JP3429768B2 - Metallization method for solar cells made of crystalline silicon - Google Patents
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Description
【発明の詳細な説明】
太陽電池の金属化とは、電流を導出する導電性接点を
太陽電池の前面上及び裏面上に製造もしくは施与するこ
とである。従って金属化は、半導体から電流導出接点中
への電荷担体の支障のない退出が保証されているように
するために、良好なオーム接触を半導体に形成すること
ができなければならない。その上、電流損失を回避する
ために金属化は、十分な導電性を有していなければなら
ず、即ち、高い導電性及び／又は十分に大きな導体路横
断面を有していなければならない。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION Metallization of solar cells is the manufacture or application of conductive contacts that conduct current on the front and back surfaces of the solar cells. The metallization therefore has to be able to form a good ohmic contact in the semiconductor in order to ensure a safe exit of the charge carriers from the semiconductor into the current-delivering contact. Moreover, the metallization must have sufficient conductivity, i.e. high conductivity and / or a sufficiently large conductor track cross section, in order to avoid current losses.
太陽電池裏面の金属化については、上記の必要条件を
満たす多数の方法が存在している。太陽電池の前面もし
くは光の当たる面の金属化に対しては、できるだけ大き
な表面積を光子の捕捉に使用するために、有効半導体表
面のできるだけ僅かな投影を達成することが求められ
る。しかしながら、このことは、より小さな導体路横断
面によってのみ達成することができ、このより小さな導
体路横断面は、必要とされる高い導電性と矛盾する。さ
らに、微細な導体路構造体の場合には、殊に結晶シリコ
ンへの付着の問題が生じうる。For the metallization of the back surface of solar cells, there are numerous methods that fulfill the above requirements. For metallization of the front surface or the light-exposed surface of the solar cell, it is necessary to achieve as little projection as possible of the effective semiconductor surface in order to use as much surface area as possible for trapping photons. However, this can only be achieved with a smaller conductor track cross section, which is inconsistent with the required high electrical conductivity. Furthermore, in the case of fine conductor track structures, in particular adhesion problems to crystalline silicon can occur.
厚膜技術による金属化は、経済的かつ有効な技術であ
る。使用されるペーストは、金属粒子（主として銀）を
含有し、かつこのことによって導電性となっている。該
ペーストは、スクリーン印刷、ステンシル印刷及びパッ
ド印刷によってか又はペースト・ライティング（Pasten
schreiben）によって施与することができる。現在で
は、約80〜100μｍまでの幅の指形の金属化線状物を金
属化することが可能であるスクリーン印刷法が広く普及
している。このグリッド幅の場合において既に、純粋な
金属構造体と比較して、導電性における損失が示され、
この損失は、直列抵抗の場合に、ひいては占積率（Fuel
lfaktor）及び効率において不利に影響を及ぼしうる。
さらに印刷された僅かな導体路幅の場合には、上記の影
響が増強され、それというのも、導体路が方法に応じて
同時により扁平になるからである。この減少された導電
性の本質的な原因は、金属粒子間の非導電性酸化物−な
いしはガラス成分である。その一方で、このガラス成分
は、太陽電池への導体路の付着に必要である。Metallization by thick film technology is an economical and effective technology. The paste used contains metal particles (predominantly silver) and is thereby electrically conductive. The paste may be screen-printed, stencil-printed and pad-printed or by paste-writing (Pasten
schreiben). At present, a screen printing method, which is capable of metallizing a finger-shaped metallized linear object having a width of up to about 80 to 100 μm, is widely used. Already in this grid width case there is a loss in conductivity compared to pure metal structures,
This loss is, in the case of series resistance, therefore the space factor (Fuel
lfaktor) and efficiency can be adversely affected.
Furthermore, in the case of small printed conductor track widths, the above-mentioned effect is intensified, since the conductor tracks simultaneously become flatter depending on the method. The essential cause of this reduced conductivity is the non-conductive oxide-or glass component between the metal particles. On the other hand, this glass component is necessary for the attachment of the conductor track to the solar cell.
前面の接点を製造するための費用のかかる方法の場合
には、レーザー−もしくはフォト技術が導体路構造体の
定義に利用される。金属化を固着した状態でかつ導電性
に要求される厚さで施与するために、しばしば種々の金
属化段階が必要である。従って、未公開のドイツ国特許
出願公開第4311173号明細書（A1）の場合には、湿式化
学的な金属化の場合には、第１の微細な金属化が、パラ
ジウム核を用いて行なわれ、かつ、無電流のニッケル析
出によって固着した状態で補強されることが提案されて
いる。導電性をさらに高めるために、この金属化の上に
無電流もしくは電解により銅が析出され、この銅は、酸
化前に有利に微細な銀−もしくはスズ層で再度保護され
る。In the case of costly methods for manufacturing front contacts, laser- or photo-technology is used to define the conductor track structure. Various metallization steps are often necessary in order to apply the metallization in a fixed and conductively required thickness. Thus, in the case of unpublished German patent application DE 4311173 A1 the first fine metallization is carried out using palladium nuclei in the case of wet chemical metallization. In addition, it is proposed to be reinforced in a fixed state by currentless nickel deposition. To further increase the conductivity, copper is deposited on this metallization by currentless or electrolysis, which copper is preferably protected again before oxidation with a fine silver- or tin layer.
しばしば複数の金属化浴を必要としかつ従って廃棄処
理の観点からも費用のかかる上記方法の欠点は、さら
に、この方法が、例えば印刷された裏面の金属化に多か
れ少なかれ損傷を与える程度に作用しかつ従ってこの裏
面の金属化が特別に保護されることである。The disadvantages of the above processes, which often require multiple metallization baths and are therefore also expensive from the point of view of waste disposal, also act to such an extent that the process more or less damages the metallization of the printed back side, for example. And therefore this backside metallization is particularly protected.
欧州特許出願公開第0542148号明細書から、太陽電池
の前面の金属化のための電極構造体の製法は、公知であ
る。この方法の場合には、先ず電極構造体が厚膜技術に
よって太陽電池体上に得られ、かつ引き続き、銀もしく
は銅の電気析出によって補強される。From EP-A 0 542 148 is known a method for producing an electrode structure for metallizing the front surface of a solar cell. In the case of this method, the electrode structure is first obtained on the solar cell body by thick-film technology and subsequently reinforced by the electrodeposition of silver or copper.
米国特許第4144139号明細書からは、金属ベースを無
電流の、かつ光により促進される、溶液からの金属析出
によって厚みを増す（aufdicken）ことによる、太陽電
池のための前面接点の製法は、公知である。From U.S. Pat. No. 4,144,139, a method of making front contacts for solar cells by aufdickening a metal base by currentless and light-promoted metal deposition from solution is described. It is known.
