WO2014023809A2 - Laserbasiertes verfahren und bearbeitungstisch zur metallisierung der rückseite eines halbleiterbauelements - Google Patents

Laserbasiertes verfahren und bearbeitungstisch zur metallisierung der rückseite eines halbleiterbauelements Download PDF

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Definitions

  • the invention relates to a method for metallization of the rear side of a semiconductor component, which semiconductor component is a photovoltaic solar cell or a precursor in the production process of a photovoltaic solar cell according to the preamble of claim 1 and a processing table for carrying out such a method.
  • the luminous efficacy is also important for the efficiency of a solar line.
  • the luminous efficacy designates the ratio of the total generation of electrons in electron-hole pairs due to the light coupling in the solar cell the electromagnetic radiation incident on the front side.
  • the extension of the light path within the solar cell is also relevant: due to the low absorption properties, a part of the lengthwise optical light penetrates the solar cell and impinges on the rear side of the solar cell.
  • the present invention has for its object to provide a method for metallization of the back side of a semiconductor device, the application of which improves the internal reflection properties of the back of the solar cell and which at the same time makes it possible to achieve the most planar back-side metallization in order to minimize parasitic absorption.
  • Another object of the present invention is to provide a solar cell in which the backside metallization is improved in reflectance and planarity.
  • the invention is intended to provide a machining table for producing such a solar cell and for carrying out such a method.
  • the method according to the invention serves to metallize the rear side of a semiconductor component.
  • the semiconductor device is a photovoltaic solar larzelle or a precursor of a photovoltaic solar cell in the manufacturing process and comprises at least one semiconductor layer. It is within the scope of the invention that the semi-precious layer is formed as a semi-precious substrate, in particular as a silicon wafer.
  • the method comprises the following method steps:
  • n optical refractive index
  • the invention is based on the applicant's knowledge that the formation of a cavity between the metal foil and the rear side of the semiconductor component leads to an increase in the reflection of the long-wave electromagnetic radiation in the range of wavelengths> 1000 nm. By multiple additional reflection of the light, the optical light path in the semiconductor device and thus the absorption probability and thus the efficiency of the solar cell increases.
  • a further field of application for the present invention is a combination with the use of diffractive structures on the back of the solar cell.
  • a diffractive structure for example, a photonic structure is realized on a passivated semiconductor surface.
  • the formation of diffractive structures on a solar cell rear side is known per se and described for example in DE 1 0 2009 042 018 A1.
  • the internal reflection is also increased here by the realization of a cavity, which is filled with air, for example, between the structure and the metal foil.
  • the metal foil arranged on the back acts as an optical mirror and can advantageously further increase the internal reflection.
  • a further positive effect is that when using the described method on realized lattice structures, for example of amorphous Siii- cium, a higher refractive index contrast of the lattice than in known methods can be realized (for example, dielectric buffer layers of oxides between photonic structure and metal mirror). This initially leads to increased diffraction efficiencies, which increases internal light path extension. In addition, non-propagatable evanescent waves in the dielectric buffer layer that occur when using photonic structures are optimally damped in a cavity, which in turn minimizes parasitic absorption in the metal.
  • the resulting cavity on the rear side of the semiconductor component is filled with the filling medium.
  • the filling medium used is a gas, preferably air and / or an inert gas, particularly preferably a noble gas. This has the advantage that in a simple and cost-effective manner, the filled with the filling medium cavity has a refractive index n less than 1, 4.
  • an adhesive is used as filling medium. This results in the advantage that the cavity is stabilized and the metal foil is additionally fixed.
  • Adhesives with a refractive index n less than 1.4 can be used here commercially, for example adhesives from the MY series of the supplier Polytec PT GmbH, Waldbronn, for example. MY-132 or MY-1 33.
  • At least one intermediate layer is applied to one side of the semiconductor component.
  • This intermediate layer is preferably a dielectric layer.
  • the metal layer is locally heated by means of a laser, particularly preferably by means of a pulsed laser.
  • a laser having a wavelength in a range of 1 90 nm to 1 1 ⁇ , particularly preferably used with a wavelength of 1 064 nm.
  • the advantage of using a laser for locally heating and thus melting the metal foil is that the local melting can take place at any point and with high accuracy.
  • an electrical contacting of the semiconductor layer takes place at the points at which the metal foil is locally melted, by electrically connecting the metal foil and the semiconductor layer.
  • This can be done in a conventional manner during the melting process, in particular, during the Aufmeizvorgangs in a simple manner one or more intermediate layers between metal foil and semiconductor layer are penetrated by the metal foil.
  • structuring of the metal foil takes place at the same time. Structuring here means that there is a separation between the areas in which melting takes place in the metal foil and the areas in which the metal foil has not been melted.
  • At least predetermined breaking points in the metal foil are additionally produced in method step C.
  • the predetermined breaking points are generated in the regions which are located on the cavity deviated from the cavity. turned side of the sealing of the metal foil lie. As a result, a simple removal of the metal foil at the edges of the semiconductor device is possible.
  • a filling medium is actively introduced between the semiconductor component and the fixed metal foil.
  • the fixing of the metal foil to the semiconductor component and thus the sealing of the cavity with respect to the environment takes place.
  • This sealing leads to the fact that the filling medium from the cavity can not escape into the environment.
  • the filling medium in this preferredariessfo . a gas, especially air. Because a gas can be in a particularly simple way actively bring between the semiconductor device and metal foil, for example, blow.
  • the active introduction of the filling medium into the cavity between the metal foil and the semiconductor component has the advantage that the thickness of the cavity can be controlled.
  • by introducing a sufficient filling quantity only a few, preferably none, contact points in the area within the seal between the metal foil and the semiconductor component result.
  • the back reflection is additionally increased by the greater surface area of the cavity area.
  • the metal foil is fixed in a gas-tight manner to the semiconductor component, preferably by local heating.
  • At least one filling opening preferably exactly one filling opening, is recessed, so that after the above-described fixing via the at least one filling opening, the filling medium can be introduced into the space bounded by semiconductor component, metal foil and gas-tight fixation.
  • the filling opening is also sealed gas-tight, in particular by local heating.
  • the structures realized by means of nanoimprint can be used as a precursor for further structuring processes (for example etching or lift-off processes), and directly as an optically active layer in the solar cell continue to be used.
  • further structuring processes for example etching or lift-off processes
  • optically active layer in the solar cell continue to be used.
  • Both polymeric materials and for example SolGei or Ormocermaterialien can be used.
  • a structured metal foil is used, which has at least on the side facing the semiconductor device side a plurality of elevations and depressions.
  • the structure of the surface of the metal foil on the side facing the semiconductor component leads to the formation of cavities here when the foil is applied to the rear side of the semiconductor component.
  • a metal foil with stochastic textures is used in method step A.
  • method step A uses a metal foil coated with a dielectric layer.
  • the dielectric layer is applied to the side of the metal foil facing the semiconductor component.
  • the dielectric layer is formed with a thickness in the range of 5 nm to 500 nm, preferably 20 nm to 200 nm.
  • the metal foil is fastened to the semiconductor component at least during method step B. Investigations by the inventors have shown that the metal foil preferably rests flat against the semiconductor component during reflow, since, for example, air entrapment between the foil and the semiconductor component in the region to be fused results from the lack of thermal contact of the metal foil with the semiconductor component Heating is completely or partially evaporated and thus no o- forms only an insufficient connection.
  • the metal foil is therefore stretched during the process step B on the semiconductor device and / or sucked on this and / or blown on this.
  • the suction and / or blowing of the metal foil offers a process-technically simple and in particular non-contact possibility of ensuring the contact between metal foil and semiconductor component in method step B.
  • the object described above is furthermore achieved by a solar cell according to claim 12.
  • the photovoltaic solar cell according to the invention comprises a semiconductor layer, an insulating layer, contacts on the front side of the solar line, a passivation layer on the back of the solar cell and a metal foil which is mounted on the back of the solar cell. Between metal foil and passivation layer a plurality of cavities are formed.
  • the cavities are sealed off from the environment and filled with a filling medium, which filling medium has a refractive index of less than 1.4.
  • the enclosed filling medium contributes to an increase in the reflection of the long-wave electromagnetic radiation and thereby substantially reduces the passivation layer thickness, as described above.
  • the cavities on the rear side of the solar cell according to the invention are air and / or an inert gas , in particular a noble gas, filled.
  • the solar cell according to the invention is advantageously produced by carrying out the method according to the invention or a preferred embodiment thereof.
  • the above-described object is furthermore achieved by a machining table according to claim 13.
  • the machining table according to the invention serves to carry out the above-described method according to the invention or preferably a preferred embodiment of the method according to the invention.
  • the processing table according to the invention comprises a support region for a semiconductor component, a fixing region for the semiconductor component, a fixing region for the metal foil and at least one blow-off opening. It is essential that the blow-off opening is arranged between the fixing region for the metal foil and the support region for the Halbteiterbauelement. For this purpose, the blow-off opening is preferably connected to a blow-off channel.
  • the support area is preferably arranged centrally.
  • the semiconductor device is fixed when using the work table according to the invention in the support area.
  • the fixed Halbieiterbauelement is covered with a metal foil.
  • the fixing region for the metal foil is surrounding the central support region for the semiconductor device, d. H. at least in plan view of the processing table surrounding the support area, arranged and configured such that the metal foil at the edge of the semiconductor device, the semiconductor device is fixed circumferentially, without air inclusions on the semiconductor device. Any air inclusions on the edge of the semiconductor component, circulating the semiconductor component, when carrying out the method according to the invention would result in the metal foil being completely or partially vaporized due to the lack of thermal contact with the semiconductor component during local heating, and thus no or only insufficient sealing formed. The resulting cavities and the filling medium enclosed therein would not be sufficiently sealed in this case. This is avoided by the fixing area, which encloses the support area.
  • the support region for the semiconductor component is formed as a depression, such that, when the semiconductor component is inserted in the recess, the semiconductor component and the surface of the processing table adjoining it laterally form a planar surface. This ensures that the fixed metal foil forms a flat surface and thus leaks when connecting the metal foil to the semiconductor component by any waves of the metal foil are avoided.
  • the fixing region for the semiconductor component is designed as at least one suction opening, which is connected to a first suction line. Via the first suction line and the suction port, the semiconductor device can be subjected to a vacuum / negative pressure and thus fixed to the support area.
