CN104584230A - 用于金属化半导体元件背面的基于激光的方法和加工台 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及将半导体元件的背面金属化的方法，该半导体元件是光伏太阳能电池的一部分或在光伏太阳能电池制造工艺中的前体，包括以下方法步骤：A.将至少一个至少单层的金属箔膜施加到半导体元件背面；B.局部加热至少金属箔膜，从而在局部区域暂时实现金属箔膜熔化。重要的是，在金属箔膜和半导体元件背面之间至少在局部形成空隙，该空隙填充有填料，该填料具有小于1.4的光学折射率。本发明还涉及尤其采用这种方法而制造的太阳能电池以及用于执行这种方法的加工台。

Description

用于金属化半导体元件背面的基于激光的方法和加工台
本发明涉及根据权利要求1的前序部分的将半导体元件的背面金属化的方法以及执行这种方法的加工台，该半导体元件是光电太阳能电池或在光伏太阳能电池制造过程中的前体。
在光伏太阳能电池中，载流子一般经金属结构被送走。在此知道了这样的金属结构，其整面地导通半导体元件的一侧。
在最简单形式中，半导体元件由带有p掺杂区和n掺杂区的半导体层构成。该半导体元件还可以包括绝缘层或其它层，尤其是半导体层。
另外，除了电子特性如表面的复合特性和半导体层材料品量外，对太阳能电池效率重要的还有光效率。光效率表示因光入射至太阳能电池而产生的在电子空穴对中的所有电子与抵达正面的电磁辐射之比。为了提高光效率，延长太阳能电池中的光路尤其也是重要的：因为吸收性能低，长波光的一部分穿透太阳能电池并抵达太阳能电池背面。因此为了提高光效率而知道了，以镜面形式构成该背面，从而抵达背面的光线又被反射向正面。
对此已知的是，利用整面的背面金属化结构作为背面反射器来涂覆半导体元件背面。此外也知道了在结构化的或粗糙的金属层中出现寄生吸收。因此缘故，光滑(例如蒸镀)的金属层具有比之较粗糙的层更高的反射(例如借助丝网印刷制造)。
获得在太阳能电池内的内部光路延长的另一个可能性在DE 10 2009 042018 A1中有描述。在此，在太阳能电池背面实现衍射表面结构。这造成在背面所反射的光子以离散的衍射角度被反射。通过这种方式，也可以通过内部光路延长来加强长波辐射吸收。
本发明的任务在于提供一种将半导体元件的背面金属化的方法，其应用改善了太阳能电池背面的内反射性能并且同时允许获得尽量平的背面金属化结构以尽量减小寄生吸收。本发明的任务还在于提供一种太阳能电池，其中，背面金属化结构在反射性能和平面性方面得到改善。另外，本发明应该提供一种用于制造这种太阳能电池且执行这种方法的加工台。
该任务将通过根据权利要求1的方法、根据权利要求12的光伏太阳能电池和根据权利要求13的用于执行这种方法的加工台来完成。在权利要求2-11中找到该方法的有利实施方式。在权利要求14和15中找到用于执行该方法的加工台的有利实施方式。兹通过明确援引将权利要求的语句纳入说明书。
本发明的方法用于将半导体元件背面金属化。该半导体元件是光伏太阳能电池或者制造工艺中的光伏太阳能电池的前体并且包括至少一个半导体层。此时在本发明范围内的是，半导体层以半导体衬底且尤其是硅晶圆形式构成。
该方法包括以下方法步骤：
在方法步骤A中，至少一个至少单层的金属箔膜被施加到半导体元件的背面。
在方法步骤B中，在方法步骤A中施加的金属箔膜被局部加热。由此一来，在局部区域中短暂地实现至少金属箔膜的熔化。
重要的是，在金属箔膜和半导体元件背面之间至少在局部形成空隙，该空隙填充有填料，该填料具有小于1.4的光学折射率n。在这里以及下文，参数n描述折射率的实部。
本发明基于申请人的以下认识，在金属箔膜和半导体元件的背面之间形成空隙导致了在大于1000nm的波长范围内的长波电磁辐射的反射增强。通过多次附加的光反射，在半导体元件内的光程增大，进而吸收概率和太阳能电池效率也提高。
