DE102010014555A1 - Verfahren und Vorrichtung zur elektrochemischen Metallisierung von flachem Gut - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Galvanisieren von Gut 1 als Substrate 1, insbesondere als Solarzellen 1 in elektrolytischen Zellen. Das bevorzugt flache Gut 1 wird bei der Beschickung der Anlage auf z. B. zwei gestreckte Leiter 6 gelegt, die die zu galvanisierende Oberfläche elektrisch kontaktieren. Diese Leiter 6 werden erfindungsgemäß an das Gut 1 angalvanisiert und damit mit diesem mechanisch fest und elektrisch leitend verbunden. Sie verbleiben mit Leiterüberständen 8 am Gut 1 zur werteren Verarbeitung. Die Einleitung des Galvanisierstromes erfolgt an den Leiterenden bzw. Leiterüberständen 8, die sich außerhalb des Elektrolyten 12 der elektrolytischen Zelle befinden. Damit ist die nach dem Stand der Technik übliche Entmetallisierung der Kontaktmittel nicht erforderlich. Die Höhenlage der Leiter 6 kann so eingestellt werden, dass die Oberseite des flachen Gutes vom Elektrolyten 12 nicht benetzt wird. Somit eignet sich die Erfindung auch sehr gut zum Galvanisieren der metallischen Gridstruktur an der Frontseite von Solarzellen 1, die eine gegen den Elektrolyten empfindliche Rückseite haben.

