WO2014001006A1 - Method for forming an electrically conductive structure on a carrier element, layer arrangement and use of a method or of a layer arrangement - Google Patents

Method for forming an electrically conductive structure on a carrier element, layer arrangement and use of a method or of a layer arrangement Download PDF

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WO2014001006A1
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layer
carrier element
electromagnetic radiation
functional
arrangement according
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Andreas Grohe
Roland Gauch
Torsten GEPPERT
Lutz Bornschein
Kamal KATKHOUDA
Tobias Wuetherich
Andreas Letsch
Mawuli AMETOWOBLA
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Robert Bosch Gmbh
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Definitions

  • the invention relates to a method for forming an electrically conductive structure on a carrier element. Furthermore, the invention relates to a layer arrangement, in particular for carrying out a method according to the invention, in order to form an electrically conductive structure on a carrier element. Finally, the invention relates to the use of a method according to the invention or a layer arrangement according to the invention for the formation of electrical contacting areas on rear sides of solar cells.
  • Electrically conductive structures on carrier elements are known from the prior art in many ways. For example, printed circuit boards serving as circuit carriers have such electrically conductive structures. Electrically conductive structures are also required, for example, in the electrical contacting of solar cells. It is already known from the prior art to arrange the electrical connections to the solar cells only on the back of the silicon wafer designed as a doped and acting as a functional element support elements of the solar cells. For this purpose, electrically conductive structures must be formed, which are isolated or separated from each other.
  • these structures should have the required accuracy in order to ensure the mentioned electrical insulation between the elements of the structure, on the other hand it is desirable that when forming such a structure the carrier element and / or a functional layer arranged on the side of the structure of the carrier element (usually in shape a dielectric passivation layer) is not damaged because damaged areas cause a reduction of the generated electric current through the solar cell and thus reduce the efficiency of the solar cell.
  • a method that allows, for example, in solar cells to form an electrically conductive structure without affecting the function of the support element (passivated silicon) to be produced inexpensively in industrial production use.
  • the object of the invention is to provide a method for forming an electrically conductive structure on a carrier element, in which at least the functional layer connected to the first layer and arranged below the first layer and / or the Material of the support element during removal of the first layer by means of electromagnetic radiation is not damaged. Furthermore, the method should be used cost-effectively, especially in mass production and have a high process reliability.
  • This object is achieved according to the invention in a method for forming an electrically conductive structure on a carrier element, wherein the method comprises the following steps: a) coating the flat carrier element at least on the side facing the conductive structure with a functional layer
  • Layer thickness of the first layer, the functional layer arranged under the first layer or the material of the carrier element are not damaged upon direct contacting of the first layer with the material of the carrier element, since upon penetration of the electromagnetic radiation after the removal of the first layer in the functional layer or in the Material of the support element by the higher ablation or damage threshold of the material of the func- Ons Mrs or the material of the support element damage to the functional layer or the support member is avoided.
  • Damage to or impairment of the functionality of the functional layer or of the carrier element is understood to mean, in particular, an (undesired) material removal and / or a defective change in the material of the corresponding element.
  • a change which changes the physical properties or chemical composition of the corresponding element in such a way that desired physical or chemical reactions no longer take place in their entirety.
  • Such changes can e.g. in solar cells, the formation of amorphous silicon, which has arisen from a very rapidly solidifying melt of formerly monocrystalline material.
  • the second layer has a material-specific removal threshold, in which the second layer has a lower ablation threshold upon penetration of the first electromagnetic radiation than the first layer upon penetration of the first electromagnetic radiation, so that during removal of the second layer the first layer adjacent to the second layer is at least substantially not damaged or its function is not impaired.
  • a two-stage removal process takes place on the two layers, wherein first the second layer disposed above the first layer is removed in regions, wherein the selection of the material (and not the layer thickness as in the first layer) for the second layer it is ensured that the first layer arranged under the second layer is not removed.
  • Such a two-stage removal process takes place by temporally successive action of the electromagnetic radiation at the corresponding regions of the first and second layer.
  • An advantageous development of the method according to the invention provides that the two processing steps (for the removal of the first and second layer) takes place at least almost simultaneously by using a steel divider or a beam former of a single electromagnetic radiation. As a result, the required process time for removing the two layers and, as a result, the production costs can be further reduced.
  • a laser beam device is preferably used as the electromagnetic radiation source, wherein the laser beam generated by the laser beam device during the first processing step (removal of the second layer) when using a metallic layer, in particular nickel for the second layer has a wavelength of in particular less than 10.6 ⁇ " ⁇ , in particular less than 1, 6 ⁇ " ⁇ , and in the second processing step (removal of the first layer) when using aluminum for the first layer has a wavelength of more than 500nm, in particular between 1, ⁇ and 1, ⁇ .
  • these parameters must be adjusted when using other materials for the first and second layers such that the removal threshold of the second layer is less than the removal threshold for the first layer, which in turn is less than the damage threshold for the functional layer.
  • the first layer which is usually made of aluminum.
  • the second layer provided for this serves mainly as the basis for a galvanic thickening, in that in the areas in which the second layer has not been removed, the second layer is thickened by means of a third (metallic) layer.
  • This galvanic thickening usually has a thickness in the micrometer range.
  • the invention also encompasses a layer arrangement which is particularly suitable for carrying out a method according to the invention.
  • the layer arrangement comprises a planar functional or carrier element, a subsequent to the support element functional layer which is covered by a first conductive, preferably metallic layer, wherein the functional layer has exposed areas in which the first layer extends to the support element and, for example Produces solar cells makes electrical contact with the doped silicon substrate, as well as a second conductive, preferably metallic layer adjacent to the first layer, and wherein it is provided according to the invention that the layers are ablated by material removal, and in that the first layer has a layer thickness in which the first layer has a lower ablation or damage threshold when intruding ner electromagnetic radiation in the first layer than the functional layer or the material of the carrier element.
  • the second layer consists of a material in which the second layer has a lower ablation threshold upon penetration of electromagnetic radiation than the first layer upon penetration of this one electromagnetic radiation.
  • such a ablation threshold is achieved using a pulsed laser beam having a pulse duration of about 10 ps at the first layer at a layer thickness of less than 100 nm, preferably less than 50 nm, more preferably about 25 nm, if the first layer consists at least predominantly of aluminum.
  • This small layer thickness has the advantage that a laser beam with relatively low fluence can be used, whereby damage to the functional layer or the support element arranged under the aluminum layer can be avoided.
  • the suitable layer thickness can be determined by varying the layer thickness in experiments.
  • the second layer a variety of different metals or materials in question.
  • the second layer consists at least predominantly of titanium, nickel, nickel vanadium, nickel chromium, tungsten, nickel with alloy constituents, titanium nitride or electrically conductive oxide layers (TCO) such as doped aluminum zinc oxide or doped indium tin oxide.
  • TCO electrically conductive oxide layers
  • the layer thickness of the second layer is less than 500 nm, preferably less than 60 nm. Again, the layer thickness can be determined by means of test series.
  • silicon nitride silicon oxide or aluminum oxide are used, in particular for solar cells.
  • the functional layer is arranged on both sides of the (planar) support member.
  • the carrier element is subjected to the applied thereon first layer of a heat treatment. This heat treatment preferably takes place before the application of the second layer.
  • the invention is preferably used for the formation of electrical contact areas on rear sides of solar cells.
  • the invention should by no means be limited to such applications. Rather, the invention can also be used in microsystems technology, sensor technology or chip technology.
  • the invention is always advantageously applicable where a semiconductor material is to be electrically contacted with a metallic layer having a thickness of more than 50 nm, whereby a damage or functional impairment would result from a removal process on a metallic layer and / or where electrical interconnected areas to be made of a sheet metal layer.
  • Fig. 7 shows the manufacturing process for producing an inventive
  • Fig. 8 is a simplified representation of a device which makes it possible to make the removal process of two layers of a layer construction according to the invention at least almost simultaneously.
  • the carrier element 10 is provided on both sides with a functional layer 1 1 in the form of a dielectric passivation.
  • a functional layer 1 1 in the form of a dielectric passivation.
  • silicon nitride, silicon oxide, aluminum oxide or amorphous silicon with a layer thickness between 10 nm and 1 ⁇ m are used as the material for the functional layer 11.
  • the functional layer 1 which is arranged in the illustration of FIGS.
  • the recesses 12 are in particular as point or channel-like recesses 12 with a width of, for example, between 1 ⁇ up to a few hundred ⁇ formed, which extend in the representation of the figures also perpendicular to the plane of the figures.
  • the formation of the recesses 12 takes place in a manner known per se, for example with etching pastes or by means of a laser beam device by means of (ultra) short-pulse removal.
  • Associated steps for forming the functional layer 1 1 and the recesses 12, such as cleaning or annealing are known from the prior art and are therefore not further explained.
  • a first, electrically conductive layer 13 is applied as a component of the structure 16 to the upper side of the functional layer 1 1 provided with the recesses 12.
  • the first layer 13 is preferably made of aluminum and has in the areas in which no recesses 12 are present, a layer thickness di less than 100nm, preferably less than 50nm, most preferably about 25nm.
  • the application of the first layer 13 on the functional layer 1 1 is carried out by PVD method such as full surface sputtering or vapor deposition of the functional layer 1 1.
