DE10137778A1 - Verfahren zur Kontaktierung von Dünnschicht-Elektroden - Google Patents
Verfahren zur Kontaktierung von Dünnschicht-ElektrodenInfo
- Publication number
- DE10137778A1 DE10137778A1 DE10137778A DE10137778A DE10137778A1 DE 10137778 A1 DE10137778 A1 DE 10137778A1 DE 10137778 A DE10137778 A DE 10137778A DE 10137778 A DE10137778 A DE 10137778A DE 10137778 A1 DE10137778 A1 DE 10137778A1
- Authority
- DE
- Germany
- Prior art keywords
- thin
- conductive layer
- sonotrode
- band
- film
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Withdrawn
Links
- 239000010409 thin film Substances 0.000 title claims abstract description 39
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims description 31
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims abstract description 32
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims abstract description 32
- 238000003466 welding Methods 0.000 claims abstract description 17
- ZOKXTWBITQBERF-UHFFFAOYSA-N Molybdenum Chemical group [Mo] ZOKXTWBITQBERF-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 8
- 229910052750 molybdenum Inorganic materials 0.000 claims description 8
- 239000011733 molybdenum Substances 0.000 claims description 8
- AMGQUBHHOARCQH-UHFFFAOYSA-N indium;oxotin Chemical compound [In].[Sn]=O AMGQUBHHOARCQH-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- ATJFFYVFTNAWJD-UHFFFAOYSA-N Tin Chemical compound [Sn] ATJFFYVFTNAWJD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 5
- HCHKCACWOHOZIP-UHFFFAOYSA-N Zinc Chemical compound [Zn] HCHKCACWOHOZIP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 5
- 229910052718 tin Inorganic materials 0.000 claims description 5
- 229910052725 zinc Inorganic materials 0.000 claims description 5
- 239000011701 zinc Substances 0.000 claims description 5
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 claims description 3
- 230000010355 oscillation Effects 0.000 claims description 2
- 230000008569 process Effects 0.000 description 9
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 8
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 4
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 3
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 3
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 3
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 3
- 229910000679 solder Inorganic materials 0.000 description 3
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 3
- BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N Silver Chemical compound [Ag] BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000006096 absorbing agent Substances 0.000 description 2
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 description 2
- 238000011835 investigation Methods 0.000 description 2
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 description 2
- 230000007774 longterm Effects 0.000 description 2
- 239000000463 material Substances 0.000 description 2
- 229910052709 silver Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000004332 silver Substances 0.000 description 2
- 229910004613 CdTe Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000009471 action Effects 0.000 description 1
- 239000000853 adhesive Substances 0.000 description 1
- 230000001070 adhesive effect Effects 0.000 description 1
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910021417 amorphous silicon Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 description 1
- DVRDHUBQLOKMHZ-UHFFFAOYSA-N chalcopyrite Chemical compound [S-2].[S-2].[Fe+2].[Cu+2] DVRDHUBQLOKMHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052951 chalcopyrite Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000008859 change Effects 0.000 description 1
- 229910021419 crystalline silicon Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000006731 degradation reaction Methods 0.000 description 1
- 230000008021 deposition Effects 0.000 description 1
- 238000009795 derivation Methods 0.000 description 1
- 238000013461 design Methods 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 238000011143 downstream manufacturing Methods 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 230000005611 electricity Effects 0.000 description 1
- 238000005538 encapsulation Methods 0.000 description 1
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 1
- 239000005357 flat glass Substances 0.000 description 1
- 229910001385 heavy metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000001788 irregular Effects 0.000 description 1
- 230000008018 melting Effects 0.000 description 1
- 238000002844 melting Methods 0.000 description 1
- 229910044991 metal oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000004706 metal oxides Chemical class 0.000 description 1
- 238000013508 migration Methods 0.000 description 1
- 230000005012 migration Effects 0.000 description 1
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 description 1
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 1