Description

• Die Erfindung betrifft das Galvanisieren von Substraten, insbesondere von Solarzellen, die aus Halbleitermaterialien bestehen. Bevorzugtes Anwendungsgebiet ist das elektrochemische Metallisieren der Gridstruktur an der Sonnenseite von Solarzellen. Daher wird die Erfindung nachfolgend überwiegend am Beispiel von Solarzellen beschrieben, die aus einem Halbleiterwafer bestehen, z. B. solche aus Silizium. Die Erfindung eignet sich jedoch uneingeschränkt auch für anderes flaches Gut als Substrate, wobei diese im Elektrolyten vollständig eingetaucht sind oder wie bei Solarzellen nur mit der einen zu galvanisierenden Seite. Die andere Seite bleibt dann vom Elektrolyten unbenetzt. Die Gridstruktur oder die so genannten elektrisch leitenden Frontkontakte bestehen aus vielen parallelen Kontaktfingern, die ihrerseits mit üblicherweise zwei so genannten Busbars elektrisch verbunden sind. Die Busbars dienen zur Ausleitung des von der Solarzelle generierten Stromes. Hierzu werden in der Regel nach Fertigstellung der Solarzelle elektrische Leiter in Form von z. B. metallischen Bändchen angelötet.
• Zur Herstellung der Frontkontakte und der Busbars sind im Wesentlichen zwei Verfahren bekannt. Weit verbreitet ist das Bedrucken mit einer elektrischen Leitpaste und anschließender Einbrennung, auch Feuerung genannt. Nachteilig sind jedoch die Kosten der Leitpaste für das Siebdruckverfahren und die Grenzen zur Erzielung von schmalen und möglichst hohen Kontaktfingern. Schmale Kontaktfinger sind erforderlich, um eine geringe Abschattung zu erreichen. Deshalb wird zunehmend versucht, die Metallisierung der Gridstruktur auf galvanischem Wege herzustellen. Die hierfür erforderliche strukturierte und elektrisch leitfähige dünne Saatschicht kann genauer hergestellt werden. Dies ermöglicht im Vergleich zum Pastendruck schmalere Kontaktfinger und damit eine etwas geringere Abschattung. Außerdem ist des elektrochemische Verfahren kostengünstiger als das Drucken und Einbrennen von elektrisch leitenden Pasten mit größerer Schichtdicke.
• In der Druckschrift DE 10 2005 039 100 A1 wird eine Galvanisiereinrichtung beschrieben, die zur Metallisierung der Gridstruktur von bruchempfindlichen Solarzellen geeignet ist. Hierzu wird ein Rahmen verwendet, der mehrere Solarzellen aufnehmen und durch eine Durchlaufanlage transportieren kann. Der Rahmen ist derart mit Dichtungen ausgestattet, so dass die Rückseiten der Solarzellen nicht mit Elektrolyt benetzt werden können. An Vorsprüngen 22 sind Kontakte 24 angeordnet. Diese leiten den Galvanisierstrom direkt an die zu metallisierende Oberfläche. Weil dabei die Kontaktierung 24 ebenso wie das Gut im Elektrolyten metallisiert wird, müssen diese gemäß Absatz [0009] in gewissen zeitlichen Abständen gesäubert bzw. frei gestrippt werden.
• Die Metallisierung von bruchempfindlichen Solarzellen in einem so genannten Cup Plater wird in der Druckschrift DE 10 2007 020 449 A1 beschrieben. Das Gut liegt an der oberen Öffnung des Cups auf mehreren Auflagen, die zugleich die elektrische Kontaktierung für die Einleitung des Galvanisierstromes an die Gridstruktur herstellen. Weil sich diese kathodischen Kontakte im Elektrolyten befinden, müssen sie von Zeit zu Zeit entmetallisiert werden. Die Druckschrift DE 10 2005 038 450 A1 beschreibt eine weitere Kontaktierungsart für Solarzellen in einer Durchlaufanlage. Vorteilhaft erfolgt die elektrische Kontaktierung außerhalb des Elektrolyten an der trockenen und nicht zu galvanisierenden Rückseite der Solarzelle, die hier die Oberseite ist. Damit die Solarzelle für den Galvanisierstrom niederohmig wird, erfolgt eine intensive Beleuchtung der Sonnenseite der Solarzelle während des Galvanisierens.
• Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Galvanisieren von Substraten, Halbleiterwafern und besonders der Frontkontakte bzw. der Gridstruktur an der Sonnenseite von Solarzellen auf Basis von Wafern zu beschreiben. Dabei soll die elektrische Kontaktierung zur Einleitung des Galvanisierstromes an der im Elektrolyten befindlichen und zu galvanisierenden Seite erfolgen, so dass eine Beleuchtung der Solarzellen nicht erforderlich ist.
