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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen einer metallischen
Kontaktstruktur einer Solarzelle.
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Eine
Solarzelle stellt ein flächiges
Halbleiterelement dar, bei dem mittels einfallender elektromagnetischer
Strahlung eine Ladungsträgertrennung
erzeugt wird, so dass zwischen mindestens zwei Kontakten der Solarzelle
ein Potential entsteht und über einen
mit diesen Kontakten verbundenen externen Stromkreis elektrische
Leistung von der Solarzelle abgegriffen werden kann.
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Die
Ladungsträger
werden dabei über
metallische Kontaktstrukturen eingesammelt, so dass durch Kontaktierung
dieser Kontaktstrukturen an einem oder mehreren Kontaktpunkten die
Ladungsträger
in den externen Stromkreis eingespeist werden können.
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Hierzu
werden typischerweise gitterartige metallische Kontaktstrukturen
auf eine Oberfläche der
Solarzelle aufgebracht, welche fingerartig die Oberfläche der
Solarzelle überdecken,
so dass aus allen Bereichen der Solarzelle die Ladungsträger in die
Kontaktstruktur eintreten und in der Kontaktstruktur zu dem Kontaktpunkt
und von dort in den externen Stromkreis fließen können.
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Zur
Vermeidung von Verlusten muss die metallische Kontaktstruktur einerseits
einen geringen Kontaktwiderstand zu dem kontaktierten Halbleiterbereich
der Solarzelle aufweisen und andererseits muss der Leitungswiderstand
der Kontaktstruktur gering sein.
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Sofern
die metallische Kontaktstruktur zur Kontaktierung der Vorderseite
der Solarzelle dient, durch die auch die Beleuchtung der Solarzelle
stattfindet, muss die Kontaktstruktur weiterhin einen möglichst
kleinen Flächenbereich
der Vorderseite der Solarzelle abdecken, um Abschattungsverluste
zu minimieren. Bekannt zur Herstellung solcher Kontaktstrukturen
ist das vollständige
Aufbringen des gesamten Kontaktgitters in einem Schritt mittels
Siebdruck einer silberhaltigen Paste. Dabei entstehen jedoch breite
Kontaktfinger mit begrenzter Leitfähigkeit und hohem elektrischen
Kontaktwiderstand zum Halbleiter.
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Weiterhin
ist es bekannt, zunächst
eine gitterartige, metallische Kontaktstruktur mittels Siebdruck
auf die Vorderseite einer Silizium-Solarzelle aufzubringen und anschließend die
Kontaktstruktur in einem elektrolytischen Bad zu verstärken. Bei
dieser galvanischen (strominduzierten) Verstärkung werden die Solarzelle
und eine Metallelektrode in das elektrolytische Bad gegeben, wobei
sowohl die Kontaktstruktur als auch die Metallelektrode kontaktiert werden,
so dass ein Potential zwischen diesen erzeugt werden kann, derart,
dass von der Metallelektrode ausgehend Metallionen durch das elektrolytische
Bad wandern und sich an der metallischen Kontaktstruktur der Solarzelle
anlagern und diese somit verstärken.
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Für die industrielle
Fertigung ist es wesentlich, dass der gesamte Herstellungsprozess
der Solarzelle, insbesondere auch die Herstellung der Kontaktstruktur
einfach und kostenunaufwendig durchgeführt werden kann, ohne dass
der Wirkungsgrad der Solarzelle durch das gewählte Herstellungsverfahren wesentlich
beeinträchtigt
wird.
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Der
vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren
zum Herstellen einer Kontaktstruktur einer Solarzelle vorzuschlagen, welches
kostengünstig
und schnell durchführbar
ist und andererseits die oben genannten Verlustmöglichkeiten auf ein Minimum
reduziert.
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Gelöst ist diese
Aufgabe durch ein Verfahren zur Herstellung einer metallischen Kontaktstruktur
einer Solarzelle gemäß Anspruch
1. Vorteilhafte Weiter bildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens
finden sich in den Unteransprüchen
2 bis 17.