  • the fixing region for the metal foil is designed as an intake channel enclosing the support region for the semiconductor component. The suction channel is connected to a second suction line. Via the second suction line and the suction channel, the metal foil can be subjected to vacuum / negative pressure and thus fixed on the semiconductor component.
  • a filling medium as described above preferably a gas
  • a gas can be supplied, so that the metal foil is blown with the gas and thus is at least partially spaced from the semiconductor device in the unmelted areas. This simplifies the removal of excess metal foil.
  • the processing table according to the invention is particularly suitable for carrying out an embodiment of the method according to the invention, as described below:
  • the processing table comprises a support region for the semiconductor component.
  • the semiconductor component is sucked in via the fixing region and the suction line on the processing table.
  • the metal foil is applied to the semiconductor component, which is fixed to the semiconductor components via the suction lines and the suction openings on the fixing areas.
  • a filling medium as described above via the blow-off passage through the blow-off openings preferably a gas between see the locally fixed metal foil and the semiconductor device introduced.
  • the metal foil lifts off the back of the semiconductor device and there are inclusions.
  • the metal foil is peripherally connected at the edge of the semiconductor component by means of laser radiation with the back of the semiconductor device and sealed from the environment. As a result, the introduced Gearmedäum is trapped in the cavities between the metal foil and the back of the Halbieiterbauelements.
  • the metal foil is severed at the edges along the semiconductor component by means of laser radiation.
  • the separation takes place along the connecting line of metal foil and rear side of the semi-ferritic component on the side of the metal foil facing away from the cavity.
  • the protruding foil can be easily removed.
  • a structuring of the metal foil takes place during the melting of the metal foil at the edge of the Halbieiterbauelements, ie during the sealing of the cavity relative to the environment, at the same time a structuring of the metal foil.
  • Structuring means that there is a separation between the areas in which melting takes place in the metal foil and the areas in which the metal foil has not been melted.
  • at least predetermined breaking points preferably a cut through in the metal foil are produced.
  • the structuring is produced in the regions which lie on the side facing away from the hollow space of the sealing of the metal foil.
  • the inventive method is preferably for forming a solar cell according to the invention or a preferred embodiment thereof and / or for implementation by means of the processing table according to the invention or a preferred embodiment thereof.
  • the solar cell according to the invention or a preferred embodiment of the solar cell according to the invention is preferred by carrying out the method according to the invention or a preferred embodiment thereof and / or produced by means of the processing table according to the invention or a preferred embodiment thereof.
  • Figure 1 a to Figure 1 h process steps of a first embodiment of the method according to the invention
  • Figure 2a to Figure 2d process steps of a second embodiment of the method according to the invention
  • Figure 4a to Figure 4g is a schematic representation of the use of a
  • FIGS 1 to 3 are schematic views of a semiconductor device which is a photovoltaic solar cell or a precursor of such a solar cell during the manufacturing process.
  • a partial section is shown schematically; the solar cell is continued analogously on both sides.
  • Like reference numerals in the figures indicate the same or equivalent elements.
  • FIG. 1 a shows a semiconductor component 1 comprising a semiconductor layer 2 with a p-doped region 2 a and an n-doped region 2 b and the contacts 3.
  • the n-doped region 2 b is coated with an insulating layer 4.
  • FIG. 1 a thus shows the initial state of the semiconductor component.
  • Figure 1 b shows a schematic representation of the semiconductor device after performing the method step A0.
  • the rear side 5 of the semiconductor component is roughened.
  • the roughening can be done by using a mixture of HF (hydrofluoric acid) and hydrogen peroxide as an etching solution.
  • texturing can be used, as is used in the prior art for producing a texturing on the front side of a solar cell.
  • methods known per se for generating pyramid structures in particular of about 5 ⁇ m high pyramids, can be used.
  • such a texture can be formed by means of an HF-HNO 3 solution.
  • a solution with 2% KOH and 4% I PA is also possible. It is likewise conceivable to produce a "standard" data record, in particular with a 1 0-20% strength KOH solution.
  • the selective production of recesses in the back side of the semiconductor component results in backside textures having feature sizes in the range of 20 nm to 10 ⁇ m.
  • a passivation layer 6 is applied to the wet-chemically roughened rear side 5 of the semiconductor component.
  • the passivation layer 6 has a passivation effect with regard to the adjoining surface of the semiconductor layer 2, so that the charge carrier recombination speed and thus recombination losses are reduced at this surface.
  • a metal foil 7 is applied to the passivated back 6 of the solar cell.
  • the Metallfoiie 7 and the back of the solar cell 5 arise in regions several cavities 8.
  • These cavities 8 are filled with air as Füümedium and thus have on the one hand a different refractive index compared to the passivation layer and the other in comparison to the metal foil.
  • the difference in refractive index between the air-filled cavities and the passivation layer contributes significantly to the desired increase in optical reflection at the back.
  • another gas or an adhesive can be used as filling medium.
  • regions of the metal foil are locally melted by means of laser radiation 9.
  • the metal foil is fixed locally on the back of the solar cell.
  • a melt mixture of the metal foil 7, the passivation 6 and the semiconductor layer 2 is formed.
  • an electrical contact 10 exists to the underlying semiconductor layer 2.
  • FIG. 1 e shows the connection of the metal foil 7 to the rear side of the semiconductor component 5.
  • the molten area defines the air-filled cavity 8 and seals the cavity ' 8 from the environment. In this case, the melted region runs along the edge of the semiconductor component. The air is thus enclosed with respect to the environment in the cavities 8 between metal foil 7 and passivated back 6 of the semiconductor device.
  • FIG. 1 d thus shows the state after carrying out method step B.
  • FIG. 1 f thus shows the state after carrying out method step C.
  • FIG. 1 g shows the solar cell after carrying out the method according to the invention.
  • the photovoltaic solar cell according to the invention comprises a semiconductor layer 2, an insulating layer 4, contacts on the front side of the solar cell 3a, 3b, a passivation layer 6 on the back 5 of the solar cell, and a metal foil 7 mounted on the back of the solar cell. Between Metallfoiie 7 and passivation layer 6 are a plurality of cavities 8, which are filled with air, included. The trapped air contributes to an increase in the reflection of the long-wave electromagnetic radiation and thereby allows to substantially reduce the passivation layer thickness.
  • FIG. 2 a shows, analogously to FIG. 1 a, a semiconductor component 1. To avoid repetition, only the differences between the individual exemplary embodiments of the method according to the invention will be discussed below.
  • the semiconductor layer 2 is additionally provided with a passivation layer 6 on the planar rear side 5 of the solar cell.
  • An additional patterning layer 12 is applied to the passivation layer 6. This structuring layer 12 can subsequently be patterned.
  • the patterning layer 12 is an amorphous silicon layer.
  • a layer is structured by means of a stamp, which can then be used directly as an optically active layer or whose pattern can serve as a template for the following patterning processes (for example, for etching processes in the amorphous silicon layer 12).
  • a stamp which can then be used directly as an optically active layer or whose pattern can serve as a template for the following patterning processes (for example, for etching processes in the amorphous silicon layer 12).
  • Such a method is for example in H. Hauser et al., "Diffractive Backside Structures via Nanoimprint Lithography", 2012, Proceedings of the Silicon PV Conference
  • the structure sizes can be selected here in the range between 200 nm and 10 ⁇ m, preferably between 400 nm and 2 ⁇ m the state of the semiconductor device 1 after performing the nano imprint method in step A0.
  • the metal foil 7 is applied to the rear side of the semiconductor component. Cavities with air inclusions 13 between the metal foil and the nanostructures on the rear side of the semiconductor component, shown in FIG. 2d, are formed by the structuring previously carried out.
  • the metal foil 7 is locally fixed to the rear side of the semiconductor component.
  • the metal foil is connected in an airtight manner to the semiconductor component along the edge of the semiconductor component and separated at the edge in a last method step.
  • FIG. 3 a shows a semiconductor component analogous to FIG. 1 a.
  • the rear side of the semiconductor component 5 is coated with a plane passivation layer 6.
  • a structured Metallfoiie 22 is applied to the plane passivated back 6 of the semi-fairlead component. This step is shown in FIG. 3b.
  • air inclusions 1 3 are also formed between the metal foil 22 and the back 5 of the semiconductor component 1 and thus lead to increased reflection at the rear side of the solar cell.
  • the structured metal foil 22 is connected locally to the rear side of the semiconductor component.
  • the edges are peripherally connected along the semiconductor device by means of laser radiation and sealed from the environment.
  • the metal foil is separated at the edges in a final process step.
  • FIG. 3c shows a solar cell 23 after carrying out this embodiment of the method according to the invention.
  • the solar cell is coated on the back with a structured metal foil 22, 22 between the back of the solar cell 5 and the Metallfoiie 22 air pockets 13 exist.
  • the processing table 14 comprises a central support region 15 for a semiconductor component 1, a fixing region 16 for the semiconductor component, a fixing region 17 for the metal foil 7 and a blow-off opening 18.
  • the fixing regions 16 and 17 in the present exemplary embodiment are suction openings which are connected to suction lines 19.
  • the blow-off opening 1 8 is connected to a blow-off channel 20 and arranged between the fixing region for the metal foil 1 7 and support area 15.
  • FIG. 4b shows the processing table 14 with a semi-ferriter component 1 inserted.
  • the Halbieiterbauelement 1 is sucked on the fixing area 16 and the suction line 1 9 at the processing table.
  • the metal foil 7 is applied, which is fixed via the suction openings on the fixing regions 17 on Halbieiterbauelement 1.
  • FIG. 4c shows process step B.
  • the metal foil 7 is attached locally to the semi-ferriter component 1.
  • the metal foil 7 melts at the irradiated points and forms a local contact 10 with the underlying semi-conductor component.
  • FIG. 4g shows the finished semi-ferritic component 1 with an air gap 13 enclosed between the metal foil 7 and the rear side 5 of the semiconductor component.
  • FIG. 4g So shows the state after performing the embodiment of the method according to the invention.
  • the bearing area 15 is formed as a depression, such that when the semi-conductor component 1 of the semiconductor component 1 is inserted into the recess, it forms a planar surface with the surface of the machining table 14 laterally adjacent thereto. This ensures that the sucked metal foil 7 rests peripherally on the semiconductor component 1 at the edge of the semiconductor component without unwanted air inclusions. Any unwanted Guteinschilianes lead here in carrying out the method according to the invention to the fact that the metal foil 7 is completely or partially evaporated due to the lack of thermal contact with the Halbieiterbauelement 1 during local heating and thus no or only insufficient sealing along the edge of the semiconductor device is formed. In this case, the sealing of the air inclusions would no longer be guaranteed.
