1.5, temperature: 25 ° C). The following measured values resulted for the model-produced cell:
  • the clear homogeneous mixture is then mixed with 22 g of carbon black and stirred for 2 hours.
  • the clear homogeneous mixture is then mixed with 5 g Ceridust (polyethylene wax) and stirred for 2 hours.
  • the clear homogeneous mixture is then mixed with 5 g Ceridust 9202 F and stirred for 2 hours.
  • the clear homogeneous mixture is then mixed with 22 g of carbon black and stirred for 2 hours.
  • the now ready-to-use paste can be printed with a steel stencil (see Fig. 10) or a printing screen with stainless steel mesh (70mesh / inch and 50 ⁇ m emulsion thickness). In principle, others can
  • the etch paste produced has proven to be storage stable for a long time while retaining the advantageous etching properties.

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Abstract

The present invention relates to a method for producing solar cells with local back surface field (LBSF) using an alkaline etching paste which allows the back surface to be polished and the back surface edges to be insulated in a single process step.

Description

Verfahren zur Herstellung von Solarzellen mit Local Back Process for the production of solar cells with local back
Surface Field (LBSF) Surface Field (LBSF)
Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung von Solarzellen mit Local Back Surface Field unter Verwendung von druckfähigen Ätzpasten. The present invention is a process for the production of solar cells with Local Back Surface Field using printable etching pastes.
Stand der Technik State of the art
Es ist für die Produktion von Silizium-Solarzellen bekannt, diese auf der Vorderseite mit einer passsivierenden Antireflexschicht zu beschichten und auf der Rückseite mit einer ganzflächigen Metallisierung (Back Surface Field) zu versehen. Für diese Metallisierung wird üblicherweise eine Aluminium basierende Siebdruckpaste verwendet, welche bei Sintertemperaturen >800°C eingebrannt wird. Das bei diesen Sinterprozess gebildete It is known for the production of silicon solar cells to coat these on the front side with a passivating antireflection layer and to provide them on the back with a full-surface metallization (back surface field). For this metallization usually an aluminum-based screen printing paste is used, which is baked at sintering temperatures> 800 ° C. The educated in this sintering process
niedrigschmelzendes Al/Si-Eutektikum legiert an die Silizium Oberfläche an und wirkt p-dotierend. Low-melting Al / Si eutectic alloyed to the silicon surface and acts p-doping.
Üblicherweise werden auf der Rückseite außerdem noch Kontaktpunkte mit Silberpaste aufgedruckt. Diese sind erforderlich für das Verlöten der Zellen zum Modul. Die mit Silberpaste verdruckten Rückseitenbusbars können in Streifen (unterhalb des Vorderseitenbusbars) aufgebracht werden und können die doppelte Breite des Vorderseitenbusbars aufweisen. Usually, contact points with silver paste are also printed on the back. These are required for soldering the cells to the module. The reverse side bus bars printed with silver paste may be applied in stripes (below the front side busbar) and may be twice the width of the front side bus bar.
Das Rückseitendesign einer Standardsolarzelle wird in vielen Varianten in der Produktion eingesetzt. The backside design of a standard solar cell is used in many variants in production.
Eine Beschreibung dieser Technologie findet sich in den Veröffentlichungen: P. Choulat et al; 22th European Photovoltaic Solar Energy Conference (2007), Mailand, Italien A description of this technology can be found in the publications: P. Choulat et al; 22nd European Photovoltaic Solar Energy Conference (2007), Milan, Italy
und and
G. Agostinelli et al, 20th European Photovoltaic Conference (2005),  G. Agostinelli et al, 20th European Photovoltaic Conference (2005),
Barcelona, Spanien Barcelona, Spain
In der Literatur wird außerdem auf die Optimierung des Back Surface Fields durch die Verwendung einer oxidischen Passivierungsschicht als Ersatz für eine ganzflächige Aluminiumschicht hingewiesen. Hierbei wird der The literature also focuses on optimizing the back surface field by using an oxide passivation layer as a substitute for a full-surface aluminum layer pointed. Here is the
Rückseitenkontakt über kleine Punkt - oder Linienkontakte mit dem p- dotierenden Aluminium erzeugt. Diese spezielle Rückseitenkontaktstruktur wird als Local Back Surface Field (LBSF) bezeichnet. Reverse contact generated via small point or line contacts with the p - doping aluminum. This particular back contact structure is referred to as Local Back Surface Field (LBSF).
Die bisher am häufigsten beschriebene und verwendete Methode zur Erzeugung einer Local Back Surface Field (LBSF) Struktur erfolgt durch Laser. Die dünne Aluminiumschicht wird dabei mittels Laser durch die Oxidschicht (S1O2 oder AI2O3) mit dem Silizium verschmolzen. Ein The most frequently described and used method for generating a Local Back Surface Field (LBSF) structure is by laser. The thin aluminum layer is thereby fused by laser through the oxide layer (S1O2 or AI2O3) with the silicon. One
wesentlicher Nachteil dieser Methode ist jedoch die Beschädigung der Siliziumoberfläche, wodurch eine erhöhte Elektronen- Rekombinationsgeschwindigkeit an der Oberfläche stattfindet. However, a significant disadvantage of this method is the damage to the silicon surface, which causes an increased electron recombination rate at the surface.
Neue Zellkonzepte in Verbindung mit Local Back Surface Field (LBSF) werden beschrieben für hocheffiziente Solarzellen mit Wirkungsgraden von über 20% (M.A. Green, J. Zhao, A. Wang, S.R. Wenham, Solar Energy Materials & Solar Cells 65 (2001) 9-16, Progress and outlook for high efficiency crystalline solar cells ). New cell concepts in conjunction with Local Back Surface Field (LBSF) are described for highly efficient solar cells with efficiencies of over 20% (MA Green, J. Zhao, A. Wang, SR Wenham, Solar Energy Materials & Solar Cells 65 (2001) 9- 16, Progress and outlook for high efficiency crystalline solar cells).
Durch die Verwendung der LBSF Technologie kann eine signifikante By using the LBSF technology can be a significant
Steigerung des Wirkungsgrads von Solarzellen (besser bekannt von PERC - Passivated Emitter Rear Contact) von über 0,5% (absolut) erreicht werden. Nach dem bekannten Stand der Technik wird für die Rückseitenpassivierung eine Doppelschicht - bestehend aus Aluminiumoxid oder S1O2 und Increasing the efficiency of solar cells (better known from PERC - Passivated Emitter Rear Contact) of over 0.5% (absolute) can be achieved. According to the known state of the art for the backside passivation is a double layer - consisting of alumina or S1O2 and
Siliziumnitrid auf die Waferrückseite aufgebracht (mittels PECVD). Silicon nitride applied to the wafer back (using PECVD).
In den Abb. 1 , 2 und 3 sind Prozessfließbilder der erforderlichen In Fig. 1, 2 and 3 are process flow diagrams of the required
Verfahrensschritte dargestellt, die bei der Herstellung von Solarzellen mit Local Back Surface Field (LBSF) bislang durchlaufen werden müssen. Diese Herstellungsmethoden sind bereits in der industriellen Produktion von Solarzellen eingeführt. Process steps shown, which must be gone through in the production of solar cells with Local Back Surface Field (LBSF) so far. These manufacturing methods are already introduced in the industrial production of solar cells.
Nach Verfahrensvariante A. wie in Abbildung 1 dargestellt, umfasst die Herstellung von Solarzellen mit LBSF folgende Schritte: According to process variant A. as shown in FIG. 1, the production of solar cells with LBSF comprises the following steps:
1. Texturierung der Oberfläche mit pyramidaler Struktur 2. Phosphordotierung (65Q/sq Diffusion von POCI3) 1. Texturing of the surface with pyramidal structure 2. Phosphorus doping (65Q / sq diffusion of POCI 3 )
3. Kantenisolierung mit HF/HNO3 auf der Rückseite und PSG-Ätzen 3. Edge insulation with HF / HNO 3 on the back and PSG etching
4. Abscheidung einer Passivierungsschicht (Si02 oder AI2O3) und einer SiNx-Schicht (PECVD SiNx) 4. deposition of a passivation layer (Si0 2 or Al 2 O 3 ) and a SiN x layer (PECVD SiN x )
5. Siebdruck zur Metallisierung der Oberfläche (Silberpaste) und der  5. Screen printing for metallization of the surface (silver paste) and the
Rückseite (Aluminiumpaste) / Sintern  Back (aluminum paste) / sintering
6. Laserkontaktierung des Rückseitenaluminiums mit Silizium  6. Laser contacting the backside aluminum with silicon
Nach Verfahrensvariante B, wie in Abbildung 2 dargestellt, umfasst die Herstellung von Solarzellen mit LBSF folgende Schritte: According to process variant B, as shown in FIG. 2, the production of solar cells with LBSF comprises the following steps:
1. Texturierung der Oberfläche mit pyramidaler Struktur 1. Texturing of the surface with pyramidal structure
2. Rückseiten Polishing (Glanzätzen mit HF/HNO3) 2. Backside polishing (flash etching with HF / HNO 3 )
3. Phosphordotierung (65Q/sq Diffusion von POCI3) 3. Phosphorus doping (65Q / sq diffusion of POCI 3 )
4. Kantenisolierung mit HF/HNO3 auf der Rückseite und PSG-Ätzen 4. Edge insulation with HF / HNO 3 on the back and PSG etching
5. Abscheidung von Passivierungsschicht (SiO2 oder AI2O3) und SiNx Schicht (PECVD SiNx) 5. Deposition of passivation layer (SiO 2 or Al 2 O 3 ) and SiN x layer (PECVD SiNx)
6. Selektives Öffnen der Passivierungsschicht und SiNx Schicht mittels Laser6. Selective opening of the passivation layer and SiN x layer by means of laser
7. Siebdruck zur Metallisierung der Voderseite (Silberpaste) und Rückseite (Aluminiumpaste) / Sintern 7. Screen printing for metallization of the front side (silver paste) and rear side (aluminum paste) / sintering
Seit 2011 ist eine Verfahrensvariante C bekannt, wie in Abbildung 3 dargestellt, (vorgestellt auf der PVSEC Konferenz 2011), wodurch Since 2011, a process variant C is known, as shown in Figure 3, (presented at the PVSEC Conference 2011), which
Solarzellen mit LBSF herstellbar sind, welche höhere Effizienzen aufweisen als Variante B. Solar cells can be produced with LBSF, which have higher efficiencies than variant B.
Diese Verfahrensvariante C umfasst die folgenden sieben Schritte, welche auch in Abbildung 3 dargestellt sind: This process variant C comprises the following seven steps, which are also shown in FIG. 3:
1. Texturierung der Oberfläche mit pyramidaler Struktur 1. Texturing of the surface with pyramidal structure
2. Rückseiten Polishing (Glanzätzen mit HF/HNO3) 2. Backside polishing (flash etching with HF / HNO 3 )
3. Phosphordotierung (65Q/sq Diffusion von POCI3) 3. Phosphorus doping (65Q / sq diffusion of POCI 3 )
4. Kantenisolierung mit HF/HNO3 auf der Rückseite und PSG-Ätzen 4. Edge insulation with HF / HNO 3 on the back and PSG etching
5. Abscheidung von Passivierungsschicht (SiO2 oder AI2O3) und SiNx Schicht (PE-CVD SiNx) . Selektives Öffnen der Passivierungsschicht und der SiNx-Schicht mittels Ätzpaste (SolarEtch AQS drucken, heizen, spülen) 5. Deposition of passivation layer (SiO 2 or Al 2 O 3 ) and SiN x layer (PE-CVD SiNx) , Selective opening of the passivation layer and the SiN x layer using etching paste (SolarEtch AQS print, heat, rinse)
7. Siebdruck zur Metallisierung der Oberfläche (Silberpaste) und Rückseite (Aluminiumpaste) / Sintern  7. Screen printing for metallization of the surface (silver paste) and back (aluminum paste) / sintering
Bei dieser Verfahrensvariante wird der Wafer nach der alkalischen In this process variant, the wafer is after the alkaline
Texturierung (bei Cz-Si Wafer) oder der sauren Texturierung (bei mc-Si Wafer) auf der Rückseite chemisch poliert mit einer HF/HNO3 Mischung (Entfernung der Textur). Dann wird der Wafer für etwa 25min bei Texturing (for Cz-Si wafers) or acidic texturing (for mc-Si wafers) on the back chemically polished with a HF / HNO 3 mixture (texture removal). Then the wafer will be on for about 25min
Temperaturen von etwa 800 - 850 °C mit POCI3 behandelt. Dabei diffundiert Phosphor in die Oberfläche des Wafers. Gleichzeitig wird dadurch der Flächenwiderstand auf etwa 65 Ohm/sq (Ω/sq) eingestellt. Die Temperatures of about 800 - 850 ° C treated with POCI 3 . In the process, phosphorus diffuses into the surface of the wafer. At the same time, this sets the sheet resistance to approximately 65 ohms / sq (Ω / sq). The
Kantenisolation (Trennung des p-n Übergangs) wird durch eine HF/HNO3 Mischung auf der Waferrückseite durchgeführt (Equipment von RENA). Für diesen Ätzschritt werden die Ätzbad konzentration und die Verweildauer zum Erreichen der gewünschten Ätztiefe bzw. des gewünschten Shuntwerts der fertigen Zelle eingestellt. Üblicherweise wird mit dem Rückseitenätzen ein Shuntwert von 30-40kücm2 eingestellt. Edge isolation (separation of the pn junction) is performed by a HF / HNO 3 mixture on the back of the wafer (RENA equipment). For this etching step, the etching bath concentration and the residence time to reach the desired etching depth or the desired shunt value of the finished cell are set. Normally, a shunt value of 30-40 cm 2 is set with the backside etching.