- TWNQGVIAIRXVLR-UHFFFAOYSA-N oxo(oxoalumanyloxy)alumane Chemical compound O=[Al]O[Al]=O TWNQGVIAIRXVLR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000004033 plastic Substances 0.000 description 1
- 239000002985 plastic film Substances 0.000 description 1
- 229920006255 plastic film Polymers 0.000 description 1
- 230000004044 response Effects 0.000 description 1
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 1
- 239000007784 solid electrolyte Substances 0.000 description 1
- 239000010959 steel Substances 0.000 description 1
- 239000011135 tin Substances 0.000 description 1
- 230000001052 transient effect Effects 0.000 description 1
- 238000002604 ultrasonography Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
- B23K20/00—Non-electric welding by applying impact or other pressure, with or without the application of heat, e.g. cladding or plating
- B23K20/10—Non-electric welding by applying impact or other pressure, with or without the application of heat, e.g. cladding or plating making use of vibrations, e.g. ultrasonic welding
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
- H01L31/04—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof adapted as photovoltaic [PV] conversion devices
- H01L31/042—PV modules or arrays of single PV cells
- H01L31/05—Electrical interconnection means between PV cells inside the PV module, e.g. series connection of PV cells
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01R—ELECTRICALLY-CONDUCTIVE CONNECTIONS; STRUCTURAL ASSOCIATIONS OF A PLURALITY OF MUTUALLY-INSULATED ELECTRICAL CONNECTING ELEMENTS; COUPLING DEVICES; CURRENT COLLECTORS
- H01R43/00—Apparatus or processes specially adapted for manufacturing, assembling, maintaining, or repairing of line connectors or current collectors or for joining electric conductors
- H01R43/02—Apparatus or processes specially adapted for manufacturing, assembling, maintaining, or repairing of line connectors or current collectors or for joining electric conductors for soldered or welded connections
- H01R43/0207—Ultrasonic-, H.F.-, cold- or impact welding
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
- B23K2101/00—Articles made by soldering, welding or cutting
- B23K2101/34—Coated articles, e.g. plated or painted; Surface treated articles
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
- B23K2101/00—Articles made by soldering, welding or cutting
- B23K2101/36—Electric or electronic devices
- B23K2101/38—Conductors
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
- B23K2103/00—Materials to be soldered, welded or cut
- B23K2103/08—Non-ferrous metals or alloys
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
- B23K2103/00—Materials to be soldered, welded or cut
- B23K2103/08—Non-ferrous metals or alloys
- B23K2103/10—Aluminium or alloys thereof
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
- B23K2103/00—Materials to be soldered, welded or cut
- B23K2103/18—Dissimilar materials
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
- B23K2103/00—Materials to be soldered, welded or cut
- B23K2103/50—Inorganic material, e.g. metals, not provided for in B23K2103/02 – B23K2103/26
- B23K2103/52—Ceramics
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
- Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Sustainable Development (AREA)
- Computer Hardware Design (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Photovoltaic Devices (AREA)
- Pressure Welding/Diffusion-Bonding (AREA)
Abstract
Bei Dünnschicht-Bauelementen, insbesondere Dünnschicht-Solarmodulen, werden leitende Schichten (4) erfindungsgemäß mit einem Metallband (5) mittels Ultraschweißen kontaktiert. Dazu wird eine Sonotrode (6) auf das auf die leitende Schicht (4) aufgelegte Metallband (5) mit einer Anpresskraft (F) aufgesetzt. Im Anschluss wird die Sonotrode (6) in Schwingung versetzt und die leitende Schicht (4) mit dem Metallband (5) verschweißt.
Description
- Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Kontaktierung von metallischen oder transparenten Dünnschicht-Elektroden und die Verwendung einer Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens.
- Dünnschicht-Bauelemente aus Glas-, Kunststoff-, Metall- oder Keramiksubstraten müssen in vielen Anwendungsfällen nach aussen zu Zwecken der Ansteuerung und/oder Stromzu- bzw. - ableitung kontaktiert werden. Beispielsweise müssen bei Dünnschicht-Solarmodulen die beiden am Ende liegenden Zellen einer Serienschaltung kontaktiert werden, um so den von dem Solarmodul erzeugten Strom abzuführen. Hierzu wird ein Metallband auf eine leitende Schicht aufgebracht, die zum Beispiel eine metallische Rückelektrode, bestehend aus z. B. Molybdän, die aber auch eine transparente Dünnschicht- Elektrode aus dotiertem Zink-, Zinn- oder Indium-Zinnoxid sein kann. Der Einsatz einer Molybdänelektrode erfolgt in erster Linie bei sogenannten CIS-Solarzellen. Transparente Elektroden finden vielfachen Gebrauch nicht nur in verschiedenen Solarzellen, sondern auch in Flachbildschirmen, elektrochromen oder heizbaren Fenstern, z. B. im Automobilbereich.