  • a second, preferably likewise metallic, layer 14 is then applied to the first layer 13 as part of the electrically conductive structure 16 in accordance with FIG. 4. This is preferably done by sputtering.
  • the second layer 14 consists of a metal which is either well suited as an electroplating starter layer or which allows at least good adhesion of a galvanically deposited layer on the second layer 14.
  • the second layer 14 Typically, for the second layer 14
  • the second layer has a lower ablation threshold for laser ablation than the underlying first layer 13, which consists in particular of aluminum
  • the layer thickness d 2 of the second layer 14 is preferably less than 500 nm, in particular less than 60 nm.
  • Layer 14 for example, titanium nitride or transparent conductive oxide layers (TCO) such as doped aluminum zinc oxide or doped indium tin oxide can be used.
  • TCO transparent conductive oxide layers
  • the layer arrangement 100 described so far is treated with electromagnetic radiation.
  • a pulsed laser beam 1 which is generated by means of a laser beam device, not shown, is directed perpendicular to the layer arrangement 100 on the second layer 14.
  • the laser beam 1 thereby becomes the layer arrangement
  • the radiation axis of the laser beam 1 between two recesses 12 in the functional layer 1 1 is located. Furthermore, the laser beam 1 is moved relative to the surface of the second layer 14.
  • the second layer 14 By irradiating the second layer 14 with the laser beam 1, preferably short or ultrashort laser pulses with a pulse duration of less than
  • the second layer 14 is removed to the level of the first layer 13. Due to the fact that the ablation threshold of the second layer 14 is less than the ablation threshold of the first layer 13 arranged below the second layer 14, according to the invention the first layer 13 is at least substantially not damaged when the second layer 14 is removed.
  • the first layer 14 is removed in the regions in which the second layer 14 was previously removed.
  • the laser beam 1 is also perpendicular to
  • Aligned layer arrangement 100 wherein this short, preferably ultrashort laser pulses with less than 30ps with a wavelength of more than 500nm, preferably between ⁇ , ⁇ and ⁇ , ⁇ , has. Due to the fact that the ablation threshold of the first layer 13 is selected as a result of the choice of the layer thickness of the first layer 13, that the damage threshold of the functional layer 1 1 arranged below the first layer 13 is higher, the removal of the first layer 13 takes place up to the level of the functional layer 1 1 at least almost, in particular no damage to the functional layer 1 1, and at least almost, in particular no damage to the below the functional layer 1 1 located material of the support member 10 instead.
  • a third layer 15 can be applied to the upper side of the second layer 14 in a further manufacturing process for thickening the structure 16 and achieving good electrical conductivity with a low ohmic resistance. This is preferably done in
  • the second layer 14 is thus selected or formed, in particular with regard to its suitability as the basis for the galvanic deposition of the layer 15 on the second layer 14.
  • the deposited layer 15 is preferably an order of magnitude thicker than the first and second layers 13, 14 arranged underneath.
  • the removal of the first and second layers 13, 14 respectively comprises layer arrangements comprising the first Layer 13, the second layer 14 and the third layer 15 transversely to the Abtragungsraum spaced apart. The spacing is preferably greater than the total layer thickness formed by the first, second and third layers 13, 14, 15.
  • FIG. 8 shows, in a greatly simplified representation, a production device 20 which is suitable for carrying out the two removal processes on the two layers 13, 14 at the same time.
  • the production device 20 has a beam splitter 21, which splits an incoming laser beam 1 into two separate laser beams 1 'and 1 ", which are directed onto the layer arrangement 100 via focusing optics 25.
  • the laser beams V and 1" are thereby in the direction of the arrow 26 is moved relative to the surface of the layer assembly 100.
  • movement of the laser beams V 1 'perpendicular to the drawing plane of Fig. 8 is also conceivable, this movement taking place in the form of two successive tracks arranged laterally offset in the drawing plane of Fig. 8.
  • the power of the laser beam 1 becomes divided in such a ratio that in each case the conditions necessary for the selective removal of the second layer 14 and for the selective removal of the first layer 13.
  • a beam shaper can be used which generates a laser beam 1 with regions of different fluence
  • devices can be used using two separately generated laser beams in compliance with the above conditions.
  • the layer arrangement 100 described so far or the method according to the invention can be modified or modified in many different ways without deviating from the idea of the invention.

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Abstract

The invention relates to a method for forming an electrically conductive structure (16) on a carrier element (10), comprising the following steps: a) coating the planar carrier element (10) with a functional layer (11) at least on the side facing the conductive structure (16); b) regionally removing the functional layer (11) as far as the surface of the carrier element (10); c) applying a first conductive, preferably metallic, layer (13) to the functional layer (11), wherein the first layer (13) extends as far as the surface of those regions of the carrier element (10) that were freed of the functional layer (11); d) applying a second conductive, preferably metallic, layer (14) to the first layer (13); e) regionally eroding the second layer (14) by means of first electromagnetic radiation in a first processing step; f) regionally eroding the first layer (13) by means of second electromagnetic radiation in a second processing step in the regions in which the second layer (14) was removed.

Description

Beschreibung  description
Verfahren zum Ausbilden einer elektrisch leitenden Struktur an einem Trägerelement, Schichtanordnung sowie Verwendung eines Verfahrens oder einer Schichtanordnung Method for forming an electrically conductive structure on a carrier element, layer arrangement and use of a method or a layer arrangement
Technisches Gebiet Technical area
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Ausbilden einer elektrisch leitenden Struktur an einem Trägerelement. Ferner betrifft die Erfindung eine Schichtanordnung, insbesondere zum Durchführen eines erfindungsgemäßen Verfahrens, um an einem Trägerelement eine elektrisch leitende Struktur auszubilden. Zuletzt betrifft die Erfindung die Verwendung eines erfindungsgemäßen Verfahrens oder einer erfindungsgemäßen Schichtanordnung zur Ausbildung von elektrischen Kontaktierungsbereichen an Rückseiten von Solarzellen. The invention relates to a method for forming an electrically conductive structure on a carrier element. Furthermore, the invention relates to a layer arrangement, in particular for carrying out a method according to the invention, in order to form an electrically conductive structure on a carrier element. Finally, the invention relates to the use of a method according to the invention or a layer arrangement according to the invention for the formation of electrical contacting areas on rear sides of solar cells.
Stand der Technik State of the art
Elektrisch leitende Strukturen an Trägerelementen sind aus dem Stand der Technik in vielfältiger Art und Weise bekannt. Beispielsweise weisen als Schaltungsträger dienende Leiterplatten derartige elektrisch leitende Strukturen auf. Elektrisch leitende Strukturen sind beispielsweise auch bei der elektrischen Kon- taktierung von Solarzellen erforderlich. Dabei ist es bereits aus dem Stand der Technik bekannt, die elektrischen Anschlüsse an den Solarzellen lediglich an der Rückseite der als Siliziumwafer ausgebildeten, dotierten und als Funktionselement wirkenden Trägerelemente der Solarzellen anzuordnen. Hierzu müssen elektrisch leitende Strukturen gebildet werden, die voneinander isoliert bzw. getrennt sind. Diese Strukturen sollen zum einen die benötigte Genauigkeit aufweisen, um die angesprochene elektrische Isolierung zwischen den Elementen der Struktur zu gewährleisten, zum anderen ist es erwünscht, dass beim Ausbilden einer derartigen Struktur das Trägerelement und/oder eine das Trägerelement auf der Seite der Struktur angeordnete Funktionsschicht (üblicherweise in Form einer dielektrischen Passivierungsschicht) nicht beschädigt wird, da beschädigte Bereiche eine Reduzierung des erzeugten elektrischen Stroms durch die Solarzelle bewirken und somit den Wirkungsgrad der Solarzelle reduzieren. Darüber hinaus soll ein derartiges Verfahren, das es beispielsweise bei Solarzellen erlaubt, eine elektrisch leitende Struktur ohne Beeinträchtigung der Funktion des Trägerelements (passiviertes Silizium) auszubilden, im industriellen Serieneinsatz kostengünstig erzeugbar sein. Electrically conductive structures on carrier elements are known from the prior art in many ways. For example, printed circuit boards serving as circuit carriers have such electrically conductive structures. Electrically conductive structures are also required, for example, in the electrical contacting of solar cells. It is already known from the prior art to arrange the electrical connections to the solar cells only on the back of the silicon wafer designed as a doped and acting as a functional element support elements of the solar cells. For this purpose, electrically conductive structures must be formed, which are isolated or separated from each other. On the one hand, these structures should have the required accuracy in order to ensure the mentioned electrical insulation between the elements of the structure, on the other hand it is desirable that when forming such a structure the carrier element and / or a functional layer arranged on the side of the structure of the carrier element (usually in shape a dielectric passivation layer) is not damaged because damaged areas cause a reduction of the generated electric current through the solar cell and thus reduce the efficiency of the solar cell. In addition, such a method that allows, for example, in solar cells to form an electrically conductive structure without affecting the function of the support element (passivated silicon) to be produced inexpensively in industrial production use.