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Das
erfindungsgemäße Verfahren
unterscheidet sich vom Stand der Technik also grundlegend dadurch,
dass zunächst
die metallische Kontaktstruktur durch eine metallhaltige Tinte erzeugt wird,
welche mittels mindestens einer Druckdüse auf die Oberfläche der
Solarzelle aufgebracht wird und anschließend eine Verstärkung der
metallischen Kontaktstruktur in einem elektrolytischen Bad vorgenommen
wird. Die Verstärkung
kann dabei als bekannte stromlose Verstärkung unter Ausnutzung unterschiedlicher
chemischer Potentiale erfolgen oder dadurch, dass in dem elektrolytischen
Bad elektrisch eine Potentialdifferenz zwischen einer Metallelektrode
und der metallischen Kontaktstruktur erzeugt wird und dadurch eine
galvanische (strominduzierte) Verstärkung erfolgt.
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Im
Gegensatz zu dem Siebdruckverfahren, bei dem ein Sieb auf die Oberfläche der
Solarzelle gelegt wird und mittels eines Rakels Siebdruckpaste durch
das Sieb auf die Oberfläche
der Solarzelle gedrückt
wird, entsteht bei dem erfindungsgemäßen Verfahren die Kontaktstruktur
durch Aufbringen der metallhaltigen Tinte durch eine Druckdüse, welche relativ
zu der Solarzellenoberfläche
und im wesentlichen parallel zu dieser bewegt wird.
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Hierdurch
sind keine Drucksiebe erforderlich, da die Kontaktstruktur sich
aus der Relativbewegung zwischen Solarzellenoberfläche und
Druckdüse ergibt,
so dass Kosten eingespart werden können:
Das erfindungsgemäße Verfahren
kann für
unterschiedliche Solarzellengrößen benutzt
werden, indem das Bewegungsmuster der Druckdüse relativ zur Solarzellenoberfläche der
Solarzellengröße angepasst
wird.
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Mit
dem erfindungsgemäßen Verfahren
lassen sich außerdem
unterschiedliche Formen der metallischen Kontaktstrukturen verwirklichen.
Insbesondere ist die Herstellung aller gängigen Kontaktstrukturen, das
heißt
gitterartige, kammartige oder sternförmige Kontaktstrukturen möglich.
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Es
können
somit unterschiedliche Größen und
Formen von Kontaktstrukturen erzeugt werden, ohne dass dafür jeweils
ein spezielles Drucksieb hergestellt werden muss.
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Ein
weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin,
dass bei dem Aufbringen der metallhaltigen Tinte die Solarzelle
nur mit einem geringen Druck beaufschlagt wird, verglichen mit dem
herkömmlichen
Siebdruckverfahren. Hierdurch wird die Bruchgefahr beim Herstellen
der Kontaktstruktur verringert und darüber hinaus können Unebenheiten
in der Oberfläche
der Solarzelle leicht ausgeglichen werden: Zum einen ist durch die
Beabstandung zwischen Druckdüse
und Oberfläche
der Solarzelle eine Unebenheit in der Oberfläche der Solarzelle unerheblich.
Zum anderen kann die Druckdüse
bei erheblichen Unebenheiten leicht diesen Unebenheiten nachgeführt werden,
so dass ein annähernd
konstanter Abstand zur Oberfläche
vorliegt.
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Untersuchungen
der Anmelderin haben ergeben, dass für typische Silizium-Solarzellen ein Mindestabstand
von Druckdüse
zu der Oberfläche der
Solarzelle von mindestens 100 µm
für die
Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens
bei typischen Silizium-Solarzellen besonders geeignet ist.
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In
einer vorzugsweisen Ausgestaltung wird die metallhaltige Tinte mittels
eines Inkjet-Druckverfahrens auf die Solarzelle aufgebracht. Das
Inkjet-Druckverfahren
ist zum Bedrucken von Materialien mit Farbstoff bereits bekannt
und findet insbesondere bei Tintenstrahldruckern eine breite Verwendung.
Eine Übersicht über die
Technik der Inkjet-Druckverfahren findet sich in J. Heinzl,
C.H. Hertz, „Ink-Jet
Printing", Advances
in Electronics and Electron Physics, Vol. 65 (1985), pp. 91-112.
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Wesentlich
an dieser Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist, dass das
bereits entwickelte Inkjet-Druckverfahren angewandt und mit der
Verstärkung
der Kontaktstruktur in einem elektrolytischen Bad kombiniert wird,
so dass einerseits auf die kostengünstige und bezüglich der
Gestaltung der metallischen Kontaktstruktur flexible Inkjet-Technik zurückgegriffen
werden kann und andererseits die Vorteile der Verstärkung in
einem elektrolytischen Bad genutzt werden.