- In Fig. 3a ist beispielhaft ein Dünnschicht-Solarmodul gezeigt, das im wesentlichen aus einem Substrat 10, den darauf aufgebrachten strukturierten Schichten 11, einer aus einem Einbettungsmaterial bestehenden Schicht 12 und einer Schicht 13 aus auflaminiertem Fensterglas zum Schutz von Umwelteinflüssen besteht. Um Kriechströme zu den stromführenden Schichten und eine Feuchte-Degradation der Schichten zu vermeiden, darf der Randbereich 14 des Moduls keine elektrisch leitenden, korrodierenden oder die hermetische Versiegelung gefährdenden Beschichtungsreste enthalten.
- In Fig. 3b ist ein Dünnschichtsolarmodul in der sogenannten Substratkonfiguration gezeigt, bei der sich die Schichtfolge in Substrat 21, Rückelektrode 22, Absorberschicht 23, Frontelektrode 24, Laminat 25 und Frontglas 26 aufgliedert. Die genannte Reihenfolge entspricht der zeitlichen Abfolge bei der Schichtabscheidung auf dem Substrat 21. Zur Vereinfachung ist in diesem Beispiel ein Solarmodul mit nur einer Zelle dargestellt. Zur Kontaktierung der Rückelektrode werden die darüber liegenden Schichten selektiv entfernt, so dass die freigelegten Bereiche z. B. mit Metallbändern kontaktiert werden können.
- Ein weiteres Beispiel für Dünnschicht-Kontaktierungen ist in Fig. 3c gezeigt und stammt aus dem Bereich elektrochromer Fenster. Zwei Glassubstrate 31 und 32 sind je mit einer transparenten Elektrodenschicht 33 und 34, zum Beispiel aus Indium-Zinn-Oxid (ITO) versehen. Zwischen den beiden Elektrodenschichten befindet sich die aktive Zone, z. B. bestehend aus einer Metalloxidschicht 35, einer transparenten Festkörperelektrolytschicht 36 und einer Ionenreservoir- Schicht 37. Die optische Transmisson der aktiven Zone lässt sich durch Anlegen einer Spannung und der daraus resultierenden Ionenwanderung beeinflussen. Bei dem in Fig. 3c gezeigten Ausführungsbeispiel basiert die Transmissionsänderung auf dem elektrochromen Effekt in zum Beispiel MoO3 oder WO3-Dünnschichten.
- Für Dünnschicht-Bauelemente der oben beschriebenen Art wird Langzeitstabilität gefordert; insbesondere ist die Stabilität aller Kontakte unter Bedingungen starker Temperaturwechselbelastung und/oder Feuchte sicherzustellen. Dazu existieren internationale Qualitätstests, die für Solarmodule z. B. in der Norm IEC 1646 beschrieben sind. Erfahrungsgemäß ist besonders der in IEC 1646 enthaltende Damp-Heat-Test (Belastung über 1000 Stunden bei 85°C/85% R. F.) kritisch und für jeden neuen Prozesschritt zu prüfen.
- Bei bisherigen Verfahren wurden Elektrodenschichten in Dünnschicht-Modulen kontaktiert, indem nach dem Freilegen der leitenden Schicht in einem 2-Stufen-Prozess zunächst eine Lötspur auf der freigelegten Oberfläche der Elektrodenschicht aufgebracht wurde und danach Metallbänder konventionell auf der Lötspur aufgelötet wurden. Bei diesem Vorgehen ist nachteilig, dass nachfolgende Prozesschritte, beispielsweise das Verkapseln des Bauteils, durch die Schmelztemperatur des Lots auf Werte um ca. 200°C begrenzt sind. Ferner ist ein 2- Stufen-Prozess aufwendig und teuer; eine Automatisierung des Prozesses ist schwierig. Ferner wurde festgestellt, dass unter Feuchte die Oberflächen der Kontakte sichtbar oxidieren, so dass die Kontaktwiderstände deutlich ansteigen. Überdies besteht ein Problem hinsichtlich des zu verwendenden Lots, da gut haftende Lote schwermetallhaltig sind.
- Als Alternative werden Kontaktierverfahren eingesetzt, bei dem leitfähige Klebstoffe zur Fixierung der Metallbänder eingesetzt werden. Die Langszeitstabilität unter den oben erwähnten Klimatestbedingungen ist jedoch mangelhaft.
