WO2007033788A1 - Verfahren und vorrichtung zur bearbeitung von substraten mit lasergeschriebenen grabenkontakten, insbesondere solarzellen - Google Patents

Verfahren und vorrichtung zur bearbeitung von substraten mit lasergeschriebenen grabenkontakten, insbesondere solarzellen Download PDF

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laser
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Christian Schmid
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Gebr. Schmid Gmbh & Co.
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    • Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product

Definitions

  • the invention relates to a method for processing substrates, in particular solar cells, wherein on an upper side of the substrates, an active layer with an anti-reflection layer is provided above. Furthermore, the invention relates to a device for carrying out the method.
  • buried contact cells are known in which trenches in the depth of 20-30 ⁇ m are generated by the SiNx anti-reflection layer with a laser. The trenches are cleaned and then again provided with a higher doping than on the surface. The next step is chemically applied nickel and this then treated by a multi-minute process in an oven at about 400 ° C. Subsequently, a chemical or a galvanic copper layer is applied. Disadvantages here are high process costs, as a result of the renewed high-temperature doping process, damage to the SiNx or negative change in the silicon microstructure can occur and an annealing process means a renewed stress on the aluminum back of the substrates. Task and solution
  • the invention has for its object to provide a method mentioned above and a device with which the attachment of contacts on the front of an active layer of a substrate or a solar cell over which an anti-reflective layer extends, can be improved.
  • trenches or channels are produced in the anti-reflection layer, which extend down to the active layer below.
  • These trenches can be generated, for example, with a laser, in pulsed or in continuous operation, alternatively mechanically.
  • a contact material is introduced into the trench or applied to the trench bottom, for example nickel or silver. This can be done by accurate or targeted application of the contact material, for example, with a kind of ink-jet process similar to a printing process, alternatively chemically or galvanically. Subsequently, the contact material is heated or heated in the trenches.
  • the pulse energy of the laser can be chosen so that the anti-reflection layer is removed, but the underlying silicon of the active layer is not removed even after repeated bombardment with laser pulses.
  • the laser wavelength is between 260nm and 1065nm
  • the area power density per pulse is between 3 to 50J / cm 2
  • the pulse duration is between 1ns and 200ns, advantageously between 50ns and 100 ns.
  • Nd: YLF laser which is similar to a conventional Nd: YAG laser but has a slightly modified carrier glass, has a fundamental wavelength of 1047nm, which is four times that of 261, 7nm.
  • the Nd: YAG laser has a fundamental wavelength of just over 1064nm. This gives a total range of 261 nm - 1065nm for laser processing.
  • Area coverage counts the power density per area. You can also increase the beam and then increase the pulse power, inasmuch as here the area performance is crucial, as stated above.
  • the front-side contacting can be formed as described.
  • the electrical contact resistance between the front-side contact or contact material and the active layer can also be reduced. This in turn increases the efficiency or the efficiency of the solar cell.
  • the substrates or the top of the active layer after the trenches have been produced or before the contact material has been introduced, for example by rinsing.
  • an alkaline, acidic or HF flushing of the top of the substrate can be made, as is blowing out or the like. possible. So can impurities as well as deposits, for example, small fragments of splinters be removed from the trench production, from the trenches or from the trench bottom. Likewise, resulting oxide layers can be removed.
  • the cleaning or rinsing of the trenches can advantageously also remove some of the active material.
  • the surface of the active layer is better prepared for the subsequent application of the contact material.
  • doping of the material of the active layer adjoining the trenches or the contacts is also carried out, ie in silicon. This can be used, for example, to eliminate damage in the active layer caused by the creation of the trench or the laser irradiation.
  • the doping material is added to the contact material, so they are introduced simultaneously.
  • both contacting of the substrate and doping of the material of the active layer take place by means of one and the same material, namely a common contact and doping material, ie also with only one single method step.
  • the front-side contacting can be produced by the same.
  • the doping material may, for example, be phosphorus, in particular the contact and doping material NiP.
  • the phosphorus component serves during or after the heating or heating to the doping of the active layer.