Das PSG-Glas auf der Vorderseite (Phosphorsilicatglas) wird mit Hilfe von Flußsäure entfernt. Anschliessend wird der Wafer gespült und getrocknet und dem nächsten Produktionsschritt zugeführt, in dem die Abscheidung der Passivierungsschicht erfolgt. Letzteres kann durch eine thermische The PSG glass on the front side (phosphosilicate glass) is removed with the help of hydrofluoric acid. Subsequently, the wafer is rinsed and dried and fed to the next production step, in which the deposition of the passivation layer takes place. The latter can be due to a thermal
Abscheidung von SiO2 oder für AI2O3 durch die ALD Methode (atomic layer deposition) erfolgen. Danach erfolgt die Abscheidung einer SiNx Schicht sowohl auf der Rückseite als auch auf der Vorderseite. Dieses entspricht einer Maskierung mit einer Antireflexionsschicht (ARC Deposition ) und erfolgt mittels plasmaunterstützte chemische Gasphasenabscheidung [engl, plasma enhanced chemical vapor deposition (PECVD)] von Siliziumnitrid (SiNx). Auf die Rückseite wird mittels Siebdruck die Ätzpaste SolarEtch AQS gedruckt (Punktmuster mit ca 70-1 OOum Durchmesser) und im Bandofen bei 390°C aktiviert. Danach wird die Ätzpaste mit einer 0,1%igen KOH-Lösung im Ultraschallbad abgespült, mit VE Wasser gespült und getrocknet. Nach dem Aufdrucken einer Silberpaste zur Vorderseitenkontaktierung und einer Aluminiumpaste als Rückseiten Local Back Surface Field wird im Bandofen ausgeheizt (gefeuert). Nachteile dieses Verfahrens zur Herstellung von Solarzellen mit Local Back Surface Field (LBSF) sind sowohl die große Zahl an Prozessschritten, die zeit- und kostenintensiv sind, als auch der hohe Verbrauch an HF/HNO3. Deposition of SiO 2 or for Al 2 O 3 by the ALD method (atomic layer deposition) take place. Thereafter, the deposition of a SiN x layer takes place both on the back and on the front. This corresponds to a masking with an antireflection layer (ARC deposition) and is carried out by means of plasma-enhanced chemical vapor deposition (PECVD) of silicon nitride (SiN x ). The etching paste SolarEtch AQS is printed on the reverse side by screen printing (dot pattern with approx. 70-1 OOum diameter) and activated in the belt furnace at 390 ° C. Thereafter, the etching paste is rinsed with a 0.1% KOH solution in an ultrasonic bath, rinsed with demineralized water and dried. After printing a silver paste for the front side contact and an aluminum paste as backside Local Back Surface Field is heated (fired) in the belt furnace. Disadvantages of this process for the production of solar cells with Local Back Surface Field (LBSF) are both the large number of process steps, which are time-consuming and cost-intensive, and the high consumption of HF / HNO 3 .
Aufgabenstellung task
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein einfach durchführbares Verfahren zur Herstellung von Solarzellen mit Local Back Surface Field und hoher Effektivität zur Verfügung zu stellen, durch welches Zeit und Kosten, sowie Verfahrensschritte eingespart werden können. Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es auch, die Prozesse umweltfreundlicher zu gestalten, und beispielsweise die Verwendung von HF und HNO3 Object of the present invention is therefore to provide an easy to carry out process for the production of solar cells with Local Back Surface Field and high efficiency, by which time and cost, and process steps can be saved. It is also an object of the present invention to make the processes more environmentally friendly, and for example the use of HF and HNO 3
einzuschränken, bzw. wenn möglich zu vermeiden. restrict or, if possible, avoid it.
Gegenstand der Erfindung Subject of the invention
Versuche mit verschiedenen Ätzpastenzusammensetzungen haben überraschenderweise gezeigt, dass diese Aufgabe durch die Verwendung von neuen KOH haltigen Ätzpastenzusammensetzungen und durch eine gleichzeitige Veränderung des Verfahrens gelöst werden kann. Experiments with various etch paste compositions have surprisingly shown that this object can be achieved by the use of new KOH containing etch paste compositions and by simultaneously changing the process.
Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist somit ein Verfahren zur The present invention thus provides a process for
Herstellung von Solarzellen mit Local Back Surface Field (LBSF), welches dadurch gekennzeichnet ist, dass hierbei die Rückseitenpolitur und die Rückseitenkantenisolation mit Hilfe einer alkalischen Ätzpaste in einem Verfahrensschritt ermöglicht werden. In einem weiteren Verfahrensschritt werden mit Hilfe einer sauren Ätzpaste die Kontaktfenster in den Production of Solar Cells with Local Back Surface Field (LBSF), which is characterized in that in this case the back side polishing and the backside edge insulation are made possible with the aid of an alkaline etching paste in one process step. In a further method step, the contact windows in the. Using an acidic etching paste
Rückseitenmultilayer (Passivierungsschicht und SiNx) geätzt, wobei die verwendete saure Ätzpaste eine besondere Selektivität gegenüber Back side multilayer (passivation layer and SiN x ) etched, wherein the acidic etching paste used a particular selectivity over
Siliziumschichten aufweist. Has silicon layers.
Insbesondere unterscheidet sich dieses neue erfindungsgemäße Verfahren von bisher bekannten Verfahren dadurch, dass die Polierätzung und In particular, this new method according to the invention differs from previously known methods in that the polishing etching and
Kantenisolation ohne Verwendung von HF/HNO3 Mischungen durchgeführt werden. Vorteilhafter Weise kann durch die Verwendung einer alkalischen Ätzpaste auf eine chemische Abluftreinigung völlig verzichtet werden. In einer bevorzugten Ausführungsform, wie in Abb. 4 dargestellt, umfasst das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung von Solarzellen mit Local Back Surface Field die folgenden Verfahrensschritte: Edge isolation without use of HF / HNO3 mixtures are performed. Advantageously, can be completely dispensed by the use of an alkaline etching paste on a chemical exhaust air purification. In a preferred embodiment, as shown in FIG. 4, the method according to the invention for producing solar cells with a local back surface field comprises the following method steps:
I. Texturierung der Oberfläche  I. Texturing of the surface
II. Phosphordotierung (~65Q/sq Diffusion von POCI3) II. Phosphorus doping (~ 65Q / sq diffusion of POCI 3 )
III. Ätzen der Rückseite mittels einer alkalischen Ätzpaste, wodurch die Oberfläche poliert wird und gleichzeitig der p-n Übergang getrennt wird, wobei das Drucken der Ätzpaste mit Schablonendruck auf die Rückseite erfolgt, im Bandofen bei ca. 150°C für 2 Minuten aktiviert wird und der Wafer mit VE Wasser gespült wird,  III. Etching the back with an alkaline etching paste, thereby polishing the surface and simultaneously separating the pn junction, printing the etching paste with stencil printing on the back, activating in the belt oven at about 150 ° C for 2 minutes, and the wafer with VE water is rinsed,
IV. Beschichtung der Rückseite mit SiO2 oder AI2O3 Passivierungsschicht (15-30nm) und anschließende Beschichtung der Rückseite und IV. Coating the backside with SiO 2 or Al 2 O 3 passivation layer (15-30nm) and then coating the backside and
Vorderseite mit Siliziumnitrid (70-1 OOnm) mittels„plasma enhanced chemical vapor deposition" (PECVD - SiNx) Front side with silicon nitride (70-100 nm) by means of "plasma-enhanced chemical vapor deposition" (PECVD-SiN x )
V. Aufdrucken der Ätzpaste mittels Siebdruck, heizen im Bandofen und spülen mit VE Wasser.  V. Print the etching paste by means of screen printing, heat in a belt oven and rinse with demineralized water.
VI. Siebdruck zur Metallisierung der Oberfläche (Frontseite) und der  VI. Screen printing for metallization of the surface (front) and the
Rückseite mit anschließendem Sintern (Cofiring).  Back side with subsequent sintering (cofiring).
In abgewandelter Form nach Änderung der Reihenfolge (Abbildung 5) umfasst das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung von Solarzellen mit einstufigem Emitter die Verfahrensschritte: In a modified form after changing the sequence (FIG. 5), the method according to the invention for the production of single-stage emitter solar cells comprises the method steps:
I. Texturierung der Oberfläche  I. Texturing of the surface
II. Phosphordotierung (~65Q/sq Diffusion von POCI3) II. Phosphorus doping (~ 65Q / sq diffusion of POCI 3 )
III. Ätzen der Rückseite mittels einer alkalischen Ätzpaste, wodurch die Oberfläche poliert wird und gleichzeitig der p-n Übergang getrennt wird (Drucken der Ätzpaste mit Schablonendruck auf die Rückseite,  III. Etching the backside with an alkaline etch paste, thereby polishing the surface while simultaneously separating the p-n junction (printing the stencil-etching paste on the back,
Aktivieren im Bandofen bei ca 150°C für 2min, Spülen des Wafers mit VE Wasser)  Activate in a belt oven at approx. 150 ° C for 2min, rinse the wafer with deionized water)
IV. Beschichtung der Rückseite mit SiO2 oder AI2O3 Passivierungsschicht (15-30nm) und anschließende Beschichtung der Rückseite und IV. Coating the backside with SiO 2 or Al 2 O 3 passivation layer (15-30nm) and then coating the backside and
Vorderseite mit Siliziumnitrid (70-1 OOnm) mittels„plasma enhanced chemical vapor deposition" (PECVD - SiNx) Front side with silicon nitride (70-100 nm) by means of "plasma-enhanced chemical vapor deposition" (PECVD-SiN x )
V. Öffnen der SiO2/SiNx Schicht oder AI2O3/SiNx Schicht mittels Laser (Punktöffnungen mit ca. 70um Durchmesser) I. Siebdruck zur Metallisierung der Oberfläche (Frontseite) und der V. Opening of the SiO 2 / SiN x layer or Al 2 O 3 / SiN x layer by means of a laser (point openings with approx. 70 μm diameter) I. screen printing for metallization of the surface (front) and the
Rückseite mit anschließendem Sintern (Cofiring).  Back side with subsequent sintering (cofiring).
Zur Lösung der erfindungsgemäßen Aufgabe trägt insbesondere die To achieve the object of the invention carries in particular the
Verwendung einer alkalische Ätzpaste bei, die bevorzugt als alklische Ätzkomponente NaOH, KOH oder Gemische davon enthält und die in dem beschriebenen Verfahren zur Herstellung von Solarzellen mit Local Back Surface Field beschrieben wird. Insbesondere bevorzugt sind in diesem Zusammenhang Ätzpasten, die als Ätzkomponente KOH enthalten. Use of an alkaline etching paste, which preferably contains as alklische Ätzkomponente NaOH, KOH or mixtures thereof and which is described in the described method for the production of solar cells with Local Back Surface Field. In this context, etching pastes which contain KOH as the etching component are particularly preferred.
Besonders geeignet sind hierzu KOH-haltige Ätzpasten, die KOH in einer Menge von 5 bis 40 Gew.-% enthalten. Particularly suitable for this purpose are KOH-containing etching pastes containing KOH in an amount of 5 to 40 wt .-%.
Neben der KOH enthalten erfindungsgemäße Pasten ein Lösungsmittel oder ein Lösungsmittelgemisch. Hierfür besonders geeignete Lösungsmittel sind in diesem Fall Lösungsmittel, ausgewählt aus der Gruppe Glycerin, In addition to the KOH pastes according to the invention contain a solvent or a solvent mixture. Particularly suitable solvents for this purpose are in this case solvents selected from the group of glycerol,
Ethylenglycol, Polyethylenglycol, Octanol, 1 ,3-Propandiol, 1 ,4-Butandiol, Diethylenglykolmonomethylether, Diethylenglykolmonoethylether, Ethylene glycol, polyethylene glycol, octanol, 1, 3-propanediol, 1, 4-butanediol, diethylene glycol monomethyl ether, diethylene glycol monoethyl ether,
Dimethylsulfoxid und gamma-Butyrolacton, die rein oder im Gemisch eingesetzt werden können. Das Lösungsmittel oder Lösungmittelgemisch kann in der Paste in einer Menge von 20 bis 70 Gew.-% enthalten sein. Dimethyl sulfoxide and gamma-butyrolactone, which can be used in pure or in admixture. The solvent or solvent mixture may be contained in the paste in an amount of 20 to 70% by weight.