- Aus dem Bereich der Si-Solarzellen mit kristallinem Silizium ist bekannt auf eine auf gedruckte Silber-Elektrode ein Metallband aufzubringen und mittels Ultraschallschweißen zu befestigen, wie sich aus US 3.620.847 und US 4.975.133 ergibt. Der Aufbau und die Herstellungsverfahren für Si- Solarzellen und Solar-Module bieten jedoch andere Voraussetzungen für die Anwendung der Technik des Ultraschallschweißens, insbesondere deshalb, weil die Kontaktierung mit Silber-Elektroden erfolgt, deren Aufbau und Oberflächenbeschaffenheit in der Regel sehr viel einfacher zu handhaben ist und für die Ultraschall-Verschweißung vorbereitet werden kann. Bei Dünnschicht-Solarmodulen, insbesondere CIS-Solarmodulen sind diese Möglichkeiten der Herstellung und Ausgestaltung der zu kontaktierenden Elektroden und Oberflächen nicht gegeben. Aus diesem Grund wurde die Technik des Ultraschweißens für Dünnschicht- Solarmodule nie in Betracht gezogen oder diskutiert.
- Durch die Erfindung wird dieser Weg zum ersten Mal beschritten und die Bedingungen aufgezeigt, unter denen eine Kontaktierung von Dünnschicht-Elektronenschichten mittels Ultraschweißens unter Vermeidung der oben erwähnten Nachteile aus dem Stand der Technik erfolgreich durchführbar ist.
- Der Erfindung ist im Patentanspruch 1 und den Unteransprüchen beschrieben.
- Im folgenden wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die Figuren genauer erläutert, in denen zeigt:
- Fig. 1 den Aufbau einer Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens;
- Fig. 2 den zeitlichen Verlauf eines Kontaktierungsvorgangs gemäß der Erfindung;
- Fig. 3a den schematischen Aufbau eines Dünnschicht- Solarmoduls;
- Fig. 3b den Querschnitt durch ein Dünnschicht-Solarmodul im sogenannten Substrataufbau (zur Vereinfachung nur mit einer Zelle) mit Schichtfolge und Kontaktierung (nicht maßstabsgerecht);
- Fig. 3c einen Querschnitt durch ein Dünnschicht-Modul aus dem Bereich elektrochromer Fenster.
- In Fig. 1 ist eine Haltevorrichtung 1 für Dünnschicht-Module, beispielsweise ein Vakuum-Spanntisch gezeigt, auf dem ein Dünnschicht-Modul 2 angeordnet ist, z. B. die in Fig. 3b gezeigte Dünnschicht-CIS-Solarzelle. Ferner ist in Fig. 1 ein Substrat 3 (Glas- oder Keramikplatte, Metall- oder Kunststofffolie) gezeigt, auf dem direkt oder indirekt verschiedene Schichten des Dünnschicht-Moduls angeordnet sind. In Fig. 1 ist nur die leitende Schicht 4 mit einer Dicke von typischerweise 50 bis 5000 nm gezeigt, die eine zu kontaktierende Elektrodenschicht o. ä. repräsentiert und die erfindungsgemäß freigelegt wurde, da diese Schicht regelmäßig bei den hier in Rede stehenden Dünnschicht-Modulen von einer oder mehreren Schichten überlagert ist, wie im Zusammenhang mit der Fix 3b bis 3c erläutert wurde. Ein Metallband 5, beispielsweise ein Al-Band, ist auf der Elektrodenschicht 4 angeordnet. Oberhalb des Metallbands 5 zeigt Fig. 1 eine Sonotrode 6, beispielsweise eine massive Stahlsonotrode oder eine Bondkeilsonotrode. Beispiele für die zu kontaktierenden Elektrodenschichten sind Dünnschichten aus Molybdän, Zinn-, Zink- oder Indium-Zinnoxid, die in Solarzellen mit Absorbern aus Chalkopyrit-Halbleitern (z. B. CuInSe2), amorphem Silizium, CdTe, aber auch bei farbstoffsensibilisierten Solarzellen in LCD-Displays, elektrochromen Fenstern und beheizbaren Fensterscheiben Verwendung finden. Durch die Erfindung wurde nachgewiesen, dass die Oberflächenbeschaffenheit der zu kontaktierenden Bereiche 4 wider Erwarten nicht höchsten Anforderungen gerecht werden muss, sondern dass mit vergleichsweise geringem und deshalb wirtschaftlich vertretbarem Aufwand eine Freilegung erreicht werden kann, die, insbesondere bei der Verwendung von Al- oder Al/Cu-Metallbändern nicht nur ausreichende sondern auch unerwartet gute Kontaktierungsergebnisse liefern.