Aus der DE 103 26 505 A1 ist es bei der Herstellung von Solarzellen bereits bekannt, durch die Einstellung von Parametern an einer Laserstrahlquelle, insbesondere durch Verwendung von Pulsdauern von weniger als 10ps oder durch Verwendung eines Laserstrahls mit einer bestimmten Wellenlänge einen Abtrag- prozess derart zu gestalten, dass die optische Einbringtiefe des Laserstrahls bzw. der Laserstrahlung in eine abzutragende Schicht geringer ist als die Schichtdicke, so dass eine Energiedeponierung nur in der zu bearbeitenden Schicht erfolgt. From DE 103 26 505 A1, it is already known in the manufacture of solar cells, by the adjustment of parameters on a laser beam source, in particular by using pulse durations of less than 10ps or by using a laser beam with a specific wavelength to a Abtrag- process so design that the optical insertion depth of the laser beam or the laser radiation into a layer to be removed is less than the layer thickness, so that energy is deposited only in the layer to be processed.
Darüber hinaus ist es aus der DE 10 2009 01 1 306 A1 bekannt, bei der Herstellung von Solarzellen einen Laserstrahl zu verwenden, der in einer Siliziumschicht eine Struktur erzeugt, die anschließend mittels zweier Schichten beschichtet wird, wobei die erste, dem Silizium zugewandte Schicht aus Aluminium mit einer Dicke von 50nm besteht, und die sich an das Aluminium anschließende Schicht aus Titan besteht und eine Schichtdicke von 30nm aufweist. Eine Bearbeitung der beiden Schichten, insbesondere ein gezieltes Abtragen der Schichten mittels des Laserstrahls, findet jedoch nicht statt. Moreover, it is known from DE 10 2009 01 1 306 A1 to use in the production of solar cells a laser beam which generates a structure in a silicon layer, which is then coated by means of two layers, wherein the first layer facing the silicon Aluminum with a thickness of 50nm, and which is made of aluminum subsequent layer of titanium and has a layer thickness of 30nm. However, a processing of the two layers, in particular a targeted removal of the layers by means of the laser beam, does not take place.
Offenbarung der Erfindung Ausgehend von dem dargestellten Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Ausbilden einer elektrisch leitenden Struktur an einem Trägerelement bereitzustellen, bei dem zumindest die mit der ersten Schicht verbundene, unterhalb der ersten Schicht angeordnete Funktionsschicht und/oder das Material des Trägerelements beim Abtragen der ersten Schicht mit- tels einer elektromagnetischen Strahlung nicht beschädigt wird. Weiterhin soll das Verfahren sich insbesondere im Großserieneinsatz kostengünstig einsetzen lassen sowie eine hohe Prozesssicherheit aufweisen. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß bei einem Verfahren zum Ausbilden einer elektrisch leitenden Struktur an einem Trägerelement gelöst, indem das Verfahren folgende Schritte umfasst: a) Beschichten des flächigen Trägerelements zumindest auf der der leitenden Struktur zugewandten Seite mit einer Funktionsschicht DISCLOSURE OF THE INVENTION Based on the illustrated prior art, the object of the invention is to provide a method for forming an electrically conductive structure on a carrier element, in which at least the functional layer connected to the first layer and arranged below the first layer and / or the Material of the support element during removal of the first layer by means of electromagnetic radiation is not damaged. Furthermore, the method should be used cost-effectively, especially in mass production and have a high process reliability. This object is achieved according to the invention in a method for forming an electrically conductive structure on a carrier element, wherein the method comprises the following steps: a) coating the flat carrier element at least on the side facing the conductive structure with a functional layer
b) Bereichsweises Entfernen der Funktionsschicht bis zur Oberfläche des Trägerelements b) areawise removal of the functional layer to the surface of the support element
c) Aufbringen einer ersten leitfähigen, vorzugsweise metallischen Schicht auf diec) applying a first conductive, preferably metallic layer on the
Funktionsschicht, wobei die erste Schicht bis zur Oberfläche der von der Funktionsschicht freigelegten Bereiche des Trägerelements reicht Functional layer, wherein the first layer extends to the surface of the exposed of the functional layer regions of the support element
d) Aufbringen einer zweiten leitfähigen, vorzugsweise metallischen Schicht auf die erste Schicht d) applying a second conductive, preferably metallic layer to the first layer
e) Bereichsweises Abtragen der zweiten Schicht mittels einer ersten elektromagnetischen Strahlung in einem ersten Bearbeitungsschritt e) Abrasion of the second layer by means of a first electromagnetic radiation in a first processing step
f) Bereichsweises Abtragen der ersten Schicht mittels einer zweiten elektromagnetischen Strahlung in einem zweiten Bearbeitungsschritt in den Bereichen, in denen die zweite Schicht entfernt wurde, wobei die erste Schicht eine Schichtdicke aufweist, bei der die erste Schicht eine geringere Ablations- bzw. Schädigungsschwelle beim Eindringen der zweiten elektromagnetischen Strahlung in die erste Schicht aufweist als die Funktionsschicht bzw. das Material des Trägerelements beim Eindringen der zweiten elekt- romagnetischen Strahlung, so dass beim Abtragen der ersten Schicht die an die erste Schicht angrenzende Funktionsschicht und/oder das Material des Trägerelements zumindest im Wesentlichen nicht beschädigt bzw. dessen Funktion nicht beeinträchtigt wird. Mit anderen Worten gesagt bedeutet dies, dass durch eine selektive Wahl derf) area-wise removal of the first layer by means of a second electromagnetic radiation in a second processing step in the areas in which the second layer has been removed, wherein the first layer has a layer thickness at which the first layer has a lower penetration threshold the second electromagnetic radiation in the first layer than the functional layer or the material of the carrier element upon penetration of the second electromagnetic radiation, so that when removing the first layer adjacent to the first layer functional layer and / or the material of the carrier element at least in Essentially not damaged or whose function is not impaired. In other words, this means that through a selective choice of
Schichtdicke der ersten Schicht die unter der ersten Schicht angeordnete Funktionsschicht oder bei direkter Kontaktierung der ersten Schicht mit dem Material des Trägerelements das Material des Trägerelements nicht beschädigt werden, da beim Eindringen der elektromagnetischen Strahlung nach dem Abtragen der ersten Schicht in die Funktionsschicht bzw. in das Material des Trägerelements durch die höhere Ablations- bzw. Schädigungsschwelle des Materials der Funkti- onsschicht bzw. des Materials des Trägerelements eine Beschädigung der Funktionsschicht bzw. des Trägerelements vermieden wird. Layer thickness of the first layer, the functional layer arranged under the first layer or the material of the carrier element are not damaged upon direct contacting of the first layer with the material of the carrier element, since upon penetration of the electromagnetic radiation after the removal of the first layer in the functional layer or in the Material of the support element by the higher ablation or damage threshold of the material of the func- Onsschicht or the material of the support element damage to the functional layer or the support member is avoided.
Eine schichtdickenabhängiger Einfluss auf die Ablationsschwelle bzw. A layer-thickness-dependent influence on the ablation threshold or
Abtragsschwelle dünner Schichten ist im Rahmen einer„Untersuchung zur Energierelaxationsdynamik in Metallen nach Anregung mit ultrakurzen Laserpulsen" (von Wellershoff, Sebastian-Svante, Dissertation an der FU Berling, 2000) beobachtet worden. Eine physikalische Begründung ist u.a. darin zu sehen, dass es infolge einer Reduzierung der Schichtstärke zu Werten kleiner als die Diffusions- länge der deponierten Energie zu einer Erhöhung der Energiedichte kommt und dies zu einer Verringerung der Ablationsschwelle der Schicht führt. Darüber hinausgehende Schichtstärken hingehend zeigen diesen Einfluss nicht mehr. Vielmehr ist in diesen Fällen eine Abgängigkeit der Abtragsschwelle in Wesentlichen nur in Bezug auf das Schichtmaterial gegeben. Abtragsschwelle thin layers has been observed as part of a "study on energy relaxation dynamics in metals after excitation with ultrashort laser pulses" (by Wellershoff, Sebastian-Svante, dissertation at the FU Berling, 2000) A physical justification is, inter alia, that it A reduction of the layer thickness to values smaller than the diffusion length of the deposited energy leads to an increase of the energy density and this leads to a reduction of the ablation threshold of the layer Abtragsschwelle essentially given only in relation to the layer material.
Unter einer Beschädigung bzw. einer Beeinträchtigung der Funktionalität der Funktionsschicht bzw. des Trägerelements wird dabei insbesondere ein (unerwünschter) Materialabtrag und/oder aber eine schadhafte Veränderung des Materials des entsprechenden Elements verstanden. Insbesondere ist eine derartige Veränderung gemeint, welche die physikalischen Eigenschaften bzw. die chemische Materialzusammensetzung des entsprechenden Elements in einer Weise verändern, dass gewünschte physikalische oder chemische Reaktionen nicht mehr in vollem Umfang stattfinden. Derartige Veränderungen können z.B. bei Solarzellen die Bildung von amorphen Silizium sein, das aus einer sehr schnell erstarrenden Schmelze von vormals monokristallinem Material entstanden ist.Damage to or impairment of the functionality of the functional layer or of the carrier element is understood to mean, in particular, an (undesired) material removal and / or a defective change in the material of the corresponding element. In particular, it is meant such a change which changes the physical properties or chemical composition of the corresponding element in such a way that desired physical or chemical reactions no longer take place in their entirety. Such changes can e.g. in solar cells, the formation of amorphous silicon, which has arisen from a very rapidly solidifying melt of formerly monocrystalline material.