• Ferner soll das Entmetallisieren der Kontaktmittel entfallen. Ein sicherer Transport durch die Durchlaufanlage und eine sehr geringe Bruchrate der empfindlichen Solarzellen sollen des Weiteren erreicht werden.
• Gelöst werden diese Aufgaben durch die Merkmale des Verfahrens nach Patentanspruch 1 und durch die Merkmale der Vorrichtung nach Patentanspruch 7. Die Unteransprüche beschreiben vorteilhafte Ausführungen der Erfindung.
• Die Erfindung sieht eine elektrolytische Behandlung der Solarzellen vor, bei der diese sich nur mit der Sonnenseite bzw. der Frontseite im Elektrolyten befinden. Die Rückseiten, die nach oben weisen, bleiben trocken. Somit werden die gegen den Elektrolyten empfindlichen Rückseiten der Solarzellen vor Beschädigungen geschützt. Die elektrische Kontaktierung erfolgt im Elektrolyten direkt an der strukturierten und mit einer elektrisch leitfähigen Saatschicht versehenen Oberfläche. Damit werden auch die kathodischen Kontaktmittel galvanisch metallisiert, die sich innerhalb der elektrolytischen Zelle im Elektrolyten befinden. Diese Metallisierung wird erfindungsgemäß genutzt, wodurch die ansonsten übliche Entmetallisierung vollkommen entfällt.
• Das erfindungsgemäße Kontaktmittel besteht aus mindestens einem bevorzugt drahtförmigen, nicht isolierten elektrischen Leiter. Die zu metallisierenden Solarzellen werden bei der Beschickung der Galvanisieranlage auf den mindestens einen langgestreckten Leiter aufgelegt. Dabei erfolgt die Positionierung derart, dass sich der Verlauf des oder der vorgesehenen Busbars der Solarzelle mit dem oder den drahtförmigen Kontaktmitteln decken. Die Solarzelle liegt somit auf den bevorzugt zwei langgestreckten Leitern auf. Diese Leiter befinden sich an einem elektrisch isolierten Träger oder einem Aufnehmer, der die auf den Leitern liegenden Solarzellen in der Höhenlage so positioniert, dass sich nur die Leiter und die Sonnenseite der Solarzelle unterhalb des Niveaus des Elektrolyten befinden. Bei einer Durchlaufanlage dient der Träger oder Aufnehmer auch zum Transport der Solarzelle durch die Durchlaufanlage. In einem Cup Plater ist der Träger bevorzugt integraler Bestandteil dieses Cups.
• Am Träger oder Aufnehmer werden die über die Ränder der Solarzelle hinausragenden Leiterenden nach oben umgelenkt, wodurch sie über das Niveau des Elektrolyten als Leiterüberstände hinausragen. Sie bleiben somit trocken und können in diesem Bereich nicht metallisiert werden. Gleiches gilt für die elektrischen Anschlüsse, die eine leitende Verbindung von dem oder den Gleichrichtern zu diesen, aus den Elektrolyten herausragenden Leiterüberstände herstellen. Sie werden nicht metallisiert. Auch bei einem Cup Plater bleiben die Leiterenden trocken.
• Die Leiter entlang der auf den Solarzellen vorgesehenen Busbars werden an die dort befindliche Saatschicht erfindungsgemäß angalvanisiert. Damit sind sie mechanisch fest und elektrisch leitend miteinander verbunden. Sie bilden zusammen mit den überstehenden Leiterenden eine bleibende Einheit. Somit ist keine Entmetallisierung der Kontaktmittel erforderlich. Die überstehenden Leiterenden bzw. Leiterüberstände dienen später sehr vorteilhaft zur elektrischen Verschaltung der Solarzellen zu den bekannten Solarmodulen. Das hierfür nach dem Stand der Technik erforderliche Anlöten von Verbindungsleitern oder Verstärkungsleitern entfällt bei dem erfindungsgemäßen Verfahren vollständig.
• Weil die bruchempfindlichen Solarzellen, die in der Galvanisieranlage auf den Leitern liegen, galvanisch an diese Leiter anwachsen, können sie sehr sicher und schonend, d. h. bruchfrei durch eine Durchlaufanlage transportiert werden. Die direkte elektrische Kontaktierung der zu galvanisierenden Oberfläche der Gridstruktur erfordert auch nicht die Beleuchtung des bekannten LIP-Verfahrens (lichtinduziertes Galvanisieren) mittels intensiver Lichtquellen im Elektrolyten, um die Solarzellen für den Galvanisierstrom niederohmig zu machen. Dies erspart bei der Produktion der Solarzellen gemäß der Erfindung erheblich Energie.
• Die Busbars, bestehend aus Leitern, können im Querschnitt an den Bedarf angepasst werden. Auch wenn der Querschnitt im Vergleich zu den mit Siebdruck aufgebrachten Leitpasten oder zu elektrochemisch metallisierten Busbars vorteilhaft wesentlich größer dimensioniert werden kann, reduziert sich die Abschattung der Solarzelle deutlich.