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Darüber hinaus
werden Nachteile vermieden, welche bei der kompletten Herstellung
der Kontaktstruktur mittels Inkjet-Druck auftreten. Als Hauptnachteil
ist hierbei zu nennen, dass aufgrund der relativ geringen Metallmenge,
die pro Inkjet-Durchgang aufgebracht wird, mehrere Durchgänge notwendig sind,
um die Kontaktstruktur in der notwendigen Stärke bzw. Leitfähigkeit
aufzubauen.
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Des
Weiteren kann bei reinen Inkjet-Verfahren nur ein kleineres erreichbares
Aspektverhältnis von
Linienhöhe
zu Linienbreite der fingerartigen Strukturen der Kontaktstruktur
erreicht werden, wohingegen mit der Kombination Inkjet-Druck und anschließender Verstärkung in
einem elektrolytischen Bad geringere Linienbreiten bei gleichem
Leitungswiderstand erzeugt werden können, so dass die Abschattung
der Solarzelle bei Beleuchtung geringer ist und damit ein höherer Wirkungsgrad
der Solarzelle erzielt werden kann.
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In
einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens
wird die metallische Kontaktstruktur mittels eines Aerosol-Druckverfahrens auf
die Solarzelle aufgebracht. Auch bei diesem Verfahren wird eine
metallhaltige Tinte mittels mindestens einer Druckdüse auf die
Oberfläche
der Solarzelle aufgebracht.
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Im
Gegensatz zum Inkjet-Druckverfahren wird bei dem Aerosol-Verfahren
zunächst
ein Aerosol der Drucktinte erzeugt. Dieses Aerosol wird mittels einer
Druckdüse
auf die Solarzelle geleitet, wobei die Druckdüse an einem Druckkopf angebracht
ist, indem mittels eines Fokussiergases das Aerosol gebündelt wird
und in fokussierter Form der Druckdüse zugeleitet.
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Hierdurch
wird ein Kontakt zwischen Druckdüse
und Tinte vermieden, so dass die Gefahr einer Verstopfung der Druckdüse im Vergleich
zum Inkjet-Druckverfahren
wesentlich geringer ist.
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Darüber hinaus
ist durch die Fokussierung mittels des Fokussiergases der Druck
von feineren Linien, verglichen mit dem Inkjet-Druckverfahren möglich, so
dass nach der Verstärkung
im elektrolytischen Bad insgesamt nochmals feinere Kontaktstrukturen
und ein größeres Aspektverhältnis möglich sind
und hierdurch Abschattungsverluste verringert werden können.
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Untersuchungen
der Anmelderin haben ergeben, dass durch die Fokussierung des Aerosols mittels
des Fokussiergases ein größerer Abstand zwischen
Druckdüse
und Solarzellenoberfläche
als bei dem Inkjet-Druckverfahren möglich ist, ohne dass Verschmierungen
der Drucktinte auftreten. Insbesondere kann bei dem Aerosolverfahren
ein Abstand von 1 mm zwischen Druckdüse und Oberfläche der
Solarzelle bestehen, so dass auch größere Unebenheiten der Solarzellenoberfläche kein
Nachführen
der Druckdüse
erfordern.
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Dadurch,
dass bei dem erfindungsgemäßen Verfahren
das Aufbringen der metallischen Struktur und das Verstärken mittels
des elektrolytischen Bades in zwei Schritten vorgenommen wird, ist
es möglich,
in jedem Schritt jeweils ein Metall zu verwenden. So kann ein erstes
Metall in der metallhaltigen Tinte enthalten sein und somit die
metallische Kontaktstruktur auf der Oberfläche der Solarzelle bilden.
Ein zweites Metall kann für
die Verstärkung
im elektrolytischen Bad gewählt
werden, beispielsweise für
die Metallelektrode bei der galvanischen Verstärkung, so dass die Verstärkung mittels
dieses zweiten Metalls stattfindet.
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In
einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung werden für das Aufbringen
der metallischen Kontaktstruktur und für die Verstärkung im elektrolytischen Bad
unterschiedliche Metalle verwendet. Dies hat den Vorteil, dass die
Auswahl des Metalls für
unterschiedliche Funktionen optimiert werden kann:
So ist es
vorteilhaft, das Metall der metallhaltigen Tinte, das im ersten
Schritt als metallische Kontaktstruktur aufgebracht wird derart
zu wählen,
dass ein geringer elektrischer Kontaktwiderstand und eine hohe mechanische
Haftung mit der Oberfläche
der Solarzelle entstehen.