在物理上，这基于在半导体和金属层之间的更高的折射率对比。这按照菲涅尔公式导致了内反射增强和出现内全反射的临界角度的减小。后者尤其结合纹路结构化的正面是重要的，因为在此情况下光以倾斜角度入射太阳能电池背面。如果在背面的入射角度大于全反射角度，则已经在半导体和介电材料之间的过渡部或者半导体和外观较薄的填料之间几乎反射全部的辐射，甚至不必首先被金属反射面有损耗地反射。
在粗糙的或纹路结构化的半导体背面中，通过常见的方法(如丝网印刷、溅射或蒸镀)直接施加金属层导致了也被结构化的金属背面。这一般没有通过具有小于100nm常见厚度的介电钝化层的施加来显著改变。如上所述，在结构化金属中出现了在此应用场合中被视为寄生的吸收，这是因为它是无法被用于太阳能电池的吸收。在本发明中描述了一种方法，它尽量减小了在纹路结构化的背面中的损耗，因为一方面该内反射因为有空隙而被加强，另一方面，存在该箔膜的妥善规定的平坦金属面，从而寄生金属吸收可被尽量减弱。
本发明的另一个应用领域是与在太阳能电池背面上的衍射结构的使用相结合。为了形成这样的衍射结构，例如在钝化的半导体背面上实现光结构。在太阳能电池背面形成衍射结构本身是已知的并且例如在DE 10 2009 042 018 A1中有描述。类似于上述情况，在这里也通过在该结构和金属箔膜实现填充有例如空气的空隙来加强内反射。还有，设置在背侧的金属箔膜起到光学反射器作用并且能有利地进一步增强内反射。
而当金属层或介电层被直接蒸镀到太阳能电池背面上的结构时，该金属层匹配于该结构。由此可能出现非常不利的、与该光结构相一致的金属表面调制。此时，除了所述的寄生吸收外，还因为格栅效应而出现射束入射至金属，这加强了所述不利作用。此问题可通过采用金属箔膜和形成空隙来金属化太阳能电池背面基本得以避免。
进一步的正面作用是，在采用所述方法的情况下，在所实现的例如由非晶硅构成的格栅结构上可以实现与已知方法相比更高的格栅折射率对比(例如在光结构和金属反射面之间的由氧化物构成的介电缓冲层)。这首先导致更高的衍射效率，由此加强了内光路延长。而且，在采用光结构时出现的、在介电缓冲层中不能传播的瞬间即逝的波在空隙内被最佳衰减，由此又可以尽量减弱在金属中的寄生吸收。
利用本发明的方法，可以如此将太阳能电池背面金属化，即在钝化层和金属箔膜之间留下足够大的空隙，该空隙造成对入射射束的反射增强。由此可以实现钝化层厚度显著减小。因为迄今在尝试通过相应厚地构成钝化层来实现增强的背面反射。但较厚的钝化层导致了更高的加工成本和较长的工艺时间。较薄的钝化层的另一个优点是，它体现为对导通加工过程的较微弱的阻碍：为了形成导通结构而必须穿透该钝化层导通，以建立与半导体材料的直接接触。这在钝化层厚度减小情况下更简单。
因此，本发明的方法第一次提供了低成本的、在采用薄钝化层情况下将半导体元件背面金属化的可行方案，没有由此出现明显的效率损失。相比于已知的背面金属化方法，可以制造出其钝化层厚度可被缩减到大约5nm的太阳能电池。
在本说明书的范围内，在半导体元件背面出现的空隙被填充填料。
在一个优选实施方式中，作为填料，采用气体优选是空气和/或惰性气体，尤其优选是稀有气体。由此得到以下优点，该填充有填料的空隙以简单且低成本的方式具有小于1.4的折射率n。
在另一个优选实施方式中，胶被用作填料。由此得到以下优点，空隙得到稳定并且金属箔膜被附加固定。此时可以采用折射率n小于1.4的商业上惯用的胶，例如来自供货商Polytec PT有限公司(Waldbronn)的MY系列的胶，例如MY-132或者MY-133。
在本发明的范围内的是，在方法步骤A和/或B之前施加其它的中间层。
优选在方法步骤A之前的一个附加方法步骤A-1中将至少一个中间层施加到半导体元件的一侧上。该中间层最好是介电层。由此得到以下优点，中间层可被构造用于提高太阳能电池效率，尤其通过以钝化层形式构成该中间层以减小在半导体层表面上的载流子复合和/或通过作为光学层构成该中间层以改善太阳能电池的反射性能和进而光吸收。因此尤其优选的是，以介电层、尤其最好以二氧化硅层、氮化硅层或者氧化铝层的形式构成中间层是有利的。