  • the nickel component forms a very good electrical conductor for the front-side contacting. Furthermore, the contact resistance of nickel to the active layer of silicon is low.
  • the heating or heating of the introduced contact and doping material is advantageously carried out locally very limited. In particular, it takes place only in the region of the trenches or in the trenches themselves or on their trench bottom, that is, where the introduced contact and doping material is located. According to a particularly advantageous possibility, the heating is carried out by irradiation with a correspondingly suitable laser. In this case, its operating parameters can be adjusted to the special properties of the contact and doping material. During the laser irradiation, therefore, the doping of the adjacent material from the active layer takes place via the phosphorus component. Simultaneously, or also in a subsequent second step, the contact and doping material can be reheated or heated to melt the nickel component to form the front-side contacts or contact tracks.
  • An aforementioned device for carrying out the method thus has at least one processing station with a laser. This is either approached several times for processing the solar cell, o- there are several laser stations provided. Furthermore, a device for introducing the contact and doping material into the trenches is provided.
  • a solar cell 11 is shown having an active layer 13 of silicon.
  • an anti-reflection layer 15 is applied on the upper side 14 of the active layer 13.
  • This can for example consist of SiN x .
  • This structure is known to a person skilled in the art.
  • a trench 22 is formed therein by means of a laser 20a irradiating the upper surface 16 of the anti-reflection layer 15.
  • a plurality of trenches 22 are provided in parallel with each other at a certain distance, in the same way as contacts on the solar cell 11 should be present. It can be seen from FIG. 1 that the trench bottom 23 lies approximately in the region of the upper side 14 of the active layer 13. This means that in the trench 22 on its width, the entire material of the anti-reflection layer is removed.
  • One possible laser setting is:
  • Pulse energy 25-80 ⁇ J / pulse, focus diameter about 22 ⁇ m, area power 6.5 to 21 J / cm 2 , wavelength 532nm, pulse duration 70ns.
  • a coating apparatus 29 is used to introduce coating material and / or doping material into the trench 22, as described above. This is shown in Fig. 4, after completion of the introduction of the material.
  • the contact and doping material may be NiP as previously mentioned. More details will be explained below.
  • the material 30 is irradiated with a second laser 20b or heated or heated in the trench 22. During this heating, which thus takes place locally only in the trenches 22 or in the material 30, doping into the adjacent active material 13 is carried out by the phosphor. In particular, the affected area 25 is doped. This causes, as it were, a repair of the active layer 13 or a removal of the damage caused by the trench generation in the active layer.
  • the heat necessary for the doping process is generated by the laser 20b, but may also be generated by alternative methods where the heat should be applied locally.
  • the possibly relatively strong ++ doping of this area serves to form the lowest possible contact resistance to the front-side contact 30 ', which is present at the end as shown in FIG.
  • a material for the contact properties of nickel is particularly well suited because of the low contact resistance to silicon.
  • silver can also be used.
  • the phosphorus content in the contact and dopant material serves to dope the material of the active layer 13. Even if there is no affected and damaged region 25 by the formation of the trench 22, the doping with the phosphor or possibly also another material has the same Advantageous that the contact resistance is reduced to the finished contact 30 '.
  • these finished contacts 30 ' may be provided at certain intervals as front-side contacting of the solar cells 11. It is particularly important for an embodiment of the method according to the invention that both the contact material and the doping material are applied in one step or together or as a mixed material. As a result, considerable effort can be saved and it is a very well-functioning solar cell 11 is generated.
  • Starting material is a doped Si wafer as a substrate, which has on the front side an anti-reflection layer (SiNx), on the back of aluminum and silver or optionally another metal.
  • SiNx anti-reflection layer
  • the antireflective layer of the front side are cut by laser several trenches.
  • the trenches open the SiNx 1 by appropriately selected laser parameters but not the active layer.
  • the trench generated by the laser is then cleaned again (acid or alkaline) and any resulting oxide or the like. removed again.
  • Nickel or galvanic nickel is introduced as a barrier layer and to improve the contact resistance.