Weiterhin bevorzugt enthalten diese Zusammensetzungen mindestens einen nichtpartikulären Verdicker. Insbesondere sind in diesen Pasten Further preferably, these compositions contain at least one non-particulate thickener. In particular, in these pastes
nichtpartikuläre Verdicker ausgewählt aus der Gruppe Polyvinylpyrrolidon, Polyacrylate, Carboxymethylcellulose und Hydroxypropylcellulose rein oder im Gemisch enthalten. Besonders gute Eigenschaften weisen non-particulate thickeners selected from the group consisting of polyvinylpyrrolidone, polyacrylates, carboxymethylcellulose and hydroxypropylcellulose contained in pure or in a mixture. Show particularly good properties
entsprechende Pasten auf, die einen partikulären Verdicker ausgewählt aus der Gruppe Ruß, Pyrogene Kieselsäure, Magnesium-Aluminium-Silikate und niedrigschmelzender Wachspartikel, rein, oder im Gemisch enthalten. corresponding pastes containing a particulate thickener selected from the group carbon black, pyrogenic silica, magnesium-aluminum silicates and low-melting wax particles, pure, or in a mixture.
Ganz besonders gut eignen sich für den Einsatz im erfindungsgemäßen Verfahren Pasten, die sowohl nichtpartikuläre als auch partikuläre Verdicker enthalten. Vorzugsweise sind in den Pasten Verdicker in einer Menge von 0,1 - 35 Gew.%, bevorzugt in einer Menge von 0,5 - 35 Gew.-%, enthalten. Durch die Verwendung KOH-haltiger Ätzpaste zur Herstellung von Especially suitable for use in the process according to the invention are pastes which contain both non-particulate and particulate thickeners. Thickeners are preferably present in the pastes in an amount of 0.1-35% by weight, preferably in an amount of 0.5-35% by weight. By using KOH-containing etching paste for the production of
Solarzellen mit LBSF (Local Back Surface Field) werden Solarzellen mit verbesserter Effektiveität erhalten. Dabei hat es sich als vorteilhaft erwiesen, dass zur Herstellung solcher Solarzellen mit LBSF nach dem vereinfachten Verfahren Phosphorsäure-haltige Ätzpasten zum Öffnen der Solar cells with LBSF (Local Back Surface Field) will receive solar cells with improved effectiveness. It has proven to be advantageous that for the production of such solar cells with LBSF according to the simplified method phosphoric acid-containing etching pastes for opening the
rückseitenpassivierungsschicht verwendet werden. Backside passivation layer can be used.
Ausführliche Beschreibung der Erfindung Detailed description of the invention
Durch Versuche wurde überraschenderweise gefunden, dass durch By experiments it was surprisingly found that by
Verwendung einer neuen KOH-haltigen Ätzpaste sehr gute Ätzergebnisse für Phosphor-Silicat-Glas (PSG oder Phosphorglas) erzielt werden. Als besonders vorteilhaft hat sich hierbei ergeben, dass gleichzeitig die darunterliegende Siliziumschicht in einem Schritt geätzt werden kann. Durch Versuche mit den neuen Ätzpastenformulierungen wurde auch gefunden, dass durch die Verwendung der erfindungsgemäßen Zusammensetzung sowohl sehr gute Polierergebnisse erzielt werden als auch die beim Using a new KOH-containing etching paste very good etching results for phosphosilicate glass (PSG or phosphorus glass) can be achieved. It has proven to be particularly advantageous here that at the same time the underlying silicon layer can be etched in one step. Through experiments with the new etching paste formulations has also been found that both very good polishing results are achieved by the use of the composition according to the invention as well as the
strukturierten Ätzen in kurzer Zeit erzielbare Ätztiefe ausreichend ist für die Trennung von p-n Übergängen, und zwar wird hierbei eine Ätztiefe >5pm erzielt. etched in a short time achievable etching depth is sufficient for the separation of p-n junctions, namely in this case an etching depth> 5pm is achieved.
Es hat sich weiterhin gezeigt, dass durch die Integration der neuen It has also been shown that by integrating the new
Ätzpastenzusammensetzungen in den Herstellungsprozess von Solarzellen mit Local Back Surface Field (LBSF) das Verfahren erfolgreich vereinfacht und kostengünstiger gestaltet werden kann. Die gleichzeitige Polierätzung und die Kantenisolation (p-n Trennung) der darunterliegenden Silizium- Schicht, hat zur Folge, dass durch das verbesserte Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung Solarzellen mit LBSF mit einem höheren Etching paste compositions in the manufacturing process of solar cells with Local Back Surface Field (LBSF), the process can be successfully simplified and made more cost-effective. The simultaneous polishing etch and the edge isolation (p-n separation) of the underlying silicon layer has the consequence that, with the improved process according to the present invention, solar cells with LBSF with a higher
Wirkungsgrad hergestellt werden können. Efficiency can be produced.
In dem erfindungsgemäßen Verfahren wird der Wafer nach der sauren Texturierung mit HF und HNO3 oder nach alkalischer Texturierung mit KOH und Isopropanol an der Waferoberfläche ganzflächig stark dotiert. Hierfür wird unter Verwendung von POCI3 bei Temperaturen von etwa 800-850°C während einer Verweilzeit von etwa 30 bis 90 Minuten mit Phosphor dotiert. Durch die Dotierung wird die Leitfähigkeit der Zellenvorderseite auf etwa 60 - 70 Ohm/sq eingestellt. Anschliessend wird die neue Ätzpaste durch Siebdruck mit einem speziellen Sieblayout oder mittels Stahlschablone, vorzugsweise ganzflächig, auf die Rückseite des Si Wafers gedruckt und erhitzt. Die Waferoberfläche wird zu diesem Zweck auf eine Temperatur von 100°C bis 150°C erhitzt. Die Heizdauer beträgt 2 bis 5 Minuten. Das Erhitzen wird vorzugsweise in einem Bandofen durchgeführt. Während des In the method according to the invention, the wafer is heavily doped over the entire area after the acid texturing with HF and HNO 3 or after alkaline texturing with KOH and isopropanol on the wafer surface. For this purpose, phosphorus is doped at temperatures of about 800-850 ° C during a residence time of about 30 to 90 minutes using POCI3. Due to the doping, the conductivity of the cell front side becomes about 60 - 70 ohms / sq. Subsequently, the new etching paste is printed by screen printing with a special Sieblayout or by steel stencil, preferably over the entire surface, on the back of the Si wafer and heated. The wafer surface is heated to a temperature of 100 ° C to 150 ° C for this purpose. The heating time is 2 to 5 minutes. The heating is preferably carried out in a belt furnace. During the
Heizschrittes wird sowohl die PSG- als auch die Siliziumschicht geätzt. Die Ätzung ist abgeschlossen, wenn eine Ätztiefe von >5pm erreicht worden ist. Dieses ist daran zu erkennen, dass die Rückseite stark zu glänzen beginnt. Nach einer einfachen Reinigung mit VE Wasser wird im nächsten Heating step, both the PSG and the silicon layer is etched. The etch is complete when an etch depth of> 5pm has been achieved. This can be recognized by the fact that the back side starts to shine strongly. After a simple cleaning with VE water will be in the next
Prozessschritt das PSG-Glas (Phosphorglas) auf der Vorderseite des Wafers mit Hilfe von Flußsäure entfernt. Der Wafer wird erneut mit VE Wasser gespült und getrocknet. Danach wird eine Passivierungsschicht auf die Rückseite aufgebracht. Hierfür kann S1O2 mit einer Schichtdicke von 30 nm (durch thermische Oberflächenoxidation) oder AI2O3 mit einer Process step, the PSG glass (phosphor glass) on the front of the wafer using hydrofluoric acid removed. The wafer is rinsed again with demineralized water and dried. Thereafter, a passivation layer is applied to the backside. For this purpose, S1O2 with a layer thickness of 30 nm (by thermal surface oxidation) or Al2O3 with a
Schichtdicke von 20 nm (mit Atomic Layer Deposition) aufgebracht werden. Anschliessend wird auf die Rückseite und auf die Vorderseite durch PE-CVD Siliciumnitrid mit einer Schichtdicke von 90 nm abgeschieden. Auf die Rückseite wird die Ätzpaste SolarEtch AQS als Punktmuster (ca. 25 000 Punkte mit 90μιτι Durchmesser) aufgedruckt (mit Siebdruck). Anschliessend wird die Waferoberfläche auf eine Temperatur von 350°C bis 450°C erhitzt. Die Heizdauer liegt dabei zwischen einer und 5 Minuten. Das Erhitzen erfolgt vorzugsweise in einem Bandofen. Während des Heizschrittes wird sowohl die SiNx- als auch die Si02 oder Al203 Schicht geätzt. Nach diesem Layer thickness of 20 nm (with atomic layer deposition) are applied. Subsequently, silicon nitride with a layer thickness of 90 nm is deposited on the rear side and on the front side by PE-CVD. On the back of the etching paste SolarEtch AQS is printed as a dot pattern (about 25 000 points with 90μιτι diameter) (with screen printing). Subsequently, the wafer surface is heated to a temperature of 350 ° C to 450 ° C. The heating time is between one and five minutes. The heating is preferably carried out in a belt furnace. During the heating step, both the SiN x and the Si0 2 or Al 2 0 3 layer is etched. After this
Prozessschritt wird die Waferoberfläche mit 0,1-0,4% KOH Lösung im Ultraschallbad gereinigt, mit VE Wasser gespült und getrocknet. Auf die Vorderseite wird zur Vorderseitenkontaktierung die entsprechende Process step, the wafer surface is cleaned with 0.1-0.4% KOH solution in an ultrasonic bath, rinsed with demineralized water and dried. On the front side is the front side contacting the corresponding
Silberpaste gedruckt, während zur Rückseitenkontaktierung auf die Printed silver paste, while for backside contact on the
Rückseite an den vorgesehenen Stellen eine Aluminiumpaste aufgedruckt wird. Hierfür werden vorzugsweise spezielle LBSF Aluminiumpasten verwendet, welche eine reduzierte Glasfrittekonzentration (beispielsweise LBSF Alupasten Solamet® der Firma DuPont) aufweisen. Die bedruckten Wafer werden abschliessend im Bandofen erhitzt und ausgeheizt. Rear side at the designated places an aluminum paste is printed. For this purpose, preferably special LBSF aluminum pastes are used which have a reduced Glasfrittekonzentration (e.g. LBSF Alupasten Solamet ® from DuPont). The printed wafers are finally heated in the belt furnace and baked.
Dementsprechend umfasst das erfindungsgemässe Verfahren zur Accordingly, the inventive method comprises the
Herstellung von Solarzellen mit Local Back Surface Field unter Verwendung der erfindungsgemässen Ätzpastenzusammensetzungen folgende Production of Solar Cells Using Local Back Surface Field Using the following etching paste compositions according to the invention
Verfahrensschritte, die in Abbildung 4 wiedergegeben sind: Procedural steps shown in Figure 4:
1. Texturierung der Oberfläche mit pyramidalen Strukturen 1. Texturing of the surface with pyramidal structures
2. Phosphordotierung (~65Q/sq Diffusion von POCI3) 2. Phosphorus doping (~ 65Q / sq diffusion of POCI 3 )
3. Ätzen der Rückseite mit der erfindungsgemäßen Ätzpaste, wodurch die Oberfläche poliert wird und gleichzeitig der p-n Übergang getrennt wird (Drucken der Ätzpaste mit Schablonendruck auf die Rückseite, Aktivieren im Bandofen bei ca 150°C für 2min, Spülen des Wafers mit VE Wasser 3. Etching the backside with the etching paste according to the invention, whereby the surface is polished and at the same time the p-n junction is separated (printing the etching paste with stencil printing on the back, activating in the belt oven at about 150 ° C for 2min, rinsing the wafer with deionized water
4. PSG Ätzung mit HF (PSG: Phosphorsilikatglas) 4. PSG etching with HF (PSG: phosphosilicate glass)
5. Beschichtung der Rückseite mit S1O2 oder AI2O3-Passivierungsschicht und Beschichtung der Rückseite und Vorderseite mit Siliziumnitrid 5. Coating the backside with S1O2 or Al 2 O 3 passivation layer and coating the back and front side with silicon nitride
[PECVD - SiNx, (PECVD: plasma enhanced chemical vapor deposition][PECVD - SiN x , (PECVD: plasma enhanced chemical vapor deposition]
6. Selektives Öffnen der Passivierungsschicht und der SiNx Schicht mittels Ätzpaste (SolarEtch AQS drucken, heizen, spülen) 6. Selective opening of the passivation layer and the SiN x layer by means of etching paste (SolarEtch AQS print, heat, rinse)
7. Siebdruck zur Metallisierung der Oberfläche (Silberpaste) und Rückseite (Aluminiumpaste) / Sintern im Bandofen  7. Screen printing for metallization of the surface (silver paste) and backside (aluminum paste) / sintering in the belt furnace
Im Vergleich zu den bekannten Verfahren zur Herstellung von Solarzellen mit Local Back Surface Field (LBSF) umfasst das erfindungsgemäße In comparison to the known methods for the production of solar cells with Local Back Surface Field (LBSF), the inventive
Verfahren weniger Verfahrensschritte. Somit ist es möglich, durch das geänderte Verfahren unter Verwendung der erfindungsgemäßen Process less process steps. Thus, it is possible by the modified method using the invention
Ätzpastenzusammensetzungen sowohl Zeit als auch Chemikalien Etching paste compositions both time and chemicals
einzusparen, die für die beiden entfallenen Schritte erforderlich gewesen wären. Dadurch gestaltet sich gleichzeitig auch das gesamte savings that would have been necessary for the two steps that were omitted. As a result, at the same time, the entire design
Herstellungsverfahren kostengünstiger. Production process more cost-effective.
