EP3284110A1 - Sol-gel-based printable and parasitic diffusion-inhibiting doping media for local doping of silicon wafers - Google Patents

Sol-gel-based printable and parasitic diffusion-inhibiting doping media for local doping of silicon wafers

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Publication number
EP3284110A1
EP3284110A1 EP16711776.1A EP16711776A EP3284110A1 EP 3284110 A1 EP3284110 A1 EP 3284110A1 EP 16711776 A EP16711776 A EP 16711776A EP 3284110 A1 EP3284110 A1 EP 3284110A1
Authority
EP
European Patent Office
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aluminum
doping
printable
silicon
hybrid
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP16711776.1A
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German (de)
French (fr)
Inventor
Oliver Doll
Ingo Koehler
Sebastian Barth
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Merck Patent GmbH
Original Assignee
Merck Patent GmbH
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Filing date
Publication date
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Withdrawn legal-status Critical Current

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Definitions

  • the present invention relates to a novel printable paste in the form of a hybrid gel based on precursors of inorganic oxides, which can be used in a simplified process for the production of solar cells, wherein the hybrid gel according to the invention both as
  • Doping medium and acts as a diffusion barrier.
  • a silicon wafer (monocrystalline, multicrystalline or quasi-monocrystalline, p- or n-type base doping) is freed of adherent saw damage by means of an etching process and "simultaneously", usually in the same etching bath, texturized under texturing is in this case the creation of a preferred Surface (texture) as a result of the etching step or simply to understand the targeted, but not particularly oriented roughening of the wafer surface
  • the aforementioned etching solutions for treating the silicon wafers typically consist of dilute potassium hydroxide solution to which isopropyl alcohol has been added as solvent. Instead, other alcohols having a higher vapor pressure or higher boiling point than isopropyl alcohol may be added, provided that desired etching result can be achieved.
  • the desired etch result is a morphology that is randomly-etched, or rather etched out of the original surface.
  • Pyramids is characterized by square base.
  • the density, the height and thus the base area of the pyramids can be influenced by a suitable choice of the above-mentioned constituents of the etching solution, the etching temperature and the residence time of the wafers in the etching basin.
  • Temperature range of 70 - ⁇ 90 ° C performed, with ⁇ tzabträge of up to 10 pm per wafer side can be achieved.
  • the etching solution may consist of potassium hydroxide solution with an average concentration (10-15%).
  • this etching technique is hardly used in industrial practice. More often becomes one
  • Etching solution consisting of nitric acid, hydrofluoric acid and water used.
  • This etching solution can be modified by various additives such as sulfuric acid, phosphoric acid, acetic acid, N-methylpyrrolidone and also surfactants, which u. a.
  • Wetting properties of the etching solution and their etch rate can be specifically influenced.
  • These acid etch mixtures produce a morphology of interstitially arranged etch pits on the surface.
  • the etching is typically carried out at temperatures in the range between 4 ° C to ⁇ 10 ° C and the ⁇ tzabtrag here is usually 4 pm to 6 pm.
  • the silicon wafers are included
  • the wafers are exposed in a tube furnace in a controlled atmosphere quartz glass tube consisting of dried nitrogen, dried oxygen and phosphoryl chloride.
  • the wafers are introduced at temperatures between 600 and 700 ° C in the quartz glass tube.
  • the gas mixture is transported through the quartz glass tube.
  • the phosphoryl chloride decomposes to a vapor consisting of phosphorus oxide (eg P 2 O 5) and chlorine gas.
  • the vapor of phosphorus oxide u. a. on the wafer surfaces down (occupancy).
  • the silicon surface is oxidized at these temperatures to form a thin oxide layer.
  • the deposited phosphorus oxide is embedded, whereby a mixed oxide of silicon dioxide and phosphorus oxide formed on the wafer surface.
  • This mixed oxide is called phosphosilicate glass (PSG).
  • PSG phosphosilicate glass
  • the mixed oxide serves the silicon wafer as a diffusion source, wherein in the course of the diffusion, the phosphorus oxide diffuses in the direction of the interface between PSG glass and silicon wafer and is reduced there by reaction with the silicon on the wafer surface (silicothermally) to phosphorus.
  • the resulting phosphor has a solubility which is orders of magnitude greater in silicon than in the glass matrix from which it is formed, and thus dissolves preferentially in silicon due to the very high segregation coefficient. After its dissolution, the phosphorus diffuses in the
  • the typical diffusion depth is 250 to 500 nm and is of the selected diffusion temperature (for example 880 ° C) and the total exposure time (heating & loading phase & driving phase & cooling) of the wafers in the highly heated atmosphere.
  • a PSG layer is formed, which typically has a layer thickness of 40 to 60 nm. in the
  • the drive-in phase follows. This can be decoupled from the assignment phase, but is conveniently conveniently in time directly to the
  • the composition of the gas mixture is adjusted so that the further supply of phosphoryl chloride is suppressed.
  • the surface of the silicon is further oxidized by the oxygen contained in the gas mixture, whereby a phosphorus depleted silicon dioxide layer is also generated between the actual doping source, the phosphorus oxide highly enriched PSG glass and the silicon wafer
  • the tube furnace is automatically cooled and the wafers can be removed from the process tube at temperatures between 600 ° C to 700 ° C.
  • Composition of the gas atmosphere used for doping can the formation of a so-called boron skin on the wafers are detected.
  • This boron skin is dependent on various influencing factors: decisive for the doping atmosphere, the temperature, the doping time, the
  • Pretreatment were subjected (for example, their structuring with diffusion-inhibiting and / or -unterbindenden layers and
  • Ion implantation, doping mediates via the gas phase deposition of mixed oxides, such as those of PSG and BSG (borosilicate) glass, by means of APCVD, PECVD, MOCVD and LPCVD methods,
  • the latter are often used in the so-called in-line doping, in which the corresponding pastes and inks on the side to be doped of the Wafers are applied by suitable methods. After or even during application, the solvents contained in the compositions used for doping are removed by temperature and / or vacuum treatment. As a result, the actual dopant remains on the wafer surface.
  • in-line doping in which the corresponding pastes and inks on the side to be doped of the Wafers are applied by suitable methods.
  • the solvents contained in the compositions used for doping are removed by temperature and / or vacuum treatment. As a result, the actual dopant remains on the wafer surface.
  • Doping sources for example, dilute solutions of phosphoric or boric acid, as well as sol-gel-based systems or solutions of polymeric Borazilitatien can be used.
  • Solvents from the aforementioned doping media are usually followed by a high-temperature treatment during which undesirable and interfering additives which cause the formulation are either "burned" and / or pyrolyzed., The removal of solvents and the burn-out may or may not , take place simultaneously.
  • the coated substrates usually pass through a continuous furnace at temperatures between 800 ° C and 1000 ° C, to shorten the cycle time, the temperatures in comparison to
  • Gas phase diffusion in the tube furnace can be slightly increased.
  • the prevailing in the continuous furnace gas atmosphere can according to the
  • Driving the dopant can in principle be decoupled from each other.
  • the wafers present after the doping are coated on both sides with more or less glass on both sides of the surface. More or less, in this case, refers to modifications made in the context of Doping process can be applied: double-sided diffusion vs. quasi one-sided diffusion mediated by back-to-back arrangement of two wafers in a parking space of the process boats used. The latter
  • Variant allows a predominantly one-sided doping, but does not completely prevent the diffusion on the back.
  • the wafers are on the one hand transhipped in batches in wet process boats and with their help in a solution of dilute hydrofluoric acid, typically 2% to 5%, immersed and left in this until either the surface is completely removed from the glasses, or Process cycle has expired, which represents a sum parameter of the necessary ⁇ tzdauer and the automatic process automation.
  • the complete removal of the glasses can be determined, for example, by the complete dewetting of the silicon wafer surface by the dilute aqueous hydrofluoric acid solution.
  • the complete removal of a PSG glass is achieved under these process conditions, for example with 2% hydrofluoric acid solution within 210 seconds at room temperature.
  • the etching of corresponding BSG glasses is slower and requires longer process times and possibly also higher
  • the etching of the glasses on the wafer surfaces can also be carried out in a horizontally operating method in which the wafers are introduced in a constant flow into an etching system in which the wafers pass through the corresponding process tanks horizontally (inline system).
  • the wafers are conveyed on rollers and rollers either through the process tanks and the etching solutions contained therein or the etching media are transposed onto the wafer surfaces by means of roller application.
  • the typical residence time of the wafers in the case of etching the PSG glass is about 90 seconds, and the hydrofluoric acid used is somewhat more concentrated than in the batch process
  • the concentration of hydrofluoric acid is typically 5%.
  • the tank temperature compared to the
  • edge insulation -> glass etching is a process engineering necessity, which results from the system-inherent characteristics of the double-sided diffusion, even with intentional unilateral back-to-back diffusion.
  • edge insulation is a process engineering necessity, which results from the system-inherent characteristics of the double-sided diffusion, even with intentional unilateral back-to-back diffusion.
  • parasitic p-n transition On the (later) back side of the solar cell, there is a large-scale parasitic p-n transition, which, although due to process technology, is partly, but not completely, removed in the course of the later processing. As a result, the front and back of the solar cell are parasitic and parasitic
  • the wafers are unilaterally via an etching solution
  • etching solution consisting of nitric acid and hydrofluoric acid.
  • the etching solution may contain as minor constituents, for example, sulfuric acid or phosphoric acid.
  • the etching solution is imparted via rollers to the
  • etch removal typically achieved with these methods is about 1 pm of silicon at temperatures between 4 ° C. and 8 ° C. (including that on the surface to be treated
  • edge isolation can also be done with the help of
  • Plasma etching processes are performed. This plasma etching is then usually carried out before the glass etching. For this purpose, several wafers are stacked on each other and the outer edges become the plasma
  • the plasma is filled with fluorinated gases, for example
  • Tetrafluoromethane fed.
  • Solar cells with an anti-reflection coating which usually consists of amorphous and hydrogen-rich silicon nitride.
  • Antireflection coatings are conceivable. Possible coatings may include titanium dioxide, magnesium fluoride, tin dioxide and / or
  • the layer generates an electric field due to the numerous incorporated positive charges, that charge carriers in the silicon can keep away from the surface and the recombination speed of these charge carriers at the
  • this layer depending on its optical parameters, such as refractive index and layer thickness, this layer generates a reflection-reducing property which contributes to the fact that more light can be coupled into the later solar cell. Both effects can increase the conversion efficiency of the solar cell.
  • the antireflection reduction is most pronounced in the wavelength range of the light of 600 nm.
  • the directional and non-directional reflection shows a value of about 1% to 3% of the originally incident light (perpendicular incidence to the surface normal of the silicon wafer).
  • the above-mentioned silicon nitride films are currently generally deposited on the surface by a direct PECVD method.
  • a gas atmosphere of argon a plasma is ignited, in which silane and Ammonia are introduced.
  • the silane and the ammonia are converted in the plasma by ionic and radical reactions to silicon nitride and thereby deposited on the wafer surface.
  • the properties of the layers can z. B. adjusted and controlled by the individual gas flows of the reactants.
  • the deposition of the above-mentioned silicon nitride layers can also be carried out using hydrogen as the carrier gas and / or the reactants alone. Typical deposition temperatures are in the range between 300 ° C to 400 ° C.
  • Alternative deposition methods may be, for example, LPCVD and / or sputtering.
  • Silicon nitride coated wafer surface defines the front electrode.
  • the electrode has been established using the screen printing method using metallic
  • the sum of the residual constituents results from the necessary for the formulation of the paste theological aids, such as solvents, binders and thickeners.
  • the silver paste contains a special Glasfrit mixture, mostly oxides and mixed oxides based on
  • the glass frit fulfills essentially two functions: on the one hand it serves as a bonding agent between the wafer surface and the mass of the silver particles to be sintered, on the other hand it is responsible for the penetration of the silicon nitride covering layer in order to enable the direct ohmic contact to the underlying silicon.
  • the penetration of the silicon nitride takes place via an etching process with subsequent diffusion of silver present dissolved in the glass frit matrix into the silicon surface, whereby the ohmic contact formation is achieved.
  • the silver paste is deposited by screen printing on the wafer surface and then at temperatures of about 200 ° C to 300 ° C for a few Dried for a few minutes.
  • double-printing processes also find industrial application, which make it possible to print on an electrode grid generated during the first printing step, a congruent second.
  • Silver metallization increases, which can positively influence the conductivity in the electrode grid.
  • the solvents contained in the paste are expelled from the paste.
  • the printed wafer passes through a continuous furnace.
  • Such an oven generally has several heating zones, which can be independently controlled and tempered.
  • the wafers are heated to temperatures up to about 950 ° C. However, the single wafer is typically exposed to this peak temperature for only a few seconds. During the remaining run-up phase, the wafer has temperatures of 600 ° C to 800 ° C. In these
  • Temperatures are contained in the silver paste contained organic impurities, such as binders, and the etching of the silver paste.
  • Silicon nitride layer is initiated. During the short time interval of the prevailing peak temperatures, contact formation occurs.
  • the process of contact formation outlined so briefly is usually carried out simultaneously with the two remaining contact formations (see Figures 6 and 7), which is why in this case one also speaks of a co-firing process.
  • the front electrode grid consists of thin fingers
  • the typical height of the printed silver elements is typically between 10 pm and 25 ym.
  • the aspect ratio is rarely greater than 0.3.
  • the rear bus buses are also usually by means of
  • the back electrode is defined following the pressure of the bus buses.
  • the electrode material is made of aluminum, therefore, to define the electrode, an aluminum-containing paste by screen printing on the remaining free area of the wafer back with a
  • Edge distance ⁇ 1 mm is printed.
  • Aluminum assembled The remaining components are those already mentioned under point 5 (such as solvents, binders, etc.).
  • the aluminum paste is bonded to the wafer during co-firing by causing the aluminum particles to start to melt during heating and remove silicon from the wafer in the wafer
  • the melt mixture acts as a dopant source and gives aluminum to the silicon (solubility limit: 0.016 atomic percent), whereby the silicon is p + doped as a result of this drive-in.
  • the wafer will precipitate on the wafer surface u. a. a eutectic mixture of aluminum and silicon, which solidifies at 577 ° C and has a composition with a mole fraction of 0.12 Si.
  • This potential wall is generally referred to as the back surface field or back surface field.
  • edge isolation of the wafer has not already been carried out as described under point 3, this is typically carried out after co-firing with the aid of laser beam methods.
  • a laser beam is directed to the front of the solar cell and the front p-n junction is severed by means of the energy coupled in by this beam.
  • This trench with a depth of up to 15 ⁇ due to
  • this laser trench is 30 ⁇ to 60 ⁇ wide and about 200 ⁇ away from the edge of the solar cell.
  • solar cell architectures with both n-type and p-type base material. These solar cell types include u. a. ⁇ PERC solar cells
  • structured diffusion barriers may be deposited on the silicon wafers prior to depositing the glasses to define the regions to be doped.
  • a disadvantage of this method is that in each case only one polarity (n or p) of
  • Wafer surfaces deposited dopant sources This method makes it possible to save costly structuring steps. However, it can not compensate for the disadvantage of a possible simultaneous simultaneous doping of two polarities on the same surface at the same time (co-diffusion), since this method is also based on a predeposition of a dopant source, which is activated only subsequently for the emission of the dopant. Disadvantage of this (post-) doping from such sources is the inevitable laser damage to the substrate: the laser beam must by absorbing the radiation into heat
  • Phosphorylchlond and / or boron tribromide do not allow to selectively generate local dopants and / or locally different dopants on silicon wafers.
  • the creation of such structures is possible by using known doping technologies only by consuming and costly structuring of the substrates. When structuring different dopants and / or locally different dopants on silicon wafers.
  • the doping source must have a sufficiently pasty
  • Gelation of the hybrid gels of the invention can be adjusted.
  • the intrinsic viscosity of the hybrid gels can be further adjusted as desired by the addition of waxes and waxy additives and additives as desired.
  • the waxes and waxy additives used for the formulation are dissolved and / or melted in gelled paste mixture.
  • waxes and waxy additives used in the formulation act associatively and co-thickening in synthesized and gelled pastes, without the additives being thickeners in the classical sense. Furthermore, the associative, intrinsic viscosity-affecting waxes and waxy compounds have an advantageous effect on the adjustment of the glass layer thickness resulting from the printed hybrid gels as well as on their individual drying resistance to stress.
  • the subject of the present invention is therefore printable
  • Silica, alumina and boron oxide which preferably by means of of the screen printing method on silicon surfaces for the purpose of local and / or full-area, one-sided diffusion and doping in the production of solar cells, preferably of highly efficient structured doped solar cells, printed, nachlagernd dried and then by means of a suitable high-temperature process for
  • Silicon atom may have attached hydrogen atom, such as triethoxysilane, and further wherein a
  • Degree of substitution refers to the number of possible existing carboxy and / or alkoxy groups, which have both single and different saturated, unsaturated branched, unbranched aliphatic, alicyclic and aromatic radicals in each case at alkyl and / or alkoxy and / or carboxy groups, which in turn at any position of the alkyl, alkoxide or carboxy radical may be functionalized by heteroatoms selected from the group O, N, S, Cl and Br, as well as mixtures of the abovementioned
  • Aluminum alcoholates such as aluminum triethanolate
  • reaction conditions can be influenced by the fact that highly viscous mixtures are in the form of pasty formulations or also pastes which mix with printing processes suitable for such mixtures, preferably the
  • the printable paste hybrid gel according to the invention is a composition which can be adjusted by the addition of waxes and waxy compounds in an amount of up to 25% based on the final total mixture of the paste in terms of its pasty and pseudoplastic properties, the waxes and waxy compounds selected from the group consisting of beeswax, synchro wax, lanolin, carnauba wax, jojoba, Japan wax and the like, fatty acids and fatty alcohols, fatty glycols, esters
  • Substance classes should each contain branched and unbranched carbon chains with chain lengths greater than or equal to twelve carbon atoms, single-phase and / or biphasic, emulsifying or suspending, thickening and thus make the classical use of polymeric thickeners superfluous.
  • Hybrid gel is particularly well suited for use as a doping medium in the processing of silicon wafers for photovoltaic, microelectronic, micromechanical and micro-optical applications.
  • novel paste-like ones described herein are
  • Hybrid gels are suitable for the production of PERC, PERL, PERT, IBC solar cells and other high-performance solar cells, which feature further architectural features such as MWT, EWT, Selective Emitter, Selective Front Surface Field, Selective Back Surface Field and Bifaciality.
  • MWT MWT
  • EWT Selective Emitter
  • Selective Front Surface Field Selective Back Surface Field and Bifaciality.
  • Layers on silicon wafers can be used.
  • the hybrid gel is applied using one or more to be carried out sequentially Temper Colouren (tempering by means of a step function) and / or an annealing ramp, dried and compacted to the glazing, which forms grip and abrasion resistant layers with a thickness of up to 500 nm.
  • Using the printable hybrid gel according to the invention can influence the conductivity of the substrate by drying corresponding to surfaces applied to layers, compacted and vitrified and from the vitrified layers by heat treatment at a
  • Silicon wafer surfaces with dopants of opposite polarity is induced by conventional gas phase diffusion and wherein the printed hybrid gel acts as a diffusion barrier to the dopants of opposite polarity.
  • Solar cells using the paste-shaped hybrid gel according to the invention are characterized in that a) hybrid gels are printed on silicon wafers, dried and compacted onto the printed gels, and then subjected to subsequent gas phase diffusion with, for example, phosphoryl chloride to yield p-type dopants in the printed areas of the wafers and n-type dopants in the areas exclusively exposed to gas-phase diffusion,
  • the silicon wafer is printed locally with the hybrid gel, wherein the structured landfill may optionally have alternating lines, the printed structures dried and compacted and subsequently over the entire surface with the aid of PVD and / or CVD-deposited doped glasses doping in silicon of opposite polarity, can be coated and encapsulated, and the
  • the overlapping overall structure is brought to the structured doping of the silicon wafer by suitable high-temperature treatment, wherein the printed hybrid gel acts as a diffusion barrier with respect to the glass above it and the dopant contained therein.
  • a paste is to be understood as meaning a composition which, due to the sol-gel-based synthesis, has a high viscosity of more than 500 mPa * s and is no longer flowable.
  • the printable, highly viscous oxide media also referred to below as hybrid gels
  • Silicon dioxide one to fourfold symmetric and asymmetric
  • Silicon atom may have attached hydrogen atom, such as
  • triethoxysilane and further wherein a degree of substitution refers to the number of possible existing carboxy and / or alkoxy groups, which in both alkyl and / or alkoxy and / or
  • Carboxy groups have individual or different saturated, unsaturated branched, unbranched aliphatic, alicyclic and aromatic radicals, which in turn may be functionalized at any position of the alkyl, alkoxide or the carboxy radical by heteroatoms selected from the group O, N, S, Cl and Br, and mixtures of the aforementioned precursors.
  • Individual compounds which are mentioned in the above are mentioned in the above.
  • Claims are: tetraethyl orthosilicate and the like,
  • Triethoxysilane ethoxytrimethylsilane, dimethyldimethoxysilane,
  • Aluminum alcoholates such as aluminum triethanolate
  • Aluminum tristearate aluminum carboxylates such as basic aluminum acetate, aluminum triacetate, basic aluminum formate, aluminum tri-formate and aluminum trioctoate, aluminum hydroxide, aluminum metahydroxide and
  • Boron oxide diboroxide, simple boric acid alkyl esters, such as triethyl borate,
  • glycerol for example, glycerol, functionalized 1, 3-glycols, such as, for example,
  • boric acid esters with boric acid esters containing the aforementioned structural motifs as structural subunits, such as
  • boric acid esters from ethanolamine, diethanolamine, triethanolamine, propanolamine, dipropanolamine and tripropanolamine, mixed anhydrides of boric acid and
  • Carboxylic acids such as tetraacetoxy diborate, boric acid,
  • the hybrid gels may contain further substances which can confer advantageous properties on the gels. They may be: oxides, basic oxides, hydroxides, alkoxides, carboxylates, ⁇ -diketonates, ⁇ -ketoesters, silicates and the like of cerium, tin, zinc, titanium, zirconium, hafnium, zinc, germanium, gallium, niobium, yttrium, which in the sol-gel synthesis can be used directly or pre-condensed application.
  • oxides oxides, basic oxides, hydroxides, alkoxides, carboxylates, ⁇ -diketonates, ⁇ -ketoesters, silicates and the like of cerium, tin, zinc, titanium, zirconium, hafnium, zinc, germanium, gallium, niobium, yttrium, which in the sol-gel synthesis can be used directly or pre-condensed application.
  • Hybrid gels can be prepared using anhydrous as well as hydrous sol-gel synthesis.
  • the following substances can be used advantageously:
  • Oxid precursors, as suitable carbonyls can at least serve: Formic acid, acetic acid, oxalic acid, trifluoroacetic acid, mono-, di- and trichloroacetic acid, glyoxylic acid, tartaric acid, maleic acid, malonic acid, pyruvic acid, malic acid, 2-oxoglutaric acid
  • particulate additives eg aluminum hydroxides and
  • Titanium dioxide, titanium carbide, titanium nitride, titanium carbonitride for influencing the dry film thicknesses resulting after drying and their morphology
  • particulate additives eg aluminum hydroxides and
  • Titanium dioxide, titanium carbide, titanium nitride, titanium carbonitride for influencing the scratch resistance of the dried films
  • Capping agent selected from the group acetoxytrialkylsilanes,
  • Waxes and waxy compounds such as beeswax
  • Substance classes should each contain branched and unbranched carbon chains with chain lengths greater than or equal to twelve carbon atoms.
  • the hybrid gels can be prepared by adding appropriate
  • Masking agents, complex and chelating in a sub stoichiometric to a stoichiometric ratio on the one hand sterically stabilize and on the other hand in terms of their condensation and gelling rate but also in terms of the rheological properties targeted influence and control. Suitable masking and complexing agents, as well
  • Chelating agents for example, acetylacetone,, 3-cyclohexanedione, isomeric compounds of dihydroxybenzoic acids, acetaldoxime, as well as those disclosed and contained in the patent applications WO 2012/1 9686 A, WO20121 19685 A1, WO20121 19684 A, EP12703458.5 and EP12704232.3. The content of these publications is therefore included in the disclosure of the present application.
  • the hybrid gels can be applied to the surface of silicon wafers using printing and coating techniques.
  • These can be: spin coating or dip coating, drop casting, curtain or slot dye coating, screen printing or flexoprinting, gravure, ink jet or aerosol jet printing, offset printing, microcontact printing,
  • Electrohydrodynamic dispensing, roller or spray coating, ultrasonic spray coating, pipe jetting, laser transfer printing, pedd printing or rotary screen printing Preferably, printing of the hybrid gels is accomplished by the screen printing method.
  • Silicon wafers printed hybrid gels are subjected to a drying step following their landfill. This drying may, but not necessarily, be done in a continuous furnace. During the drying of the gels, they are compacted as a result of the spewing out of solvents, as well as the thermal degradation of formulation auxiliaries and of the oxide precursors into homogeneous and tightly closing vitreous layers.
  • the thus prepared, printable and dried hybrid gels are particularly well suited for use as a doping medium in the
  • hybrid gels are particularly suitable for the production of PERC, PERL, PERT, IBC solar cells (BJBC or BCBJ) and others, wherein the solar cells further architectural features, such as MWT, EWT, selective emitter, selective front surface field, selective Have back surface field and bifaciality. Furthermore, the solar cells further architectural features, such as MWT, EWT, selective emitter, selective front surface field, selective Have back surface field and bifaciality. Furthermore, the
  • Glass layers which act as a sodium and potassium diffusion barrier in the LCD technology due to a thermal treatment, in particular for Production of thin, dense glass layers on the cover glass of a display, consisting of doped S1O2, which prevent the diffusion of ions from the cover glass into the liquid-crystalline phase.
  • the surface-printed hybrid gel prepared by a process within the scope of the invention is particularly preferred in a temperature range between 50 ° C and 750 ° C, preferably between 50 ° C and 500 ° C between 50 ° C and 400 ° C, using one or more, to be carried out sequentially Temper Colouren (tempering by a step function) and / or an annealing ramp, dried and compacted to the glazing, forming a grip and abrasion resistant layer, may have thicknesses of up to 500 nm.
  • a heat treatment of the vitrified on the surfaces layers at a temperature in the range between 750 ° C and 1100 ° C, preferably between 850 ° C and 1 00 ° C, more preferably between 850 ° C and 1000 ° C.
  • silicon such as boron in the present case
  • Treatment duration and the treatment temperature can be transported in depths of up to 1 ⁇ , and electrical layer resistances of less than 10 ⁇ / sqr are adjustable.
  • the surface concentration of the dopant can reach values greater than or equal 1 * 10 19 1 * 0 20 to several
  • Atoms / cm 3 and depends on the type of dopant used in the printable hybrid gel. It has proved to be particularly advantageous hereby that subsequently the
  • this result can be achieved by printing the hybrid gel as a doping medium on hydrophilic (wet-chemical and / or native oxide) and / or hydrophobic (silane-terminated) silicon wafer surfaces.
  • composition of the hybricle proportions of the doping oxide precursor to those of the accompanying oxide precursors, mainly but not exclusively glass forming
  • this process can be used to produce grip and abrasion-resistant oxidic layers which have a doping effect on silicon and silicon wafers a) silicon wafers are printed with the hybrid gels according to the invention, the printed Dotiermedien dried, compacted and
  • III. is removed from the wafer surface by means of subsequent sequential wet chemical treatment with nitric and hydrofluoric acid or
  • Phosphoryl chloride in the case of a used n-type doping medium or with, for example, boron trichloride or boron tribromide in the case of a p-type doping medium used, whereby high dopings in the non-printed areas and lower
  • Phosphoryl chloride in the case of a used n-type doping medium or with, for example, boron trichloride or boron tribromide in the case of a p-type doping medium used can be obtained, whereby low doping in the non-printed areas and high dopants in the printed areas can be obtained, in that
  • Source concentration of the hybrid gels used was controlled by synthesis sufficiently controlled, and the glass obtained from the hybrid gel according to the invention and the
  • hybrid gel deposited over the entire surface of the silicon wafer is dried and / or compacted and from the compacted hybrid doping gel with the aid of laser irradiation, the local doping of the underlying substrate material is initiated,
  • Heat treatment initiated the doping of the underlying substrate and subsequently with subsequent local
  • the silicon wafer either over the entire surface or locally with the
  • the printed hybrid structures according to the invention, optionally by alternating structures, the printed structures are dried and compacted, the negatives of the alternating structures are printed by means of oppositely doping acting materials and as a result of suitable heat treatment for structured doping of the
  • hybrid gels according to the invention are optionally printed in an alternating structure sequence of arbitrary structure width, for example line width, adjacent to non-printed silicon surface also characterized by an arbitrary structure width, the printed structures are dried and compacted, after which the wafer of a conventional
  • Gas phase diffusion and doping is subjected by means of phosphoryl chloride or phosphorus pentoxide and thereby acts either locally or over the entire area applied hybrid gel as a diffusion barrier to the mediated via the gas phase dopant and consequently not printed with the hybrid gel according to the invention
  • Wafer surfaces of an opposite doping, in this case with phosphorus, are subjected; if necessary, the opposite surface printed with the hybrid gel must or can be suitably etched back by means of suitable wet-chemical etching steps, or
  • hybrid gels according to the invention are optionally printed in an alternating structure sequence of arbitrary structure width, for example line width, adjacent to non-printed silicon surface likewise characterized by any structure width, the printed structures are dried and compacted, after which the entire surface of the wafer is coated with a
  • Wafer surface can be provided (encapsulation), the latter doping media printable sol-gel-based oxidic dopants, other printable dopants and / or pastes, doped APCVD and / or PECVD glasses and dopants from conventional gas phase diffusion and doping can be, and the overlapping arranged and doping acting doping due to suitable heat treatment for doping of the substrate are brought and in this context, the bottom befindliches printed hybrid dot-acting hybrid gel due to suitable segregation coefficients and insufficient diffusion lengths as a diffusion barrier to behave over it, the contrasting majority majority carrier polarity inducing doping medium must behave; further comprising the other side of the wafer surface by means of an otherwise and otherwise deposited (printed, CVD, PVD) diffusion barrier, such as
  • Silicon dioxide or silicon nitride or silicon oxynitride may be covered, but need not necessarily be
  • the silicon wafer either over the entire surface or locally with the
  • hybrid gels according to the invention are optionally printed in an alternating structure sequence of arbitrary structure width, for example line width, adjacent to non-printed silicon surface likewise characterized by any structure width, the printed structures are dried and compacted, after which the entire surface of the wafer is coated with a
  • Wafer surface can be provided (encapsulation), after which then the wafer surface over the entire surface with a doping opposite inducing majority charge carrier polarity can be provided on the already printed wafer surface, the latter doping media printable sol-gel-based oxide dopants, other printable Dotiertinten and / or Pastes may be doped APCVD and / or PECVD glasses as well as dopants from conventional gas phase diffusion and doping, and the overlapping arranged doping and doping acting dopants due to appropriate heat treatment for doping of the substrate are brought and this context to support As a result of suitable segregation coefficients and inadequate
  • Hybrid gels their drying, and compression and / or doping by thermal treatment resulting glass layers with a
  • Acid mixture containing hydrofluoric acid and optionally phosphoric acid etched wherein the etching mixture used as etchant hydrofluoric acid in a concentration of 0.001 to 10 wt .-% or 0.001 to 10 wt .-%
  • the dried and compacted doping glasses can contain hydrofluoric acid and 0.001 to 10 wt .-% phosphoric acid in the mixture.