- Die Ultraschall-Sonotrode 6 setzt auf dem über der Elektrodenschicht 4 liegenden Aluminiumband 5 mit definierter Kraft K auf. Unter Einwirkung der Schweißkraft K wird die Sonotrode entlang ihrer Längsachse in der in Fig. 1 gezeigten Richtung A in Schwingung versetzt. Durch die definierte Rauheit der Sonotroden-Arbeitsoberflächen 7 ist die Übertragung der Schwingung in das Metallband 5 derart möglich, dass zwischen dem fixierten Dünnschichtmodul 2 und dem Metallband 5, genauer zwischen der Elektrodenschicht 4 und dem Metallband 5, eine Relativbewegung auftritt, durch die Oxidschichten entfernt werden und die beiden Teile 4 und 5 schließlich miteinander verschweißt werden.
- Durch die aufgrund der Erfindung veranlassten Untersuchungen des Ultraschallschweißens bei der Kontaktierung von leitenden Schichten in Dünnschicht-Modulen, insbesondere CIS- Solarmodulen, wurde festgestellt, dass ein Verfahren, das eine technisch sehr gute Kontaktierungsqualität erzielt, wirtschaftlich durchgeführt werden kann, wenn für die Auflagekraft F, die Schwingfrequenz f und die Amplitude d der eingesetzten Sonotrode, die in der folgenden Tabelle angegebenen Werte eingehalten werden. In der ersten Zeile der Tabelle ist dabei der im Rahmen der Erfindung technisch mögliche und in der zweiten Zeile der erfindungsgemäß bevorzugte Bereich angegeben. Tabelle 1
- Diese Werte gelten für Ultraschall-Generatoren mit einer Leistung ab ca. 300 Watt und können verwendet werden bis zu einer Leistung von ca. 1000 Watt. Dabei ist zu berücksichtigen, dass Ultraschallgeneratoren mit höherer Leistung nicht unbedingt zu bevorzugen sind, da nur ca. 10 bis 20% der Energie an der Schweißstelle wirkt und festgestellt wurde, dass insbesondere das Einschwingverhalten zu Beginn des Schweißvorgangs in Verbindung mit der Aufbringung der Auflagekraft eine besondere Rolle bei der Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens spielt.
- Vorteilhaft wird deshalb das erfindungsgemäße Ultraschall- Schweißen durchgeführt, indem zunächst die Sonotrode auf die Kontaktstelle aufgesetzt und solange gewartet wird, bis die vorgegebene Auflagekraft F sicher erreicht ist, wie im Zeitraum T1 des Diagramms gemäß Fig. 2 gezeigt ist. Die hier in Rede stehenden Zeiträume sind ausreichend kurz, als dass eine Überwachung der tatsächlich aufgebrachte Kraft F und ein Fortführen des Verfahrens bei Überschreiten eines Schwellwerts erforderlich ist. Selbstverständlich kann aber auch die aufgebrachte Kraft gemessen werden und bei Erreichen eines Schwellwerts das Verfahren fortgesetzt, d. h. die Sonotrode in Schwingung versetzt werden. In dem hier beschriebenen Ausführungsbeispiel wird aber der Zeitraum T1 so festgesetzt, dass ohne weitere Überwachung der tatsächlichen Kraft davon ausgegangen werden kann, dass die Sollkraft Fsoll erreicht ist.
- Nach Ablauf der Zeitspanne T1 wird dann die Sonotrode in Schwingungen versetzt und schwingt für den Zeitraum T2, wobei wiederum allein auf die Zeit abgetellt wird, um die Dauer des Schwingens und damit die in die Schweißstelle eingebrachte Energie festzulegen. Für die Kontaktierung von Dünnschicht- Modulen ist eine Steuerung des Verfahrens in dieser Weise sowohl bezüglich des Zeitraums T1 als auch bezüglich des Zeitraums T2 ohne weiteres möglich. Jedoch kann der Zeitruam T2 auch variabel gestaltet sein, wenn die eingebrachte Energie gemessen wird, die sich über die einzelnen Schwingbewegungen der Sonotrode bestimmen lässt.
- Die erfindungsgemäße Untersuchung des Ultraschallschweißens zur Kontaktierung von Dünnschicht-Modul-Elektrodenschichten hat ferner ergeben, dass vorteilhaft eine Sonotrode mit definierter insbesondere regelmäßiger Oberflächenstruktur verwendet wird. Insbesondere der Einsatz einer Sonotrode mit regelmäßiger und unregelmäßiger Pyramiden-Strukturierung, bei der die Pyramiden-Spitzen ca. 0,05 bis 0,15 mm beabstandet sind, hat sich als besonders geeignet herausgestellt.