Ebenso ist beispielsweise das Ausgasen von Wasserstoff aus passivierten Schichten denkbar, was deren passivierenden Einfluss auf das beschichtete Element verringern könnte. Weitere Veränderungen könnten die lokale Ausbildung von Spannungen , Mikrorissen, Missmatch an Interfaceschichten, usw. sein. Infolge derartiger Veränderungen bilden sich im Material (Oberflächen-Likewise, for example, the outgassing of hydrogen from passivated layers is conceivable, which could reduce their passivating influence on the coated element. Other changes could be the local development of tensions, microcracks, mismatch of interface layers, etc. As a result of such changes, material (surface
/Interface- oder Volumen-) Defekte, an denen Ladungsträger rekombinieren können. Diese Ladungsträger gehen dann für die Solarzelle verloren. Dies hat eine Verringerung des Stromflusses und des Wirkungsgrades der Solarzelle zur Folge. Direkt messbar wird diese Schädigung beispielsweise bei Solarzellen anhand der Ladungsträgerlebensdauer, z.B. mit einfach anzuwendenden und lokal hoch- auflösenden Messverfahren wie QSSPC (quasi-steady-state photo conductance) oder Photoluminiszenz. / Interface or volume) defects on which charge carriers can recombine. These charge carriers are then lost to the solar cell. This results in a reduction of the current flow and the efficiency of the solar cell result. This damage can be directly measured, for example, in the case of solar cells on the basis of the charge carrier lifetime, eg with easy-to-use and locally high resolution measuring methods such as QSSPC (quasi-steady-state photo conductance) or photoluminescence.
Vorteilhafte Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens sind in den Unteransprüchen aufgeführt. In den Rahmen der Erfindung fallen sämtliche Kombinationen aus zumindest zwei von in den Ansprüchen, der Beschreibung und/oder den Figuren offenbarten Merkmalen. Advantageous developments of the method according to the invention are listed in the subclaims. All combinations of at least two of the features disclosed in the claims, the description and / or the figures fall within the scope of the invention.
Ganz besonders bevorzugt ist ein Verfahren, bei dem die zweite Schicht eine materialspezifische Abtragsschwelle aufweist, bei der die zweite Schicht eine geringere Ablationsschwelle beim Eindringen der ersten elektromagnetischen Strahlung aufweist als die erste Schicht beim Eindringen der ersten elektromagnetischen Strahlung, so dass beim Abtragen der zweiten Schicht die an die zweite Schicht angrenzende erste Schicht zumindest im Wesentlichen nicht beschädigt bzw. dessen Funktion nicht beeinträchtigt wird. Bei einem derartigen Verfahren findet somit ein zweistufiger Abtragsprozess an den beiden Schichten statt, wobei zunächst die oberhalb der ersten Schicht angeordnete zweite Schicht bereichsweise abgetragen wird, wobei durch die Auswahl des Materials (und nicht der Schichtdicke wie bei der ersten Schicht) für die zweite Schicht sichergestellt ist, dass die unter der zweiten Schicht angeordnete erste Schicht nicht abgetragen wird. Very particular preference is given to a method in which the second layer has a material-specific removal threshold, in which the second layer has a lower ablation threshold upon penetration of the first electromagnetic radiation than the first layer upon penetration of the first electromagnetic radiation, so that during removal of the second layer the first layer adjacent to the second layer is at least substantially not damaged or its function is not impaired. In such a method, therefore, a two-stage removal process takes place on the two layers, wherein first the second layer disposed above the first layer is removed in regions, wherein the selection of the material (and not the layer thickness as in the first layer) for the second layer it is ensured that the first layer arranged under the second layer is not removed.
Üblicherweise findet ein derartiger, zweistufiger Abtragsprozess durch zeitlich aufeinanderfolgendes Einwirken der elektromagnetischen Strahlen an den entsprechenden Bereichen der ersten und zweiten Schicht statt. Eine vorteilhafte Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens sieht vor, dass die beiden Bearbeitungsschritte (zum Abtragen der ersten und zweiten Schicht) zumindest nahezu zeitgleich durch Verwendung eines Stahlteilers oder eines Strahlformers aus einer einzigen elektromagnetischen Strahlung erfolgt. Dadurch lassen sich die erforderliche Prozesszeit zum Abtragen der beiden Schichten und infolge dessen die Fertigungskosten zusätzlich vermindern. Darüber hinaus ist es auch möglich, zwei unterschiedliche elektromagnetische Strahlungen vorzusehen. Dabei ist die jeweils eine elektromagnetische Strahlung in Abstimmung mit den obigen Schichten und deren Ablationsschwelle bzw. Schädigungsschwelle ausgewählt. Als elektromagnetische Strahlungsquelle wird vorzugsweise eine Laserstrahleinrichtung verwendet, wobei der von der Laserstrahleinrichtung erzeugte Laserstrahl beim ersten Bearbeitungsschritt (Abtragen der zweiten Schicht) bei der Verwendung von einer metallischen Schicht, insbesondere von Nickel für die zweite Schicht eine Wellenlänge von insbesondere weniger als 10,6μη"ΐ, insbesondere weniger als 1 ,6μη"ΐ, und beim zweiten Bearbeitungsschritt (Abtragen der ersten Schicht) bei Verwendung von Aluminium für die erste Schicht eine Wellenlänge von mehr als 500nm, insbesondere zwischen 1 ,Ομηη und 1 ,θμηη aufweist. Diese Parameter müssen selbstverständlich bei Verwendung anderer Materialien für die erste und zweite Schicht so angepasst werden, dass die Abtragsschwelle der zweiten Schicht geringer ist als die Abtragsschwelle für die erste Schicht, und diese wiederum geringer ist als die Schädigungsschwelle für die Funktionsschicht. Usually, such a two-stage removal process takes place by temporally successive action of the electromagnetic radiation at the corresponding regions of the first and second layer. An advantageous development of the method according to the invention provides that the two processing steps (for the removal of the first and second layer) takes place at least almost simultaneously by using a steel divider or a beam former of a single electromagnetic radiation. As a result, the required process time for removing the two layers and, as a result, the production costs can be further reduced. In addition, it is also possible to provide two different electromagnetic radiation. In each case one electromagnetic radiation is selected in coordination with the above layers and their ablation threshold or damage threshold. A laser beam device is preferably used as the electromagnetic radiation source, wherein the laser beam generated by the laser beam device during the first processing step (removal of the second layer) when using a metallic layer, in particular nickel for the second layer has a wavelength of in particular less than 10.6μη " ΐ, in particular less than 1, 6μη "ΐ, and in the second processing step (removal of the first layer) when using aluminum for the first layer has a wavelength of more than 500nm, in particular between 1, Ομηη and 1, θμηη. Of course, these parameters must be adjusted when using other materials for the first and second layers such that the removal threshold of the second layer is less than the removal threshold for the first layer, which in turn is less than the damage threshold for the functional layer.
Um beispielsweise bei der Verwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens bei Solarzellen eine Stromleitung mit geringen ohmschen Verlusten ausbilden zu können, ist es erforderlich, die üblicherweise aus Aluminium bestehende erste Schicht zu verdicken. Die dazu vorgesehene zweite Schicht dient dabei hauptsächlich als Grundlage für eine galvanischen Verdickung, indem in den Bereichen, in denen die zweite Schicht nicht abgetragen wurde, die zweite Schicht mittels einer dritten (metallischen) Schicht aufgedickt wird. Diese galvanische Aufdickung hat dabei üblicherweise eine Dicke im Mikrometer-Bereich. For example, in order to be able to form a power line with low ohmic losses when using the method according to the invention in solar cells, it is necessary to thicken the first layer, which is usually made of aluminum. The second layer provided for this serves mainly as the basis for a galvanic thickening, in that in the areas in which the second layer has not been removed, the second layer is thickened by means of a third (metallic) layer. This galvanic thickening usually has a thickness in the micrometer range.
Die Erfindung umfasst auch eine Schichtanordnung, die insbesondere zum Durchführen eines erfindungsgemäßen Verfahrens geeignet ist. Dabei umfasst die Schichtanordnung ein flächiges Funktions- bzw. Trägerelement, eine an das Trägerelement anschließende Funktionsschicht, die von einer ersten leitenden, vorzugsweise metallischen Schicht überdeckt ist, wobei die Funktionsschicht freigelegte Bereiche aufweist, in denen die erste Schicht bis zum Trägerelement reicht und beispielsweise bei Solarzellen einen elektrischen Kontakt zum dotierten Siliziumträger herstellt, sowie eine an die erste Schicht angrenzende zweite leitende, vorzugsweise metallische Schicht, und wobei es erfindungsgemäß vorgesehen ist, dass die Schichten durch Materialabtrag bereichsweise abgetragen sind, und dass die erste Schicht eine Schichtdicke aufweist, bei der die erste Schicht eine geringere Ablations- bzw. Schädigungsschwelle beim Eindringen ei- ner elektromagnetischen Strahlung in die erste Schicht aufweist als die Funktionsschicht bzw. das Material des Trägerelements. The invention also encompasses a layer arrangement which is particularly suitable for carrying out a method according to the invention. In this case, the layer arrangement comprises a planar functional or carrier element, a subsequent to the support element functional layer which is covered by a first conductive, preferably metallic layer, wherein the functional layer has exposed areas in which the first layer extends to the support element and, for example Produces solar cells makes electrical contact with the doped silicon substrate, as well as a second conductive, preferably metallic layer adjacent to the first layer, and wherein it is provided according to the invention that the layers are ablated by material removal, and in that the first layer has a layer thickness in which the first layer has a lower ablation or damage threshold when intruding ner electromagnetic radiation in the first layer than the functional layer or the material of the carrier element.