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Bei
der Verstärkung
im elektrolytischen Bad ist hingegen vorteilhafterweise ein Metall
zu wählen, welches
einen geringen spezifischen Leitungswiderstand aufweist, so dass
der Leitungswiderstand der Kontaktstruktur minimiert wird.
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Typische
Silizium-Solarzellen weisen an der Seite, an der die metallische
Kontaktstruktur aufgebracht werden soll einen n-dotierten Bereich
auf. Hierbei sollte vorteilhafterweise der spezifische Kontaktwiderstand
zwischen Kontaktstruktur und n-dotiertem Bereich kleiner als 1 × 10–3 Ω cm2 sein.
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Daher
ist insbesondere Nickel als Metallanteil der Tinte geeignet, da
durch Nickel niedrige spezifische Kontaktwiderstände erhalten werden. Nickel weist
darüber
hinaus eine hohe Haftung mit der Siliziumoberfläche auf, so dass ein späteres Abreißen der
Kontaktstruktur vermieden werden kann.
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Für die elektrolytische
Verstärkung
ist die Verwendung von Metallen mit einem spezifischen Leitungswiderstand < 3 × 10–8 Ω m vorteilhaft
um joulsche Verluste aufgrund des Leitungswiderstandes des Kontaktgitters
zu vermeiden. insbesondere ist die Verwendung von Silber oder Kupfer
vorteilhaft, da diese Metalle einen geringen spezifischen Leitungswiderstand
aufweisen.
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Grundsätzlich sind
mit dem erfindungsgemäßen Verfahren
alle bekannten metallhaltigen Tinten verwendbar. Untersuchungen
der Anmelderin haben jedoch ergeben, dass gewisse metallhaltige
Tinten besondere Vorzüge
aufweisen:
Für
das erfindungsgemäße Verfahren
kann vorteilhafterweise als metallhaltige Tinte eine an sich bekannte
Silber-Siebdruckpaste verwendet werden, welche derart mit Lösungsmitteln
verdünnt
wird, dass sie in etwa 60 wg% Silberpartikel mit einer Größe von 1 µm bis 5 µm aufweist.
Die Verwendung einer solchen verdünnten Siebdruck-Paste hat den
Vorteil, dass solche Pasten in Siebdruckverfahren breite Verwendung
finden und daher bereits ausgiebig erforscht und kommerziell erhältlich sind
und durch die zusätzliche
Verdünnung
die Verstopfungsgefahr der Druckdüse verringert wird.
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Untersuchungen
der Anmelderin haben ergeben, dass eine Verwendung der Siebdruck-Paste für das Inkjet-Druckverfahren
aufgrund der Partikelgröße der Metallpartikel
in der Siebdruckpaste häufig zu
Verstopfungen der Druckdüse
führt,
so dass es vorteilhaft ist, die Siebdruckpaste mittels Aerosoldruck
aufzubringen, da hier kein Kontakt der Paste mit der Druckdüse stattfindet
und daher die Wahrscheinlichkeit einer Verstopfung deutlich reduziert
ist.
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Ebenso
ist die Verwendung einer metallhaltigen Tinte vorteilhaft, welche
Nanopartikel aufweist, wobei die Größe der als Nanopartikel vorliegenden Metallpartikel
zwischen 20 nm und 1000 nm liegt. Der Gewichtsanteil der Metallpartikel
und der Paste liegt sinnvollerweise im Bereich von 10 wg% bis 20
wg%.
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Untersuchungen
der Anmelderin haben ergeben, dass mit solch einer Tinte aufgrund
der geringen Partikelgröße insbesondere
in Verbindung mit dem Aerosol-Druckverfahren das Drucken von sehr feinen
Linien mit einer Breite kleiner 10 µm möglich ist.
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Darüber hinaus
eignet sich diese Drucktinte auch für die Anwendung des Inkjet-Druckverfahrens, da
aufgrund der geringeren Partikelgröße eine geringere Gefahr der
Verstopfung der Druckdüse
besteht.
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Weiterhin
ist es vorteilhaft, eine metallhaltige Tinte für das erfindungsgemäße Verfahren
zu benutzen, bei der das Metall in gelöster Form, das heißt ionisch
vorliegt. Solche Tinten werden auch metallorganische Tinten genannt.
Der Metallanteil bei diesen Tinten beträgt in etwa 20 wg%.