Zur Herstellung von Solarzellen mit Local Back Surface Field (LBSF) zeigt das erfindungsgemäße Verfahren und die dadurch hergestellten Solarzellen folgende Vorteile gegenüber den oben beschriebenen, bekannten Verfahren A, B und C: . Weniger Verfahrensschritte zur Herstellung von Solarzellen mit selektiven Emitter For the production of solar cells with Local Back Surface Field (LBSF), the method according to the invention and the solar cells produced thereby have the following advantages over the above-described known methods A, B and C: Fewer process steps for the production of solar cells with selective emitter
2. Geringere Kosten zur Durchführung des gesamten Verfahrens 3. Umweltfreundlicheres Verfahren, weil ein Ätzschritt (Polierschritt) mit einer Säuremischung, bestehend aus einer HF/HN03-Mischung, entfällt und somit die Bildung von Nitrosen Gasen vermieden wird 2. Lower costs to carry out the entire process 3. Environmentally friendly method, because an etching step (polishing step) with an acid mixture consisting of a HF / HN0 3 mixture, is omitted and thus the formation of nitrosenic gases is avoided
4. Höhere Effizienz, bzw. höhere Zellenwirkungsgrade als  4. Higher efficiency, or higher cell efficiencies than
Standardsolarzellen  standard solar cells
Neben diesen Verfahrensvorteilen und dem höheren Wirkungsgrad der hergestellten Solarzellen wurde festgestellt, dass nach dem Ätzen mit der erfindungsgemäßen neuen, alkalischen Ätzpaste die Waferrückseite eine sehr geringe Rauigkeit aufweist. Durch diese geringe Rauigkeit wird die Elektronenrekombinationsrate deutlich reduziert, letzteres beeinflusst wiederum die Effizienz der hergestellten Solarzelle positiv. In addition to these process advantages and the higher efficiency of the solar cells produced, it has been found that after etching with the novel, alkaline etching paste according to the invention, the wafer backside has a very low roughness. Due to this low roughness, the electron recombination rate is significantly reduced, the latter in turn positively influences the efficiency of the solar cell produced.
Insbesondere werden diese Vorteile durch die Verwendung einer alkalischen Ätzpaste in Verfahrensschritt 3 bewirkt. Darin können als alkalische In particular, these advantages are brought about by the use of an alkaline etching paste in process step 3. In it can be called alkaline
Ätzkomponente NaOH, KOH oder Gemische davon enthalten sein. Etching component NaOH, KOH or mixtures thereof may be included.
Bevorzugt sind Ätzpasten, in denen als alkalische Ätzkomponente KOH enthalten. Entsprechende alkalische Pasten enthalten die alkalische Preference is given to etching pastes containing KOH as the alkaline etching component. Corresponding alkaline pastes contain the alkaline
Ätzkomponente in einer Konzentration im Bereich von 5 bis 40 Gew.-% auf bezogen auf die Gesamtzusammensetzung. Vorzugsweise liegt die Etching component in a concentration in the range of 5 to 40 wt .-% based on the total composition. Preferably, the
Konzentration der Ätzkomponente im Bereich von 10 bis 37 Gew.-%. Concentration of the etching component in the range of 10 to 37 wt .-%.
Besonders bevorzugt liegt die Konzentration im Bereich von 12 bis 35 Gew.- % KOH oder KOH und NaOH im Gemisch. Durch Versuche wurden besonders gut Ergebnisse gefunden mit Zusammensetzungen, die KOH in einer Konzentration von 20 bis 35 Gew.-% enthalten. Außer Wasser als Lösungsmittel können in den erfindungsgemäß verwendeten alkalischen Ätzpasten Lösungsmittel, ausgewählt aus der Gruppe Glycerin, Particularly preferably, the concentration is in the range from 12 to 35% by weight of KOH or KOH and NaOH in the mixture. Experiments have found particularly good results with compositions containing KOH in a concentration of 20 to 35 wt .-%. Apart from water as solvent, in the alkaline etching pastes used according to the invention, solvents selected from the group of glycerol,
Ethylenglycol, Polyethylenglycol, Octanol, 1 ,3-Propandiol, 1,4-Butandiol, Diethylenglykolmonomethylether, Diethylenglykolmonoethylether, Ethylene glycol, polyethylene glycol, octanol, 1,3-propanediol, 1,4-butanediol, diethylene glycol monomethyl ether, diethylene glycol monoethyl ether,
Dimethylsulfoxid und gamma-Butyrolacton, rein oder im Gemisch enthalten sein. Diese Lösungsmittel können der Zusammensetzung in einer Menge von 20 bis 70 Gew.-%, vorzugsweise in einer Menge von 20 bis 60 Gew.%, insbesondere bevorzugt in einer Menge von 20 bis 40 Gew.-% zugefügt sein. Zur Verdickung enthält die Paste nichtpartikuläre Verdicker, ausgewählt aus der Gruppe Polyvinylpyrrolidon, Polyacrylate, Carboxymethylcellulose und Hydroxypropylcellulose rein oder im Gemisch. Weiterhin können der Paste partikuläre Verdicker zugesetzt sein ausgewählt aus der Gruppe Ruß, Pyrogene Kieselsäure, Magnesium-Aluminium-silikat und Dimethyl sulfoxide and gamma-butyrolactone, pure or contained in a mixture. These solvents may be added to the composition in an amount of from 20 to 70% by weight, preferably in an amount of from 20 to 60% by weight, more preferably in an amount of from 20 to 40% by weight. For thickening, the paste contains non-particulate thickeners selected from the group consisting of polyvinylpyrrolidone, polyacrylates, carboxymethylcellulose and hydroxypropylcellulose, pure or mixed. Furthermore, the paste can Particulate thickener may be added selected from the group carbon black, pyrogenic silica, magnesium aluminum silicate and
niedrigschmelzende Wachspartikel. Diese partikulären Verdicker können rein oder im Gemisch zugesetzt sein. Je nach Wahl des Verdickers können in einer solchen Ätzpaste Verdicker in einer Menge von insgesamt 0,1 bis 35 Gew.-% enthalten sein. Vorzugsweise liegt die Verdickerkonzentration in einer entsprechenden Ätzpaste mit guten Ätzeigenschaften zwischen vorzugsweise 0,5 und 35 Gew.-%. low melting wax particles. These particulate thickeners may be added neat or in admixture. Depending on the choice of thickener, thickener may be contained in such an etching paste in a total amount of from 0.1 to 35% by weight. Preferably, the thickener concentration is in a corresponding etching paste with good etching properties between preferably 0.5 and 35 wt .-%.
In Abbildung 6 ist ein Photo der Oberfläche eines unbehandelten Wafers im Vergleich zu einem Wafer nach der Behandlung mit der erfindungsgemäßen Ätzpaste wiedergegen. Nach dem Ätzschritt mit der alkalischen Ätzpaste ist die glatte reflektierende Oberfläche deutlich erkennbar. In Figure 6, a photograph of the surface of an untreated wafer as compared to a wafer after treatment with the etching paste of the invention is again present. After the etching step with the alkaline etching paste, the smooth reflective surface is clearly visible.
Abbildung 7 zeigt das Oberflächenprofil eines teilgeätzten Wafers. Hierbei ist zur Demonstration eine Hälfte der Oberfläche des Wafers nicht mit der erfindungsgemäßen Ätzpaste bedruckt und geätzt worden. Somit ist es möglich, in einem Messvorgang die unbehandelte und die geätzte Seite zu vermessen. Figure 7 shows the surface profile of a partially etched wafer. In this case, half of the surface of the wafer has not been printed and etched with the etching paste according to the invention for demonstration purposes. Thus, it is possible to measure the untreated and the etched side in one measuring process.
Wie oben bereits gesagt, können für das selektive Öffnen der As already stated above, for the selective opening of the
Passivierungsschicht und der SiNx-Schicht Ätzpasten verwendet werden, wie sie beispielsweise unter dem Namen SolarEtch AQS im Handel vertrieben werden. Bei diesen Ätzpasten, die u. a. in WO 03/034504 A1 näher beschrieben sind, handelt es sich um HF/Fluorid-freie Ätzmedien, welche zum Ätzen von anorganischen Schichten als auch zum geeignet sind. Sie enthalten als Ätzkomponente üblicherweise Phosphorsäure und/oder deren Salze, welche beim Erhitzen zu der entsprechenden Phosphorsäure zersetzt werden. Die Ätzpasten können aufgrund ihrer pastösen Form selektiv auf die zu öffnenden Oberflächenbereiche aufgebracht werden, so dass beim nachfolgenden Erhitzen für 30 bis 120 Sekunden auf Temperaturen im Bereich von 250 bis 350 °C lokale Öffnungen der Waferoberfläche erzeugt werden können. Für die erfindungsgemäße Anwendung sind Passivation layer and the SiN x layer etching pastes are used, such as those sold under the name SolarEtch AQS commercially. These etching pastes, which are described in more detail inter alia in WO 03/034504 A1, are HF / fluoride-free etching media, which are suitable for etching inorganic layers as well as to. They contain as the etching component usually phosphoric acid and / or salts thereof, which are decomposed on heating to the corresponding phosphoric acid. Due to their pasty shape, the etching pastes can be applied selectively to the surface areas to be opened so that local openings of the wafer surface can be produced during subsequent heating for 30 to 120 seconds at temperatures in the range from 250 to 350 ° C. For the application of the invention are
Zusammensetzungen geeignet, die als Ätzkomponente Orthophosphorsäure, meta-Phosphorsäure, pyro-Phosphorsäure, bzw. deren Salze und hier insbesondere die Ammonium-Salze ((NH4)2HPO4, NH4H2PO4, (NH4)3P04) sowie andere Verbindungen, die bei ihrer thermischen Compositions which are suitable as etching component orthophosphoric acid, meta-phosphoric acid, pyrophosphoric acid, or salts thereof and in particular the ammonium salts ((NH 4 ) 2 HPO 4 , NH 4 H 2 PO 4 , (NH 4 ) 3 P0 4 ) as well as other compounds, which in their thermal
Zersetzung eine dieser Verbindungen bilden, in ausreichender Konzentration enthalten, so dass sie bei Temperaturen oberhalb 250°C in der Lage sind, Siliziumnitrid-Schichten von 70 nm Schichtdicke innerhalb weniger Sekunden bis Minuten vollständig wegzuätzen. Neben der Ätzkomponente enthalten diese Ätzpasten Lösungsmittel, Verdickungsmittel und gegebenenfalls Additive wie Entschäumer, Thixotropiermittel, Verlaufsmittel, Entlüfter, Haftvermittler. Die Ätzkomponente liegt dabei in der Zusammensetzung in einem Konzentrationsbereich von 1 - 80 Gew.- % bezogen auf die Decomposition of any of these compounds, contained in sufficient concentration, so that they are at temperatures above 250 ° C able to completely etch away silicon nitride layers of 70 nm layer thickness within a few seconds to minutes. In addition to the etching component, these etching pastes contain solvents, thickeners and optionally additives such as defoamers, thixotropic agents, leveling agents, deaerators, adhesion promoters. The etching component is in the composition in a concentration range of 1-80% by weight based on the
Gesamtmasse der Ätzpaste vor, vorzugsweise im mittleren bis oberen Konzentrationsbereich. Der Anteil des Lösungsmittels in der Total mass of Ätzpaste before, preferably in the middle to upper concentration range. The proportion of the solvent in the
Zusammensetzung kann im Bereich von 20-80 Gew.- %, vorzugsweise im unteren bis mittleren Bereich, bezogen auf die Gesamtmasse der Ätzpaste liegen. Geeignete Lösungsmittel können reine anorganische oder organische Lösungsmittel bzw. Mischungen derselben sein, wie Wasser, einfache und/oder mehrwertige Alkohole, Ether, insbesondere Composition may be in the range of 20-80% by weight, preferably in the lower to middle range, based on the total mass of the etching paste. Suitable solvents may be pure inorganic or organic solvents or mixtures thereof, such as water, simple and / or polyhydric alcohols, ethers, in particular
Ethylenglycolmonobutylether, Triethylenglykolmonomethylether, oder [2,2- Butoxy-(Ethoxy)]-Ethylacetat. Weiterhin liegt der Anteil des in der Paste enthaltenen Verdickungsmittels, der zur gezielten Einstellung des Ethylene glycol monobutyl ether, triethylene glycol monomethyl ether, or [2,2-butoxy- (ethoxy)] - ethyl acetate. Furthermore, the proportion of the thickener contained in the paste, which is used for the targeted adjustment of
Viskositätsbereiches und grundsätzlich zum Erzielen der Druckfähigkeit der Zusammensetzung, d.h. zur Bildung einer druckfähigen Paste erforderlich ist, liegt im Bereich von 1 - 20 Gew.- % bezogen auf die Gesamtmasse der Ätzpaste. Als Verdickungsmittel können organische oder anorganische Produkte oder Mischungen derselben enthalten sein, wie z. B. Viscosity range and in principle to achieve the printing ability of the composition, i. is required to form a printable paste, is in the range of 1 - 20% by weight based on the total mass of the etching paste. As thickening agents, organic or inorganic products or mixtures thereof may be included, such as. B.
