CN101958370B - 用于在半导体器件上制造电触点的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于在半导体器件上制造电触点的方法，至少包括以下方法步骤：将用于形成触点的湿料以所期望的条状和/或者点状布置施加在该半导体器件的外表面上；通过将半导体器件加热到温度T1并且在T1温度下保持时间t1来将所述湿料干燥；通过将半导体器件加热到温度T2并且在一段时间t2期间将该半导体器件保持在T2温度下，来将干燥后的材料烧结；将半导体器件冷却到温度T3，该温度T3等于或大致等于室温，并且将半导体器件在T3温度下保持一段时间t3；将半导体器件冷却到温度T4且T4≤-35℃，并将半导体器件在T4温度下保持时间t4；然后将半导体器件加热到室温。

Description

用于在半导体器件上制造电触点的方法
技术领域
本发明涉及一种用于在半导体器件如太阳能电池上制造条状和/或者点状导电触点(Kontakte)的改进方法。本发明也涉及一种用于制造半导体器件复合体(如太阳能模块)的方法。
背景技术
在制造电子元器件的过程中，主要通过物理和化学气相沉积法、使用掩膜或者可能地借助附加的激光辅助的电镀法来施加细微的导电结构。这些技术均能制造非常细微的结构，但出于经济方面的原因，几乎不适合于低成本批量生产。
在生产太阳能电池时，要求在朝向辐射的一面施加极其细微的导电结构，所述导电结构能保证良好的导电性以及与太阳能电池之间有良好的电接触。这一要求的背景是：应以尽可能小的程度遮蔽朝向辐射的表面。
为了实现良好的导电性与高电流输出，相应的导体必须具有较大的横断面。
为了满足这些要求，现有技术条件下通常利用丝网印刷方法印上触点，可以通过电镀工艺强化这些触点。
按照WO-A-93/24934所述，将一种导电糊料施加在承载体上，通过紫外光照射使其发生聚合反应并且稳定下来。
US-B-6,312,864公开了在等离子显示屏上形成一种结构的方法：施加一种含有热分解粘结剂的物质，然后通过温度作用使其硬化。
US-B-6,322,620建议通过热处理使得承载体上的物质硬化。
JP-A-63268773公开了一种不含溶剂并且含有一种贵金属粉末、玻璃粉、金属氧化物以及粘结剂的糊料。
可以使用印刷方法涂上糊状物质形成导电触点。但是这些物质均有在线宽很小时无法产生高层厚的缺点。这造成如下缺点：必须采用较宽的迹线或者更多的迹线，以便获得所需的低接触电阻值。
WO-A-2005/088730公开了一种在太阳能电池上构造线状和/或者点状结构的方法，其中将含有一种溶剂的、有粘性的糊状导电物质施加在承载体上。为了在施加之后以及硬化之前避免条形材料洇开，或使得条纹宽度在施加之后发生收缩，建议在施加糊状材料之后，将含有极性分子并且至少部分提取出溶剂的一种介质施加在该材料上。
所述含有极性分子的介质尤其是一种液态或泡沫形式的表面活性介质。
为了避免具有扁平铝质背触点的太阳能电池在制造过程中弯曲，按照DE-B-10 2005 026 176规定，在施加扁平背触点之后，将太阳能电池加热到567℃以上的温度，然后冷却到太阳能电池的生产环境温度之下。优选温度范围在0℃～-40℃之间。
通常将相应的太阳能电池相互连接成模块，在其中将太阳能电池嵌入优选由乙烯醋酸乙烯酯(EVA)制成的塑料层之中。在模块正面优选覆盖玻璃片或者其它透明片材，背面覆盖例如塑料复合膜。
在使用EVA的情况下，侵入模块中的水汽、高温以及紫外辐射可能会导致产生醋酸，醋酸可能会与触点和玻璃中存在的金属一起产生醋酸盐，从而有可能腐蚀触点。
DE-A-10 2006 005 026描述了一种制造扁平透明金属氧化物层的方法。将一种导电金属氧化物和一种分散剂以层的形式施加在衬底上，然后通过微波辐射使其烧结。在施加与烧结之间可以执行干燥步骤。
发明内容
本发明的任务在于，对上述方法进行进一步改进，使得局部施加的触点(如前触点)和/或根据半导体器件的设计情况而定也局部地存在于在背面的触点具有更高的耐酸性介质的抗腐蚀性能，尤其是耐有机酸，如醋酸、蚁酸、柠檬酸、草酸，但也耐无机酸，例如HCl、碳酸或者其它腐蚀性成分如具有有机极性溶剂的助焊剂，总而言之能耐受释放质子的介质。
按照另一种实施方案所述，应改善耐碱性介质腐蚀性能，例如能够耐受经过稀释的无机或有机碱液及其与其它化合物形成的处于碱性范围的、导致pH值＞7的混合物。
按照另一项子任务所述，相应的半导体器件尤其是太阳能电池的效率与按照现有技术制造的半导体器件相比应该得到改善。
为了解决这些任务以及子任务，本发明提供一种在半导体器件(例如太阳能电池)上制造条状和/或者点状导电触点的方法，至少包括以下方法步骤：
(a)将一种用于形成触点的湿的材料以所期望的条状和/或者点状布置(Anordnung)施加在半导体器件的至少一个外表面上，
(b)通过将半导体器件加热到温度T1并且在T1温度下保持一段时间t1来将湿料干燥，
(c)通过将半导体器件加热到温度T2并且在一段时间t2期间将该半导体器件保持在T2温度下，来将干燥后的材料烧结，