优选在方法步骤B中借助激光、尤其最好借助脉冲激光来局部加热该金属层。优选采用波长在190nm至11μm之间范围内的激光，尤其优选采用波长为1064nm的激光。优选采用脉冲长度在皮秒(ps)至20微秒(μs)之间范围内的、尤其最好是10至300纳秒(ns)的激光。发明人的研究表明，上述参数允许顺畅而不易出错的流程。在采用激光来局部加热和进而熔化金属箔膜时有利的是，局部熔化可以在任何每个部位以高精度发生。
在一个优选实施方式中，如此进行在方法步骤B中的金属箔膜熔化，即，该空隙由金属箔膜、半导体元件背面和熔化的区域界定。由此一来，该空隙相对于环境被密封。该熔化的区域至少部分环绕该空隙构成。该熔化的区域有利地至少部分连续地沿着半导体元件的外边缘延伸。因熔化该金属箔膜而出现在金属箔膜和半导体元件之间的连接为此一方面满足了相对于环境密封在金属箔膜和半导体元件之间空隙的目的。另一方面，金属箔膜在分散于该半导体元件背面上的多个局部区域中被固定在半导体元件上。
最好在金属箔膜被局部熔化的部位进行半导体层的导电接通，做法是金属箔膜和半导体层导电相连。这可以按照本身已知的方式在熔化过程实现，尤其是在熔化过程中，在金属箔膜和半导体层之间的一个或多个中间层能以简单方式被金属箔膜穿透。
在另一个优选实施方式中，在方法步骤B中的金属箔膜熔化过程中，同时进行金属箔膜的结构化。结构化在此意味着在金属箔膜中实现熔化的区域和金属箔膜未被熔化的区域之间出现分离。
在另一个优选实施方式中，还在方法步骤C中在金属箔膜中至少产生预定断裂点。预定断裂点在“位于金属箔膜密封的远离该空隙的一侧”的区域中产生。由此可以在半导体元件的边缘简单去除金属箔膜。
尤其有利的是，该金属箔膜在方法步骤C的熔化区域处已经在激光加工过程中被完全切断。由此一来，可以实现在半导体元件边缘处的金属箔膜的简单去除。优选在方法步骤C中采用脉冲长度在皮秒至几飞秒范围内的激光。由此在承受激光束的区域内削薄金属箔膜，就是说，金属被蚀除。在此有利的是，没有实现半导体元件背面的熔化。因此，没有在金属箔膜和半导体元件之间形成连接。
在另一个优选实施方式中，金属箔膜在方法步骤A之后的方法步骤A-a中通过局部加热以点的方式被固定在半导体元件上。在方法步骤B之前的一个附加的随后方法步骤A-b中，主动将填料送入半导体元件和被固定的金属箔膜之间。接着，在方法步骤B中如上所述地通过局部加热进行金属箔膜在半导体元件上的固定和进而相对于环境密封该空隙。这种密封导致填料无法从空隙跑出到环境中。该优选实施方式中的填料最好是气体，尤其是空气。因为气体可以很简单的方式被主动送入如被吹入半导体元件和金属箔膜之间。
通过将填料主动送入金属箔膜和半导体元件之间的空隙，得到了以下优点，可以控制空隙厚度。另外，通过加入足够的填充量而在“金属箔膜和半导体元件之间密封内”的区域中产生仅较少的接触点，优选没有产生接触点。由此一来，背面反射通过空隙区的较大面积延伸而进一步加强。
在另一个优选实施方式中，在主动加入填料之前将金属箔膜气密固定在半导体元件上，优选通过局部加热。在此情况下露出了至少一个填充口且优选就是一个填充口，从而在前述的固定之后可以通过所述至少一个填充口将填料送入由半导体元件、金属箔膜和气密固定部限定的空隙中。由此可以实现按照规定的填充量和按照规定的填充压力。优选随后也气密封闭该填充口，尤其是通过局部加热。
在另一个优选实施方式中，该半导体元件的背面在方法步骤A之前的方法步骤A0中被结构化。背面上的结构具有许多凹凸，从而在安放箔膜时因在半导体表面存在该结构而在内凹形成空隙。优选该结构化利用纳米压印法和/或干蚀刻法和/或湿蚀刻法和/或印刷法或光刻蚀法来进行(H.Hauser等人的“Diffractive Backside Structrures via Nanoimprint Lithography”,2012,Proceedingsof the Sillicon PV Conference)。
尤其有利的是，结构化只利用纳米压印法来进行：借助纳米压印实现的结构一方面能被用作进一步的结构化工艺(例如蚀刻工艺或剥离工艺)的前体，另一方面，直接被进一步用作太阳能电池中的光学有效层。此时，不仅可以采用聚合物材料，也可以采用溶胶材料或Ormocer材料。