  • the dried and compacted doping glasses can the
  • Nitric acid such as the so-called p-etching, R-etching, S-etching or etch mixtures, etching mixtures consisting of flux and
  • novel high-viscosity doping pastes can be synthesized on the basis of the sol-gel process and, if necessary, can be formulated further.
  • a synthetic method is based on the dissolution of oxide precursors of the alumina in a solvent or a solvent mixture, preferably selected from the group of high-boiling glycol ethers or preferably high-boiling glycol ethers and alcohols, which
  • a suitable acid preferably a carboxylic acid, and in this case particularly preferably with formic acid or acetic acid
  • suitable complexing and chelating agents such as
  • suitable ⁇ -diketones such as acetylacetone or for example 1, 3-cyclohexanedione, ⁇ - and ⁇ -ketocarboxylic acids and their esters, such as pyruvic acid and its esters acetoacetic acid and ethyl acetoacetate, dihydroxybenzoic acids, such as 3, 5 -dihydroxybenzoic acid, and / or oximes , such as acetaldoxime, as well as other such cited compounds, as well as any mixtures of the aforementioned complex, chelating and condensation degree controlling agents, is completed.
  • the solution of the alumina precursor is then at room temperature with a mixture consisting of the o. G.
  • Solvent or solvent mixture and water added dropwise and then heated at 80 ° C for up to 24 h under reflux.
  • the gelation of the aluminum oxide precursor can be controlled in a targeted manner via the molar ratio of the aluminum oxide precursor to water, to the acid used and to the amounts of substance and the type of complexing agent used. The necessary ones
  • favoring solvents such as high-boiling glycols, Glycol ethers, Glycolethercarboxylate and further solvents such as
  • solvent mixtures adjusted to their desired properties and optionally diluted is a mixture consisting of condensed oxide precursors of
  • a suitable carboxylic anhydride such as acetic anhydride, formyl acetate or propionic anhydride or comparable
  • the paste rheology can continue to be adjusted and rounded according to and with the also previously described in detail auxiliaries and additives according to specific requirements, the use of waxes and waxy compounds according to the invention has a special role.
  • the waxes and waxy compounds according to the invention has a special role.
  • waxy compounds are dissolved or melted in the gelled paste mixture, if necessary. Refluxing and with intimate stirring. The entire formulation is then allowed to cool with intimate stirring, adjusting the desired properties of the final pseudoplastic mixture.
  • homogeneously monophasic or emulsified biphasic mixtures are obtained.
  • An alternative method of synthesis is based on the preparation of a condensed sol of oxide precursors of silicon dioxide and
  • Benzyl benzoate, butyl benzoate, THF or comparable initially charged, with a suitable carboxylic anhydride, such as acetic anhydride,
  • Formyl acetate or propionic anhydride or comparable and dissolved under reflux or reacted until a clear solution is present.
  • suitable precursors of the silicon dioxide optionally pre-dissolved in the reaction solvent used, drop by drop.
  • the reaction mixture is then heated or refluxed for up to 24 hours.
  • the sol is treated with suitable solvents such as, for example, glycols, glycol ethers, glycol ether carboxylates and also solvents such as terpineol, texanol, butyl benzoate, benzyl benzoate, dibenzyl ether, butyl benzyl phthalate, or their solvent mixtures in which suitable complexing and chelating agents, for example suitable ⁇ - Diketones, such as acetylacetone or, for example, 1, 3-cyclohexanedione, ⁇ - and ⁇ -ketocarboxylic acids and their esters, such as pyruvic acid and its esters
  • suitable solvents such as, for example, glycols, glycol ethers, glycol ether carboxylates and also solvents such as terpineol, texanol, butyl benzoate, benzyl benzoate, dibenzyl ether, butyl benzyl phthalate, or their solvent mixtures in which
  • Acetoacetic acid and ethyl acetoacetate dihydroxybenzoic acids, such as, for example, 3, 5-dihydroxybenzoic acid, and / or oximes, such as
  • acetaldoxime and other such cited compounds, as well as any mixtures of the aforementioned complex, chelating agents and the degree of condensation controlling agents are already pre-dissolved in the accompaniment of water, added and stirred, if necessary. At the same time increases the temperature of the reaction mixture.
  • the duration of mixing of the two solutions can be between 0.5 minutes and five hours.
  • the total mixture is tempered with the aid of an oil bath whose temperature is usually set to 155 ° C. After completing a suitable known duration of mixing of the two partial solutions completed
  • the reaction mixture thus completed is then heated to reflux for one to four hours.
  • the warm gelled mixture can now be prepared using other excipients already mentioned above,
  • EXAMPLE 1 A glass flask is charged with 55.2 g of ethylene glycol monobutyl ether (EGB) and 20.1 g of aluminum tri-sec-butylate (ASB) and stirred until a homogeneous mixture is obtained. To this mixture are added 7.51 g of glacial acetic acid, 0.8 g of acetaldoxime and 0.49 g of acetylacetone with stirring.
  • EGB ethylene glycol monobutyl ether
  • ASB aluminum tri-sec-butylate
  • Mass loss of volatile reaction products is 12.18 g.
  • the distilled mixture is then diluted with 62.3 g of Texanol and another 65 g of EGB, and mixed with a mixed condensed sol consisting of precursors of boron oxide and silicon dioxide.
  • the hybrid sol of silica and boron oxide is prepared as follows: 6.3 g Tetraacetoxydiborat be presented in 40 g of benzyl benzoate and treated with 15 g of acetic anhydride. The mixture is heated in an oil bath to 80 ° C and after a clear solution is formed, 4.6 g
  • the hybrid sol is then also subjected to a vacuum distillation at 70 ° C until reaching a final pressure of 30 mbar, the mass loss of volatile reaction products is 7.89 g.
  • the 110 g of the total mixture is mixed with 9 g of synchro wax and heated with stirring to 150 ° C until complete dissolution and clear mixing. Subsequently, the mixture is allowed to cool with intensive stirring. The result is a pseudoplastic and very good printable paste.
  • silicon dioxide precursors in this case a Mixture consisting of 2.3 g of dimethyldimethoxysilane and 3.4 g
  • the paste according to Example 1 using a conventional screen printing machine and a screen with 350 mesh, 16 ym thread size (stainless steel) and an emulsion thickness of 8 - 12 pm using a doctor speed of 170 mm / s and a squeegee pressure of 1 bar to one Wafer printed and then subjected to drying in a continuous furnace.
  • the heating zones in the continuous furnace are set to 350/350/375/375/375/400/400 ° C.
  • FIG. 1 shows a silicon wafer printed with the hybrid gel according to the invention after it has been dried in a continuous furnace.
  • the hybrid gel used corresponds to a composition prepared according to Example 3.
  • the paste according to Example 1 is prepared by means of a conventional
  • the wafer On boron diffusion, the wafer is exposed to phosphorous diffusion with phosphoryl chloride at low temperature, 880 ° C, in the same process tube. After the diffusion and the cooling of the wafer, it is freed from the glasses present on the wafer surfaces by means of etching with dilute hydrofluoric acid. The area, which previously with the
  • Boron paste according to the invention was printed, has a hydrophilic
  • the SIMS (secondary ion mass spectrometry) depth profile of the dopants is determined.
  • a boron doping from the wafer surface to that of the silicon is determined.
  • Paste layer thus acts as diffusion barrier against a typical phosphorus diffusion.
  • FIG. 2 shows the SIMS profile of a rough silicon surface, which is printed with the boron paste according to the invention and subsequently printed
  • EGB ethylene glycol monobutyl ether
  • ASB aluminum tri-sec-butylate
  • mixture 1 and mixture 2 are combined in a glass flask of suitable size with the addition of 261 g Texanol and 40 g
  • the gel hybrid sol is transferred to a stirred tank of suitable size and mixed with 116 g Synchrowachs ERLC. Under heating and intensive stirring of the mixture to 150 ° C is the
  • Wax melted and dissolved in the heat in the gel. After complete dissolution of the wax, the heat supply is interrupted and the mixture is allowed to cool while stirring. After cooling, a buttery, pseudoplastic, yellowish-white, very good printable paste is obtained.
  • the viscosity of the paste is 7.5 Pa * s at a shear rate of 25 / s and a temperature of 23 ° C.
  • the paste is made by means of a screen printer using a trampoline sieve with stainless steel mesh (400 mesh, 18 ⁇ m
  • a sieve jump of 2 mm a printing speed of 200 mm / s, a flood speed of 200 mm / s, a squeegee pressure of 60 N during printing and a squeegee pressure of 20 N during flooding, and using a carbon fiber squeegee with polyurethane rubber of Shore hardness of 65 °.
  • the printed wafers are then heated to 400 ° C
  • the belt speed is 90 cm / s.
  • the length of the heating zones is 3 m.
  • the paste transfer is 0.65 mg / cm 2 .
  • FIG. 3 shows the micrograph of a line screen printed and dried with a doping paste according to Example 5.
  • FIG. 4 shows a micrograph of a paste surface screen-printed and dried with a doping paste according to Example 5.
  • FIG. 5 shows a micrograph of a paste surface screen-printed and dried with a doping paste according to Example 5.
  • the printing is done with a sieve with stainless steel mesh (400/18, 10 pm
  • Emulsion thickness over the fabric The paste application is 0.9 mg / cm 2 .
  • the wafers are left on a hotplate for three minutes at 400 ° C
  • Phosphorylchloriddampf achieved, which, transported by a stream of inert gas, is introduced into the hot furnace atmosphere. Due to the high temperature prevailing in the oven and at the same time in the oven Oxygen furnace atmosphere, the phosphoryl chloride is burned to phosphorus pentoxide. The phosphorus pentoxide precipitates in conjunction with a silicon dioxide forming on the wafer surface due to the presence of oxygen in the furnace atmosphere.
  • the mixture of the silicon dioxide with the phosphorus pentoxide is also referred to as PSG glass. From the PSG glass on the
  • a PSG glass can form only on the surface of the boron paste. If the boron paste acts as a diffusion barrier to phosphorus, then at those points where the boron paste is already present, there can be none
  • Phosphorus diffusion takes place, but only one of Born itself, which diffuses from the paste layer in the silicon wafer.
  • This type of co-diffusion can be carried out in various embodiments.
  • the phosphoryl chloride can be burned in the furnace at the beginning of the diffusion process. At the beginning of the process, one generally understands one in the industrial production of solar cells
  • Possibilities can, depending on the particular requirements, also any combinations of the phases of the possible entry of phosphoryl chloride are made in the diffusion furnace. Some of these options are outlined. In Figure 6, the possibility of using a second plateau temperature is not shown.
  • the wafers printed with the boron paste are subjected to a co-diffusion process, as shown, in which the entry of the
  • Plateau temperature takes place, which to achieve a boron diffusion necessary, in this case 950 ° C.
  • the wafers in the process boat are arranged in pairs in such a way that their sides printed with boron paste are in each case facing one another. In each case, a wafer is received in a slot of the process boat.
  • the nominal distance between the substrates is thus about 2.5 mm. in the
  • the wafers are subjected to glass etching in dilute hydrofluoric acid and then their
  • Sheet resistance of 41 ⁇ / D while that of the printed with the boron paste opposite side of the wafer has a sheet resistance of 68 ⁇ / D.
  • the side which has a layer resistance of 41 ⁇ / D, is doped exclusively with p-, ie with boron, whereas the
  • FIG. 6 shows a micrograph of a line screen printed and dried with a doping paste according to Example 5.
  • FIG. 7 shows an arrangement of wafers in a process boat during a co-diffusion process.
  • Wafer surfaces are opposite.
  • Reaction mixture is heated in an oil bath to 80 ° C and for the Refluxed for 8 hours to 60 hours. During the reaction, the transparent mixture turns from colorless to yellow-orange. After completion of the reaction, the reaction mixture is at
  • Distillation loss is 60.02 g. 10 g of the residue are dissolved in 35.9 g Diethylenglycoletherdibenzoat and then diluted with 34.7 g Butoxyethoxyethylacetat and 5 g Triethylorthoformiat.
  • the solution is then heated to 90 ° C and treated with 8.5 g of ERLC wax (one triglyceride having chain lengths of the fatty acids included from C18 to C36) and dissolved in the mixture.
  • the solution is allowed to cool with vigorous stirring. During cooling, part of the wax separates from the solution and is emulsified in the mixture.
  • Silicon wafer surfaces can be printed.
  • the paste is made with the help of a0
  • the printed wafers are then heated to 400 ° C
  • FIG. 8 shows the micrograph of a line screen-printed with a doping paste according to Example 6, and dried.

Abstract

The present invention relates to a novel printable paste in the form of a hybrid gel on the basis of inorganic oxide precursors which can be used in a simplified process for the production of solar cells, the hybrid gel according to the invention functioning as a doping medium as well as a diffusion barrier.

Description

Sol-Gel-basierte druckbare und parasitär- diffusionshemmende Dotiermedien zur lokalen Dotierung von Siliziumwafern Die vorliegende Erfindung betrifft eine neue druckbare Paste in Form eines Hybridgels auf Basis von Precursoren anorganischer Oxide, welche in einem vereinfachten Verfahren zur Herstellung von Solarzellen verwendet werden kann, wobei das erfindungsgemäße Hybridgel sowohl als  The present invention relates to a novel printable paste in the form of a hybrid gel based on precursors of inorganic oxides, which can be used in a simplified process for the production of solar cells, wherein the hybrid gel according to the invention both as
Dotiermedium als auch als Diffusionsbarriere fungiert. Doping medium and acts as a diffusion barrier.
Stand der Technik State of the art
Die Herstellung von einfachen bzw. der derzeit im Markt mit größtem Marktanteil vertretenen Solarzellen umfasst die im Folgenden skizzierten wesentlichen Herstellungsschritte: The production of simple solar cells or of the solar cells currently represented in the market with the largest market share comprises the essential production steps outlined below:
1) Sägeschadensätzung und Textur 1) saw damage etching and texture
Ein Siliziumwafer (monokristallin, multikristallin oder quasi-monokristallin, Basisdotierung p- oder n-Typ) wird mittels Ätzverfahren von anhaftenden Sägeschädigung befreit und„zeitgleich", im Regelfall in dem gleichen Ätzbad, texturiert. Unter Texturierung ist in diesem Fall die Schaffung einer vorzugsorientierten Oberfläche(nbeschaffenheit) in Folge des Ätzschrittes oder einfach die gezielte, aber nicht besonders orientierte Aufrauhung der Waferoberfläche zu verstehen. In Folge der Texturierung wirkt die A silicon wafer (monocrystalline, multicrystalline or quasi-monocrystalline, p- or n-type base doping) is freed of adherent saw damage by means of an etching process and "simultaneously", usually in the same etching bath, texturized under texturing is in this case the creation of a preferred Surface (texture) as a result of the etching step or simply to understand the targeted, but not particularly oriented roughening of the wafer surface
Oberfläche des Wafers nun als ein diffuser Reflektor und mindert somit die gerichtete, weilenlängen- und vom Winkel des Auftreffens abhängige Reflexion, was letztlich zu einer Erhöhung des absorbierten Anteils des auf die Oberfläche auftreffenden Lichtes führt und somit die  Surface of the wafer now as a diffuse reflector and thus reduces the directional, weillängenlänge- and the angle of impact dependent reflection, which ultimately leads to an increase in the absorbed portion of the incident light on the surface and thus the
Konversionseffizienz der Solarzelle erhöht. Conversion efficiency of the solar cell increased.
Die vorher erwähnten Ätzlösungen zur Behandlung der Siliziumwafer bestehen im Falle monokristalliner Wafer typischerweise aus verdünnter Kalilauge, der als Lösungsmittel Isopropylalkohol zugesetzt ist. Es können stattdessen auch andere Alkohole mit höherem Dampfdruck oder höherem Siedepunkt als Isopropylalkohol hinzugefügt sein, sofern dadurch das gewünschte Ätzergebnis erzielt werden kann. Als gewünschtes Ätzergebnis erhält man typischerweise eine Morphologie, die von zufällig angeordneten, oder vielmehr aus der ursprünglichen Oberfläche herausgeätzten, In the case of monocrystalline wafers, the aforementioned etching solutions for treating the silicon wafers typically consist of dilute potassium hydroxide solution to which isopropyl alcohol has been added as solvent. Instead, other alcohols having a higher vapor pressure or higher boiling point than isopropyl alcohol may be added, provided that desired etching result can be achieved. Typically, the desired etch result is a morphology that is randomly-etched, or rather etched out of the original surface.
Pyramiden mit quadratischer Grundfläche gekennzeichnet ist. Die Dichte, die Höhe und damit Grundfläche der Pyramiden kann durch geeignete Wahl der oben erwähnten Inhaltsstoffe der Ätzlösung, die Ätztemperatur und die Verweildauer der Wafer im Ätzbecken mit beeinflusst werden. Pyramids is characterized by square base. The density, the height and thus the base area of the pyramids can be influenced by a suitable choice of the above-mentioned constituents of the etching solution, the etching temperature and the residence time of the wafers in the etching basin.
Typischerweise wird die Texturierung der monokristallinen Wafer im Typically, the texturing of the monocrystalline wafer in
Temperaturbereich von 70 - <90 °C durchgeführt, wobei Ätzabträge von bis zu 10 pm pro Waferseite erzielt werden können. Temperature range of 70 - <90 ° C performed, with Ätzabträge of up to 10 pm per wafer side can be achieved.
Im Falle multikristalliner Siliziumwafer kann die Ätzlösung aus Kalilauge mit mittlerer Konzentration (10 - 15 %) bestehen. Diese Ätztechnik wird in der industriellen Praxis aber kaum noch angewandt. Häufiger wird eine In the case of multicrystalline silicon wafers, the etching solution may consist of potassium hydroxide solution with an average concentration (10-15%). However, this etching technique is hardly used in industrial practice. More often becomes one
Ätzlösung bestehend aus Salpetersäure, Flusssäure und Wasser verwendet. Diese Ätzlösung kann durch verschiedene Additive, wie beispielsweise Schwefelsäure, Phosphorsäure, Essigsäure, N-Methylpyrrolidon und auch Tensiden, modifiziert werden, womit u. a. Benetzungseigenschaften der Ätzlösung als auch deren Ätzrate gezielt beeinflusst werden können. Diese sauren Ätzmischungen erzeugen auf der Oberfläche eine Morphologie von in sich verschachtelt angeordneter Ätzgruben. Die Ätzung wird typischerweise bei Temperaturen im Bereich zwischen 4 °C bis <10 °C durchgeführt und der Ätzabtrag beträgt hier im Regelfall 4 pm bis 6 pm. Direkt im Anschluss an die Texturierung werden die Siliziumwafer mit Etching solution consisting of nitric acid, hydrofluoric acid and water used. This etching solution can be modified by various additives such as sulfuric acid, phosphoric acid, acetic acid, N-methylpyrrolidone and also surfactants, which u. a. Wetting properties of the etching solution and their etch rate can be specifically influenced. These acid etch mixtures produce a morphology of interstitially arranged etch pits on the surface. The etching is typically carried out at temperatures in the range between 4 ° C to <10 ° C and the Ätzabtrag here is usually 4 pm to 6 pm. Immediately following the texturing, the silicon wafers are included
Wasser intensiv gereinigt und mit verdünnter Flusssäure behandelt, um die in Folge der vorhergehenden Behandlungsschritte entstandene chemische Oxidschichtschicht und darin als auch daran absorbierte und adsorbierte Verunreinigungen zur Vorbereitung der nachfolgenden  Water is thoroughly cleaned and treated with dilute hydrofluoric acid to prepare the chemical oxide layer formed as a result of the preceding treatment steps and impurities absorbed therein as well as adsorbed thereon in preparation of the following
Hochtemperaturbehandlung zu entfernen. 2) Diffusion und Dotierung To remove high temperature treatment. 2) diffusion and doping
Die im vorhergehenden Schritt geätzten und gereinigten Wafer (in diesem Fall p-Typ Basisdotierung) werden bei höheren Temperaturen, The wafers etched and cleaned in the previous step (in this case p-type base doping) are heated at higher temperatures,
typischerweise zwischen 750 °C und <1000 °C, mit Dampf, bestehend aus Phosphoroxid, behandelt. Dabei werden die Wafer in einen Rohrofen in einer Quarzglasröhre einer kontrollierten Atmosphäre, bestehend aus getrocknetem Stickstoff, getrocknetem Sauerstoff und Phosphorylchlorid, ausgesetzt. Die Wafer werden dazu bei Temperaturen zwischen 600 und 700 °C in das Quarzglasrohr eingebracht. Die Gasmischung wird durch das Quarzglasrohr transportiert. Während des Transportes der Gasmischung durch das stark erwärmte Rohr zerfällt das Phosphorylchlorid zu einem Dampf, bestehend aus Phosphoroxid (z. B. P205) und Chlorgas. Der Dampf aus Phosphoroxid schlägt sich u. a. auf den Waferoberflächen nieder (Belegung). Zeitgleich wird die Siliziumoberfläche bei diesen Temperaturen unter Bildung einer dünnen Oxidschicht oxidiert. In diese Schicht wird das niedergeschlagene Phosphoroxid eingebettet, wodurch eingemischtes Oxid aus Siliziumdioxid und Phosphoroxid auf der Waferoberfläche entsteht. typically between 750 ° C and <1000 ° C, treated with steam consisting of phosphorus oxide. The wafers are exposed in a tube furnace in a controlled atmosphere quartz glass tube consisting of dried nitrogen, dried oxygen and phosphoryl chloride. The wafers are introduced at temperatures between 600 and 700 ° C in the quartz glass tube. The gas mixture is transported through the quartz glass tube. During transport of the gas mixture through the highly heated tube, the phosphoryl chloride decomposes to a vapor consisting of phosphorus oxide (eg P 2 O 5) and chlorine gas. The vapor of phosphorus oxide u. a. on the wafer surfaces down (occupancy). At the same time, the silicon surface is oxidized at these temperatures to form a thin oxide layer. In this layer, the deposited phosphorus oxide is embedded, whereby a mixed oxide of silicon dioxide and phosphorus oxide formed on the wafer surface.
Dieses Mischoxid wird als Phosphorsilikatglas (PSG) bezeichnet. Dieses PSG-Glas verfügt in Abhängigkeit von der Konzentration des enthaltenen Phosphoroxids über unterschiedliche Erweichungspunkte und This mixed oxide is called phosphosilicate glass (PSG). This PSG glass has different softening points and, depending on the concentration of the contained phosphorus oxide
unterschiedliche Diffusionskonstanten hinsichtlich des Phosphoroxides. Das Mischoxid dient dem Siliziumwafer als Diffusionsquelle, wobei im Verlauf der Diffusion das Phosphoroxid in Richtung der Grenzfläche zwischen PSG-Glas und Siliziumwafer diffundiert und dort durch Reaktion mit dem Silizium an der Waferoberfläche (silizothermisch) zu Phosphor reduziert wird. Das derart entstandene Phosphor verfügt über eine um Größenordnungen höhere Löslichkeit in Silizium als in der Glasmatrix, aus der es entstanden ist und löst sich dadurch aufgrund des sehr hohen Segregationskoeffizienten bevorzugt im Silizium. Nach dessen Lösung diffundiert der Phosphor imdifferent diffusion constants with respect to the phosphorus oxide. The mixed oxide serves the silicon wafer as a diffusion source, wherein in the course of the diffusion, the phosphorus oxide diffuses in the direction of the interface between PSG glass and silicon wafer and is reduced there by reaction with the silicon on the wafer surface (silicothermally) to phosphorus. The resulting phosphor has a solubility which is orders of magnitude greater in silicon than in the glass matrix from which it is formed, and thus dissolves preferentially in silicon due to the very high segregation coefficient. After its dissolution, the phosphorus diffuses in the
Silizium entlang des Konzentrationsgradienten in das Volumen des Siliziums ein. Bei diesem Diffusionsprozess entstehen Konzentrationsgradienten in der Größenordnung von 105 zwischen typischen Silicon along the concentration gradient in the volume of silicon. In this diffusion process, concentration gradients of the order of 105 between typical
Oberflächenkonzentrationen von 1021 Atomen/cm2 und der Basisdotierung im Bereich von 1016 Atomen/cm2. Die typische Diffusionstiefe beträgt 250 bis 500 nm und ist von der gewählten Diffusionstemperatur (beispielsweise 880 °C) und der Gesamtexpositionsdauer (Aufheizen & Belegungsphase & Eintreibephase & Abkühlen) der Wafer in der stark erwärmten Atmosphäre abhängig. Während der Belegungsphase entsteht eine PSG-Schicht, die eine typischer Weise eine Schichtdicke von 40 bis 60 nm aufweist. Im Surface concentrations of 1021 atoms / cm 2 and the base doping in the range of 1016 atoms / cm 2 . The typical diffusion depth is 250 to 500 nm and is of the selected diffusion temperature (for example 880 ° C) and the total exposure time (heating & loading phase & driving phase & cooling) of the wafers in the highly heated atmosphere. During the coating phase, a PSG layer is formed, which typically has a layer thickness of 40 to 60 nm. in the
Anschluss an die Belegung der Wafer mit dem PSG-Glas, während derer bereits auch eine Diffusion in das Volumen des Siliziums stattfindet, folgt die Eintreibephase. Diese kann von der Belegungsphase entkoppelt werden, wird jedoch praktischerweise im Regelfall zeitlich unmittelbar an die Following the wetting of the wafers with the PSG glass, during which diffusion into the volume of the silicon already takes place, the drive-in phase follows. This can be decoupled from the assignment phase, but is conveniently conveniently in time directly to the
Belegung gekoppelt und findet üblicherweise deshalb auch bei der gleichen Temperatur statt. Dabei wird die Zusammensetzung der Gasmischung so angepasst, dass die weitere Zufuhr von Phosphorylchlorids unterbunden wird. Während des Eintreibens wird die Oberfläche des Siliziums durch den in der Gasmischung enthaltenen Sauerstoff weiter oxidiert, wodurch zwischen der eigentlichen Dotierquelle, dem an Phosphoroxid stark angereicherten PSG-Glas und dem Siliziumwafer eine an Phosphoroxid abgereicherte Siliziumdioxidschicht generiert wird, die ebenfalls Occupancy coupled and therefore usually takes place at the same temperature. The composition of the gas mixture is adjusted so that the further supply of phosphoryl chloride is suppressed. During driving, the surface of the silicon is further oxidized by the oxygen contained in the gas mixture, whereby a phosphorus depleted silicon dioxide layer is also generated between the actual doping source, the phosphorus oxide highly enriched PSG glass and the silicon wafer
Phosphoroxid enthält. Das Wachstum dieser Schicht ist im Verhältnis zum Massenstrom des Dotierstoffes aus der Quelle (PSG-Glas) sehr viel schneller, weil das Oxidwachstum durch die hohe Oberflächendotierung des Wafers selbst beschleunigt wird (Beschleunigung um eine bis zwei Contains phosphorus oxide. The growth of this layer is much faster in relation to the mass flow of the dopant from the source (PSG glass), because the oxide growth is accelerated by the high surface doping of the wafer itself (acceleration by one to two
Größenordnungen). Dadurch wird in gewisser Weise eine Verarmung oder Separierung der Dotierquelle erzielt, deren Durchdringung mit  Orders of magnitude). As a result, in some way a depletion or separation of the doping source is achieved, whose penetration with
herandiffundierendem Phosphoroxid von dem Stoffstrom beeinflusst wird, der von der Temperatur und damit dem Diffusionskoeffizienten abhängig ist. Auf diese Weise kann die Dotierung des Siliziums in gewissen Grenzen kontrolliert werden. Eine typische Diffusionsdauer bestehend aus Belegungsund Eintreibephase beträgt beispielsweise 25 Minuten. Im Anschluss an diese Behandlung wird der Rohrofen automatisch abgekühlt und die Wafer können bei Temperaturen zwischen 600 °C bis 700 °C aus dem Prozessrohr ausgeschleust werden. is influenced by the flow of phosphorus depending on the temperature and thus the diffusion coefficient. In this way, the doping of the silicon can be controlled within certain limits. A typical duration of diffusion consisting of loading and driving phase is for example 25 minutes. Following this treatment, the tube furnace is automatically cooled and the wafers can be removed from the process tube at temperatures between 600 ° C to 700 ° C.
Im Falle einer Bordotierung der Wafer in Form einer n-Typ-Basisdotierung, wird ein anderes Verfahren durchlaufen, das hier nicht' gesondert erläutert werden soll. Die Dotierung wird in diesen Fällen beispielsweise mit In the case of boron doping, the wafer in the form of an n-type base doping, another method is run, which will not be explained separately here '. The doping is in these cases, for example, with
Bortrichlorid oder Bortribromid durchgeführt. Je nach Wahl der Boron trichloride or boron tribromide. Depending on the choice of
Zusammensetzung der zur Dotierung eingesetzten Gasatmosphäre, kann die Bildung einer sogenannten Borhaut auf den Wafern festgestellt werden. Diese Borhaut ist von verschiedenen Einfiussfaktoren abhängig: maßgeblich der Dotieratmosphäre, der Temperatur, der Dotierdauer, der Composition of the gas atmosphere used for doping, can the formation of a so-called boron skin on the wafers are detected. This boron skin is dependent on various influencing factors: decisive for the doping atmosphere, the temperature, the doping time, the
Quellkonzentration und den gekoppelten (oder linearkombinierten) zuvor genannten Parametern. Source concentration and the coupled (or linear combined) aforementioned parameters.
Bei solchen Diffusionsprozessen versteht es sich von selbst, dass es bei den verwendeten Wafern keine Bereiche bevorzugter Diffusion und Dotierung geben kann (ausgenommen solcher, die durch inhomogene Gasflüsse und daraus resultierende inhomogen zusammengesetzte Gaspakete entstanden sind), sofern die Substrate nicht im Vorfeld einer entsprechenden In such diffusion processes, it goes without saying that there can be no regions of preferred diffusion and doping in the wafers used (with the exception of those which have arisen due to inhomogeneous gas flows and inhomogeneous gas packets resulting therefrom), unless the substrates are in advance of a corresponding one
Vorbehandlung unterworfen wurden (beispielsweise deren Strukturierung mit diffusionshemmenden und/oder -unterbindenden Schichten und Pretreatment were subjected (for example, their structuring with diffusion-inhibiting and / or -unterbindenden layers and
Materialien). Materials).