(d)将半导体器件冷却到温度T3，该温度等于或大致等于室温，并且将半导体器件在T3温度下保持一段时间t3，
(e)将半导体器件冷却到温度T4，其中T4≤-35℃，并且将半导体器件在T4温度下保持一段时间t4，然后
(f)将半导体器件加热到室温。
一种用于制造半导体器件复合体的方法，所述半导体器件在至少一侧上具有条状和/或者点状导电触点，尤其可用来将太阳能电池相互连接成一个模块，基本上包括以下用于解决基于本发明所述任务以及子任务的方法步骤：
(I)通过至少在触点区域将半导体器件加热到温度TI，其中120℃≤TI≤370℃，并且保持一段时间tI，使得这些半导体器件相互结合，
(II)在TII温度下封装半导体器件，并且保持一段时间tII，
(III)将封装后的半导体器件调整到温度TIII，其中20℃≤TIII≤90℃，并且保持一段时间tIII，其中将封装后的半导体器件置于腐蚀性环境之中，
(IV)将封装后的半导体器件冷却到温度TIV，其中20℃≥TIV≥-40℃，并且将封装后的半导体器件保持一段时间tIV，然后
(V)将封装后的半导体器件加热到室温或者在室温下保持
按照本发明所述，使半导体器件(在第一种实施例中可以是晶体硅太阳能电池)经历包括至少四个温度保持点的温度顺序或序列，包括：在温度为T1的时间t1之内进行干燥，在温度为T2的时间t2范围内进行烧结，冷却到室温，然后冷却到温度T4≤-35℃，时间为t4，只要从室温加热到可在其中执行干燥过程的温度，并且不考虑从温度T4加热到室温。
此外按照本发明所述，将半导体器件或者按照上述方法制成的半导体器件相互连接成为复合体(如复合太阳能电池复合体)和/或者太阳能模块，其中，视其功能而定所述半导体器件可以是成品和/或处在不同加工步骤的中间产品，使半导体器件在所期望的时间之内经历一种温度顺序或序列，包括：加热到温度T1并且优选保持一段时间0.1秒≤t1≤15秒；冷却到室温(≈20℃)；然后在温度为TII且130℃≤TII≤160℃情况下、在1000秒＜tII＜1800秒的时间tII上对互联的半导体器件(例如太阳能电池)进行层压或封装；冷却到室温(≈20℃)；然后将相互连接的半导体器件加热到温度TIII且20℃≤TIII≤90℃，在TIII温度下保持一段时间tIII且1秒≤TIII≤600秒；冷却到温度TIV并且保持一段时间tIV且1秒＜tIV＜600秒。
按照本发明所述，也可以重复相应的温度-时间顺序或序列，可以将半导体器件置于人工气候箱之中，以便对整个半导体器件的电触点或功能实现惊人的积极作用。在此，尤其应根据材料常数K或K*选择各个方法步骤的温度和时间，方法步骤(a)～(f)情况下材料常数在0.02J/cm2℃和0.06J/cm2℃之间，方法步骤(III)和(IV)情况下材料常数在0.5J/cm2℃和1.5J/cm2℃之间。
本发明所述方法或者半导体器件或半导体器件复合体的热处理特点在于，调整作用于半导体器件或半导体器件复合体的持续时间与温度。在时间Δt上将半导体器件或半导体器件复合体置于ΔT温度之下，以便获得相当于乘积P＝K·ΔT·Δt或P*＝K*·ΔT·Δt的热函或能量含量。
因此，温度-时间预算以及从而处理强度对于本发明来说是重要的。
ΔT是相应方法步骤中相对于0℃的温差。
根据以下公式可得出相应的材料常数：
K＝AxdxρxCpxB
其中：
A＝半导体器件的面积[cm2]，
d＝半导体器件的厚度[cm]，
ρ＝半导体器件的密度[g/cm3]，
Cp＝半导体器件的热容[J/gK]，
B＝相应的待处理半导体器件的[l/cm2]的参比量(Bezugsgroesse)。
材料常数K*由下式得到：
K*＝A*xd*xρ*xCp*x B*
其中：
A*＝相互连接的半导体器件的面积[cm2]，
d*＝相互连接的半导体器件的厚度[cm]，
ρ*＝相互连接的半导体器件的密度[g/cm3]，
Cp*＝相互连接的半导体器件的热容[J/gK]，
B*＝相互连接的半导体器件例如太阳能模块的[l/cm2]的参比量。
试验结果表明，通过热处理步骤并且遵守一定的温度-时间-材料常数，就能使用于构成导电触点的材料可靠附着在半导体器件上，即使在腐蚀性环境中也不会剥离。
如果在触点稳定后将其置于腐蚀性氛围的话，甚至可以令人惊奇地提高效率，例如在太阳能模块中就可能有这种情况，从其中所使用的材料来看，会引起对所用太阳能电池或太阳能电池复合体有腐蚀性作用的环境。
无论是不同生产阶段的太阳能电池或太阳能模块，在根据本发明在考虑热函P或ρ*情况下进行温度处理或温度-时间-材料常数处理时，均能观察到这两种有利于太阳能电池或太阳能模块功能和使用寿命的作用效果。
因此在本发明的改进方案中规定，在制造过程期间产生作用于半导体器件的腐蚀性氛围，例如表面活性、潮湿、氧化、碱性氛围。如果例如已将半导体器件例如太阳能电池相互连接成模块，并且将其封装在能提供腐蚀性氛围的材料之中，则可以不必产生腐蚀性氛围。
本发明所述方法例如尤其可从如下温度-时间-材料常数以及据此算出的乘积得到：
可根据之前所述的公式计算材料常数。
各个方法步骤的热函或能量含量P的优选值如下：
方法步骤(a)：0.4Js/cm2≤P≤720Js/cm2.