  • the nickel is introduced by a printing process.
  • This nickel layer optionally contains a portion of a dopant, e.g. 10% phosphorus.
  • the nickel layer is then strongly heated locally in the trenches, for example by using a further laser to achieve a diffusion of the doping material or phosphorus into the silicon.
  • an edge insulation can be made on the side walls of the trenches.
  • Variant 2 A wafer without a metallized backside is used. In the AntiReflex layer several trenches are cut by laser. This takes place as in variant 1. Likewise, a corresponding cleaning can take place just as well as the introduction of the contact and doping material.
  • the substrate is passed through another high temperature furnace (900-1100C °) for local heating in the trenches to allow diffusion of the phosphor into the active layer.
  • the front can be reinforced by a photogalvanic process.
  • the back can then be printed with aluminum or silver.

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Abstract

Zur Bearbeitung eines Silizium-Wafers für eine Solarzelle (11) kann eine Anti-Reflex-Schicht (15) auf einer aktiven Silizium-Schicht (13) mit Gräben (22) versehen werden, beispielsweise mittels eines Lasers (20a). Eventuelle Beschädigungen der Oberseite (14) der aktiven Schicht (13) durch den Laser (20a) können dadurch beseitigt werden, dass in den Graben (22) ein Kontakt- und Dotiermaterial (30) eingebracht wird. Dieses enthält Nickel für die Kontaktfunktion und Phosphor für die Dotierfunktion. Ein Erhitzen des Kontakt- und Dotiermaterials (30), beispielsweise mittels eines zweiten Lasers (20b), bewirkt eine Dotierung des angrenzenden Bereichs (25) der aktiven Schicht (13). So kann diese repariert werden und des weiteren ein sehr geringer Übergangswiderstand zu dem fertigen Kontakt (30') erzeugt werden.

Description

VERFAHREN UND VORRICHTUNG ZUR BEARBEITUNG VON SUBSTRATEN MIT LASERGESCHRIEBENEN GRABENKONTAKTEN, INSBESONDERE SOLARZELLEN
Anwendungsgebiet und Stand der Technik
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bearbeitung von Substraten, insbesondere Solarzellen, wobei auf einer Oberseite der Substrate eine aktive Schicht mit einer Anti-Reflex-Schicht darüber vorgesehen ist. Des weiteren betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.
Bei der Herstellung bzw. Bearbeitung von beispielsweise Solarzellen auf Siliziumwafern weisen diese eine aktive Schicht aus Silizium auf, an der zum einen vorderseitige Kontaktierungen angebracht werden müssen. Des weiteren wird zur Erhöhung des Wirkungsgrades der Solarzellen vielfach eine Anti-Reflex-Schicht aufgebracht. Vom Verfahrensablauf her wird zuerst die Anti-Reflex-Schicht aufgebracht und dann erst die Kontaktierungen.
Des weiteren sind sogenannte Buried Contact-Zellen bekannt, bei denen mit einem Laser Gräben in der Tiefe von 20-30μm durch die SiNx-Anti- Reflex-Schicht erzeugt werden. Die Gräben werden gereinigt und anschließend erneut wieder mit einer höheren Dotierung als auf der Oberfläche versehen. Als nächster Schritt wird chemisch Nickel aufgebracht und dieses anschließend durch einen mehrminütigen Prozess in einem Ofen bei ca. 400 C° behandelt. Anschließend wird eine chemische oder eine galvanische Kupfer-Schicht aufgebracht. Nachteile hierbei sind hohe Prozesskosten, durch den erneuten Hochtemperaturprozess zur Dotierung kann eine Beschädigung des SiNx bzw. negative Veränderung in der Silizium-Gefügestruktur auftreten und ein Temper-Prozess bedeutet eine erneute Belastung der Aluminiumrückseite der Substrate. Aufgabe und Lösung
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein eingangs genanntes Verfahren sowie eine Vorrichtung zu schaffen, mit der das Anbringen von Kontaktierungen an der Vorderseite einer aktiven Schicht eines Substrates bzw. einer Solarzelle, über der eine Anti-Reflex-Schicht verläuft, verbessert werden kann.