Der Vollständigkeit halber sei hier noch darauf verwiesen, dass es noch weitere Diffusions- und Dotiertechnologien gibt, welche sich unterschiedlich stark in der Herstellung kristalliner Solarzellen auf Basis von Silizium etabliert haben. So seien erwähnt, For the sake of completeness, it should be pointed out here that there are still other diffusion and doping technologies which have established themselves to varying degrees in the production of crystalline solar cells based on silicon. So be mentioned
• die Ionenimplantation, die Dotierung, vermittelt über die Gasphasendeposition von Mischoxiden, wie beispielsweise deren von PSG- und BSG-(Borosilicat-)Glas, mittels APCVD-, PECVD-, MOCVD- und LPCVD-Verfahren, Ion implantation, doping, mediates via the gas phase deposition of mixed oxides, such as those of PSG and BSG (borosilicate) glass, by means of APCVD, PECVD, MOCVD and LPCVD methods,
• (Co-)Sputtering von Mischoxiden und/oder keramischen Materialien und Hartstoffen (z. B. Bomitrid), der Gasphasendeposition beider (Co) sputtering of mixed oxides and / or ceramic materials and hard materials (eg, boron nitride), the gas phase deposition of both
letztgenannter, - der rein thermischen Gasphasendeposition ausgehend von festen Dotierstoffquellen (z. B. Boroxid und Bornitrid) sowie  the latter, the purely thermal gas phase deposition starting from solid dopant sources (eg boron oxide and boron nitride) as well as
• der Flüssigphasendeposition von dotierend wirkenden Flüssigkeiten • the liquid phase deposition of doping liquids
(Tinten) und Pasten.  (Inks) and pastes.
Letztere werden häufig bei der sogenannten inline-Dotierung verwendet, bei der die entsprechenden Pasten und Tinten auf der zu dotierenden Seite des Wafers mittels geeigneten Verfahren aufgetragen werden. Nach dem oder auch bereits während des Auftragens werden die in den zur Dotierung eingesetzten Zusammensetzungen enthaltenen Lösungsmittel durch Temperatur- und/oder Vakuumbehandlung entfernt. Hierdurch bleibt der eigentliche Dotierstoff auf der Waferoberfläche zurück. Als flüssige The latter are often used in the so-called in-line doping, in which the corresponding pastes and inks on the side to be doped of the Wafers are applied by suitable methods. After or even during application, the solvents contained in the compositions used for doping are removed by temperature and / or vacuum treatment. As a result, the actual dopant remains on the wafer surface. As liquid
Dotierquellen können beispielsweise verdünnte Lösungen von Phosphoroder Borsäure, als auch Sol-Gel-basierte Systeme oder auch Lösungen polymerer Borazilverbindungen eingesetzt werden. Entsprechende  Doping sources, for example, dilute solutions of phosphoric or boric acid, as well as sol-gel-based systems or solutions of polymeric Borazilverbindungen can be used. Appropriate
Dotierpasten sind fast ausschließlich durch die Verwendung von Doping pastes are almost exclusively due to the use of
zusätzlichen verdickend wirkenden Polymeren gekennzeichnet, und enthalten Dotierstoffe in geeigneter Form. An die Verdampfung der additional thickening polymers characterized, and contain dopants in a suitable form. At the evaporation of
Solventien aus den zuvor genannten Dotiermedien schließt sich meist eine Behandlung bei hoher Temperatur an, während derer unerwünschte und störende, aber die Formulierung bedingende, Zuschlagsstoffe entweder „verbrannt" und/oder pyrolysiert werden. Die Entfernung von Lösungsmitteln und das Ausbrennen können, müssen aber nicht, simultan erfolgen. Solvents from the aforementioned doping media are usually followed by a high-temperature treatment during which undesirable and interfering additives which cause the formulation are either "burned" and / or pyrolyzed., The removal of solvents and the burn-out may or may not , take place simultaneously.
Anschließend passieren die beschichteten Substrate üblicherweise einen Durchlaufofen bei Temperaturen zwischen 800 °C und 1000 °C, wobei zur Verkürzung der Durchlaufzeit die Temperaturen im Vergleich zur Subsequently, the coated substrates usually pass through a continuous furnace at temperatures between 800 ° C and 1000 ° C, to shorten the cycle time, the temperatures in comparison to
Gasphasendiffusion im Rohrofen leicht erhöht sein können. Die in dem Durchlaufofen vorherrschende Gasatmosphäre kann gemäß den Gas phase diffusion in the tube furnace can be slightly increased. The prevailing in the continuous furnace gas atmosphere can according to the
Erfordernissen der Dotierung unterschiedlich sein und aus trockenem Stickstoff, trockener Luft, einem Gemisch aus trockenem Sauerstoff und trockenem Stickstoff und/oder, je nach Ausführung; des zu passierenden Ofens, aus Zonen der einen und anderen der oben genannten Be different from the requirements of the doping and from dry nitrogen, dry air, a mixture of dry oxygen and dry nitrogen and / or, depending on the version; of the oven to be passed, zones of one and the other of the above
Gasatmosphären bestehen. Weitere Gasmischungen sind vorstellbar, besitzen aber industriell derzeit keine größere Bedeutung. Ein  Gas atmospheres exist. Other gas mixtures are conceivable, but currently have little industrial significance. One
Charakteristikum der inline-Diffusion ist, dass die Belegung und das Characteristic of the inline diffusion is that the occupation and the
Eintreiben des Dotierstoffes prinzipiell voneinander entkoppelt erfolgen können. Driving the dopant can in principle be decoupled from each other.
3) Entfernung der Dotierstoffquelle und optionale Kantenisolation 3) Dopant source removal and optional edge isolation
Die nach der Dotierung vorliegenden Wafer sind beidseitig mit mehr oder weniger Glas auf beiden Seiten der Oberfläche beschichtet. Mehr oder weniger bezieht sich in diesem Fall auf Modifikationen, die im Rahmen des Dotierprozesses angewendet werden können: Doppelseiten-Diffusion vs. quasi einseitiger Diffusion vermittelt durch back-to-back Anordnung zweier Wafer in einem Stellplatz der verwendeten Prozessboote. Die letztere The wafers present after the doping are coated on both sides with more or less glass on both sides of the surface. More or less, in this case, refers to modifications made in the context of Doping process can be applied: double-sided diffusion vs. quasi one-sided diffusion mediated by back-to-back arrangement of two wafers in a parking space of the process boats used. The latter
Variante ermöglicht eine vorwiegend einseitige Dotierung, unterbindet die Diffusion auf der Rückseite jedoch nicht vollständig. In beiden Fällen ist es derzeit Stand der Technik die nach der Dotierung vorliegenden Gläser mittels Ätzens in verdünnter Flusssäure von den Oberflächen zu entfernen. Dazu werden die Wafer einerseits chargenweise in Nassprozessboote umgeladen und mit deren Hilfe in eine Lösung aus verdünnter Flusssäure, typischerweise 2 %ig bis 5 %ig, eingetaucht und in dieser so lange belassen, bis entweder die Oberfläche vollständig von dem Gläsern befreit ist, oder die Prozesszyklendauer abgelaufen ist, die ein Summenparameter aus der notwendigen Ätzdauer und der maschinellen Prozessautomatisierung darstellt. Die vollständige Entfernung der Gläser kann beispielsweise anhand der vollständigen Entnetzung der Siliziumwaferoberfläche durch die verdünnte wässrige Flusssäurelösung festgestellt werden. Die vollständige Entfernung eines PSG-Glases wird unter diesen Prozessbedingungen beispielsweise mit 2 %iger Flusssäurelösung innerhalb von 210 Sekunden bei Raumtemperatur erreicht. Die Ätzung entsprechender BSG-Gläser ist langsamer und erfordert längere Prozesszeiten und ggfs. auch höhereVariant allows a predominantly one-sided doping, but does not completely prevent the diffusion on the back. In both cases, it is currently state of the art to remove the glasses present after doping by etching in dilute hydrofluoric acid from the surfaces. For this purpose, the wafers are on the one hand transhipped in batches in wet process boats and with their help in a solution of dilute hydrofluoric acid, typically 2% to 5%, immersed and left in this until either the surface is completely removed from the glasses, or Process cycle has expired, which represents a sum parameter of the necessary Ätzdauer and the automatic process automation. The complete removal of the glasses can be determined, for example, by the complete dewetting of the silicon wafer surface by the dilute aqueous hydrofluoric acid solution. The complete removal of a PSG glass is achieved under these process conditions, for example with 2% hydrofluoric acid solution within 210 seconds at room temperature. The etching of corresponding BSG glasses is slower and requires longer process times and possibly also higher
Konzentrationen der zum Einsatz gelangenden Flusssäure. Nach der Ätzung werden die Wafer mit Wasser gespült. Concentrations of hydrofluoric acid used. After etching, the wafers are rinsed with water.
Andererseits kann die Ätzung der Gläser auf den Waferoberflächen auch in einem horizontal operierenden Verfahren erfolgen, bei dem die Wafer in einem konstanten Fluss in eine Ätzanlage eingeführt werden, in welcher die Wafer die entsprechenden Prozessbecken horizontal durchlaufen (inline- Anlage). Dabei werden die Wafer auf Rollen und Walzen entweder durch die Prozessbecken und die darin enthaltenen Ätzlösungen gefördert oder die Ätzmedien mittels Walzenauftrag auf die Waferoberflächen transpo rtiert. Die typische Verweildauer der Wafer beträgt im Falle des Ätzens des PSG- Glases etwa 90 Sekunden, und die zur Anwendung kommende Flusssäure ist etwas höher konzentriert als bei dem chargenweise arbeitenden On the other hand, the etching of the glasses on the wafer surfaces can also be carried out in a horizontally operating method in which the wafers are introduced in a constant flow into an etching system in which the wafers pass through the corresponding process tanks horizontally (inline system). The wafers are conveyed on rollers and rollers either through the process tanks and the etching solutions contained therein or the etching media are transposed onto the wafer surfaces by means of roller application. The typical residence time of the wafers in the case of etching the PSG glass is about 90 seconds, and the hydrofluoric acid used is somewhat more concentrated than in the batch process
Verfahren, um die kürzere Verweildauer infolge einer erhöhten Ätzrate zu kompensieren. Die Konzentration der Flusssäure beträgt typischerweise 5 %. Optional kann zusätzlich die Beckentemperatur gegenüber der Method to compensate for the shorter residence time due to an increased etch rate. The concentration of hydrofluoric acid is typically 5%. Optionally, in addition, the tank temperature compared to the
Raumtemperatur leicht erhöht vorliegen (> 25 °C < 50 °C). Room temperature slightly increased (> 25 ° C <50 ° C).
Bei dem zuletzt skizzierten Verfahren hat es sich etabliert, die sogenannte Kantenisolation sequentiell gleichzeitig mit durchzuführen, wodurch sich ein leicht abgewandelter Prozessfluss ergibt: Kantenisolation -> Glasätzung. Die Kantenisolation ist eine prozesstechnische Notwendigkeit, die sich aus der systemimmanenten Charakteristik der doppelseitigen Diffusion, auch bei beabsichtigter einseitiger back-to-back Diffusion, ergibt. Auf der (späteren) Rückseite der Solarzelle liegt ein großflächiger parasitärer p-n-Übergang vor, der zwar, prozesstechnisch bedingt, teilweise, aber nicht vollständig im Laufe der späteren Prozessierung entfernt wird. Als Folge davon werden die Vorder- und Rückseite der Solarzelle über einen parasitären und In the method outlined last, it has become established to carry out the so-called edge isolation sequentially simultaneously, which results in a slightly modified process flow: edge insulation -> glass etching. The edge insulation is a process engineering necessity, which results from the system-inherent characteristics of the double-sided diffusion, even with intentional unilateral back-to-back diffusion. On the (later) back side of the solar cell, there is a large-scale parasitic p-n transition, which, although due to process technology, is partly, but not completely, removed in the course of the later processing. As a result, the front and back of the solar cell are parasitic and parasitic
verbleibenden p-n-Übergang (Tunnelkontakt) kurzgeschlossen sein, der die Konversionseffizienz der späteren Solarzelle reduziert. Zur Entfernung dieses Übergangs werden die Wafer einseitig über eine Ätzlösung remaining p-n junction (tunnel junction), which reduces the conversion efficiency of the subsequent solar cell. To remove this transition, the wafers are unilaterally via an etching solution
bestehend aus Salpetersäure und Flusssäure geführt. Die Ätzlösung kann als Nebenbestandteile beispielsweise Schwefelsäure oder Phosphorsäure enthalten. Alternativ wird die Ätzlösung über Walzen vermittelt auf die consisting of nitric acid and hydrofluoric acid. The etching solution may contain as minor constituents, for example, sulfuric acid or phosphoric acid. Alternatively, the etching solution is imparted via rollers to the
Rückseite des Wafers transportiert. Der typischerweise bei diesen Verfahren erzielte Ätzabtrag beträgt bei Temperaturen zwischen 4 °C bis 8 °C etwa 1 pm Silizium (inklusive der auf der zu behandelnden Oberfläche Rear side of the wafer transported. The etch removal typically achieved with these methods is about 1 pm of silicon at temperatures between 4 ° C. and 8 ° C. (including that on the surface to be treated
vorliegenden Glasschicht). Bei diesem Verfahren dient die auf der present glass layer). In this method, the serves on the
gegenüberliegenden Seite des Wafers noch vorhandene Glasschicht als Maske, die vor Ätzübergriffen auf diese Seite einen gewissen Schutz ausübt. Diese Glasschicht wird im Anschluss mit Hilfe der bereits beschriebenen Glasätzung entfernt. opposite side of the wafer still existing glass layer as a mask, which exerts a certain protection against Ätzübergriffen on this page. This glass layer is subsequently removed using the glass etching already described.
Darüber hinaus kann die Kantenisolation auch mit Hilfe von In addition, the edge isolation can also be done with the help of
Plasmaätzprozessen durchgeführt werden. Diese Plasmaätzung wird dann in der Regel vor der Glasätzung durchgeführt. Dazu werden mehrere Wafer aufeinander gestapelt und die Außenkanten werden dem Plasma Plasma etching processes are performed. This plasma etching is then usually carried out before the glass etching. For this purpose, several wafers are stacked on each other and the outer edges become the plasma
ausgesetzt. Das Plasma wird mit fluorierten Gasen, beispielsweise exposed. The plasma is filled with fluorinated gases, for example
Tetrafluormethan, gespeist. Die beim Plasmazerfall dieser Gase Tetrafluoromethane, fed. The plasma decay of these gases
auftretenden reaktiven Spezies ätzen die Kanten des Wafers. Im Anschluss an die Plasmaätzung wird dann im Allgemeinen die Glasätzung occurring reactive species etch the edges of the wafer. In connection to the plasma etching is then generally the glass etching
durchgeführt. carried out.
4) Beschichtung der Frontseite mit einer Antireflexionsschicht 4) Coating the front with an antireflection coating
Im Anschluss an die Ätzung des Glases und die optional erfolgte Following the etching of the glass and the optional
Kantenisolation findet die Beschichtung der Frontseite der späteren Edge insulation finds the coating of the front of the later
Solarzellen mit einer Antireflexionsbeschichtung statt, die üblicherweise aus amorphem und wasserstoffreichem Siliziumnitrid besteht. Alternative Solar cells with an anti-reflection coating instead, which usually consists of amorphous and hydrogen-rich silicon nitride. alternative
Antireflexionbeschichtungen sind vorstellbar. Mögliche Beschichtungen können Titandioxid, Magnesiumfluorid, Zinndioxid und/oder aus Antireflection coatings are conceivable. Possible coatings may include titanium dioxide, magnesium fluoride, tin dioxide and / or
entsprechenden Stapelschichten aus Siliziumdioxid und Siliziumnitrid bestehen. Es sind aber auch anders zusammengesetzte corresponding stack layers of silicon dioxide and silicon nitride exist. But there are also different compounds
Antireflexionbeschichtungen technisch möglich. Die Beschichtung der Waferoberfläche mit dem oben erwähnten Siliziumnitrid erfüllt im Antireflection coatings technically possible. The coating of the wafer surface with the silicon nitride mentioned above is fulfilled in
Wesentlichen zwei Funktionen: einerseits generiert die Schicht aufgrund der zahlreichen inkorporierten positiven Ladungen ein elektrisches Feld, dass Ladungsträger im Silizium von der Oberfläche fern halten kann und die Rekombinationsgeschwindigkeit dieser Ladungsträger an der  Essentially two functions: On the one hand, the layer generates an electric field due to the numerous incorporated positive charges, that charge carriers in the silicon can keep away from the surface and the recombination speed of these charge carriers at the
Siliziumoberfläche erheblich reduzieren kann (Feldeffektpassivierung), andererseits generiert diese Schicht in Abhängigkeit von ihren optischen Parametern, wie beispielsweise Brechungsindex und Schichtdicke, eine reflexionsmindernde Eigenschaft, die dazu beiträgt, dass in die spätere Solarzelle mehr Licht eingekoppelt werden kann. Durch beide Effekte kann die Konversionseffizienz der Solarzelle erhöht werden. Typische On the other hand, depending on its optical parameters, such as refractive index and layer thickness, this layer generates a reflection-reducing property which contributes to the fact that more light can be coupled into the later solar cell. Both effects can increase the conversion efficiency of the solar cell. typical
Eigenschaften der derzeit verwendeten Schichten sind: eine Schichtdicke von ~80 nm bei Verwendung von ausschließlich dem oben genannten Siliziumnitrid, welches einen Brechungsindex von etwa 2,05 aufweist. Die Antireflexionsminderung zeigt sich am deutlichsten im Wellenlängenbereich des Lichtes von 600 nm. Die gerichtete und ungerichtete Reflexion zeigt hierbei einen Wert von etwa 1 % bis 3 % des ursprünglich einfallenden Lichtes (senkrechter Einfall zur Oberflächennormalen des Siliziumwafers).  Properties of the layers currently used are: a layer thickness of ~ 80 nm using only the above-mentioned silicon nitride, which has a refractive index of about 2.05. The antireflection reduction is most pronounced in the wavelength range of the light of 600 nm. The directional and non-directional reflection shows a value of about 1% to 3% of the originally incident light (perpendicular incidence to the surface normal of the silicon wafer).
Die oben erwähnten Siliziumnitridschichten werden zurzeit im Allgemeinen mittels direktem PECVD-Verfahren auf der Oberfläche deponiert. Dazu wird einer Gasatmosphäre aus Argon ein Plasma gezündet, in welches Silan und Ammoniak eingeleitet werden. Das Silan und das Ammoniak werden in dem Plasma über ionische und radikalische Reaktionen zu Siliziumnitrid umgesetzt und dabei auf der Waferoberfläche deponiert. Die Eigenschaften der Schichten können z. B. über die individuellen Gasflüsse der Reaktanden eingestellt und kontrolliert werden. Die Abscheidung der oben erwähnten Siliziumnitridschichten kann auch mit Wasserstoff als Trägergas und/oder den Reaktanden allein erfolgen. Typische Abscheidetemperaturen liegen im Bereich zwischen 300 °C bis 400 °C. Alternative Abscheidemethoden können beispielsweise LPCVD und/oder Sputtern sein. The above-mentioned silicon nitride films are currently generally deposited on the surface by a direct PECVD method. For this purpose, a gas atmosphere of argon, a plasma is ignited, in which silane and Ammonia are introduced. The silane and the ammonia are converted in the plasma by ionic and radical reactions to silicon nitride and thereby deposited on the wafer surface. The properties of the layers can z. B. adjusted and controlled by the individual gas flows of the reactants. The deposition of the above-mentioned silicon nitride layers can also be carried out using hydrogen as the carrier gas and / or the reactants alone. Typical deposition temperatures are in the range between 300 ° C to 400 ° C. Alternative deposition methods may be, for example, LPCVD and / or sputtering.
5) Erzeugung des Frontseitenelektrodengitters 5) Generation of the front side electrode grid
Nach der Deponierung der Antireflexionsschicht wird auf der mit After depositing the antireflection coating is on with
Siliziumnitrid beschichteten Waferoberfläche die Frontseitenelektrode definiert. In der industriellen Praxis hat es sich etabliert, die Elektrode mit Hilfe der Siebdruckmethode unter Verwendung von metallischen Silicon nitride coated wafer surface defines the front electrode. In industrial practice, the electrode has been established using the screen printing method using metallic
Sinterpasten zu erzeugen. Dieses ist jedoch nur eine von vielen To produce sinter pastes. This is just one of many
verschiedenen Möglichkeiten die gewünschten Metallkontakte herzustellen. Bei der Siebdruckmetallisierung wird in der Regel eine stark mit different ways to produce the desired metal contacts. In screen printing metallization is usually a strong with
Silberpartikeln angereicherte Paste (Silberanteil <= 80 %) verwendet. Die Summe der Restbestandteile ergibt sich aus den zur Formulierung der Paste notwendigen Theologischen Hilfsmitteln, wie zum Beispiel Lösemittel, Binde- und Verdickungsmittel. Weiterhin enthält die Silberpaste einen spezielle Glasfrit-Mischung, meistens Oxide und Mischoxide auf der Basis von  Silver particles enriched paste (silver content <= 80%) used. The sum of the residual constituents results from the necessary for the formulation of the paste theological aids, such as solvents, binders and thickeners. Furthermore, the silver paste contains a special Glasfrit mixture, mostly oxides and mixed oxides based on
Siliziumdioxid, Borosilicatglas als auch Bleioxid und/oder Bismutoxid. Die Glasfrit erfüllt im Wesentlichen zwei Funktionen: sie dient einerseits als Haftvermittler zwischen der Waferoberfläche und der Masse der zu versinternden Silberpartikel, andererseits ist sie für die Penetration der Siliziumnitriddeckschicht verantwortlich, um den direkten ohm'schen Kontakt zu dem darunter befindlichen Silizium zu ermöglichen. Die Penetration des Siliziumnitrids erfolgt über einen Ätzprozess mit anschließender Diffusion von in der Glasfritmatrix gelöst vorliegendem Silber in die Siliziumoberfläche, wodurch die ohm'sche Kontaktbildung erzielt wird. In der Praxis wird die Silberpaste mittels Siebdruckens auf der Waferoberfläche deponiert und anschließend bei Temperaturen von etwa 200 °C bis 300 °C für wenige Minuten getrocknet. Der Vollständigkeit halber sei erwähnt, dass auch Doppeldruckprozesse industrielle Anwendung finden, die es ermöglichen, auf ein während des ersten Druckschrittes generiertes Elektrodengitter, ein deckungsgleiches zweites aufzudrucken. Somit wird die Stärke der Silica, borosilicate glass as well as lead oxide and / or bismuth oxide. The glass frit fulfills essentially two functions: on the one hand it serves as a bonding agent between the wafer surface and the mass of the silver particles to be sintered, on the other hand it is responsible for the penetration of the silicon nitride covering layer in order to enable the direct ohmic contact to the underlying silicon. The penetration of the silicon nitride takes place via an etching process with subsequent diffusion of silver present dissolved in the glass frit matrix into the silicon surface, whereby the ohmic contact formation is achieved. In practice, the silver paste is deposited by screen printing on the wafer surface and then at temperatures of about 200 ° C to 300 ° C for a few Dried for a few minutes. For the sake of completeness, it should be mentioned that double-printing processes also find industrial application, which make it possible to print on an electrode grid generated during the first printing step, a congruent second. Thus, the strength of the
Silbermetallisierung erhöht, was die Leitfähigkeit in dem Elektrodengitter positiv beeinflussen kann. Während dieser Trocknung werden die in der Paste enthaltenen Lösemittel aus der Paste ausgetrieben. Anschließend passiert der bedruckte Wafer einen Durchlaufofen. Ein solcher Ofen verfügt im Allgemeinen über mehrere Heizzonen, die unabhängig voneinander angesteuert und temperiert werden können. Beim Passivieren des Silver metallization increases, which can positively influence the conductivity in the electrode grid. During this drying, the solvents contained in the paste are expelled from the paste. Subsequently, the printed wafer passes through a continuous furnace. Such an oven generally has several heating zones, which can be independently controlled and tempered. When passivating the
Durchlaufofens werden die Wafer auf Temperaturen bis etwa 950 °C erhitzt. Der einzelne Wafer wird jedoch im Regelfall dieser Spitzentemperatur nur für wenige Sekunden ausgesetzt. Während der verbleibenden Druchlaufphase weist der Wafer Temperaturen von 600 °C bis 800 °C auf. Bei diesen  Continuous furnace, the wafers are heated to temperatures up to about 950 ° C. However, the single wafer is typically exposed to this peak temperature for only a few seconds. During the remaining run-up phase, the wafer has temperatures of 600 ° C to 800 ° C. In these
Temperaturen werden in der Silberpaste enthaltene organische Begleitstoffe, wie beispielsweise Bindemittel, ausgebrannt und die Ätzung der Temperatures are contained in the silver paste contained organic impurities, such as binders, and the etching of the
Siliziumnitridschicht wird initiiert. Während des kurzen Zeitintervalls der vorherrschenden Spitzentemperaturen findet die Kontaktbildung zum Silicon nitride layer is initiated. During the short time interval of the prevailing peak temperatures, contact formation occurs
Silizium statt. Anschließend lässt man die Wafer abkühlen. Silicon instead. Subsequently, the wafers are allowed to cool.
Der so kurz skizzierte Prozess der Kontaktbildung üblicherweise simultan mit den beiden verbleibenden Kontaktbildungen (vgl. 6 und 7) durchgeführt, weshalb man in diesem Fall auch von einem Ko-Feuerungsprozess spricht. Das frontseitige Elektrodengitter besteht an sich aus dünnen Fingern The process of contact formation outlined so briefly is usually carried out simultaneously with the two remaining contact formations (see Figures 6 and 7), which is why in this case one also speaks of a co-firing process. The front electrode grid consists of thin fingers
(typische Anzahl >= 68), die eine Breite von typischerweise 80 pm bis 140 pm aufweisen, als auch sammelnden Bussen mit Breiten im Bereich von 1 ,2 mm bis 2,2 mm (abhängig von deren Anzahl, typischerweise zwei bis drei). Die typische Höhe der gedruckten Silberelemente beträgt in der Regel zwischen 10 pm und 25 ym. Das Aspektverhältnis ist selten größer als 0,3.  (typical number> = 68), which have a width of typically 80 pm to 140 pm, as well as collecting buses with widths in the range of 1, 2 mm to 2.2 mm (depending on their number, typically two to three). The typical height of the printed silver elements is typically between 10 pm and 25 ym. The aspect ratio is rarely greater than 0.3.
6) Erzeugung der rückseitigen Sammelbusse 6) Generation of the backward bus buses
Die rückseitigen Sammelbusse werden in der Regel ebenfalls mittels The rear bus buses are also usually by means of
Siebdruckverfahren aufgebracht und definiert. Dazu findet eine der zur frontseitigen Metallisierung verwendeten ähnliche Silberpaste Anwendung. Diese Paste ist ähnlich zusammengesetzt, enthält aber eine Legierung aus Silber und Aluminium, worin der Anteil des Aluminiums typischerweise 2 % ausmacht. Daneben enthält diese Paste einen geringeren Glasfrit-Anteil. Die Sammelbusse, in der Regel zwei Stück, werden mit einer typischen Breite von 4 mm auf der Rückseite des Wafers mittels Siebdruck aufgedruckt werden und wie bereits unter Punkt 5 beschrieben verdichtet und versintert werden. Screen printing applied and defined. For this purpose, one of the similar silver paste used for front metallization is used. This paste is similarly composed, but contains an alloy of silver and aluminum, wherein the proportion of aluminum is typically 2%. In addition, this paste contains a lower glass frit content. The bus busses, usually two, will be printed with a typical width of 4 mm on the back of the wafer by screen printing and, as already described under point 5, compacted and sintered.
7) Erzeugung der rückseitigen Elektrode 7) Generation of the back electrode
Die rückseitige Elektrode wird im Anschluss an den Druck der Sammelbusse definiert. Das Elektrodenmaterial besteht aus Aluminium, weswegen zur Definition der Elektrode eine aluminiumhaltige Paste mittels Siebdruck auf der verbleibenden freien Fläche der Waferrückseite mit einem The back electrode is defined following the pressure of the bus buses. The electrode material is made of aluminum, therefore, to define the electrode, an aluminum-containing paste by screen printing on the remaining free area of the wafer back with a
Kantenabstand <1 mm aufgedruckt wird. Die Paste ist zu <= 80 % ausEdge distance <1 mm is printed. The paste is <= 80% off
Aluminium zusammengesetzt. Die restlichen Komponenten sind solche, die bereits unter Punkt 5 erwähnt worden sind(wie z. B. Lösemittel, Bindemittel etc.). Die Aluminiumpaste wird während der Ko-Feuerung mit dem Wafer verbunden, indem während der Erwärmung die Aluminiumpartikel zu schmelzen beginnen und sich Silizium von dem Wafer in dem Aluminum assembled. The remaining components are those already mentioned under point 5 (such as solvents, binders, etc.). The aluminum paste is bonded to the wafer during co-firing by causing the aluminum particles to start to melt during heating and remove silicon from the wafer in the wafer
geschmolzenen Aluminium auflöst. Die Schmelzmischung fungiert als Dotierstoffquelle und gibt Aluminium an das Silizium ab (Löslichkeitsgrenze: 0,016 Atomprozent), wobei das Silizium infolge dieses Eintriebs p+ dotiert wird. Beim Abkühlen des Wafers scheidet sich auf der Waferoberfläche u. a. eine eutektische Mischung aus Aluminium und Silizium ab, die bei 577 °C erstarrt und eine Zusammensetzung mit einem Molenbruch von 0,12 Si aufweist. dissolves molten aluminum. The melt mixture acts as a dopant source and gives aluminum to the silicon (solubility limit: 0.016 atomic percent), whereby the silicon is p + doped as a result of this drive-in. As the wafer cools, it will precipitate on the wafer surface u. a. a eutectic mixture of aluminum and silicon, which solidifies at 577 ° C and has a composition with a mole fraction of 0.12 Si.
Infolge des Eintreibens des Aluminiums in das Silizium entsteht auf der Rückseite des Wafers eine hochdotierte p-Typ-Schicht, die auf Teile der freien Ladungsträger im Silizium als eine Art Spiegel fungiert ("elektrischer Spiegel"). Diese Ladungsträger können diesen Potentialwall nicht As a result of the driving of the aluminum into the silicon, a highly doped p-type layer is formed on the back side of the wafer, which acts as a kind of mirror on parts of the free charge carriers in the silicon ("electric mirror"). These charge carriers can not do this potential wall
überwinden und werden somit sehr effizient von der rückwärtigen overcome and thus become very efficient from the backward
Waferoberfläche ferngehalten, was sich somit in einer insgesamt reduzierten Rekombinationsrate von Ladungsträgern an dieser Oberfläche äußert. Dieser Potentialwall wird im Allgemeinen als Rückseitenfeld oder back surface field bezeichnet. Keep remote wafer surface, which thus manifests itself in an overall reduced recombination of charge carriers on this surface. This potential wall is generally referred to as the back surface field or back surface field.