本発明の課題は、簡単に実施することができ、電気に
よる金属析出を必要とせず、ひいては電気的接触を必要
とせず、かつ前面の金属化及び裏面の金属化のための方
法が相容性であるような金属化の別の方法を提供するこ
とである。この方法によって、100μｍ未満の導体路幅
で十分に導電性でありかつシリコンに良好に付着する接
点が得られるはずである。The subject of the invention is simple to carry out, does not require electrical metal deposition, and thus does not require electrical contact, and is compatible with methods for front side metallization and back side metallization. To provide another method of metallization. This method should provide contacts that are sufficiently conductive and adhere well to silicon with conductor track widths of less than 100 μm.
上記課題は、本発明によれば、
ａ）太陽電池体の前面に隣接してｎ−ドーピングされた
平らな領域を有する結晶シリコンからなる太陽電池体を
用意し、
ｂ）誘電体を前面上に形成し、
b1）溝を有する溝パターンを誘電体中に太陽電池体の内
部に達するまで形成させ、それによって前面金属化のた
めに露出されたシリコンおよび構造体を形成させ、
ｃ）裏面金属化を、有機バインダー、ガラスマトリック
ス及び導電性粒子を含有する導電性ペーストの施与及び
焼付によって得、
d1）溝中で太陽電池体の露出されたシリコンを溝中への
ｎ−ドーピング剤の拡散導入によってドーピングし、
d2）バス構造体を溝の上を横切って、厚膜技術を使用し
て得、この場合このバス構造体は、厚膜構造体であり、
ｅ）銀又は銅から選択された金属を、犠牲電極としての
裏面へ焼き付けられた導電性ペーストを使用しながら、
厚膜構造体の前面上および溝パターンの溝中の露出され
たシリコン上に、光誘導により無電流で析出する、
処理段階を含むことを特徴とする方法によって解決され
る。本発明のさらなる形態は、従属請求項に示されてい
る。SUMMARY OF THE INVENTION According to the present invention, the above object is to provide a) a solar cell body comprising crystalline silicon having an n-doped flat region adjacent to the front surface of the solar cell body, and b) a dielectric on the front surface. Forming, b1) forming a groove pattern with grooves in the dielectric until reaching the interior of the solar cell body, thereby forming exposed silicon and structures for front side metallization, and c) back side metallization. Is obtained by applying and baking an electrically conductive paste containing an organic binder, a glass matrix and electrically conductive particles, and d1) introducing the diffusion of an n-doping agent into the exposed silicon of the solar cell body in the groove. Doped by d2) to obtain a bus structure across the trench using thick film technology, where the bus structure is a thick film structure, e) selected from silver or copper Metal, sacrificial electricity While using the conductive paste baked on the back side as the pole,
Solution is characterized by a process step comprising photocurrent-free deposition on the front surface of the thick film structure and on the exposed silicon in the grooves of the groove pattern. Further forms of the invention are indicated in the dependent claims.
本発明による方法の場合には、裏面接点ならびに前面
接点の製造に、厚膜方法、殊に導電性ペーストを用いた
印刷方法が使用される。同じもしくは類似した金属化方
法によって、公知方法で、両面の金属化は、共通の１つ
の段階で実施することもできるし、時間的に接近して相
互に連続する方法で実施することもできる。本方法によ
って、太陽電池の前面に、導体路幅が明らかに100μｍ
未満であり、かつ、しかしながら十分な導電性を示す金
属化は、得ることができる。公知の厚膜構造体の僅かな
導電性の欠点は、厚膜金属化上への、電気を良好に伝導
する材料の付加的な光誘導される析出によって補償され
る。その上、付加的な金属層の成長によって、印刷され
た厚膜構造体中の不導電性中断は、部分的に「補修」す
ることができる。成長する金属は、このような非導電性
の領域上で合体し、かつこの領域を導電状態で橋渡しす
る。In the case of the method according to the invention, thick-film processes, in particular printing processes with conductive pastes, are used for the production of the back and front contacts. According to the same or similar metallization methods, the metallization of both sides can be carried out in a known manner in one common step or in a time-close manner with respect to one another. By this method, the conductor track width is clearly 100 μm in front of the solar cell.
A metallization of less than, but showing sufficient conductivity, can be obtained. The slight conductivity drawback of the known thick-film structures is compensated by the additional photo-induced deposition of a material that conducts electricity well onto the thick-film metallization. Moreover, the non-conductive interruption in the printed thick film structure can be partially "repaired" by the growth of an additional metal layer. The growing metal coalesces on such non-conductive areas and bridges these areas in a conductive state.
即ち、本方法によって良好な導電性の金属を用いた金
属化の利点（僅かな導体路幅での良好な導電性）は、厚
膜金属化の良好な付着及び簡単な施与と、その欠点を受
け入れることなく結合される。厚膜技術を用いて、例え
ば指形の接点の形で行なうことができる前面金属化の構
造化は、容易な方法で可能である。導電性ペーストのた
めの施与方法によって既に構造は、定義される。適当な
方法は、例えばスクリーン印刷、ステンシル印刷及びパ
ッド印刷又はペースト・ライティングならびに類似の方
法である。Thus, the advantages of metallization with a metal of good conductivity according to the method (good conductivity with a small conductor track width) are the good adhesion and the simple application of thick film metallization and its drawbacks. Be combined without accepting. The structuring of the front metallization, which can be carried out, for example, in the form of finger-shaped contacts, using thick-film technology is possible in a simple manner. The structure is already defined by the application method for the conductive paste. Suitable methods are, for example, screen printing, stencil printing and pad printing or paste writing and similar methods.
金属析出は、光誘導によってかつ無電流によって行な
われる。溶液からの金属イオンの還元に必要とされる電
荷担体（電子）は、光誘導によって、半導体中で電荷担
体対として生じ、pn接合における孔から分離され、かつ
半導体表面に移動する。金属析出は、膜厚金属化によっ
て特殊に行なわれ、この金属析出は、半導体に対して良
好なオーム接触の状態であり、かつ半導体より高い導電
性を示す。金属析出のために、電着から公知である金属
化浴は、使用することができる。金属の化学的な析出に
既に使用されている金属化浴は、同様に適当である。こ
の場合には金属析出は、光による促進により加速される
か、及び／又は比較的低い温度で可能である。このこと
は、殊に、厚膜金属化との不利な相互作用が発生しうる
化学攻撃的な金属化浴の場合には有利である。例えば、
酸化物成分を含有する導電性ペーストは、酸性環境下及
び塩基性環境下で攻撃される可能性があり、このことに
よって導体路の溶解及び電流の中断が生ずる可能性があ
る。Metal deposition is performed by light induction and without current. The charge carriers (electrons) required for the reduction of metal ions from the solution occur by photoinduction as charge carrier pairs in the semiconductor, are separated from the holes at the pn junction and migrate to the semiconductor surface. The metal deposition is specially performed by film thickness metallization, which is in good ohmic contact with the semiconductor and exhibits higher conductivity than the semiconductor. For metal deposition, the metallization baths known from electrodeposition can be used. The metallization baths already used for the chemical deposition of metals are likewise suitable. In this case, metal deposition is accelerated by light enhancement and / or is possible at relatively low temperatures. This is particularly advantageous in the case of chemically aggressive metallization baths, where adverse interactions with thick film metallization can occur. For example,
Conductive pastes containing oxide constituents can be attacked in acidic and basic environments, which can lead to dissolution of the conductor tracks and interruption of the current flow.