Gelöst wird diese Aufgabe durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 16. Vorteilhafte sowie bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung sind Gegenstand der weiteren Ansprüche und werden im Folgenden näher erläutert. Der Wortlaut der Ansprüche wird dabei durch ausdrückliche Bezugnahme zum Inhalt der Beschreibung gemacht. Manche der nachfolgend beschriebenen Merkmale werden zwar nur einmal erläutert. Sie gelten jedoch davon unabhängig sowohl für das Verfahren als auch die Vorrichtung.
Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass Gräben oder Kanäle in der AntiReflex-Schicht erzeugt werden, die bis auf die aktive Schicht darunter reichen. Diese Gräben können beispielsweise mit einem Laser erzeugt werden, und zwar im gepulsten oder im Dauerbetrieb, alternativ auch mechanisch. Danach wird ein Kontaktmaterial in den Graben eingebracht bzw. auf den Grabenboden aufgebracht, beispielsweise Nickel oder Silber. Dies kann durch genaues bzw. gezieltes Aufbringen des Kontaktmaterials gemacht werden, beispielsweise mit einer Art Ink-Jet- Verfahren ähnlich einem Druckverfahren, alternativ chemisch oder galvanisch. Anschließend wird das Kontaktmaterial in den Gräben erwärmt bzw. erhitzt. Die Pulsenergie des Lasers kann hierbei so gewählt werden, dass die Anti-Reflex-Schicht entfernt wird, aber das darunter liegende Silizium der aktiven Schicht auch bei mehrmaligem Beschuss mit Laserpulsen nicht abgetragen wird. Die Laserwellenlänge liegt zwischen 260nm und 1065nm, die Flächenleistungsdichte pro Puls liegt zwischen 3 bis 50J/cm2, die Pulsdauer liegt zwischen 1ns und 200ns, vorteilhaft zwischen 50ns und 100 ns.
Ein vorteilhaft verwendeter Nd:YLF-Laser, der ähnlich einem üblichen Nd:YAG-Laser ist, aber ein leicht abgewandeltes Trägerglas hat, hat eine Grundwellenlänge von 1047nm, die Vervierfachte davon hat 261 , 7nm. Der Nd:YAG-Laser hat eine Grundwellenlänge von etwas über 1064nm. Dies ergibt einen Gesamtbereich von 261 nm - 1065nm für Laserbearbeitung.
Bei der Flächenleistung zählt die Leistungsdichte pro Fläche. Man kann den Strahl auch vergrößern und dann die Pulsleistung erhöhen, insofern ist hier die Flächenleistung ausschlaggebend, wie sie oben angegeben ist.
Die vorderseitige Kontaktierung kann wie beschrieben gebildet werden. Durch das Erwärmen kann vorteilhaft auch der elektrische Übergangswiderstand zwischen vorderseitiger Kontaktierung bzw. Kontaktmaterial und der aktiven Schicht verringert werden. Dies wiederum erhöht die Leistungsfähigkeit bzw. den Wirkungsgrad der Solarzelle.
Es ist möglich, nach dem Erzeugen der Gräben bzw. vor dem Einbringen des Kontaktmaterials die Substrate bzw. die Oberseite der aktiven Schicht zu reinigen, beispielsweise durch spülen. Dazu kann eine alkalische, saure oder HF-Spülung der Oberseite des Substrats vorgenommen werden, ebenso ist ein Ausblasen odgl. möglich. So können Verunreinigungen sowie Abscheidungen, beispielsweise kleine Splitterteile von der Grabenerzeugung, aus den Gräben bzw. von dem Grabenboden entfernt werden. Ebenso können entstandene Oxid-Schichten entfernt werden. Die Reinigung bzw. die Spülung der Gräben kann vorteilhaft auch etwas von dem aktiven Material abtragen. So wird die Oberfläche der aktiven Schicht besser vorbereitet für das anschließende Aufbringen des Kontaktmaterials.