背面结构化的结构尺寸可以在200nm至10μm范围内选择。优选采用在400nm和2pm之间的结构尺寸。在此尤其有利的是，空隙厚度可根据结构尺寸来控制。空隙厚度在此是指垂直于半导体元件背面平面的空隙尺寸。
除了将结构化结构的空穴用作空隙外，在另一个有利的实施方式中，在该背面处在金属箔膜和半导体元件背面之间形成相连的填料夹杂，其在侧向上的面积大于空穴以实现大面积覆盖许多空穴的空隙。因此该空隙构成附加的填料层，其在背侧水平延伸经过所述多个空穴，最好基本延伸经过该背面。填料层的厚度最好在20nm至500nm之间、优选是100nm至300nm之间的范围内。通过上述的填料层，与前述的衍射结构相结合地获得了太阳能电池背面的光学性能的进一步改善。
在另一个优选实施方式中，在方法步骤A中采用了结构化的金属箔膜，其至少在朝向半导体元件的一侧具有多个凹凸。在朝向半导体元件一侧的金属箔膜表面的结构在这里在将箔膜贴靠在半导体元件背面时造成空隙的出现。这样，通过利用激光束熔化金属箔膜来相对于环境密封该空隙，实现了可自由选择的填料的封入。
在另一个优选实施方式中，在方法步骤A采用带有随机纹路的金属箔膜。
在另一个实施方式中，在方法步骤A中利用了带有周期性纹路的金属箔膜，尤其是具有由周期性结构和随机结构组成的组合体的纹路。
在本发明方法的上述实施方式中有利的是，不需要半导体元件的结构化。结构化加工转移至用于金属箔膜结构化的另一个并行加工中。这允许整个工艺过程的更快速且成本更低的流程。
在另一个优选实施方式中，在方法步骤A中采用涂覆有介电层的金属箔膜。在此情况下，该介电层施加在该金属箔膜的朝向半导体元件的一侧上。
此时有利的是，无论是在平面的太阳能电池背面或者金属箔膜情况下，还是尤其在结构化的太阳能电池背面或者金属箔膜情况下，可以事先附加地在金属薄膜上沉积一个就材料质量和层厚来说妥善规定的介电缓冲层以正面影响反射性能。这样的妥善规定的缓冲层还可以通过比沉积在晶圆上时成本更低且更快速的工艺被沉积在金属箔膜上，因为此时可以采用了“卷到卷”工艺。作为沉积方法，例如考虑PVD或者浸涂工艺。介电层优选以在5nm至500nm范围且最好在20nm至200nm范围内的厚度来构成。
在另一个优选实施方式中，该金属箔膜至少在方法步骤B中被固定在半导体元件上。发明人的研究表明，金属箔膜优选在熔化过程中平贴在半导体元件上，这是因为例如在待熔化区域中因为缺少金属箔膜与半导体元件的热接触而出现在箔膜和半导体元件之间的空气夹杂导致了金属箔膜在局部受热时完全或部分蒸发，因而没有形成连接或只形成不足的连接。
因此，金属箔膜优选在方法步骤B中被绷紧到半导体元件上和/或被吸至其上和/或被吹压到其上。尤其是金属箔膜的抽吸和/或吹风提供了一种加工技术简单的且尤其非接触的、在方法步骤B中保证金属箔膜和半导体元件之间接触的可行方式。
上述的任务还通过根据权利要求12的太阳能电池来完成。
本发明的光伏太阳能电池包括半导体层、绝缘层、在太阳能电池正面上的触点、在太阳能电池背面上的钝化层和被安置在太阳能电池背面上的金属箔膜。在金属箔膜和钝化层之间形成多个空隙。这些空隙相对于环境被密封且填充有填料，该填料具有小于1.4的折射率。被封入的填料有助于长波电磁辐射的反射的增强并由此允许钝化层厚显著减小，如上所述。
在一个优选实施方式中，在本发明太阳能电池的背面上的空隙被填充空气和/或惰性气体尤其是稀有气体。
本发明的太阳能电池有利地利用本发明方法或其优选实施方式的实施来制造。
上述的任务还通过根据权利要求13的加工台来完成。本发明的加工台用于执行上述的本发明方法或者最好是本发明方法的优选实施方式。
本发明的加工台包括用于半导体元件的放置区、用于半导体元件的固定区、用于金属箔膜的固定区和至少一个吹气口。重要的是，该吹气口布置在用于金属箔膜的固定区和用于半导体元件的放置区之间。吹气口为此优选与吹气通道相连。放置区优选居中布置。
本发明的加工台在形成背面金属化结构以加强半导体元件背面上的反射时带来显著的优点。