Die Abfolge der Verfahrensschritte, die unter den Punkten 5, 6 und 7 beschrieben sind, kann der hier skizzierten Reihenfolge entsprechen, muss es aber nicht. Dem Fachmann ist ersichtlich, dass die Abfolge der The sequence of process steps described in items 5, 6 and 7 may or may not be the same as outlined herein. The skilled person will see that the sequence of
geschilderten Prozessschritte im Prinzip in jeder vorstellbaren Kombinatorik ausgeführt werden können. 8) Optionale Kantenisolation described process steps can be executed in principle in any imaginable combinatorics. 8) Optional edge insulation
Sofern die Kantenisolation des Wafer nicht bereits, wie unter Punkt 3 beschrieben, erfolgt ist, wird diese typischerweise nach dem Ko-Feuern mit Hilfe von Laserstrahlverfahren durchgeführt. Dazu wird ein Laserstrahl auf die Vorderseite der Solarzelle dirigiert und der frontseitige p-n-Übergang wird mit Hilfe der durch diesen Strahl eingekoppelten Energie durchtrennt. Dabei werden Schnittgräben mit einer Tiefe von bis zu 15 μηη infolge der If the edge isolation of the wafer has not already been carried out as described under point 3, this is typically carried out after co-firing with the aid of laser beam methods. For this purpose, a laser beam is directed to the front of the solar cell and the front p-n junction is severed by means of the energy coupled in by this beam. This trench with a depth of up to 15 μηη due to
Einwirkung des Lasers generiert. Dabei wird Silizium über einen Action of the laser generated. This silicon is over a
Ablationsmechanismus von der behandelten Stelle entfernt bzw. aus dem Lasergraben geschleudert. Typischerweise ist dieser Lasergraben 30 μιτι bis 60 μητι breit und etwa 200 μιη von der Kante der Solarzelle entfernt. Ablation mechanism removed from the treated area or thrown out of the laser ditch. Typically, this laser trench is 30 μιτι to 60 μητι wide and about 200 μιη away from the edge of the solar cell.
Nach ihrer Herstellung werden die Solarzellen charakterisiert und After their production, the solar cells are characterized and
entsprechend ihrer individuellen Leistungen in einzelne Leistungskategorien klassiert. Classified according to their individual performance in individual performance categories.
Der Fachmann kennt Solarzellenarchitekturen mit sowohl n-Typ als auch p- typ-Basismaterial. Zu diesen Solarzellentypen zählen u. a. · PERC-Solarzellen The person skilled in the art knows solar cell architectures with both n-type and p-type base material. These solar cell types include u. a. · PERC solar cells
• PERL-Solarzellen  • PERL solar cells
• PERT-Solarzellen  • PERT solar cells
• daraus folgernd MWT-PERT- und MWT-PERL-Solarzellen  • As a result, MWT-PERT and MWT-PERL solar cells
• Bifaciale Solarzellen  • Bifacial solar cells
» Rückseitenkontaktzellen »Backside contact cells
• Rückseitenkontaktzellen mit interdigitierenden Kontakten (IBC-Zellen) Auch die Wahl alternativer Dotiertechnologien, alternativ zu der bereits eingangs beschriebenen Gasphasendotierung, kann im Regelfall das • backside contact cells with interdigitating contacts (IBC cells) The choice of alternative doping technologies, as an alternative to the gas phase doping already described above, can usually be the
Problem der Schaffung lokal unterschiedlich dotierter Bereiche auf dem Siliziumsubstrat nicht auflösen. Als Alternativtechnologien seien hier die Deponierung dotierter Gläser, bzw. von amorphen Mischoxiden, mittels PECVD- und APCVD-Verfahren erwähnt. Aus diesen Gläsern kann eine thermisch induzierte Dotierung des sich unter diesen Gläsern befindlichen Siliziums leicht erreicht werden. Zur Schaffung lokal unterschiedlich dotierter Bereiche müssen diese Gläser allerdings mittels Maskenprozessen geätzt werden, um die entsprechenden Strukturen aus diesen heraus zu Do not resolve the problem of creating locally differently doped regions on the silicon substrate. As alternative technologies here the deposition of doped glasses, or of amorphous mixed oxides, by means of PECVD and APCVD method mentioned. From these glasses, a thermally induced doping of the silicon located under these glasses can be easily achieved. To create locally differently doped regions, however, these glasses must be etched by means of mask processes in order to extract the corresponding structures from them
präparieren. Alternativ hierzu können strukturierte Diffusionsbarrieren vor der Deponierung der Gläser auf den Siliziumwafern abgeschieden werden, um damit die zu dotierenden Bereiche zu definieren. Nachteilig bei diesem Verfahren ist allerdings, dass jeweils nur eine Polarität (n oder p) der prepare. Alternatively, structured diffusion barriers may be deposited on the silicon wafers prior to depositing the glasses to define the regions to be doped. A disadvantage of this method, however, is that in each case only one polarity (n or p) of
Dotierung erreicht werden kann, Etwas einfacher als die Strukturierung der Dotierquellen oder die von etwaigen Diffusionsbarrieren ist das direkte laserstrahlgestützte Eintreiben von Dotierstoffen aus zuvor auf den Something simpler than the structuring of the doping sources or that of any diffusion barriers is the direct laser beam driven driving in of dopants from previously on the
Waferoberflächen deponierten Dotierstoffquellen. Dieses Verfahren ermöglicht das Einsparen kostenintensiver Strukturierungsschritte. Kann dennoch den Nachteil einer möglicherweise gewollten simultanen Dotierung von zwei Polaritäten auf der gleichen Oberfläche zur gleichen Zeit (Co- Diffusion) nicht kompensieren, da dieses Verfahren ebenfalls auf einer Prädeponierung einer Dotierstoffquelle beruht, die nur nachträglich zur Abgabe des Dotierstoffes aktiviert wird. Nachteil dieses (Nach-)Dotierens aus solchen Quellen ist die unvermeidliche Laserschädigung des Substrates: der Laserstrahl muss mittels Absorption der Strahlung in Wärme Wafer surfaces deposited dopant sources. This method makes it possible to save costly structuring steps. However, it can not compensate for the disadvantage of a possible simultaneous simultaneous doping of two polarities on the same surface at the same time (co-diffusion), since this method is also based on a predeposition of a dopant source, which is activated only subsequently for the emission of the dopant. Disadvantage of this (post-) doping from such sources is the inevitable laser damage to the substrate: the laser beam must by absorbing the radiation into heat
umgewandelt werden. Da die konventionellen Dotierstoffquellen aus being transformed. Since the conventional dopant sources off
Mischoxiden des Siliziums und der einzutreibenden Dotanden bestehen, also aus Boroxid im Falle von Bor, sind folglich die optischen Eigenschaften dieser Mischoxide denen des Siliziumoxids recht ähnlich. Daher verfügen diese Gläser (Mischoxide) über einen sehr geringen Absorptionskoeffizienten für Strahlung in dem betreffenden Wellenlängenbereich. Aus diesem Grund wird das sich unter den optisch transparenten Gläsern befindliche Silizium als Absorptionsquelle verwendet. Das Silizium wird dabei teilweise bis zur Schmelze erwärmt, und erwärmt infolge dessen das über diesem befindliche Glas. Dadurch wird die Diffusion der Dotanden ermöglicht - und zwar um ein Vielfaches schneller gegenüber der, die bei normalen Mixed oxides of the silicon and the dopants to be introduced, ie of boron oxide in the case of boron, are consequently the optical properties of these mixed oxides quite similar to those of the silicon oxide. Therefore, these glasses (mixed oxides) have a very low absorption coefficient for radiation in the relevant wavelength range. For this reason, the silicon located under the optically transparent glasses is used as the absorption source. The silicon is partially heated to the melt, and as a result heats the glass above it. This allows the diffusion of the dopants - by one Many times faster than the normal ones
Diffusionstemperaturen zu erwarten wäre, sodass sich eine sehr kurze Diffusionszeit für das Silizium ergibt (weniger als 1 Sekunde). Das Silizium soll nach der Absorption der Laserstrahlung infolge des starken Abtransports der Wärme in das restliche, nicht bestrahlte Volumen des Siliziums relativ schnell wieder abkühlen und dabei epitaktisch auf dem nicht Diffusion temperatures would be expected, resulting in a very short diffusion time for the silicon (less than 1 second). The silicon should cool down relatively quickly after the absorption of the laser radiation due to the strong removal of the heat in the remaining, unirradiated volume of silicon and thereby epitaxially on the not
aufgeschmolzenen Material erstarren. Der Gesamtprozess ist jedoch in der Realität von der Bildung von laserstrahlungsinduzierten Defekten begleitet, die möglicherweise auf nicht vollständiger epitaktischer Erstarrung und die Bildung von Kristalldefekten zurückzuführen ist. Dieses kann beispielsweise auf Versetzungen und Bildung von Leer- und Fehlstellen infolge des schockartig verlaufenden Prozesses zurückgeführt werden. Ein weiterer Nachteil der laserstrahlgestützten Diffusion ist die relative Ineffizienz, wenn größere Flächen schnell dotiert werden sollen, weil das Lasersystem die Oberfläche in einem Punktrasterverfahren abtastet. Bei schmalen, zu dotierenden Bereichen hat dieser Nachteil kein Gewicht. Jedoch erfordert das Laserdotieren eine sequentielle Deponierung der nachbehandelbaren Gläser. Aufgabe der vorliegenden Erfindung solidify molten material. The overall process, however, is in reality accompanied by the formation of laser-induced defects, possibly due to incomplete epitaxial solidification and the formation of crystal defects. This can be attributed, for example, to dislocations and formation of voids and voids as a result of the shocking process. Another disadvantage of laser-assisted diffusion is the relative inefficiency when larger areas are to be rapidly doped because the laser system scans the surface in a dot-matrix process. For narrow areas to be doped, this disadvantage has no weight. However, laser doping requires sequential deposition of the aftertreatable glasses. Object of the present invention
Die bei der industriellen Herstellung von Solarzellen üblicherweise The in the industrial production of solar cells usually
verwendeten Technologien zum Dotieren, namentlich durch die used doping technologies, namely by the
gasphasenvermittelte Diffusion mit reaktiven Vorstufen, wie gas-phase-mediated diffusion with reactive precursors, such as
Phosphorylchlond und/oder Bortribromid, ermöglichen es nicht, gezielt lokale Dotierungen und/oder lokal unterschiedliche Dotierungen auf Siliziumwafern zu erzeugen. Die Schaffung solcher Strukturen ist bei Anwendung bekannter Dotiertechnologien nur durch aufwändige und kostenintensive Strukturierung der Substrate möglich. Bei der Strukturierung müssen verschiedene Phosphorylchlond and / or boron tribromide, do not allow to selectively generate local dopants and / or locally different dopants on silicon wafers. The creation of such structures is possible by using known doping technologies only by consuming and costly structuring of the substrates. When structuring different
Maskierungsprozesse aufeinander abgestimmt werden, was die industrielle Massenfertigung solcher Substrate sehr komplex gestaltet. Aus diesem Grund haben sich Konzepte zur Herstellung von Solarzellen, die einer solchen Strukturierung bedürfen, bisher nicht durchsetzen können. Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein preiswertes, einfach durchführbares Verfahren, sowie ein in diesem Verfahren einsetzbares Medium zur Verfügung zu stellen, wodurch diese Probleme und die normalerweise erforderliche Maskierungsschritte obsolet sind und damit beseitigt werden. Darüber hinaus zeichnet sich die lokal applizierbare Dotierquelle dadurch aus, dass diese bevorzugt mittels des Masking processes are coordinated, which makes the industrial mass production of such substrates very complex. For this reason, concepts for the production of solar cells, which require such a structuring, have not been able to prevail. It is therefore an object of the present invention to provide an inexpensive, easy to carry out method, as well as a usable in this method medium, whereby these problems and the normally required masking steps are obsolete and thus eliminated. In addition, the locally applicable doping source is characterized in that it preferably by means of
Siebdruckverfahrens auf Waferoberflächen aufgebracht werden kann. Zu diesem Zweck muss die Dotierquelle über ein ausreichend pastösesScreen printing process can be applied to wafer surfaces. For this purpose, the doping source must have a sufficiently pasty
Verhalten verfügen, welches entgegen der klassischen Vorgehensweise ohne die Verwendung von, die Viskosität beeinflussenden polymeren Additiven, die ihrerseits eine unkontrollierte Quelle für Kontaminationen darstellen können, gezielt eingestellt werden kann und muss. Es hat sich gezeigt, dass eine ausreichende Pastösizität durch eine kontrollierte Have behavior that can and must be targeted, contrary to the classical approach without the use of viscosity-influencing polymeric additives, which in turn can represent an uncontrolled source of contamination. It has been shown that a sufficient pastiness through a controlled
Gelierung der erfindungsgemäßen Hybridgele eingestellt werden kann. Die Strukturviskosität der Hybridgele kann in sehr vorteilhafterweise weiterhin durch die Hinzunahme von Wachsen und wachsartigen Additiven und Zusatzstoffen wunschgemäß weiter eingestellt werden. In Folge dergestalt angepasster Formulierungen, sind sehr gut in ihrer Strukturviskosität einstellbare und ausreichend scherbeständige Pasten zu erhalten. Die zur Formulierung verwendeten Wachse und wachsartigen Zusatzstoffe werden in gelierten Pastenmischung gelöst und/oder aufgeschmolzen. Infolge geeigneter Wahl zuvor genannter Verbindungen und ggfs. deren  Gelation of the hybrid gels of the invention can be adjusted. The intrinsic viscosity of the hybrid gels can be further adjusted as desired by the addition of waxes and waxy additives and additives as desired. As a result of formulations adapted in this way, it is possible to obtain pastes which are very readily adjustable in their intrinsic viscosity and which are sufficiently resistant to shear. The waxes and waxy additives used for the formulation are dissolved and / or melted in gelled paste mixture. As a result of suitable choice of previously mentioned compounds and, if necessary, their
Mischungen, sowie ggfs. unter Hinzunahme im weiteren Kontext genauer benannter Hilfsstoffe, werden sehr gut siebdruckbare, homogene Mixtures, as well as, if necessary, with the addition in the broader context of precisely named auxiliaries, are very good silkscreened, homogeneous
(einphasige) bis übergehend zu emulgierend (zweiphasig) formulierte Siebdruckpasten erhalten. Die bei der Formulierung verwendeten Wachse und wachsartigen Additive wirken in synthetisierten und gelierten Pasten assoziativ und co-verdickend, ohne dass es sich bei den Additiven um Verdicker im klassischen Sinn handelt. Des Weiteren wirken sich die assoziativ, die Strukturviskosität beeinflussenden Wachse und wachsartigen Verbindungen vorteilhaft auf die Einstellung der aus den verdruckten Hybridgelen resultierender Glasschichtdicke, als auch derer individueller trocknungsbedingter Stressbeständigkeit aus. (single-phase) to form emulsifying (two-phase) formulated screen printing pastes obtained. The waxes and waxy additives used in the formulation act associatively and co-thickening in synthesized and gelled pastes, without the additives being thickeners in the classical sense. Furthermore, the associative, intrinsic viscosity-affecting waxes and waxy compounds have an advantageous effect on the adjustment of the glass layer thickness resulting from the printed hybrid gels as well as on their individual drying resistance to stress.
Kurze Beschreibung der Erfindung Brief description of the invention
Gegenstand der vorliegenden Erfindung sind daher druckbare, The subject of the present invention is therefore printable,
pastenförmige Hybridgele auf Basis von Precursoren, wie des pasty hybrid gels based on precursors, such as
Siliziumdioxids, Aluminiumoxids und Boroxids, welche bevorzugt mittels des Siebdruckverfahrens auf Siliziumoberflächen zum Zwecke der lokalen und/oder ganzflächigen, einseitigen Diffusion und Dotierung bei der Herstellung von Solarzellen, bevorzugt von hocheffizienten strukturiert dotierten Solarzellen, aufgedruckt, nachlagernd angetrocknet und anschließend mittels eines geeigneten Hochtemperaturprozesses zurSilica, alumina and boron oxide, which preferably by means of of the screen printing method on silicon surfaces for the purpose of local and / or full-area, one-sided diffusion and doping in the production of solar cells, preferably of highly efficient structured doped solar cells, printed, nachlagernd dried and then by means of a suitable high-temperature process for
Abgabe des in dem Hybridgel enthaltenen Boroxidprecursors an das unter dem Hybridgel befindlich Substrat zur gezielten Dotierung des Substrates selbst gebracht werden. Dabei handelt es sich um pastenförmige, druckbare Hybridgele mit einer Viskosität > 500 mPa*s auf Basis von Precursoren der folgenden Oxidmaterialien: a) Siliziumdioxid: ein- bis vierfach symmetrisch und asymmetrisch Delivery of the Boroxidprecursors contained in the hybrid gel are placed on the under the hybrid gel substrate for the targeted doping of the substrate itself. These are paste-form, printable hybrid gels with a viscosity of> 500 mPa * s based on precursors of the following oxide materials: a) Silica: one to fourfold symmetric and asymmetric
substituierte Carboxy-, Alkoxy- und Alkoxyalkylsilane, explizit  substituted carboxy, alkoxy and alkoxyalkylsilanes, explicitly
Alkylalkoxysilane enthaltend, in welchen das zentrale Siliziumatom einen Substitutioi sgrad von 1 bis 4 mit mindestens einem direkt an das Containing alkylalkoxysilanes in which the central silicon atom has a degree of substitution of 1 to 4 with at least one directly to the
Siliziumatom gebundene Wasserstoffatom aufweisen kann, wie beispielsweise Triethoxysilan, und wobei sich weiterhin ein Silicon atom may have attached hydrogen atom, such as triethoxysilane, and further wherein a
Substitutionsgrad auf die Anzahl möglicher vorhandener Carboxy- und/oder Alkoxygruppen bezieht, welche sowohl bei Alkyl- und/oder Alkoxy- und/oder Carboxygruppen einzelne oder verschiedene gesättigte, ungesättigte verzweigte, unverzweigte aliphatische, alicyclische und aromatische Reste aufweisen, die wiederum an beliebiger Position des Alkyl, Alkoxid oder des Carboxyrestes durch Heteroatome, ausgewählt aus der Gruppe O, N, S, Cl und Br funktionalisiert sein können, sowie Mischungen der zuvor genannten Degree of substitution refers to the number of possible existing carboxy and / or alkoxy groups, which have both single and different saturated, unsaturated branched, unbranched aliphatic, alicyclic and aromatic radicals in each case at alkyl and / or alkoxy and / or carboxy groups, which in turn at any position of the alkyl, alkoxide or carboxy radical may be functionalized by heteroatoms selected from the group O, N, S, Cl and Br, as well as mixtures of the abovementioned
Precursoren; einzelne Verbindungen, welche in zuvor genannten Ansprüchen genügen, sind: Tetraethylorthosilicat und dergleichen, Triethoxysilan, Ethoxytrimethylsilan, Dimethyldimethoxysilan, precursors; individual compounds which satisfy the abovementioned claims are: tetraethylorthosilicate and the like, triethoxysilane, ethoxytrimethylsilane, dimethyldimethoxysilane,
Dimethyldiethoxysilan, Triethoxyvinylsilan, Bis[triethoxysilyl]ethan und Bis[diethoxymethylsilyl]ethan b) Aluminiumoxid: symmetrisch und asymmetrisch substituierte  Dimethyldiethoxysilane, triethoxyvinylsilane, bis [triethoxysilyl] ethane and bis [diethoxymethylsilyl] ethane b) Aluminum oxide: symmetrically and asymmetrically substituted
Aluminiumalkoholate (-alkoxide), wie Aluminiumtriethanolat,  Aluminum alcoholates (alkoxides), such as aluminum triethanolate,
Aluminiumtrisopropylat, Aluminiumtri-sec-butylat, Aluminiumtributylat, Aluminiumtriamylat und Aluminiumtri-iso-pentanolat, Aluminium-tris(-ß- diketone), wie Aluminiumacetylacetonat oder Aluminium-tris(1 , 3- cyclohexandionate), Aluminium-tris(-ß-ketoester), Aluminium- monoacetylacetonat-monoalkoholat, Aluminium-tris-(hydroxychinolate), Aluminiumseifen, wie mono- und dibasisches Aluminiumstearat und Aluminiumtristearat, Aluminiumcarboxylate, wie basisches Aluminum trisopropylate, aluminum tri-sec-butylate, aluminum tributylate, aluminum triamylate and aluminum tri-iso-pentoxide, aluminum tris (-β-diketones), such as aluminum acetylacetonate or aluminum tris (1, 3) cyclohexanedionates), aluminum tris (-β-ketoesters), aluminum monoacetylacetonate monoalcoholate, aluminum tris (hydroxyquinolates), aluminum soaps such as mono- and dibasic aluminum stearate and aluminum tristearate, aluminum carboxylates such as basic
Aluminiumacetat, Aluminiumtriacetat, basisches Aluminiumformat, Aluminiumtriformat und Aluminiumtrioctoat, Aluminiumhydroxid,  Aluminum acetate, aluminum triacetate, basic aluminum format, aluminum triformate and aluminum trioctoate, aluminum hydroxide,
Aluminiummetahydroxid und Aluminiumtrichlorid und dergleichen, sowie deren Mischungen c) Boroxid: Diboroxid, einfache Borsäurealkylester, wie Triethylborat, Trisopropylborat, Borsäureester aus funktionalisierten 1 , 2-Glykolen, wie beispielsweise Ethylenglykol, funktionalisierten 1, 2, 3-Triolen, wie beispielsweise Glycerin, funktionalisierten 1 , 3-Glykolen, wie beispielsweise, 1 , 3- Propandiol, Borsäureestern mit Borsäureestern, die zuvor genannte Strukturmotive als strukturelle Untereinheiten enthalten, wie beispielsweise 2, 3-Dihydroxbernsteinsäure und deren Enantiomere, Borsäureestern, aus Ethanolamin, Diethanolamin, Triethanolamin, Propanolamin, Dipropanolamin und Tripropanolamin, gemischten Anhydriden aus Borsäure und Carbonsäuren, wie beispielsweise Tetracetoxydiborat, Borsäure, Metaborsäure, und Mischungen zuvor genannter Precusoren unter wasserhaltigen oder wasserfreien Bedingungen mit Hilfe der Sol-Gel- Technik entweder simultan oder sequentiell zu partieller oder vollständiger intra- und/oder interspeziärer Kondensation gebracht werden, wobei sich infolge der eingestellten Kondensationsbedingungen, wie Precursor- Konzentrationen, Wassergehalt, Katalysatorgehalt, Reaktionstemperatur und -zeit, der Zugabe von kondensationskontrollierenden Agentien, wie beispielsweise verschiedener oben genannter Komplex- und Chelatbildner, verschiedener Lösungsmittel und deren individuellen Volumenfraktionen, als auch dem gezielten Eliminieren leichtflüchtiger Reaktionshilfsmittel und unvorteilhafter -nebenprodukte der Gelierungsgrad des entstehenden Hybridgels gezielt steuern und in erwünschter Weise beeinflussen lässt, sodass lagerungsstabile, sehr gut siebdruckbare und druckstabile und damit ausreichend scherstabile Formulierungen erhalten werden. Die so erhaltenen druckbaren, pastenförmigen Hybridgele, wie im Aluminummetahydroxide and aluminum trichloride and the like, and mixtures thereof c) Boron oxide: Diboroxide, simple Borsäurealkylester, such as triethylborate, trisopropylborate, boric acid esters of functionalized 1, 2-glycols, such as ethylene glycol, functionalized 1, 2, 3-triols, such as glycerol functionalized 1, 3-glycols, such as, for example, 1,3-propanediol, boric acid esters with boric acid esters containing structural motifs as structural subunits, such as 2,3-dihydroxysuccinic acid and its enantiomers, boric acid esters, ethanolamine, diethanolamine, triethanolamine, propanolamine, Dipropanolamine and tripropanolamine, mixed anhydrides of boric acid and carboxylic acids, such as Tetracetoxydiborat, boric acid, metaboric acid, and mixtures of previously mentioned precursors under aqueous or anhydrous conditions using the sol-gel technique either simultaneously or sequentially to partial or complete intra- and / or interspecific condensation are brought about, as a result of the set condensation conditions, such as precursor concentrations, water content, catalyst content, reaction temperature and time, the addition of condensation-controlling agents, such as various of the above complex and chelating agents, various solvents and their individual volume fractions, as well as the targeted elimination of volatile reaction auxiliaries and unfavorable by-products, the degree of gelation of the resulting hybrid gel can be specifically controlled and influenced in the desired manner, so that storage-stable, very good screen printable and pressure stable and thus sufficiently shear stable formulations are obtained. The resulting printable paste hybrid gels as described in U.S. Pat
Folgenden näher beschrieben, lassen sich durch Wahl geeigneter Described in more detail below, can be selected by choosing appropriate
Reaktionsbedingungen hinsichtlich ihres Kondensationsgrades dahingehen beeinflussen lässt, dass hochviskose Mischungen in Form von pastöse Formulierungen oder auch Pasten vorliegen, welche sich mit für solche Mischungen geeigneten Druckverfahren, vorzugsweise dem In terms of their degree of condensation, reaction conditions can be influenced by the fact that highly viscous mixtures are in the form of pasty formulations or also pastes which mix with printing processes suitable for such mixtures, preferably the
Siebdruckverfahren, auf Substraten in der bereits beanspruchten Art und Weise verarbeiten und auftragen lassen. Bei dem erfindungsgemäßen druckbaren pastenförmigen Hybridgel handelt es sich um eine Zusammensetzung, die durch den Zusatz von Wachsen und wachsartigen Verbindungen in einer Menge von bis zu 25 % bezogen auf die fertige Gesamtmischung der Paste hinsichtlich seinen pastösen und strukturviskosen Eigenschaften einstellen lässt, wobei die Wachse und wachsartigen Verbindungen ausgewählt aus der Gruppe Bienenwachs, Synchrowachs, Lanolin, Carnaubawachs, Jojoba, Japanwachs und dergleichen, Fettsäuren und Fettalkohole, Fettglykolen, Estern aus Screen printing process, process on substrates in the already claimed manner and apply. The printable paste hybrid gel according to the invention is a composition which can be adjusted by the addition of waxes and waxy compounds in an amount of up to 25% based on the final total mixture of the paste in terms of its pasty and pseudoplastic properties, the waxes and waxy compounds selected from the group consisting of beeswax, synchro wax, lanolin, carnauba wax, jojoba, Japan wax and the like, fatty acids and fatty alcohols, fatty glycols, esters
Fettsäuren und Fettalkoholen, Fettaldehyden, Fettketonen und Fett-ß- diketonen und deren Mischungen, wobei die zuvor genannten Fatty acids and fatty alcohols, fatty aldehydes, fatty ketones and fatty β-diketones and mixtures thereof, the abovementioned
Substanzklassen jeweils verzweigte und unverzweigte Kohlenstoffketten mit Kettenlängen größer oder gleich zwölf Kohlenstoffatomen enthalten sollen, einphasig und/oder zweiphasig, emulgierend oder suspendierend, verdickend wirken und damit den klassischen Einsatz von polymeren Verdickern überflüssig machen. Substance classes should each contain branched and unbranched carbon chains with chain lengths greater than or equal to twelve carbon atoms, single-phase and / or biphasic, emulsifying or suspending, thickening and thus make the classical use of polymeric thickeners superfluous.
Das hiermit zur Verfügung gestellte, erfindungsgemäße druckbare The hereby made available, inventive printable
Hybridgel, ist besonders gut zur Verwendung als Dotiermedium in der Bearbeitung von Siliziumwafern für photovoltaische, mikroelektronische, mikromechanische und mikrooptische Applikationen geeignet. Hybrid gel, is particularly well suited for use as a doping medium in the processing of silicon wafers for photovoltaic, microelectronic, micromechanical and micro-optical applications.
Insbesondere sind die hier beschriebenen neuen pastenförmigen In particular, the novel paste-like ones described herein are
Hybridgele zur Herstellung von PERC-, PERL-, PERT-, IBC-Solarzellen und weiterer besonders leistungsfähiger Solarzellen geeignet, die weitere Architekturmerkmale, wie MWT, EWT, Selektiver Emitter, Selektives Front Surface Field, Selektives Back Surface Field und Bifacialität aufweisen. Als besonders vorteilhaft hat es sich gezeigt, dass die erfindungsgemäßen druckbaren Hybridgele zur Herstellung von griff- und abriebfesten Hybrid gels are suitable for the production of PERC, PERL, PERT, IBC solar cells and other high-performance solar cells, which feature further architectural features such as MWT, EWT, Selective Emitter, Selective Front Surface Field, Selective Back Surface Field and Bifaciality. To be particularly advantageous, it has been shown that the printable hybrid gels according to the invention for the production of grip and abrasion resistant
Schichten auf Siliziumwafern, einsetzbar sind. Zur Herstellung dieser Schichten wird nach dem Aufbringen in einem Temperaturbereich zwischen 50 °C und 750 °C, bevorzugt zwischen 50 °C und 500 °C, besonders bevorzugt zwischen 50 °C und 400 °C, das Hybridgel unter Anwendung von einem oder mehreren, sequentiell durchzuführenden Temperschritten (Temperung mittels einer Stufenfunktion) und/oder einer Temper-Rampe, angetrocknet und zur Verglasung verdichtet wird, wodurch sich griff- und abriebsfeste Schichten mit einer Dicke von bis zu 500 nm bilden. Layers on silicon wafers, can be used. For the production of these layers, after application in a temperature range between 50 ° C. and 750 ° C., preferably between 50 ° C. and 500 ° C., particularly preferably between 50 ° C. and 400 ° C., the hybrid gel is applied using one or more to be carried out sequentially Temperschritten (tempering by means of a step function) and / or an annealing ramp, dried and compacted to the glazing, which forms grip and abrasion resistant layers with a thickness of up to 500 nm.
Weiterhin hat sich durch Versuche gezeigt, dass sich durch die Furthermore, it has been shown by experiments that through the
Verwendung des erfindungsgemäßen druckbare Hybridgel die Leitfähigkeit des Substrates beeinflussen lässt, indem entsprechende auf Oberflächen aufgebrachte Schichten angetrocknet, verdichtet und verglast werden und aus den verglasten Schichten durch Wärmebehandlung bei einer Using the printable hybrid gel according to the invention can influence the conductivity of the substrate by drying corresponding to surfaces applied to layers, compacted and vitrified and from the vitrified layers by heat treatment at a
Temperatur im Bereich zwischen 750 °C und 1100 °C, bevorzugt zwischen 850 °C und 1100 °C, besonders bevorzugt zwischen 850 °C und 1000 °C, siliziumdotierende Atome, wie in diesem Fall Bor, an das Substrat abgeben werden. Temperature in the range between 750 ° C and 1100 ° C, preferably between 850 ° C and 1100 ° C, more preferably between 850 ° C and 1000 ° C, silicon doping atoms, as in this case boron, are released to the substrate.