光誘導される無電流の金属析出には、半導体の吸収範
囲内での、半導体の電磁波照射が必要である。従ってシ
リコンに対しては、可視光線又は近赤外線が選択され
る。後者の近赤外線は、シリコンの赤色敏感性を利用し
たものであり、かつ電荷担体対が、半導体内部の比較的
深い箇所に生ずる。Photo-induced currentless metal deposition requires electromagnetic wave irradiation of the semiconductor within the semiconductor absorption range. Therefore, visible light or near infrared light is selected for silicon. The latter near-infrared ray utilizes the red sensitivity of silicon, and the charge carrier pair is generated at a relatively deep portion inside the semiconductor.
析出速度にとって決定的なことは、電荷均等のため
の、裏面金属化からの電子の有効性である。この金属化
は、上記処理方法の場合には、いわば犠牲電極（0pfera
node）として使用され、それというのも、この場合には
金属は酸化されかつ溶解するからである。従って、裏面
金属化を過剰に施与することは、有利であり、その結
果、裏面金属化は、裏面接点としての後からのその機能
になお十分に適合する。Critical to the deposition rate is the effectiveness of the electrons from the backside metallization for charge equalization. In the case of the above treatment method, this metallization is, so to speak, a sacrificial electrode (0pfera
node), since in this case the metal is oxidized and dissolved. Therefore, it is advantageous to provide an excess of backside metallization, so that the backside metallization is still well suited to its later functioning as a backside contact.
例えば、金属化浴中に配置された太陽電池が、該太陽
電池の前面から約30cmの間隔で75ワットの白熱電球（タ
ングステンフィラメント）もしくは150ワットの赤外線
灯を用いて露光することで十分である。For example, it is sufficient to expose a solar cell placed in a metallization bath with a 75 watt incandescent lamp (tungsten filament) or a 150 watt infrared lamp at a distance of about 30 cm from the front of the solar cell. .
裏面金属化及び前面金属化に、上記のとおり、導電性
ペーストは、使用することができ、この導電性ペースト
は、１つの段階で一緒に焼き付けることができる（「同
時焼成（cofiring）」）。前面金属化のために導電性接
着剤もしくは導電性ラッカーを厚膜技術で施与すること
も可能である。また導電性接着剤もしくは導電性ラッカ
ーは、導電性を生じさせる金属粒子、殊に銀を含有して
いる。該粒子は、支持体上での接着剤の加工可能性及び
付着を保証する有機マトリックス中に封入されている。
同様にこの場合には最も微細な導電性接着剤構造体は、
光誘導される（無電流の）金属析出によって補強するこ
とができる。For the backside metallization and the frontside metallization, as described above, a conductive paste can be used, which can be baked together in one step (“cofiring”). It is also possible to apply an electrically conductive adhesive or an electrically conductive lacquer by thick film technology for front side metallization. The conductive adhesive or the conductive lacquer also contains metal particles which give rise to conductivity, in particular silver. The particles are encapsulated in an organic matrix which ensures the processability and adhesion of the adhesive on the support.
Similarly in this case the finest conductive adhesive structure is
It can be reinforced by light-induced (currentless) metal deposition.
本発明の別の形態の場合には、前面金属化の定義に、
厚膜技術の他に、なお別の、いわゆる溝技術が使用され
る。このために、誘電体の層が備えられている太陽電池
の前面に微細な溝ないし半導体中に到達する溝が形成さ
れる。さらに、この溝を横切って導電性ペーストの塗布
及び場合によっては焼付が行なわれる。この場合には、
該ペーストが溝に橋渡しすることで十分である。溝を横
切るペーストの塗布の場合には、同様に該溝の壁は、ペ
ーストと多少とも強く接触する。しかしながら、橋渡し
された溝ないしはペーストと溝底部の接触を完全に満足
させることは、必ずしも必要ではない。In another form of the invention, the definition of front side metallization includes:
Besides the thick-film technique, another so-called trench technique is used. For this purpose, fine grooves or grooves reaching into the semiconductor are formed on the front surface of the solar cell provided with the dielectric layer. Further, a conductive paste is applied and optionally baked across the groove. In this case,
It is sufficient for the paste to bridge the grooves. In the case of applying the paste across the groove, the walls of the groove likewise come into more or less strong contact with the paste. However, it is not necessary to completely satisfy the contact between the bridged groove or paste and the groove bottom.
引き続いての無電流の光誘導される金属析出プロセス
の場合には、金属は、厚膜構造体の上ばかりではなく、
直接、溝中で露出された半導体表面の上にも析出する。
この場合には、半導体が溝中で高度にｎ−ドーピングさ
れている場合には、有利である。析出中に、溝中に析出
された金属は、厚膜構造体ないしは厚膜構造体上に析出
した金属層と合体し、かつ従って良好に導電性である結
合を形成する。In the case of the subsequent currentless, light-induced metal deposition process, the metal is not only on top of the thick film structure,
It also deposits directly on the semiconductor surface exposed in the trench.
In this case, it is advantageous if the semiconductor is highly n-doped in the trench. During the deposition, the metal deposited in the trenches merges with the thick film structure or the metal layer deposited on the thick film structure and thus forms a bond that is well conductive.
上記変法を用いて、電流を導出する極めて微細な接点
を前面金属化に対して得ることが可能である。このやや
幅広い厚膜構造体は、電流母線もしくはいわゆるバス構
造体として使用される。良好に接続するバス構造体にお
いて再び、簡単に導電体は、例えば、太いバスの場合に
は小帯状物のロウ付けによって、もしくは狭いバスの場
合には線材のロウ付けによって太陽電池に接続すること
ができる。光誘導される金属析出に有利に使用される銀
は、平滑なシリコン表面上ならびにテクスチャー付けさ
れたシリコン表面上でさえも不十分な付着を示す。これ
に対して銀が平滑な表面上ではなく、溝中に析出する場
合には、付着は、本質的に改善される。ロウ付けされた
導電体によって可能な引張負荷もしくはその他の機械的
負荷は、良好に接着する厚膜構造体のみに作用する。Using the above variant, it is possible to obtain very fine contacts for deriving current for the front metallization. This rather wide thick film structure is used as a current busbar or a so-called bus structure. Once again in a well-connected bus structure, the conductors can simply be connected to the solar cell, for example by brazing of swaths for thick buses or by brazing of wires for narrow buses. You can Silver, which is advantageously used for light-induced metal deposition, exhibits poor adhesion on smooth silicon surfaces as well as on textured silicon surfaces. On the other hand, if the silver is deposited in the grooves rather than on a smooth surface, the adhesion is essentially improved. The tensile or other mechanical loading that is possible with brazed conductors only affects thick film structures that adhere well.