该半导体元件在使用本发明的加工台时在放置区内被固定。固定的半导体元件用金属箔膜覆盖。用于金属箔膜的固定区包围用于半导体元件的中央放置区，即至少在加工台的俯视图中环绕该放置区设置并且如此构成，即，金属箔膜在半导体元件的边缘环绕半导体元件地被固定在半导体元件上，没有空气夹杂。在半导体元件边缘处环绕半导体元件的可能有的空气夹杂在实施本发明方法时将会导致金属箔膜因在局部加热中缺少与半导体元件的热接触而被完全或部分蒸发并因此没有形成或只形成不足的密封。所出现的空隙和夹杂在其中的填料在此情况下未被充分密封。这通过包围该放置区的固定区来避免。
在另一个优选实施方式中，用于半导体元件的放置区以内凹形式构成，从而在半导体元件被置入凹面中的情况下该半导体元件和与之侧邻接的加工台表面形成一个平面。由此保证了被固定的金属箔膜形成一个平面，因而避免了在将金属箔膜与半导体元件相连时由可能有的金属箔膜波浪起伏导致的失密性。
在一个优选实施方式中，用于半导体元件的固定区以至少一个抽吸孔的形式构成，该抽吸孔与第一抽吸管路相连。通过第一抽吸管路和抽吸孔，该半导体元件能承受真空/负压并因此在放置区被固定住。
在另一个优选实施方式中，用于金属箔膜的固定区以包围用于半导体元件的放置区的抽吸槽形式构成。抽吸槽与第二抽吸管路相连。通过第二抽吸管路和抽吸槽，该金属箔膜能承受真空/负压并借此被固定在半导体元件上。
由于吹气口布置在用于金属箔膜的固定区和用于半导体元件的放置区之间，故可以在局部熔化后经吹气口输入如上所述的填料且优选是气体，从而用气体吹涨金属箔膜，因而金属箔膜在未熔化区域内至少部分与半导体元件间隔开。由此简化了多余的金属箔膜的去除。
本发明的加工台尤其适用于如下所述地实施本发明方法的实施例：
加工台包括用于半导体元件的放置区。在第一方法步骤中，半导体元件通过固定区和抽吸管路被吸贴在加工台上。
将金属箔膜施加到半导体元件上，该金属箔膜通过在固定区的抽吸孔和抽吸管路被固定在半导体元件上。
在另一个方法步骤中，金属箔膜借助最好利用激光束的局部加热被局部固定在半导体元件上。通过借助激光束的局部加热，金属箔膜在被照射部位熔化并且与下方的半导体元件一起形成局部的不透流体的连接，最好形成导电接触。
在另一个方法步骤中，通过吹气通道经吹气口将如上所述的填料且最好是气体送入至“局部固定的金属箔膜”和“半导体元件”之间。由此，金属箔膜抬离半导体元件的背面且出现夹杂。
在另一个方法步骤中，金属箔膜借助激光束在半导体元件边缘环绕地与半导体元件背面连接并且相对于环境被密封。由此一来，所送入的填料被封夹入金属箔膜和半导体元件背面之间的空隙中。
优选在另一个方法步骤中该金属箔膜在沿着半导体元件的边缘利用激光束被切断。这种分断沿着金属箔膜和半导体元件背面的连接线在远离空隙的金属箔膜侧进行。超出的箔膜可以由此被简单去除。
在一个替代的优选实施方式中，在半导体元件边缘的金属箔膜被熔化的过程中(即在空隙相对于环境密封的过程中)，同时进行该金属箔膜的结构化。在这里，结构化意味着出现了“在金属箔膜发生熔化的区域”和“在金属箔膜未熔化的区域”之间的分离。由此，在金属箔膜内至少产生预定断裂点且优选是割断。所述结构化产生在下述区域中：所述区域位于金属箔膜密封的远离空隙的一侧。由此允许在半导体元件的边缘简单去除金属箔膜。
本发明的方法最好被设计用于构成本发明的太阳能电池或其优选实施方式和/或借助本发明的加工台或其优选实施方式来实施。本发明的太阳能电池或本发明太阳能电池的优选实施方式最好借助本发明方法或其优选实施方式的执行和/或借助本发明加工台或其优选实施方式来制造。
以下结合实施例和附图来描述本发明的其它有利特征和实施方式，其中：
图1a-图1h示出了本发明方法的第一实施例的方法步骤；
图2a-图2d示出了本发明方法的第二实施例的方法步骤；
图3a-图3c示出了本发明方法的第三实施例的方法步骤；
图4a-图4g是本发明加工台的实施例的应用的示意图。
图1-3是半导体元件的示意图，其是光伏太阳能电池或者在制造过程中的这种太阳能电池的前体。在此情况下，分别示意性示出了局部。太阳能电池分别在两侧相似地延续。附图中的相同的附图标记表示相同的或作用相同的零部件。