  • the semiconductor component 15 Due to the design of the semiconductor component 15 as a depression, such that, when the semiconductor component 1 is inserted in the recess, the semiconductor component 1 with the surface of the processing table 14 adjoining it laterally forms a planar surface, there is the advantage that the probability of the formation of air bubbles occurs. Closures between the metal foil 7 and the semiconductor device 1 along the edge, the semiconductor device is circumferentially reduced and thereby the quality of the seal of the air pockets 1 3 increases.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Metallisierung der Rückseite eines Halbleiterbauelements, welches Halbleiterbauelement Teil einer photovoltaische Solarzelle oder einer Vorstufe im Herstellungsprozess einer photovoltaischen Solarzeile ist, folgende Verfahrensschritte umfassend; A Aufbringen zumindest einer zumindest einschichtigen Metallfolie auf die Rückseite des Halbleiterbauelements, B Lokales Erhitzen zumindest der Metallfolie, derart, dass in lokalen Bereichen kurzzeitig ein Aufschmelzen der Metallfolie erfolgt. Wesentlich ist, dass zwischen Metallfolie und Rückseite des Halbleiterbauelementes zumindest bereichsweise ein Hohlraum ausgebildet wird, welcher Hohlraum mit einem Füllmedium gefüllt ist, welches Füllmedium einen optischen Brechungsindex kleiner als 1,4 aufweist. Die Erfindung betrifft weiterhin eine Solarzelle, die unter Verwendung solch eines Verfahrens hergestellt wird sowie einen Bearbeitungstisch zur Durchführung solch eines Verfahrens.

Description

Laserbasiertes Verfahren und Bearbeitungstisch zur Metallisierung
der Rückseite eines Halbleiterbauelements Beschreibung
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Metallisierung der Rückseite eines Halbleiterbauelements, welches Halbleiterbauelement eine photovoltaische Solarzel- le oder eine Vorstufe im Herstellungsprozess einer photovoltaischen Solarzelle ist gemäß Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie einen Bearbeitungstisch zur Durchführung solch eines Verfahrens.
Bei photovoltaischen Solarzellen werden Ladungsträger typischerweise durch Metallstrukturen abgeführt. Hierbei sind Metallstrukturen bekannt, welche eine Seite des Halbleiterbauelements ganzflächig kontaktieren.
In der einfachsten Form besteht das Halbleiterbauelement aus einer Halbleiterschicht mit einem p-dotierten Bereich und einem n-dotierten Bereich. Das Halb- leiterbaueiement kann zusätzlich Isolierungsschichten oder weitere Schichten, insbesondere Halbleiterschichten umfassen.
Wesentlich für den Wirkungsgrad einer Solarzeile ist neben den elektrischen Eigenschaften wie beispielsweise die Rekombinationseigenschaften der Ober- flächen und die Materialgüte der Halbleiterschichten weiterhin die Lichtausbeute, Die Lichtausbeute bezeichnet das Verhältnis der Gesamtgeneration von Elektronen in E!ektronen-Lochpaaren aufgrund der Lichteinkopplung in der Solarzelle zu der auf die Vorderseite auftreffenden elektromagnetischen Strahlung. Um die Lichtausbeute zu erhöhen, ist insbesondere auch die Verlängerung des Lichtweges innerhalb der Solarzelle relevant: aufgrund der geringen Absorptionseigenschaften durchdringt ein Teil des Längenwelienlichts die Solarzelle und trifft auf die Rückseite der Solarzelle auf. Zur Erhöhung der Lichtausbeute ist es daher bekannt, die Rückseite spiegelnd auszugestalten, so dass ein auf der Rückseite auftreffender Lichtstrahl wieder in Richtung der Vorderseite reflektiert wird. Hierzu ist es bekannt, die Rückseite des Halbleiterbauelements mit vollflächigen Rückseitenmetallisierungen als Rückseitenreflektoren zu beschichten. Dabei ist ebenso bekannt, dass es in strukturierten oder rauen Metallschichten zu parasitärer Absorption kommt. Aus diesem Grunde weisen glatte (beispielsweise aufgedampfte) Metallschichten eine weitaus höhere Reflexion auf als vergleichsweise raue Schichten (beispielsweise mittels Siebdruck hergestellt).
Eine weitere Möglichkeit eine interne Lichtwegsverlängerung in Solarzellen zu erzielen, ist in DE 1 0 2009 042 018 A1 beschrieben. Dabei wird auf der Solarzellenrückseite eine diffraktive Oberflächenstruktur realisiert. Diese bewirkt, dass die an der Rückseite reflektierten Photonen in diskrete Beugungswinkel reflektiert werden. Auf diese Weise kann ebenso die Absorption langwelliger Strahlung durch eine interne Lichtwegsverlängerung erhöht werden.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Metallisierung der Rückseite eines Halbleiterbauelements bereitzustellen, dessen Anwendung die internen Reflexionseigenschaften der Solarzelienrückseite verbessert und welches gleichzeitig ermöglicht, eine möglichst planare Rückseitenmetallisierung zu erzielen, um parasitäre Absorption zu minimieren. Weiterhin liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Solarzelle zu schaffen, bei der die Rückseitenmetallisierung hinsichtlich der Reflexionseigenschaften und der Planarität verbessert ist. Weiterhin soll die Erfindung einen Bearbeitungstisch zur Herstellung einer solchen Solarzelle und zur Durchführung solch eines Verfahrens zur Verfügung stellen.
Gelöst ist diese Aufgabe durch ein Verfahren gemäß Anspruch 1 , durch eine photovoltaische Solarzelle gemäß Anspruch 12 und durch einen Bearbeitungstisch zur Durchführung solch eines Verfahrens gemäß Anspruch 13. Vorteilhafte Ausgestaltungen des Verfahrens finden sich in den Ansprüchen 2 bis 1 1 . Vorteilhafte Ausgestaltungen des Bearbeitungstisches zur Durchführung des Verfahrens finden sich in den Ansprüchen 14 und 1 5. Hiermit wird der Wortlaut der Ansprüche durch ausdrückliche Bezugnahme in die Beschreibung aufgenommen.
Das erfindungsgemäße Verfahren dient zur Metallisierung der Rückseite eines Halbleiterbauelements. Das Halbleiterbauelement ist eine photovoltaische So- larzelle oder eine Vorstufe einer photovoltaischen Solarzelle im Herstellungsverfahren und umfasst mindestens eine Halbleiterschicht. Es liegt hierbei im Rahmen der Erfindung, dass die Halbieiterschicht als Halbieitersubstrat, insbesondere als Siliziumwafer ausgebildet ist.
Das Verfahren umfasst folgende Verfahrensschritte:
In einem Verfahrensschritt A wird zumindest eine zumindest einschichtige Metallfolie auf die Rückseite des Halbleiterbauelements aufgebracht. i n einem Verfahrensschritt B wird die in Verfahrensschritt A aufgebrachte Me- tailfolie lokal erhitzt. Dadurch erfolgt in lokalen Bereichen kurzzeitig ein Aufschmelzen zumindest der Metallfolie.
Wesentlich ist, dass zwischen Metallfolie und Rückseite des Halbleiterbauele- ments zumindest bereichsweise ein Hohlraum ausgebildet wird, welcher Hohlraum mit einem Füllmedium gefüllt ist, welches Füilmedium einen optischen Brechungsindex n kleiner als 1 ,4 aufweist. Der Parameter n gibt hierbei und im Folgenden den Realteil des Brechungsindex wieder.
Der Erfindung liegt die Kenntnis des Anmelders zugrunde, dass die Ausbildung eines Hohlraums zwischen Metallfolie und Rückseite des Halbleiterbauelements zu einer Erhöhung der Reflexion der langwelligen elektromagnetischen Strahlung im Bereich von Wellenlängen > 1000 nm führt. Durch mehrfache zusätzliche Reflexion des Lichts erhöht sich der optische Lichtweg im Halbleiterbauelement und damit die Absorptionswahrscheinlichkeit und somit der Wirkungsgrad der Solarzelle.
Physikalisch basiert dies auf dem erhöhten Brechungsindexkontrast zwischen Halbleiter und Metallschicht. Dies führt nach den Fresnel-Gleichungen zu einer erhöhten internen Reflexion und einer Reduktion des kritischen Winkels bei dem es zur internen Totalreflexion kommt. Letzteres ist besonders in Kombination mit texturierten Vorderseiten wichtig, da in diesem Falle Licht unter schrägen Winkeln auf die Solarzellenrückseite einfällt. Ist der Einfallswinkel auf der Rückseite größer dem Totalreflexionswinkel, wird bereits am Übergang zwischen Halbleiter und Dielektrikum oder Halbleiter und einem optisch dünneren Füllmedium nahe- zu alle Strahlung reflektiert und muss gar nicht erst vom metallischen Spiegel verlustbehaftet reflektiert werden.
I m Falle rauer oder texturierter rückseitiger Halbleiteroberflächen führt ein direktes Aufbringen einer Metallschicht über gängige Verfahren (z. B. Siebdrück, Sputtern oder Aufdampfen) zu ebenso strukturierten Metalloberflächen. Dies ändert sich typischerweise nicht signifikant durch das Aufbringen dielektrischer Passivierungsschichten mit gängigen Dicken kleiner 100 nm. Wie bereits oben erwähnt, kommt es in strukturierten Metallen zu Absorption , die in diesem Anwendungsfall als parasitär zu betrachten ist, da sie eine für die Solarzelle nicht nutzbare Absorption darstellt. In der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren beschrieben, welches diese Verluste bei texturierten Rückseiten minimiert, da zum einen die interne Reflexion aufgrund eines Hohlraums erhöht wird, zum anderen eine wohldefinierte plane Metalloberfläche der Folie vorherrscht, sodass parasitäre Metallabsorption minimiert werden kann.
Ein weiteres Anwendungsfeid für die vorliegende Erfindung stellt eine Kombination mit einem Einsatz diffraktiver Strukturen auf der Solarzellenrückseite dar. Zur Ausbildung solch einer diffraktiven Struktur wird beispielsweise eine photonische Struktur auf einer passivierten Halbleiteroberfläche realisiert. Die Ausbildung diffraktiver Strukturen an einer Solarzellenrückseite ist an sich bekannt und beispielsweise in DE 1 0 2009 042 018 A1 beschrieben. Analog zu den bereits beschriebenen Fällen wird auch hier durch die Realisierung eines Hohlraums, der zum Beispiel mit Luft gefüllt ist, zwischen Struktur und Metallfolie die interne Reflexion erhöht. Zusätzlich wirkt die rückseitig angeordnete Metallfolie als optischer Spiegel und kann vorteilhaft die interne Reflexion weiter erhöhen.