• Das erfindungsgemäße galvanische Verfahren erlaubt auch eine kürzere Expositionszeit im Vergleich zu einem vollständigen Galvanisieren der Frontkontakte nach dem Stand der Technik. Zum erfindungsgemäßen mechanischen und elektrischen Verbinden der Leiter als Busbar mit der Saatschicht ist nur eine Schichtdicke von etwa 5 μm erforderlich. Dies sind ca. 20% der Schichtdicke der bekannten galvanischen Verfahren. Entsprechend kürzer ist die Expositionszeit.
• Die Erfindung wird nachfolgend an Hand der schematischen und nicht völlig maßstäblichen 1 bis 5 weiter beschrieben.
• 1 zeigt im sehr vergrößerten Querschnitt einen erfindungsgemäßen Leiter-Busbar auf einem Ausschnitt eines Wafers.
• 2 zeigt vergrößert im Ausschnitt und in zwei Ansichten ein Substrat mit dem erfindungsgemäßen Leiter-Busbar.
• 3 zeigt in zwei Ansichten eine Solarzelle mit zwei Leiter-Busbars in einer Durchlaufanlage.
• 4 zeigt einen Träger mit vier Solarzellen, die durch eine Durchlaufanlage gefördert werden.
• 5 zeigt einen stationär angeordneten Cup Plater zum einseitigen Galvanisieren von Substraten.
• Die 1 zeigt im Querschnitt einen erfindungsgemäßen Leiter-Busbar 9 auf einem Ausschnitt eines Wafers 4. Auf der zu galvanisierenden Seite des Substrates 1, nachfolgend am Beispiel von Solarzellen 1 beschrieben, befindet sich eine elektrisch leitfähige Saatschicht 5, die auf der Solarzelle 1 das Bild der Gridstruktur bzw. der Frontkontakte aufweist. Diese Saatschicht 5 wird erfindungsgemäß mittels des nicht isolierten Leiters 6 zum Galvanisieren kathodisch gepolt. Vom Leiter 6 wächst die Galvanisierschicht 7 zur Saatschicht 5 auch dann, wenn beim Galvanisieren anfänglich ein geringfügiger Spalt bestehen sollte, so wie es diese 1 zeigt. Zu bevorzugen ist jedoch, dass der Leiter 6 bereits zu Beginn des Galvanisierens vollständig oder auf der gesamten Länge gesehen weitgehend an der Saatschicht 5 kontaktierend anliegt. In diesem Falle entsteht eine besonders gute mechanische und elektrisch leitfähige Verbindung der Saatschicht 5 bzw. des Wafers 4 mit dem Leiter 6 bzw. dem Leiter-Busbar 9.
• Die vielen Kontaktfinger 2 verlaufen in der Regel rechtwinklig zu den Leiter-Busbars 9. Wenn sichergestellt ist, dass alle den Leiter-Busbar 9 kreuzenden Saatschichten 5 der Kontaktfinger 2 den kathodischen Leiter 6 elektrisch kontaktieren, dann kann auf eine Saatschicht 5 unter dem Leiter 6 als Busbar völlig verzichtet werden. In diesem Falle ist die Abschattung der erfindungsgemäßen Solarzelle 1 am geringsten. Aus Gründen der Zuverlässigkeit wird jedoch eine schmale Saatschicht 5, die unter dem Leiter 6 verläuft, bevorzugt. Ausreichend ist z. B. eine Breite b2 dieser Saatschicht 5, die 0,5 mm beträgt. Dies ist eine Reduzierung der durch die Busbars nach dem Stand der Technik verursachten Abschattung auf ein Viertel bei Standardsolarzellen mit den Abmessungen 156 mm × 156 mm, was außerordentlich vorteilhaft ist. In der 1 sind die Schichten zur Bildung des p-n Überganges der Solarzelle 1 nicht dargestellt.
• Die 2 zeigt einen Arbeitsbehälter 10 mit mindestens einer Anode 11, die sich im Elektrolyten 12 befindet. Dabei kann es sich um eine Tauchbadanlage oder um eine Durchlaufanlage handeln. In diesem Arbeitsbehälter 10 wird die Solarzelle 1 galvanisiert. Ihre zu galvanisierende Unterseite befindet sich mit der strukturierten Saatschicht 5 im Elektrolyten 12. Die Oberseite, die über dem Niveau 13 liegt, ist frei von Elektrolyt, der ansonsten diese Seite der Solarzelle chemisch angreifen und beschädigen könnte. Sie bleibt trocken. Die Solarzelle 1 wird von mindestens einem geradlinigen, bevorzugt geringfügig gespannten Leiter 6 getragen und höhenmäßig so im Elektrolyten 12 positioniert, dass die Oberseite, wie beschrieben, trocken bleibt. Dies erfordert einen präzisen Transport der Solarzelle 1 durch die hier partiell dargestellte Anlage, insbesondere in Bezug auf die Höhenlage. Falls die nicht zu galvanisierenden Rückseiten der Substrate 1 mit Elektrolyt benetzt werden können oder sollen, können diese auch vollständig unter dem Niveau 13 mittels entsprechender Höhenlage der Leiter 6 angeordnet werden. In diesem Falle besteht auch die Möglichkeit einer gleichzeitigen Galvanisierung der Rückseiten der Substrate 1 mit oben angeordneten Anoden.