图1a-1h示意性示出了本发明方法的第一实施例。
图1a示出了半导体元件1，其包括具有p掺杂区2a和n掺杂区2b的半导体层2以及触点3。该n掺杂区2b涂覆有绝缘层4。因此，图1a示出了半导体元件的初始状态。
图1b示出了在执行了方法步骤A0之后的半导体元件的示意图。借助湿化学蚀刻法，半导体元件的背面5被粗糙化。
该粗糙化可以通过使用由HF(氢氟酸)和过氧化氢构成的混合物作为蚀刻溶液来进行。或者，结构化可以如下进行：就像从现有技术中被用于在太阳能电池的正面产生纹路结构那样。尤其是，可以采用已知的方法来产生金字塔结构，尤其是约5μm高的金字塔。例如这样的纹路结构可借助HF-HNO3溶液来形成。还可以采用含有2％的KOH和4％的IPA的溶液。为了形成粗糙而也可以想到已知的“标准损伤蚀刻”，尤其是利用10-20％的KOH溶液。
通过有目的地在半导体元件背面形成下凹，出现了结构尺寸在20nm至10μm之间的背面纹路。
由此保证了在随后的方法步骤中在施加金属箔膜时在半导体元件的背面5和金属箔膜7之间出现空隙。
在图1b中，在以湿化学法被粗糙化的半导体元件背面5上施加钝化层6。钝化层6就半导体层2的邻接表面而言具有钝化作用，从而在该表面处减小载流子复合速度，进而减小复合损耗。
如图1c所示，在方法步骤A中，金属箔膜7被施加到经钝化的太阳能电池背面5上。在金属箔膜7和太阳能电池背面5之间，在局部出现多个空隙8。这些空隙8填充有作为填料的空气，因此具有不仅不同于钝化层，而且也不同于金属箔膜的折射率。尤其是，在填充有空气的空隙与钝化层之间的折射率差异对符合期望地提高在背面的光学反射是有明显贡献的。也可以将其它气体或胶用作填料。
在如图1d所示的方法步骤B中，利用激光9局部熔化金属箔膜区域。由此，金属箔膜在局部被固定在太阳能电池背面上。在受热区域10出现由金属箔膜7、钝化体6和半导体层2构成的熔融混合物。在熔融混合物凝固之后，存在与下方的半导体层2的电触点10。除了在太阳能电池上固定金属箔膜外，出现了局部导通结构，这种局部导通结构将金属箔膜7与半导体层2液密相连。
图1e示出了金属箔膜7与半导体元件背面5的连接。熔融的区域界定了填充有空气的空隙8并且相对于环境密封该空隙8。此时，熔融的区域沿着半导体元件的边缘延伸。因此空气相对于环境被封入在金属箔膜7和经钝化的半导体元件背面5之间的空隙8中。因此，图1d示出了在执行了方法步骤B之后的状态。
在图1f所示出的最后的方法步骤C中，金属箔膜7利用激光束9在半导体元件11的边缘被分断。通过局部熔化该金属箔膜，金属箔膜7在此借助激光束9被切断。图1f因此示出了在执行了方法步骤C之后的状态。
图1g示出了在执行了本发明方法之后的太阳能电池。本发明的光伏太阳能电池包括半导体层2、绝缘层4、在太阳能电池正面上的触点3a、3b、在太阳能电池背面5上的钝化层6和被施加在太阳能电池背面上的金属箔膜7。在金属箔膜7和钝化层6之间封入多个填充有空气的空隙8。封入的空气有助于提高长波电磁辐射的反射并由此允许显著减小钝化层厚度。
图2a与图1a相同地示出了半导体元件1。为了避免重复，以下将只介绍本发明方法的若干实施例之间的差异。
在图2a中，半导体层2还在太阳能电池的平整背面5上配设有钝化层6。将一个附加的结构化层12施加到钝化层6。结构化层12可以随后被结构化。在所示的实施例中，结构化层12是非晶硅层。
在纳米压印法中，借助压印头来结构化一个层，该层随后可直接被用作光学有效层，或者其图案可作为用于随后的结构化加工的模版(如用于非晶硅层12中的蚀刻加工)。这样的方法例如在H.Hauser等人的“Diffractive BacksideStructrures via Nanoimprint Lithography”(2012,Procceedings of the Silicon PVConference)有所描述。在这里，结构尺寸可在200nm和10μm之间、优选在400nm至2μm之间范围内选择。图2b示出了在方法步骤A0中执行了纳米压印法之后的半导体元件1状态。