Vorteilhaft wird auch noch eine Dotierung des Materials der an die Gräben bzw. die Kontakte angrenzenden aktiven Schicht vorgenommen, also im Silizium. Dies kann beispielsweise dazu dienen, Schäden in der aktiven Schicht, die durch die Erzeugung des Grabens bzw. die Laserbestrahlung entstanden sind, wieder zu beseitigen.
In einer Ausführung der Erfindung wird das Dotiermaterial dem Kontaktmaterial beigemischt, sie werden also gleichzeitig eingebracht. Dabei liegt ein großer Vorteil darin, dass durch ein- und dasselbe Material, nämlich ein gemeinsames Kontakt- und Dotiermaterial, also auch nur mit einem einzigen Verfahrensschritt, sowohl eine Kontaktierung des Substrates als auch eine Dotierung des Materials der aktiven Schicht erfolgt. Neben den allgemeinen Vorteilen der Dotierung kann des weiteren dadurch gleich die vorderseitige Kontaktierung hergestellt werden. Das Dotiermaterial kann beispielsweise Phosphor, insbesondere also das Kontakt- und Dotiermaterial NiP sein. Der Phosphor-Bestandteil dient bei bzw. nach dem Erwärmen oder Erhitzen zur Dotierung der aktiven Schicht. Der Nickel-Bestandteil bildet einen sehr guten elektrischen Leiter für die vorderseitige Kontaktierung. Des weiteren ist der Übergangswiderstand von Nickel zu der aktiven Schicht aus Silizium gering.
Das Erwärmen bzw. Erhitzen des eingebrachten Kontakt- und Dotiermaterials erfolgt vorteilhaft lokal sehr begrenzt. Insbesondere erfolgt es lediglich im Bereich der Gräben bzw. in den Gräben selber oder auf ihrem Grabenboden, also dort, wo sich das eingebrachte Kontakt- und Dotier- material befindet. Gemäß einer besonders vorteilhaften Möglichkeit erfolgt das Erwärmen durch Bestrahlen mit einem entsprechend geeigneten Laser. Dabei können dessen Betriebsparameter auf die speziellen Eigenschaften des Kontakt- und Dotiermaterials abgestellt sein. Während der Laserbestrahlung erfolgt also die Dotierung des angrenzenden Materials aus der aktiven Schicht über den Phosphor-Bestandteil. Gleichzeit oder auch in einem nachfolgenden zweiten Schritt kann das Kontakt- und Dotiermaterial erneut erwärmt bzw. erhitzt werden, um den Nickelbestandteil zum Schmelzen zu bringen zur Bildung der vorderseitigen Kontakte bzw. Kontaktbahnen. Dies kann beispielsweise wieder über Laserbestrahlung erfolgen. Da üblicherweise mehrere solcher Kontaktbahnen aufgebracht werden, bilden sie ein Kontaktmuster. Anstelle einer Erwärmung des eingebrachten Kontakt- und Dotiermaterials mit einem Laser ist es auch möglich, hier entlang der Kontakte sehr dünne und ausreichend leistungsfähige Heizdrähte odgl. Zur Erwärmung des Kontaktmaterials vorzusehen.
Eine vorgenannte Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens weist also mindestens eine Bearbeitungsstation mit einem Laser auf. Diese wird entweder mehrfach zur Bearbeitung der Solarzelle angefahren, o- der es sind mehrere Laser-Stationen vorgesehen. Des weiteren ist eine Einrichtung zum Einbringen des Kontakt- und Dotiermaterials in die Gräben vorgesehen.
Besonders vorteilhaft bei der Erfindung ist also das Aufbringen eines Materials, welches sowohl die Aufgabe der Kontaktierung als auch die Aufgabe der Dotierung der aktiven Schicht übernimmt. Hierdurch kann dieser Prozessschritt vereinfacht werden.