Wenn eine Metallschicht oder eine dielektrische Schicht hingegen direkt auf eine Struktur auf der Rückseite der Solarzelle aufgedampft wird, passt sich diese Metallschicht an die Struktur an. Hierdurch kann sich eine besonders nachteilige zur photonischen Struktur konformafe Modulation der Metalioberfläche ergeben: Dabei kommt es, zusätzlich zur bereits beschriebenen parasitären Absorption, aufgrund von Gittereffekten zu einer Einkopplung der Strahlung ins Metall, welche diesen negativen Effekt verstärkt. Dieses Problem kann durch den Einsatz einer Metallfolie und die Ausbildung von Hohlräumen zur Metallisierung einer Solarzellenrückseite im Wesentlichen vermieden werden. Eine weitere positive Wirkung ist, dass sich bei Anwendung des beschriebenen Verfahrens auf realisierten Gitterstrukturen, beispielsweise aus amorphem Siii- cium, ein höherer Brechungsindexkontrast des Gitters als bei bekannten Verfahren realisieren lässt (beispielsweise dielektrische Pufferschichten aus Oxiden zwischen photonischer Struktur und Metallspiegel). Dies führt zunächst zu erhöhten Beugungseffizienzen, wodurch die interne Lichtwegsverlängerung erhöht wird. Zusätzlich werden nicht ausbreitungsfähige evaneszente Wellen in der dielektrischen Pufferschicht, die beim Einsatz photonischer Strukturen auftreten, in einem Hohlraum optimal gedämpft, wodurch wiederum die parasitäre Absorption im Metall minimiert werden kann.
Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren ist es möglich, die Rückseite einer Solarzelle derart zu metallisieren, dass zwischen Passivierungsschicht und Metallfolie ein hinreichend großer Hohlraum bestehen bleibt, welcher zu einer Erhöhung der Rückreflexion der eingekoppelten Strahlung führt. Dadurch ist es möglich, die Dicke der Passivierungsschicht maßgeblich zu reduzieren. Denn bisher wurde versucht, eine erhöhte Rückseitenreflexion durch eine entsprechend dick ausgebildete Passivierungsschicht zu realisieren. Eine dickere Passivierungsschicht führt jedoch zu höheren Prozesskosten und einer längeren Prozessdauer. Ein weiterer Vorteil einer dünneren Passivierungsschicht ist, dass diese eine geringere Barriere für den Kontaktierungsprozess darstellt: Zur Ausbildung der Kontaktierungsstruktur muss die Passivierungsschicht durchkontaktiert werden, um einen direkten Kontakt zum Halbleitermaterial herzustellen. Dies ist bei einer reduzierten Dicke der Passivierungsschicht einfacher.
Das erfindungsgemäße Verfahren bietet somit erstmals eine kostengünstige Möglichkeit, die Rückseite von Halbleiterbauelementen unter Einsatz einer dünnen Passivierungsschicht zu metallisieren, ohne dass hierdurch wesentliche Effizienzeinbußen entstehen. Im Vergleich zu vorbekannten Verfahren zur Rückseitenmetallisierung sind Solarzellen herstellbar, bei denen die Dicke der Passivierungsschicht bis auf ungefähr 5 nm reduziert werden kann.
I m Rahmen dieser Beschreibung ist der entstehende Hohlraum auf der Rückseite des Halbleiterbauelements mit dem Füllmedium gefüllt. In einer vorzugsweisen Ausführungsform wird als Fülimedium ein Gas, bevorzugt Luft und/oder ein I nertgas, insbesondere bevorzugt ein Edelgas verwendet. Hierdurch ergibt sich der Vorteil, dass in einfacher und kostengünstiger Weise der mit dem Füllmedium gefüllte Hohlraum einen Brechungsindex n kleiner 1 ,4 aufweist.
I n einer weiteren vorzugsweisen Ausführungsform wird als Füllmedium ein Klebstoff verwendet. Hierdurch ergibt sich der Vorteil, dass der Hohlraum stabilisiert und die Metallfolie zusätzlich fixiert wird. Es können hierbei handelsüblich Klebstoffe mit einem Brechungsindex n kleiner 1 ,4 verwendet werden, beispielsweise Klebstoffe aus der MY-Serie des Anbieters Polytec PT GmbH, Waldbronn , z. B. MY-132 oder MY-1 33.
Es liegt im Rahmen der Erfindung, dass vor den Verfahrensschritten A und/oder B weitere Zwischenschichten aufgebracht werden.
Vorzugsweise wird in einem zusätzlichen Verfahrensschritt A-1 vor dem Verfahrensschritt A zumindest eine Zwischenschicht auf eine Seite des Halbleiterbauelements aufgebracht. Bevorzugt ist diese Zwischenschicht eine dielektrische Schicht. Hierdurch ergibt sich der Vorteil, dass die Zwischenschicht zur Erhöhung des Wirkungsgrades der Solarzelle ausgebildet werden kann, insbesondere durch Ausbildung der Zwischenschicht als Passivierungsschicht, um die Ladungsträgerrekombination an der Oberfläche der Halbleiterschicht zu verringern und/oder durch Ausbildung der Zwischenschicht als optische Schicht, um die Reflexionseigenschaften der Solarzelle und damit die Lichtabsorption zu verbessern. Besonders bevorzugt ist daher eine Ausbildung der Zwischenschicht als dielektrische Schicht, insbesondere bevorzugt als Siliziumdioxidschicht, Siliziumnitridschicht oder als Aluminiumoxädschicht vorteilhaft.
Vorzugsweise wird in Verfahrensschritt B die Metallschicht mittels eines Lasers, insbesondere bevorzugt mittels eines gepulsten Lasers, lokal erhitzt. Vorzugsweise wird ein Laser mit einer Wellenlänge in einem Bereich von 1 90 nm bis 1 1 μητι, besonders bevorzugt mit einer Wellenlänge von 1 064 nm verwendet. Vorzugsweise wird ein Laser mit einer Pulslänge im Bereich von einer Picosekunde (ps) bis 20 Mikrosekunden (ps) besonders bevorzugt von 10-300 Nanosekunden (ns) verwendet. Untersuchungen der Erfinder haben gezeigt, dass die vorge- nannten Parameter einen reibungslosen und fehlerunanfälligen Prozessabiauf ermöglichen. Vorteilhaft an der Verwendung eines Lasers zum lokalen Erhitzen und damit Aufschmelzen der Metailfolie ist, dass das lokale Aufschmelzen an jeder beliebigen Stelle und mit hoher Genauigkeit stattfinden kann.
I n einer vorzugsweisen Ausführungsform erfolgt das Aufschmelzen der Metailfolie in Verfahrensschritt B derart, dass der Hohlraum durch die Metailfolie, die Rückseite des Halbleiterbauelements und die aufgeschmolzenen Bereiche begrenzt wird. Hierdurch wird der Hohlraum gegenüber der Umgebung abgedichtet. Der aufgeschmolzene Bereich ist zumindest teilweise um den Hohlraum umlaufend ausgebildet. Vorteilhafterweise verläuft der aufgeschmolzene Bereich zumindest teilweise stetig entlang der äußeren Kante des Halbieiterbauele- ments. Die durch das Aufschmelzen der Metailfolie entstehende Verbindung zwischen Metailfolie und Halbieiterbauelement erfüllt damit einerseits den Zweck, den Hohlraum zwischen Metailfolie und Halbleiterbauelement gegenüber der Umgebung abzudichten. Andererseits kann die Metailfolie in lokalen Bereichen, die über die Rückseite des Halbleiterbauelements verteilt sind, am Halbieiterbauelement fixiert werden.
Bevorzugt erfolgt an den Steilen, an welchen die Metallfolie lokal aufgeschmolzen wird, eine elektrische Kontaktierung der Halbleiterschicht, indem Metailfolie und Halbleiterschicht elektrisch leitend verbunden werden. Dies kann in an sich bekannter Weise während des Aufschmelzvorgangs erfolgen, insbesondere kann während des Aufschmeizvorgangs in einfacher Weise eine oder mehrere Zwischenschichten zwischen Metailfolie und Halbleiterschicht Von der Metailfolie durchdrungen werden.
I n einer weiteren vorzugsweisen Ausführungsform erfolgt während des Aufschmelzens der Metailfolie in Verfahrensschritt B gleichzeitig eine Strukturierung der Metatlfoiie. Strukturierung bedeutet hier, dass eine Trennung zwischen den Bereichen, in denen ein Aufschmelzen in der Metailfolie erfolgt und den Bereichen, in denen die Metailfolie nicht aufgeschmolzen wurde, entsteht.
In einer weiteren vorzugsweisen Ausführungsform werden zusätzlich in Verfahrensschritt C zumindest Sollbruchstellen in der Metailfolie erzeugt. Die Sollbruchstellen werden in den Bereichen erzeugt, die auf der vom Hohlraum abge- wandten Seite der Abdichtung der etallfolie liegen. Dadurch ist ein einfaches Entfernen der Metallfolie an den Rändern des Halbleiterbauelements möglich.
Insbesondere ist es vorteilhaft, wenn die Metallfolie an den Aufschmelzberei- chen des Verfahrensschritts C bereits während des Laserbearbeitungsprozesses vollständig durchtrennt wird. Dadurch ist ein einfaches Entfernen der Metallfolie an den Rändern des Halbleiterbauelements möglich. Vorzugsweise wird im Verfahrensschritt C ein Laser mit einer Pulslänge im Bereich von einer Picosekunde bis einige Femtosekunden verwendet. Dadurch wird die Metallfolie in den mit Laserstrahlung beaufschlagten Bereichen verdünnt, das heißt es wird Metall abgetragen. Vorteilhaft ist hier, dass kein Aufschmelzen der Rückseite des Halbleiterbauelements erfolgt. Es wird somit keine Verbindung zwischen Metallfolie und Halbleiterbauelement hergesteilt. In einer weiteren vorzugsweisen Ausführungsform wird die Metallfolie in einem Verfahrensschritt A-a nach dem Verfahrensschritt A durch lokales Erhitzen punktuell am Halbleiterbauelement fixiert. In einem zusätzlichen anschließenden Verfahrensschritt A-b vor dem Verfahrensschritt B wird aktiv ein Füllmedium zwischen Halbleiterbauelement und fixierte Metallfolie eingebracht. Anschlie- ßend erfolgt in Verfahrensschritt B, wie oben beschrieben, durch lokales Erhitzen das Fixieren der Metallfolie am Halbleiterbauelement und damit das Abdichten des Hohlraums gegenüber der Umgebung. Dieses Abdichten führt dazu, dass das Füllmedium aus dem Hohlraum nicht in die Umgebung austreten kann. Vorzugsweise ist das Füilmedium in dieser vorzugsweisen Ausführungsfo.rm ein Gas, insbesondere Luft. Denn ein Gas lässt sich in besonders einfacher Weise aktiv zwischen Halbleiterbauelement und Metallfolie einbringen, beispielsweise einblasen.