前面金属化の微細構造体のための溝は、レーザー照射
によって得ることができる。微細構造体をフォト技術に
よってフォトレジストで得ること及び溝をフォトレジス
トマスクによってエッチングすることも可能である。同
様に、鋸引、引掻もしくは類似の方法による溝の機械的
な製造も可能である。The grooves for the front metallization microstructures can be obtained by laser irradiation. It is also possible to obtain the microstructure with photoresist by photo technology and to etch the grooves with a photoresist mask. Similarly, mechanical production of the grooves by sawing, scratching or similar methods is possible.
溝中への金属構造体の別の改善された付着は、溝内壁
が金属析出前にテクスチャ・エッチングによって粗面化
される場合には、達成される。このことによって、後か
ら析出される金属構造体と粗面化されたシリコンとの良
好なかみ合わせが得られる。この場合には、特に良好な
かみ合わせは、多結晶シリコン中の溝の場合には達成さ
れる。この場合には、達成されうるテクスチャーは、種
々の結晶配向によって有利に著しく不規則に方向付けさ
れる。Another improved deposition of metal structures into the grooves is achieved if the inner walls of the grooves are roughened by texture etching prior to metal deposition. This provides good interlocking of the subsequently deposited metal structure with the roughened silicon. In this case, particularly good interlocking is achieved in the case of trenches in polycrystalline silicon. In this case, the achievable texture is advantageously significantly irregularly oriented by the various crystallographic orientations.
次に、本発明の３つの実施例を７つの図につき詳説す
る。Next, three embodiments of the present invention will be described in detail with reference to seven figures.
図１〜３は、第１の実施例の異なる処理段階における
太陽電池の概略的な横断面図を示し、
図４は、補強された金属化のSEM写真を示し、かつ図５
〜７は、第２の実施例の異なる処理段階における太陽電
池を斜視図で示す。1 to 3 show schematic cross-sections of solar cells at different processing stages of the first embodiment, FIG. 4 shows SEM pictures of reinforced metallization, and FIG.
7 to 7 show perspective views of a solar cell in different processing stages of the second embodiment.
図1:太陽電池体としてｐ−ベース・ドーピングを示す
結晶もしくは多結晶シリコンからなるウェーハは、使用
される。反射を減少させる改善された、表面の光線入射
寸法を得るために、前面には、結晶配向されたテクスチ
ャー・エッチングを行なうことができる（図１には示さ
れていない）。半導体接合を生じさせるために、リン拡
散は、太陽電池体１の前面上に行なわれ、この場合、扁
平なｎ−ドーピングされた層領域３が生じる。Figure 1: A wafer of crystalline or polycrystalline silicon showing p-base doping is used as a solar cell body. The front surface can be subjected to a crystal-oriented texture etching (not shown in FIG. 1) in order to obtain an improved surface ray-incident dimension that reduces reflections. Phosphorus diffusion is carried out on the front surface of the solar cell body 1 in order to produce a semiconductor junction, in which case a flat n-doped layer region 3 is produced.
太陽電池体の光学的及び電気的性質のさらなる改善の
ために、前面に誘電層４は、形成される。この層は、同
時に不動態化層及び反射防止層として利用される。該層
は、酸化物層SiOx、窒化物層Si3N4、これらの２つの層
からなる組合せ物又は酸化チタン層TiOxとの組合せ物で
あることができる。To further improve the optical and electrical properties of the solar cell body, a dielectric layer 4 is formed on the front surface. This layer simultaneously serves as a passivation layer and an antireflection layer. The layer can be an oxide layer SiO x , a nitride layer Si 3 N 4 , a combination of these two layers or a combination with a titanium oxide layer TiO x .
第１の実施例
裏面金属化の施与：
裏面金属化を、導電性ペーストの形で、上記のペース
ト印刷−もしくは描画方法（Schreibverfahren）によっ
て施与する。ペーストは、焼き尽くし可能な有機バイン
ダーの他に、導電性粒子が封入されているガラスマトリ
ックスを含有している。本例の場合には銀含有ペースト
は、さらにアルミニウムを含有していてもよく、このア
ルミニウムは、ペーストの焼付の際に裏面中に合金導入
するか、もしくは部分的に拡散導入し、この場合には、
オーム接触は改善され、かつこの箇所にp+−ドーピング
された領域が生じる。AlもしくはＢの前もっての施与及
び引き続いての高ドーピングされたp+帯域の拡散導入に
よって、いわゆる「バック・サーフェース・フィールド
（back surface field）」を生じさせることも可能であ
る。Example 1 Application of backside metallization: The backside metallization is applied in the form of a conductive paste by the paste printing or drawing method described above (Schreibverfahren). In addition to an organic binder that can be burned out, the paste contains a glass matrix in which electrically conductive particles are encapsulated. In the case of this example, the silver-containing paste may further contain aluminum, and this aluminum is alloyed or partially diffused into the back surface during baking of the paste. Is
The ohmic contact is improved and a p + -doped region is created at this location. It is also possible to produce a so-called "back surface field" by the prior application of Al or B and the subsequent diffusion introduction of the highly doped p + band.
さらに、アルミニウム含有ペーストは、裏面金属化の
施与前に塗布することができかつ焼き付けることができ
る。場合によっては、アルミニウム含有ペーストの残り
は、焼付後に再度太陽電池体の裏面から除去される。In addition, the aluminum-containing paste can be applied and baked prior to the application of backside metallization. In some cases, the rest of the aluminum-containing paste is removed again from the back surface of the solar cell body after baking.
裏面金属化は、全面的に施与することもできるし、任
意の粗さの格子の形で施与することもできる。The backside metallization can be applied all over or in the form of a grid of arbitrary roughness.
前面金属化の施与：
前面金属化６に、裏面と同じであるが、しかし銀を含
有しない導電性ペーストを使用する。適当な施与方法を
用いて、構造化された前面接点は、施与され、この接点
は、数に応じて多少とも厚い電流母線（バス構造体）か
ら、及びこれを横切って施与された微細構造体接点から
なることができる。Application of front metallization: For front metallization 6, the same conductive paste as the back surface but without silver is used. Using suitable application methods, structured front contacts were applied, which contacts were applied from and across more or less thick current busbars (bus structures) depending on the number. It can consist of microstructure contacts.
印刷された金属化の焼付：（図２）
炉プロセスで、印刷された裏面接点５及び前面接点６
を一緒に焼き付ける。必要とされる温度は、ペースト組
成及び誘電層の厚さに依存するが、しかしながら、通常
は任意に選択することができる。ペースト組成に依存し
て、燃焼は、酸化雰囲気下もしくは酸素を僅かに含む不
活性ガス雰囲気下で行なうことができる。僅かな酸素雰
囲気下での約400℃までの予備燃焼及び引き続いての不
活性ガス雰囲気下ないしは還元性雰囲気下でのより高い
温度での燃焼を伴う二段階の燃焼プロセスもまた可能で
ある。Printed metallization print: (FIG. 2) Printed back contact 5 and front contact 6 in a furnace process
Bake together. The required temperature depends on the paste composition and the thickness of the dielectric layer, but can usually be chosen arbitrarily. Depending on the paste composition, the combustion can be carried out in an oxidizing atmosphere or in an inert gas atmosphere containing a slight amount of oxygen. A two-stage combustion process is also possible, with precombustion up to about 400 ° C. under a slight oxygen atmosphere and subsequent combustion at a higher temperature under an inert gas atmosphere or a reducing atmosphere.