在执行了背面结构化之后，金属箔膜7被施加到半导体元件的背面上。此时，由于此前完成的结构化，在金属箔膜和半导体元件背面的纳米结构之间出现包含空气夹杂13的空隙，如图2d所示。
类似于图1d-1f，金属箔膜7在半导体元件背面被局部固定。在另一个方法步骤中，金属箔膜沿着半导体元件边缘环绕地与半导体元件气密连接并在最后的方法步骤中在边缘处被分断开。由此出现了如图2d所示的、在背面封有气隙13的本发明太阳能电池23的实施例。
图3a示出了类似于图1a的半导体元件。半导体元件的背面5涂覆有平整的钝化层6。
不同于上述的实施例，在本实施例中，结构化金属箔膜22被施加在半导体元件的经钝化的平坦背面6上。该步骤如图3b所示。由于金属箔膜的结构化，在此在金属箔膜22和在半导体元件1的背面5之间也出现了空气夹杂13，进而导致了在太阳能电池背面的增强的反射。
与图1d-1f相似，结构化的金属箔膜22在局部与半导体元件背面相连接。这些边缘沿着半导体元件环绕地借助激光相连并且相对于环境被密封。金属箔膜在这些边缘处在最后的方法步骤中被分断开。
图3c示出了在执行了本发明方法的实施例之后的太阳能电池23。太阳能电池在背侧涂覆有结构化的金属箔膜22，在这里，在太阳能电池背面5和金属箔膜22之间存在空气夹杂13。
图4a示出了本发明的加工台的一个实施例的示意图。
加工台14包括用于半导体元件1的中央放置区15、用于半导体元件的固定区16、用于金属箔膜7的固定区17和吹气口18。固定区16和17在本实施例中是与抽吸管路19相连的抽吸孔。吹气口18与吹气通道20相连且布置在用于金属箔膜的固定区17和放置区15之间。
以下将描述如图4b-4g所示的、在采用本发明加工台的实施例的情况下实施本发明方法的实施例的情况。
图4b示出了加工台14和置入的半导体元件1。半导体元件1通过固定区16和抽吸管路19被吸靠在加工台上。金属箔膜7被施加到半导体元件1上，金属箔膜通过固定区17的抽吸孔被固定在半导体元件1上。
图4c示出了方法步骤B。在这里，金属箔膜7在局部被固定在半导体元件1上。通过用激光束21局部加热，金属箔膜7的被照射部位熔化并且与下方的半导体元件构成局部触点10。
在另一个方法步骤中，空气通过吹气通道20经吹气口18被吹送到局部固定的金属箔膜7和半导体元件1之间。这如图4d所示。由此使金属箔膜7抬离半导体元件1的背面5并且出现了空隙8。
图4e示出了金属箔膜7与半导体元件1的气密连接。借助激光束21，金属箔膜7在半导体元件的边缘环绕地与半导体元件的背面5相连。由此，所吹入的空气8被夹杂在金属箔膜7和半导体元件的背面5之间的空隙8中。
在另一个方法步骤中，金属箔膜7在边缘沿着半导体元件1借助激光束21被切断。超出的箔膜7可以由此被简单去除。
图4g示出了成品的半导体元件1，其包括夹杂在金属箔膜7和半导体元件的背面5之间的气隙13。即，图4g示出了执行了本发明方法的实施例之后的状态。
放置区15按如下方式呈内凹状构成：在半导体元件1被置入内凹中时，半导体元件1和与半导体元件侧面邻接的加工台14表面构成了一个平面。由此保证了被吸住的金属箔膜7在半导体元件边缘环绕贴靠在半导体元件1上，没有不希望有的空气夹杂。可能的不希望有的空气夹杂在此在执行本发明方法时导致金属箔膜7因在局部加热中没有与半导体元件1的热接触而被完全或部分蒸发，因而没有形成或只形成了不足的沿半导体元件边缘的密封。在此情况下，可能无法再保证空气夹杂的密封。由于按如下方式呈内凹状构成半导体元件放置区15：在半导体元件1被置入内凹中时该半导体元件1和与之侧面邻接的加工台14表面构成一个平面，因此得到了以下优点，在金属箔膜7和半导体元件1之间沿着边缘环绕半导体元件出现空气夹杂的概率降低了，由此提高了空气夹杂13的密封的质量。