方法步骤(b)：2Js/cm2≤P≤10800Js/cm2.
方法步骤(c)：288Js/cm2≤P≤4416Js/cm2.
方法步骤(d)：0.4Js/cm2≤P≤1440Js/cm2.
方法步骤(e)：-1.2J s/cm2≤P≤86400Js/cm2.
方法步骤(i)：7Js/cm2≤P≤3456Js/cm2.
方法步骤(l)：0.24Js/cm2≤P≤333Js/cm2.
方法步骤(m)：117000Js/cm2≤P≤460800Js/cm2.
方法步骤(n)：117000Js/cm2≤P≤460800Js/cm2.
方法步骤(I)：0.24Js/cm2≤P*≤333Js/cm2.
方法步骤(II)：117000Js/cm2≤P*≤460800Js/cm2.
方法步骤(III)：10Js/cm2≤P*≤81000Js/cm2.
方法步骤(IV)：-20Js/cm2≤P*≤18000Js/cm2.
在条状或点状地施加了湿料之后，优选将半导体器件如太阳能电池在室温下保持一段时间ta，其中所述湿料尤其是一种糊状物质，该糊状物质除了含有溶剂之外，还可含有金属，例如铝、银、铜、铬、钒、钯、钛、钼、以及玻璃，优选含有金属氧化物、半金属、硼、磷的玻璃，以及陶瓷，例如SiO2、氧化硼、磷氧化物、Al2O3、AlxOy、SiC、Si3Nx，以及各种形态的碳例如炭黑、石墨、碳纳米管、富勒烯)。在该保持期间应将半导体器件置于湿度为U的潮湿空气之中，其中U优选满足20％相对湿度≤U≤80％相对湿度。
所述湿度是材料中所含水份与无水份材料的质量之比。
优选采用印刷、分配(Dispensen)或喷墨方式施加糊状材料。
保持时间ta可以在1～600秒之间，在时间ta上保持期间尤其规定湿料与碱性介质或者含有碱性成分的介质接触。在此尤其可使用一种表面活性介质作为碱性介质，其中可以作为表面活性介质使用的有水和阴离子表面活性剂，如皂、脂肪醇硫酸盐、烷基苯磺酸盐和/或阳离子表面活性剂，如逆化皂(Invertseife)和/或两性表面活性剂和/或者非离子表面活性剂如多元醇的非羧酸酯
尤其可在施加了湿料的区域内将液体或泡沫形式的表面活性介质施加到半导体器件上。
然后执行干燥步骤，其中将半导体器件加热到100℃～300℃之间的温度T1。在所选用的最终温度优选大致为200℃情况下，半导体器件的保持时间优选在1秒～600秒之间。在加热和保持期间、至少在保持期间应将半导体器件置于一种氧化性氛围之中，构成所述氧化性氛围的可以是空气和溶剂和/或水蒸汽和/或其反应产物组成的混合物。
换句话说，在干燥过程中制成生坯。
然后可以通过空气冷却半导体器件，并且优选冷却到室温，但也可以仅仅冷却到80℃以下的略高的温度。
在随后的加热过程中可以加热到350℃～480℃之间的某一个温度，以使得剩余有机成分从构成导电触点的材料中挥发出去。半导体器件这时应处在一种氧化性氛围之中。构成该氛围的可以是必要时具体提高的氧气含量的空气，或者由空气、粘结剂、树脂、剩余溶剂及其裂解产物和(相互以及彼此)反应产物组成的混合物。该步骤也可以与预烧结同时进行。保持时间相当于烧结步骤。
在随后的烧结步骤中将半导体器件加热到820℃±100℃，在氧化性氛围中将其在T2温度下保持一个在1～120秒之间的时间段。尤其可将具有提高的氧气含量或水含量的空气作为氧化性氛围。
在烧结时首先熔化朝向接触面的金属部分，但只有表面区域才会熔化，以保证各个颗粒之间形成所需的结合。当然也可以使得干燥后的湿料的颗粒完全熔化或者仅仅表面熔化，并不脱离本发明的范畴。也可以执行例如“D.Pysch etal.，Comprehensive analysis of advanced solar cell contacts consisting of printedfine-line seed layers thickened by silver plating.Progress in Photovoltaics：Researchand Applications：17：101-114”中所描述的其它反应和后续的补充步骤，并不脱离本发明的范畴。
优选适当控制烧结步骤，使得条状和/或者点状材料的层结构至少具有一个开孔外层，其中孔的体积百分比含量在10vol.％～40vol.％之间，优选为25vol.％。此外还应当使得层结构的内层密度高于外层。