Als besonders vorteilhaft hat sich in der Verwendung der Be particularly advantageous in the use of
erfindungsgemäßen druckbaren pastösen Hybridgele erwiesen, dass sie unterschiedliche Dotierungen verschiedener Regionen in einem Printable pasty hybrid gels according to the invention have been found to have different dopings of different regions in one
Verfahrensschritt ermöglichen, und zwar indem durch geeignete Allow process step, and that by suitable
Temperaturbehandlung eine Dotierung des bedruckten Substrates und simultan und/oder sequentiell eine Dotierung der unbedruckten Temperature treatment, a doping of the printed substrate and simultaneously and / or sequentially doping of the unprinted
Siliziumwaferoberflächen mit Dotanden der entgegengesetzten Polarität mittels konventioneller Gasphasendiffusion induziert wird und wobei das aufgedruckte Hybridgel gegenüber den Dotanden der entgegengesetzten Polarität als Diffusionsbarriere wirkt. Verfahren zur Herstellung von Silicon wafer surfaces with dopants of opposite polarity is induced by conventional gas phase diffusion and wherein the printed hybrid gel acts as a diffusion barrier to the dopants of opposite polarity. Process for the preparation of
Solarzellen unter Verwendung des erfindungsgemäßen pastenförmigen Hybridgels sind dadurch gekennzeichnet, dass a) Hybridgele auf Siliziumwafer gedruckt werden, die aufgedruckten Gele angetrocknet und verdichtet werden und anschließend einer nachträglichen Gasphasendiffusion mit beispielsweise Phosphorylchlorid ausgesetzt werden, wodurch p-Typ Dotierungen in den bedruckten Bereichen der Wafer erhalten werden und n-Typ Dotierungen in den Bereichen, die ausschließlich der Gasphasendiffusion ausgesetzt sind, Solar cells using the paste-shaped hybrid gel according to the invention are characterized in that a) hybrid gels are printed on silicon wafers, dried and compacted onto the printed gels, and then subjected to subsequent gas phase diffusion with, for example, phosphoryl chloride to yield p-type dopants in the printed areas of the wafers and n-type dopants in the areas exclusively exposed to gas-phase diffusion,
oder or
b) auf dem Siliziumwafer großflächig deponiertes Hybridgel und/oder verdichtet wird und aus der getrockneten und/oder verdichteten Paste mit Hilfe von Laserbestrahlung, die lokale Dotierung des darunter liegenden Substratmaterials initiiert, gefolgt von einer Hochtemperaturdiffusion und - dotierung zur Herstellung von zweistufigen p-Typ Dotierniveaus im Silizium induziert wird, b) hybrid gel deposited on the silicon wafer and / or densified and initiated from the dried and / or compacted paste by means of laser irradiation, the local doping of the underlying substrate material, followed by a high-temperature diffusion and doping for the production of two-stage p-type Doping levels is induced in the silicon,
oder or
c) der Siliziumwafer lokal mit dem Hybridgel, bedruckt wird, wobei die strukturierte Deponierung gegebenenfalls alternierende Linien aufweisen kann, die gedruckten Strukturen angetrocknet und verdichtet sowie nachträglich ganzflächig mit Hilfe von PVD- und/oder CVD-deponierten dotierten Gläsern, die in Silizium eine Dotierung entgegengesetzter Polarität induzieren können, beschichtet und verkapselt werden, und die c) the silicon wafer is printed locally with the hybrid gel, wherein the structured landfill may optionally have alternating lines, the printed structures dried and compacted and subsequently over the entire surface with the aid of PVD and / or CVD-deposited doped glasses doping in silicon of opposite polarity, can be coated and encapsulated, and the
überlappende Gesamtstruktur durch geeignete Hochtemperaturbehandlung zur strukturierten Dotierung des Siliziumwafers gebracht wird, wobei das aufgedruckte Hybridgel gegenüber dem darüber befindlichen Glas und des darin enthaltenen Dotierstoffs als Diffusionsbarriere wirkt. overlapping overall structure is brought to the structured doping of the silicon wafer by suitable high-temperature treatment, wherein the printed hybrid gel acts as a diffusion barrier with respect to the glass above it and the dopant contained therein.
Detaillierte Beschreibung Detailed description
Es wurde gefunden, dass die oben beschriebenen Probleme durch ein Verfahren zur Herstellung von druckbaren, hochviskosen Oxidmedien (Viskosität > 500mPas) gelöst werden können, wenn in einer Sol-Gel- basierten Synthese durch Kondensation von geeigneten Precursoren von Siliziumdioxid und Aluminiumoxid, gemischt mit Precursoren des Boroxides, und durch kontrollierte Gelierung pastöse hochviskose Medien (Pasten) hergestellt werden. In diesem Zusammenhang ist unter einer Paste eine Zusammensetzung zu verstehen, die aufgrund der Sol-Gel-basierten Synthese eine hohe Viskosität von mehr als 500 mPa*s aufweist und nicht mehr fließfähig ist. Erfindungsgemäß können die druckbaren, hochviskosen Oxidmedien, auch im Folgenden vereinfachend als Hybridgele bezeichnet, in willkürlichen Proportionen aus geeigneten Precursoren mindestens folgender Oxide hergestellt werden: Aluminiumoxid, Siliziumdioxid und Boroxid - wobei unter den demgemäß bezeichneten Precursoren mindestens die folgenden Verbindungen und Verbindungsklassen zu verstehen sind: It has been found that the problems described above can be solved by a process for preparing printable, high viscosity oxide media (viscosity> 500mPas) when in a sol-gel based synthesis by condensation of suitable precursors of silica and alumina mixed with precursors Boroxides, and by controlled gelation pasty high viscosity media (pastes) are produced. In this context, a paste is to be understood as meaning a composition which, due to the sol-gel-based synthesis, has a high viscosity of more than 500 mPa * s and is no longer flowable. According to the invention, the printable, highly viscous oxide media, also referred to below as hybrid gels, can be prepared in arbitrary proportions from suitable precursors of at least the following oxides: aluminum oxide, silicon dioxide and boron oxide - the precursors designated accordingly being at least the following compounds and classes of compounds:
Siliziumdioxid: ein- bis vierfach symmetrisch und asymmetrisch Silicon dioxide: one to fourfold symmetric and asymmetric
substituierte Carboxy-, Alkoxy- und Alkoxyalkylsilane, explizit substituted carboxy, alkoxy and alkoxyalkylsilanes, explicitly
Alkylalkoxysilane enthaltend, in welchen das zentrale Siliziumatom einen Substitutionsgrad von 1 bis 4 mit mindestens einem direkt an das Containing alkylalkoxysilanes in which the central silicon atom has a degree of substitution of 1 to 4 with at least one directly to the
Siliziumatom gebundene Wasserstoffatom aufweisen kann, wie Silicon atom may have attached hydrogen atom, such as
beispielsweise Triethoxysilan, und wobei sich weiterhin ein Substitutionsgrad auf die Anzahl möglicher vorhandener Carboxy- und/oder Alkoxygruppen bezieht, welche sowohl bei Alkyl- und/oder Alkoxy- und/oder For example, triethoxysilane, and further wherein a degree of substitution refers to the number of possible existing carboxy and / or alkoxy groups, which in both alkyl and / or alkoxy and / or
Carboxygruppen einzelne oder verschiedene gesättigte, ungesättigte verzweigte, unverzweigte aliphatische, alicyclische und aromatische Reste aufweisen, die wiederum an beliebiger Position des Alkyl, Alkoxid oder des Carboxyrestes durch Heteroatome, ausgewählt aus der Gruppe O, N, S, Cl und Br funktionalisiert sein können, sowie Mischungen der zuvor genannten Precursoren. Einzelne Verbindungen, welche in zuvor genannten Carboxy groups have individual or different saturated, unsaturated branched, unbranched aliphatic, alicyclic and aromatic radicals, which in turn may be functionalized at any position of the alkyl, alkoxide or the carboxy radical by heteroatoms selected from the group O, N, S, Cl and Br, and mixtures of the aforementioned precursors. Individual compounds which are mentioned in the above
Ansprüchen genügen, sind: Tetraethylorthosilicat und dergleichen, Claims are: tetraethyl orthosilicate and the like,
Triethoxysilan, Ethoxytrimethylsilan, Dimethyldimethoxysilan, Triethoxysilane, ethoxytrimethylsilane, dimethyldimethoxysilane,
Dimethyldiethoxysilan, Triethoxyvinylsilan, Bis[triethoxysilyl]ethan und Bis[diethoxymethylsilyl]ethan. Dimethyldiethoxysilane, triethoxyvinylsilane, bis [triethoxysilyl] ethane and bis [diethoxymethylsilyl] ethane.
Aluminiumoxid: symmetrisch und asymmetrisch substituierte Alumina: symmetrically and asymmetrically substituted
Aluminiumalkoholate (-alkoxide), wie Aluminiumtriethanolat, Aluminum alcoholates (alkoxides), such as aluminum triethanolate,
Aluminiumtrisopropylat, Aluminiumtri-sec-butylat, Aluminiumtributylat, Aluminiumtriamylat und Aluminiumtri-iso-pentanolat, A!uminium-tris(-ß- diketone), wie Aluminiumacetylacetonat oder Aluminium-tris(1 , 3- cyclohexandionate), Aluminium-tris(-ß-ketoester), Aluminium- monoacetylacetonat-monoalkoholat, Aluminium-tris-(hydroxychinolate), Aluminiumseifen, -wie mono- und dibasisches Aluminiumstearat und Aluminum trisopropylate, aluminum tri-sec-butylate, aluminum tributylate, aluminum triamylate and aluminum tri-iso-pentoxide, A! Uminium tris (-β-diketones), such as aluminum acetylacetonate or aluminum tris (1,3-cyclohexanedionates), aluminum tris (- ketoester), aluminum monoacetylacetonate monoalcoholate, aluminum tris (hydroxyquinolates), aluminum soaps, such as mono- and dibasic aluminum stearate and
Aluminiumtristearat, Aluminiumcarboxylate, wie basisches Aluminiumacetat, Aluminiumtriacetat, basisches Aluminiumformat, Aluminiumtriformat und Aluminiumtrioctoat, Aluminiumhydroxid, Aluminiummetahydroxid und Aluminum tristearate, aluminum carboxylates such as basic aluminum acetate, aluminum triacetate, basic aluminum formate, aluminum tri-formate and aluminum trioctoate, aluminum hydroxide, aluminum metahydroxide and
Aluminiumtrichlorid und dergleichen, sowie deren Mischungen, Aluminum trichloride and the like, and mixtures thereof,
Boroxid: Diboroxid, einfache Borsäurealkylester, wie Triethylborat, Boron oxide: diboroxide, simple boric acid alkyl esters, such as triethyl borate,
Trisopropylborat, Borsäureester aus funktionalisierten 1 , 2-Glykolen, wie beispielsweise Ethylenglykol, funktionalisierten 1 , 2, 3-Triolen, wie Trisopropyl borate, boric acid esters of functionalized 1, 2-glycols, such as ethylene glycol, functionalized 1, 2, 3-triols, such as
beispielsweise Glycerin, funktionalisierten 1 , 3-Glykolen, wie beispielsweise,for example, glycerol, functionalized 1, 3-glycols, such as, for example,
1, 3- Propandiol, Borsäureestern mit Borsäureestern, die zuvor genannte Strukturmotive als strukturelle Untereinheiten enthalten, wie beispielsweise1, 3-propanediol, boric acid esters with boric acid esters containing the aforementioned structural motifs as structural subunits, such as
2, 3-Dihydroxbernsteinsäure und deren Enantionmere, Borsäureestern, aus Ethanolamin, Diethanolamin, Triethanolamin, Propanolamin, Dipropanolamin und Tripropanolamin, gemischten Anhydriden aus Borsäure und 2, 3-dihydroxysuccinic acid and its Enantionmere, boric acid esters, from ethanolamine, diethanolamine, triethanolamine, propanolamine, dipropanolamine and tripropanolamine, mixed anhydrides of boric acid and
Carbonsäuren, wie beispielsweise Tetracetoxydiborat, Borsäure, Carboxylic acids, such as tetraacetoxy diborate, boric acid,
Metaborsäure, und Mischungen zuvor genannter Precusoren. Die Kombinationsmöglichkeiten sind weiterhin nicht notwendigerweise auf die oben erwähnten Kompositionsmöglichkeiten beschränkt: als zusätzliche Komponenten können in den Hybridgelen weitere Substanzen enthalten sein, die den Gelen vorteilhafte Eigenschaften verleihen können. Sie können sein: Oxide, basische Oxide, Hydroxide, Alkoxide, Carboxylate, ß-Diketonate, ß-Ketoester, Silicate und dergleichen von Cer, Zinn, Zink, Titan, Zirconium, Hafnium, Zink, Germanium, Gallium, Niob, Yttrium, welche bei der Sol-Gel- Synthese direkt oder vorkondensiert Anwendung finden können. Die Metaboric acid, and mixtures of previously mentioned precursors. The possible combinations are furthermore not necessarily limited to the abovementioned composition possibilities: as additional components, it is possible for the hybrid gels to contain further substances which can confer advantageous properties on the gels. They may be: oxides, basic oxides, hydroxides, alkoxides, carboxylates, β-diketonates, β-ketoesters, silicates and the like of cerium, tin, zinc, titanium, zirconium, hafnium, zinc, germanium, gallium, niobium, yttrium, which in the sol-gel synthesis can be used directly or pre-condensed application. The
Hybridgele können mit Hilfe wasserfreier als auch wasserhaltiger Sol-Gel- Synthese hergestellt werden. Als weitere Hilfsstoffe bei der Formulierung der Gele können die folgenden Stoffe vorteilhaft Anwendung finden: Hybrid gels can be prepared using anhydrous as well as hydrous sol-gel synthesis. As further auxiliaries in the formulation of the gels, the following substances can be used advantageously:
• Tenside, tensioaktive Verbindungen zur Beeinflussung der Benetzungsund Trocknungsverhaltens, Surfactants, tensio-active compounds for influencing the wetting and drying behavior,
• Entschäumer und Entlüfter zur Beeinflussung des Trocknungsverhaltens, · Starke Carbonsäuren zu Initiierung der Kondensreaktion von  • defoamer and deaerator to influence the drying behavior, · strong carboxylic acids to initiate the condensation reaction of
Oxidprecursoren, als geeignete Carbonsären können mindestens dienen: Ameisensäure, Essigsäure, Oxalsäure, Trifluoressigsäure, Mono-, Di- und Trichloressigsäure, Glyoxalsäure, Weinsäure, Maleinsäure, Malonsäure, Brenztraubensäure, Apfelsäure, 2-Oxoglutarsäure Oxid precursors, as suitable carbonyls can at least serve: Formic acid, acetic acid, oxalic acid, trifluoroacetic acid, mono-, di- and trichloroacetic acid, glyoxylic acid, tartaric acid, maleic acid, malonic acid, pyruvic acid, malic acid, 2-oxoglutaric acid
• hoch und niedrig siedende polare protische und aprotische Lösungsmittel zur Beeinflussung der Partikelgrößenverteilung, des Präkondensationgrades, High and low-boiling polar protic and aprotic solvents for influencing the particle size distribution, the degree of precondensation,
Kondensations-, Benetzungs- und Trocknungs- sowie Druckverhaltens,Condensation, wetting and drying and printing behavior,
• partikuläre Zuschlagsstoffe zur Beeinflussung der Theologischen • particulate additives to influence the theological
Eigenschaften, Properties,
• partikuläre Zuschlagsstoffe (z. B. Aluminiumhydroxide und  • particulate additives (eg aluminum hydroxides and
Aluminiumoxide, kolloidal gefälltes oder hochdisperses Siliziumdioxid, Zinndioxid, Bornitrid, Siliziumkarbid, Siliziumnitrid, Aluminiumtitanat, Aluminas, colloidally precipitated or fumed silica, tin dioxide, boron nitride, silicon carbide, silicon nitride, aluminum titanate,
Titandioxid, Titancarbid, Titannitrid, Titancarbonitrid) zur Beeinflussung der nach Trocknung resultierenden Trockenfilmdicken sowie deren Morphologie,Titanium dioxide, titanium carbide, titanium nitride, titanium carbonitride) for influencing the dry film thicknesses resulting after drying and their morphology,
• partikuläre Zuschlagsstoffe (z. B. Aluminiumhydroxide und • particulate additives (eg aluminum hydroxides and
Aluminiumoxide, kolloidal gefälltes oder hochdisperses Siliziumdioxid, Zinndioxid, Bornitrid, Siliziumkarbid, Siliziumnitrid, Aluminiumtitanat, Aluminas, colloidally precipitated or fumed silica, tin dioxide, boron nitride, silicon carbide, silicon nitride, aluminum titanate,
Titandioxid, Titancarbid, Titannitrid, Titancarbonitrid) zur Beeinflussung der Kratzbeständigkeit der getrockneten Filme, Titanium dioxide, titanium carbide, titanium nitride, titanium carbonitride) for influencing the scratch resistance of the dried films,
• Capping-Mittel ausgewählt aus der Gruppe Acetoxytrialkylsilane,  Capping agent selected from the group acetoxytrialkylsilanes,
Alkoxytrialkylsilane, Halogentrialkylsilane und deren Derivate zur Alkoxytrialkylsilanes, Halogentrialkylsilane and their derivatives to
Beeinflussung der Kondensationraten und der Lagerungsstabilität  Influencing condensation rates and storage stability
• Wachse und wachsartige Verbindungen, wie Bienenwachs,  Waxes and waxy compounds, such as beeswax,
Synchrowachs, Lanolin, Carnaubawachs, Jojoba, Japanwachs und Synchrowachs, Lanolin, Carnauba Wax, Jojoba, Japan Wax and
dergleichen, Fettsäuren und Fettalkohole, Fettglykolen, Estern aus the like, fatty acids and fatty alcohols, fatty glycols, esters
Fettsäuren und Fettalkoholen, Fettaldehyden, Fettketonen und Fett-ß- diketonen und deren Mischungen, wobei die zuvor genannten Fatty acids and fatty alcohols, fatty aldehydes, fatty ketones and fatty β-diketones and mixtures thereof, the abovementioned
Substanzklassen jeweils verzweigte und unverzweigte Kohlenstoffketten mit Kettenlängen größer oder gleich zwölf Kohlenstoffatomen enthalten sollen. Die Hybridgele lassen sich durch Zugabe von geeigneten Substance classes should each contain branched and unbranched carbon chains with chain lengths greater than or equal to twelve carbon atoms. The hybrid gels can be prepared by adding appropriate
Maskierungsmitteln, Komplex- und Chelatbildnern in einem unter- bis vollständig stöchiometrischen Verhältnis einerseits sterisch stabilisieren und andererseits hinsichtlich ihrer Kondensations- und Gelierungsrate aber auch hinsichtlich der rheologischen Eigenschaften gezielt beeinflussen und kontrollieren. Geeignete Maskierungs- und Komplexbildner, sowie  Masking agents, complex and chelating in a sub stoichiometric to a stoichiometric ratio on the one hand sterically stabilize and on the other hand in terms of their condensation and gelling rate but also in terms of the rheological properties targeted influence and control. Suitable masking and complexing agents, as well
Chelatisierungsmittel, sind beispielsweise Acetylaceton, ,3-Cyclohexandion, isomere Verbindungen der Dihydroxybenzoesäuren, Acetaldoxim, als auch darüber hinaus solche, die in den Patentanmeldungen WO 2012/1 9686 A, WO20121 19685 A1 , WO20121 19684 A, EP12703458.5 und EP12704232.3 offenbart und enthalten sind. Der Inhalt dieser Schriften ist daher mit in die Offenbarung der vorliegenden Anmeldung einbezogen. Chelating agents, for example, acetylacetone,, 3-cyclohexanedione, isomeric compounds of dihydroxybenzoic acids, acetaldoxime, as well as those disclosed and contained in the patent applications WO 2012/1 9686 A, WO20121 19685 A1, WO20121 19684 A, EP12703458.5 and EP12704232.3. The content of these publications is therefore included in the disclosure of the present application.
Die Hybridgele können mit Hilfe von Druck- und Beschichtungsverfahren auf der Oberfläche von Siliziumwafern aufgebracht werden. Geeignete The hybrid gels can be applied to the surface of silicon wafers using printing and coating techniques. suitable
Verfahren hierzu können sein: Spin- oder Dip-Coating, Drop-Casting, Curtain- oder Slot-dye Coating, Screen- oder Flexoprinting, Gravur-, Ink Jetoder Aerosol Jet Printing, Offset Printing, Micro Contact Printing, These can be: spin coating or dip coating, drop casting, curtain or slot dye coating, screen printing or flexoprinting, gravure, ink jet or aerosol jet printing, offset printing, microcontact printing,
Electrohydrodynamic Dispensing, Roller- oder Spray-Coating, Ultrasonic Spray-Coating, Pipe Jetting, Laser Transfer Printing, Päd Printing oder Rotationssiebdruck. Vorzugsweise wird das Verdrucken der Hybridgele mit dem Siebdruckverfahren bewältigt. Die auf die Oberflächen von Electrohydrodynamic dispensing, roller or spray coating, ultrasonic spray coating, pipe jetting, laser transfer printing, pedd printing or rotary screen printing. Preferably, printing of the hybrid gels is accomplished by the screen printing method. The on the surfaces of
Siliziumwafern aufgedruckten Hybridgele werden im Anschluss an deren Deponierung einem Trocknungsschritt unterworfen. Diese Trocknung kann, jedoch nicht notwendigerweise, in einem Durchlaufofen erfolgen. Bei der Trocknung der Gele werden diese infolge des Austriebs von Lösungsmitteln, als auch dem thermischen Abbau von Formulierungshilfsstoffen sowie dem der Oxidprecursoren zu homogenen und dichtschließenden glasartigen Schichten verdichtet.  Silicon wafers printed hybrid gels are subjected to a drying step following their landfill. This drying may, but not necessarily, be done in a continuous furnace. During the drying of the gels, they are compacted as a result of the spewing out of solvents, as well as the thermal degradation of formulation auxiliaries and of the oxide precursors into homogeneous and tightly closing vitreous layers.
Die so hergestellten, verdruckbaren und getrockneten Hybridgele sind besonders gut geeignet zur Verwendung als Dotiermedium in der The thus prepared, printable and dried hybrid gels are particularly well suited for use as a doping medium in the
Bearbeitung von Siliziumwafern für photovoltaische, mikroelektronische, mikromechanische und mikrooptische Applikationen.  Processing of silicon wafers for photovoltaic, microelectronic, micromechanical and micro-optical applications.
Entsprechend hergestellte Hybridgele sind besonders gut geeignet zur Herstellung von PERC-, PERL-, PERT-, IBC-Solarzellen (BJBC oder BCBJ) und Weiteren, wobei die Solarzellen weitere Architekturmerkmale, wie MWT, EWT, Selektiver Emitter, Selektives Front Surface Field, Selektives Back Surface Field und Bifacialität aufweisen. Weiterhin können die Correspondingly prepared hybrid gels are particularly suitable for the production of PERC, PERL, PERT, IBC solar cells (BJBC or BCBJ) and others, wherein the solar cells further architectural features, such as MWT, EWT, selective emitter, selective front surface field, selective Have back surface field and bifaciality. Furthermore, the
erfindungsgemäßen Oxidmedien zur Herstellung dünner, dichter Oxide media according to the invention for the production of thinner, denser
Glasschichten, die infolge einer thermischen Behandlung als Natrium- und Kalium-Diffusionsbarriere in der LCD Technik wirken, insbesondere zur Herstellung dünner, dichter Glasschichten auf dem Deckglas eines Displays, bestehend aus dotiertem S1O2, welche die Diffusion von Ionen aus dem Deckglas in die Flüssigkristalline Phase hinein verhindern, Anwendung finden. Glass layers, which act as a sodium and potassium diffusion barrier in the LCD technology due to a thermal treatment, in particular for Production of thin, dense glass layers on the cover glass of a display, consisting of doped S1O2, which prevent the diffusion of ions from the cover glass into the liquid-crystalline phase.
Mit Hilfe der erfindungsgemäß hergestellten und verdruckbaren Hybridgele ist es möglich, auf Siliziumwafern, eine griff- und abriebsfeste Schicht herzustellen. Dieses kann in einem Verfahren erfolgen, worin das auf der Oberfläche verdruckte Hybridgel, welches nach einem Verfahren im Rahmen der Erfindung hergestellt ist, in einem Temperaturbereich zwischen 50 °C und 750 °C, bevorzugt zwischen 50 °C und 500 °C, besonders bevorzugt zwischen 50 °C und 400 °C, unter Anwendung von einem oder mehreren, sequentiell durchzuführenden Temperschritten (Temperung mittels einer Stufenfunktion) und/oder einer Temper-Rampe, angetrocknet und zur Verglasung verdichtet wird, wodurch sich eine griff- und abriebfeste Schicht bildet, die Dicken von bis zu 500 nm aufweisen kann. With the aid of the hybrid gels prepared and printable according to the invention, it is possible to produce a grip and abrasion-resistant layer on silicon wafers. This may be done in a process wherein the surface-printed hybrid gel prepared by a process within the scope of the invention is particularly preferred in a temperature range between 50 ° C and 750 ° C, preferably between 50 ° C and 500 ° C between 50 ° C and 400 ° C, using one or more, to be carried out sequentially Temperschritten (tempering by a step function) and / or an annealing ramp, dried and compacted to the glazing, forming a grip and abrasion resistant layer, may have thicknesses of up to 500 nm.
Anschließend erfolgt eine Wärmebehandlung der auf den Oberflächen verglasten Schichten bei einer Temperatur im Bereich zwischen 750 °C und 1100 °C, bevorzugt zwischen 850 °C und 1 00 °C, besonders bevorzugt zwischen 850 °C und 1000 °C. Infolgedessen werden auf Silizium dotierend wirkende Atome, wie im vorliegenden Fall Bor, durch silicothermische Subsequently, a heat treatment of the vitrified on the surfaces layers at a temperature in the range between 750 ° C and 1100 ° C, preferably between 850 ° C and 1 00 ° C, more preferably between 850 ° C and 1000 ° C. As a result, atoms doped with silicon, such as boron in the present case, become silicothermal
Reduktion ihrer Oxide an der Substratoberfläche an dieses abgeben, wodurch die Leitfähigkeit des Siliziumsubstrats gezielt vorteilhaft beeinflusst wird. Besonders vorteilhaft ist hierbei, dass aufgrund der Wärmebehandlung des bedruckten Substrats die Dotierstoffe in Abhängigkeit von der Reduction of their oxides at the substrate surface of this release, whereby the conductivity of the silicon substrate is specifically influenced beneficial. It is particularly advantageous that due to the heat treatment of the printed substrate, the dopants depending on the
Behandlungsdauer und der Behandlungstemperatur in Tiefen von bis zu 1 μιτι transportiert werden können, und elektrische Schichtwiderstände von weniger als 10 Ω/sqr einstellbar sind. Die Oberflächenkonzentration des Dotierstoffes kann dabei Werte größer gleich 1*1019 bis mehrere 1* 020 Treatment duration and the treatment temperature can be transported in depths of up to 1 μιτι, and electrical layer resistances of less than 10 Ω / sqr are adjustable. The surface concentration of the dopant can reach values greater than or equal 1 * 10 19 1 * 0 20 to several
Atome/cm3 annehmen und ist von der Art des in dem druckbaren Hybridgel verwendeten Dotierstoffs abhängig. Es hat sich hierbei als besonders vorteilhaft erwiesen, dass sich hierdurch anschließend die Atoms / cm 3 and depends on the type of dopant used in the printable hybrid gel. It has proved to be particularly advantageous hereby that subsequently the
Oberflächenkonzentration der parasitären Dotierung nicht absichtlich geschützter (maskierter) und mit den druckbaren Hybridgelen nicht bedeckten Oberflächenbereiche des Siliziumsubstrats gegenüber solchen Bereichen, welche gezielt mit den druckbaren Hybridgelen bedruckt worden sind, um mindestens zwei Zehner-Potenzen voneinander unterscheiden. Darüber hinaus kann dieses Ergebnis erzielt werden, indem das Hybridgel als Dotiermedium auf hydrophile (mit nasschemischen und/oder nativem Oxid versehene) und/oder hydrophobe (mit Silan-Terminierung versehene) Siliziumwaferoberflächen verdruckt werden. Durch die aus den auf die Substratoberflächen aufgetragenen Hybridgelen gebildeten dünnen Surface concentration of the parasitic doping of not intentionally protected (masked) and with the printable hybrid gels uncovered surface areas of the silicon substrate over such Areas that have been specifically printed with the printable hybrid gels to distinguish at least two powers of ten from each other. In addition, this result can be achieved by printing the hybrid gel as a doping medium on hydrophilic (wet-chemical and / or native oxide) and / or hydrophobic (silane-terminated) silicon wafer surfaces. By the thin formed from the hybrid gels applied to the substrate surfaces
Oxidschichten ist es damit möglich, über die Wahl der folgenden Oxide layers, it is thus possible over the choice of the following
Einstellparameter Setting parameters
• Komposition des Hybrigels (Proportionen des dotierend wirkenden Oxidprecursors zu denen denen der begleitenden, hauptsächlich, aber nicht ausschließlich das Glas bildenden Oxidprecursoren) Composition of the hybricle (proportions of the doping oxide precursor to those of the accompanying oxide precursors, mainly but not exclusively glass forming)
• Der Vorbehandlung des Glas, wie beispielsweise deren infolge der Bestrahlung mit hochintensiven Lichtes, beispielsweise Laser-Strahlung • The pre-treatment of the glass, such as those due to the irradiation of high-intensity light, such as laser radiation
• Behandlungsdauer • Duration of treatment
• Behandlungstemperatur direkt über die Diffusivität des Dotierstoffs, in diesem Fall von Bor, dessen Segregationskoeffizienten in der dünnen Oxidschicht und daraus  Treatment temperature directly via the diffusivity of the dopant, in this case of boron, its segregation coefficient in the thin oxide layer and from it
resultierend über dessen effektive Dosis der Dotierung der as a result of its effective dose of doping
Siliziumwaferoberflächen zu entscheiden und damit die Silicon wafer surfaces to decide and thus the
Dotierungsbedingungen gezielt zu beeinflussen. Entsprechendes gilt für dessen diffusionhemmenden und/oder ausschließenden und unterbindenden Eigenschaften gegenüber unerwünschter parasitäter Diffusion in den, mit dem Hybridgel bedruckten Bereichen, induziert durch die simultane Targeted influence on doping conditions. The same applies to its diffusion-inhibiting and / or excluding and suppressing properties against undesired parasitic diffusion in the areas printed with the hybrid gel induced by the simultaneous
Anwendung konventioneller Dotierquellen, welche eine entgegengesetzte Dotierung, im Regelfall einer solchen mit Phosphor, in Bereichen von nicht mit den erfindungsgemäßen, lokal applizierten und getrockneten Hybridgelen bedruckt, herbeiführen (sogenannte Co-Diffusion). Application of conventional doping sources, which produce an opposite doping, as a rule, such with phosphorus, in areas not printed with the invention, locally applied and dried hybrid gels (so-called co-diffusion).