Diese und weitere Merkmale gehen außer aus den Ansprüchen auch aus der Beschreibung und den Zeichnungen hervor, wobei die einzelnen Merkmale jeweils für sich allein oder zu mehreren in Form von Unter- kombinationen bei einer Ausführungsform der Erfindung und auf anderen Gebieten verwirklicht sein und vorteilhafte sowie für sich schutzfähige Ausführungen darstellen können, für die hier Schutz beansprucht wird. Die Unterteilung der Anmeldung in einzelne Abschnitte sowie Zwi- schen-Überschriften beschränken die unter diesen gemachten Aussagen nicht in ihrer Allgemeingültigkeit.
Kurzbeschreibung der Zeichnungen
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen schematisch dargestellt und werden im Folgenden näher erläutert. In den Zeichnungen zeigen:
Fig. 1 bis 6 verschiedene Verfahrensschritte zum Strukturieren eines Wafers für eine Solarzelle und zum Aufbringen der Kontaktierungen.
Detaillierte Beschreibung der Ausführungsbeispiele
In Fig. 1 ist eine Solarzelle 11 dargestellt, die eine aktive Schicht 13 aus Silizium aufweist. Auf die Oberseite 14 der aktiven Schicht 13 ist eine Anti-Reflex-Schicht 15 aufgebracht. Diese kann beispielsweise aus SiNx bestehen. Dieser Aufbau ist für einen Fachmann bekannt.
Wie aus Fig. 1 zu ersehen ist, wird mittels eines Lasers 20a, der die Oberseite 16 der Anti-Reflex-Schicht 15 bestrahlt, ein Graben 22 darin erzeugt. Mehrere Gräben 22 werden parallel zueinander mit einem bestimmten Abstand vorgesehen, und zwar so, wie Kontaktierungen an der Solarzelle 11 vorhanden sein sollen. Dabei ist aus Fig. 1 zu erkennen, dass der Grabenboden 23 in etwa im Bereich der Oberseite 14 der aktiven Schicht 13 liegt. Dies bedeutet, dass im Graben 22 auf seiner Breite das gesamte Material der Anti-Reflex-Schicht abgetragen wird. Eine mögliche Lasereinstellung ist:
Pulsenergie 25-80 μJ/Puls, Fokusdurchmesser etwa 22μm, Flächenleistung 6,5 bis 21 J/cm2, Wellenlänge 532nm, Pulsdauer 70ns.
Aus der Vergrößerung in Fig. 2 ist zu erkennen, dass im Bereich des Grabenbodens 23 ein beeinträchtigter Bereich 25 im Material der aktiven Schicht 13 gebildet ist. Hier ist das aktive Material 13 sozusagen beschädigt durch die Einwirkungen des Lasers 20a. Dies gilt es noch zu beseitigen, was nachfolgend genauer ausgeführt wird.
Des weiteren befinden sich auf dem Grabenboden 23 kleine Verunreinigungen in Form von kleinen Teilen odgl. Mit einer Spülung 27 werden diese aus dem Graben 22 entfernt, so dass die Solarzelle 11 gemäß Fig. 3 vorliegt. Dabei liegt der Grabenboden 23 mit dem beeinträchtigten Bereich 25 an der Oberseite der aktiven Schicht 13 frei.
Des weiteren kann in dem Schritt gemäß Fig. 2 und 3 vorgesehen sein, dass bei der Spülung bzw. Entfernung der Verunreinigungen auf dem Grabenboden 23 etwas Silizium abgetragen wird, insbesondere von dem beeinträchtigten Bereich 25. Dadurch kann sozusagen ein sauberer Grabenboden 23 erreicht werden, was für eine nachfolgende Kontaktie- rung von Vorteil ist.