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Untersuchungen
der Anmelderin haben ergeben, dass die Verwendung dieser Tinte insbesondere
für Inkjet-Druck
geeignet ist, da das Metall nicht als Partikel in der Drucktinte
vorliegt und somit eine Verstopfung der Druckdüse nahezu ausgeschlossen werden
kann. Darüber
hinaus ist aufgrund des Vorliegens des Metalls in ionischer Form
(und nicht als Metallpartikel) das Drucken von sehr feinen Linien
möglich.
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Die
Oberfläche
einer Solarzelle, auf die eine metallische Kontaktierungsstruktur
aufgebracht werden soll, weist üblicherweise
eine dielektrische Schicht auf, welche aufgrund einer Oxidierung
der Oberfläche
entstanden ist oder welche willentlich aufgebracht wurde, um die
Reflektionseigenschaft der Oberfläche zu verbessern und so einen
erhöhten
Anteil des auf die Solarzelle auftreffenden Lichts in die Solarzelle
einzukoppeln.
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Für eine funktionierende
Kontaktierung muss die Kontaktstruktur durch die dielektrische Schicht hindurch
den darunter liegenden Bereich der Solarzelle kontaktieren.
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Hierfür ist es
aus den Siebdruckverfahren bekannt, der Siebdruckpaste Glasfritte
hinzuzufügen und
nach Drucken der Kontaktstruktur durch einen Temperaturschritt (Erhitzen
der Solarzelle) einen durch die Glasfritte unterstütztes Durchfeuern
(d.h. Durchätzen)
der Metallstruktur durch die dielektrische Schicht zu erzeugen.
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Die
Verwendung von Glasfritte weist jedoch Nachteile auf, da der Ätzvorgang
der Glasfritte durch die dielektrische Schicht nur Nährungsweise
durch Wahl der Temperatur und Dauer des Temperaturschritts gesteuert
werden kann, so dass eine Beschädigung
der unter der dielektrischen Schicht liegenden Bereiche Solarzelle,
insbesondere des n-dotierten Bereiches möglich ist.
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In
einer vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens
wird daher die dielektrische Schicht auf der Oberfläche der
Solarzelle, auf die die Kontaktstruktur aufgebracht werden soll,
vor dem Aufbringen der metallhaltigen Tinte mittels eines Lasers
entfernt. Hierbei wird die dielektrische Schicht nur in den Bereichen
entfernt, in denen ein Kontakt zwischen der metallischen Kontaktstruktur
und der Solarzelle stattfinden soll.
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Um
nach dem Entfernen der dielektrischen Schicht eine Oxidierung oder
Verschmutzung der Oberfläche
der Solarzelle in diesen Bereichen zu vermeiden, ist es vorteilhaft,
die dielektrische Schicht mittels des Lasers unmittelbar vor dem
Aufbringen der metallhaltigen Tinte auf die Oberfläche der
Solarzelle zu entfernen.
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Hierbei
ist es insbesondere vorteilhaft, wenn der Laser oder zumindest die
Austrittsöffnung
des Lasers wie beispielsweise ein flexibler Lichtleiter ortsfest
mit der Druckdüse
verbunden ist. Auf diese Weise können
Laser und Druckdüse
derart justiert werden, dass bei der Relativbewegung von Solarzelle und
Druckdüse
zunächst
mittels des Lasers die dielektrische Schicht entfernt wird und unmittelbar
anschließend
das Aufbringen der metallischen Kontaktstruktur mittels der Druckdüse erfolgt.
Auf diese Weise ist keine Justierung zwischen den Verfahrensschritten
des Entfernens der dielektrischen Schicht und des Aufbringens der
metallischen Kontaktstruktur notwendig, vielmehr wird die dielektrische
Schicht in demselben Verfahrensschritt entfernt, indem auch die
metallhaltige Tinte aufgebracht wird.
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Bei
dem erfindungsgemäßen Verfahren
wird zunächst
eine metallische Kontaktstruktur aufgebracht, welche anschließend in
einem elektrolytischen Bad verstärkt
wird. Um den Kontakt der metallischen Kontaktstruktur und der Verstärkung zu
verbessern ist es vorteilhaft, wenn vor und/oder nach der Verstärkung im
elektrolytischen Bad die Solarzelle für eine Zeitdauer zwischen einer
Sekunde und dreißig Minuten
auf eine Temperatur zwischen 100 °C
und 900 °C
erhitzt wird.