Cellulose/Cellulosederivate wie Ethyl-, Hydroxylpropyl-, Hydroxylethyl-, Natrium-Carboxymethylcellulose, oder Stärke/Stärkderivate wie Cellulose / cellulose derivatives such as ethyl, hydroxylpropyl, hydroxylethyl, sodium carboxymethylcellulose, or starch / starch derivatives such as
Natriumcarboxymethylstärke (vivastar®), oder Anionisches Heteropoly- Saccharide), Acrylate (wie Borchigel®), Polymere wie Polyvinylalkohole (Mowiol®), Polyvinylpyrolidone (PVP), oder Hochdisperse Kieselsäuren wie Aerosil®. Beide Typen von Verdickungsmitteln, organische und Sodium carboxymethyl starch (vivastar®) or Anionic heteropoly saccharide) acrylates (such Borchigel ®), polymers such as polyvinyl alcohols (Mowiol), polyvinylpyrrolidones (PVP), or fumed silicas such as Aerosil®. Both types of thickeners, organic and
anorganische, können auch beliebig kombiniert sein. Gegebenenfalls enthaltene Additive können Entschäumer, Thixotropiermittel, Verlaufsmittel / Antiverlaufsmittel, Entlüfter und Haftvermittler sein. inorganic, can also be combined arbitrarily. Optionally contained additives may be defoamers, thixotropic agents, flow control agents / anti-caking agents, deaerators and adhesion promoters.
Zur selektiven Metallisierung der Oberfläche mit einer Silberpaste können entsprechende siebdruckfähige Zusammensetzungen verwendet werden, wie sie z. B. von Dupont unter dem Handelsnamen PV145 Conducton oder von Metalor® unter dem Handelsnamen MetPaste HeliSil5718® vertrieben werden. Solche Pasten können Silber in einer Menge von 50 bis 80 Gew.-% bezogen auf die Gesamtmasse enthalten, sowie Lösungsmittel oder For selectively metallizing the surface with a silver paste, appropriate screen printable compositions can be used as they are z. B. DuPont sold under the trade name PV145 Conducton or Metalor ® under the trade name MetPaste HeliSil5718 ®. Such pastes may contain silver in an amount of 50 to 80 wt .-% based on the total mass, as well as solvent or
Lösungsmittelgemische, weitere organische Zusätze und Wasser, sowie anorganische Oxide wie Zinkoxid, Siliziumdioxid, Thalliumoxid, Blei in Glasfritte. U. a. können Substanzen wie 2,2,4-Trimethyl-1,3-pentanediol- monoisobutyrate, Dibutylphthalat, Terpeniol, 2-(2-Butoxyethoxy)ethylacetat, oder Ethylcellulose enthalten sein, und zwar jeweils in abgestimmten Solvent mixtures, other organic additives and water, and inorganic oxides such as zinc oxide, silicon dioxide, thallium oxide, lead in glass frit. U. a. For example, compounds such as 2,2,4-trimethyl-1,3-pentanediol monoisobutyrate, dibutyl phthalate, terpeniol, 2- (2-butoxyethoxy) ethyl acetate, or ethyl cellulose may be included, each in a coordinated manner
Mengen, wodurch siebdruckfähige Pasten erhalten werden. Da bei sind die Zusammensetzungen so zu wählen, dass sich durch das Erhitzen nach dem Aufdrucken der Metallisierungspasten leitfähige Metallschichten ausbilden, in denen keine störenden organischen Substanzen mehr befinden, durch die die Leitfähigkeit beeinträchtigt würde. Amounts, whereby screen printable pastes are obtained. Since the compositions are to be chosen so that form by heating after printing the metallization pastes conductive metal layers in which there are no more interfering organic substances through which the conductivity would be impaired.
Wie bereits vorher gesagt werden für die Metallisierung der Rückseiten Aluminiumpasten verwendet, die ebenfalls siebdruckfähig sind und durch Erhitzen bei erhöhten Temperaturen zu entsprechenden Leitenden As previously stated, aluminum pastes, which are also screen-printable, are used for the metallization of the backsides and are converted to corresponding conductors by heating at elevated temperatures
Beschichtungen gesintert werden können. Geeignete Pasten werden under der Bezeichnung Silbern Aluminium Pasten AG/AL 8205 PC von der Firma PEMCO EUROINKS S.r.l vertrieben. Entsprechende Aluminiumpasten enthalten neben Silber in einer Menge von 50 bis 85 Gew.-% mindestens 1 bis 10 Gew.-% Aluminium und können entsprechende Lösungsmittel und Zusätze wie die oben beschriebenen Silberpasten enthalten, wobei in der speziell genannten Aluminium-Paste Emailfritte auf Borsilikatglasbasis in einer Menge von 1 - Gew.-%, Bleiverbindungen in einer Menge von 1 - 5 Gew.-% und alpha-Terpineol in einer Menge von weniger als 20 Gew.-% enthalten sind. Wie die oben beschriebenen Silberpasten werden auch hier in dem erfindungsgemäßen Verfahren siebdruckfähige Aluminiumpasten eingesetzt. Dementsprechend müssen die Aluminiumpasten sich einerseits gut verdrucken lassen und andererseits auf den Oberflächen gut haften, so dass sie sich selektiv verdrucken lassen können und bei hohen Coatings can be sintered. Suitable pastes are marketed under the name Silbern Aluminum Pasten AG / AL 8205 PC by PEMCO EUROINKS S.r.l. Corresponding aluminum pastes contain in addition to silver in an amount of 50 to 85 wt .-% at least 1 to 10 wt .-% aluminum and may contain appropriate solvents and additives such as the silver pastes described above, wherein in the specially mentioned aluminum paste enamel frit on borosilicate glass base in in an amount of 1% by weight, lead compounds in an amount of 1 to 5% by weight, and alpha-terpineol in an amount of less than 20% by weight. Like the silver pastes described above, screen-printable aluminum pastes are also used here in the process according to the invention. Accordingly, the aluminum pastes must be easy to print on the one hand and on the other hand adhere well to the surfaces, so that they can be selectively printed and at high
Temperaturen sich gut mit den Schichten des Wafers verbinden und eine gleichmäßige leitfähige Metallisierungsschicht ausbilden. Grundsätzlich werden Zur Herstellung von monokristallinen bzw. Temperatures combine well with the layers of the wafer and form a uniform conductive metallization. Basically, for the production of monocrystalline or
multikristallinen Solarzellen typischerweise entsprechende Wafer aus massiven gezogenen Siliziumstäben, respektive aus gegossenen multicrystalline solar cells typically corresponding wafers made of solid drawn silicon rods, respectively cast
Siliziumblöcken, per Drahtsäge herausgeschnitten (Dietl J., Helmreich D., Sirtl E., Crystals : Growth, Properties and Applications, Vol. 5 Springer Verlag 1981 , S. 57 und 73). Eine Ausnahme davon bildet das nach dem EFG-Verfahren (Edge-defined Film-fed Growth) gezogene Silizium (Wald, F. V.; Crystals : Growth, Properties and Applications, Vol. 5 Springer Verlag 1981 , S 157). Silicon blocks, cut out by wire saw (Dietl J., Helmreich D., Sirtl E., Crystals: Growth, Properties and Applications, Vol. 5 Springer Verlag 1981, pp 57 and 73). An exception to this is the silicon grown by the EFG (Edge-defined Film-fed Growth) method (Wald, F. V. Crystals: Growth, Properties and Applications, Vol. 5 Springer Verlag 1981, p 157).
Zur Herstellung von Solarzellen mit Local Back Surface Field (LBSF) nach dem erfindungsgemäßen Verfahren können entsprechend hergestellte monokristalline bzw. polykristalline Siliziumwafer eingesetzt werden, die wiederum mit Bor dotiert sein können [p-type Silizium, 5" size (125 x 125 mm, D 150 mm), thickness 200 - 260 μητι, resistivity 1 ,0 - 1 ,5 Q.cm]. For the production of solar cells with Local Back Surface Field (LBSF) by the method according to the invention, monocrystalline or polycrystalline silicon wafers produced in accordance with the invention can be used, which in turn can be doped with boron [p-type silicon, 5 "size (125 x 125 mm, D 150 mm), thickness 200-260 μητι, resistivity 1, 0-1.5 Q.cm].
Die Wafer werden üblicherweise aus mono- oder polykristallinen The wafers are usually made of monocrystalline or polycrystalline
Siliziumstäben gesägt. Die so erhaltenen gesägten monokristallinen bzw. multikristallinen Siliziumwafer haben eine raue Oberfläche. Diese Rauigkeit wird auch als Sägeschaden bezeichnet, wobei die Rautiefen von ca. 20-30 pm betragen. Diese Unterschiede in der Oberflächenebene sind für die weitere Herstellung von leistungsfähigen Solarzellen nachteilig. Daher erfolgt vor der weiteren Verarbeitung der Wafer zu Solarzellen, insbesondere aber für die Erzielung eines möglichst hohen Wirkungsgrades, ist eine Sawed silicon rods. The sawn monocrystalline or multicrystalline silicon wafers thus obtained have a rough surface. This roughness is also referred to as Sägeschaden, wherein the roughness depths of about 20-30 pm amount. These differences in the surface level are detrimental to the further production of high-performance solar cells. Therefore, before the further processing of the wafer to solar cells, but in particular for the achievement of the highest possible efficiency, is a
sogenannte Sägeschadenätzung (engl. Damage Etch). Bei dieser so-called Sägeschadenätzung (Engl. Damage Etch). At this
Sägeschadenätzung werden, neben der eigentlich beabsichtigten Entfernung des Sägeschadens (sehr stark geschädigte Oberflächenregionen des Wafers mit mehreren pm Tiefe) , in den Gräben der Oberfläche befindliche Kontaminationen entfernt. Hierbei handelt es sich insbesondere um Sägeschadenätzung be removed, in addition to the actual intended removal of the sawing damage (very heavily damaged surface regions of the wafer with several pm depth), located in the trenches of the surface contaminants. These are in particular
Metallabrieb vom Sägedraht, aber auch um Schleifmittelspuren. Die Metal abrasion from the saw wire, but also to abrasive marks. The
Sägeschadenätzung wird typischerweise in einer ca. 30 %-igen Kali- oder Natronlauge bei Temperaturen von etwa 70 °C, vorzugsweise höher, insbesondere bei 90 °C, durchgeführt. Bedingt durch die auch unter diesen Bedingungen relativ niedrigen Ätzraten von ca. 2 pm/min können Ätzzeiten von 10 min und gegebenenfalls länger notwendig sein, um den gewünschten Effekt zu erzielen. Üblicherweise wird auf diese Weise beidseitig des Wafers eine Si-Schicht von etwa 7 μιη Dicke entfernt. Sägeschadenätzung is typically carried out in an approximately 30% potash or sodium hydroxide at temperatures of about 70 ° C, preferably higher, in particular at 90 ° C. Due to the even under these conditions relatively low etching rates of about 2 pm / min etch times of 10 min and possibly longer may be necessary to the desired Effect to achieve. Usually, an Si layer of about 7 μm in thickness is removed in this way on both sides of the wafer.