Durch das aktive Einbringen von dem Füllmedium in den Hohlraum zwischen Metallfolie und Halbleiterbauelement ergibt sich der Vorteil, dass die Dicke des Hohlraums gesteuert werden kann. Außerdem ergeben sich durch Einbringen einer ausreichenden Füllmenge nur wenige, vorzugsweise keine, Kontaktstellen im Bereich innerhalb der Abdichtung zwischen Metallfolie und Halbleiterbauelement, Dadurch wird die Rückseitenreflexion durch die größere Flächenausdeh- nung des Hohlraumbereichs zusätzlich erhöht. In einer weiteren vorzugsweisen Ausführungsform wird vor dem aktiven Einbringen des Füllmediums die Metallfoiie an dem Halbleiterbauelement gasdicht fixiert, vorzugsweise durch lokales Erhitzen. Hierbei wird mindestens eine Füllöffnung, vorzugsweise genau eine Füllöffnung ausgespart, so dass nach dem vorbeschriebenen Fixieren über die mindestens eine Füllöffnung das Füllmedium in den durch Halbleiterbauelement, Metallfolie und gasdichte Fixierung begrenzten Raum eingebracht werden kann. Hierdurch werden eine definierte Füllmenge und ein definierter Fülldruck ermöglicht. Vorzugsweise wird anschließend die Füllöffnung ebenfalls gasdicht verschlossen, insbesondere durch lokales Erhitzen.
I n einer weiteren vorzugsweisen Ausführungsform wird die Rückseite des Halbleiterbauelements in einem Verfahrensschritt ÄO vor dem Verfahrensschritt A strukturiert. Die Struktur an der Rückseite weist eine Mehrzahl von Erhebungen und Vertiefungen auf, so dass es durch das Vorhandensein von Strukturen in der Halbleiteroberfläche bei einem Anlegen der Folie zur Ausbildung von Hohlräumen in den Vertiefungen kommt. Vorzugsweise wird die Strukturierung mit einem Nano-imprint-Verfahren und/oder einem trocken- und/oder nasschemischen Ätzverfahren und/oder einem Druck- oder Lithographieverfahren ausgeführt (H. Hauser et al . ,„Diffractive Backside Structrures via Nanoimprint Litho- graphy1', 2012, Proceedings of the Sillicon PV Conference).
Insbesondere ist es vorteilhaft, die Strukturierung ausschließlich mit dem Nano- imprint-Verfahren auszuführen: Die mittels Nanoimprint realisierten Strukturen können zum einen als Vorstufe weitere Strukturierungsprozesse (beispielsweise Ätz- oder Lift-Off Prozesse) genutzt werden, zum anderen direkt als optische aktive Schicht in der Solarzelle weiterverwendet werden. Dabei können sowohl polymere Materialien wie auch beispielsweise SolGei- oder Ormocermaterialien eingesetzt werden.
Die Strukturgrößen der Rückseitenstrukturierung können im Bereich zwischen 200 nm bis 10 μιτι gewählt werden. Bevorzugt werden Strukturgrößen zwischen 400 nm und 2 pm eingesetzt. Vorteilhaft ist hier insbesondere, dass die Dicke des Hohlraums in Abhängigkeit von der Strukturgröße gesteuert werden kann . Dicke des Hohlraums bedeutet hier die Abmessung des Hohlraums senkrecht zur Ebene der Rückseite des Halbieiterbauelements. Zusätzlich zur Nutzung der Kavitäten der Strukturierung als Hohlräume werden in einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung an der Rückseite zwischen Metalifolie und Rückseite des Halbleiterbaueäementes zusammenhängende Einschlüs- se des Füllmediums ausgebildet, die lateral großflächiger als die Kavitäten sind, um einen Hohlraum zu realisieren, welcher großflächig eine Vielzahl von Kavitäten überdeckt. Dieser Hohlraum bildet somit eine zusätzliche Füllmediumschicht, die sich an der Rückseite horizontal über die Vielzahl von Kavitäten, bevorzugt im Wesentlichen über die Rückseite erstreckt. Vorzugsweise liegt die Dicke dieser Füllmediumschicht im Bereich 20 nm bis 500 nm, bevorzugt
100 nm bis 300 nm. Durch die vorgenannte Fülimediumschicht wird in Kombination mit der vorbeschriebenen diffraktiven Struktur eine weitere Verbesserung der optischen Eigenschaften der Solarzellenrückseite erzielt. In einer weiteren vorzugsweisen Ausführungsform wird in Verfahrensschrätt A eine strukturierte Metallfolie verwendet, welche zumindest an der dem Halbleiterbauelement zugewandten Seite eine Mehrzahl von Erhebungen und Vertiefungen aufweist. Die Struktur der Oberfläche der Metalifolie auf der dem Halbleiterbauelement zugewandten Seite führt hier bei Anlegen der Folie an die Rück- seite des Halbleiterbauelements zur Entstehung von Hohlräumen. Damit wird durch Abdichten der Hohlräume gegenüber der Umgebung durch Aufschmelzen der Metallfoiie mittels Laserstrahlung der Einschluss eines frei wählbaren Füllmediums ermöglicht. I n einer weiteren vorzugsweisen Ausführungsform wird in Verfahrensschritt A eine Metallfolie mit stochastischen Texturen verwendet.
In einer weiteren Ausführungsform wird in Verfahrensschritt A eine Metallfolie mit periodischen Texturen, insbesondere eine Textur mit einer Kombination aus periodischen und stochastischen Strukturen verwendet.
Vorteilhaft ist bei den vorgenannten Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens, dass keine Strukturierung des Halbleiterbauelementes notwendig ist. Der Strukturierungsprozess wird in einen zweiten Parallelprozess zur Struk- turierung der Metallfoiie ausgelagert. Dies ermöglicht einen schnelleren und kostengünstigeren Prozessablauf des Gesamtprozesses. I n einer weiteren vorzugsweisen Ausführungsform wird in Verfahrensschritt A eine mit einer dielektrischen Schicht beschichtete Metallfolie verwendet. Die dielektrische Schicht ist hierbei auf der dem Halbleiterbauelement zugewandten Seite der Metallfolie aufgebracht.
Vorteilhaft ist dabei, dass sowohl bei planen besonders aber auch bei strukturierter Solarzellenrückseite oder Metallfolie zusätzlich eine, was Materialqualität sowie Schichtdicken angeht, wohl definierte dielektrische Pufferschicht zuvor auf der Metallfolie abgeschieden werden kann, um Reflexionseigenschaften positiv zu beeinflussen. Eine solche wohl definierte Pufferschicht kann zudem in einem kostengünstigeren und schnelleren Prozess auf der Metallfolie abgeschieden werden als auf Wafern, da hierbei Rolle-zu-Rolle Prozesse eingesetzt werden können. Als Abscheideverfahren kommen beispielsweise PVD oder Tauchbeschichtungsprozesse in Frage. Vorzugsweise ist die dielektrische Schicht mit einer Dicke im Bereich von 5 nm bis 500 nm, bevorzugt 20 nm bis 200 nm ausgebildet.
In einer weiteren vorzugsweisen Ausführungsform wird die Metallfolie zumindest während des Verfahrensschritts B auf dem Halbleiterbauelement befestigt. Untersuchungen der Erfinder haben ergeben, dass die Metallfolie vorzugsweise während des Aufschmelzens plan an dem Halbleiterbauelement anliegt, da beispielsweise ein Lufteinschluss zwischen Folie und Halbleiterbauelement in dem aufzuschmelzenden Bereich aufgrund des fehlenden thermischen Kontakts der Metallfolie mit dem Halbleiterbaueiement dazu führt, dass die Metallfolie bei der lokalen Erwärmung ganz oder teilweise verdampft wird und sich somit keine o- der nur eine unzureichende Verbindung ausbildet.
Bevorzugt wird die Metallfolie daher während des Verfahrensschritts B auf das Halbleiterbauelement gespannt und/oder an dieses angesaugt und/oder an dieses angeblasen. Insbesondere das Ansaugen und/oder Anblasen der Metallfolie bietet eine prozesstechnisch einfache und insbesondere berührungslose Möglichkeit, den Kontakt zwischen Metallfolie und Halbleiterbauelement in Verfahrensschritt B sicherzustellen. Die zuvor beschriebene Aufgabe ist weiterhin gelöst durch eine Solarzelle gemäß Anspruch 12.
Die erfindungsgemäße photovoltaische Solarzelle umfasst eine Halbleiter- schicht, eine Isolierungsschicht, Kontakte auf der Vorderseite der Solarzeile, eine Passivierungsschicht auf der Rückseite der Solarzelle und eine Metallfolie, die auf der Rückseite der Solarzelle angebracht ist. Zwischen Metallfolie und Passivierungsschicht sind mehrere Hohlräume ausgebildet. Die Hohlräume sind gegenüber der Umgebung abgedichtet und mit einem Füllmedium gefüllt, wel- ches Füllmedium einen Brechungsindex kleiner als 1 ,4 aufweist. Das eingeschlossene Füllmedium trägt zu einer Erhöhung der Reflexion der langwelligen elektromagnetischen Strahlung bei und erlaubt es dadurch, die Passivier- schichtdicke substantietl zu reduzieren, wie zuvor beschrieben In einer vorzugsweisen Ausführungsform sind die Hohlräume auf der Rückseite der erfindungsgemäßen Solarzelle mit Luft und/oder einem Inertgas, insbesondere einem Edelgas, gefüllt.
Die erfindungsgemäße Solarzelle wird vorteilhafterweise mit der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens bzw. einer vorzugsweisen Ausführungsform hiervon hergestellt.