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Eine
Erhitzung der Solarzelle vor dem Verstärken im elektrolytischen Bad
hat den Vorteil, dass in der Tinte enthaltene Lösungsmittel vor dem Eintauchen
der Solarzelle in das elektrolytische Bad verdampfen. Der Schritt
der Temperaturbehandlung und damit der Einsinterung kann auch mit
einem nachgeführten
Laserstrahl direkt nach dem Aufbringen der Metallschicht durchgeführt werden.
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Typischerweise
wird das erfindungsgemäße Verfahren
angewandt, um eine metallische Kontaktstruktur auf die Vorderseite
einer Solarzelle aufzubringen. Die Rückseite der Solarzelle ist
typischerweise mit einer ganzflächigen
Metallisierung versehen, welche den Rückseitenkontakt der Solarzelle darstellt.
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Die
Eigenschaft der Solarzelle, eine Trennung von Ladungsträgern bei
Bestrahlung mit Licht zu erzeugen kann daher ausgenutzt werden,
um eine galva nische (strominduzierte) Verstärkung vorzunehmen, ohne dass
die Solarzelle im galvanischen Bad kontaktiert werden müsste:
Hierzu
wird vorteilhafterweise die Solarzelle in das galvanische Bad gegeben
und mit Licht bestrahlt, so dass eine Potentialdifferenz zwischen
Vorder- und Rückseite
der Solarzelle erzeugt wird. Das Potential der Metallelektrode kann
nun derart gewählt
werden, dass eine Potentialdifferenz zwischen der Metallelektrode
und der Vorderseite der Solarzelle und damit der mittels des Druckverfahrens
aufgebrachten metallischen Kontaktstruktur entsteht, so dass in
dem elektrolytischen Bad ein Verstärken der metallischen Kontaktstruktur
stattfindet.
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In
einer weiteren vorzugsweisen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens
wird die Rückseite
der Solarzelle während
der galvanischen Verstärkung
kontaktiert. Wie vorhergehend beschrieben wird die Solarzelle während der
galvanischen Verstärkung
beleuchtet, so dass eine Potentialdifferenz zwischen dem Vorder-
und Rückseitenkontakt
besteht. Zwischen der kontaktierten Rückseite der Solarzelle und
der Metallelektrode in dem elektrolytischen Bad wird die Potentialdifferenz
nun derart gewählt,
dass keine Auflösung
der Rückseitenmetallisierung
der Solarzelle im elektrolytischen Bad erfolgt. Auf diese Weise
wird erreicht, dass die galvanische Verstärkung lediglich den Vorderseitenkontakt der
Solarzelle betrifft und dass sich lediglich die Metallelektrode
im elektrolytischen Bad auflöst,
nicht aber der Rückseitenkontakt
der Solarzelle.
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Ein
Ausführungsbeispiel
des erfindungsgemäßen Verfahrens
wird im Folgenden anhand der Figuren näher erläutert. Dabei zeigt
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1 den
Verfahrensschritt des erfindungsgemäßen Verfahrens, indem mittels
eines Lasers die dielektrische Schicht der Solarzelle geöffnet wird
und mittels Aerosoldruck eine metallhaltige Drucktinte auf die Oberfläche der
Solarzelle aufgebracht wird und
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2 den
darauf folgenden Verfahrensschritt des erfindungsgemäßen Verfahrens,
in dem die Kontaktstruktur auf der Vorderseite der Solarzelle galvanisch
verstärkt
wird.
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In 1 ist
ein Druckkopf 1 mit einer Druckdüse 1a dargestellt,
welcher zum Aufbringen eines Aerosols 2 auf die Oberfläche 5 einer
Solarzelle dient. Der Druckkopf 1 weist Einlässe 3a und 3b auf, in
welche Fokussiergas eingeleitet wird, so dass das Aerosol 2 durch
einen Ringstrom der Fokussiergase derart fokussiert wird, dass es
aus der Druckdüse 1a austritt,
ohne die Druckdüse
zu berühren.
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An
dem Druckkopf ist ferner ein Lichtleiter 4 angebracht,
welcher mit einem (nicht dargestellten) Laser verbunden ist. Über den
Lichtleiter 4 wird die Oberfläche 5 der Solarzelle
mit Laserstrahlung beaufschlagt, so dass die dielektrische Schicht
auf der Oberfläche
der Solarzelle in den beaufschlagten Bereichen durch Verdampfen
entfernt wird. Druckdüse 1a und
Lichtleiter 4 sind dabei derart justiert, dass bei einer
Bewegung der Solarzelle gemäß Richtung
A das Aerosol in dem mittels der Laserstrahlung geöffneten
Bereich der dielektrischen Schicht auf der Oberfläche 5 der
Solarzelle aufgebracht wird.