焼付プロセス後に、溝技術の際に、生じた酸化物の除
去のために、希釈された、場合によっては緩衝化され
た、HF溶液中での短い処理が行なわれる。既に空気中の
放置によって、金属析出を妨げる天然酸化物がシリコン
上で成長するため、上記のいわゆるHF−ディップ（HF−
Dip）は、溝技術（溝中の金属化部の配置）の場合に
は、燃焼条件に関係なく原理的に行なわれなければなら
ない。After the baking process, a short treatment in dilute, optionally buffered, HF solution is carried out during the groove technique in order to remove the oxides formed. Already left to stand in air, natural oxides that hinder metal precipitation grow on silicon, so the so-called HF-dip (HF-
In the case of groove technology (arrangement of metallization in the groove), Dip) must in principle be performed regardless of the combustion conditions.
前面の印刷された構造体のみが光誘導により強化され
るプレーナ技術（Planartechnik）の場合には、HF−デ
ィップを不要にすることができる。しかしながら、この
場合にはシアン化物性銀溶液によって、拡大する間隙
は、燃焼条件の場合には可能となり、かつｎ−ドーピン
グは、より弱く選択され、このことによって再結合損失
が減少される。電気パラメータは、シアン化物性溶液か
らの光誘導される短い銀析出によって付加的に、HF−デ
ィップによる場合と同様に改善される。この場合には、
湿度試験の場合に、先行するHF−ディップの後でさえ
も、顕著な安定性の上昇が示される。シアン化銀浴中で
の暴露なしで、印刷された前面接点を有する不動態化さ
れた太陽電池は、酸性処理後に顕著な不安定性を湿度試
験の場合に示す。従って、本発明による方法によって溝
技術は、とにもかくにも初めて有意義に可能となる。In the case of Planartechnik, where only the printed structure on the front side is reinforced by light induction, the HF-dip can be dispensed with. However, in this case, the cyanidic silver solution allows an expanding gap in the case of combustion conditions and the n-doping is chosen weaker, which reduces recombination losses. The electrical parameters are additionally improved by the light-induced short silver deposition from the cyanide solution, as with the HF-dip. In this case,
In the case of the humidity test, a marked increase in stability is shown even after the preceding HF-dip. Without exposure in a silver cyanide bath, passivated solar cells with printed front contacts show significant instability after acid treatment in the humidity test case. Thus, the method according to the invention enables groove technology to be meaningful for the first time in any case.
光誘導された金属析出（図３）：
印刷された前面接点の補強のために、電気を良好に伝
導する金属である銅もしくは銀のうちの１つを、選択す
る。しかしながら、前面接点及び裏面接点５及び６の印
刷されたペースト中に既に含有されている銀が有利であ
る。このことは、太陽電池の金属化のために、ホウ素に
よって置換されていてもよいアルミニウムの他にただ１
つの金属のみが使用されなければならないという利点を
有する。１つの金属塩浴のみの使用によって、仕上げプ
ロセスの場合の廃棄処理の出費が簡易化される。種々の
金属が不要になったことによって、もはや機能し得ない
太陽電池の、場合によっては必要となる後からの廃棄処
理もしくは再生が容易になる。Light-Induced Metal Deposition (FIG. 3): For reinforcement of the printed front contacts, one of the metals that conducts electricity well, copper or silver, is chosen. However, the silver already contained in the printed paste of the front and back contacts 5 and 6 is advantageous. This means that in addition to aluminum, which may be replaced by boron for the metallization of solar cells,
It has the advantage that only one metal has to be used. The use of only one metal salt bath simplifies waste disposal costs in the case of finishing processes. The elimination of various metals facilitates the later disposal or regeneration of solar cells, which may no longer function, if necessary.
光誘導される銀析出には、電着において常用される、
１リットルあたり銀20〜100g及び電解質としてシアン化
カリウム120〜1gを含有することができるシアン化物性
銀浴は、適当である。この浴は、弱塩基性ないし強塩基
性の溶液である。良好な銀析出は、シアン化物性ではな
い銀溶液、従って例えば、溶解されたチオ硫酸ナトリウ
ム及び塩化銀を含有する浴からも光誘導によって達成可
能である。しかしながら、露光下での浴安定性は、不十
分である。Light-induced silver deposition is commonly used in electrodeposition,
Suitable cyanide silver baths can contain 20-100 g of silver per liter and 120-1 g of potassium cyanide as electrolyte. The bath is a weakly to strongly basic solution. Good silver deposition is also achievable by photoinduction from non-cyanidic silver solutions and thus, for example, baths containing dissolved sodium thiosulfate and silver chloride. However, the bath stability under exposure is insufficient.
金属−もしくは銀析出のために、太陽電池体を金属化
浴中に浸漬し、かつ露光する。光源として、例えば75ワ
ットの通常の白熱電球又は赤外線灯を使用することがで
きる。この場合には、太陽電池体を相前後して、相応す
るラック中に入れることができ、かつ斜めに片面を露光
することができる。従って、照射の際にラックでの作業
中に１個のみの灯を用いて、多数の太陽電池体上に同時
に金属を析出させることができる。For metal- or silver deposition, the solar cell body is immersed in a metallization bath and exposed. As a light source, for example, a 75 watt conventional incandescent or infrared lamp can be used. In this case, the solar cells can be placed one after the other in the corresponding racks and one side can be exposed diagonally. Therefore, it is possible to deposit metal on a large number of solar cell bodies at the same time by using only one lamp during the work on the rack during irradiation.
光誘導される金属析出は、連続的に実施することも可
能であり、この場合、太陽電池体を、相応する帯状物も
しくは支持枠上に、相前後して、ないしは相互に上下及
び並列して施与し、かつ連続的に照射下に浴中を移動さ
せる。この場合には、使用された装置に応じて、太陽電
池体は、キャリヤ上に水平に載置されていてもよいし、
斜めに載置されていてもよい。The light-induced metal deposition can also be carried out continuously, in which case the solar cells are arranged one after the other on the corresponding strip or supporting frame, or one above the other and side by side. It is applied and continuously moved in the bath under irradiation. In this case, depending on the device used, the solar cell body may be mounted horizontally on the carrier,
It may be placed diagonally.
連続的な運転の場合の金属析出を実施するための適当
な装置は、電着装置にとって公知である。例えば、相応
して帯状物もしくは支持枠上に設置された太陽電池体を
液面下で金属化浴中に導入することは可能であり、この
場合、あふれる浴を受けとめ、かつ金属化浴の容器中に
ポンプにより返送する。Suitable equipment for carrying out metal deposition in continuous operation is known for electrodeposition equipment. For example, it is possible to introduce a solar cell body, which is correspondingly arranged on a strip or on a support frame, into the metallization bath below the liquid level, in which case the overflowing bath is caught and the metallization bath container Return by pump.