- Die erfindungsgemäß aufzubringenden Metallbänder sind vorzugsweise Al-Metallbänder, die insbesondere bei der Kontaktierung von ZnO- und Molybdän-Elektrodenschichten gute Ergebnisse erzielen. Die Oberfläche der Metallbänder kann mit einer Anti-Haft-Beschichtung versehen sein, die verhindert, dass das Metallband an der Oberfläche der Sonotrode dauerhaft anhaftet. Die Anti-Haft-Beschichtung kann bei Al- Metallbändern durch eine Aluminiumoxid-Schicht erreicht werden. Ebenfalls geeignet ist der Einsatz eines Al/Cu- Metallbandes, bei dem ein Al-Metallband und ein Cu-Metallband übereinandergelegt und miteinander verbunden (gewalzt) sind. Die Sonotrode berührt dann die Cu-Seite des Al/Cu-Bandes, so dass das Anhaften an der Sonotroden-Oberfläche deutlich verringert ist, während die Al-Seite des Bandes der Molybdän- Elektrode gegenüberliegt und für eine entsprechend gute Kontaktierung sorgt.
- Das erfindungsgemäße Verfahren zeichnet sich zunächst dadurch aus, dass damit ein einstufiger Prozess realisiert werden kann, was zu kurzen Taktzeiten bei der Kontaktierung von Elektrodenschichten in Dünnschichtmodulen führt. Durch das erfindungsgemäße Verfahren ergibt sich zwischen der Elektrodenschicht und dem Metallband eine metallische Verbindung ohne Zusatzmaterial. Die Verbindung ist temperaturunempfindlich, so dass keine Einschränkung nachgelagerter Prozessschritte erfolgt. Auch in feuchtwarmer Umgebung ist kein Ansteigen der Kontaktwiderstände feststellbar. Schließlich wird durch das erfindungsgemäße Verfahren eine Verbindung erzielt, die hohe Abzugskräfte aufweist.
Claims (18)
1. Verfahren zur Herstellung eines Kontakts zwischen einer
leitenden Schicht (4) eines Dünnschicht-Bauelements,
insbesondere eines Dünnschicht-Solarmoduls und einem
Metallband (5) mit den Schritten:
- Freilegen einer Oberfläche der leitenden Schicht
(4) des Dünnschicht-Bauelements;
- Auflegen des Metallbandes (5) auf die freigelegte
Oberfläche der leitenden Schicht (4); und
- Ultraschallschweißen der leitenden Schicht (4) und
des Metallbandes (5).
2. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, dass
der Schritt des Ultraschallschweißens die folgenden
Schritte umfasst:
- Aufsetzen einer Sonotrode (6) mit einer bestimmten
Kraft (F);
- Bewegen der Sonotrode (6) mit einer vorbestimmten
Amplitude (d) und einer vorbestimmten Frequenz (f); und
- Abheben der Sonotrode (6).
3. Verfahren nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Kraft (F) im Bereich von 30 bis 600 N, vorzugsweise
180 bis 300 N liegt.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 oder 3,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Schwingfrequenz (f) im Bereich von 10 bis 80 kHz,
vorzugsweise 35 bis 41,5 kHz liegt.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 4,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Amplitude der Schwingung im Bereich von 3 bis 50 µm,
vorzugsweise im Bereich von 5 bis 10 µm liegt.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 5,
dadurch gekennzeichnet, dass
der Schritt des Bewegens der Sonotrode (6) für einen
vorbestimmten Zeitraum (T2) erfolgt.
7. Verfahren nach Anspruch 6,
dadurch gekennzeichnet, dass
der vorgegebene Zeitraum (T2) der Bewegung der Sonotrode
(6) im Bereich von 0,5 bis 2 s, vorzugsweise 0,75 bis
1,25 s liegt.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7,
dadurch gekennzeichnet, dass
das Metallband ein Al-Band oder ein Al/Cu-Band ist.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8,
dadurch gekennzeichnet, dass
die leitende Schicht eine Molybdän-Schicht oder eine
Zinn-, Zink- oder Indium-Zinnoxid-Schicht ist.
10. Dünnschicht-Bauelement, insbesondere Dünnschicht-
Solarmodul mit zumindest einer leitenden Schicht (4) und
einem Metallband (5), das mit der leitenden Schicht (4)
zumindest punktweise ultraschall-verschweißt ist.
11. Dünnschicht-Bauelement nach Anspruch 10,
dadurch gekennzeichnet, dass
die leitende Schicht eine Elektrodenschicht (4) des
Dünnschicht-Bauelements ist.
12. Dünnschicht-Bauelement nach Anspruch 10 oder 11,
dadurch gekennzeichnet, dass
die leitende Schicht (4) aus Molybdän, aus dotiertem
Zink-, Zinn- oder Indium-Zinnoxid besteht.