外层的开孔结构优点在于：碱性介质或碱性成分能够被引入，所述碱性介质或成分例如可以是碱性的盐如碱金属碳酸盐或碱土金属碳酸盐。好处显而易见，当半导体器件在工作期间处于某种浓缩的腐蚀性氛围之中时，可在一定程度上进行中和反应，从而防止触点受损。
烧结过程之后形成的层应该具有在1/10μm～20μm之间的厚度，由这些层构成的触点的总高度为40μm，从而可保证有引出载流子所需的低电阻。
此外存在如下可能性：在完成烧结步骤并且冷却到室温之后，或者在完成冷却步骤并且加热到室温之后，还可以给导电触点至少局部地覆盖金属层，所述金属层例如以电镀的方式被施加。
应在氧化性氛围中进行烧结，其中尤其是具有必要时提高的氧气含量的空气形成氧化性氛围。
接着将半导体器件冷却到室温(T3)。在冷却到室温之后，若以连续法对半导体器件(例如太阳能电池)进行处理，则可以保持在1秒至24小时之间的一个时间段。
在以间歇法制造半导体器件(例如太阳能电池)情况下，则可以在一道存放步骤中将按照本发明所述制备的半导体器件保持直至数小时，例如在具有减小的湿度的确定氛围中保持直至5小时甚至24小时。
接着进行至温度T4的冷却步骤，温度T4低于-35℃，尤其可冷却到-35℃～-200℃之间的某一温度。在所期望的温度下保持，尤其在一种惰性氛围中进行冷却和保持。如果选择惰性氛围，则所选用的惰性氛围应由氮气或氩气或者其混合物构成。
此外，冷却到低温后的半导体器件的环境可以含有醇(如甲醇和乙醇)或者干冰或能够吸湿的盐，用以结合水份。在T4温度下的保持时间t4为1秒≤t4≤14400秒。
完成冷却步骤之后，同样优选在一种惰性氛围中或干燥空气中加热到室温。在该环境中可以设置干冰或醇(如甲醇或乙醇)。
加热到室温之后，可以将半导体器件在该温度下保持1秒至24小时或更长时间，其中可以将半导体器件置于一种潮湿、碱性或酸性氛围之中。该氛围可以含有水和/或者CO2和/或者醋酸。
然后在应将条状或点状导电触点与导电连接器相连的区域中将半导体器件加热到120℃～370℃之间的某一个温度。在此期间应将半导体器件置于空气之中。
完成连接如焊接之后，在130℃≤TII≤160℃温度下封装半导体器件，以便尤其在太阳能电池情况下制造模块。在封装之前或者在封装过程中，同样可以加入能够进入触点之中或者积聚在触点上的碱性成分，以便至少能够部分中和酸性氛围，如果将半导体器件嵌入乙烯醋酸乙烯酯(EVA)之中，其中所述乙烯醋酸乙烯酯(EVA)在紫外线、热量和/或者水汽作用下会形成醋酸，从而出现这种酸性氛围。
相应于本发明独立享受保护的教导(根据该教导使相互连接的半导体器件如太阳能模块在其制造中不同的中间步骤中经历温度-时间-材料常数顺序所构成的组合)，也可以将用于构建模块的所用的嵌入材料用来产生针对所使用的半导体器件如太阳能电池的腐蚀性如化学抑制性环境。
通过以上所述由温度和时间以及材料常数所构成的步骤顺序，可以对触点进行稳定化，使得在按照规定将太阳能电池用于太阳能模块中的情况下，通常在不同气候区的户外气候条件下使用至少20年，作为半导体器件的太阳能电池的腐蚀性环境不会引起太阳能电池触点脱落或者严重受损。此外令人惊奇的是，还可以提高太阳能电池的效率，不会使得触点脱离半导体器件。
关于本发明的其它细节、优点和特征，不仅可参阅相关权利要求及其所述的单项特征和/或者组合特征，而且也可参阅以下对一种实施例所作的说明。
附图说明
以下将根据一种实施例对本发明进行详细解释，原则上可根据唯一的附图实施方法步骤。
附图1所示为执行各个方法步骤时所达到的温度，并未考虑相对于时间的斜率。
具体实施方式
所述时间没有注明关于值的说明，目的仅在于阐明工艺流程原理。此外还借助作为半导体器件的太阳能电池对本发明的教导进行解释，但本发明并非仅限于此。
例如可以通过将P原子扩散到由p型晶体硅构成的衬底中来构造n导电发射极层，以便在衬底中形成pn结。
然后将铝制的或含有铝的层优选以面的方式施加到衬底背面上，所述铝制的或含有铝的层在成品太阳能电池中形成背触点。在正面，为了制造前触点，例如借助分配或喷墨法(Dispens-oder Inkjetverfahren)条形地施加一层含有一种溶剂的糊料(方法步骤(a))。糊料除了可以含有溶剂之外，也可以含有金属，例如铝、银、铜、铬、钒、钯、钛或者钼以及含有玻璃的金属氧化物、半金属、硼、磷、以及陶瓷，例如SiO2、氧化硼、Al2O3、AlxOy、SiC或Si3Nx以及不同形态的碳。在施加用于构成前触点的条之后，施加一种含有表面活性剂的泡沫，以此从所施加的材料中提取出溶剂，从而至少使得表面层硬化，防止条洇开。