Verallgemeinert lässt sich dieses Verfahren zur Herstellung von griff- und abriebfesten oxidischen Schichten, welche auf Silizium und Siliziumwafer dotierend wirken, dadurch charakterisieren dass a) Siliziumwafer mit den erfindungsgemäßen Hybridgelen bedruckt werden, die aufgedruckten Dotiermedien angetrocknet, verdichtet und In general terms, this process can be used to produce grip and abrasion-resistant oxidic layers which have a doping effect on silicon and silicon wafers a) silicon wafers are printed with the hybrid gels according to the invention, the printed Dotiermedien dried, compacted and
anschließend einer nachträglichen Gasphasendiffusion mit Bortrichlorid oder Bortribromid ausgesetzt werden, wodurch hohe Dotierung in den bedruckten Bereichen erhalten wird und eine geringere Dotierung in den Subsequently, a subsequent gas phase diffusion with boron trichloride or boron tribromide are exposed, whereby high doping is obtained in the printed areas and a lower doping in the
Bereichen erzielt wird, die ausschließlich der Gasphasendiffusion ausgesetzt sind Areas exposed exclusively to gas-phase diffusion
oder  or
b) Zuvor unter a) Beschriebenes, als auch für die folgenden Punkte b) Previously under a) Described, as well as for the following points
mitgeltend, und die im Regelfall an der Waferoberfläche erhaltene mitgeltend, and the usually obtained at the wafer surface
Borhaut Borhaut
I. mit Hilfe oxidativer Behandlung am Ende des Diffusionsprozesses aufgebraucht, oder  I. consumed by means of oxidative treatment at the end of the diffusion process, or
II. mit Hilfe oxidativer Behandlung während des Diffusionsprozesses  II. By means of oxidative treatment during the diffusion process
aufgebraucht, oder  used up, or
III. mit Hilfe nachträglicher sequentieller nasschemischer Behandlung mit Salpeter- und Flusssäure von der Waferoberfläche abgetragen wird oder  III. is removed from the wafer surface by means of subsequent sequential wet chemical treatment with nitric and hydrofluoric acid or
c) Siliziumwafer mit den erfindungsgemäßen Hybridgelen strukturiert c) silicon wafer structured with the hybrid gels according to the invention
bedruckt, angetrocknet, verdichtet und anschließend in der gleichen Art und Weise mit einem entgegengesetzt dotiert wirkenden Medium unter Anwendung des negativen zuvor verwendeten Drucklayouts behandelt, einer nachträglichen Gasphasendiffusion mit beispielsweise  printed, dried, densified and then treated in the same manner with an oppositely doped acting medium using the negative previously used print layout, for example, with subsequent gas phase diffusion
Phosphorylchlorid im Falle eines verwendeten n-Typ Dotiermediums oder mit beispielsweise Bortrichlorid oder Bortribromid im Falle eines verwendeten p-Typ Dotiermediums ausgesetzt werden, wodurch hohe Dotierungen in den nicht bedruckten Bereichen und niedrigere  Phosphoryl chloride in the case of a used n-type doping medium or with, for example, boron trichloride or boron tribromide in the case of a p-type doping medium used, whereby high dopings in the non-printed areas and lower
Dotierungen in den bedruckten Bereichen erhalten werden können, insofern die Quellkonzentration der verwendeten Hybridgele  Dopings can be obtained in the printed areas, insofar as the source concentration of the hybrid gels used
synthesebedingt kontrolliert ausreichend gering eingestellt wurde, und das aus dem erfindungsgemäßen Hybridgel erhaltene Glas sowie das entgegengesetzt wirkende Dotiermedium jeweils eine Diffusionsbarriere gegenüber den aus der Gasphase an die Waferoberfläche  controlled by synthesis was set sufficiently low, and the glass obtained from the hybrid gel according to the invention and the oppositely acting doping each have a diffusion barrier against those from the gas phase to the wafer surface
transportierten und deponierten Gasphasendiffusanten darstellen oder Siliziumwafer mit den erfindungsgemäßen Hybridgelen strukturiert bedruckt, angetrocknet, verdichtet und anschließend in der gleichen Art und Weise mit einem entgegengesetzt dotiert wirkenden Medium unter Anwendung des negativen zuvor verwendeten Drucklayouts behandelt, einer nachträglichen Gasphasendiffusion mit beispielsweise represent transported and deposited gas phase diffusanten or Silicon wafer with the hybrid gels according to the invention structured printed, dried, compacted and then treated in the same manner with an oppositely doped acting medium using the negative pressure layout previously used, a subsequent gas phase diffusion with, for example
Phosphorylchlorid im Falle eines verwendeten n-Typ Dotiermediums oder mit beispielsweise Bortrichlorid oder Bortribromid im Falle eines verwendeten p-Typ Dotiermediums ausgesetzt werden, wodurch niedrige Dotierungen in den nicht bedruckten Bereichen und hohe Dotierungen in den bedruckten Bereichen erhalten werden können, insofern die Phosphoryl chloride in the case of a used n-type doping medium or with, for example, boron trichloride or boron tribromide in the case of a p-type doping medium used can be obtained, whereby low doping in the non-printed areas and high dopants in the printed areas can be obtained, in that
Quellkonzentration der verwendeten Hybridgele synthesebedingt kontrolliert ausreichend hochkonzentriert eingestellt wurde, und das aus dem erfindungsgemäßen Hybridgel erhaltene Glas sowie das Source concentration of the hybrid gels used was controlled by synthesis sufficiently controlled, and the glass obtained from the hybrid gel according to the invention and the
entgegengesetzt wirkende Dotiermedium jeweils eine Diffusionsbarriere gegenüber den aus der Gasphase an die Waferoberfläche oppositely acting doping each have a diffusion barrier against those from the gas phase to the wafer surface
transportierten und deponierten Gasphasendiffusanten darstellen oder represent transported and deposited gas phase diffusanten or
auf dem Siliziumwafer ganzflächig deponiertes Hybridgel angetrocknet und/oder verdichtet wird und aus dem verdichteten dotierend wirkenden Hybridgel mit Hilfe von Laserbestrahlung, die lokale Dotierung des darunter liegenden Substratmaterials initiiert wird, hybrid gel deposited over the entire surface of the silicon wafer is dried and / or compacted and from the compacted hybrid doping gel with the aid of laser irradiation, the local doping of the underlying substrate material is initiated,
oder or
auf dem Siliziumwafer ganzflächig deponiertes erfindungsgemäßes Hybridgel angetrocknet und verdichtet wird, und aus dem verdichteten dotierend wirkenden Hybridgel mit Hilfe von geeigneter dried on the silicon wafer over the entire surface deposited hybrid gel according to the invention and compacted, and from the compacted doped hybrid gel with the aid of suitable
Wärmebehandlung die Dotierung des darunter liegenden Substrates initiiert sowie im Anschluss daran mit nachfolgender lokaler Heat treatment initiated the doping of the underlying substrate and subsequently with subsequent local
Laserbestrahlung, die lokale Dotierung des darunter liegenden Laser irradiation, the local doping of the underlying
Substratmaterials verstärkt und der Dotierstoff tiefer in das Volumen des Substrates eingetrieben wird, Reinforced substrate material and the dopant is driven deeper into the volume of the substrate,
oder or
der Siliziumwafer entweder ganzflächig oder lokal mit den the silicon wafer either over the entire surface or locally with the
erfindungsgemäßen Hybridgelen bedruckt wird, gegebenenfalls durch alternierende Strukturen, die gedruckten Strukturen angetrocknet und verdichtet werden, die Negative der alternierenden Strukturen mit Hilfe entgegengesetzt dotierend wirkender Materialien bedruckt werden und infolge geeigneter Wärmebehandlung zur strukturierten Dotierung desprinted hybrid structures according to the invention, optionally by alternating structures, the printed structures are dried and compacted, the negatives of the alternating structures are printed by means of oppositely doping acting materials and as a result of suitable heat treatment for structured doping of the
Substrates gebracht werden, Substrates are brought
oder  or
h) der Siliziumwafer entweder ganzflächig oder lokal mit den h) the silicon wafer either over the entire surface or locally with the
erfindungsgemäßen Hybridgelen bedruckt wird, gegebenenfalls in alternierender Strukturenabfolge beliebiger Strukturbreite, beispielsweise Linienbreite, benachbart von nicht bedruckter Siliziumoberfläche ebenfalls gekennzeichnet durch eine beliebige Strukturbreite, die gedruckten Strukturen angetrocknet und verdichtet werden, wonach daran anschließend der Wafer einer konventionellen  The hybrid gels according to the invention are optionally printed in an alternating structure sequence of arbitrary structure width, for example line width, adjacent to non-printed silicon surface also characterized by an arbitrary structure width, the printed structures are dried and compacted, after which the wafer of a conventional
Gasphasendiffusion und -dotierung mittels Phosphorychlorid oder Phosphorpentoxid unterworfen wird und dabei das entweder lokal oder ganzflächig applizierte Hybridgel als Diffusionsbarriere gegenüber dem über die Gasphase vermittelten Dotierstoff fungiert und infolgedessen die nicht mit dem erfindungsgemäßen Hybridgel bedruckten  Gas phase diffusion and doping is subjected by means of phosphoryl chloride or phosphorus pentoxide and thereby acts either locally or over the entire area applied hybrid gel as a diffusion barrier to the mediated via the gas phase dopant and consequently not printed with the hybrid gel according to the invention
Waferoberflächen einer entgegengesetzten Dotierung, in diesem Fall mit Phosphor, unterworfen werden; ggfs. muss oder kann die mit dem Hybridgel bedruckte, gegenüberliegende Oberfläche mittels geeigneter nasschemischer Ätzschritte in geeigneter Weise zurückgeätzt werden, oder  Wafer surfaces of an opposite doping, in this case with phosphorus, are subjected; if necessary, the opposite surface printed with the hybrid gel must or can be suitably etched back by means of suitable wet-chemical etching steps, or
i) der Siliziumwafer entweder ganzflächig oder lokal mit den i) the silicon wafer either over the entire surface or locally with the
erfindungsgemäßen Hybridgelen bedruckt wird, gegebenenfalls in alternierender Strukturenabfolge beliebiger Strukturbreite, beispielsweise Linienbreite, benachbart von nicht bedruckter Siliziumoberfläche ebenfalls gekennzeichnet durch eine beliebige Strukturbreite, die gedruckten Strukturen angetrocknet und verdichtet werden, wonach daran anschließend die Waferoberfläche ganzflächig mit einem  The hybrid gels according to the invention are optionally printed in an alternating structure sequence of arbitrary structure width, for example line width, adjacent to non-printed silicon surface likewise characterized by any structure width, the printed structures are dried and compacted, after which the entire surface of the wafer is coated with a
Dotiermedium entgegengesetzt induzierender  Opposite inducing dopant
Majoritätsladungsträgerpolarität auf die bereits bedruckte  Majority carrier polarity on the already printed
Waferoberfläche als auch noch offene, d. h. unbedruckte  Wafer surface as well as still open, d. H. unprinted
Waferoberfläche versehen werden kann (Verkapselung), wobei die zuletzt genannten Dotiermedien druckbare Sol-Gel-basierende oxidische Dotiermaterialien, sonstige druckbare Dotiertinten und/oder -pasten, mit Dotierstoffen versehene APCVD- und/oder PECVD-Gläser als auch Dotierstoffe aus der herkömmlichen Gasphasendiffusion und -dotierung sein können, und die überlappend angeordneten und dotierend wirkenden Dotiermedien infolge geeigneter Wärmebehandlung zur Dotierung des Substrates gebracht werden und in diesem Kontext das zu unterst befindliche, gedruckte, dotierend wirkende Hybridgel sich infolge geeigneter Segregationskoeffizienten und ungenügender Diffusionslängen als Diffusionsbarriere gegenüber dem sich darüber befindlichen, die konträre Majoritätsladungsträgerpolarität induzierende, Dotiermedium verhalten muss; wobei weiterhin die andere Seite der Waferoberfläche mittels einer anderweitigen und sonstwie deponierten (gedruckt, CVD, PVD) Diffusionbarriere, wie beispielsweise Wafer surface can be provided (encapsulation), the latter doping media printable sol-gel-based oxidic dopants, other printable dopants and / or pastes, doped APCVD and / or PECVD glasses and dopants from conventional gas phase diffusion and doping can be, and the overlapping arranged and doping acting doping due to suitable heat treatment for doping of the substrate are brought and in this context, the bottom befindliches printed hybrid dot-acting hybrid gel due to suitable segregation coefficients and insufficient diffusion lengths as a diffusion barrier to behave over it, the contrasting majority majority carrier polarity inducing doping medium must behave; further comprising the other side of the wafer surface by means of an otherwise and otherwise deposited (printed, CVD, PVD) diffusion barrier, such as
Siliziumdioxid oder Siliziumnitrid oder Siliziumoxynitrid, bedeckt sein kann, aber nicht notwendigerweise sein muss Silicon dioxide or silicon nitride or silicon oxynitride, may be covered, but need not necessarily be
oder or
der Siliziumwafer entweder ganzflächig oder lokal mit den the silicon wafer either over the entire surface or locally with the
erfindungsgemäßen Hybridgelen bedruckt wird, gegebenenfalls in alternierender Strukturenabfolge beliebiger Strukturbreite, beispielsweise Linienbreite, benachbart von nicht bedruckter Siliziumoberfläche ebenfalls gekennzeichnet durch eine beliebige Strukturbreite, die gedruckten Strukturen angetrocknet und verdichtet werden, wonach daran anschließend die Waferoberfläche ganzflächig mit einem The hybrid gels according to the invention are optionally printed in an alternating structure sequence of arbitrary structure width, for example line width, adjacent to non-printed silicon surface likewise characterized by any structure width, the printed structures are dried and compacted, after which the entire surface of the wafer is coated with a
Dotiermedium entgegengesetzt induzierender Opposite inducing dopant
Majoritätsladungsträgerpolarität auf die bereits bedruckte Majority carrier polarity on the already printed
Waferoberfläche als auch noch offene, d. h. unbedruckte Wafer surface as well as still open, d. H. unprinted
Waferoberfläche versehen werden kann (Verkapselung), wonach daran anschließend die Waferoberfläche ganzflächig mit einem Dotiermedium entgegengesetzt induzierender Majoritätsladungsträgerpolarität auf die bereits bedruckte Waferoberfläche versehen werden kann, wobei die zu letzt genannten Dotiermedien druckbare Sol-Gel-basierende oxidische Dotiermaterialien, sonstige druckbare Dotiertinten und/oder -pasten, mit Dotierstoffen versehene APCVD- und/oder PECVD-Gläser als auch Dotierstoffe aus der herkömmlichen Gasphasendiffusion und -dotierung sein können, und die überlappend angeordneten und dotierend wirkenden Dotiermedien infolge geeigneter Wärmebehandlung zur Dotierung des Substrates gebracht werden und diesem Kontext das zu unterst befindliche gedruckte dotierend wirkende Hybridgel sich infolge geeigneter Segregationskoeffizienten und ungenügender Wafer surface can be provided (encapsulation), after which then the wafer surface over the entire surface with a doping opposite inducing majority charge carrier polarity can be provided on the already printed wafer surface, the latter doping media printable sol-gel-based oxide dopants, other printable Dotiertinten and / or Pastes may be doped APCVD and / or PECVD glasses as well as dopants from conventional gas phase diffusion and doping, and the overlapping arranged doping and doping acting dopants due to appropriate heat treatment for doping of the substrate are brought and this context to support As a result of suitable segregation coefficients and inadequate
Diffusionslängen als Diffusionsbarriere gegenüber dem sich darüber befindlichen, die konträre Majoritätsladungsträgerpolarität induzierende, Dotiermedium verhalten muss; wobei weiterhin die andere Seite der Waferoberfläche mittels einer anderweitigen und sonstwie deponierten Dotierstoffquelle (druckbare Sol-Gel-basierende oxidische Diffusion lengths as a diffusion barrier over the above need to behave, the majority controlling charge carrier polarity inducing, doping medium must behave; further comprising the other side of the wafer surface by means of a different and otherwise deposited dopant source (Sol-gel-based oxidic
Dotiermaterialien, sonstige druckbare Dotiertinten und/oder -pasten, mit Doping materials, other printable doping inks and / or pastes, with
Dotierstoffen versehene APCVD- und/oder PECVD-Gläser als auch Dotierstoffe aus der herkömmlichen Gasphasendiffusion), welche dieselbe oder auch entgegengesetzte Dotierung, wie die aus der zu unterst befindlichen Schicht der gegenüberliegenden Waferoberfläche induzieren kann, bedeckt sein kann, aber nicht notwendigerweise sein muss. Dopants provided APCVD and / or PECVD glasses as well as dopants from conventional gas phase diffusion), which may be the same or opposite doping, as may induce from the bottom layer of the opposite wafer surface, covered, but need not necessarily be.
In dem so charakterisierten Verfahren erfolgt in einfacher Weise durch Temperaturbehandlung der aus den aufgedruckten Hybridgelen gebildeten Schichten eine simultane Co-Diffusion unter Bildung von n- und p-Typ- Schichten oder solcher Schichten ausschließlich einer einzigen In the method characterized in this way, a simultaneous co-diffusion takes place in a simple manner by temperature treatment of the layers formed from the printed hybrid gels with the formation of n- and p-type layers or of such layers exclusively of one single layer
Majoritätsladungsträgerpolarität, die sich unterscheidende Dosen an Majority carrier polarity, differing cans
Dotierstoff aufweisen können. Zur Ausbildung von hydrophoben Siliziumwaferoberflächen werden die in diesem Verfahren nach dem Verdrucken der erfindungsgemäßen May have dopant. For the formation of hydrophobic silicon wafer surfaces are in this process after the printing of the invention
Hybridgele, deren Antrocknung, und Verdichtung und/oder der Dotierung durch Temperaturbehandlung entstandenen Glasschichten mit einer Hybrid gels, their drying, and compression and / or doping by thermal treatment resulting glass layers with a
Säuremischung, enthaltend Flusssäure und gegebenenfalls Phosphorsäure, geätzt, wobei die verwendete Ätzmischung als Ätzmittel Flusssäure in einer Konzentration von 0,001 bis 10 Gew.-% oder 0,001 bis 10 Gew.-% Acid mixture containing hydrofluoric acid and optionally phosphoric acid etched, wherein the etching mixture used as etchant hydrofluoric acid in a concentration of 0.001 to 10 wt .-% or 0.001 to 10 wt .-%
Flusssäure und 0,001 bis 10 Gew.-% Phosphorsäure im Gemisch enthalten kann. Die angetrockneten und verdichteten Dotiergläser können des Can contain hydrofluoric acid and 0.001 to 10 wt .-% phosphoric acid in the mixture. The dried and compacted doping glasses can the
Weiteren mit folgenden Ätzmischungen von der Waferoberfläche entfernt werden: gepufferten Flusssäuremischungen (BHF), gepufferten Further removed from the wafer surface with the following etching mixtures: buffered hydrofluoric acid (BHF), buffered
Oxidätzmischungen, Ätzmischungen, bestehend aus Fluss- und Oxidätzmischungen, etching mixtures, consisting of flow and
Salpetersäure, wie beispielsweise der sogenannten p-Ätze, R-Ätze, S-Ätze oder Ätzmischungen, Ätzmischungen bestehend aus Fluss- und Nitric acid, such as the so-called p-etching, R-etching, S-etching or etch mixtures, etching mixtures consisting of flux and
Schwefelsäure, wobei die zuvor genannte Aufzählung nicht den Anspruch auf Vollständigkeit erhebt. Die neuartigen hochviskosen Dotierpasten lassen sich auf Basis des Sol- Gel-Verfahrens synthetisieren und können, wenn dieses erforderlich ist, weiterführend formuliert werden. Eine Synthesemethode basiert auf dem Lösen von Oxid-Precursoren des Aluminiumoxids in einem Lösungsmittel oder einem Lösungsmittelgemisch, vorzugsweise ausgewählt aus der Gruppe hochsiedender Glycolether oder vorzugsweise hochsiedender Glycolether und Alkohole, welches Sulfuric acid, the aforementioned list is not exhaustive. The novel high-viscosity doping pastes can be synthesized on the basis of the sol-gel process and, if necessary, can be formulated further. A synthetic method is based on the dissolution of oxide precursors of the alumina in a solvent or a solvent mixture, preferably selected from the group of high-boiling glycol ethers or preferably high-boiling glycol ethers and alcohols, which
anschließend mit einer geeigneten Säure, vorzugsweise einer Carbonsäure, und hierbei besonders bevorzugt mit Ameisen- oder Essigsäure, versetzt und durch die Zugabe geeigneter Komplex- und Chelatbildner, wie then with a suitable acid, preferably a carboxylic acid, and in this case particularly preferably with formic acid or acetic acid, and by the addition of suitable complexing and chelating agents, such as
beispielsweise geeignete ß-Diketone, wie Acetylaceton oder beispielsweise 1 , 3-Cyclohexandion, a- und ß-Ketocarbonsäuren und deren Ester, wie beispielsweise Brenztraubensäure und deren Estern Acetessigsäure und Acetessigsäureethylester, Dihydroxybenzoesäuren, wie beispielweise 3, 5- Dihydroxybenzoesäure, und/oder Oximen, wie beispielsweise Acetaldoxim, sowie weiterer solcher zitierter Verbindungen, als auch beliebige Mischungen der zuvor genannten Komplex-, Chelatbildner und den Kondensationsgrad steuernden Agentien, vervollständigt wird. Die Lösung des Aluminiumoxid- Precursors wird danach bei Raumtemperatur mit einer Mischung, bestehend aus dem o. g. Lösungsmittel oder Lösungsmittelgemisch, und Wasser tropfenweise versetzt und anschließend bei 80 °C für bis zu 24 h unter Reflux erwärmt. Die Gelierung des Aluminiumoxid-Precursors kann über das Stoffmengenverhältnis des Aluminiumoxid-Precursors zu Wasser, zu der verwendeten Säure als auch den Stoffmengen und der Art der eingesetzten Komplexbildner gezielt gesteuert werden. Die jeweils notwendigen for example, suitable β-diketones, such as acetylacetone or for example 1, 3-cyclohexanedione, α- and β-ketocarboxylic acids and their esters, such as pyruvic acid and its esters acetoacetic acid and ethyl acetoacetate, dihydroxybenzoic acids, such as 3, 5 -dihydroxybenzoic acid, and / or oximes , such as acetaldoxime, as well as other such cited compounds, as well as any mixtures of the aforementioned complex, chelating and condensation degree controlling agents, is completed. The solution of the alumina precursor is then at room temperature with a mixture consisting of the o. G. Solvent or solvent mixture, and water added dropwise and then heated at 80 ° C for up to 24 h under reflux. The gelation of the aluminum oxide precursor can be controlled in a targeted manner via the molar ratio of the aluminum oxide precursor to water, to the acid used and to the amounts of substance and the type of complexing agent used. The necessary ones
Synthesedauern sind ebenfalls von den zuvor genannten Synthesis times are also of the aforementioned
Stoffmengenverhältnissen abhängig. Die bei der Reaktion auftretenden leichtflüchtigen und erwünschten parasitären Nebenprodukte werden im Anschluss mittels Vakuumdestillation aus der fertigen und ggfs. bereits weiterhin verdünnten Reaktionsmischung entfernt. Die Vakuumdestillation wird durch schrittweise Reduktion des Enddruckes auf 30 mbar bei einer konstanten Temperatur von 70 °C erreicht. Die Hybridgele werden entweder nach oder bereits vor der destillativen Behandlung durch gezielte Zugabe geeigneter und die Rheologie und Verdruckbarkeit der Paste Substance ratios dependent. The readily volatile and desired parasitic by-products which occur during the reaction are subsequently removed by means of vacuum distillation from the finished reaction mixture and, if appropriate, already further diluted. The vacuum distillation is achieved by gradually reducing the final pressure to 30 mbar at a constant temperature of 70 ° C. The hybrid gels are either after or even before the distillation treatment by targeted addition suitable and the rheology and printability of the paste
begünstigenden Lösemittel, wie beispielsweise hochsiedende Glykole, Glykolether, Glycolethercarboxylate sowie weiterhin Lösungsmittel wie favoring solvents, such as high-boiling glycols, Glycol ethers, Glycolethercarboxylate and further solvents such as
Terpineol, Texanol, Butylbenzoat, Benzylbenzoat, Dibenzylether, Terpineol, texanol, butyl benzoate, benzyl benzoate, dibenzyl ether,
Butylbenzylphthalat, und Lösungsmittelmischungen hinsichtlich ihrer erwünschten Eigenschaften eingestellt und gegebenenfalls verdünnt. Parallel zu der Verdünnung und Einstellung der Pasteneigenschaften wird eine Mischung, bestehend aus kondensierten Oxid-Precursoren des Butylbenzyl phthalate, and solvent mixtures adjusted to their desired properties and optionally diluted. In parallel with the dilution and adjustment of the paste properties is a mixture consisting of condensed oxide precursors of
Silciumdioxids und Boroxids, hinzugefügt. Dazu werden Precursoren des Boroxids in einem Lösemittel, wie beispielsweise Dibenzylether, Silcium dioxide and Boroxids, added. For this purpose, precursors of the boron oxide in a solvent, such as dibenzyl ether,
Butylbenzylphthalat, Benzylbenzoat, Butylbenzoat, THF oder vergleichbaren, vorgelegt, mit einem geeigneten Carbonsäureanhydrid, wie beispielsweise Acetanhydrid, Formylacetat oder Propionsäureanhydrid oder vergleichbaren, versetzt und unter Refluxieren gelöst bzw. zur Reaktion gebracht, bis eine klare Lösung vorliegt. Dieser Lösung werden geeignete Precursoren des Siliziumdioxids, ggfs. in dem verwendeten Reaktionslösemittel vorgelöst, tropfenweise hinzugefügt. Die Reaktionsmischung wird anschließend für bis zu 24 h erwärmt oder Refluxieren lassen. Nach dem Mischen aller Butylbenzylphthalat, benzyl benzoate, butyl benzoate, THF or comparable, initially charged, with a suitable carboxylic anhydride, such as acetic anhydride, formyl acetate or propionic anhydride or comparable, added and dissolved under refluxing or reacted until a clear solution is present. To this solution are added suitable precursors of the silicon dioxide, optionally pre-dissolved in the reaction solvent used, drop by drop. The reaction mixture is then heated or refluxed for up to 24 hours. After mixing all
Komponenten kann die Pastenrheologie weiterhin gemäß und mit den ebenfalls bereits zuvor ausführlich beschriebenen Hilfsstoffen und Additiven entsprechend spezifischen Erfordernissen justiert und abgerundet werden, wobei der erfindungsgemäßen Anwendung von Wachsen und wachsartigen Verbindungen eine besondere Rolle zukommt. Die Wachse und Components, the paste rheology can continue to be adjusted and rounded according to and with the also previously described in detail auxiliaries and additives according to specific requirements, the use of waxes and waxy compounds according to the invention has a special role. The waxes and
wachsartigen Verbindungen werden in der gelierten Pastenmischung ggfs. unter Refluxieren und unter innigem Rühren gelöst bzw. aufgeschmolzen. Die gesamte Formulierung wird anschließend unter innigem Rühren abkühlen lassen, wobei sich die gewünschten Eigenschaften der fertigen strukturviskosen Mischung einstellen. Je nach Art der erfindungsgemäß verwendeten Wachse und wachsartigen Verbindungen werden homogen einphasige oder emulgierte zweiphasige Mischungen erhalten. Eine alternative Synthesemethode basiert auf der Herstellung eines kondensierten Sols der von Oxidprecursorsen des Siliziumdioxids und waxy compounds are dissolved or melted in the gelled paste mixture, if necessary. Refluxing and with intimate stirring. The entire formulation is then allowed to cool with intimate stirring, adjusting the desired properties of the final pseudoplastic mixture. Depending on the nature of the waxes and waxy compounds used according to the invention, homogeneously monophasic or emulsified biphasic mixtures are obtained. An alternative method of synthesis is based on the preparation of a condensed sol of oxide precursors of silicon dioxide and
Boroxids. Zu diesem Zweck werden Precursoren des Boroxids in einem Lösemittel, wie beispielsweise Dibenzylether, Butylbenzylphthalat, Boron oxide. For this purpose, precursors of the boron oxide in a solvent, such as, for example, dibenzyl ether, butyl benzyl phthalate,
Benzylbenzoat, Butylbenzoat, THF oder vergleichbaren, vorgelegt, mit einem geeigneten Carbonsäureanhydrid, wie beispielsweise Acetanhydrid, Benzyl benzoate, butyl benzoate, THF or comparable, initially charged, with a suitable carboxylic anhydride, such as acetic anhydride,
Formylacetat oder Propionsäureanhydrid oder vergleichbaren, versetzt und unter Refluxieren gelöst bzw. zur Reaktion gebracht, bis eine klare Lösung vorliegt. Dieser Lösung werden geeignete Precursoren des Siliziumdioxids, ggfs. in dem verwendeten Reaktionslösemittel vorgelöst, tropfenweise hinzugefügt. Die Reaktionsmischung wird anschließend für bis zu 24 h erwärmt oder Refluxieren lassen. Im Anschluss daran wird das Sol mit geeigneten Lösungsmitteln, wie beispielsweise Glykolen, Glykolethern, Glycolethercarboxylaten sowie weiterhin Lösungsmittel wie Terpineol, Texanol, Butylbenzoat, Benzylbenzoat, Dibenzylether, Butylbenzylphthalat, oder deren Lösungsmittelmischungen, in welchen geeignete Komplex- und Chelatbildner, wie beispielsweise geeignete ß-Diketone, wie Acetylaceton oder beispielsweise 1 , 3-Cyclohexandion, a- und ß-Ketocarbonsäuren und deren Ester, wie beispielsweise Brenztraubensäure und deren Estern Formyl acetate or propionic anhydride or comparable, and dissolved under reflux or reacted until a clear solution is present. To this solution are added suitable precursors of the silicon dioxide, optionally pre-dissolved in the reaction solvent used, drop by drop. The reaction mixture is then heated or refluxed for up to 24 hours. Thereafter, the sol is treated with suitable solvents such as, for example, glycols, glycol ethers, glycol ether carboxylates and also solvents such as terpineol, texanol, butyl benzoate, benzyl benzoate, dibenzyl ether, butyl benzyl phthalate, or their solvent mixtures in which suitable complexing and chelating agents, for example suitable β- Diketones, such as acetylacetone or, for example, 1, 3-cyclohexanedione, α- and β-ketocarboxylic acids and their esters, such as pyruvic acid and its esters
Acetessigsäure und Acetessigsäureethylester, Dihydroxybenzoesäuren, wie beispielweise 3, 5-Dihydroxybenzoesäure, und/oder Oximen, wie Acetoacetic acid and ethyl acetoacetate, dihydroxybenzoic acids, such as, for example, 3, 5-dihydroxybenzoic acid, and / or oximes, such as
beispielsweise Acetaldoxim, sowie weiterer solcher zitierter Verbindungen, als auch beliebige Mischungen der zuvor genannten Komplex-, Chelatbildner und den Kondensationsgrad steuernden Agentien, bereits in Begleitung von Wasser vorgelöst sind, versetzt und gerührt, wobei ggfs. gleichzeitig die Temperatur der Reaktionsmischung erhöht. Die Dauer des Vermischens der beiden Lösungen kann zwischen 0,5 Minuten und fünf Stunden betragen.For example, acetaldoxime, and other such cited compounds, as well as any mixtures of the aforementioned complex, chelating agents and the degree of condensation controlling agents are already pre-dissolved in the accompaniment of water, added and stirred, if necessary. At the same time increases the temperature of the reaction mixture. The duration of mixing of the two solutions can be between 0.5 minutes and five hours.