当在本发明方法中应将带有平坦背面5的半导体元件1与金属箔膜7相连接时，采用根据如图4a-4g所示实施例的本发明加工台尤其是有利的应用。在此情况下，可以在采用本发明加工台的情况下通过在局部使金属箔膜7与半导体元件的背面5间隔开来主动将空气吹送入金属箔膜7和半导体元件的背面5之间。由此保证了，在金属箔膜7和半导体元件1之间沿着半导体元件边缘环绕地气密连接且与此同时空气被吹送入金属箔膜和半导体元件的背面之间的情况下，空气夹杂13出现在金属箔膜和半导体元件背面之间。

Claims (15)

1.一种将半导体元件(1)的背面(5)金属化的方法，该半导体元件(1)是光伏太阳能电池的一部分或者是在光伏太阳能电池的制造工艺中的前体，该方法包括以下方法步骤：
A、将至少一个至少单层的金属箔膜(7)施加到该半导体元件(1)的背面(5)；
B、按如下方式局部加热至少该金属箔膜(7)，即在局部区域短时间地实现该金属箔膜(7)的熔化，
其特征是，在该金属箔膜(7)和该半导体元件(1)的背面(5)之间至少在局部形成空隙(8)，该空隙(8)填充有填料，该填料具有小于1.4的光学折射率n。
2.根据权利要求1的方法，其特征是，作为填料采用气体，优选是空气或惰性气体，尤其优选是稀有气体；或者采用胶作为填料。
3.根据前述权利要求之一的方法，其特征是，在方法步骤B中，该空隙(8)由金属箔膜(7)、该半导体元件(1)的背面(5)和熔化的区域来界定，尤其是至少一个熔化的区域绕该空隙(8)环绕构成，优选该熔化的区域不间断地沿着该半导体元件(1)的一个外边缘且优选沿着所有外边缘延伸。
4.根据前述权利要求之一的方法，其特征是，在方法步骤B中采用激光用于熔化。
5.根据前述权利要求之一的方法，其特征是，在方法步骤B中，在熔化过程中，在该金属箔膜(7)中同时至少产生预定断裂点。
6.根据前述权利要求之一的方法，其特征是，在一个附加的方法步骤C中，在该金属箔膜(7)中至少产生预定断裂点，优选该金属箔膜(7)在方法步骤C的熔化区域处被分断。
7.根据前述权利要求之一的方法，其特征是，在方法步骤A-a中，该金属箔膜(7)通过局部加热以点的方式被固定在该半导体元件上，并且在方法步骤B之前的一个附加的方法步骤A-b中，主动将填料且尤其是气体优选是空气引入该半导体元件(1)和金属箔膜(7)之间。
8.根据前述权利要求之一的方法，其特征是，该半导体元件(1)的背面(5)在方法步骤A之前的方法步骤A0中被结构化，优选利用纳米压印法和/或干化学法和/或湿化学法和/或印刷法和/或光刻蚀法。
9.根据前述权利要求之一的方法，其特征是，该空隙(8)被构造成具有在10nm至1μm之间、优选是在10nm至100nm之间的平均厚度。
10.根据前述权利要求之一的方法，其特征是，在方法步骤A中，金属箔膜(22)是结构化的金属箔膜。
11.根据前述权利要求之一的方法，其特征是，在方法步骤A中，金属箔膜(7)是介电涂覆箔膜，优选该介电层被构造成具有在5nm至500nm之间、优选在20nm至200nm之间的厚度。
12.一种光伏太阳能电池，其包括至少一个半导体层(2)、在该半导体层的一侧上的至少一个中间层(4)和至少一个金属箔膜(7)，其特征是，该光伏太阳能电池在该金属箔膜(7)和该半导体元件(1)的背面(5)之间至少在局部具有填充有填料的空隙(8)，该填料具有小于1.4的光学折射率。
13.一种加工台，尤其用于执行根据前述权利要求1至11之一的方法，该加工台(14)具有用于半导体元件(1)的放置区(15)、用于金属箔膜的至少一个固定区(15)和至少一个吹气口(18)，该吹气口(18)与吹气通道(20)相连并且布置在该固定区(15)和该放置区(15)之间。
14.根据权利要求13的加工台，其特征是，该固定区(15)关于该放置区(15)是环绕且优选呈抽吸槽形式构成的，该抽吸槽与抽吸通道(19)相连。
15.根据权利要求13或14的加工台，其特征是，该放置区(15)按如下方式呈内凹状构成，即在半导体元件(1)被置入该内凹中时，该半导体元件(1)和该加工台(14)的与该半导体元件侧面邻接的表面构成一个平面。
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