可以在室温下的保持步骤期间施加泡沫(附图1中所示的区间10)，其中同时形成调节出一种含湿量为U的氛围，其中优选U＞50％。接着去除泡沫，并且在温度大致为200℃的氧化性氛围中执行干燥步骤(方法步骤(b)＝12)。在所期望的温度下将太阳能电池保持在1秒～600秒之间的一段时间。接着再次进行冷却(方法步骤(g)＝14)，以便然后在大致为直至415℃的温度下使得剩余有机成分从先前的糊状材料中排放出来(方法步骤(i)＝16)。在氧化性氛围中执行该方法步骤。然后尤其是在大致800℃温度下对干燥后的材料进行烧结(方法步骤(c)＝18)。在该温度下将太阳能电池在氧化性氛围中保持在20秒～80秒之间的时间段。
接着将太阳能电池冷却到室温(≈20℃)(方法步骤(d)＝20)，并且如果以连续法进行处理，则可以在室温下将其在空气氛围中保持一个在1秒～600秒之间的时间段。若采用间歇法进行处理，则可以进行存放步骤，在该存放步骤中将太阳能电池在具有降低的湿度的确定氛围中存放数小时。
然后将太阳能电池冷却到低于-35℃的某一温度，优选冷却到-60℃～-100℃之间的某一温度(方法步骤(e)＝22)，其中选用一种惰性或干燥空气氛围。然后在低温下将太阳能电池保持1秒至4小时。还可以采用醇或干冰来吸收水份。完成冷却步骤之后，优选在空气中将太阳能电池加热到室温，其中也可以存在潮湿氛围或者甚至腐蚀性氛围。在加热到室温之后，可根据需要在该温度或环境温度下存放太阳能电池(方法步骤(f)＝24)。
在一种实施变型方案中，在存放期间这些导电触点设置有碱性盐(如碱金属盐或者碱土金属盐)接触，这样当触点处在浓缩的酸性氛围中时，这些碱性盐就能引起所需的中和反应。只要在烧结过程中产生开孔外层，那么这些碱性成分也可以进入到触点之中。
在含有CO2和/或者醋酸的饱和水蒸汽环境中将太阳能电池存放24小时之后(方法步骤(k)＝26)，令人惊奇的是，触点能够充分稳定地附着在硅晶片上，而在忽视上述规定情况下，则可以利用胶膜使得触点从晶片上剥离。尤其是发现：局部含有银的触点特别能够经受弱醋酸的侵蚀，所述弱醋酸具有相对于利用胶膜使得按照迄今现有技术制造的触点能够局部剥离的醋酸浓度的5～10倍浓度，而不损失附着强度。
按照本实施例的一种变换实施方案，在加热到室温之后的存放期间，将太阳能电池存放在ph值为7～13且优选大致为9～11的碱性溶液中大约20秒～600秒。然后在直至10倍的更长的存放时间之后，在利用胶膜进行撕裂试验中还可发现良好的触点附着性，而在按照现有技术制造的触点情况下，该存放时间导致所施加的胶膜已经有可能使得触点部分剥离。
在本实施例在腐蚀性酸性或碱性环境中进行存放的两种实施方案中，通常可以测量到1～2％的相对效率改善，但个别情况下也能测量到5％以上的相对效率改善。
按照本实施例的另一种扩展方案，在冷却到大致-160℃并且保持60分钟之后，接着将太阳能电池加热到室温，并且在环境温度下在空气中存放3天；在下一个步骤中，至少在应当例如通过钎焊或者粘接方式建立与连接器的导电连接以到达太阳能电池复合体的区域内，在空气中加热到120℃～370℃之间的某一温度(方法步骤(l)或(I)＝28)，以便在完成连接之后将太阳能电池或太阳能电池复合体重新冷却到室温(方法步骤(m)或(II)＝30)，以便通过连接器与相应地制成的其它太阳能电池相互连接，并且然后在130℃～160℃范围内的温度下在欠压氛围下进行封装(方法步骤(n)或(II)＝32)。例如将相互连接的太阳能电池嵌入乙烯醋酸乙烯酯(EVA)之中，并且在正面用玻璃板覆盖，并且在背面用塑料复合膜或者另一玻璃板覆盖。
接着在潮湿环境以及直至80℃的提高的温度下存放大约1个月，部分地结合紫外光进行照射，之后确定：按照本发明制成的太阳能模块中的太阳能电池经过上述热处理步骤在存放结束之后，表现出比传统方法制备的太阳能电池高出大约2％～3％的效率。即使在上述条件下继续存放数月之后，这种相对优势仍然保持不变。
即使采用金属颗粒形态有所改变的其它糊料组成、玻璃粉组成和/或有机成分，也能作出类似的观察。例如可在30～90％范围内改变固形物含量(金属和玻璃粉)，在90～100％范围内改变金属在总固形物含量中所占的比例。此外还将不同的溶剂和粘结剂树脂改为常见的有机成分。