Durch diese Ätzung wird eine zwar auf dem Substrat eine raue Oberfläche erzeugt, aber die dabei an der Oberfläche erzielten Öffnungswinkel sind sehr flach und für eine Reflexionsminderung oder gar Mehrfachreflexion an der Oberfläche völlig ungeeignet. Solche Reflexions-Effekte sind aber zur Erzielung hoher Wirkungsgrade der Zellen erwünscht. Eine Vielzahl von Veröffentlichungen und Patenten beschäftigt sich daher mit der As a result of this etching, a rough surface is produced on the substrate, but the opening angles achieved at the surface are very shallow and completely unsuitable for reflection reduction or even multiple reflection at the surface. However, such reflection effects are desirable for achieving high cell efficiencies. A large number of publications and patents are therefore dealing with the
Reflexionsminderung an Solarzellen jeglichen Typs z. B. auch für amorphe Solarzellen (US 4,252,865 A). Reflection reduction on solar cells of any type z. B. also for amorphous solar cells (US 4,252,865 A).
Abbildunqsliste: Abbildunqsliste:
Abb. 1: Verfahrensvariante A eines Standardverfahrens zur Herstellung von Solarzellen mit LBSF Fig. 1: Process variant A of a standard process for the production of solar cells with LBSF
Abb. 2: Verfahrensvariante B eines Standardverfahrens zur Herstellung von Solarzellen mit LBSF Fig. 2: Process variant B of a standard process for the production of solar cells with LBSF
Abb. 3: Verfahrensvariante C eines neueren Verfahrens zur Herstellung von Solarzellen mit LBSF Fig. 3: Process variant C of a recent process for the production of solar cells with LBSF
Abb. 4: Darstellung des erfindungsgemässen Verfahrens D, umfassend 6 Fig. 4: Representation of the inventive method D, comprising 6
Verfahrensschritte (Öffnen der Passivierungsschicht mit Ätzpaste)  Process steps (opening the passivation layer with etching paste)
Abb. 5: Darstellung des erfindungsgemässen Verfahrens E, umfassend 6 FIG. 5: Representation of the process E according to the invention, comprising 6
Verfahrensschritte (Öffnen der Passivierungsschicht mit Laser)  Process Steps (Opening the Passivation Layer with Laser)
Abb. 6: Vergleichsbilder von unbehandelter Oberfläche und behandelter Fig. 6: Comparative images of untreated surface and treated
Oberfläche, Wirkung der erfindungsgemäßen Ätzpasten auf Siliziumoberflächen  Surface, effect of the etching pastes according to the invention on silicon surfaces
Abb. 7: Oberflächenprofil der geätzten Rückseite des Wafers, Fig. 7: Surface profile of the etched back side of the wafer,
Profilmessung der Oberflächenrauhigkeit von rechts nach links (von unbehandelter Seite nach geätzer Seite)  Profile measurement of the surface roughness from right to left (from untreated side to etched side)
Abb. 8: REM Aufnahmen der Oberfläche des unbehandelten Wafers vor dem erfindungsgemäßen Prozess Fig. 8: SEM pictures of the surface of the untreated wafer before the process according to the invention
Abb. 9: REM Aufnahmen der Oberfläche des Wafers nach dem Fig. 9: SEM images of the surface of the wafer after the
erfindungsgemäßen Prozess unter Verwendung der  process according to the invention using the
erfindungsgemäßen Ätzpaste  etching paste according to the invention
Abb. 10: Detailskizze für den Schablonendruck der Ätzpaste auf die Fig. 10: Detail sketch for the stencil printing of the etching paste on the
Rückseite des Wafers (mit Bemaßung) Abb.11 : Detailskizze (Seitenansicht Randbereich) zur aufgedruckten Paste vor dem Heizschritt. Pastenabstand zum Rand nach dem Druck ca. 100μπι. Back of the wafer (with dimensions) Fig.11: Detail sketch (side view edge area) of the printed paste before the heating step. Paste distance to the edge after printing about 100μπι.
Abb. 12: Detailskizze (Seitenansicht Randbereich) zur aufgedruckten Paste nach dem Heizschritt. Paste ist bis zum Rand verlaufen. Fig. 12: Detail sketch (side view edge area) of the printed paste after the heating step. Paste has gone to the edge.
In der weiteren Beschreibung werden zum besseren Verständnis und zur Verdeutlichung der Erfindung Beispiele für das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung von Solarzellen mit LBSF und die darin verwendeten In the further description, for better understanding and clarification of the invention, examples of the process according to the invention for the production of solar cells with LBSF and those used therein are given
Ätzpasten gegeben, die im Rahmen des Schutzbereichs der vorliegenden Erfindung liegen. Diese Beispiele dienen auch zur Veranschaulichung möglicher Verfahrensvarianten bzw. möglicher Variationen von geeigneten Pastenzusammensetzungen für den Ätzschritt. Aufgrund der allgemeinen Gültigkeit des beschriebenen Erfindungsprinzips sind die Beispiele jedoch nicht geeignet, den Schutzbereich der vorliegenden Anmeldung nur auf diese zu reduzieren. Etching pastes are given, which are within the scope of the present invention. These examples also serve to illustrate possible process variants or possible variations of suitable paste compositions for the etching step. Due to the general validity of the described principle of the invention, however, the examples are not suitable for reducing the scope of protection of the present application only to these.
Die in den Beispielen und der Beschreibung sowie in den Ansprüchen gegebenen Temperaturen gelten immer in °C. Wo nicht anders bezeichnet sind Gehaltsangaben als Gew.-% bzw. Gewichtsverhältnisse aufgeführt. The temperatures given in the examples and the description as well as in the claims are always in ° C. Unless indicated otherwise, salary data are listed as weight% or weight ratios.
Weiterhin versteht es sich für den Fachmann von selbst, dass sich sowohl in den gegebenen Beispielen als auch in der übrigen Beschreibung die in den Zusammensetzungen enthaltenen Komponentenmengen in der Summe immer nur zu 100 Gewichts-, mol- oder Volumen-% bezogen auf die Furthermore, it is self-evident to the person skilled in the art that both in the given examples and in the remainder of the description, the amounts of components contained in the compositions in the sum always only to 100 weight-, mol- or volume% based on the
Gesamtzusammensetzung aufaddieren und nicht darüber hinausgehen können, auch wenn sich aus den angegebenen Prozentbereichen höhere Werte ergeben könnten. Sofern nichts anderes angegeben ist, gelten %- Angaben als Gew.-%, mit Ausnahme von Verhältnissen, die in Aggregate composition and can not exceed it, even if higher values could result from the indicated percentage ranges. Unless otherwise indicated,% is expressed as% by weight, with the exception of ratios given in
Volumenangaben wiedergegeben sind. Volumes are given.
Herstellung erfindunqsgemäßer Solarzellen: Production of solar cells according to the invention:
Üblicherweise wird eine Reflexionsminderung von Solarzellen durch eine Texturierung mit einer alkalischen Lösung, bevorzugt aus einer KOH-Lösung und Isopropanol, oder mit einer sauren Lösung, bestehend aus einem Usually, a reflection reduction of solar cells by a texturing with an alkaline solution, preferably from a KOH solution and isopropanol, or with an acidic solution consisting of a
Säuregemisch aus HF und HNO3 erzielt. Acid mixture of HF and HNO 3 achieved.
Nach erfolgter Texturierung erfolgt eine Oberflächenreinigung mit After texturing, the surface is cleaned with
säurehaltigen, wässrigen Lösungen, mit heißem demineralisiertem Wasser oder auch Behandlung im Heizofen in der folgenden Reihenfolge: acidic, aqueous solutions, with hot demineralized water or even treatment in the heating furnace in the following order:
HF, HCl, HF, heißes demineralisiertes Wasser, HF, Behandlung im Heizofen HF, HCl, HF, hot demineralised water, HF, treatment in the stove
Nach der Reinigung der Oberfläche des Wafers wird in einem After cleaning the surface of the wafer is in a
Diffusionsschritt der einstufige Emitter gebildet. Es handelt sich dabei um eine Batch-Verfahren, worin innerhalb von etwa einer Stunde, vorzugsweise innerhalb von etwa 40 Minuten bei einer Temperatur von höher 800 °C, maximal bei 895 °C die Oberfläche des Wafers mit Phosphor dotiert wird. Zur Dotierung wird flüssiges POCI3 eingesetzt. Nach etwa 40 Minuten ist die gewünschte Leitfähigkeit von etwa 65 Ohm/sq erreicht. Diffusion step formed the single-stage emitter. It is a batch process in which the surface of the wafer is doped with phosphorus within about one hour, preferably within about 40 minutes at a temperature higher than 800 ° C, at most at 895 ° C. For doping, liquid POCl 3 is used. After about 40 minutes, the desired conductivity of about 65 ohms / sq is reached.
Unter Verwendung einer alkalischen Ätzpaste, wird die Rückseitenpolitur und die Rückseitenkantenisolation in einem Prozessschritt durchgeführt. Hierbei wird die Ätzpaste im Schablonendruck aufgetragen. Für den Ätzschritt wird eine KOH-haltige Ätzpaste verwendet. Der Auftrag der Paste kann mit einer Siebdruckmaschine, (z.B. geeignetes Gerät von Baccini, Druckkontrolle mit vier Kameras) erfolgen. Zum Verdrucken der Ätzpasten kann beispielsweise ein Schablone der Firma Koenen mit der Schablonendicke 500pm eingesetzt werden. Die Paste konnte sehr gut mit einem Stahl-Rakel verdruckt werden. Für das Pastendrucken wurden folgende Parameter eingestellt: kein Using an alkaline etching paste, the back side polish and the back edge insulation are performed in one process step. Here, the etching paste is applied in stencil printing. For the etching step, a KOH-containing etching paste is used. The application of the paste can be done with a screen printing machine, (e.g., suitable equipment from Baccini, four-camera pressure control). For printing the etching pastes, for example, a stencil from Koenen with the stencil thickness 500 pm can be used. The paste could be printed very well with a steel squeegee. The following parameters have been set for paste printing: none
Absprung; Druckgeschwindigkeit: 150 mm/s. Die Ätzpaste wird mit einer Abstand von 200μιη vom Rand des Wafers ganzflächig aufgetragen (siehe Skizze von Abb. 10). Zum Ätzen wird der bedruckte Wafer für eine Dauer von etwa 5 Minuten auf eine Temperatur bis zu 150°C erhitzt wodurch die Ätzpaste aktiviert wird. Hierfür wurde ein Bandofen verwendet. Der Ofen ist in vier Heizzonen eingeteilt. Die Zone 1 ist auf 250°C eingestellt, Zone 2 auf 200°C, Zone 3 auf 150°C und Zone 4 auf 150°C. Die Bandgeschwindigkeit beträgt 51cm/min. Der geätzte Wafer wird nun mit einer Inline Reinigungsanlage von Rena gereinigt. Die Reinigung erfolgt in zwei Stufen. In der ersten Stufe wird der Wafer in einem Durchlauf-Ultraschallbad (2 x 500W, 40kHz) behandelt, in der zweiten Stufe beidseitig mit einem bounce; Printing speed: 150 mm / s. The etching paste is applied over the entire surface at a distance of 200 μm from the edge of the wafer (see sketch of FIG. 10). For etching, the printed wafer is heated for a period of about 5 minutes to a temperature up to 150 ° C whereby the etching paste is activated. For this purpose, a belt furnace was used. The oven is divided into four heating zones. Zone 1 is set to 250 ° C, Zone 2 to 200 ° C, Zone 3 to 150 ° C and Zone 4 to 150 ° C. The belt speed is 51cm / min. The etched wafer will now be inline Cleaning system cleaned by Rena. The cleaning takes place in two stages. In the first stage, the wafer is treated in a continuous ultrasonic bath (2 x 500W, 40kHz), in the second stage on both sides with a
Wasserstrahl gereinigt und anschließend getrocknet (Druckluft). Purified water jet and then dried (compressed air).
PSG Glas-Ätzung und nasschemische Oberflächenreinigung wird mit HF, heißem demineralisiertem Wasser und nochmals mit HF durchgeführt. Auf der Rückseite wird eine dünne Schicht von 20nm Dicke von thermischem S1O2 abgeschieden. Danach wird auf der Vorderseite und auf der Rückseite 90nm LPCVD SiNx abgeschieden. PSG glass etching and wet-chemical surface cleaning is performed with HF, hot demineralized water and again with HF. On the backside a thin layer of 20nm thickness of thermal S1O2 is deposited. Then 90nm LPCVD SiN x is deposited on the front and on the back side.
Die beidseitige LPCVD SiNx- Abscheidung erfolgt bei bis 790°C. The double-sided LPCVD SiNx deposition takes place at up to 790 ° C.