金属析出の速度は、選択された露光能力、金属化すべ
き表面からの放射線源の距離、金属化浴の温度及び裏面
金属化の方法に依存する。いかに容易に裏面金属化の金
属成分が酸化されかつ溶解されるかは、この裏面金属化
に依存しており、その結果、前面の電荷均等のため、ひ
いては金属の還元のための電子が提供される。光誘導さ
れる金属析出の場合には、ｎ−ドーピングされた表面の
上に、対向するｐ−ドーピングされた側で再度溶解が生
じる程度にのみ金属を析出させることができる。The rate of metal deposition depends on the exposure capability selected, the distance of the radiation source from the surface to be metallized, the temperature of the metallization bath and the method of backside metallization. How easily the metal component of the backside metallization is oxidized and dissolved depends on this backside metallization, which results in the provision of electrons for charge equalization on the front surface and thus for reduction of the metal. It In the case of photoinduced metal deposition, the metal can be deposited on the n-doped surface only to the extent that re-dissolution occurs on the opposite p-doped side.
本方法によって、光誘導される金属析出の使用は、純
粋な金属からなる前面接点及び裏面接点から、印刷され
かつ燃焼された接点にまで拡大される。周囲の焼結され
た酸化物成分及びガラス成分にも関わらず、裏面接点の
ペーストによって、酸素雰囲気下での焼付プロセス後に
も電荷均等のための十分な電子が提供される。By this method, the use of light-induced metal deposition is extended from front and back contacts made of pure metal to printed and burned contacts. Despite the surrounding sintered oxide and glass components, the back contact paste provides sufficient electrons for charge equalization even after the baking process under an oxygen atmosphere.
裏面において溶解する金属が、前面に析出すべき金属
より卑金属である必要もない。It is not necessary that the metal that dissolves on the back side be a base metal than the metal that should be deposited on the front side.
引き続き、金属析出を印刷された前面金属化６上に行
なう。印刷された前面金属化６の上記の大きさならびに
付加的に幅に依存して５秒〜３分後に、前面接点が電流
導出に十分な導電性が得られる程度の厚さの金属層７が
析出される。Subsequently, metal deposition is carried out on the printed front metallization 6. After 5 seconds to 3 minutes, depending on the size and additionally the width of the printed front metallization 6, a metal layer 7 of sufficient thickness is obtained that the front contacts are sufficiently conductive for current flow. Is deposited.
図３は、このような無電流で補強された厚膜金属化を
概略的な断面図で示しており、一方で図４は、SEM写真
として断面図を示している。相応して微細かつ狭い導体
路の場合には容易に電流経路が中断する可能性がある厚
膜金属化６の比較的粗い構造は、十分に確認することが
できる。この厚膜金属化の上に析出した浸透性の平滑な
銀層７は、予め、厚膜金属化中の相互に分離された金属
粒子を導電状態で結合する。FIG. 3 shows such a currentless reinforced thick film metallization in a schematic cross-section, while FIG. 4 shows a cross-section as a SEM picture. The relatively rough structure of the thick-film metallization 6, which can easily interrupt the current path in the case of correspondingly fine and narrow conductor tracks, can be well identified. The permeable smooth silver layer 7 deposited on the thick film metallization previously electrically couples the separated metal particles during thick film metallization.
第２の実施例：
太陽電池の前面での溝の製造
図5:第１の実施例の場合と同様にして用意しかつ誘電体
の層を備えさせた太陽電池体１をその前面において先
ず、前面金属化のための微細構造を定義する溝マスタで
被覆する。溝８は、フォトリトグラフィー及び引き続い
てのエッチングによって定義することができかつ生じさ
せることもできるし、直接レーザーを用いてかもしくは
機械的に、相応する硬度の工具を用いて鋸引き、引掻も
しくは類似の方法で形成させることもできる。溝８は、
誘電体４を通過して太陽電池体１の半導体中に約２〜20
μｍの深さにまで達する。これに引き続いて、場合によ
っては、酸性の後処理もしくはアルカリ性のテクスチャ
ー・エッチングは、溝表面の粗面化のために実施するこ
とができる。図５は、溝８の形成後の配置を示す。Second Example: Manufacture of Grooves on the Front Side of a Solar Cell Figure 5: A solar cell body 1 prepared as in the case of the first example and provided with a dielectric layer Coat with a groove master that defines the microstructure for front side metallization. The grooves 8 can be defined and can be produced by photolithography and subsequent etching, or can be sawed and scratched either directly with a laser or mechanically with a tool of corresponding hardness. Alternatively, it can be formed by a similar method. Groove 8
After passing through the dielectric 4, about 2 to 20 in the semiconductor of the solar cell body 1
It reaches a depth of μm. This may optionally be followed by acidic post-treatment or alkaline texture etching to roughen the groove surface. FIG. 5 shows the arrangement after formation of the groove 8.
図6:引き続き溝８中に析出すべき金属層のより良好なオ
ーム接触のために、第２の拡散をｎ−ドーピング剤を用
いて実施し、溝の範囲内にn++−ドーピング部９が得ら
れる。FIG. 6: Subsequently, for a better ohmic contact of the metal layer to be deposited in the groove 8, a second diffusion is carried out with the n-doping agent, n + + -doping region 9 within the groove. Is obtained.
第２の拡散に引き続き、裏面金属化を、第１の実施例
の場合に記載されたとおりにして生じさせる。前面金属
化に対しても、第１の実施例の場合と同様にして、導電
性ペースト10を微細なトラックの形で溝８を横切って施
与する。前面金属化及び裏面金属化の焼付を再度一緒に
ただ１つの段階で行なう。Subsequent to the second diffusion, backside metallization is effected as described for the first example. For the front side metallization, the conductive paste 10 is applied in the form of fine tracks across the groove 8 as in the first embodiment. The front metallization and back metallization bake are again performed together in a single step.
光誘導された金属析出：
図7:このようにして用意されかつ図６に概略的に示され
た太陽電池体１を光誘導によって金属化し、この場合、
第１の実施例の場合と同様にして処理する。しかしなが
ら、金属析出を、印刷された前面金属化10にばかりでは
なく、直接、溝８中で露出している高度にドーピングさ
れた半導体表面にも行なう。析出された金属層12を用い
た溝の部分的な過大成長及び、成長する金属層11による
厚膜構造体10の厚みの増大によって厚膜構造体を、溝中
で成長する金属層12と導電状態で結合する。Photoinduced metal deposition: Figure 7: The solar cell body 1 thus prepared and schematically shown in Figure 6 is metallized by photoinduction, in this case
Processing is performed in the same manner as in the first embodiment. However, metal deposition is not only performed on the printed front metallization 10, but also directly on the highly doped semiconductor surface exposed in the trenches 8. Due to the partial overgrowth of the groove using the deposited metal layer 12 and the increase in the thickness of the thick film structure 10 due to the growing metal layer 11, the thick film structure is made conductive with the metal layer 12 growing in the groove. Join in the state.