接着将已经相互连接成为模块并且封装好的太阳能电池冷却到20℃～90℃之间的某一温度(方法步骤III＝34)，并且优选将其保持1秒～600秒。随后执行另一个冷却过程(方法步骤IV＝36)，在其中将模块在+20℃～-40℃之间的温度范围内保持1秒～600秒之间的时间段。接着加热到室温(方法步骤(V)＝38)，以便然后在该温度下存放一段所期望的持续时间。
附图1中阴影部分的面积等于乘积P，即由于在时间t上作用的温度T所引起的、太阳能电池或模块的热容量或能容量。
在另一种实施例中，首先利用喷墨或转印法将只有大约0.1μm-3μm的薄墨层或糊料层局部施加到硅衬底的一面或两面上。可以在室温或直至200℃的、提高的温度下执行该操作，以便已经实现原地干燥。按照流程进行的冷却之后，如在通常约为400℃-550℃温度下在氧化性氛围下使得剩余有机成分从事先的墨水状或糊状材料中挥发出来。接着在约为850℃的温度下在氧化性氛围中执行约为20秒～80秒的烧结步骤。接着将太阳能电池冷却到室温。
然后在电镀过程中，用电镀方法通过金属沉积来以电镀方式增强所制成的薄触点层，直至整个触点达到所期望的电导率，其中所述金属如银、镍、铜或者锡。
在本实施例的一种变换实施方案中，在干燥或者烧结之后，利用丝网印刷、转印或者分配方法，将另一个糊料层施加到已经局部被涂覆的薄层上，并且然后同样执行上述热处理步骤。
作为替换，也可以将基于聚合物的金属糊料以形成充分电导率所需的厚度施加到烧结后的第一触点层上，然后在100℃～400℃温度下或者通过紫外光使其硬化。
在本实施例的另一种变换方案中，在为背面接触的太阳能电池情况下，则利用上述处理流程，以梳状触点布置、也就是以所谓的“叉指触点(interdigitatedcontact)”设计形式将两种类型的触点施加在硅衬底的背面上。
采用所有这些实施变型方案均可执行上述温度-时间顺序和存放变型。同样由此也通过酸性或碱性介质的作用来实现相比而言提高触点附着能力和效率的效果。
通过这些热处理步骤或者其特定的温度-时间-材料常数-乘积及其顺序(例如参见表格)，可使得导电前触点具有比迄今为止的已知触点更高的耐酸性介质的耐腐蚀能力。同样令人惊奇的是，腐蚀性环境可导致提高效率。

Claims (16)

1.在半导体器件上制造条状和/或者点状导电触点的方法，所述半导体器件具有材料常数K[J/cm2℃]，其中0.02≤K≤0.06，其中
K＝AxdxρxCpxB
其中：
A＝半导体器件的面积[cm2]，
d＝半导体器件的厚度[cm]，
ρ＝半导体器件的密度[g/cm3]，
Cp＝半导体器件的热容[J/gK]，
B＝相应地待处理半导体器件的[1/cm2]的参比量，所述方法至少包括以下方法步骤：
(a)将用于形成触点的湿料以所期望的条状和/或者点状布置施加在该半导体器件的至少一个外表面上，
(b)通过将该半导体器件加热到温度T1并且在T1温度下保持一段时间t1来将所述湿料干燥，
(c)通过将该半导体器件加热到温度T2并且在一段时间t2期间将该半导体器件保持在T2温度下，来将干燥后的材料烧结，
(d)将该半导体器件冷却到温度T3，该温度T3等于或大致等于室温，并且将该半导体器件在T3温度下保持一段时间t3，
(e)将该半导体器件冷却到温度T4且T4≤-35℃，并且将该半导体器件在T4温度下保持一段时间t4，以及
(f)将该半导体器件加热到室温，
并且为了达到热函P且P＝K·ΔT·Δt，在各个方法步骤中在一段时间Δt上将半导体器件置于ΔT温度下，其中ΔT表示与0℃之间的温度差。
2.根据权利要求1所述的方法，
其特征在于，
将施加湿料之后(方法步骤(a))的半导体器件在室温下保持一段时间ta，其中优选在时间ta期间将所述半导体器件置于含湿量为U的潮湿空气之中，所述含湿量U优选满足20％相对湿度≤U≤80％相对湿度，并且尤其将所述半导体器件在室温下保持一段时间ta且1秒≤ta≤600秒。
3.根据权利要求1所述的方法，
其特征在于，
将湿料施加到所述半导体器件上之后，施加碱性介质或者含有碱性成分的介质，其中尤其使用表面活性介质作为该碱性介质，可以作为表面活性介质使用的有：水和阴离子表面活性剂如皂、脂肪醇硫酸盐、烷基苯磺酸盐、和/或阳离子表面活性剂如逆化皂、和/或者两性表面活性剂、和/或者非离子表面活性剂如多元醇的非羧酸酯，其中优选在施加了湿料的区域内将液体或泡沫形式的表面活性介质施加到所述半导体器件上。
4.根据权利要求1所述的方法，
其特征在于，