• Der Leiter 6 hat im Beispiel der 2 einen runden Querschnitt. Andere Querschnitte, z. B. oval oder vieleckig, sind ebenfalls möglich.
• Damit die Solarzelle 1 bzw. ihre Saatschicht 5 möglichst auf der gesamten Länge des Leiters 6 aufliegt, muss dieser gestreckt, d. h. mindestens geringfügig gespannt sein. Die erforderlichen Aufnehmer für die Leiter 6 sind in der 2 nicht dargestellt. Sie nehmen den Leiter 6 auf einer Länge auf, die größer ist als die Längsausdehnung der Solarzelle 1. Gleichzeitig wird der Leiter 6 von den Aufnehmern nach oben umgelenkt und aus dem Elektrolyten 12 herausgeführt. Auch ein in sich mechanisch stabiler Leiter als Stanzteil, Ätzteil, Schnittteil oder dergleichen kann entsprechend vorgeformt von einem Aufnehmer getragen werden. Das mindestens eine freie Ende des Leiterüberstandes 8 ragt über das Niveau 13 des Elektrolyten 12 hinaus. Dort kann es, ohne galvanisiert zu werden, mit dem Galvanogleichrichter elektrisch verbunden werden. Der Leiter 6 als Kontaktmittel wird erfindungsgemäß im Elektrolyten 12 galvanisiert und außerhalb des Elektrolyten 12 wird er nicht metallisiert. Dies vermeidet sehr vorteilhaft eine Entmetallisierung der Kontaktmittel.
• Der Leiter 6 wirkt als Leiter-Busbar 9. Er verbleibt ebenso wie die Leiterüberstände 8 an der fertigen Solarzelle 1. Die Aufnehmer bestehen aus einem elektrisch isolierenden Werkstoff, so dass diese Oberflächen nicht metallisiert werden, auch wenn sie den blanken kathodischen Leiter 6 im Elektrolyten aufnehmen und umlenken. Die Aufnehmer werden an einem Träger oder Fördermittel durch die Durchlaufanlage transportiert. Sie sind so gestaltet, dass an der Oberseite der Solarzelle 1 ein Freiraum 14 bestehen bleibt, der, wie noch gezeigt wird, zur Unterstützung des Galvanisierens der Solarzelle 1 genutzt werden kann.
• Der untere Teil der 2 zeigt die Draufsicht auf eine Ecke einer Solarzelle 1. Der geradlinige runde Leiter 6 trägt die Solarzelle 1, wobei auch hier die Aufnehmer nicht dargestellt sind. Im Bereich der Aufnehmer wird der Leiterüberstand 8 gebildet.
• Die 3 zeigt ein Beispiel für eine erfindungsgemäße Vorrichtung in einer Durchlaufanlage, wobei die Leiter 6 gespannt oder nicht gespannt an einem Aufnehmer 15 angeordnet sind. Oben ist die Seitenansicht dargestellt und unten die Draufsicht im Schnitt A-B. Die Aufnehmer 15 sind hier u-förmig ausgebildet, so dass der Freiraum 14 über der Solarzelle 1 gebildet wird. Der Freiraum 14 ermöglicht u. a. die Beschickung und Entleerung der Fördermittel 19 mit den Substraten 1. Der Leiter 6 wird in diesem Ausführungsbeispiel über die Schenkel der Aufnehmer 15 gebogen und nach oben umgelenkt. Außerhalb des Elektrolyten 12 wird der Leiter 6 von zwei Klemmen 16 an den Aufnehmer 15 geklemmt und somit fixiert. Die Klemmen 16 werden in diesem Beispiel manuell mittels einer Klemmschraube 17 mit zugehöriger Flügelmutter an die Aufnehmer 15 gedrückt. In der Praxis wird jedoch dieses Handhaben und Aufnehmen der Leiter 6 vorteilhaft automatisch erfolgen. Dies garantiert auch eine Reproduzierbarkeit der Abläufe.
• An die freien Enden der Leiter 6, bzw. an den Leiterüberstand 8 wird der Galvanogleichrichter mit seinem Minuspol angeschlossen. Dabei erfolgt keine unerwünschte Metallisierung der Kontaktmittel, weil sie sich außerhalb des Elektrolyten 12 befinden. Nur ein kleiner Teil des kathodischen Drahtüberstandes 8 wird galvanisiert, was keinen nachteiligen Einfluss auf das erfindungsgemäße Verfahren hat. Der Pluspol des Galvanogleichrichters ist mit der löslichen oder unlöslichen Anode 11, die sich im unteren Bereich des Arbeitsbehälters 10 befindet, elektrisch verbunden. Die Erfindung ermöglicht auch die Verwendung von unipolaren und bipolaren Pulsgleichrichtern.
• Die Aufnehmer 15 bilden u. a. zusammen mit den Klemmmitteln 16, 17 Fördermittel 19, die die Solarzellen 1 durch die Durchlaufanlage transportieren. Hierzu dient z. B. eine Transportbahn 20. Auf dieser wird das Fördermittel 19 in Richtung des Transportpfeiles 21 gefördert. Dabei wird z. B. die Höhenlage des Fördermittels 19 so eingestellt, dass sich die Unterseite des Substrates bzw. der Solarzelle 1 unterhalb des Niveaus 13 des Elektrolyten 12 befindet und die Oberseite außerhalb desselben.