In vorteilhafter Ausgestaltung des Schichtaufbaus bzw. der Schichtanordnung ist es vorgesehen, dass die zweite Schicht aus einem Material besteht, bei der die zweite Schicht eine geringere Ablationsschwelle beim Eindringen einer elektromagnetischen Strahlung aufweist als die erste Schicht beim Eindringen dieser einen elektromagnetischen Strahlung. In an advantageous embodiment of the layer structure or the layer arrangement, it is provided that the second layer consists of a material in which the second layer has a lower ablation threshold upon penetration of electromagnetic radiation than the first layer upon penetration of this one electromagnetic radiation.
Vorzugsweise wird eine derartige Ablationsschwelle bei der Verwendung eines gepulsten Laserstrahls mit einer Pulsdauer von etwa 10ps an der ersten Schicht bei einer Schichtdicke von weniger als 100nm, vorzugsweise weniger als 50nmm, ganz bevorzugt etwa 25nm erreicht, wenn die erste Schicht zumindest vorwiegend aus Aluminium besteht. Diese geringe Schichtdicke hat den Vorteil, dass ein Laserstrahl mir relativ geringer Fluenz verwendet werden kann, wodurch eine Beschädigung der unter der Aluminiumschicht angeordneten Funktionsschicht bzw. des Trägerelements vermieden werden kann. Für den Fall, dass anstelle des Aluminiums ein anderes Material verwendet wird, kann die geeignete Schichtdicke durch Variation der Schichtdicke in Versuchen ermittelt werden. Preferably, such a ablation threshold is achieved using a pulsed laser beam having a pulse duration of about 10 ps at the first layer at a layer thickness of less than 100 nm, preferably less than 50 nm, more preferably about 25 nm, if the first layer consists at least predominantly of aluminum. This small layer thickness has the advantage that a laser beam with relatively low fluence can be used, whereby damage to the functional layer or the support element arranged under the aluminum layer can be avoided. In the event that another material is used instead of the aluminum, the suitable layer thickness can be determined by varying the layer thickness in experiments.
Für die zweite Schicht kommen eine Vielzahl von unterschiedlichen Metallen bzw. Materialien in Frage. Insbesondere kann es erfindungsgemäß vorgesehen sein, dass die zweite Schicht zumindest vorwiegend aus Titan, Nickel, Nickel- Vanadium, Nickel-Chrom, Wolfram, Nickel mit Legierungsbestandteilen, Titannitrid oder elektrisch leitfähigen Oxidschichten (TCO) wie dotiertes Aluminiumzinkoxid oder dotiertes Indiumzinnoxid besteht. Besonders bevorzugt ist die Verwendung von Nickel oder einer Nickellegierung, wobei die Schichtdicke der zweiten Schicht weniger als 500nm, vorzugsweise weniger als 60nm beträgt. Auch hier kann die Schichtdicke anhand von Versuchsreihen ermittelt werden. For the second layer, a variety of different metals or materials in question. In particular, it may be provided according to the invention that the second layer consists at least predominantly of titanium, nickel, nickel vanadium, nickel chromium, tungsten, nickel with alloy constituents, titanium nitride or electrically conductive oxide layers (TCO) such as doped aluminum zinc oxide or doped indium tin oxide. Particularly preferred is the use of nickel or a nickel alloy, wherein the layer thickness of the second layer is less than 500 nm, preferably less than 60 nm. Again, the layer thickness can be determined by means of test series.
Für die Funktionsschicht kommen insbesondere bei Solarzellen beispielsweise Siliziumnitrid, Siliziumoxid oder Aluminiumoxid zur Anwendung. For the functional layer, for example, silicon nitride, silicon oxide or aluminum oxide are used, in particular for solar cells.
Um das Funktions- bzw. Trägerelement nicht nur auf der Seite, auf der die elekt- risch leitende Struktur angeordnet ist, funktional auszubilden, ist es darüber hin- aus bevorzugt vorgesehen, dass die Funktionsschicht auf beiden Seiten des (flächigen) Trägerelements angeordnet ist. In order to make the functional or support element functional not only on the side on which the electrically conductive structure is arranged, it is also necessary from preferably provided that the functional layer is arranged on both sides of the (planar) support member.
Zur Verminderung des elektrischen Übergangswiderstands zwischen dem üblicherweise aus Silizium bestehenden, dotierten Trägerelement bei Solarzellen und der ersten, insbesondere aus Aluminium bestehenden Schicht kann es vorgesehen sein, dass das Trägerelement mit der darauf aufgebrachten ersten Schicht einer Wärmebehandlung unterzogen wird. Diese Wärmebehandlung findet dabei vorzugsweise vor dem Aufbringen der zweiten Schicht statt. In order to reduce the electrical contact resistance between the usually made of silicon, doped carrier element in solar cells and the first, in particular consisting of aluminum layer, it may be provided that the carrier element is subjected to the applied thereon first layer of a heat treatment. This heat treatment preferably takes place before the application of the second layer.
Die Erfindung findet bevorzugt Verwendung zur Ausbildung von elektrischen Kontaktierungsbereichen an Rückseiten von Solarzellen. Die Erfindung soll jedoch keinesfalls auf derartige Anwendungsfälle beschränkt sein. Vielmehr kann die Erfindung auch in der Mikrosystemtechnik, der Sensortechnik oder der Chiptechnik eingesetzt werden. Grundsätzlich ist die Erfindung immer dort vorteilhaft anwendbar, wo ein Halbleitermaterial mit einer metallischen Schicht mit einer Dicke von mehr als 50nm elektrisch kontaktiert werden soll, wobei durch einen Ab- tragprozess an einer metallischen Schicht eine Schädigung bzw. Funktionsbeeinträchtigung entstehen würde und/oder wo elektrisch miteinander verbundene Bereiche aus einer flächigen Metallschicht hergestellt werden sollen. The invention is preferably used for the formation of electrical contact areas on rear sides of solar cells. However, the invention should by no means be limited to such applications. Rather, the invention can also be used in microsystems technology, sensor technology or chip technology. In principle, the invention is always advantageously applicable where a semiconductor material is to be electrically contacted with a metallic layer having a thickness of more than 50 nm, whereby a damage or functional impairment would result from a removal process on a metallic layer and / or where electrical interconnected areas to be made of a sheet metal layer.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele sowie anhand der Zeichnung. Further advantages, features and details of the invention will become apparent from the following description of preferred embodiments and from the drawing.
Diese zeigt in: This shows in:
Fig. 1 Fig. 1
bis to
Fig. 7 den Fertigungsprozess zum Erzeugen einer erfindungsgemäßen  Fig. 7 shows the manufacturing process for producing an inventive
Schichtanordnung, bei der durch eine Laserstrahlbehandlung an der Oberseite eine elektrisch leitende Struktur ausgebildet wird, jeweils im Längsschnitt und Fig. 8 eine vereinfachte Darstellung einer Vorrichtung, die es ermöglicht, den Abtragprozess zweier Schichten an einem erfindungsgemäßen Schicht aufbau zumindest nahezu gleichzeitig zu ermöglichen. Layer arrangement in which an electrically conductive structure is formed by a laser beam treatment at the top, in each case in longitudinal section and Fig. 8 is a simplified representation of a device which makes it possible to make the removal process of two layers of a layer construction according to the invention at least almost simultaneously.
Gleiche Elemente bzw. Elemente mit gleicher Funktion sind in den Figuren mit den gleichen Bezugsziffern versehen. The same elements or elements with the same function are provided in the figures with the same reference numerals.