Die Gesamtmischung wird mit Hilfe Ölbades temperiert, dessen Temperatur im Regelfall au 155 °C eingestellt ist. Nach einer als geeignet bekannten Dauer der Durchmischung aus beiden Teillösungen vervollständigten The total mixture is tempered with the aid of an oil bath whose temperature is usually set to 155 ° C. After completing a suitable known duration of mixing of the two partial solutions completed
Gesamtlösung, wird dieser anschließend ein geeigneter Aluminiumoxid- Precursor, welcher seinerseits in einem der obig genannten Lösungsmittel oder Lösungsmittelgemische vorgelöst wurde, der Reaktionsmischung derart zutropfen oder zufließen lassen, dass die Zugabe in einem Zeitfenster von fünf Minuten seit Beginn des Zugebens beendet sein wird. Die nun Total solution, this is then a suitable alumina precursor, which in turn was pre-dissolved in one of the above solvent or solvent mixtures, the reaction mixture is added dropwise or allowed to flow so that the addition will be completed in a time window of five minutes since the beginning of adding. The now
dergestalt vervollständigte Reaktionsmischung wird danach für eine bis vier Stunden unter Refluxieren erwärmt. Die warme gelierte Mischung kann nun unter der Verwendung weiterer, obig bereits genannter Hilfsstoffe, The reaction mixture thus completed is then heated to reflux for one to four hours. The warm gelled mixture can now be prepared using other excipients already mentioned above,
insbesondere und besonders zu bevorzugend jedoch durch die Verwendung der erfindungsgemäß anzuwendenden Wachse und wachsartigen especially and especially preferably, however, by the use of the waxes and waxy waxes to be used according to the invention
Verbindungen in ihren rheologischen Eigenschaften entsprechend Compounds in their rheological properties accordingly
wünschenswerten Erfordernissen angepasst werden. Je nach Art der erfindungsgemäß verwendeten Wachse und wachsartigen Verbindungen werden homogen einphasige oder emulgierte zweiphasige Mischungen erhalten. be adapted to desirable requirements. Depending on the nature of the waxes and waxy compounds used according to the invention Homogeneously single-phase or emulsified biphasic mixtures are obtained.
In den folgenden Beispielen sind die bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung wiedergegeben. In the following examples, the preferred embodiments of the present invention are shown.
Wie oben ausgeführt, ermöglicht die vorliegende Beschreibung es dem Fachmann die Erfindung umfassend anzuwenden. Auch ohne weitere Ausführungen wird daher davon ausgegangen, dass ein Fachmann die obige Beschreibung im weitesten Umfang nutzen kann. As stated above, the present description enables a person skilled in the art to comprehensively apply the invention. Without further explanation, it is therefore assumed that a person skilled in the art can make the most of the above description.
Bei etwaigen Unklarheiten versteht es sich von selbst, die zitierten Any ambiguity goes without saying, the quoted
Veröffentlichungen und Patentliteratur heranzuziehen. Dementsprechend gelten diese Dokumente als Teil der Offenbarung der vorliegenden Beschreibung. Publications and patent literature. Accordingly, these documents are considered part of the disclosure of the present specification.
Zum besseren Verständnis und zur Verdeutlichung der Erfindung werden im Folgenden Beispiele gegeben, die im Rahmen des Schutzbereichs der vorliegenden Erfindung liegen. Diese Beispiele dienen auch zur For a better understanding and clarification of the invention, examples are given below which are within the scope of the present invention. These examples are also used for
Veranschaulichung möglicher Varianten. Aufgrund der allgemeinenIllustration of possible variants. Due to the general
Gültigkeit des beschriebenen Erfindungsprinzips sind die Beispiele jedoch nicht geeignet, den Schutzbereich der vorliegenden Anmeldung nur auf diese zu reduzieren. 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 Gew.-, mol- oder vol.-% bezogen auf die Gesamtzusammensetzung aufaddieren und nicht darüber hinausgehen können, auch wenn sich aus den angegebenen Prozentbereichen höhere Werte ergeben könnten. Sofern nichts anderes angegeben ist, gelten daher %-Angaben als Gew.-, mol- oder vol.-%. Validity of the invention described principle, however, the examples are not suitable to reduce the scope of the present application only to this. 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 amount in the sum to only 100% by weight, molar or vol Aggregate composition and can not exceed it, even if higher values could result from the indicated percentage ranges. Unless otherwise stated, therefore,% data are in terms of weight, mol or vol.%.
Die in den Beispielen und der Beschreibung sowie in den Ansprüchen gegebenen Temperaturen gelten immer in °C. Beispiele The temperatures given in the examples and the description as well as in the claims are always in ° C. Examples
Beispiel 1 : In einem Glaskolben werden 55,2 g Ethylenglycolmonobutylether (EGB) und 20,1 g Aluminium-tri-sec-butylat (ASB) vorgelegt und gerührt bis eine homogene Mischung entsteht. Zu dieser Mischung werden 7,51 g Eisessig, 0,8 g Acetaldoxim und 0,49 g Acetylaceton unter Rühren hinzugefügt. EXAMPLE 1 A glass flask is charged with 55.2 g of ethylene glycol monobutyl ether (EGB) and 20.1 g of aluminum tri-sec-butylate (ASB) and stirred until a homogeneous mixture is obtained. To this mixture are added 7.51 g of glacial acetic acid, 0.8 g of acetaldoxime and 0.49 g of acetylacetone with stirring.
Anschließend werden 1 ,45 g Wasser, gelöst in 5 g EGB, tropfenweise hinzugefügt, und die Mischung wird bei 80 °C für fünf Stunden refluxiert.Subsequently, 1.45 g of water dissolved in 5 g of EGB are added dropwise, and the mixture is refluxed at 80 ° C for five hours.
Nach dem Erwärmen wird die Mischung einer Vakuumdestillation bei 70 °C bis zum Erreichen eines Enddrucks von 30 mbar unterworfen. Der After heating, the mixture is subjected to vacuum distillation at 70 ° C until reaching a final pressure of 30 mbar. Of the
Massenverlust an leichtflüchtigen Reaktionsprodukten beträgt 12,18 g. Die destillierte Mischung wird anschließend mit 62,3 g Texanol und weiteren 65 g EGB verdünnt, sowie mit einem gemischten kondensierten Sol, bestehend aus Precursoren von Boroxid und Siliziumdioxid versetzt. Das Hybridsol aus Siliziumdioxid und Boroxid wird dazu wie folgt hergestellt: 6,3 g Tetraacetoxydiborat werden in 40 g Benzylbenzoat vorgelegt und mit 15 g Acetanhydrid versetzt. Die Mischung wird in einem Ölbad auf 80 °C erwärmt und nachdem eine klare Lösung entstanden ist, werden 4,6 gMass loss of volatile reaction products is 12.18 g. The distilled mixture is then diluted with 62.3 g of Texanol and another 65 g of EGB, and mixed with a mixed condensed sol consisting of precursors of boron oxide and silicon dioxide. The hybrid sol of silica and boron oxide is prepared as follows: 6.3 g Tetraacetoxydiborat be presented in 40 g of benzyl benzoate and treated with 15 g of acetic anhydride. The mixture is heated in an oil bath to 80 ° C and after a clear solution is formed, 4.6 g
Dimethyldimethoxysilan hinzugefügt und die ganze Mischung unter Rühren für 45 Minuten reagieren lassen. Das Hybridsol wird im Anschluss ebenfalls einer Vakuumdestillation bei 70 °C bis zum Erreichen eines Enddruckes von 30 mbar unterworfen, wobei der Massenverlust an leichtflüchtigen Reaktionsprodukten 7,89 g beträgt. Die 110 g der Gesamtmischung wird mit 9 g Synchrowachs versetzt und unter Rühren auf 150 °C bis zur vollständigen Lösung und klaren Durchmischung erwärmt. Im Anschluss wird die Mischung unter intensivem Rühren abkühlen lassen. Es entsteht eine strukturviskose und sehr gut druckbare Paste. Added dimethyldimethoxysilane and allowed to react the whole mixture with stirring for 45 minutes. The hybrid sol is then also subjected to a vacuum distillation at 70 ° C until reaching a final pressure of 30 mbar, the mass loss of volatile reaction products is 7.89 g. The 110 g of the total mixture is mixed with 9 g of synchro wax and heated with stirring to 150 ° C until complete dissolution and clear mixing. Subsequently, the mixture is allowed to cool with intensive stirring. The result is a pseudoplastic and very good printable paste.
Beispiel 2 Example 2
In einem Glaskolben werden 40 g Benzylbenzoat und 6,3 g In a glass flask, 40 g of benzyl benzoate and 6.3 g
Tetraacetoxydiborat und 15 g Acetanhydrid vorgelegt und unter Rühren in einem Ölbad auf 80 °C erwärmt. Nach dem Erzielen einer klaren Lösung werden zu der Lösung Siliziumdioxidprecursoren, in diesem Fall eine Mischung bestehend aus 2,3 g Dimethyldimethoxysilan und 3,4 g Tetraacetoxydiborat and 15 g of acetic anhydride and heated to 80 ° C with stirring in an oil bath. After obtaining a clear solution, silicon dioxide precursors, in this case a Mixture consisting of 2.3 g of dimethyldimethoxysilane and 3.4 g
Bis[triethoxysilyl]ethan, tropfenweise hinzugefügt. Die Mischung wird für 30 Minuten bei 80 °C unter Rühren reagieren lassen. Anschließend werden zu dieser Mischung 75 g Texanol, 150 g EGB, 1 g Wasser, 1 g 3, 5- Dihydroxybenzoesäure und 1 ,75 g 1 , 3-Cyclohexandion hinzugefügt. Die Mischung wird für 20 Minuten gerührt, wobei die Temperatur des Ölbades auf 155 °C angehoben wird. Nach dem Durchmischen der Lösung werden zu dieser Lösung 21 g ASB, gelöst in 60 g Benzylbenzoat, zugetropft. Die vervollständigte Mischung wird für eine Stunde unter intensivem Rühren weiter reagieren lassen. Nach der Reaktion wird die Mischung einerBis [triethoxysilyl] ethane, added dropwise. The mixture is allowed to react for 30 minutes at 80 ° C with stirring. Then 75 g of Texanol, 150 g of EGB, 1 g of water, 1 g of 3, 5-dihydroxybenzoic acid and 1, 75 g of 1, 3-cyclohexanedione are added to this mixture. The mixture is stirred for 20 minutes, raising the temperature of the oil bath to 155 ° C. After mixing the solution, 21 g of ASB dissolved in 60 g of benzyl benzoate are added dropwise to this solution. The completed mixture is left to react for one hour with vigorous stirring. After the reaction, the mixture becomes a
Vakuumdestillation bei 70 °C bis zum Erreichen eines Enddruckes von 30 mbar unterzogen, wobei der Massenverlust 20,3 g beträgt. 120 g der Mischung werden mit 8,2 g Bienenwachs versetzt und unter Rühren auf 150 °C erwärmt bis eine klare Lösung entsteht. Diese Lösung wird unter Rühren langsam abgekühlt. In einem parallelen Ansatz werden ebenfallsSubjected to vacuum distillation at 70 ° C until reaching a final pressure of 30 mbar, wherein the mass loss is 20.3 g. 120 g of the mixture are mixed with 8.2 g of beeswax and heated with stirring to 150 ° C until a clear solution is formed. This solution is slowly cooled while stirring. In a parallel approach are also
120 g der Mischung mit 9,5 g Synchrowachs versetzt und ebenfalls auf 150 °C erwärmt, bis eine klare Lösung entsteht, die unter intensivem Rühren abgekühlt wird. Es werden strukturviskose und sehr gut druckbare Pasten erhalten. 120 g of the mixture with 9.5 g Synchrowachs added and also heated to 150 ° C until a clear solution is formed, which is cooled with vigorous stirring. Pseudoplastic and very good printable pastes are obtained.
Beispiel 3: Example 3:
Die Paste gemäß des Beispiels 1 wird mit Hilfe einer konventionellen Siebdruckmaschine und einem Sieb mit 350 mesh, 16 ym Fadenstärke (Edelstahl) und einer Emulsionsdicke von 8 - 12 pm unter Anwendung einer Rakelgeschwindigkeit von 170 mm/s und einem Rakeldruck von 1 bar auf einen Wafer aufgedruckt und anschließend einer Trocknung in einem Durchlaufofen unterworfen. Die Heizzonen in dem Durchlaufofen werden dazu auf 350/350/375/375/375/400/400 °C eingestellt. The paste according to Example 1, using a conventional screen printing machine and a screen with 350 mesh, 16 ym thread size (stainless steel) and an emulsion thickness of 8 - 12 pm using a doctor speed of 170 mm / s and a squeegee pressure of 1 bar to one Wafer printed and then subjected to drying in a continuous furnace. The heating zones in the continuous furnace are set to 350/350/375/375/375/400/400 ° C.
Figur 1 zeigt einen mit dem erfindungsgemäßen Hybridgel bedruckten Siliziumwafer nach seiner Trocknung in einem Durchlaufofen. Das verwendete Hybridgel entspricht einer Zusammensetzung, die gemäß Beispiels 3 hergestellt worden ist. Beispiel 4: FIG. 1 shows a silicon wafer printed with the hybrid gel according to the invention after it has been dried in a continuous furnace. The hybrid gel used corresponds to a composition prepared according to Example 3. Example 4:
Die Paste gemäß Beispiel 1 wird mit Hilfe einer konventionellen The paste according to Example 1 is prepared by means of a conventional
Siebdruckmaschine und einem Sieb mit 280 mesh und 25 μιτι Fadenstärke (Edelstahl) großflächig auf einer rauen CZ-Waferoberfläche (n-Typ) aufgedruckt. Der Nassauftrag beträgt 1 ,5 mg/cm2. Der bedruckte Wafer wird anschließend auf einer konventionellen Laborheizplatte für 3 Minuten bei 300 °C getrocknet und anschließend einem Diffusionsprozess unterworfen. Dazu wird der Wafer bei ungefähr 700 °C in einen Screen printing machine and a screen with 280 mesh and 25 μιτι yarn thickness (stainless steel) over a large area on a rough CZ wafer surface (n-type) printed. The wet application is 1.5 mg / cm 2 . The printed wafer is then dried on a conventional laboratory hotplate for 3 minutes at 300 ° C and then subjected to a diffusion process. For this purpose, the wafer at about 700 ° C in a
Diffusionsofen eingeschleust, und der Ofen wird anschließend auf eineIntroduced diffusion furnace, and the furnace is then placed on a
Diffusionstemperatur von 950 °C aufgeheizt. Der Wafer wird für 30 Minuten bei dieser Plateautemperatur gehalten und in einer Atmosphäre aus Stickstoff mit 0,2 % v/v Sauerstoff gehalten. Im Anschluss an die Diffusion temperature of 950 ° C heated. The wafer is held at this plateau temperature for 30 minutes and kept in an atmosphere of nitrogen at 0.2% v / v oxygen. Following the
Bordiffusion wird der Wafer einer Phosphordiffusion mit Phosphorylchlorid bei niedriger Temperatur, 880 °C, in dem gleichen Prozessrohr ausgesetzt. Nach den Diffusionen und dem Abkühlen des Wafers wird dieser mittels Ätzung mit verdünnter Flusssäure von den auf den Waferoberflächen vorhandenen Gläsern befreit. Der Bereich, welcher zuvor mit der On boron diffusion, the wafer is exposed to phosphorous diffusion with phosphoryl chloride at low temperature, 880 ° C, in the same process tube. After the diffusion and the cooling of the wafer, it is freed from the glasses present on the wafer surfaces by means of etching with dilute hydrofluoric acid. The area, which previously with the
erfindungsgemäßen Borpaste bedruckt war, weist ein hydrophiles Boron paste according to the invention was printed, has a hydrophilic
Benetzungsverhalten bei Spülung der Waferoberfläche mit Wasser auf, was ein eindeutiger Hinweis auf das Vorliegen einer Borhaut in diesem Bereich ist. Der in dem mit der Borpaste bedruckten Oberflächenbereich bestimmte Schichtwiderstand beträgt 195 Ω/sqr (p-Typ-Dotierung). Die nicht von der Borpaste geschützten Bereiche weisen einen Wetting behavior when rinsing the wafer surface with water, which is a clear indication of the presence of a boron skin in this area. The sheet resistance determined in the surface area printed with the boron paste is 195 Ω / sqr (p-type doping). The areas not protected by the boron paste have one
Schichtwiderstand von 90 Ω/sqr auf (n-Typ-Dotierung). In dem Bereich der Oberfläche, welcher mittels der erfindungsgemäßen Borpaste bedruckt war, wird das SIMS-(Sekundärionen-Massenspektrometrie)-Tiefenprofil der Dotierstoffe bestimmt. In der mit der B-Paste bedeckten Region wird, ausgenommen der n-Typ-Basisdotierung, ein von der Waferoberfläche in die des Siliziums reichende Bordotierung bestimmt. Die aufgedruckteSheet resistance of 90 Ω / sqr to (n-type doping). In the region of the surface which was printed by means of the boron paste according to the invention, the SIMS (secondary ion mass spectrometry) depth profile of the dopants is determined. In the B-paste-covered region, except for the n-type base doping, a boron doping from the wafer surface to that of the silicon is determined. The printed
Pastenschicht wirkt somit als Difussionsbarriere gegenüber einer typischen Phosphordiffusion. Paste layer thus acts as diffusion barrier against a typical phosphorus diffusion.
Figur 2 zeigt das SIMS-Profil einer rauen Siliziumoberfläche, die mit der erfindungsgemäßen Borpaste bedruckt und anschließend einer FIG. 2 shows the SIMS profile of a rough silicon surface, which is printed with the boron paste according to the invention and subsequently printed
Gasphasendiffusion mit Phosphorylchlorid unterworfen worden ist. Aufgrund der rauen Oberfläche können nur relative Konzentrationen in Form von Zählraten erhalten werden. Has been subjected to gas phase diffusion with phosphoryl chloride. Due to the rough surface, only relative concentrations in the form of count rates can be obtained.
Beispiel 5: Example 5:
In einem Glaskolben werden 481 ,3 g Ethylenglycolmonobutylether (EGB) und 82 g Aluminium-tri-sec-butylat (ASB) vorgelegt und gerührt, bis eine homogene Mischung entsteht. Zu dieser Mischung werden 31 g Eisessig, 3,2 g Acetaldoxim und 2,2 g 1 ,3-Cyclohexandion in der genannten 481.3 g of ethylene glycol monobutyl ether (EGB) and 82 g of aluminum tri-sec-butylate (ASB) are placed in a glass flask and stirred until a homogeneous mixture is formed. To this mixture, 31 g of glacial acetic acid, 3.2 g of acetaldoxime and 2.2 g of 1, 3-cyclohexanedione in the mentioned
Reihenfolge unter Rühren hinzugefügt. Anschließend werden 12,1 gAdded sequence with stirring. Subsequently, 12.1 g
Wasser, gelöst in 20 g EGB, tropfenweise hinzugefügt, und die Mischung wird bei 120 °C für 180 Minuten refluxiert (Mischung 1). In einem weiteren Glaskolben werden 25,4 g Tetraacetoxydiborat und 192 g Benzylbenzoat vorgelegt. In der Vorlage werden 61 ,4 g Essigsäureanhydrid und 18,5 g Dimethoxydimethylsilan eingerührt, und nach der vollständigen Water, dissolved in 20 g of EGB, was added dropwise and the mixture was refluxed at 120 ° C. for 180 minutes (mixture 1). In a further glass flask 25.4 g Tetraacetoxydiborat and 192 g of benzyl benzoate are presented. In the template 61, 4 g of acetic anhydride and 18.5 g Dimethoxydimethylsilan are stirred, and after the complete
Durchmischung wird das Gemisch in einem auf 130 °C temperierten Ölbad refluxieren lassen (Mischung 2). Nach dem Abkühlen des Gemisches werden Mischung 1 und Mischung 2 in einem Glaskolben geeigneter Größe vereint unter Zugabe von 261 g Texanol und 40 g  Mixing the mixture is allowed to reflux in a tempered at 130 ° C oil bath (mixture 2). After cooling the mixture, mixture 1 and mixture 2 are combined in a glass flask of suitable size with the addition of 261 g Texanol and 40 g
Ethylenglycolmonobutylether. Die Gesamtmischung wird anschließend an einem Rotationsverdampfer bei 70 °C bis zum Erreichen eines Enddruckes von 30 mbar eingeengt. Die Reaktionsausbeute beträgt 1160 g. Im Ethylene glycol. The total mixture is then concentrated on a rotary evaporator at 70 ° C until reaching a final pressure of 30 mbar. The reaction yield is 1160 g. in the
Anschluss wird das gelige Hybridsol in einen Rührbehälter geeigneter Größe überführt und mit 116 g Synchrowachs ERLC versetzt. Unter Erwärmen und intensivem Rühren der Mischung auf 150 °C wird dasConnection, the gel hybrid sol is transferred to a stirred tank of suitable size and mixed with 116 g Synchrowachs ERLC. Under heating and intensive stirring of the mixture to 150 ° C is the
Wachs aufgeschmolzen und in der Wärme in dem Gel gelöst. Nach der vollständigen Auflösung des Wachses wird die Wärmezufuhr unterbrochen und die Mischung wird unter Rühren abkühlen lassen. Nach dem Abkühlen wird eine buttrige, strukturviskose, gelblich-weiße, sehr gut druckbare Paste erhalten. Wax melted and dissolved in the heat in the gel. After complete dissolution of the wax, the heat supply is interrupted and the mixture is allowed to cool while stirring. After cooling, a buttery, pseudoplastic, yellowish-white, very good printable paste is obtained.
Die Viskosität der Paste beträgt 7,5 Pa*s bei einer Scherrate von 25 /s und einer Temperatur von 23 °C. The viscosity of the paste is 7.5 Pa * s at a shear rate of 25 / s and a temperature of 23 ° C.
Die Paste wird mit Hilfe eines Siebdruckers unter Verwendung eines Trampolinsiebs mit Edelstahlgewebe (400 mesh, 18 pm  The paste is made by means of a screen printer using a trampoline sieve with stainless steel mesh (400 mesh, 18 μm
Drahtdurchmesser, kalandriertes, 8 - 12 Emulsion über dem Gewebe) auf alkalisch glanzgeätzten Wafern, unter Anwendung der folgenden Druckparameter verdruckt: Wire diameter, calendered, 8-12 emulsion over the fabric) on alkaline luster etched wafers using the following Print parameters printed:
einem Siebabsprung von 2 mm, einer Druckgeschwindigkeit von 200 mm/s, einer Flutgeschwindigkeit von ebenfalls 200 mm/s, einem Rakeldruck von 60 N während des Druckvorganges und einem Rakeldruck von 20 N während des Flutens, sowie unter der Verwendung einer Carbonfaserrakel mit Polyurethangummi der Shorehärte von 65 °. a sieve jump of 2 mm, a printing speed of 200 mm / s, a flood speed of 200 mm / s, a squeegee pressure of 60 N during printing and a squeegee pressure of 20 N during flooding, and using a carbon fiber squeegee with polyurethane rubber of Shore hardness of 65 °.
Die bedruckten Wafer werden anschließend in einem auf 400 °C The printed wafers are then heated to 400 ° C
erwärmten Durchlaufofen getrocknet. Die Bandgeschwindigkeit beträgt 90 cm/s. Die Länge der Heizzonen beträgt 3 m. Der Pastenübertrag beträgt 0,65 mg/cm2. heated continuous furnace dried. The belt speed is 90 cm / s. The length of the heating zones is 3 m. The paste transfer is 0.65 mg / cm 2 .
Figur 3 zeigt die mikroskopische Aufnahme einer mit einer Dotierpaste gemäß des Beispiels 5 siebgedruckten und getrockneten Linie. Figur 4 zeigt eine mikroskopische Aufnahme einer mit einer Dotierpaste gemäß des Beispiels 5 siebgedruckten und getrockneten Pastenfläche. FIG. 3 shows the micrograph of a line screen printed and dried with a doping paste according to Example 5. FIG. 4 shows a micrograph of a paste surface screen-printed and dried with a doping paste according to Example 5.
Figur 5 zeigt eine mikroskopische Aufnahme einer mit einer Dotierpaste gemäß des Beispiels 5 siebgedruckten und getrockneten Pastenfläche. FIG. 5 shows a micrograph of a paste surface screen-printed and dried with a doping paste according to Example 5.
In einer weiteren Ausführungsweise werden sowohl alkalisch glanzgeätzte, als auch alkalisch texturierte und mittels einseitiger saurer Ätze In another embodiment, both alkaline gloss etched, as well as alkaline textured and by means of one-sided acid etching
nachpolierte CZ-n-typ Siliziumwafer annähernd ganzflächig (~93 %) mit der Dotierpaste bedruckt. post-polished CZ-n-type silicon wafers printed over almost the entire surface (~ 93%) with the doping paste.
Der Druck erfolgt mit einem Sieb mit Edelstahlgewebe (400/18, 10 pmThe printing is done with a sieve with stainless steel mesh (400/18, 10 pm
Emulsionsdicke über dem Gewebe). Der Pastenauftrag beträgt 0,9 mg/cm2. Die Wafer werden für drei Minuten bei 400 °C auf einer Heizplatte Emulsion thickness over the fabric). The paste application is 0.9 mg / cm 2 . The wafers are left on a hotplate for three minutes at 400 ° C
getrocknet und anschließend einer Co-Diffusion bei einer dried and then co-diffused at a
Plateautemperatur von 950 °C für 30 Minuten unterworfen. Bei der Co- Diffusion wird der Wafer auf der mit der Borpaste bedruckten Seite mit Bor diffundiert und dotiert, wohingegen die Waferseite oder -Oberfläche, die nicht mit Borpaste bedruckt ist, mit Phosphor diffundiert und dotiert wird. Die Phosphordiffusion wird in diesem Fall mit Hilfe von Plateau temperature of 950 ° C for 30 minutes subjected. In co-diffusion, the wafer is boron-doped and doped with boron on the side printed with the boron paste, whereas the wafer side or surface, which is not printed with boron paste, is diffused with phosphorus and doped. The phosphorus diffusion is in this case with the help of
Phosphorylchloriddampf erzielt, welcher, transportiert durch einen Strom inerten Gases, in die heiße Ofenatmosphäre eingetragen wird. Infolge der im Ofen vorherrschenden hohen Temperatur und des gleichzeitig in der Ofenatmosphäre vorhandenen Sauerstoffs, wird das Phosphorylchlorid zu Phosphorpentoxid verbrannt. Das Phosphorpentoxid schlägt sich in Verbindung mit einem sich auf der Waferoberfläche aufgrund des in der Ofenatmosphäre vorhandenen Sauerstoffs bildenden Siliziumdioxids nieder. Die Mischung aus dem Siliziumdioxid mit dem Phosphorpentoxid wird auch als PSG-Glass bezeichnet. Aus dem PSG-Glass auf der Phosphorylchloriddampf achieved, which, transported by a stream of inert gas, is introduced into the hot furnace atmosphere. Due to the high temperature prevailing in the oven and at the same time in the oven Oxygen furnace atmosphere, the phosphoryl chloride is burned to phosphorus pentoxide. The phosphorus pentoxide precipitates in conjunction with a silicon dioxide forming on the wafer surface due to the presence of oxygen in the furnace atmosphere. The mixture of the silicon dioxide with the phosphorus pentoxide is also referred to as PSG glass. From the PSG glass on the
Oberfläche erfolgt die Dotierung des Siliziumwafers. Auf Surface doping of the silicon wafer takes place. On
Oberflächenbereichen, auf weichen bereits Borpaste vorhanden ist, kann sich ein PSG-Glass nur auf der Oberfläche der Borpaste bilden. Wenn die Borpaste als Diffusionsbarriere gegenüber Phosphor wirkt, dann kann an solchen Stellen, auf weichen bereits Borpaste vorhanden ist, keine Surface areas on which soft Boron paste is already present, a PSG glass can form only on the surface of the boron paste. If the boron paste acts as a diffusion barrier to phosphorus, then at those points where the boron paste is already present, there can be none
Phosphordiffusion erfolgen, sondern nur eine von Born selbst, welches aus der Pastenschicht in den Siliziumwafer eindiffundiert. Diese Art der Co- Diffusion kann in verschiedenen Ausführungsformen durchgeführt werden. Prinzipiell kann das Phosphorylchlorid zu Beginn des Diffusionsprozesses in dem Ofen verbrannt werden. Unter Prozessbeginn versteht man bei der industriellen Herstellung von Solarzellen im Regelfall einen Phosphorus diffusion takes place, but only one of Born itself, which diffuses from the paste layer in the silicon wafer. This type of co-diffusion can be carried out in various embodiments. In principle, the phosphoryl chloride can be burned in the furnace at the beginning of the diffusion process. At the beginning of the process, one generally understands one in the industrial production of solar cells
Temperaturbereich zwischen 600 °C und 800 °C, in welchem die zu diffundierenden Wafer in den Diffusionsofen eingefahren werden können. Weiterhin kann es während des Aufheizens des Ofens auf die gewünschte Prozesstemperatur in dem Ofenraum verbrannt werden. Das Einbringen von Phosphorylchlorid kann demgemäß auch während des Haltens der Plateautemperatur, als auch während des Abkühlens des Ofens oder vielleicht auch nach dem Erreichen einer zweiten Plateautemperatur, welche höher und/oder auch niedriger als die erste Plateautemperatur sein kann, in den Ofen eingebracht werden. Von den zuvor genannten Temperature range between 600 ° C and 800 ° C, in which the wafers to be diffused can be retracted into the diffusion furnace. Furthermore, it can be burned during the heating of the furnace to the desired process temperature in the furnace chamber. Accordingly, the introduction of phosphoryl chloride may also be introduced into the furnace during the holding of the plateau temperature, as well as during the cooling of the furnace, or perhaps after reaching a second plateau temperature, which may be higher and / or lower than the first plateau temperature. Of the aforementioned
Möglichkeiten können, je nach den jeweiligen Erfordernissen, auch beliebige Kombinationen der Phasen des möglichen Eintragens von Phosphorylchlorid in den Diffusionsofen vorgenommen werden. Einige dieser Möglichkeiten sind skizziert. In Figur 6 ist die Möglichkeit der Verwendung einer zweiten Plateautemperatur nicht dargestellt. Possibilities can, depending on the particular requirements, also any combinations of the phases of the possible entry of phosphoryl chloride are made in the diffusion furnace. Some of these options are outlined. In Figure 6, the possibility of using a second plateau temperature is not shown.