为了将湿料干燥(方法步骤(b))，将所述半导体器件加热到温度T1且100℃≤T1≤300℃，尤其是将其在T1温度下保持一段时间t1且1秒≤T1≤600秒，并且至少在保持时间t1期间、在整个方法步骤(b)期间将所述半导体器件置于氧化性氛围A1之中，其中优选使用空气和溶剂组成的混合物和/或水蒸汽和/或者其反应产物作为氧化性氛围A1，和/或
作为方法步骤(g)，将方法步骤(b)之后的半导体器件冷却到温度T5且室温(RT)≤T5≤+80℃，其中尤其可通过空气来进行到该温度T5的冷却，和/或
作为方法步骤(i)，将干燥(方法步骤(b))之后以及烧结(方法步骤(c))之前的半导体器件加热到温度T6且350℃≤T6≤480℃，其中尤其在氧化性氛围A2中将半导体器件加热到温度T6，其中优选作为氧化性氛围A2使用的有：空气和粘结剂、树脂和/或溶剂组成的混合物或者具有提高的O2含量(≥21％Vol)的空气，和/或
在温度T2且720℃≤T2≤920℃下进行干燥后的材料的烧结(方法步骤(c))，并且在时间t2期间，其中1秒≤t2≤120秒，优选将半导体器件保持在T2温度下，其中尤其是借助空气或者借助具有提高的O2含量(≥21％Vol)的空气进行烧结。
5.根据权利要求1所述的方法，
其特征在于，
在T3温度下(方法步骤(d))将所述器件在普通湿度的空气中或者在具有减小的湿度(≤20％相对湿度)的空气中要么保持一段时间t3且1秒≤t3≤100秒、要么保持一段时间t3且1秒＜t3≤24小时，和/或
将该半导体器件冷却到温度T4且-35℃≥T4≥-200℃(方法步骤(e))，其中优选在惰性氛围或者干燥空气中进行到温度T4的所述冷却，尤其将该半导体器件在T4温度下保持一段时间t4且1秒≤t4≤2小时，尤其保持1秒≤t4≤4小时，其中在温度为T4情况下在惰性氛围或在干燥空气中优选至少执行所述半导体器件的保持、优选执行所述冷却以及保持，其中使用氮气或氩气或者CO2与这些气体的混合物作为惰性氛围，和/或
在到温度T4的所述冷却期间将半导体器件置于含有干冰或醇、如甲醇或乙醇的环境之中。
6.根据权利要求1所述的方法，
其特征在于，
在惰性氛围或干燥空气中将所述半导体器件从温度T4加热到室温(方法步骤(f))，其中尤其使用氮气或氩气或CO2或者这些气体的混合物作为惰性氛围，其中优选在将所述半导体器件从温度T4加热到室温期间(方法步骤(f))将所述半导体器件保持于一种其中有干冰或醇如、甲醇或乙醇的环境之中。
7.根据权利要求1所述的方法，
其特征在于，
在方法步骤(k)中，将方法步骤(f)之后的半导体器件在室温下保持一段时间t6且1秒≤t6≤24小时或更长时间，其中优选在方法步骤(k)期间将所述半导体器件置于潮湿的、碱性或酸性氛围之中，尤其在方法步骤(k)期间将其置于一种含有CO2和/或醋酸的氛围之中。
8.根据权利要求7所述的方法，
其特征在于，
作为方法步骤(1)，将方法步骤(k)之后的半导体器件至少在触点区域加热到温度T7且120℃≤T7≤370℃，以便将触点与导电的条状连接器相连，其中尤其在方法步骤(k)期间将所述半导体器件置于空气之中，优选在方法步骤(k)之后的方法步骤(m)中将其冷却到室温。
9.根据权利要求1所述的方法，
其特征在于，
通过连接器将半导体器件与其它半导体器件相互连接，然后在方法步骤(n)中将其与其它半导体器件封装，其中在温度为T8或TII且70℃≤T8、TII≤170℃，优选为130℃≤T8，TII≤160℃，和/或在绝对真空度p为10Pa≤p≤1000Pa的情况下优选执行方法步骤(n)，和/或在封装之前或封装期间(方法步骤(n))将碱性成分提供给触点，其中优选在方法步骤(k)期间将碱性成分提供给触点，尤其是将碱性盐如碱金属碳酸盐或碱土金属碳酸盐用作所述碱性成分，其中为了提供所述碱性成分，优选将导电触点与含有碱性成分的聚合物相接触。
10.根据权利要求1所述的方法，
其特征在于，
执行材料烧结(方法步骤(c))，使得所制成的触点分别由不同孔隙率的层构成，其中优选至少被烧结的触点的最外层被构造为开孔形式，并且尤其是至少在最外层中产生按体积10％～按体积40％、尤其为按体积25％的孔体积，并且其中优选将碱性成分引入这些开孔之中，然后至少局部地将这些触点用金属层覆盖，所述金属层优选用电镀方式施加。
11.根据权利要求1所述的方法，
其特征在于，