• Bei der Beschickung der Durchlaufanlage wird die zu galvanisierende Solarzelle 1 auf den oder die gestreckten Leiter 6 bevorzugt automatisch aufgelegt. Die Höhenlage der meist zwei Leiter 6 ist in Bezug zum Niveau 13 des Elektrolyten 12 so eingestellt, dass sich ein Flüssigkeitsmeniskus ausbildet. Dieser zieht die Solarzelle 1 nach unten in Richtung der Leiter 6. Diese Kraft fixiert die Solarzelle 1 zu Beginn des Galvanisierprozesses an den Leitern.
• Bei z. B. unebener Saatschicht 5 im Bereich der Leiter 6 oder bei geringfügig verwundenen Solarzellen 1 kann es vorteilhaft sein, mindestens zu Beginn des Galvanisierens weitere sanfte Kräfte derart auszuüben, dass sich die Leiter 6 und die darüber parallel verlaufenden Saatschichten 5 der Solarzelle 1 möglichst vollständig berühren. Dies gilt auch für nur geringfügig gespannte Leiter mit größerem Querschnitt, die zum Ausgleich von unterschiedlich großen thermischen Ausdehnungskoeffizienten des Wafermaterials und der metallischen Leiter wellenförmig ausgeführt sind. Durch das vollständige Berühren erfolgt ein schnelles metallisches Verbinden dieser beiden Galvanisierpartner.
• Zur Realisierung des optimalen Berührens bzw. Anliegens der Leiter 6 an den Saatschichten 5 bieten sich neben der Ausnutzung des beschriebenen Flüssigkeitsmeniskus weitere Lösungen auch in Kombination an:
  Bei Verwendung eines Leiters 6, der mindestens partiell magnetisch ist, kann über jeden Leiter 6 im trockenen Freiraum 14 mindestens ein Magnet auf die Solarzelle 1 aufgelegt werden. Die Elektromagnete oder Permanentmagnete werden mit der Solarzelle 1 durch die Durchlaufanlage gefördert. Sie bewirken ein spaltloses Anliegen der Leiter 6 an der Saatschicht 5 der Solarzelle 1.
• Mindestens im Anfangsbereich der Durchlaufanlage können feststehende Gegenlagen 22 oder rotierende Gegenlagen 23 unter den Spuren der Leiter 6 in der Durchlaufanlage angeordnet werden. Diese Gegenlagen ragen durch die Anoden hindurch. Sie bieten weitere Lösungen an:
  Die Gegenlagen 22, 23 sind in der Höhenlage zum Galvanisiergut und zum Niveau 13 so eingestellt, dass nur die Unterseite der Solarzelle 1, d. h. die Sonnenseite, vom Elektrolyten 12 benetzt wird. Fallrohre im Bereich der Gegenlagen 22, 23 und nahe an den Leitern 6 lassen den im Kreislauf durch den Arbeitsbehälter 10 geförderten Elektrolyten 12 ausströmen. Der dabei entstehende Sog zieht die Solarzelle 1 sehr sanft an den jeweiligen Leiter 6, der von den Gegenlagen 22, 23 gestützt wird.
• Des Weiteren können an Stelle der beschriebenen Magnete Gewichte im Freiraum 14 auf die Solarzellen 1 aufgelegt werden. Diese drücken die Solarzellen 1 in Richtung der von den Gegenlagen gestützten Leiter 6.
• Weiterhin besteht die Möglichkeit, ein Fluid, bevorzugt ein Gasstrom, im Freiraum 14 gegen die Solarzellen 1 zu richten. Die Strömung bzw. der Staudruck trifft dort auf der trockenen Oberseite der Solarzelle 1 auf, wo jeweils an der Unterseite der von den Gegenlagen 22, 23 gestützte Leiter 6 in der Durchlaufanlage oder Tauchbadanlage verläuft.
• Schließlich kann die zu galvanisierende Solarzelle 1 auch mittels sanfter Federkräfte, die von dem Aufnehmer 15 ausgehen, gegen den jeweiligen gestützten Leiter 6 gedrückt werden.
• Mit zunehmendem Querschnitt des erfindungsgemäßen Leiters wird der Linienwiderstand reduziert. Allerdings nimmt dadurch auch die absolute Festigkeit des Leiters zu. Dies hat Konsequenzen bei der thermischen Wechselbelastung, der die Solarzellen sowohl bei der Modulherstellung als auch im praktischen Betrieb ausgesetzt sind. Die Differenz der thermischen Ausdehnungskoeffizienten von Silizium und einem elektrisch gut leitenden Metall, wie z. B. Kupfer, beträgt ca. 15·10^–6/K. Bei einer Temperaturänderung von 100 K beträgt die Differenz der Längenausdehnungen ca. 0,2 mm. Von daher muss dafür gesorgt werden, dass die Saatschicht für den Leiter-Busbar eine sehr gute Haftfestigkeit auf dem Wafer aufweist. Unterstützend kann die Festigkeit bzw. die Elastizität des Leitermaterials z. B. durch Weichglühen oder durch Verwendung von mehrdrahtigen Leitern als Litzen herabgesetzt werden. Sehr