Die mit der Borpaste bedruckten Wafer werden wie dargestellt einem Co- Diffusionprozess unterworfen, bei welchem der Eintrag des The wafers printed with the boron paste are subjected to a co-diffusion process, as shown, in which the entry of the
Phosphorylchlorids in den Diffusionsofen vor dem Erreichen der Phosphoryl chloride in the diffusion furnace before reaching the
Plateautemperatur erfolgt, welche zum Erzielen einer Bordiffusion notwendig ist, in diesem Fall 950 °C. Während der Diffusion sind die Wafer in dem Prozessboot paarweise dergestalt angeordnet, dass deren mit Borpaste bedruckten Seiten jeweils zueinander zeigen. Es wird jeweils ein Wafer in einem Schlitz des Prozessbootes aufgenommen. Der nominelle Abstand zwischen den Substraten beträgt damit etwa 2,5 mm. Im Plateau temperature takes place, which to achieve a boron diffusion necessary, in this case 950 ° C. During diffusion, the wafers in the process boat are arranged in pairs in such a way that their sides printed with boron paste are in each case facing one another. In each case, a wafer is received in a slot of the process boat. The nominal distance between the substrates is thus about 2.5 mm. in the
Anschluss an die Diffusion werden die Wafer einer Glasätze in verdünnter Flusssäure unterworfen und anschließend werden deren  Following the diffusion, the wafers are subjected to glass etching in dilute hydrofluoric acid and then their
Schichtwiderstände mittels Vierpunktmessung gemessen. Die mit der Borpaste diffundierte Seite des Wafers verfügt über einen Sheet resistances measured by four-point measurement. The side of the wafer diffused with the boron paste has one
Schichtwiderstand von 41 Ω/D, während die der mit der Borpaste bedruckten gegenüberliegende Seite des Wafers einen Schichtwiderstand von 68 Ω/D besitzt. Mit Hilfe eines p-n-Testers wird nachgewiesen, dass die Seite, welche über einen Schichtwiderstand von 41 Ω/D verfügt ausschließlich p-, also mit Bor, dotiert ist, wohingegen die Sheet resistance of 41 Ω / D, while that of the printed with the boron paste opposite side of the wafer has a sheet resistance of 68 Ω / D. With the aid of a p-n tester, it is shown that the side, which has a layer resistance of 41 Ω / D, is doped exclusively with p-, ie with boron, whereas the
gegenüberliegende Seite, die über einen Schichtwiderstand von 68 Ω/D verfügt, ausschließlich n-, also mit Phosphor dotiert ist. Zwischen den Schichtwiderständen auf den alkalisch glanzgeätzten Wafern und jenen, bei denen die alkalische Textur einseitig sauer nachpoliert wurde, besteht kein grundlegender Unterschied - sowohl auf der mit Phosphor, als auch auf der mit Bor dotierten Waferseite. opposite side, which has a sheet resistance of 68 Ω / D, only n, that is doped with phosphorus. There is no fundamental difference between the sheet resistances on the alkaline-gloss-etched wafers and those in which the alkaline texture was acid-repolished on one side, both on the phosphor side and on the boron-doped wafer side.
Figur 6 zeigt eine mikroskopische Aufnahme einer mit einer Dotierpaste gemäß des Beispiels 5 siebgedruckten und getrockneten Linie. FIG. 6 shows a micrograph of a line screen printed and dried with a doping paste according to Example 5.
Figur 7 zeigt eine Anordnung von Wafern in einem Prozessboot während eines Co-Diffusionsprozesses. Die mit Borpaste bedruckten FIG. 7 shows an arrangement of wafers in a process boat during a co-diffusion process. The printed with Borpaste
Waferoberflächen sind gegenüberliegend. Wafer surfaces are opposite.
Beispiel 6: Example 6:
In einem Glaskolben werden in 50,2 g 1 ,4-Dioxan, 6, 16 g  In a glass flask are in 50.2 g of 1, 4-dioxane, 6, 16 g
Dimethoxydimethylsilan, 30,13 g Aluminiumdiisopropylatacetessigester- chelat und 8,41 g Tetraacetoxydiborat gelöst und suspendiert. Die Dimethoxydimethylsilane, 30.13 g Aluminiumdiisopropylatacetessigester- chelate and 8.41 g Tetraacetoxydiborat dissolved and suspended. The
Reaktionsmischung wird in einem Ölbad auf 80 °C erwärmt und für die Dauer von 8 Stunden bis 60 Stunden refluxiert. Während der Reaktion verfärbt sich die transparente Mischung von farblos zu gelb-orange. Nach dem Beenden der Reaktion wird die Reaktionsmischung am Reaction mixture is heated in an oil bath to 80 ° C and for the Refluxed for 8 hours to 60 hours. During the reaction, the transparent mixture turns from colorless to yellow-orange. After completion of the reaction, the reaction mixture is at
Rotationsverdampfer behandelt und zur Trockne eingeengt. Der  Rotary evaporator treated and concentrated to dryness. Of the
Destillationsverlust beträgt 60,02 g. 10 g des Rückstandes werden in 35,9 g Diethylenglycoletherdibenzoat gelöst und anschließend mit 34,7 g Butoxyethoxyethylacetat und 5 g Triethylorthoformiat verdünnt. Die Lösung wird anschließend auf 90 °C erwärmt und mit 8,5 g ERLC-Wachs (ein0 Triglycerid mit Kettenlängen der beinhalteten Fettsäuren von C18 bis C36) versetzt und in der Mischung aufgelöst. Die Lösung wird unter intensivem Rühren abkühlen lassen. Während des Abkühlens scheidet sich ein Teil des Wachses aus der Lösung aus und wird in der Mischung emulgiert. Es entsteht eine strukturviskose, viskoelastische Paste (dynamische Viskosität von 1 1 ,2 Pa*s bei einer Scherrate von 25 1/s und einer Temperatur von 23 °C), die sich unter den im Rahmen der zuvor skizzierten Beispiele genannten Druckparametern sehr gut auf glanzgeätzte Distillation loss is 60.02 g. 10 g of the residue are dissolved in 35.9 g Diethylenglycoletherdibenzoat and then diluted with 34.7 g Butoxyethoxyethylacetat and 5 g Triethylorthoformiat. The solution is then heated to 90 ° C and treated with 8.5 g of ERLC wax (one triglyceride having chain lengths of the fatty acids included from C18 to C36) and dissolved in the mixture. The solution is allowed to cool with vigorous stirring. During cooling, part of the wax separates from the solution and is emulsified in the mixture. The result is a structurally viscous, viscoelastic paste (dynamic viscosity of 1 1, 2 Pa * s at a shear rate of 25 1 / s and a temperature of 23 ° C), which is very well under the pressure parameters mentioned in the above examples glanzgeätzte
Siliziumwaferoberflächen verdrucken lässt. Die Paste wird mit Hilfe eines0  Silicon wafer surfaces can be printed. The paste is made with the help of a0
Siebdruckers unter Verwendung eines Trampolinsiebs mit  Screen printer using a trampoline sieve with
Edelstahlgewebe (400 mesh, 18 pm Drahtdurchmesser, kalandriertes, 8 - 12 Emulsion über dem Gewebe) auf alkalisch glanzgeätzten Wafern, unter Anwendung der folgenden Druckparameter verdruckt: Stainless steel mesh (400 mesh, 18 μm wire diameter, calendered, 8-12 emulsion over tissue) on alkaline gloss etched wafers, printed using the following printing parameters:
5 einem Siebabsprung von 2 mm, 5 a sieve jump of 2 mm,
einer Druckgeschwindigkeit von 200 mm/s,  a printing speed of 200 mm / s,
einer Flutgeschwindigkeit von ebenfalls 200 mm/s,  a flood speed of likewise 200 mm / s,
einem Rakeldruck von 60 N während des Druckvorganges und einemQ Rakeldruck von 20 N während des Flutens, sowie unter Verwendung einer Carbonfaserrakel mit Polyurethangummi der Shorehärte von 65 °.  a squeegee pressure of 60 N during printing and a squeegee pressure of 20 N during flooding, and using a carbon fiber squeegee with polyurethane rubber of Shore hardness of 65 °.
Die bedruckten Wafer werden anschließend in einem auf 400 °C  The printed wafers are then heated to 400 ° C
erwärmten Durchlaufofen getrocknet. Die Bandgeschwindigkeit beträgt 90 cm/s. Die Länge der Heizzonen beträgt 3 m. Der Pastenübertrag beträgt 1 , 15 mg/cm2. Figur 8 zeigt die mikroskopische Aufnahme einer mit einer Dotierpaste gemäß des Beispiels 6 siebgedruckten, und getrockneten Linie. heated continuous furnace dried. The belt speed is 90 cm / s. The length of the heating zones is 3 m. The paste transfer is 1.15 mg / cm 2 . FIG. 8 shows the micrograph of a line screen-printed with a doping paste according to Example 6, and dried.

Claims

P A T E N T A N S P R Ü C H E P A T E N T A N S P R E C H E
Druckbare Hybridgele auf Basis von Precursoren anorganischer Oxide, welche mittels eines geeigneten Druckverfahrens auf Printable hybrid gels based on precursors of inorganic oxides, which by means of a suitable printing method
Siliziumoberflächen zum Zwecke der lokalen und/oder ganzflächigen, einseitigen Diffusion und Dotierung zur Herstellung von Solarzellen, selektiv oder ganzflächig auf Oberflächen des Substrats aufgedruckt, angetrocknet und anschließend mittels eines geeigneten Silicon surfaces for the purpose of local and / or full-surface, one-sided diffusion and doping for the production of solar cells, selectively or over the entire surface printed on surfaces of the substrate, dried and then by means of a suitable
Hochtemperaturprozesses zur Abgabe des in der aufgedruckten Schicht enthaltenen Boroxidprecursors an das unter darunter befindliche High-temperature process for delivering the Boroxidprecursors contained in the printed layer to the underlying underneath
Substrat zur gezielten Dotierung des Substrates selbst gebracht werden. Substrate for targeted doping of the substrate itself be brought.
Druckbare, pastenförmige Hybridgele gemäß Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass es sich um Zusammensetzungen auf Basis von Precursoren des Siliziumdioxids, Aluminiumoxids und Boroxids handelt. Printable paste-like hybrid gels according to claim 1, characterized in that they are compositions based on precursors of silicon dioxide, aluminum oxide and boron oxide.
Hybridgele gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass es sich um Zusammensetzungen auf Basis von Precursoren des Hybrid gels according to claim 1 or 2, characterized in that they are compositions based on precursors of the
Siliziumdioxids, Aluminiumoxids und Boroxids handelt, die im Gemisch eingesetzt werden. Silica, alumina and boron oxide is used in the mixture.
Druckbare, pastenförmige Hybridgele gemäß der Ansprüche 1 , 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass sie auf Basis von Precursoren des Siliziumdioxids, ausgewählt aus der Gruppe der Printable, pasty hybrid gels according to claims 1, 2 or 3, characterized in that they are based on precursors of the silicon dioxide selected from the group of
ein- bis vierfach symmetrisch und asymmetrisch substituierte Carboxy-, Alkoxy- und Alkoxyalkylsilane, insbesondere Alkylalkoxysilane, in welchen das zentrale Siliziumatom einen Substitutionsgrad von 1 bis 4 mit mindestens einem direkt an das Siliziumatom gebundene mono- to quadruple symmetrical and asymmetrically substituted carboxy, alkoxy and alkoxyalkylsilanes, in particular alkylalkoxysilanes, in which the central silicon atom has a degree of substitution of 1 to 4 with at least one directly bonded to the silicon atom
Wasserstoffatom aufweisen kann, und wobei sich weiterhin ein May have hydrogen atom, and further wherein a
Substitutionsgrad auf die Anzahl möglicher vorhandener Carboxy- und/oder Alkoxygruppen bezieht, welche sowohl bei Alkyl- und/oder Alkoxy- und/oder Carboxygruppen einzelne oder verschiedene Degree of substitution refers to the number of possible existing carboxy and / or alkoxy groups, which are single or different in both alkyl and / or alkoxy and / or carboxy
gesättigte, ungesättigte verzweigte, unverzweigte aliphatische, alicyclische und aromatische Reste aufweisen, die wiederum an beliebiger Position des Alkyl, Alkoxid oder des Carboxyrestes durch Heteroatome, ausgewählt aus der Gruppe O, N, S, Cl und Br funktionalisiert sein können, sowie Mischungen dieser Precursoren erhalten worden sind. having saturated, unsaturated branched, unbranched aliphatic, alicyclic and aromatic radicals, which in turn may be attached to any position of the alkyl, alkoxide or carboxy radical by heteroatoms selected from the group consisting of O, N, S, Cl and Br may be functionalized, and mixtures of these precursors have been obtained.
Druckbare, pastenförmige Hybridgele gemäß der Ansprüche 1 , 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass sie auf Basis von Precursoren des Siliziumdioxids, ausgewählt aus der Gruppe Tetraethylorthosilicat, Triethoxysilan, Ethoxytrimethylsilan, Dimethyldimethoxysilan, Printable, pasty hybrid gels according to claims 1, 2 or 3, characterized in that they are based on precursors of the silicon dioxide selected from the group consisting of tetraethyl orthosilicate, triethoxysilane, ethoxytrimethylsilane, dimethyldimethoxysilane,
Dimethyldiethoxysilan, Triethoxyvinylsilan, Bis[triethoxysilyl]ethan und Bis[diethoxymethylsilyl]ethan, sowie deren Mischungen erhalten worden sind. Dimethyldiethoxysilane, triethoxyvinylsilane, bis [triethoxysilyl] ethane and bis [diethoxymethylsilyl] ethane, and mixtures thereof have been obtained.
Druckbare, pastenförmige Hybridgele gemäß der Ansprüche 1 , 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass sie auf Basis von Precursoren des Aluminiumoxids, ausgewählt aus der Gruppe der Printable, pasty hybrid gels according to claims 1, 2 or 3, characterized in that they are based on precursors of the alumina selected from the group of
symmetrisch und asymmetrisch substituierte Aluminiumalkoholate (-alkoxide), Aluminium-tris(-ß-diketone), Aluminium-tris(-ß-ketoester), Aluminiumseifen, Aluminiumcarboxylate, sowie deren Mischungen erhalten worden sind. symmetrically and asymmetrically substituted aluminum alcoholates (alkoxides), aluminum tris (β-diketones), aluminum tris (β-ketoesters), aluminum soaps, aluminum carboxylates, and mixtures thereof have been obtained.
Druckbare, pastenförmige Hybridgele gemäß der Ansprüche 1 , 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass sie auf Basis von Precursoren des Aluminiumoxids, ausgewählt aus der Gruppe Aluminiumtriethanolat, Aluminiumtrisopropylat, Aluminiumtri-sec-butylat, Aluminiumtributylat, Aluminiumtriamylat und Aluminiumtri-iso-pentanolat, Printable paste-like hybrid gels according to claims 1, 2 or 3, characterized in that they are based on precursors of the aluminum oxide selected from the group of aluminum triethanolate, aluminum trisopropylate, aluminum tri-sec-butylate, aluminum tributylate, aluminum triamylate and aluminum tri-iso-pentoxide,
Aluminiumacetylacetonat oder Aluminium-tris(1 , 3-cyclohexandionate), Aluminium-monoacetylacetonat-monoalkoholat, Aluminium-tris- (hydroxychinolate), mono- und dibasisches Aluminiumstearat und Aluminum acetylacetonate or aluminum tris (1,3-cyclohexanedionates), aluminum monoacetylacetonate monoalcoholate, aluminum tris- (hydroxyquinolates), mono- and dibasic aluminum stearate and
Aluminiumtristearat, Aluminiumacetat, Aluminiumtriacetat, basisches Aluminiumformat, Aluminiumtriformat und Aluminiumtrioctoat, Aluminum tristearate, aluminum acetate, aluminum triacetate, basic aluminum format, aluminum triformate and aluminum trioctoate,
Aluminiumhydroxid, Aluminiummetahydroxid und Aluminiumtrichlorid, sowie deren Mischungen erhalten worden sind. Aluminum hydroxide, Aluminiummetahydroxid and aluminum trichloride, and mixtures thereof have been obtained.
Druckbare, pastenförmige Hybridgele gemäß der Ansprüche 1 , 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass sie auf Basis von Precursoren des Boroxids, ausgewählt aus der Gruppe der Borsäurealkylester, Printable, pasty hybrid gels according to claims 1, 2 or 3, characterized in that they are based on precursors of the boron oxide selected from the group of boric acid alkyl esters,
Borsäureester der funktionalisierten , 2-Glykole, Borsäureester der Alkanolamine, gemischten Anhydride aus Borsäure und Carbonsäuren, sowie deren Mischungen erhalten worden sind. Boric acid esters of functionalized, 2-glycols, boric acid ester of Alkanolamines, mixed anhydrides of boric acid and carboxylic acids, and mixtures thereof have been obtained.
9. Druckbare, pastenförmige Hybridgele gemäß der Ansprüche 1 , 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass sie auf Basis von Precursoren des 9. Printable, pasty hybrid gels according to claims 1, 2 or 3, characterized in that they are based on precursors of
Boroxids, ausgewählt aus der Gruppe Boroxid, Diboroxid, Triethylborat, Trisopropylborat, Borsäureglykolester, Borsäureethylenglykolester, Borsäureglycerinester, Borsäureester der 2, 3-Dihydroxbernsteinsäure, Tetracetoxydiborat, und Borsäureester der Alkanolamine Ethanolamin, Diethanolamin, Triethanolamin, Propanolamin, Dipropanolamin und Boroxids, selected from the group boron oxide, diboroxide, triethyl borate, trisopropyl borate, Borsäureglykolester, Borsäureethylenglykolester, Borsäureglycerinester, boric acid esters of 2,3-Dihydroxbernsteinsäure, Tetracetoxydiborat, and boric acid esters of alkanolamines ethanolamine, diethanolamine, triethanolamine, propanolamine, dipropanolamine and
Tripropanolamin erhalten worden sind. Tripropanolamine have been obtained.
10. Druckbare, pastenförmige Hybridgele gemäß der Ansprüche 1 , 2 oder 3, erhältlich indem Precursoren der Ansprüche 4 bis 9 unter wasserhaltigen oder wasserfreien Bedingungen mit Hilfe der Sol-Gel-Technik entweder simultan oder sequentiell zu partieller oder vollständiger intra- und/oder interspeziärer Kondensation gebracht werden, wodurch lagerungsstabile, sehr gut druckbare und druckstabile Formulierungen einer Viskosität > 500 mPa*s gebildet werden. 10. Printable, pasty hybrid gels according to claims 1, 2 or 3, obtainable by precursors of claims 4 to 9 under aqueous or anhydrous conditions using the sol-gel technique either simultaneously or sequentially to partial or complete intra- and / or interspecific Condensation are brought to storage-stable, very good printable and pressure-stable formulations of viscosity> 500 mPa * s are formed.
11. Druckbare, pastenförmige Hybridgele gemäß Anspruch 10, erhältlich durch Entfernen dass flüchtiger Reaktionshilfsmittel und Nebenprodukte während der Kondensationsreaktion. 11. Printable, pasty hybrid gels according to claim 10, obtainable by removing the volatile reaction auxiliary and by-products during the condensation reaction.
12. Druckbare, pastenförmige Hybridgele gemäß Anspruch 10 oder 11 , 12. Printable, pasty hybrid gels according to claim 10 or 11,
erhältlich durch Einstellung der Precursor-Konzentrationen, des Wasser- und Katalysatorgehalts, sowie der Reaktionstemperatur und -zeit.  obtainable by adjusting the precursor concentrations, the water and catalyst content, and the reaction temperature and time.
13. Druckbare, pastenförmige Hybridgele gemäß einem oder mehreren der Ansprüche 10 bis 12, erhältlich durch gezielte Zugabe von 13. Printable, pasty hybrid gels according to one or more of claims 10 to 12, obtainable by targeted addition of
kondensationskontrollierenden Agentien, in Form von Komplex- und/oder Chelatbildnern, verschiedenen Lösungsmitteln in festgelegten Mengen bezogen auf das Gesamtvolumen, wodurch der Gelierungsgrad der entstehenden Hybridsole und -gele gezielt gesteuert wird. condensation control agents, in the form of complex and / or chelating agents, various solvents in fixed amounts based on the total volume, whereby the degree of gelation of the resulting hybrid sols and gels is controlled in a targeted manner.
14. Druckbare, pastenförmige Hybridgele gemäß einem oder mehreren der Ansprüche 10 bis 13, enthaltend Wachsen und/oder wachsartige Verbindungen in einer Menge von bis zu 25 % bezogen auf die 14. Printable, pasty hybrid gels according to one or more of claims 10 to 13, containing waxes and / or waxy compounds in an amount of up to 25% based on the
Gesamtmenge der Zusammensetzung zur Einstellung der pastösen und strukturviskosen Eigenschaften, wobei die Wachse und wachsartigen Total amount of composition for adjusting pasty and pseudoplastic properties, waxes and waxy
Verbindungen, ausgewählt aus der Gruppe Bienenwachs, Compounds selected from the group of beeswax,
Synchrowachs, Lanolin, Carnaubawachs, Jojoba, Japanwachs,  Synchrowax, Lanolin, Carnauba Wax, Jojoba, Japan Wax,
Fettsäuren und Fettalkohole, Fettglykolen, Estern aus Fettsäuren und Fettalkoholen, Fettaldehyde, Fettketone und Fett-ß-diketone und deren Mischungen, wobei die zuvor genannten Substanzklassen jeweils verzweigte und unverzweigte Kohlenstoffketten mit Kettenlängen größer oder gleich zwölf Kohlenstoffatomen enthalten sollen,  Fatty acids and fatty alcohols, fatty glycols, esters of fatty acids and fatty alcohols, fatty aldehydes, fatty ketones and fatty ß-diketones and mixtures thereof, wherein the aforementioned substance classes each contain branched and unbranched carbon chains with chain lengths greater than or equal to twelve carbon atoms,
die einphasig und/oder zweiphasig, emulgierend oder suspendierend, verdickend wirken.  the one-phase and / or two-phase, emulsifying or suspending, thickening act.
15. Verwendung der druckbaren, pastenförmigen Hybridgele gemäß einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 14 in einem Verfahren zur 15. Use of the printable, pasty hybrid gels according to one or more of claims 1 to 14 in a method for
Herstellung von Solarzellen, worin diese mittels Siebdruckverfahren auf Siliziumoberflächen zum Zwecke der lokalen und/oder ganzflächigen, einseitigen Diffusion und Dotierung bei der Herstellung von Solarzellen aufgedruckt, angetrocknet und anschließend mittels eines geeigneten Hochtemperaturprozesses zur Abgabe des in dem Gel enthaltenen Boroxidprecursors an das unter dem Hybridgel befindliche Substrat zur gezielten Dotierung des Substrates selbst gebracht werden.  Preparation of solar cells, wherein these are printed by means of screen printing on silicon surfaces for the purpose of local and / or full-area, one-sided diffusion and doping in the production of solar cells, dried and then by means of a suitable high-temperature process for delivering the Boroxidprecursors contained in the gel to that under the hybrid gel located substrate for targeted doping of the substrate itself be brought.
16. Verwendung der druckbaren, pastenförmigen Hybridgele gemäß einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 14 in einem Verfahren gemäß Anspruch 14 zur Herstellung von hocheffizienten strukturiert dotierten Solarzellen. 16. Use of the printable, pastelike hybrid gels according to one or more of claims 1 to 14 in a method according to claim 14 for the production of highly efficient structured doped solar cells.
17. Verwendung der druckbaren, pastenförmigen Hybridgele gemäß einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 14 zur Bearbeitung von 17. Use of the printable, pastelike hybrid gels according to one or more of claims 1 to 14 for the processing of
Siliziumwafern für photovoltaische, mikroelektronische,  Silicon wafers for photovoltaic, microelectronic,
mikromechanische und mikrooptische Applikationen. micromechanical and micro-optical applications.
18. Verwendung der druckbaren, pastenförmigen Hybridgele gemäß einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 14 zur Herstellung von PERC-, PERL-, PERT-, IBC-Solarzellen und weiterer, wobei die Solarzellen weitere Architekturmerkmale, wie MWT, EWT, Selektiver Emitter, Selektives Front Surface Field, Selektives Back Surface Field und18. Use of the printable paste hybrid gels according to one or more of claims 1 to 14 for the production of PERC, PERL, PERT, IBC solar cells and others, wherein the solar cells further architectural features, such as MWT, EWT, selective emitter, Selective Front Surface Field, Selective Back Surface Field and
Bifacialität aufweisen. Have bifaciality.
19. Verwendung der druckbaren, pastenförmigen Hybridgele gemäß einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 14 zur Herstellung einer griff- und abriebfesten Schicht auf Siliziumwafern, indem das auf der Oberfläche verdruckte Hybridgel in einem Temperaturbereich zwischen 50 °C und 750 °C, bevorzugt zwischen 50 °C und 500 °C, besonders bevorzugt zwischen 50 °C und 400 °C, unter Anwendung von einem oder mehreren, sequentiell durchzuführenden Temperschritten, 19. Use of the printable, pastelike hybrid gels according to one or more of claims 1 to 14 for producing a grip and abrasion resistant layer on silicon wafers by the hybrid gel printed on the surface in a temperature range between 50 ° C and 750 ° C, preferably between 50 ° C and 500 ° C, more preferably between 50 ° C and 400 ° C, using one or more, to be carried out sequentially Temperschritten,
gegebenenfalls Temperung mittels einer Stufenfunktion, und/oder einer optionally heat treatment by means of a step function, and / or a
Temper-Rampe, angetrocknet und zur Verglasung verdichtet wird, wodurch sich griff- und abriebfeste Schichten mit einer Dicke von bis zu 500 nm bilden. 20. Verwendung gemäß Anspruch 19 zur Beeinflussung der Leitfähigkeit des Substrats, indem aus den auf den Oberflächen verglasten Schichten durch Wärmebehandlung bei einer Temperatur im Bereich zwischen 750 °C und 1100 °C, bevorzugt zwischen 850 °C und 1100 °C, besonders bevorzugt zwischen 850 °C und 1000 °C, siliziumdotierende Boratome abgegeben werden. Temper ramp, dried and compacted for glazing, which forms grip and abrasion resistant layers with a thickness of up to 500 nm. 20. Use according to claim 19 for influencing the conductivity of the substrate by heating from the vitrified on the surfaces by heat treatment at a temperature in the range between 750 ° C and 1100 ° C, preferably between 850 ° C and 1100 ° C, more preferably between 850 ° C and 1000 ° C, silicon doping boron atoms are delivered.
21. Verwendung der druckbaren, pastenförmigen Hybridgele gemäß einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 14 zur Dotierung eines bedruckten Substrats durch geeignete Temperaturbehandlung, wobei simultan und/oder sequentiell eine Dotierung der unbedruckten 21. Use of the printable, pastelike hybrid gels according to one or more of claims 1 to 14 for doping a printed substrate by suitable temperature treatment, wherein simultaneously and / or sequentially doping of the unprinted
Siliziumwaferoberflächen mit Dotanden der entgegengesetzten Polarität mittels konventioneller Gasphasendiffusion induziert wird und wobei das aufgedruckte Hybridgel gegenüber den Dotanden der  Silicon wafer surfaces with dopants of the opposite polarity is induced by conventional gas phase diffusion and wherein the printed hybrid gel against the dopants of the
entgegengesetzten Polarität als Diffusionsbarriere wirkt. opposite polarity acts as a diffusion barrier.
22. Verfahren zur Dotierung von Siliziumwafern, dadurch gekennzeichnet, dass 22. A method for doping silicon wafers, characterized in that
a) Siliziumwafer mit den pastenförmigen Hybridgelen gemäß einem oder mehreren der Ansprüche 1 - 14 lokal ein- oder beidseitig oder einseitig ganzflächig bedruckt werden, das aufgedruckte Gel angetrocknet, verdichtet und anschließend einer nachträglichen Gasphasendiffusion mit beispielsweise Phosphorylchlorid ausgesetzt werden, wodurch p-Typ Dotierungen in den bedruckten Bereichen erhalten werden und n-Typ Dotierungen in den Bereichen, die ausschließlich der Gasphasendiffusion ausgesetzt sind,  a) silicon wafers with the paste-like hybrid gels according to one or more of claims 1-14 locally on one or both sides or on one side over the entire surface are printed, the printed gel dried, compacted and then exposed to a subsequent gas phase diffusion with, for example, phosphoryl chloride, whereby p-type dopants in the printed areas and n-type dopants in the areas exposed exclusively to gas-phase diffusion,
oder b) auf dem Siliziumwafer großflächig, pastenförmiges Hybridgel gemäß einem oder mehreren der Ansprüche 1 - 14 aufgedruckt und/oder verdichtet wird und aus der getrockneten und/oder verdichteten Paste mit Hilfe von Laserbestrahlung, die lokale Dotierung des darunter liegenden Substratmaterials initiiert, gefolgt von einer  or b) printed on the silicon wafer over a large area, paste-like hybrid gel according to one or more of claims 1-14 and / or compressed and initiated from the dried and / or compacted paste by means of laser irradiation, the local doping of the underlying substrate material, followed by one
Hochtemperaturdiffusion und -dotierung zur Herstellung von zweistufigen p-Typ Dotierniveaus im Silizium,  High-temperature diffusion and doping for the production of two-stage p-type doping levels in silicon,
oder c) der Siliziumwafer lokal einseitig mit dem pastenförmigen Hybridgel, bedruckt wird, wobei die strukturierte Deponierung gegebenenfalls alternierende Linien aufweisen kann, die gedruckten Strukturen angetrocknet und verdichtet sowie nachträglich ganzflächig mit Hilfe von PVD- und/oder CVD-deponierten dotierten Gläsern, die in Silizium eine Dotierung entgegengesetzter Polarität induzieren können, beschichtet und verkapselt werden, und die überlappende  or c) the silicon wafer is locally printed on one side with the paste-like hybrid gel, wherein the structured landfill may optionally have alternating lines, the printed structures dried and compacted and subsequently over the entire surface with the aid of PVD and / or CVD-deposited doped glasses, which in Silicon can induce doping of opposite polarity, be coated and encapsulated, and the overlapping
Gesamtstruktur durch geeignete Hochtemperaturbehandlung zur strukturierten Dotierung des Siliziumwafers gebracht wird, wobei das aufgedruckte Hybridgel gegenüber dem darüber befindlichen Glas und des darin enthaltenen Dotierstoffs als Diffusionsbarriere wirkt.  Overall structure is brought by suitable high temperature treatment for structured doping of the silicon wafer, wherein the printed hybrid gel acts as a diffusion barrier relative to the overlying glass and the dopant contained therein.
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