13. Dünnschicht-Bauelement nach einem der Ansprüche 10 bis
12,
dadurch gekennzeichnet, dass
das Metallband (5) ein Al-Band oder ein Al/Cu-Band ist.
14. Verwendung einer Ultraschall-Schweißvorrichtung (1, 6)
zum Ultraschall-Schweißen einer leitenden Schicht (4)
eines Dünnschicht-Bauelements, insbesondere eines
Dünnschicht-Solarmoduls und eines Metallbands (5).
15. Verwendung nach Anspruch 14,
dadurch gekennzeichnet, dass
die leitende Schicht (4) aus Molybdän, aus dotiertem
Zinn-, Zink- oder Indium-Zinnoxid besteht.
16. Verwendung nach Anspruch 14 oder 15,
dadurch gekennzeichnet, dass
das Metallband (5) ein Al-Band oder ein Al/Cu-Band ist.
17. Verwendung nach einem der Ansprüche 14 bis 16,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Sonotrode (6) der Ultraschall-Schweissvorrichtung
eine pyramiden-strukturierte Arbeitsoberfläche (7)
aufweist.
18. Verwendung nach Anspruch 7,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Pyramiden der pyramiden-strukturierten
Arbeitsoberfläche (7) von einander zwischen 0,35 und
0,15 mm (Spitze-Spitze) beabstandet sind.
Priority Applications (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE10137778A DE10137778A1 (de) | 2001-08-02 | 2001-08-02 | Verfahren zur Kontaktierung von Dünnschicht-Elektroden |
PCT/EP2002/008638 WO2003012883A2 (en) | 2001-08-02 | 2002-08-02 | Method for contacting thin-film electrodes |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE10137778A DE10137778A1 (de) | 2001-08-02 | 2001-08-02 | Verfahren zur Kontaktierung von Dünnschicht-Elektroden |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE10137778A1 true DE10137778A1 (de) | 2003-03-06 |
Family
ID=7694052
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE10137778A Withdrawn DE10137778A1 (de) | 2001-08-02 | 2001-08-02 | Verfahren zur Kontaktierung von Dünnschicht-Elektroden |
Country Status (2)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE10137778A1 (de) |
WO (1) | WO2003012883A2 (de) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE10355043A1 (de) * | 2003-11-25 | 2005-06-23 | Watlow Electric Manufacturing Co., St. Louis | Verfahren zum Befestigen eines elektrischen Leiters auf einem Flächenelement, sowie Heißkanalelement, insbesondere für eine Kunststoff-Spritzeinrichtung |
Families Citing this family (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
AT502004B1 (de) * | 2005-06-01 | 2007-07-15 | Outokumpu Copper Neumayer Gmbh | Elektrisches verbindungselement, verfahren zu seiner herstellung und solarzelle und modul mit verbindungselement |
WO2012012335A2 (en) * | 2010-07-19 | 2012-01-26 | Orthodyne Electronics Corporation | Ultrasonic bonding systems including workholder and ribbon feeding system |
US8231044B2 (en) | 2010-10-01 | 2012-07-31 | Orthodyne Electronics Corporation | Solar substrate ribbon bonding system |
US8196798B2 (en) | 2010-10-08 | 2012-06-12 | Kulicke And Soffa Industries, Inc. | Solar substrate ribbon bonding system |
RU2623820C1 (ru) * | 2016-08-16 | 2017-06-29 | Общество с ограниченной ответственностью "НТЦ тонкопленочных технологий в энергетике", ООО "НТЦ ТПТ" | Способ коммутации гетероструктурных фотоэлектрических преобразователей |
Citations (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4975133A (en) * | 1981-11-28 | 1990-12-04 | Licentia Patent-Verwaltungs-Gmbh | Apparatus for welding components together with the use of ultrasound |
Family Cites Families (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US3620847A (en) * | 1969-05-05 | 1971-11-16 | Us Air Force | Silicon solar cell array hardened to space nuclear blast radiation |
DE2944185A1 (de) * | 1979-11-02 | 1981-05-07 | Licentia Patent-Verwaltungs-Gmbh, 6000 Frankfurt | Solarzelle |
US4473432A (en) * | 1983-02-04 | 1984-09-25 | Harold Leader | Dot heat stapling |
FR2618356B1 (fr) * | 1987-07-24 | 1993-05-07 | Cadiou James | Sonotrode ultrasonique composee particulierement adaptee au soudage entre polystyrene semi-rigide et cellulose moulee |