wirkungsvoll ist auch ein nicht gestreckter Verlauf des Leiters auf der Solarzelle. Zur Aufnahme von thermischen Ausdehnungsdifferenzen sind z. B. mäanderförmige, dreieckförmige oder sinusförmige Verläufe geeignet. Dabei kann die Amplitude der jeweiligen Wellenform im Bereich von z. B. 0,1 mm bis 5 mm betragen. Die Halbwellenlänge kann so lang sein, wie der Abstand von zwei parallelen Kontaktfingern, die den Leiter kreuzen. Der Abstand kann auch größer sein. Die dadurch bedingte Leiterlängenzunahme und damit die Erhöhung des Linienwiderstandes sowie der Abschattung ist im Vergleich zu einem gestreckten Leiter-Busbar gering. Die Saatschicht des Leiter-Busbars kann geradlinig oder auch so wellenförmig ausgeführt werden, wie der Leiter selbst. Weil derartig geformte Leiter nur geringfügig gespannt werden können, sind die oben beschriebenen Maßnahmen zur Berührung des Leiters mit der Saatschicht zu Beginn des Galvanisierens besonders vorteilhaft.
• Die 4 zeigt in der Draufsicht einen Träger 24, der vier Solarzellen 1 z. B. durch eine horizontale Durchlaufanlage fördert. Der Träger 24 besteht mindestens an der Oberfläche aus einem elektrisch isolierenden Werkstoff. Die Leiter 6 werden in Durchbrüchen 25 vom nassen Bereich in den trockenen Bereich umgelenkt. Die zugehörigen Aufnehmer für die Leiter 6 sind in dieser 4 nicht dargestellt. Die elektrische Verbindung des Trägers 24 für den Galvanisierstrom erfolgt z. B. über eine Stromschiene 26 und z. B. Schleifkontakte 27, die entlang der Schleifbahn 28 gleiten. Der Träger 24 bietet an der trockenen Oberseite Platz für z. B. elektrische Betriebsmittel. Dies können elektronische Regler oder Messeinrichtungen zur Qualitätsüberwachung oder Alarmeinrichtungen zur Brucherkennung sein oder, wie dargestellt, Stromverteilungswiderstände 29. Diese gleichen die in der Praxis stets geringfügig ungleichen Teilkreiswiderstände der hier achtfachen elektrischen Parallelschaltung die Teilströme untereinander an. Auch hier ist es sehr vorteilhaft, dass nach Durchfahren der Durchlaufanlage weder der Träger 24 noch die Kontaktmittel entmetallisiert werden müssen.
• Die Figur zeigt im Längsschnitt einen Cup Plater zum erfindungsgemäßen Galvanisieren von Substraten, Halbleiterwafern und Solarzellen 1. Der Cup 30 hat einen Querschnitt, der an die Form des Substrates bzw. der Solarzelle 1 angepasst ist. In den Cup 30 strömt von unten der Elektrolyt 12 ein. Er durchströmt eine Anode 11 und gelangt an die zu galvanisierende Unterseite der Solarzelle 1. Die Strömungspfeile 31 zeigen die Richtungen der Strömungen. An der Oberkante des Cups 30 befinden sich aufliegende gestreckte Leiter 6 als Busbars. Die gegebenenfalls erforderliche Spannkraft 32 wirkt in den dargestellten Pfeilrichtungen. Das Oberteil 33 des Cups 30 kann auf den Leitern 6 aufliegen. Durch den dabei gebildeten Spalt strömt der Elektrolyt 12 allseitig wieder aus dem Cup 30 heraus. Bei Krafteinwirkung in Richtung der Kraftpfeile 34 können die Leiter 6 vom Oberteil 33 geklemmt werden. Der Freiraum 14 bietet wieder Platz für die Mittel zur Annäherung von Solarzelle 1 und Leiter 6, so wie es am Beispiel der 3 beschrieben wurde. Auch hier können in den Cup 30 nicht dargestellte Gegenlagen an der Unterseite im Bereich der Leiter 6 angeordnet werden.
• Weil der elektrische Anschluss des nicht dargestellten Galvanogleichrichters außerhalb des Elektrolyten 12 bzw. der elektrolytischen Zelle erfolgt, ist eine Entmetallisierung der Kontaktmittel nicht erforderlich. Der Leiterüberstand 8 kann wieder zur späteren elektrischen Verschaltung der einzelnen Solarzellen 1 zu Solarmodulen genutzt werden. Dadurch können Arbeitsschritte, die beim Stand der Technik erforderlich sind, eingespart werden. Wegen der direkten elektrischen Kontaktierung der zu galvanisierende Oberfläche ist auch hier eine Beleuchtung der Sonnenseite nicht erforderlich.
• Bei Halbleiterwafern liegen die Leiter bzw. Leiter-Busbars im Nutzbereich, d. h. die wenigen darunter befindlichen Schaltkreise sind später nicht verwendbar. Insbesondere bei Wafern mit einem großen Durchmesser wird jedoch durch die großflächige Einspeisung des Galvanisierstromes eine sehr gute Schichtdickenverteilung erreicht.
• Bezugszeichenliste