Die zuvor beschriebene Aufgabe ist weiterhin gelöst durch einen Bearbeitungstisch gemäß Anspruch 13. Der erfindungsgemäße Bearbeitungstisch dient zur Durchführung des oben beschriebenen erfindungsgemäßen Verfahrens bzw. bevorzugt einer vorzugsweisen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens.
Der erfindungsgemäße Bearbeitungstisch umfasst einen Auflagebereich für ein Halbleiterbauelement, einen Fixierbereich für das Halbleiterbauelement, einen Fixierbereich für die Metallfolie und mindestens eine Abblasöffnung. Wesentlich ist, dass die Abblasöffnung zwischen dem Fixierbereich für die Metalifolie und dem Auflagebereich für das Halbteiterbauelement angeordnet ist. Die Abblasöffnung ist hierzu vorzugsweise mit einem Abblaskanal verbunden. Der Auflagebe- reich ist vorzugsweise zentral angeordnet. Der erfindungsgemäße Bearbeitungstisch bietet erhebliche Vorteile bei Ausbilden einer Rückseitenmetallisierung zur Erhöhung der Rückreflexion an der Rückseite eines Halbleiterbauelementes:
Das Halbleiterbauelement wird bei Benutzung des erfindungsgemäßen Arbeitstisches in dem Auflagebereich fixiert. Das fixierte Halbieiterbauelement wird mit einer Metallfolie bedeckt. Der Fixierbereich für die Metallfolie ist den zentralen Auflagebereich für das Halbleiterbauelement umschließend, d. h. zumindest in Draufsicht auf den Bearbeitungstisch den Auflagebereich umlaufend, angeordnet und derart ausgestaltet, dass die Metallfolie am Rand des Halbleiterbauelements, das Halbleiterbauelement umlaufend, ohne Lufteinschlüsse auf dem Halbleiterbauelement fixiert ist. Etwaige Lufteinschlüsse am Rand des Halbleiterbauelements, das Halbleiterbauelement umlaufend, würden bei der Durchführen des erfindungsgemäßen Verfahrens dazu führen, dass die Metallfolie aufgrund des fehlenden thermischen Kontakts mit dem Haibleiterbauelement bei der lokalen Erwärmung ganz oder teilweise verdampft wird und sich somit keine oder nur eine unzureichende Abdichtung ausbildet. Die entstandenen Hohlräume und das darin eingeschlossene Fülimedium wären in diesem Fall nicht ausreichend abgedichtet. Dies wird durch den Fixierbereich, welcher den Auflagebereich umschließt, vermieden.
In einer weiteren vorzugsweisen Ausführungsform ist der Auflagebereich für das Haibleiterbauelement als Vertiefung ausgebildet, derart, dass bei in die Vertiefung eingelegtem Halbleiterbauelement das Haibleiterbauelement und die daran seitlich angrenzenden Oberfläche des Bearbeitungstisches eine plane Fläche bilden. Dadurch ist gewährleistet, dass die fixierte Metallfolie eine plane Fläche bildet und somit Undichtigkeiten bei Verbinden der Metallfolie mit dem Haibleiterbauelement durch etwaige Wellen der Metallfolie vermieden werden.
In einer vorzugsweisen Ausführungsform ist der Fixierbereich für das Haibleiterbauelement als mindestens eine Ansaugöffnung ausgestaltet, die mit einer ersten Absaugleitung verbunden ist. Über die erste Absaugleitung und die Ansaugöffnung kann das Halbleiterbauelement mit Vakuum/Unterdruck beaufschlagt werden und so an dem Auflagebereich fixiert werden. In einer weiteren vorzugsweisen Ausführungsform ist der Fixierbereich für die Metallfolie als den Auflagebereich für das Halbleiterbauelement umschließende Ansaugrinne ausgebildet. Die Ansaugrinne ist mit einer zweiten Absaugleitung verbunden. Über die zweite Absaugleitung und die Ansaugrinne kann die Metallfolie mit Vakuum/Unterdruck beaufschlagt werden und damit auf dem Halbleiterbauelement fixiert werden.
Dadurch, dass die Abblasöffnung zwischen dem Fixierbereich für die Metallfolie und dem Auflagebereich für das Halbleiterbauelement angeordnet ist, kann nach dem lokalem Aufschmelzen durch die Abblasöffnung ein Füllmedium wie zuvor beschrieben, bevorzugt ein Gas zugeführt werden, so dass die Metallfolie mit dem Gas angeblasen und somit in den nicht aufgeschmolzenen Bereichen von dem Halbleiterbauelement zumindest teilweise beabstandet wird. Hierdurch wird das Entfernen der überschüssigen Metalifolie vereinfacht.
Der erfindungsgemäße Bearbeitungstisch eignet sich besonders zur Durchführung eines Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Verfahrens, wie im Folgenden beschrieben:
Der Bearbeitungstisch umfasst einen Auflagebereich für das Halbleiterbauelement. In einem ersten Verfahrensschritt wird das Halbleiterbauelement über den Fixierbereich und die Absaugleitung am Bearbeitungstisch angesaugt.
Auf das Halbleiterbauelement wird die Metallfolie aufgebracht, welche über die Absaugleitungen und die Ansaugöffnungen an den Fixierbereichen am Halblei- terbauetement fixiert wird.
In einem weiteren Verfahrensschritt wird die Metallfolie lokal am Halbieiterbau- element mittels lokalen Erwärmens, bevorzugt mittels Laserstrahlung befestigt. Durch das lokale Erhitzen mittels Laserstrahlung schmilzt die Metallfolie an den bestrahlten Stellen und bildet mit dem darunterliegenden Halbleiterbauelement einen lokale, fluiddichte Verbindung, bevorzugt einen elektrisch leitenden Kontakt.
In einem weiteren Verfahrensschritt wird über den Abblaskanal durch die Abblasöffnungen ein Füllmedium wie zuvor beschrieben, bevorzugt ein Gas zwi- sehen die lokal fixierte Metallfolie und das Halbleiterbauelement eingebracht. Dadurch hebt sich die Metalifolie von der Rückseite des Halbleiterbauelements ab und es entstehen Einschlüsse. i n einem weiteren Verfahrensschritt wird die Metallfolie am Rand des Halbleiterbauelements umlaufend mittels Laserstrahlung mit der Rückseite des Halbleiterbauelements verbunden und gegenüber der Umgebung abgedichtet. Dadurch wird das eingebrachte Füllmedäum in den Hohlräumen zwischen Metallfolie und Rückseite des Halbieiterbauelements eingeschlossen.
Vorzugsweise wird in einem weiteren Verfahrensschritt die Metallfolie an den Rändern entlang des Halbleiterbauelements mittels Laserstrahlung durchtrennt. Die Trennung erfolgt entlang der Verbindungslinie von Metallfolie und Rückseite des Halbieiterbauelements auf der dem Hohlraum abgewandten Seite der Metallfolie. Die überstehende Folie kann dadurch einfach entfernt werden.
In einer alternativen vorzugsweisen Ausführungsform erfolgt während des Aufschmelzens der Metallfolie am Rand des Halbieiterbauelements, also während des Abdichtens des Hohlraums gegenüber der Umgebung, gleichzeitig eine Strukturierung der Metallfolie. Strukturierung bedeutet hier, dass eine Trennung zwischen den Bereichen, in denen ein Aufschmelzen in der Metallfolie erfolgt und den Bereichen, in denen die Metallfolie nicht aufgeschmolzen wurde, entsteht. Dadurch werden zumindest Sollbruchstellen, vorzugsweise eine Durchtrennung in der Metallfolie erzeugt. Die Strukturierung wird in den Bereichen erzeugt, die auf der vom Hohlraum abgewandten Seite der Abdichtung der Metallfolie liegen. Dadurch ist ein einfaches Entfernen der Metallfolie an den Rändern des Halbieiterbauelements möglich.
Das erfindungsgemäße Verfahren ist bevorzugt zur Ausbildung einer erfindungsgemäßen Solarzelle bzw. einer vorzugsweisen Ausführungsform hiervon und/oder zur Durchführung mittels des erfindungsgemäßen Bearbeitungstisches bzw. einer vorzugsweisen Ausführungsform hiervon ausgebildet. Die erfindungsgemäße Solarzelle oder eine vorzugsweise Ausführungsform der erfindungsgemäßen Solarzelle wird bevorzugt mittels Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens oder einer vorzugsweisen Ausführungsform hiervon und/oder mittels des erfindungsgemäßen Bearbeitungstisches bzw. einer vorzugsweisen Ausführungsform hiervon hergestellt.
Weitere vorteilhafte Merkmale und Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden im Folgenden anhand von Ausführungsbeispielen und den Figuren erläutert, Dabei zeigt:
Figur 1 a bis Figur 1 h Verfahrensschritte eines ersten Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Verfahrens;
Figur 2a bis Figur 2d Verfahrensschritte eines zweiten Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Verfahrens;
Figur 3a bis Figur 3c Verfahrensschritte eines dritten Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Verfahrens;
Figur 4a bis Figur 4g schematische Darstellung der Verwendung eines
Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Be- arbeitungstischs.
Die Figuren 1 bis 3 stellen schematische Ansichten eines Halbleiterbauelements dar, welches eine photovoltaische Solarzelle bzw. eine Vorstufe einer solchen Solarzelle während des Hersteliungsprozesses ist. Hierbei ist jeweils ein Teilausschnitt schematisch dargestellt; die Solarzelle setzt sich an beiden Seiten jeweils analog fort. Gleiche Bezugszeichen in den Figuren bezeichnen gleiche oder gieichwirkende Elemente.
In den Figuren 1 a bis 1 h ist ein erstes Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens schematisch dargestellt.
Figur 1 a zeigt ein Halbleiterbauelement 1 , umfassend eine Halbleiterschicht 2 mit einem p-dotierten Bereich 2a und einem n-dotierten Bereich 2b und die Kontakte 3. Der n-dotierte Bereich 2b ist mit einer Isolierungsschicht 4 beschichtet. Figur 1 a zeigt somit den Ausgangszustand des Halbleiterbauelements.