Die Prozessdauer zur Abscheidung einer Schichtdicke von 90 nm beträgt etwa 2 Stunden. Als Reaktionsgase zur Si3N4-Abscheidung werden The process time for depositing a layer thickness of 90 nm is about 2 hours. As reaction gases for Si3N 4 deposition
Dichlorsilan and NH3 verwendet. Dichlorosilane and NH 3 used.
Anschließend wird auf die Rückseite des Wafers ein Punktlayout mit ca 90000 Punkten gedruckt (Durchmesser von ca. 100μιτι und 500μηι Subsequently, a dot layout with about 90,000 dots is printed on the back of the wafer (diameter of about 100μιτι and 500μηι
Abstand). Der Auftrag der Paste kann mit einer Siebdruckmaschine, erfolgen. Zum Verdrucken der Ätzpasten kann beispielsweise ein Sieb der Firma Koenen mit der Spezifikation 280 mesh/inch und einem Drahtdurchmesser von 25μ/τι eingesetzt werden. Der Bespannungswinkel des Siebes beträgt vorzugsweise 22,4°. Als Siebemulsion wird der Typ Azokol Z130 von Kissel & Wolf verwendet. Die Paste kann sehr gut mit einem Diamant-Rakel und 80 shore Rakelhärte verdruckt werden. Distance). The application of the paste can be done with a screen printing machine. For printing the etching pastes, for example, a sieve from Koenen with the specification 280 mesh / inch and a wire diameter of 25μ / τι can be used. The clothing angle of the screen is preferably 22.4 °. The sieve emulsion used is the type Azokol Z130 from Kissel & Wolf. The paste can be printed very well with a diamond squeegee and 80 shore squeegee hardness.
Dabei werden für das Drucken der Paste folgende Parameter eingestellt: Absprung: 1 ,2mm; The following parameters are set for the printing of the paste: Bounce: 1, 2mm;
Druck: 70 N; Pressure: 70 N;
Geschwindigkeit: 150 mm/s.  Speed: 150 mm / s.
Zum Ätzen wird der bedruckte Wafer für eine Dauer von etwa 5 Minuten auf eine Temperatur von bis zu 400°C erhitzt, wodurch die Ätzpaste aktiviert wird. Hierfür wird ein Bandofen verwendet. Der Ofen ist in vier Heizzonen eingeteilt. Die Zone 1 ist auf 550°C eingestellt, Zone 2 auf 400°C, Zone 3 auf 400°C und Zone 4 auf 300° C. Die Bandgeschwindigkeit beträgt 51 cm/min. Der geätzte Wafer wird nun mit einer Inline Reinigungsanlage  For etching, the printed wafer is heated for a period of about 5 minutes to a temperature of up to 400 ° C, whereby the etching paste is activated. For this purpose, a belt furnace is used. The oven is divided into four heating zones. Zone 1 is set at 550 ° C, Zone 2 at 400 ° C, Zone 3 at 400 ° C, and Zone 4 at 300 ° C. The belt speed is 51 cm / min. The etched wafer is now using an inline cleaning system
(beispielsweise von der Firma Rena) gereinigt. Die Reinigung erfolgt in zwei Stufen. In der ersten Stufe wird der Wafer in einem Durchlauf-Ultraschallbad (2 x 500W, 40kHz) behandelt und in der zweiten Stufe beidseitig mit einem Wasserstrahl gereinigt und anschließend getrocknet, beispielsweise mit Druckluft. (For example, the company Rena) cleaned. The cleaning takes place in two Stages. In the first stage, the wafer is treated in a continuous ultrasonic bath (2 x 500W, 40kHz) and in the second stage cleaned on both sides with a water jet and then dried, for example with compressed air.
Die Herstellung der erforderlichen Rückseitenkontakte kann unter den folgenden Bedingungen durchgeführt werden:  The preparation of the required backside contacts can be carried out under the following conditions:
Der Auftrag der Paste kann mit einer Siebdruckmaschine erfolgen Hierbei ist es vorteilhaft, das Druckergebnis kontinuierlich zu kontrollieren. In der für die Versuche eingesetzten Anlage erfolgt die Kontrolle mit vier Kameras. The order of the paste can be done with a screen printing machine Here it is advantageous to continuously control the printing result. In the system used for the tests, the control is performed with four cameras.
Standardmäßig wird mit Ag/Al-Paste gearbeitet. Für den beschriebenen Prozess wurde in den Versuchen eine entsprechende Paste der Firma DuPont, PV 502, verwendet. Zum Verdrucken der Paste kann beispielsweise ein Sieb der Firma Koenen mit der Spezifikation 230 mesh/inch und einem Drahtdurchmesser von 36μητι eingesetzt werden. Der Bespannungswinkel des Siebes beträgt vorzugsweise 45°. Als Siebemulsion kann der Typ ISAR von Koenen verwendet werden. Hierbei hat sich herausgestellt, dass die verwendete Paste mit einem Diamant-Rakel und 60 shore Rakelhärte sehr gut verdruckt werden kann. By default, working with Ag / Al paste. For the process described, a corresponding paste from DuPont, PV 502, was used in the experiments. To print the paste, for example, a sieve from Koenen with the specification 230 mesh / inch and a wire diameter of 36μητι can be used. The clothing angle of the screen is preferably 45 °. As sieve emulsion the type ISAR of Koenen can be used. It has been found that the paste used can be printed very well with a diamond squeegee and 60 shore squeegee hardness.
Für das Drucken der Pasten haben sich folgende Parametereinstellungen als vorteilhaft erwiesen:  The following parameter settings have proved to be advantageous for printing the pastes:
Absprung: 1 ,2mm; Jump: 1, 2mm;
Druck: 70 N; Pressure: 70 N;
Geschwindigkeit: 150 mm/s.  Speed: 150 mm / s.
Mit der Ag/Al Paste werden zwei Busbars mit den Abmessunge von 5 mm x 124mm auf die Rückseite gedruckt. Die gedruckte Pastendicke beträgt ca. 15 μητι. Zum Trocknen wird der bedruckte Wafer für eine Dauer von etwa 3 Minuten auf bis zu 200°C erwärmt. Hierfür kann ein Bandofen verwendet werden.  With the Ag / Al Paste two busbars with the dimensions of 5 mm x 124 mm are printed on the backside. The printed paste thickness is about 15 μητι. For drying, the printed wafer is heated up to 200 ° C for a period of about 3 minutes. For this purpose, a belt furnace can be used.
Aluminum LBSF Kontakt: Aluminum LBSF Contact:
Der Auftrag der Paste erfolgt mit einer Siebdruckmaschine, welche unter dem Namen„Baccini printer" (mit vier Kameras) gehandelt wird. Für den beschriebenen Prozess wird die Aluminium Paste Solamet® PV36x The application of the paste is carried out with a screen printing machine called "Baccini printer" (with four cameras) For the described process the aluminum paste Solamet ® PV36x
(Leitpasten für Local-Back-Surface-Field-Solarzellen der Firma DuPont) verwendet. Zum Verdrucken der Paste wird ein Sieb der Firma Koenen mit der Spezifikation 330 mesh/inch und einem Drahtdurchmesser von 34pm eingesetzt. Der Bespannungswinkel des Siebes beträgt für diesen Zweck vorzugsweise 45°. Als Siebemulsion wird eine Emulsion des Typs ISAR von Koenen verwendet. Die eingesetzte Paste lässt sich mit einem Diamant- Rakel und 60 shore Rakelhärte sehr gut verdrucken. In diesem Fall haben sich folgende Parametereinstellung als vorteilhaft erwiesen: Absprung: (Conductive pastes for local back-surface-field solar cells from DuPont) used. To print the paste, a Koenen screen with the specification 330 mesh / inch and a wire diameter of 34pm is used. The covering angle of the screen is preferably 45 ° for this purpose. The sieve emulsion used is an emulsion of the type ISAR from Koenen. The paste used can be printed very well with a diamond squeegee and 60 shore squeegee hardness. In this case, the following parameter settings have proved to be advantageous:
1 ,2mm; Druck: 70 N; Geschwindigkeit: 150 mm/s. Mit der Standard-AI-Paste wird die gesamte Rückseite bedruckt. Vorzugsweise beträgt die gedruckte Dicke der Pasten ca. 22pm, wobei die aufgetragene Menge an Paste etwa 2,64mg/cm2 beträgt. Zum Trocknen wird der bedruckte Wafer für eine Dauer von etwa 3 Minuten auf bis zu 290°C erwärmt. Dieses erfolgt in einem Bandofen. 1, 2mm; Pressure: 70 N; Speed: 150 mm / s. With the standard AI paste, the entire backside is printed. Preferably, the printed thickness of the pastes is about 22pm with the applied amount of paste being about 2.64mg / cm 2 . For drying, the printed wafer is heated up to 290 ° C for a period of about 3 minutes. This takes place in a belt furnace.
Vorderseitenkontakt (Linien): Front contact (lines):
Der Auftrag der Paste erfolgt mit einer Siebdruckmaschine, welche unter dem Namen„Baccini printer" (mit vier Kameras) gehandelt wird. Für den beschriebenen Prozess wird beispielhaft die Silber Paste PV 145 der Firma DuPont Comp verwendet. Zum Verdrucken der Paste wird ein Sieb der Firma Koenen mit der Spezifikation 280 mesh/inch und einem The application of the paste takes place with a screen printing machine, which is traded under the name "Baccini printer" (with four cameras) For the process described, the silver paste PV 145 from DuPont Comp is used by way of example Koenen company with specification 280 mesh / inch and one
Drahtdurchmesser von 25pm eingesetzt. Der Bespannungswinkel des Siebes beträgt 22,5°. Als Siebemulsion wird in diesem Fall der Typ ISAR der Firma Koenen verwendet. Die Paste lässt sich mit einem Diamant-Rakel und 60 shore Rakelhärte sehr gut verdrucken. Für das Drucken der Pasten haben sich unter den getesteten Bedingungen folgende Wire diameter of 25pm used. The clothing angle of the screen is 22.5 °. The sieve emulsion used in this case is the type ISAR from Koenen. The paste can be printed very well with a diamond squeegee and 60 shore squeegee hardness. For the printing of the pastes, the following have been found under the conditions tested
Parametereinstellungen als geeignet ergeben: Parameter settings are found to be suitable:
Absprung: 1 ,2mm; Jump: 1, 2mm;
Druck: 70 N; Pressure: 70 N;
Geschwindigkeit: 160 mm/s.  Speed: 160 mm / s.
Mit der Silber Paste wird das Forderseitenlayout mit 2 Busbars und Finger gedruckt. Die Linienbreite beträgt 80pm und der Abstand zwischen den Fingern liegt bei 1 ,7mm. Die Breite der Hauptbusbars beträgt 2mm. Die gedruckte Pastendicke beträgt etwa 20pm. Zum Trocknen wird der bedruckte Wafer für eine Dauer von etwa 3 Minuten auf eine Temperatur bis zu 290°C erwärmt. Hierfür kann ein Bandofen verwendet werden. Brennbedingungen: The silver paste prints the front page layout with 2 busbars and fingers. The line width is 80pm and the distance between the fingers is 1, 7mm. The width of the main busbars is 2mm. The printed paste thickness is about 20pm. For drying, the printed wafer is heated to a temperature of up to 290 ° C for a period of about 3 minutes. For this purpose, a belt furnace can be used. Burning conditions:
- Die mit Metallpaste bedruckten Siliziumwafer werden durch einen IR- Bandofen transportiert und hierbei maximal bis auf eine Temperatur von 880°C erhitzt und ausgeheizt (gefeuert). Dieser Temperaturschritt dient sowohl zum Ausbrennen der organischen Pastenkomponenten als auch zum Sintern und Aufschmelzen der Metallpartikel und der Glasfritteanteile. - The silicon wafers printed with metal paste are transported through an IR belt furnace and heated up to a maximum temperature of 880 ° C and fired (fired). This temperature step serves both to burn out the organic paste components and to sinter and melt the metal particles and the glass frit parts.
Hierdurch wird ein langzeitstabiler Oberflächenkontakt erzeugt (Stand der Technik: "Co-firing" und "ARC firing through"). Für das Ausbrennen kann im beschriebenen Prozess ein Bandofen mit 7 Zonen verwendet werden, wobei sich folgendes Temperaturprofil als vorteilhaft erwiesen hat: 250-350-400- 480-560-560-880°C bei einer Bandgeschwindigkeit von 1,5 m/min. This produces a long-term stable surface contact (state of the art: "co-firing" and "ARC firing through"). For burnout, a 7-zone belt furnace can be used in the process described, with the following temperature profile being found to be advantageous: 250-350-400- 480-560-560-880 ° C at a belt speed of 1.5 m / min.