In der Fig. 1 ist ein flächiges Funktionselement in Form eines Trägerelements 10 dargestellt, wie es insbesondere als Bestandteil von Solarzellen in Form eines dotierten Siliziumwafers verwendet wird. Ein derartiger Siliziumwafer bzw. ein derartiges Trägerelement 10 ist an der Rückseite (in Bezug zur Einstrahlrichtung der Sonne) hochdotiert. In einem ersten, in der Fig. 1 dargestellten Fertigungsschritt wird das Trägerelement 10 beidseitig mit einer Funktionsschicht 1 1 in Form einer dielektrischen Passivierung versehen. Als Material für die Funktionsschicht 1 1 kommt dabei insbesondere Siliziumnitrid, Siliziumoxid, Aluminiumoxid oder amorphes Silizium mit einer Schichtdicke zwischen 10nm und 1 μηη zur Anwendung. Anschließend wird die Funktionsschicht 1 1 , die in der Darstellung der Fig. 1 bis 7 an der Rückseite der Solarzelle bzw. des Trägerelements 10 angeordnet ist, bereichsweise dort wieder geöffnet bzw. mit Aussparungen 12 versehen, wo eine elektrische Verbindung mit dem Trägerelement 10 erfolgen soll, wie dies in der Fig. 2 dargestellt ist. Die Aussparungen 12 sind dabei insbesondere als punkt- oder kanalartige Aussparungen 12 mit einer Breite von beispielsweise zwischen 1 μηι bis zu einigen hundert μηη ausgebildet, die sich in der Darstellung der Figuren auch senkrecht zur Zeichenebene der Figuren erstrecken. Das Ausbilden der Aussparungen 12 erfolgt in an sich bekannter Art und Weise, beispielsweise mit Ätzpasten oder mittels einer Laserstrahleinrichtung durch einen (Ultra-) Kurzpuls-Abtrag. Dazu gehörende Schritte zum Ausbilden der Funktionsschicht 1 1 bzw. der Aussparungen 12, wie beispielsweise das Reinigen oder Annealen sind aus dem Stand der Technik bekannt und werden daher nicht weiter erläutert. 1 shows a planar functional element in the form of a carrier element 10, as it is used in particular as a component of solar cells in the form of a doped silicon wafer. Such a silicon wafer or such a carrier element 10 is highly doped at the back (in relation to the direction of the sun). In a first manufacturing step shown in FIG. 1, the carrier element 10 is provided on both sides with a functional layer 1 1 in the form of a dielectric passivation. In particular, silicon nitride, silicon oxide, aluminum oxide or amorphous silicon with a layer thickness between 10 nm and 1 μm are used as the material for the functional layer 11. Subsequently, the functional layer 1 1, which is arranged in the illustration of FIGS. 1 to 7 on the back of the solar cell or of the carrier element 10, partially opened there again or provided with recesses 12, where an electrical connection with the carrier element 10 takes place should, as shown in FIG. 2. The recesses 12 are in particular as point or channel-like recesses 12 with a width of, for example, between 1 μηι up to a few hundred μηη formed, which extend in the representation of the figures also perpendicular to the plane of the figures. The formation of the recesses 12 takes place in a manner known per se, for example with etching pastes or by means of a laser beam device by means of (ultra) short-pulse removal. Associated steps for forming the functional layer 1 1 and the recesses 12, such as cleaning or annealing are known from the prior art and are therefore not further explained.
In einem dritten, in der Fig. 3 dargestellten Fertigungsschritt wird auf die Oberseite der mit den Aussparungen 12 versehenen Funktionsschicht 1 1 eine erste, elektrisch leitende Schicht 13 als Bestandteil der Struktur 16 aufgebracht. Die erste Schicht 13 besteht dabei vorzugsweise aus Aluminium und weist in den Bereichen, in denen keine Aussparungen 12 vorhanden sind, eine Schichtdicke di von weniger als 100nm, vorzugsweise weniger als 50nm, ganz besonders bevorzugt etwa 25nm auf. Das Aufbringen der ersten Schicht 13 auf die Funktionsschicht 1 1 erfolgt durch PVD-Verfahren wie vollflächiges Sputtern oder Bedampfen der Funktionsschicht 1 1. In a third manufacturing step illustrated in FIG. 3, a first, electrically conductive layer 13 is applied as a component of the structure 16 to the upper side of the functional layer 1 1 provided with the recesses 12. The first layer 13 is preferably made of aluminum and has in the areas in which no recesses 12 are present, a layer thickness di less than 100nm, preferably less than 50nm, most preferably about 25nm. The application of the first layer 13 on the functional layer 1 1 is carried out by PVD method such as full surface sputtering or vapor deposition of the functional layer 1 1.
Ergänzend wird erwähnt, dass anstelle von Aluminium für die erste Schicht 13 auch Silber oder dotierte Halbleitermaterialien verwendet werden kann. In addition, it is mentioned that instead of aluminum for the first layer 13, it is also possible to use silver or doped semiconductor materials.
In einem vierten Fertigungsschritt wird anschließend entsprechend der Fig. 4 auf die erste Schicht 13 eine zweite, vorzugsweise ebenfalls metallische Schicht 14 als Bestandteil der elektrisch leitenden Struktur 16 aufgebracht. Dies erfolgt vorzugsweise durch Aufsputtern. Die zweite Schicht 14 besteht aus einem Metall, welches entweder gut als Galvanikstartschicht geeignet ist, oder aber das zumindest eine gute Haftung einer galvanisch abgeschiedenen Schicht auf der zweiten Schicht 14 ermöglicht. Typischerweise werden für die zweite Schicht 14In a fourth production step, a second, preferably likewise metallic, layer 14 is then applied to the first layer 13 as part of the electrically conductive structure 16 in accordance with FIG. 4. This is preferably done by sputtering. The second layer 14 consists of a metal which is either well suited as an electroplating starter layer or which allows at least good adhesion of a galvanically deposited layer on the second layer 14. Typically, for the second layer 14
Metalle wie Titan, Nickel, Nickel-Vanadium, Nickel-Chrom, Silber, oder Wolfram verwendet. Weiterhin ist es wesentlich, dass die zweite Schicht, wie später noch näher erläutert wird, für einen Laserabtrag eine geringere Abtragsschwelle besitzt wie die darunterliegende, insbesondere aus Aluminium bestehende erste Schicht 13. Aus diesem Grund wird für die zweite Schicht 14 vorzugsweise eineMetals such as titanium, nickel, nickel-vanadium, nickel-chromium, silver, or tungsten are used. Furthermore, it is essential that the second layer, as will be explained in more detail later, has a lower ablation threshold for laser ablation than the underlying first layer 13, which consists in particular of aluminum
Schicht aus Nickel oder einer Nickellegierung verwendet. Die Schichtdicke d2 der zweiten Schicht 14 ist vorzugsweise geringer als 500nm, insbesondere geringer als 60nm. Ergänzend wird erwähnt, dass anstelle der erwähnten Materialien für die zweiteLayer of nickel or a nickel alloy used. The layer thickness d 2 of the second layer 14 is preferably less than 500 nm, in particular less than 60 nm. In addition it is mentioned that instead of the mentioned materials for the second
Schicht 14 auch beispielsweise Titannitrid oder transparente leitfähige Oxidschichten (TCO) wie beispielsweise dotiertes Aluminiumzinkoxid oder dotiertes Indiumzinnoxid verwendet werden können. Anschließend wird die soweit beschriebene Schichtanordnung 100 mit einer elektromagnetischen Strahlung behandelt. Hierzu ist es vorgesehen, dass entsprechend der Fig. 5 in einem ersten Bearbeitungsschritt vorzugsweise ein gepulster Laserstrahl 1 , der mittels einer nicht dargestellten Laserstrahleinrichtung erzeugt wird, senkrecht zur Schichtanordnung 100 auf die zweite Schicht 14 ge- richtet wird. Insbesondere wird der Laserstrahl 1 dabei so zur SchichtanordnungLayer 14, for example, titanium nitride or transparent conductive oxide layers (TCO) such as doped aluminum zinc oxide or doped indium tin oxide can be used. Subsequently, the layer arrangement 100 described so far is treated with electromagnetic radiation. For this purpose, it is provided that, according to FIG. 5, in a first processing step preferably a pulsed laser beam 1, which is generated by means of a laser beam device, not shown, is directed perpendicular to the layer arrangement 100 on the second layer 14. In particular, the laser beam 1 thereby becomes the layer arrangement
100 ausgerichtet, dass sich die Strahlungsachse des Laserstrahls 1 zwischen zwei Aussparungen 12 in der Funktionsschicht 1 1 befindet. Weiterhin wird er Laserstrahl 1 relativ zur Oberfläche der zweiten Schicht 14 bewegt. 100 aligned, that the radiation axis of the laser beam 1 between two recesses 12 in the functional layer 1 1 is located. Furthermore, the laser beam 1 is moved relative to the surface of the second layer 14.
Durch die Bestrahlung der zweiten Schicht 14 mit dem Laserstrahl 1 , der vor- zugsweise kurze bzw. ultrakurze Laserimpulse mit einer Pulsdauer von kleinerBy irradiating the second layer 14 with the laser beam 1, preferably short or ultrashort laser pulses with a pulse duration of less than
600ps, vorzugsweise kleiner 30ps aufweist, wird die zweite Schicht 14 bis in Höhe der ersten Schicht 13 abgetragen. Dadurch, dass die Ablationsschwelle der zweiten Schicht 14 geringer ist als die Ablationsschwelle der unter der zweiten Schicht 14 angeordneten ersten Schicht 13 wird erfindungsgemäß die erste Schicht 13 beim Abtragen der zweiten Schicht 14 zumindest im Wesentlichen nicht beschädigt. 600ps, preferably less than 30ps, the second layer 14 is removed to the level of the first layer 13. Due to the fact that the ablation threshold of the second layer 14 is less than the ablation threshold of the first layer 13 arranged below the second layer 14, according to the invention the first layer 13 is at least substantially not damaged when the second layer 14 is removed.