Figur 1 b zeigt eine schematische Darstellung des Halbleiterbauelements nach Durchführen des Verfahrensschritts A0. Mittels eines nasschemischen Ätzverfahrens wird die Rückseite 5 des Halbleiterbauelements aufgeraut. Das Aufrauen kann durch Verwendung einer Mischung aus HF (Flusssäure) und Wasserstoffperoxid als Ätzlösung erfolgen. Alternativ kann eine Texturierung erfolgen, wie sie aus dem Stand der Technik zur Erzeugung einer Texturierung auf der Vorderseite einer Solarzelle angewendet wird. I nsbesondere können an sich bekannte Verfahren zum Erzeugen von Pyramidenstrukturen, insbesondere von etwa 5 μηι hohen Pyramiden verwendet werden. Beispielsweise kann eine solche Textur mittels einer HF-HN03 Lösung ausgebildet werden. Ebenfalls möglich ist die Verwendung einer Lösung mit 2% KOH und 4% I PA. Ebenfalls denkbar zum Erzeugen einer auigkeit ist eine an sich bekannte„Standard Da- mageätze", insbesondere mit einer 1 0-20%igen KOH Lösung .
Durch das gezielte Herstellen von Vertiefungen in der Rückseite des Halbleiterbauelements kommt es zu Rückseitentexturen mit Strukturgrößen im Bereich von 20 nm bis 1 0 μηη.
Hierdurch wird sichergestellt, dass in dem darauffolgenden Verfahrensschritt beim Anlegen der Metallfolie zwischen Rückseite 5 des Halbleiterbauelements und Metallfolie 7 Hohlräume entstehen.
In Figur 1 b ist auf die nasschemisch aufgeraute Rückseite 5 des Halbleiterbauelements eine Passivierungsschicht 6 aufgebracht. Die Passivierungsschicht 6 weist hinsichtlich der angrenzenden Oberfläche der Halbleiterschicht 2 eine Passivierungswirkung auf, so dass an dieser Oberfläche die Ladungsträgerrekombinationsgeschwindigkeit und damit Rekombinationsverluste verringert werden.
Wie in Figur 1 c dargestellt, wird im Verfahrensschritt A eine Metallfolie 7 auf die passivierte Rückseite 6 der Solarzelle aufgebracht. Zwischen der Metallfoiie 7 und der Rückseite der Solarzelie 5 entstehen bereichsweise mehrere Hohlräume 8. Diese Hohlräume 8 sind mit Luft als Füümedium gefüllt und weisen somit zum einen einen unterschiedlichen Brechungsindex im Vergleich zur Passivierungsschicht und zum anderen im Vergleich zur Metallfolie auf. Insbesondere der Unterschied im Brechungsindex zwischen den mit Luft gefüllten Hohlräumen und der Passivierungsschicht trägt wesentlich zu der gewünschten Erhöhung der optischen Reflektion an der Rückseite bei. Ebenso kann als Füllmedium ein anderes Gas oder ein Klebstoff verwendet werden. I m Verfahrensschritt B, dargestellt in Figur 1 d, werden mittels Laserstrahlung 9 lokal Bereiche der Metallfolie aufgeschmolzen. Hierdurch wird die Metallfolie lokal an der Rückseite der Solarzelle fixiert. An den erhitzten Bereichen 1 0 entsteht eine Schmelzmischung aus der Metallfolie 7, der Passivierung 6 und der Halbleiterschicht 2. Nach dem Erstarren der Schmelzmischung besteht ein elektrischer Kontakt 10 zu der darunterliegenden Halbleiterschicht 2. Zusätzlich zur Fixierung der Metallfolie an der Solarzelle entstehen lokale Kontaktierungs- strukturen, die die Metallfolie 7 mit der Halbleiterschicht 2 fluiddicht verbinden.
In Figur 1 e ist das Verbinden der Metallfoiie 7 mit der Rückseite des Halbleiterbauelements 5 dargestellt. Der aufgeschmolzene Bereich begrenzt den mit Luft gefüllten Hohlraum 8 und dichtet den Hohlraum '8 gegenüber der Umgebung ab. Dabei verläuft der aufgeschmolzene Bereich entlang der Kante des Halbleiterbauelements. Die Luft ist somit gegenüber der Umgebung in den Hohlräumen 8 zwischen Metallfolie 7 und passivierter Rückseite 6 des Halbleiterbauelements eingeschlossen. Figur 1 d zeigt somit den Zustand nach Durchführen des Verfahrensschritts B.
In einem letzten Verfahrensschritt C dargestellt in Figur 1 f, wird die Metallfolie 7 mittels Laserstrahlung 9 am Rand des Halbleiterbauelements 1 1 abgetrennt. Durch lokales Aufschmelzen der Metallfolie wird die Metallfolie 7 hier mittels Laserstrahlung 9 durchtrennt. Figur 1 f zeigt somit den Zustand nach Durchführen des Verfahrensschrittes C.
I n Figur 1 g ist die Solarzelle nach Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens dargestellt. Die erfindungsgemäße photovoltaische Solarzelle umfasst eine Halbleiterschicht 2, eine Isolierungsschicht 4, Kontakte auf der Vorderseite der Solarzelle 3a, 3b, eine Passivierungsschicht 6 auf der Rückseite 5 der Solarzelle und eine Metallfoiie 7, die auf der Rückseite der Solarzelle angebracht ist. Zwischen Metallfoiie 7 und Passivierungsschicht 6 sind mehrere Hohlräume 8, die mit Luft gefüllt sind, eingeschlossen. Die eingeschlossene Luft trägt zu einer Erhöhung der Reflexion der langwelligen elektromagnetischen Strahlung bei und erlaubt es dadurch, die Passivierschichtdicke substantiell zu reduzieren. Figur 2a zeigt äquivalent zu Figur 1 a ein Haibleiterbauelement 1 . Zur Vermeidung von Wiederholungen wird im Folgenden nur auf die Unterschiede zwischen den einzelnen Ausführungsbeispielen des erfindungsgemäßen Verfahrens eingegangen.
In Figur 2a ist die Halbleiterschicht 2 zusätzlich mit einer Passivierungsschicht 6 auf der planen Rückseite 5 der Solarzelle versehen. Auf die Passivierungsschicht 6 ist eine zusätzliche Strukturierungsschicht 12 aufgebracht. Diese Strukturierungsschicht 12 kann im Anschluss strukturiert werden. In dem gezeigten Ausführungsbeispiel ist die Strukturierungsschicht 12 eine amorphe Siliziumschicht.
In einem Nänoimprint-Verfahren wird mittels eines Stempels eine Schicht strukturiert, die im Anschluss direkt als optisch aktive Schicht genutzt werden kann oder deren Muster als Vorlage für folgende Strukturterungsprozesse dienen kann (beispielsweise für Ätzprozesse in die amorphe Siliziumschicht 12). Ein solches Verfahren ist beispielsweise in H . Hauser et al.,„Diffractive Backside Structrures via Nanoimprint Lithography", 2012, Procceedings of the Silicon PV Conference beschrieben. Die Strukturgrößen können hier im Bereich zwischen 200 nm und 1 0 pm, bevorzugt zwischen 400 nm und 2μιη gewählt werden. Figur 2b zeigt den Zustand des Halbleiterbauelements 1 nach Durchführen des Nano- imprint-Verfahrens in Verfahrensschritt A0.
Nach Durchführung der Rückseitenstrukturierung wird die Metalifolie 7 auf die Rückseite des Halbleiterbauelements aufgebracht. Dabei entstehen durch die zuvor erfolgte Strukturierung Hohlräume mit Lufteinschlüssen 13 zwischen der Metallfolie und den Nanostrukturen auf der Rückseite des Halbleiterbauelements, dargestellt in Figur 2d.
Analog zu Figur 1 d bis 1 f wird die Metallfolie 7 an der Rückseite des Halbleiterbauelements lokal fixiert in einem weiteren Verfahrensschritt wird die Metallfolie umlaufend entlang des Rands des Halbleiterbauelements luftdicht mit dem Halbleiterbauelement verbunden und in einem letzten Verfahrensschritt am Rand abgetrennt. Dadurch entsteht ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Solarzelle 23 mit rückseitig eingeschlossenem Luftspalt 1 3, dargestellt in Figur 2d. I n Figur 3a ist ein Halbleiterbauelement analog zu Figur 1 a dargestellt. Die Rückseite des Halbleiterbauelements 5 ist mit einer planen Passivierungsschicht 6 beschichtet.
Im Gegensatz zu den zuvor beschriebenen Ausführungsbeispielen wird in diesem Ausführungsbeispiel eine strukturierte Metallfoiie 22 auf die plane passivierte Rückseite 6 des Halbletterbauelements angelegt. Dieser Schritt ist in Figur 3b dargestellt. Durch die Strukturierung der Metallfolie entstehen auch hier Lufteinschlüsse 1 3 zwischen Metallfolie 22 und Rückseite 5 des Halbleiterbauelements 1 und führen somit zu einer erhöhten Reflexion an der Rückseite der Solarzelle.
Analog zu den Figuren 1 d bis 1 f wird die strukturierte Metallfolie 22 lokal mit der Rückseite des Halbleiterbauelements verbunden. Die Ränder werden entlang des Halbleiterbauelements umlaufend mittels Laserstrahlung verbunden und gegenüber der Umgebung abgedichtet. Die Metalifolie wird an den Rändern in einem letzten Verfahrensschritt abgetrennt.
Figur 3c zeigt eine Solarzelle 23 nach Durchführung dieses Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Verfahrens. Die Solarzelle ist rückseitig mit einer strukturierten Metallfolie 22 beschichtet, wobei zwischen Rückseite 5 der Solarzelle und der Metallfoiie 22 Lufteinschlüsse 13 bestehen.
Figur 4a zeigt eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Bearbeitungstischs.
Der Bearbeitungstisch 14 umfasst einen zentralen Auflagebereich 15 für ein Halbleiterbauelement 1 , einen Fixierbereich 16 für das Halbleiterbauelement, einen Fixierbereich 17 für die Metallfoiie 7 und eine Abblasöffnung 18. Die Fixierbereiche 16 und 17 sind im vorliegenden Ausführungsbeispiel Ansaugöffnungen, die mit Absaugleitungen 19 verbunden sind. Die Abblasöffnung 1 8 mit einem Abblaskanal 20 verbunden und zwischen dem Fixierbereich für die Metallfoiie 1 7 und Auflagebereich 15 angeordnet. Im Folgenden wird die Durchführung eines Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Verfahrens unter Verwendung eines Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Bearbeitungstisches, dargestellt in den Figuren 4b bis 4g, beschrieben.
Figur 4b zeigt den Bearbeitungstisch 14 mit eingelegtem Halbieiterbauelement 1 . Das Halbieiterbauelement 1 wird über den Fixierbereich 16 und die Absaugleitung 1 9 am Bearbeitungstisch angesaugt. Auf das Halbieiterbauelement 1 ist die Metallfolie 7 aufgebracht, welche über die Ansaugöffnungen an den Fixierbereichen 17 am Halbieiterbauelement 1 fixiert wird.