Eigenschaften der LBSF Zelle: Properties of the LBSF cell:
Die Charakterisierung der hergestellten Solarzellen wird mittels Sonnenlichtsimulator (Xe Lampe) bei Standard Bedingungen (STC. 1000W/sqm, AM1.5, Temperatur: 25°C) durchgeführt. Dabei haben sich für die modellhaft hergestellte Zelle folgende Messwerte ergeben: The characterization of the manufactured solar cells is carried out by means of the sunlight simulator (Xe lamp) under standard conditions (STC 1000W / sqm, AM1.5, temperature: 25 ° C). The following measured values resulted for the model-produced cell:
Die Messungen zeigen, dass mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens Solarzellen mit einstufigen selektiven Emittern mit um >0,4% gesteigertem Wirkungsgrad im Vergleich zu Wirkungsgraden von Standardsolarzellen hergestellt werden können. The measurements show that with the aid of the method according to the invention solar cells with single-stage selective emitters can be produced with efficiency increased by> 0.4% in comparison with the efficiencies of standard solar cells.
Beispiele verwendeter Ätzpasten: Examples of etching pastes used:
Beispiel 1 example 1
Zu einem Lösungsmittelgemisch bestehend aus  To a solvent mixture consisting of
240 g Glycerin 240 g of glycerol
64g Wasser wird unter starkem Rühren 64g of water is under strong stirring
116 g KOH  116 g KOH
0,5g Polyvinylpyrrolidon zugegeben.  0.5 g of polyvinylpyrrolidone added.
Die klare homogene Mischung wird nun mit 22g Ruß versetzt und für 2 Stunden nachgerührt.  The clear homogeneous mixture is then mixed with 22 g of carbon black and stirred for 2 hours.
Beispiel 2 Example 2
Zu einem Lösungsmittelgemisch bestehend aus  To a solvent mixture consisting of
210 g Polyethylenglycol  210 g of polyethylene glycol
54g Wasser  54g of water
werden unter starkem Rühren  are under strong stirring
88 g KOH  88 g KOH
und  and
0,3g Carboxymethylcellulose zugegeben.  0.3 g carboxymethyl cellulose added.
Die klare homogene Mischung wird nun mit 5g Ceridust (Polyethylenwax) versetzt und für 2 Stunden nachgerührt.  The clear homogeneous mixture is then mixed with 5 g Ceridust (polyethylene wax) and stirred for 2 hours.
Beispiel 3 Example 3
Zu einem Lösungsmittelgemisch bestehend aus  To a solvent mixture consisting of
210 g 1 ,4- Butandiol 210 g of 1, 4-butanediol
54g Wasser  54g of water
werden unter starkem Rühren are under strong stirring
98 g KOH  98 g KOH
und  and
0,3g Carboxymethylcellulose zugegeben.  0.3 g carboxymethyl cellulose added.
Die klare homogene Mischung wird nun mit 5g Ceridust 9202 F versetzt und für 2 Stunden nachgerührt.  The clear homogeneous mixture is then mixed with 5 g Ceridust 9202 F and stirred for 2 hours.
Beispiel 4 Example 4
Alternative Ätzpaste mit KOH Alternative etching paste with KOH
Zu einem Lösungsmittelgemisch bestehend aus 250 g KOH Lösung (60%) To a solvent mixture consisting of 250 g KOH solution (60%)
520g Gamma-Butyrolacton  520 g of gamma-butyrolactone
werden unter starkem Rühren are under strong stirring
15g Carboxymethylcellulose zugegeben.  15g carboxymethyl cellulose added.
Die klare homogene Mischung wird nun mit 70 g Ceridust 9202 F versetzt und für 2 Stunden nachgerührt The clear homogeneous mixture is then mixed with 70 g of Ceridust 9202 F and stirred for 2 hours
Beispiel 5 Example 5
Zu einem Lösungsmittelgemisch bestehend aus  To a solvent mixture consisting of
240 g Glycerin 240 g of glycerol
64g Wasser 64g of water
werden unter starkem Rühren are under strong stirring
70 g KOH, 70 g KOH,
50g NaOH 50g NaOH
und and
0,5g Polyvinylpyrrolidon zugegeben.  0.5 g of polyvinylpyrrolidone added.
Die klare homogene Mischung wird nun mit 22g Ruß versetzt und für 2 Stunden nachgerührt.  The clear homogeneous mixture is then mixed with 22 g of carbon black and stirred for 2 hours.
Die nun gebrauchsfertige Paste kann mit einer Stahlschablone (siehe Abb. 10) oder einem Drucksieb mit Edelstahlgewebe (70mesh/inch und 50um Emulsionsdicke) verdruckt werden. Prinzipiell können auch andere The now ready-to-use paste can be printed with a steel stencil (see Fig. 10) or a printing screen with stainless steel mesh (70mesh / inch and 50μm emulsion thickness). In principle, others can
Siebgewebematerialien verwendet werden. Siebgewebematerialien be used.
In Lagerversuchen hat sich die hergestellte Ätzpaste über lange Zeit unter Erhalt der vorteilhaften Ätzeigenschaften als lagerstabil erwiesen.  In storage experiments, the etch paste produced has proven to be storage stable for a long time while retaining the advantageous etching properties.

Claims

P A T E N T A N S P R Ü C H E PATENT APPLICATIONS
1. Verfahren zur Herstellung von Solarzellen mit Local Back Surface Field (LBSF), dadurch gekennzeichnet, dass mit einer aufgedruckten 1. A process for the production of solar cells with Local Back Surface Field (LBSF), characterized in that with a printed
Ätzpaste eine Phosphor-Silicat-Glas-Schicht (PSG oder PSG-Schicht) und eine darunter liegende Silizium-Schicht in einem Ätzschritt geätzt werden und hierdurch die Rückseitenpolitur und die  Etching paste a phosphorus-silicate glass layer (PSG or PSG layer) and an underlying silicon layer are etched in one etching step and thereby the back side polish and the
Rückseitenkantenisolation mit Hilfe einer alkalischen Ätzpaste in einem Prozeßschritt erfolgen.  Backside edge insulation using an alkaline etching paste in one process step done.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die 2. The method according to claim 1, characterized in that the
Rückseitenpolitur und die Rückseitenkantenisolierung mittels einer alkalischen Ätzpaste erfolgt die als Ätzkomponente NaOH, KOH oder Gemische davon enthält, und die eine Phosphor-Silicat-Glas-Schicht (PSG oder PSG-Schicht) und eine darunter liegende Silizium-Schicht in einem Verfahrensschritt ätzt.  Back side polishing and the backside edge insulation is carried out by means of an alkaline etching paste containing as an etching component NaOH, KOH or mixtures thereof, and etches a phosphorus silicate glass (PSG or PSG) layer and an underlying silicon layer in one process step.
3. Verfahren gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnt, dass Kontaktfenster in den Rückseitenmultilayer (Passivierungsschicht und SiNx) des Wafers geätzt werden unter Verwendung einer sauren Ätzpaste, die eine besondere Selektivität gegenüber Siliziumschichten aufweist. 3. The method according to claim 1 or 2, characterized in that contact windows are etched in the backside multilayer (passivation layer and SiNx) of the wafer using an acidic etching paste, which has a particular selectivity to silicon layers.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 , 2 oder 3 umfassend die Verfahrensschritte: 4. The method according to any one of the preceding claims 1, 2 or 3 comprising the method steps:
I. Texturierung der Oberfläche  I. Texturing of the surface
II. Phosphordotierung (~65Q/sq Diffusion von POCI3 II. Phosphorus doping (~ 65Q / sq diffusion of POCl 3
III. Ätzen der Rückseite mittels einer alkalischen Ätzpaste, wodurch die Oberfläche poliert wird und gleichzeitig der p-n Übergang getrennt wird, wobei das Drucken der Ätzpaste mit  III. Etching the backside by means of an alkaline etching paste, whereby the surface is polished and at the same time the p-n junction is separated, wherein the printing of the etching paste with
Schablonendruck auf die Rückseite erfolgt, die Paste im Bandofen bei ca 150°C für 5min ativiert wird und anschließend der Wafer mit VE Wasser gespült wird, IV. Beschichtung der Rückseite mit SiO2 oder AI203 Stencil printing on the backside takes place, the paste in the belt furnace at about 150 ° C for 5 min is ativiert and then the wafer is rinsed with demineralized water, IV. Coating the backside with SiO2 or AI203
Passivierungsschicht mit einer dicke von 15-30nm und anschließende Beschichtung der Rückseite und Vorderseite mit Siliziumnitrid (70-1 OOnm) mittels„plasma enhanced chemical vapor deposition" (PECVD - SiNx) Passivation layer with a thickness of 15-30 nm and subsequent coating of the back side and front side with silicon nitride (70-100 nm) by means of "plasma enhanced chemical vapor deposition" (PECVD-SiN x )
V. Aufdrucken der Ätzpaste mit Siebdruck, heizen im Bandofen und spülen mit VE Wasser.  V. Print the etching paste with screen printing, heat in the belt oven and rinse with demineralized water.
VI. Siebdruck zur Metallisierung der Oberfläche (Frontseite) und der Rückseite mit anschließendem Sintern (Cofiring).  VI. Screen printing for metallization of the surface (front side) and the back side with subsequent sintering (cofiring).
5. Verwendung einer alkalischen Ätzpaste in einem Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Paste die alkalische Ätzkomponente, ausgewählt aus der Gruppe NaOH, KOH und deren Gemische, in einer Menge von 5 bis 40 Gew.- % enthält. 5. Use of an alkaline etching paste in a method according to any one of claims 1 or 2, characterized in that the paste contains the alkaline etching component selected from the group NaOH, KOH and mixtures thereof, in an amount of 5 to 40% by weight ,
6. Verwendung einer KOH-haltige Ätzpaste gemäß Anspruch 5, 6. Use of a KOH-containing etching paste according to claim 5,
enthaltend Lösungsmittel ausgewählt aus der Gruppe Glycerin, Ethylenglycol, Polyethylenglycol, Octanol, 1 ,3-Propandiol, 1 ,4- Butandiol, Diethylenglykolmonomethylether,  containing solvents selected from the group consisting of glycerol, ethylene glycol, polyethylene glycol, octanol, 1,3-propanediol, 1,4-butanediol, diethylene glycol monomethyl ether,
Diethylenglykolmonoethylether, Dimethylsulfoxid und gamma- Butyrolacton, rein oder im Gemisch.  Diethylene glycol monoethyl ether, dimethyl sulfoxide and gamma-butyrolactone, pure or in admixture.
7. Verwendung einer KOH-haltige Ätzpaste gemäß der Ansprüche 5 oder 6, enthaltend mindestens einen nichtpartikulären Verdicker. 7. Use of a KOH-containing etching paste according to claims 5 or 6, comprising at least one non-particulate thickener.
8. Verwendung einer KOH-haltige Ätzpaste gemäß einem oder mehreren der Ansprüche 5 bis 7, enthaltend einen nichtpartikulären Verdicker ausgewählt aus der Gruppe Polyvinylpyrrolidon, Polyacrylate, 8. Use of a KOH-containing etching paste according to one or more of claims 5 to 7, comprising a non-particulate thickener selected from the group polyvinylpyrrolidone, polyacrylates,
Carboxymethylcellulose und Hydroxypropylcellulose rein oder im Gemisch.  Carboxymethylcellulose and hydroxypropylcellulose, pure or in admixture.
9. Verwendung einer KOH-haltige Ätzpaste gemäß einem oder mehreren der Ansprüche 5 bis 8, enthaltend einen partikulären Verdicker ausgewählt aus der Gruppe Ruß, Pyrogene Kieselsäure, Magnesium- Aluminium-Silikate und niedrigschmelzender Wachspartikel rein oder im Gemisch. 9. Use of a KOH-containing etching paste according to one or more of claims 5 to 8, comprising a particulate thickener selected from the group of carbon black, pyrogenic silica, magnesium Aluminum silicates and low-melting wax particles pure or mixed.
10. Verwendung einer KOH-haltige Ätzpaste gemäß einem oder mehreren der Ansprüche 5 bis 9, enthaltend Verdicker in einer Menge von 0,1 - 35 Gew.%. 10. Use of a KOH-containing etching paste according to one or more of claims 5 to 9, comprising thickener in an amount of 0.1 to 35 wt.%.
11. Verwendung einer KOH-haltigen Ätzpaste in einem Verfahren gemäß einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4 zur Herstellung von Solarzellen mit LBSF. 11. Use of a KOH-containing etching paste in a process according to one or more of claims 1 to 4 for the production of solar cells with LBSF.
12. Verwendung einer Phosphorsäure-haltigen Ätzpaste in einem 12. Use of a phosphoric acid-containing etching paste in one
Verfahren gemäß einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4 zur Herstellung von Solarzellen mit LBSF zum Öffnen der  Method according to one or more of claims 1 to 4 for the production of solar cells with LBSF for opening the
Rückseitenpassivierungsschicht.  Rückseitenpassivierungsschicht.
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