Gemäß Fig. 3 wird eine Beschichtungsvorrichtung 29 dazu verwendet, Beschichtungsmaterial bzw. Kontakt- und Dotiermaterial in den Graben 22 einzubringen, wie dies vorstehend beschrieben worden ist. Dies ist in Fig. 4 dargestellt, und zwar nach Abschluss des Einbringens des Materials. Das Kontakt- und Dotiermaterial kann, wie zuvor erwähnt worden ist, NiP sein. Genaueres wird hierzu nachfolgend noch erläutert. Anschließend wird gemäß Fig. 5 mit einem zweiten Laser 20b das Material 30 bestrahlt bzw. in dem Graben 22 erwärmt oder erhitzt. Bei dieser Erhitzung, die somit lokal nur in den Gräben 22 bzw. in dem Material 30 stattfindet, wird durch das Phosphor eine Dotierung in das benachbarte aktive Material 13 vorgenommen. Insbesondere wird dabei der beeinträchtigte Bereich 25 dotiert. Dies bewirkt sozusagen ein Reparieren der aktiven Schicht 13 bzw. ein Beseitigen der durch die Grabenerzeugung entstandenen Schäden in der aktiven Schicht. Die für den Dotiervorgang notwendige Hitze wird durch den Laser 20b erzeugt, kann jedoch auch durch alternative Verfahren erzeugt werden, wobei die Hitze lokal aufgebracht werden sollte.
Zusätzlich zu der Reparatur des beeinträchtigten Bereichs 25 dient die unter Umständen relativ starke ++-Dotierung dieses Bereichs dazu, einen möglichst geringen Übergangswiderstand zu dem vorderseitigen Kontakt 30' zu bilden, der gemäß Fig. 6 am Ende vorliegt. Als Material für die Kontakteigenschaften ist Nickel besonders gut geeignet wegen des geringen Übergangswiderstandes zu Silizium. Ebenso kann auch Silber verwendet werden. Der Phosphor-Anteil in dem Kontakt- und Dotiermaterial dient zur Dotierung des Materials der aktiven Schicht 13. Selbst wenn kein durch die Erzeugung des Grabens 22 beeinträchtigter und beschädigter Bereich 25 vorliegt, weist die Dotierung mit dem Phosphor oder unter Umständen auch einem anderen Material den Vorteil auf, dass der Übergangswiderstand zu dem fertigen Kontakt 30' reduziert wird.
Mit der in dieser Hinsicht fertiggestellten Solarzelle 11 gemäß Fig. 6 ist das erfindungsgemäße Verfahren abgeschlossen. Wie allgemein von Solarzellen bekannt, können diese fertigen Kontakte 30' in bestimmten Abständen vorgesehen sein als vorderseitige Kontaktierung der Solarzellen 11. Besonders wichtig ist für eine Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens, dass sowohl das Kontaktmaterial als auch das Dotiermaterial in einem Schritt bzw. gemeinsam oder als gemischtes Material aufgebracht werden. Dadurch kann erheblicher Aufwand eingespart werden und es wird eine sehr gut funktionierendes Solarzelle 11 erzeugt.
Weitere Varianten sind in Kurzbeschreibung:
Variante 1 :
Ausgangsmaterial ist ein dotierter Si-Wafer als Substrat, der auf der Vorderseite eine Anti-Reflex-Schicht (SiNx) aufweist, auf der Rückseite Aluminium und Silber oder wahlweise ein anderes Metall.
In die Anti-Reflex-Schicht der Vorderseite werden mittels Laser mehrere Gräben geschnitten. Die Gräben öffnen das SiNx1 durch entsprechend gewählte Laserparameter jedoch nicht die aktive Schicht. Optional wird dann der durch den Laser erzeugte Graben wieder gereinigt (sauer oder alkalisch) und evtl. entstandenes Oxid odgl. wieder entfernt.
Chemisch Nickel oder galvanisch Nickel wird als Barrier-Schicht und zur Verbesserung des Übergangswiderstands eingebracht. Optional erfolgt eine Einbringung des Nickels durch ein Druckverfahren. Diese Nickelschicht enthält optional einen Anteil eines Dotiermaterials z.B. 10% Phosphor. Die Nickelschicht wird dann lokal in den Gräben stark erwärmt, beispielsweise durch Einsatz eines weiteren Laser, um eine Diffusion des Dotiermaterials bzw. Phosphors in das Silizium zu erreichen.
Optional kann eine Kantenisolation an den Seitenwänden der Gräben erfolgen.