第３の実施例：
太陽電池体を第２の実施例の場合と同様にして用意し
かつ溝構造を前面に備えさせる。裏面金属化のための厚
膜構造の形成及び焼付の後に、第１の前面金属化を導電
性接着剤もしくは導電性ラッカーからなる微細な導体路
の形で施与する。しかしながら、酸化物粒子を含有する
導電性ペーストと異なり、導電性ラッカーは、焼付を行
なわない、それというのも、有機マトリックスは、太陽
電池体への導電性ラッカーの、ないしは誘電体４の層を
介した付着に必要とされるからである。Third Embodiment: A solar cell body is prepared in the same manner as in the second embodiment, and a groove structure is provided on the front surface. After forming the thick film structure for the backside metallization and baking, a first frontside metallization is applied in the form of fine conductor tracks made of a conductive adhesive or a conductive lacquer. However, unlike the conductive paste containing oxide particles, the conductive lacquer does not bake, because the organic matrix does not deposit a layer of conductive lacquer or dielectric 4 on the solar cell body. This is because it is required for adhesion via
同様にして実施すべき引き続いての金属化段階の際
に、銀を溝８中に析出させ、かつ同時に前面上の導電性
ラッカー−もしくは導電性接着剤構造体に銀被覆を備え
させる。During the subsequent metallization step, which is likewise carried out, silver is deposited in the grooves 8 and at the same time the conductive lacquer or conductive adhesive structure on the front side is provided with a silver coating.
上記実施例の変法の場合には、導電性ラッカー−ない
しは導電性接着剤構造体を、光誘導された電流なしの金
属析出後に、溝８中に該溝を横切って、前面上に施与す
ることも可能である。In a variant of the above embodiment, a conductive lacquer or conductive adhesive structure is applied in the groove 8 across the groove and on the front surface after photo-induced current-free metal deposition. It is also possible to do so.
太陽電池１個につき１個もしくは２個の幅広い導体路
がバス構造体として十分であるから、該導体路は、相応
して、光起電力活性である表面に特筆すべきほど拡大さ
れた投影なしに、厚く実施することもできる。しかしな
がら、本発明による方法を用いて、３つの実施例の１つ
によって、公知の印刷された導体路と比較して本質的に
減少された太陽電池表面の投影が得られる、きわめて微
細な構造体を前面金属化のために得ることができること
は、決定的である。多層金属化によって類似した微細構
造体が得られる公知方法と比較して、本発明による方法
は、顕著に簡易化されている。Since one or two wide conductor tracks per solar cell suffice as a bus structure, the conductor tracks are correspondingly free of a markedly enlarged projection on the surface which is photovoltaically active. Moreover, it can also be implemented thickly. However, with the method according to the invention, one of the three embodiments results in a substantially reduced projection of the solar cell surface compared to the known printed conductor tracks, which is a very fine structure. It is crucial that can be obtained for front side metallization. The method according to the invention is significantly simplified compared to the known methods in which similar microstructures are obtained by multilayer metallization.
導電性ペーストの焼付の場合のプロセス条件は、広く
包括することができる。従って、太陽電池の電気パラメ
ータは、焼き付けられた厚膜金属化の、既に記載された
酸性の後処理によって改善することができ、この場合、
このことによって、誘電体を有する、弱くドーピングさ
れた太陽電池の前面の場合には酸性処理の後にこれまで
観察されていた、完成した太陽電池の高められた感湿性
は生じない。即ち、このようにして得られた太陽電池の
湿度安定性は、公知方法と比較して高められている。こ
のことは、シアン化物性金属化浴によって生じた作用に
帰因される。同じ作用によって、後からの太陽電池の電
気パラメータの顕著な改善も得られる。The process conditions for baking the conductive paste can be broadly covered. Therefore, the electrical parameters of the solar cell can be improved by the previously described acidic post-treatment of the baked thick film metallization, in which case
This does not result in the enhanced moisture sensitivity of the finished solar cell, which was heretofore observed after acid treatment in the case of the front side of a weakly doped solar cell with a dielectric. That is, the humidity stability of the solar cell thus obtained is enhanced as compared with the known method. This is attributed to the action produced by the cyanide metallization bath. The same effect also results in a significant improvement in the electrical parameters of the solar cell afterwards.
さらに、印刷された接点の可溶性における顕著な改善
が得られる。前面において、このことは当然のことなが
ら、析出する銀によって行なわれる。しかし、同様に、
印刷された裏面接点は、シアン化物性銀浴後により良好
に溶解することができる。Moreover, a significant improvement in the solubility of the printed contacts is obtained. On the front side, this is, of course, done by the precipitated silver. But likewise,
The printed back contact can be better dissolved after the cyanide silver bath.
フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭59−84477（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−145166（ＪＰ，Ａ) 特開 昭55−118680（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−34583（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−263877（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−250671（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−232973（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−144290（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−266574（ＪＰ，Ａ) 欧州特許出願公開542148（ＥＰ，Ａ １) 米国特許4144139（ＵＳ，Ａ) 独国特許出願公開2348182（ＤＥ，Ａ １) 国際公開93／19492（ＷＯ，Ａ１) Ｎｕｎｏｉ ｅｔ ａｌ．，”Ｃａｓ ｔ Ｐｏｌｙｃｒｓｔａｌｌｉｎｅ Ｓ ｉｌｉｃｏｎ Ｓｏｌａｒ Ｃｅｌｌ ｗｉｔｈ Ｇｒｏｏｖｅｄ Ｓｕｒｆａ ｃｅ”，21ｓｔ ＩＥＥＥ ＰＨＯＴＯ ＶＯＬＴＡＩＣ ＳＰＥＣＩＡＬＩＳＴ Ｓ ＣＯＮＦＥＲＥＮＣＥ，1990，ｐ. 664−665 (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H01L 31/04 - 31/078 Continuation of the front page (56) Reference JP-A-59-84477 (JP, A) JP-A-3-145166 (JP, A) JP-A-55-118680 (JP, A) JP-A-3-34583 (JP , A) JP 3-263877 (JP, A) JP 3-250671 (JP, A) JP 62-232973 (JP, A) JP 4-144290 (JP, A) JP 2-266574 (JP, A) European patent application publication 542148 (EP, A 1) US patent 4144139 (US, A) German patent application publication 2348182 (DE, A 1) International publication 93/19492 (WO, A1) Nuoi et al. , "Cas t Polycrstalline S ilicon Solar Cell with Grooved Surfa ce", 21st IEEE PHOTO VOLTAIC SPECIALIST S CONFERENCE, 1990, p. 664-665 (58) investigated the field (Int.Cl. 7, DB name) H01L 31/04 -31/078
Claims (8)
る方法において、 ａ）太陽電池体の前面に隣接してｎ−ドーピングされた
平らな領域を有する結晶シリコンからなる太陽電池体を
用意し、 ｂ）誘電体を前面上に形成し、 b1）溝を有する溝パターンを誘電体中に太陽電池体の内
部に達するまで形成させ、それによって前面金属化のた
めに露出されたシリコンおよび構造体を形成させ、 ｃ）裏面金属化を、有機バインダー、ガラスマトリック
ス及び導電性粒子を含有する導電性ペーストの施与及び
焼付によって得、 d1）溝中で太陽電池体の露出されたシリコンを溝中への
ｎ−ドーピング剤の拡散導入によってドーピングし、 d2）バス構造体を溝の上を横切って、厚膜技術を使用し
て得、この場合このバス構造体は、厚膜構造体であり、 ｅ）銀又は銅から選択された金属を、犠牲電極としての
裏面へ焼き付けられた導電性ペーストを使用しながら、
厚膜構造体の前面上および溝パターンの溝中の露出され
たシリコン上に、光誘導により無電流で析出する、 処理段階を含むことを特徴とする、結晶シリコンからな
る太陽電池の金属化の方法。1. A method of metallizing a solar cell made of crystalline silicon, comprising: a) providing a solar cell body made of crystalline silicon having an n-doped flat region adjacent to a front surface of the solar cell body; b) forming a dielectric on the front surface, and b1) forming a groove pattern with grooves in the dielectric until reaching the interior of the solar cell body, thereby exposing the exposed silicon and structures for front side metallization. And c) backside metallization is obtained by applying and baking an electrically conductive paste containing an organic binder, a glass matrix and electrically conductive particles, and d1) exposing the exposed silicon of the solar cell body in the groove into the groove. D2) a bus structure is traversed over the trench using thick film technology, where the bus structure is a thick film structure, and ) Using a conductive paste baked onto the back surface as a sacrificial electrode, a metal selected from silver or copper,
A metallization of a solar cell made of crystalline silicon, characterized in that it comprises a treatment step, which is photocurrent-deposited on the exposed surface of the thick film structure and on the exposed silicon in the grooves of the groove pattern. Method.