Anschließend erfolgt in einem zweiten Bearbeitungsschritt entsprechend der Fig. 6 ein Abtragen der ersten Schicht 14 in den Bereichen, in denen zuvor die zweite Schicht 14 entfernt wurde. Hierzu wird der Laserstrahl 1 ebenfalls senkrecht zurSubsequently, in a second processing step corresponding to FIG. 6, the first layer 14 is removed in the regions in which the second layer 14 was previously removed. For this purpose, the laser beam 1 is also perpendicular to
Schichtanordnung 100 ausgerichtet, wobei dieser kurze, vorzugsweise ultrakurze Laserimpulse mit weniger als 30ps mit einer Wellenlänge von mehr als 500nm, vorzugsweise zwischen Ι ,Ομηη und Ι ,θμηι, aufweist. Dadurch, dass die Ablationsschwelle der ersten Schicht 13 infolge der Wahl der Schichtdicke der ersten Schicht 13 so gewählt ist, dass die Schädigungsschwelle der unterhalb der ersten Schicht 13 angeordneten Funktionsschicht 1 1 höher ist, findet beim Abtragen der ersten Schicht 13 bis auf Höhe der Funktionsschicht 1 1 zumindest nahezu, insbesondere keine Beschädigung der Funktionsschicht 1 1 , und zumindest nahezu, insbesondere keine Beschädigung des unterhalb der Funktionsschicht 1 1 befindlichen Materials des Trägerelements 10 statt. Aligned layer arrangement 100, wherein this short, preferably ultrashort laser pulses with less than 30ps with a wavelength of more than 500nm, preferably between Ι, Ομηη and Ι, θμηι, has. Due to the fact that the ablation threshold of the first layer 13 is selected as a result of the choice of the layer thickness of the first layer 13, that the damage threshold of the functional layer 1 1 arranged below the first layer 13 is higher, the removal of the first layer 13 takes place up to the level of the functional layer 1 1 at least almost, in particular no damage to the functional layer 1 1, and at least almost, in particular no damage to the below the functional layer 1 1 located material of the support member 10 instead.
Zuletzt kann entsprechend der Fig. 7 in einem weiteren Fertigungsvorgang zur Verdickung der Struktur 16 und zur Erzielung einer guten elektrischen Leitfähigkeit mit geringem ohmschen Widerstand auf die Oberseite der zweiten Schicht 14 eine dritte Schicht 15 aufgebracht werden. Dies erfolgt vorzugsweise imFinally, according to FIG. 7, a third layer 15 can be applied to the upper side of the second layer 14 in a further manufacturing process for thickening the structure 16 and achieving good electrical conductivity with a low ohmic resistance. This is preferably done in
Galvanikverfahren. Die zweite Schicht 14 ist somit insbesondere mit Blick auf ihre Eignung als Grundlage für das galvanische Abscheiden der Schicht 15 auf die zweite Schicht 14 ausgewählt bzw. ausgebildet. Die abgeschiedene Schicht 15 ist bevorzugt eine Größenordnung dicker ausgebildet als die darunter angeord- neten ersten und zweiten Schichten 13, 14. Durch den Abtrag der ersten und der zweiten Schicht 13, 14 sind jeweils Schichtanordnungen umfassend die erste Schicht 13, die zweite Schicht 14 und die dritte Schicht 15 quer zur Abtragungsrichtung zueinander beabstandet. Die Beabstandung ist bevorzugt größer als die durch die erste, zweite und dritte Schicht 13, 14, 15 gebildete Gesamtschichtstärke. Electroplating process. The second layer 14 is thus selected or formed, in particular with regard to its suitability as the basis for the galvanic deposition of the layer 15 on the second layer 14. The deposited layer 15 is preferably an order of magnitude thicker than the first and second layers 13, 14 arranged underneath. The removal of the first and second layers 13, 14 respectively comprises layer arrangements comprising the first Layer 13, the second layer 14 and the third layer 15 transversely to the Abtragungsrichtung spaced apart. The spacing is preferably greater than the total layer thickness formed by the first, second and third layers 13, 14, 15.
Die Fig. 8 zeigt in stark vereinfachter Darstellung eine Fertigungseinrichtung 20, die dazu geeignet ist, die beiden Abtragsprozesse an den beiden Schichten 13, 14 gleichzeitig vorzunehmen. Hierzu weist die Fertigungseinrichtung 20 einen Strahlenteiler 21 auf, der einen ankommenden Laserstrahl 1 in zwei getrennte Laserstrahlen 1 ' und 1 " aufteilt, die über eine Fokussieroptik 25 auf die Schichtanordnung 100 geleitet werden. Die Laserstrahlen V und 1 " werden dabei in Richtung des Pfeils 26 relativ zur Oberfläche der Schichtanordnung 100 bewegt. Alternativ hierzu ist auch eine Bewegung der Laserstrahlen V, 1 " senkrecht zur Zeichenebene der Fig. 8 denkbar, wobei diese Bewegung in Form zweier aufeinanderfolgender Spuren erfolgt, die seitlich versetzt in der Zeichenebene der Fig. 8 angeordnet sind. Die Leistung des Laserstrahls 1 wird in solch einem Verhältnis aufgeteilt, dass jeweils die für den selektiven Abtrag der zweiten Schicht 14 und die für den selektiven Abtrag der ersten Schicht 13 notwendigen Bedingungen vorliegen. Anstelle eines Strahlteilers 20 kann, wie aus dem Stand der Technik an sich bekannt, auch ein Strahlformer verwendet werden, der einen Laserstrahl 1 mit Bereichen unterschiedlicher Fluenz erzeugt. Auch können Einrichtungen unter Verwendung zweier separat erzeugter Laserstrahlen unter Einhaltung obiger Bedingungen verwendet werden. FIG. 8 shows, in a greatly simplified representation, a production device 20 which is suitable for carrying out the two removal processes on the two layers 13, 14 at the same time. For this purpose, the production device 20 has a beam splitter 21, which splits an incoming laser beam 1 into two separate laser beams 1 'and 1 ", which are directed onto the layer arrangement 100 via focusing optics 25. The laser beams V and 1" are thereby in the direction of the arrow 26 is moved relative to the surface of the layer assembly 100. Alternatively, movement of the laser beams V 1 'perpendicular to the drawing plane of Fig. 8 is also conceivable, this movement taking place in the form of two successive tracks arranged laterally offset in the drawing plane of Fig. 8. The power of the laser beam 1 becomes divided in such a ratio that in each case the conditions necessary for the selective removal of the second layer 14 and for the selective removal of the first layer 13. Instead of a beam splitter 20, as known from the prior art, also a beam shaper can be used which generates a laser beam 1 with regions of different fluence Also devices can be used using two separately generated laser beams in compliance with the above conditions.
Die soweit beschriebene Schichtanordnung 100 bzw. das erfindungsgemäße Verfahren können in vielfältiger Art und Weise abgewandelt bzw. modifiziert werden, ohne vom Erfindungsgedanken abzuweichen. The layer arrangement 100 described so far or the method according to the invention can be modified or modified in many different ways without deviating from the idea of the invention.

Claims

Ansprüche claims
1 . Verfahren zum Ausbilden einer elektrisch leitenden Struktur (16) an einem1 . A method of forming an electrically conductive structure (16) on a
Trägerelement (10), umfassend folgende Schritte: Carrier element (10), comprising the following steps:
a) Beschichten des flächigen Trägerelements (10) zumindest auf der der leitenden Struktur (16) zugewandten Seite mit einer Funktionsschicht (1 1 ) b) Bereichsweises Entfernen der Funktionsschicht (1 1 ) bis zur Oberfläche des Trägerelements (10)  a) coating of the planar carrier element (10) at least on the side facing the conductive structure (16) with a functional layer (1 1) b) removal of the functional layer (1 1) up to the surface of the carrier element (10)
c) Aufbringen einer ersten leitfähigen, vorzugsweise metallischen Schicht (13) auf die Funktionsschicht (1 1 ), wobei die erste Schicht (13) bis zur Oberfläche der von der Funktionsschicht (1 1 ) freigelegten Bereiche des Trägerelements (10) reicht  c) applying a first conductive, preferably metallic layer (13) on the functional layer (1 1), wherein the first layer (13) extends to the surface of the functional layer (1 1) exposed areas of the support member (10)
d) Aufbringen einer zweiten leitfähigen, vorzugsweise metallischen Schicht d) applying a second conductive, preferably metallic layer
(14) auf die erste Schicht (13) (14) on the first layer (13)
e) Bereichsweises Abtragen der zweiten Schicht (14) mittels einer ersten elektromagnetischen Strahlung in einem ersten Bearbeitungsschritt f) Bereichsweises Abtragen der ersten Schicht (13) mittels einer zweiten elektromagnetischen Strahlung in einem zweiten Bearbeitungsschritt in den e) ablation of the second layer (14) by means of a first electromagnetic radiation in a first processing step; f) ablation of the first layer (13) by means of a second electromagnetic radiation in a second processing step in the
Bereichen, in denen die zweite Schicht (14) entfernt wurde, Areas where the second layer (14) has been removed,
wobei die erste Schicht (13) eine Schichtdicke (di) aufweist, bei der die erste Schicht (13) eine geringere Ablationsschwelle beim Eindringen der zweiten elektromagnetischen Strahlung in die erste Schicht (13) aufweist als die Schädigungsschwelle der Funktionsschicht (1 1 ) und/oder das Material des wherein the first layer (13) has a layer thickness (di) in which the first layer (13) has a lower ablation threshold upon penetration of the second electromagnetic radiation into the first layer (13) than the damage threshold of the functional layer (1 1) and / or the material of the