1

Gut, Substrat, Solarzelle

2

Kontaktfinger, Gridstruktur

4

Wafer

5

Saatschicht

6

Leiter

7

Galvanisierschicht

8

Leiterüberstand

9

Leiter-Busbar

10

Arbeitsbehälter

11

Anode

12

Elektrolyt

13

Niveau

14

Freiraum

15

Aufnehmer

16

Klemme

17

Klemmschraube

19

Fördermittel

20

Transportbahn

21

Transportpfeil

22

Gegenlage feststehend

23

Gegenlage rotierend

24

Träger

25

Durchbruch

26

Stromschiene

27

Schleifkontakt, Bürste, Rolle

28

Schleifbahn

29

Stromverteilungswiderstand

30

Cup

31

Strömungspfeil

32

Spannkraft

33

Oberteil

34

Kraftpfeil

• ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
• Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
• Zitierte Patentliteratur
• DE 102005039100 A1 [0003]
• DE 102007020449 A1 [0004]
• DE 102005038450 A1 [0004]

Claims (10)

1. Verfahren zum Galvanisieren von Gut als Substrate (1), insbesondere als Solarzellen (1) in elektrolytischen Zellen, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein elektrisch leitfähiger Leiter (6) zur Zuführung des Galvanisierstromes so an der zu galvanisierenden Oberfläche des Gutes (1) mindestens teilweise elektrisch kontaktgebend anliegt, dass dieser Leiter (6) durch das Galvanisieren mit dem Gut (1) dauerhaft mechanisch und elektrisch verbunden wird.
2. Verfahren nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der oder die Leiter (6) an Aufnehmern (15) oder Trägern (24), die sich über die Länge des Substrates (1) hinaus erstrecken, beim Galvanisieren das Substrat (1) in der elektrolytischen Zelle tragen und in der Höhenlage so positionieren und transportieren, dass sich nur die zu galvanisierende Unterseite des Substrates (1) im Elektrolyten befindet.
3. Verfahren nach den Patentansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Leiter (6) oder die Leiter (6) mittels Gegenlagen (22, 23) an der einen Seite des Gutes (1) und Gewichtskraft oder Staudruck eines Fluids oder Federkraft an der anderen Seite des Gutes (1) oder durch Flüssigkeitssog an die zu galvanisierende Saatschicht (5) des Gutes angedrückt oder angezogen wird oder werden.
4. Verfahren nach den Patentansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass magnetische Leiter (6) an der einen zu galvanisierenden Seite des Gutes mittels Magneten an der anderen Seite des Gutes an die zu galvanisierende Saatschicht (5) herangezogen werden.
5. Verfahren nach einem der Patentansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Galvanisierstrom an dem mindestens einen Leiterüberstand (8) außerhalb des Elektrolyten in den Leiter (6) eingespeist wird, der über das Niveau (13) des Elektrolyten (12) hinausragt.
6. Verfahren nach einem der Patentansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die in Durchlaufanlagen, Tauchbadanlagen oder Cup Platern am Gut (1) angalvanisierten Leiter (6) an diesem verbleibenden und ohne anschließende Entmetallisierung zur weiteren Verarbeitung der fertigen Solarzelle genutzt werden.
7. Vorrichtung zum Galvanisieren von Gut (1) als Substrate (1), Insbesondere als Solarzellen (1) in elektrolytischen Zellen, gekennzeichnet durch Mittel (15, 16, 30, 32, 33) zum Aufnehmen von mindestens einem Leiter (6), der im Elektrolyten (12) der elektrolytischen Zelle an der zu galvanisierenden Oberfläche der Saatschicht (5) des Gutes (1) mindestens partiell elektrisch kontaktgebend anliegt und zugleich Träger des Gutes (1) ist, wobei die Leiterüberstände (8) zum Anschluss des Galvanogleichrichters über das Niveau (13) des Elektrolyten (12) hinausreichen.
8. Vorrichtung nach Patentanspruch 7, gekennzeichnet durch Aufnehmer (15) als Mittel zur Ausübung einer Spannkraft auf mindestens den Bereich des Leiters (6), der sich im Elektrolyten (12) der elektrolytischen Zelle befindet.
9. Vorrichtung nach den Patentansprüchen 7 und 8, gekennzeichnet durch eine anziehende oder andrückende Kraft zwischen Leiter (6) und Gut (1) mit oder ohne Gegenlagen (22, 23) als Gewichtskraft oder Federkraft oder Magnetkraft oder Staudruck oder Sog.
10. Vorrichtung nach einem der Patentansprüche 7 bis 9, gekennzeichnet durch Mittel (6, 15, 24) zur Positionierung des Gutes (1) im Arbeitsbehälter (10, 30) derart, dass das Niveau (13) des Elektrolyten (12) nur bis an die Unterseite des flachen Gutes (1) heranreicht.

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