Variante 2: Es wird ein Wafer ohne metallisierte Rückseite verwendet. In die AntiReflex-Schicht werden mittels Laser mehrere Gräben geschnitten. Dies erfolgt wie bei Variante 1. Ebenso kann ein entsprechendes Reinigen erfolgen genauso wie das Einbringen des Kontakt- und Dotiermaterials.
Das Substrat wird durch einen weiteren Hochtemperaturofen gefahren (900-1100C°) zur lokal Erwärmung in den Gräben, um eine Diffusion des Phosphors in die aktive Schicht zu erreichen. Die Vorderseite kann durch einen photogalvanischen Prozess verstärkt werden. Die Rückseite kann anschließend mit Aluminium oder Silber bedruckt werden.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur Bearbeitung von Substraten, insbesondere Solarzellen (11 ), die auf einer Oberseite (14) eine aktive Schicht (13) mit einer Anti-Reflex-Schicht (15) darüber aufweisen, gekennzeichnet durch die Schritte:
- Erzeugen von mehreren Gräben (22) in der Anti-Reflex-Schicht (15), die bis auf die aktive Schicht (13) darunter reichen,
- Einbringen von Kontaktmaterial (30) in den Graben (22) bzw. auf den Grabenboden (23).
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Gräben (22) in der Anti-Reflex-Schicht (15) mittels Laser (20a) erzeugt werden.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass nach dem Erzeugen der Gräben (22) in der Anti-Reflex-Schicht
(13) eine Reinigung (27), der Substrate (11) bzw. ihrer Oberseite
(14) an der Anti-Reflex-Schicht (13) vorgenommen wird, vorzugsweise zur Beseitigung von Verunreinigungen oder Abscheidungen in den gebildeten Gräben (22) bzw. auf dem Grabenboden (23).
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Reinigung eine Spülung ist, vorzugsweise eine alkalische Spülung bzw. eine HF-Spülung.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Kontaktmaterial galvanisch eingebracht wird, vorzugsweise verstärkt durch ein Photogalvanikverfahren.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Kontaktmaterial chemisch eingebracht wird.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Kontaktmaterial in flüssiger oder pastöser Form durch einen Druckvorgang eingebracht wird, vorzugsweise durch ein Tintenstrahl-Druckverfahren.
8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das eingebrachte Kontaktmaterial (30) Nickel aufweist.
9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Dotierung der aktiven Schicht im Bereich des Grabens (22) durch Dotiermaterial erfolgt, wobei vorzugsweise das Dotiermaterial dem Kontaktmaterial beigemischt ist als Kontakt- und Dotiermaterial (30).
10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Dotiermaterial Phosphor aufweis, vorzugsweise Phosphor ist, wobei insbesondere das Kontakt- und Dotiermaterial (30) NiP ist.
11. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch ein Erwärmen (20b) bzw. Erhitzen zumindest des Kontaktmaterials (30) in den Gräben (22) zur Verbindung mit dem Material (25) der angrenzenden aktiven Schicht (13), insbesondere des Kontakt- und Dotiermaterials gemäß Anspruch 9 oder 10 zur Verbindung und Dotierung des Materials (25) der angrenzenden aktiven Schicht (13).
12. Verfahren nach Anspruch 11 , dadurch gekennzeichnet, dass ein Erwärmen (20b) lokal erfolgt lediglich im Bereich bzw. innerhalb der Gräben (22), vorzugsweise nur im Bereich des Grabenbodens (23).
13. Verfahren nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass ein Erwärmen (20b) durch Laserbestrahlung (20b) erfolgt.
14. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das aufgebrachte Kontakt- und Dotiermaterial (30) Kontakte (30') bzw. Kontaktbahnen bildet, vorzugsweise die vorderen Kontakte einer Solarzelle (11) bildet, insbesondere nach dem erneuten Erwärmen des Materials (30).
15. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die seitlichen Kanten der Gräben (22) isoliert werden, vorzugsweise durch ein Aufbringen einer Isolierschicht.
16. Vorrichtung zur Bearbeitung von Substraten, insbesondere Solarzellen (11 ), dadurch gekennzeichnet, dass sie zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche ausgebildet ist.
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