Trägerelements (10) beim Eindringen der zweiten elektromagnetischen Strahlung, so dass beim Abtragen der ersten Schicht (13) die an die erste Schicht (13) angrenzende Funktionsschicht (1 1 ) und/oder das Material des Trägerelements (10) zumindest im Wesentlichen nicht beschädigt bzw. des- sen Funktion nicht beeinträchtigt wird. Carrier element (10) upon penetration of the second electromagnetic radiation, so that when removing the first layer (13) to the first layer (13) adjacent functional layer (1 1) and / or the material of the carrier element (10) at least substantially not damaged or whose function is not impaired.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , 2. The method according to claim 1,
dadurch gekennzeichnet,  characterized,
dass für die zweite Schicht (14) ein Material verwendet wird, das eine materialspezifische Abtragsschwelle aufweist, bei der die zweite Schicht (14) eine geringere Ablationsschwelle beim Eindringen der ersten elektromagnetischen Strahlung aufweist als die erste Schicht (13) beim Eindringen der ersten elektromagnetischen Strahlung, so dass beim Abtragen der zweiten Schicht (14) die an die zweite Schicht (14) angrenzende erste Schicht (13) zumindest im Wesentlichen nicht beschädigt bzw. dessen Funktion nicht beeinträchtigt wird. in that for the second layer (14) a material is used which has a material-specific removal threshold at which the second layer (14) has a lower ablation threshold upon penetration of the first electromagnetic radiation than the first layer (13) upon penetration of the first electromagnetic radiation, so that when removing the second layer (14) adjacent to the second layer (14) first layer (13) at least substantially not damaged or whose function is not impaired.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, Method according to claim 1 or 2,
dadurch gekennzeichnet,  characterized,
dass die beiden Bearbeitungsschritte des Abtragens der ersten und zweiten Schicht (13, 14) zumindest nahezu zeitgleich durch Verwendung eines Stahlteilers (21 ) oder eines Strahlformers aus zumindest einer einzigen elektromagnetischen Strahlung erfolgen.  the two processing steps of removing the first and second layers (13, 14) take place at least almost simultaneously by using a steel divider (21) or a beam former of at least one electromagnetic radiation.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, Method according to one of claims 1 to 3,
dadurch gekennzeichnet,  characterized,
dass als elektromagnetische Strahlung ein vorzugsweise gepulster Laserstrahl (1 ) mit einer Pulsdauer von weniger als 600ps, vorzugsweise weniger als 30ps, ganz besonders bevorzugt weniger als 10ps verwendet wird, und dass die Wellenlänge des Laserstrahls (1 ) beim zweiten Bearbeitungsschritt mehr als 500nm, insbesondere zwischen Ι ,Ομηη und Ι ,δμηη beträgt.  a preferably pulsed laser beam (1) having a pulse duration of less than 600 ps, preferably less than 30 ps, very particularly preferably less than 10 ps is used as electromagnetic radiation, and that the wavelength of the laser beam (1) in the second processing step is more than 500 nm, in particular between Ι, Ομηη and Ι, δμηη is.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, Method according to one of claims 1 to 4,
dadurch gekennzeichnet,  characterized,
dass nach dem Abtragen der ersten Schicht (13) auf die zweite Schicht (14) zumindest bereichsweise eine dritte Schicht (15), vorzugsweise galvanisch, aufgebracht wird.  that, after the removal of the first layer (13) on the second layer (14), a third layer (15), preferably galvanically, is applied at least in regions.
Schichtanordnung (100), insbesondere zum Durchführen eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 5, mit einem flächigen Trägerelement (10), einer an das Trägerelement (10) anschließenden Funktionsschicht (1 1 ), die von einer ersten leitfähigen, vorzugsweise metallischen Schicht (13) überdeckt ist, wobei die Funktionsschicht (1 1 ) freigelegte Bereiche (12) aufweist, in denen die erste Schicht (13) bis zum Trägerelement (10) reicht, und eine an die erste Schicht (13) angrenzende zweite leitfähige, vorzugsweise metallische Schicht (14), dadurch gekennzeichnet, Layer arrangement (100), in particular for carrying out a method according to one of Claims 1 to 5, with a planar carrier element (10), a functional layer (11) adjoining the carrier element (10), which is covered by a first conductive, preferably metallic layer (10). 13), wherein the functional layer (1 1) has exposed regions (12), in which the first layer (13) extends to the carrier element (10), and a second conductive, preferably metallic, bordering the first layer (13) Layer (14), characterized,
dass die Schichten (13, 14) durch Materialabtrag bereichsweise abgetragen sind, und dass die erste Schicht (13) eine Schichtdicke (di) aufweist, bei der die erste Schicht (13) eine geringere Ablationsschwelle beim Eindringen einer elektromagnetischen Strahlung in die erste Schicht (13) aufweist als die Schädigungsschwelle der Funktionsschicht (1 1 ) bzw. das Material des Trägerelements (10) beim Eindringen dieser elektromagnetischen Strahlung.  in that the layers (13, 14) are removed in regions by material removal, and in that the first layer (13) has a layer thickness (di) at which the first layer (13) has a lower ablation threshold when electromagnetic radiation penetrates into the first layer (13). 13) as the damage threshold of the functional layer (1 1) or the material of the carrier element (10) upon penetration of this electromagnetic radiation.
Schichtanordnung nach Anspruch 6, Layer arrangement according to claim 6,
dadurch gekennzeichnet,  characterized,
dass die zweite Schicht (14) aus einem Material besteht, bei der die zweite Schicht (14) eine geringere Ablationsschwelle beim Eindringen einer weiteren elektromagnetischen Strahlung aufweist als die erste Schicht (13) beim Eindringen dieser weiteren elektromagnetischen Strahlung.  in that the second layer (14) consists of a material in which the second layer (14) has a lower ablation threshold upon penetration of a further electromagnetic radiation than the first layer (13) upon penetration of this further electromagnetic radiation.
Schichtanordnung nach Anspruch 6 oder 7, Layer arrangement according to claim 6 or 7,
dadurch gekennzeichnet,  characterized,
dass die erste Schicht (13) zumindest vorwiegend aus Aluminium besteht und eine Schichtdicke (di) von weniger als 100nm, vorzugsweise weniger als 50nm, ganz besonders bevorzugt etwa 25nm aufweist.  the first layer (13) consists at least predominantly of aluminum and has a layer thickness (di) of less than 100 nm, preferably less than 50 nm, very particularly preferably approximately 25 nm.
Schichtanordnung nach einem der Ansprüche 6 bis 8, Layer arrangement according to one of claims 6 to 8,
dadurch gekennzeichnet,  characterized,
dass die zweite Schicht (14) zumindest vorwiegend aus Titan, Nickel, Nickel- Vanadium, Nickel-Chrom, Silber, Wolfram, Nickel mit Legierungsbestandteilen, Titannitrid oder elektrisch leitfähigen Oxidschichten, besonders bevorzugt aus Nickel oder einer Nickellegierung besteht, und dass die Schichtdicke (d2) der zweiten Schicht (14) weniger als 500nm, vorzugsweise weniger als 60nm beträgt. in that the second layer (14) consists at least predominantly of titanium, nickel, nickelvanadium, nickel-chromium, silver, tungsten, nickel with alloy components, titanium nitride or electrically conductive oxide layers, particularly preferably nickel or a nickel alloy, and in that the layer thickness ( d 2 ) of the second layer (14) is less than 500 nm, preferably less than 60 nm.
0. Schichtanordnung nach einem der Ansprüche 6 bis 9, 0. Layer arrangement according to one of claims 6 to 9,
dadurch gekennzeichnet,  characterized,
dass das Trägerelement (10) zumindest vorwiegend aus Silizium besteht und auf der der ersten Schicht (13) zugewandten Seite mit einer Dotierung versehen ist. the carrier element (10) consists at least predominantly of silicon and is provided with a doping on the side facing the first layer (13).
1 1 . Schichtanordnung nach einem der Ansprüche 6 bis 10, dadurch gekennzeichnet, 1 1. Layer arrangement according to one of claims 6 to 10, characterized
dass die Funktionsschicht (1 1 ) aus Siliziumnitrid, Siliziumoxid, amorphem Silizium oder Aluminiumoxid mit einer Schichtdicke zwischen 10nm und 1 μηι besteht.  the functional layer (11) consists of silicon nitride, silicon oxide, amorphous silicon or aluminum oxide with a layer thickness of between 10 nm and 1 μm.
12. Schichtanordnung nach einem der Ansprüche 6 bis 1 1 , 12. Layer arrangement according to one of claims 6 to 1 1,
dadurch gekennzeichnet,  characterized,
dass die Funktionsschicht (1 1 ) auf beiden Seiten des Trägerelements (10) angeordnet ist.  in that the functional layer (1 1) is arranged on both sides of the carrier element (10).
13. Schichtanordnung nach einem der Ansprüche 8 bis 12, 13. Layer arrangement according to one of claims 8 to 12,
dadurch gekennzeichnet,  characterized,
dass zumindest der Verbindungsbereich des Trägerelements (10) mit der ersten Schicht (13) wärmebehandelt ist.  in that at least the connecting region of the carrier element (10) with the first layer (13) is heat-treated.
14. Schichtanordnung nach einem der Ansprüche 6 bis 13, 14. Layer arrangement according to one of claims 6 to 13,
dadurch gekennzeichnet,  characterized,
dass auf der zweiten Schicht (14) eine zusätzliche metallische dritte Schicht (15) angeordnet ist.  an additional metallic third layer (15) is arranged on the second layer (14).
15. Verwendung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 5 oder einer Schichtanordnung nach einem der Ansprüche 6 bis 14 zur Ausbildung von elektrischen Kontaktierungsbereichen an Rückseiten von Solarzellen. 15. Use of a method according to one of claims 1 to 5 or a layer arrangement according to one of claims 6 to 14 for the formation of electrical contacting areas on rear sides of solar cells.
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