DE4340402C2 (de) * | 1993-11-26 | 1996-01-11 | Siemens Solar Gmbh | Verfahren zur Kontaktierung von Dünnschichtsolarmodulen |
US5626276A (en) * | 1996-03-14 | 1997-05-06 | International Business Machines Corporation | Linkage drive mechanism for ultrasonic wirebonding |
JP2000004034A (ja) * | 1998-06-16 | 2000-01-07 | Yazaki Corp | 太陽電池モジュールにおけるバスバーの接続方法 |
-
2001
- 2001-08-02 DE DE10137778A patent/DE10137778A1/de not_active Withdrawn
-
2002
- 2002-08-02 WO PCT/EP2002/008638 patent/WO2003012883A2/en not_active Application Discontinuation
Patent Citations (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4975133A (en) * | 1981-11-28 | 1990-12-04 | Licentia Patent-Verwaltungs-Gmbh | Apparatus for welding components together with the use of ultrasound |
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
Benton, B.: "Win-Win first level interconnect", aus EPP Februar 2000, S.58-61 * |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE10355043A1 (de) * | 2003-11-25 | 2005-06-23 | Watlow Electric Manufacturing Co., St. Louis | Verfahren zum Befestigen eines elektrischen Leiters auf einem Flächenelement, sowie Heißkanalelement, insbesondere für eine Kunststoff-Spritzeinrichtung |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
WO2003012883A2 (en) | 2003-02-13 |
WO2003012883A3 (en) | 2004-02-12 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
DE102006044936B4 (de) | Verfahren zur Metallisierung von Solarzellen und dessen Verwendung | |
DE69009088T2 (de) | Verbindungsverfahren für Schaltungen und Klebefilm dafür. | |
DE4340402C2 (de) | Verfahren zur Kontaktierung von Dünnschichtsolarmodulen | |
DE69022087T2 (de) | Verfahren zum Herstellen einer Halbleiteranordnung. | |
DE69020009T2 (de) | Verfahren zum Herstellen von Verbindungselektroden. | |
DE3201122A1 (de) | Nicht-linearer widerstand und verfahren zur herstellung eines solche verwendenden matrix-fk-anzeigefeldes | |
EP0301533A2 (de) | Elektrische Sicherung und Verfahren zu ihrer Herstellung | |
WO2012171968A1 (de) | Verfahren zum elektrischen verbinden mehrerer solarzellen und photovoltaikmodul | |
DE102008051921A1 (de) | Mehrschichtsystem mit Kontaktelementen und Verfahren zum Erstellen eines Kontaktelements für ein Mehrschichtsystem | |
DE102009044038A1 (de) | Verfahren zur Herstellung eines Kontaktbereichs eines elektronischen Bauteils | |
WO2010043461A1 (de) | Verfahren zum kontaktieren von dünnschicht-solarzellen und dünnschicht-solarmodul | |
DE19829151C1 (de) | Verfahren zum elektrischen Kontaktieren einer leitfähigen Dünnschicht auf einer Glasscheibe | |
DE102007052971A1 (de) | Kontaktierung und Modulverschaltung von Dünnschichtsolarzellen auf polymeren Trägern | |
EP0111749A2 (de) | Verfahren zum Herstellen von elektrische Kontakte bildende Fingerelektrodenstrukturen an amorphen Silizium-Solarzellen | |
DE10137778A1 (de) | Verfahren zur Kontaktierung von Dünnschicht-Elektroden | |
WO1998038683A1 (de) | Klima- und korrosionsstabiler schichtaufbau | |
DE10064629B4 (de) | Verfahren zum Verbinden von Leiterplatten | |
DE2435910C2 (de) | Piezoelektrischer Wandler | |
DE102009053416A1 (de) | Verfahren zur Herstellung und Verschaltung einer Solarzellanordnung | |
DE10124770C1 (de) | Verfahren zur Kontaktierung eines elektrischen Bauelementes mit einem eine Leiterstruktur aufweisenden Substrat | |
WO1992002961A1 (de) | Kontaktierung eines piezoelektrischen biegewandlers | |
DE3317108A1 (de) | Duennfilm-halbleiterbauteil | |
DE10151657C1 (de) | Verfahren zur Montage eines Chips auf einem Substrat | |
EP0133698A2 (de) | Photovoltaische Zelle sowie Verfahren zum Herstellen dieser | |
DE19611410C1 (de) | Klimastabile elektrische Dünnschichtanordnung |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
OP8 | Request for examination as to paragraph 44 patent law | ||
8139 | Disposal/non-payment of the annual fee |