通过印刷、分配、喷墨或者通过湿化学沉积法，将具有糊状稠度的或作为糊料的湿料施加到半导体器件表面上，尤其是使用含有溶剂的糊状物质作为湿料，所述糊状物质含有金属如铝、银、铜、铬、钒、钯、钛、钼以及玻璃，所述玻璃优选含有金属氧化物、半金属、硼、磷，以及陶瓷如SiO2、氧化硼、Al2O3、AlxOy、SiC、Si3Nx，以及不同形态的碳如炭黑、石墨、碳纳米管、富勒烯。
12.根据权利要求9所述的方法，
其特征在于，
在方法步骤(a)中，使半导体器件得到热函P，其中0.4J s/cm2≤P≤720Js/cm2，和/或
在方法步骤(b)中，使半导体器件得到热函P，其中2J s/cm2≤P≤10800Js/cm2，和/或
在方法步骤(c)中，使半导体器件得到热函P，其中288J s/cm2≤P≤4416J s/cm2，和/或
在方法步骤(d)中，使半导体器件得到热函P，其中0.4J s/cm2≤P≤1440J s/cm2，和/或
在方法步骤(e)中，使半导体器件得到热函P，其中-1.2J s/cm2≤P≤86400J s/cm2，和/或
在方法步骤(i)中，使半导体器件得到热函P，其中7J s/cm2≤P≤3456Js/cm2，和/或
在方法步骤(1)中，使半导体器件得到热函P，其中0.24J s/cm2≤P≤333J s/cm2，和/或
在方法步骤(m)中，使半导体器件得到热函P，其中117000J s/cm2≤P≤460800J s/cm2，和/或
在方法步骤(n)中，使半导体器件得到热函P，其中117000Js/cm2≤P≤460800J s/cm2。
13.制造半导体器件复合体的方法，这些半导体器件在至少一侧上具有条状和/或点状的导电触点，所述半导体器件被用作相互连接的半导体器件，其具有材料常数K*[J/cm2℃]，其中0.9≤K*≤1.6，
K*＝A*x d*xρ*x Cp*x B*
其中：
A*＝相互连接的半导体器件的面积[cm2]，
d*＝相互连接的半导体器件的厚度[cm]，
ρ*＝相互连接的半导体器件的密度[g/cm3]，
Cp*＝相互连接的半导体器件的热容[J/gK]，
B*＝相互连接的半导体器件例如太阳能模块的[1/cm2]的参比量，
所述方法包括以下方法步骤：
(I)为了将这些半导体器件相互结合，至少在触点区域将这些半导体器件加热到温度TI且120℃≤TI≤370℃，并且保持一段时间tI，
(II)在TII温度下并且在保持时间tII中封装所述半导体器件，
(III)使所述半导体器件冷却到或者保持在温度TIII且20℃≤TIII≤90℃并且将封装后的半导体器件保持一段时间tIII，在此期间将所述封装后的半导体器件置于腐蚀性环境之中，
(IV)将所述封装后的半导体器件冷却到温度TIV且20℃≥TIV≥-40℃并且将封装后的半导体器件保持一段时间tIV，以及
(V)将所述封装后的半导体器件加热到室温或者在室温下保持，并且为了达到热函P*且P*＝K*·ΔT·Δt，在各个方法步骤中在一段时间Δt上将相互连接的半导体器件置于ΔT温度下，ΔT表示与0℃之间的温度差。
14.根据权利要求13所述的方法，
其特征在于，
作为方法步骤(1)，将方法步骤(k)之后的半导体器件至少在触点区域加热到温度T7且120℃≤T7≤370℃，以便将触点与导电的条状连接器相连，其中尤其在方法步骤(k)或(I)期间将所述半导体器件置于空气之中，优选在方法步骤(k)或(I)之后的方法步骤(m)中将其冷却到室温。
15.根据权利要求13所述的方法，
其特征在于，
在时间tIII上执行方法步骤(III)，其中1秒≤tIII≤600秒，和/或
在温度TIII下执行方法步骤(III)，其中20℃≤Tm≤90℃，和/或
在时间tIV上执行方法步骤(IV)，其中1秒≤tIV≤600秒，和/或
在温度TIV下执行方法步骤(IV)，其中-40℃≤TIV≤20℃。
16.根据权利要求13所述的方法，
其特征在于，
在方法步骤(I)中，使半导体器件复合体得到热函P*，其中0.24J s/cm2≤P*≤333J s/cm2，和/或
在方法步骤(II)中，使半导体器件复合体得到热函P*，其中117000J s/cm2≤P*≤460800J s/cm2，和/或
在方法步骤(III)中，使半导体器件复合体得到热函P*，其中10J s/cm2≤P*≤81000J s/cm2，和/或
在方法步骤(IV)中，使半导体器件复合体得到热函P*，其中-20J s/cm2≤P*≤18000J s/cm2。
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