ー照射、フォト技術及びエッチング工程、鋸引もしくは
引掻の１つによって得、その後に溝中で露出されたシリ
コン面をテクスチャ・エッチングする、請求項１記載の
方法。2. A groove for a front metallized structure is obtained by one of laser irradiation, phototechnical and etching processes, sawing or scratching, after which the silicon surface exposed in the groove is textured. The method of claim 1, wherein etching is performed.
出の前に導電性接着剤もしくは導電性ラッカーの施与に
よって得る、請求項１記載の方法。3. The method according to claim 1, wherein the thick film structure of the bus structure is obtained by applying a conductive adhesive or a conductive lacquer before the metal deposition in the groove.
用し、かつ該ペーストを裏面金属化とともに焼き付け
る、請求項１記載の方法。4. The method according to claim 1, wherein a conductive paste is used in process step d2) and the paste is baked with backside metallization.
出の際に、銀をシアン化物イオンを含有する浴から析出
させる、請求項１記載の方法。5. The method of claim 1, wherein silver is deposited from the bath containing cyanide ions during the photoinduced metal deposition in process step e).
り誘導しかつ促進させる、請求項１記載の方法。6. The method according to claim 1, wherein the metal deposition is induced and accelerated by infrared radiation in process step e.
トを用いて、複数の平行した、隣接して存在する線状物
を前面に印刷し、かつ該線状物を、これら線状物が合体
してバス構造体を１つの構造体に形成させる程度に金属
析出によって補強する、請求項１記載の方法。7. For the production of a bus structure, a conductive paste is used to print a plurality of parallel, adjacent linear objects on the front side, and the linear objects are printed with these linear objects. The method of claim 1 wherein the objects are reinforced by metal deposition to the extent that they coalesce to form a bus structure into one structure.
造体及び他の構造体を含み、かつ工程d2）に関連して、
バス構造体および他の構造体を導電性ペースト上への印
刷によって得る、請求項１記載の方法。8. In connection with step d2), the front side metallization comprises bus structures and other structures, and in connection with step d2),
The method of claim 1, wherein the bus structures and other structures are obtained by printing on a conductive paste.
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| KR101484737B1 (en) * | 2007-02-15 | 2015-01-22 | 메사추세츠 인스티튜트 오브 테크놀로지 | Solar cells with textured surfaces |
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| DE102009022337A1 (en) * | 2009-05-13 | 2010-11-18 | Gebr. Schmid Gmbh & Co. | Method and device for treating a substrate |
| US8337942B2 (en) * | 2009-08-28 | 2012-12-25 | Minsek David W | Light induced plating of metals on silicon photovoltaic cells |
| US8722142B2 (en) * | 2009-08-28 | 2014-05-13 | David Minsek | Light induced electroless plating |
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| WO2014071458A1 (en) * | 2012-11-09 | 2014-05-15 | Newsouth Innovations Pty Ltd | Formation of metal contacts |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE2348182A1 (en) | 1973-09-25 | 1975-04-10 | Siemens Ag | Plating n-conducting regions of semiconductor devices - using photo-electric current to produce thick metal layers |
| US4144139A (en) | 1977-11-30 | 1979-03-13 | Solarex Corporation | Method of plating by means of light |
Family Cites Families (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS55118680A (en) * | 1979-03-02 | 1980-09-11 | Motorola Inc | Electrically plating method |
| GB2188774B (en) * | 1986-04-02 | 1990-10-31 | Westinghouse Electric Corp | Method of forming a conductive pattern on a semiconductor surface |
| JPH03250671A (en) * | 1990-01-31 | 1991-11-08 | Sharp Corp | Semiconductor photoelectric converting device and its manufacture |
| JPH03263877A (en) * | 1990-03-13 | 1991-11-25 | Sharp Corp | Formation of electrode of solar cell |
| ES2096008T3 (en) * | 1991-11-11 | 1997-03-01 | Solar Gmbh Siemens | PROCEDURE FOR THE GENERATION OF THIN ELECTRODE STRUCTURES. |
| DE4311173A1 (en) * | 1992-04-03 | 1993-10-07 | Siemens Solar Gmbh | Electrode structures prodn on semicondcutor body - by masking, immersing in palladium hydrogen fluoride soln., depositing nickel@ layer, and depositing other metals |
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Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE2348182A1 (en) | 1973-09-25 | 1975-04-10 | Siemens Ag | Plating n-conducting regions of semiconductor devices - using photo-electric current to produce thick metal layers |
| US4144139A (en) | 1977-11-30 | 1979-03-13 | Solarex Corporation | Method of plating by means of light |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| Ｎｕｎｏｉ ｅｔ ａｌ．，"Ｃａｓｔ Ｐｏｌｙｃｒｓｔａｌｌｉｎｅ Ｓｉｌｉｃｏｎ Ｓｏｌａｒ Ｃｅｌｌ ｗｉｔｈ Ｇｒｏｏｖｅｄ Ｓｕｒｆａｃｅ"，２１ｓｔ ＩＥＥＥ ＰＨＯＴＯＶＯＬＴＡＩＣ ＳＰＥＣＩＡＬＩＳＴＳ ＣＯＮＦＥＲＥＮＣＥ，１９９０，ｐ．６６４−６６５ |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
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