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Das
Aerosol 2 wird aus einer Siebdruckpaste erzeugt, welche
in etwa 60 wg% Nickelpartikel mit einem Durchmesser von 1 bis 5 µm aufweist.
Da die dielektrische Schicht der Solarzelle mittels des Lasers geöffnet wird,
enthält
die Siebdruckpaste, aus der das Aerosol 2 gewonnen wird,
keine Glasfritte, denn ein Durchätzen
durch die dielektrische Schicht ist nicht notwendig. Die restlichen
zu 100 wg% fehlenden Gewichtsanteile der Siebdruckpaste bestehen aus
Binde- und Lösungsmitteln.
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Der
Druckvorgang findet unter Normalatmosphäre bei Raumtemperatur statt.
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Die
Relativbewegung zwischen der Oberfläche 5 der Solarzelle
und dem Druckkopf 1 mit der Druckdüse 1a und dem Lichtleiter 4 wird
dadurch erreicht, dass die Solarzelle auf einem XY-Tisch gelagert
ist, welcher diese senkrecht zur Strahlrichtung der Druckdüse (d.h.
in 1 nach rechts und links und in die Bildebene hinein
und aus dieser heraus) verfahren kann. Anschließend er folgt ein Temperaturschritt
bei ca. 400 °C
um die Kontaktbildung der aufgebrachten Metallpaste zum Halbleiter
durchzuführen.
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Nach
Abschluss dieses Verfahrensschrittes ist auf der Oberfläche 5 somit
mittels des Aerosols eine metallische Kontaktstruktur aufgebracht,
welche eine geringe Linienbreite aufweist. Für die Siebdruckpaste wurde
Nickel als Metall für
die Metallpartikel gewählt,
so dass die mittels des Aerosoldrucks aufgebrachte Kontaktstruktur
einerseits einen geringen Kontaktwiderstand mit der sich an der
Oberfläche 5 an
der Solarzelle befindenden n-Dotierung der Siliziumsolarzelle aufweist
und darüber
hinaus eine gute Haftung zwischen der Kontaktstruktur und der Oberfläche 5 der
Solarzelle gegeben ist.
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Nachdem
dieser Verfahrensschritt abgeschlossen ist, wird die Solarzelle
in ein elektrolytisches Bad zur galvanischen Verstärkung gegeben, wie
in 2 dargestellt.
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In
einem Behälter 6a befindet
sich ein elektrolytisches Bad 6, in das eine Silberelektrode 7 und die
Solarzelle 8 – deren
Oberfläche 5 die
vorhergehend aufgebrachte metallische Kontaktstruktur aufweist – eingetaucht
sind. Der in der Zeichnung unten liegende Rückseitenkontakt der Solarzelle
ist mit dem negativen Kontakt einer Spannungsquelle verbunden, deren
positiver Kontakt mit der Silberelektrode 7 verbunden ist.
Eine Lichtquelle 9 beaufschlagt die Vorderseite der Solarzelle 8 mit
Licht, so dass sich zwischen dem in der Zeichnung oben liegenden Vorderseitenkontakt
mit der mittels Aerosoldruck aufgebrachten Kontaktstruktur und dem
Rückseitenkontakt
ein Potential ausbildet. Das Potentialverhältnis zwischen Silberelektrode 7,
Vorderseitenkontakt und Rückseitenkontakt
der Solarzelle 8 ist nun derart gewählt, dass Silberionen ausgehend
von der Silberelektrode 7 durch das elektrolytische Bad 6 sich
an der Kontaktstruktur auf der Vorderseite 5 der Solarzelle 8 anlagern,
so dass diese galvanisch verstärkt
wird.
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Ferner
ist das Potential der Rückseite
der Solarzelle 8 derart gewählt, dass von der Rückseite der
Solarzelle keine Metallionen in das elektrolytische Bad übergehen,
so dass sich der Rückseitenkontakt
der Solarzelle 8 nicht auflöst. Das Potential der Vorderseite
der Solarzelle ist dabei geringer, als das Poten tial der Rückseite
der Solarzelle und dieses wiederum geringer als das Potential der
Elektrode.