In Figur 4c ist der Verfahrensschritt B dargestellt. Hierbei wird die Metallfolie 7 lokal am Halbieiterbauelement 1 befestigt. Durch das lokale Erhitzen mittels Laserstrahlung 21 schmilzt die Metallfolie 7 an den bestrahlten Stellen und bildet mit dem darunterliegenden Halbieiterbauelement einen lokalen Kontakt 10.
In einem weiteren Verfahrensschritt wird über den Abblaskanal 20 durch die Abblasöffnungen 18 Luft zwischen die lokal fixierte Metallfolie 7 und das Halbieiterbauelement 1 geblasen. Dies ist in Figur 4d dargestellt. Dadurch hebt sich die Metallfolie 7 von der Rückseite 5 des Halbleiterbauelements 1 ab und es entstehen Hohlräume 8.
I n Figur 4e ist das luftdichte Verbinden der Metallfolie 7 mit dem Halbieiterbauelement 1 dargestellt. Mittels Laserstrahlung 21 wird die Metallfolie 7 am Rand des Halbleiterbauelements umlaufend mit der Rückseite 5 des Halbleiterbauelements verbunden. Dadurch wird die eingeblasene Luft in den Hohlräumen 8 zwischen Metallfolie 7 und Rückseite 5 des Halbleiterbauelements eingeschlossen.
In einem weiteren Verfahrensschritt wird die Metallfolie 7 an den Rändern entlang des Halbleiterbauelements 1 mittels Laserstrahlung 21 durchtrennt. Die überstehende Folie 7 kann dadurch einfach entfernt werden.
Figur 4g zeigt das fertige Halbieiterbauelement 1 mit zwischen Metallfolie 7 und Rückseite 5 des Halbleiterbauelements eingeschlossenem Luftspalt 13. Figur 4g zeigt also den Zustand nach Durchführung des Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Verfahrens.
Der Auflagebereich 15 ist ais Vertiefung ausgebildet, derart, dass bei in die Ver- tiefung eingelegtem Halbieiterbauelement 1 des Halbleiterbauelement 1 mit der daran seitlich angrenzenden Oberfläche des Bearbeitungstischs 14 eine plane Fläche bildet. Dadurch ist gewährleistet, dass die angesaugte Metallfolie 7 am Rand des Halbleiterbauelements umlaufend ohne ungewollte Lufteinschlüsse an dem Halbleiterbauelement 1 anliegt. Etwaige ungewollte LufteinschiÜsse führen hier bei Durchführen des erfindungsgemäßen Verfahrens dazu, dass die Metallfolie 7 aufgrund des fehlenden thermischen Kontakts mit dem Halbieiterbauelement 1 bei der lokalen Erwärmung ganz oder teilweise verdampft wird und sich somit keine oder nur ein unzureichende Abdichtung entlang des Randes des Halbleiterbauelements ausbildet. I n diesem Fall wäre die Abdichtung der Luf- teinschlüsse nicht mehr gewährleistet. Durch die Ausbildung des Halbleiterbauelement 15 als Vertiefung, derart, dass bei in die Vertiefung eingelegtem Halbleiterbauelement 1 das Halbleiterbauelement 1 mit der daran seitlich angrenzenden Oberfläche des Bearbeitungstisches 14 eine plane Fläche bildet, ergibt sich der Vorteil, dass die Wahrscheinlichkeit für die Entstehung von Luftein- Schlüssen zwischen Metallfolie 7 und Halbleiterbauelement 1 am Rand entlang, das Halbleiterbauelement umlaufend verringert wird und dadurch die Qualität der Abdichtung der Lufteinschlüsse 1 3 steigt.
Die Verwendung des erfindungsgemäßen Bearbeitungstisches gemäß den in Figur 4a bis g dargestellten Ausführungsbeispiels findet insbesondere eine vorteilhafte Anwendung, wenn bei dem erfindungsgemäßen Verfahren ein Halbleiterbauelement 1 mit einer planen Rückseite 5 mit einer Metallfolie 7 verbunden werden sollen. Hierbei kann bei Verwendung des erfindungsgemäßen Bearbeitungstisches durch das lokale Beabstanden der Metallfolie 7 von der Rückseite 5 des Halbleiterbauelements aktiv Luft zwischen Metal!folie 7 und Rückseite 5 des Halbleiterbauelements geblasen werden. Dadurch ist gewährleistet, dass bei luftdichtem Verbinden von Metallfolie 7 und Halbleiterbauelement 1 entlang des Randes das Halbleiterbauelement umlaufend, während gleichzeitig Luft zwischen Metallfolie und Rückseite des Halbleiterbauelements geblasen wird, Luf- teinschlüsse 13 zwischen Metallfolie und Rückseite des Halbleiterbauelements entstehen.

Claims

Ansprüche
1 . Verfahren zur Metallisierung der Rückseite (5) eines Halbleiterbauelements (1 ), weiches Halbleiterbauelement (1 ) Teil einer photovoltaischen Solarzelle oder einer Vorstufe im Herstellungsprozess einer photovoltaischen Solarzelle ist, folgende Verfahrensschritte umfassend:
A Aufbringen zumindest einer zumindest einschichtigen Metallfolie (7) auf die Rückseite (5) des Halbleiterbauelements (1 );
B Lokales Erhitzen zumindest der Metallfolie (7), derart, dass in lokalen Bereichen kurzzeitig ein Aufschmelzen der Metallfolie (7) erfolgt,
dadurch gekennzeichnet,
dass zwischen Metallfolie (7) und Rückseite (5) des Halbleiterbauelementes (1 ) zumindest bereichsweise ein Hohlraum (8) ausgebildet wird, welcher Hohlraum (8) mit einem Füllmedium gefüllt ist, welches Fülfmedium einen optischen Brechungsindex n kleiner als 1 ,4 aufweist.
2. Verfahren nach Anspruch 1 ,
dadurch gekennzeichnet,
dass als Füllmedium ein Gas, vorzugsweise Luft oder ein Inertgas, insbesondere bevorzugt ein Edelgas verwendet wird
oder
dass als Füilmedium ein Klebstoff verwendet wird.
3. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche ,
dadurch gekennzeichnet,
dass in Verfahrensschritt B der Hohlraum (8) durch Metallfolie (7), Rückseite (5) des Halbleiterbauelementes (1 ) und die aufgeschmolzenen Bereiche begrenzt wird, insbesondere, dass mindestens ein aufgeschmolzener Bereich um den Hohlraum (8) umlaufend ausgebildet ist, vorzugsweise, dass dieser aufgeschmolzene Bereich stetig entlang einer äußeren Kante, vorzugsweise aller äußeren Kanten des Halbleiterbauelements (1 ) verläuft.
4. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass in Verfahrensschritt B ein Laser für das Aufschmelzen verwendet wird.
5. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass in Verfahrensschritt B während des Aufschmelzens gleichzeitig zumindest Sollbruchstellen in der Metallfolie (7) erzeugt werden.
6. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass in einem zusätzlichen Verfahrensschritt C zumindest Sollbruchsteüen in der Metailfolie (7) erzeugt werden, vorzugsweise die Metallfolie (7) an den Aufschmeizbereichen des Verfahrensschrittes C durchtrennt wird.
7. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass in einem Verfahrensschritt A-a die Metallfolie (7) durch lokales Erhitzen punktuell am Halbleiterbauelement fixiert wird und in einem zusätzlichen Verfahrensschritt A-b vor dem Verfahrensschritt B aktiv das Füllmedium, insbesondere Gas, bevorzugt Luft, zwischen Halbleiterbauelement (1 ) und Metalifolie (7) eingebracht wird.
8. Verfahren nach dem der vorangegangenen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Rückseite (5) des Halbeiterbauelementes (1 ) in einem Verfahrensschritt AO vor dem Verfahrensschritt A strukturiert wird, vorzugsweise mit einem Nanoimprintverfahren und/oder trocken- und/oder nasschemischen Verfahren und/oder Druck- und/oder Lithografieverfahren.
9. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Hohlraum (8) mit einer durchschnittlichen Dicke im Bereich von 10 nm bis 1 μιη, bevorzugt 1 0 nm bis 1 00 nm ausgebildet wird. 1 0. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass die Metallfolie (22) in Verfahrensschritt A eine strukturierte Metallfolie ist.
1 1 . Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Metallfolie (7) in Verfahrensschritt A eine dielektrisch beschichtete Folie ist, vorzugsweise ist die dielektrische Schicht mit einer Dicke im Bereich von 5 nm bis 500 nm, bevorzugt 20 nm bis 200 nm ausgebildet.
Photovoltaische Solarzelle,
umfassend zumindest eine Halbleiterschicht (2), mindestens eine Zwischenschicht (4) auf einer Seite der Halbleiterschicht und mindestens eine Metallfolie (7),
dadurch gekennzeichnet,
dass die photovoltaische Solarzelle zwischen Metallfolie (7) und Rückseite (5) des Halbleiterbauelementes (1 ) zumindest bereichsweise einen mit einem Füllmedium gefüllten Hohlraum (8) aufweist, welches Füllmedium einen optischen Brechungsindex kleiner als 1 ,4 aufweist. 1 3. Bearbeitungstisch, insbesondere zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der vorangegangenen Ansprüche 1 bis 1 1 ,
welcher Bearbeitungstisch (14) einen Auflagebereich (1 5) für ein Halbleiterbauelement (1 ), mindestens einen Fixierbereich (1 5) für eine Metallfolie und mindestens eine Abblasöffnung (18) aufweist, welche Abblasöffnung (1 8) mit einem Abblaskanal (20) verbunden ist und zwischen dem Fixierbe- reäch (15) und dem Auflagebereich (1 5) angeordnet ist.
14. Bearbeitungstisch nach Anspruch 13,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Fixierbereich (15) bezogen auf den Auflagebereich (1 5) umlaufend, vorzugsweise als Ansaugrinne, welche Ansaugrinne mit einem Ansaugkanal (19) verbunden ist, ausgebildet ist.
15, Bearbeitungstisch nach Anspruch 13 oder 14,
dadurch gekennzeichnet, dass der Auflagebereich (1 5) als Vertiefung ausgebildet ist, derart, dass bei in die Vertiefung eingelegtem Halbieiterbauelement (1 ) das Halbleiterbauelement (1 ) mit der daran seitlich angrenzenden Oberfläche des Bearbeitungstisches (14) eine plane Fläche bilden.
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