DE102014112430A1

DE102014112430A1 - Verfahren zur Herstellung eines leitenden Mehrfachsubstratstapels

Info

Publication number: DE102014112430A1
Application number: DE102014112430.8A
Authority: DE
Inventors: Thorsten Matthias
Original assignee: EV Group E Thallner GmbH
Current assignee: EV Group E Thallner GmbH
Priority date: 2014-08-29
Filing date: 2014-08-29
Publication date: 2016-03-03
Also published as: CN106796932A; JP2017529696A; US10243094B2; WO2016030053A1; AT520249B1; AT520249A5; US20170256663A1

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Mehrfahsubstratstapels aus einem, insbesondere wellenlängensensitiven, Halbleitersubstrat (2) und mindestens einem weiteren, insbesondere wellenlängensensitiven, Halbleitersubstrat (2', 2'') mit folgenden Schritten: – Aufbringung einer zumindest abschnittsweise elektrisch leitfähigen dielektrischen Schicht (3, 3') auf mindestens eine Substratoberfläche (2o, 2o', 2o'', 2u, 2u', 2u'') mindestens eines der Halbleitersubstrate (2, 2', 2'') und – Kontaktierung des Halbleitersubstrats (2) mit dem weiteren Halbleitersubstrat (2', 2'') und Ausbildung einer elektrisch leitfähigen Verbindung zwischen den Halbleitersubstraten (2, 2', 2'').

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Mehrfachsubstratstapels gemäß Anspruch 1.
Bei der Herstellung von leitenden Mehrfachsubstratstapeln, insbesondere zur Erzeugung von Strom, bestehen diverse technische Probleme:

– Erzeugung einer möglichst hohen Strommenge bei geringstmöglicher Fläche,
– Massentaugliche Herstellung bei geringstmöglichen Kosten,
– Langfristige Stabilität der Stromerzeugung,
– Stabilität gegen Umwelteinflüsse, insbesondere an Verbindungsstellen,
– Zuverlässige Stromerzeugung.

Der vorliegenden Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren anzugeben, das die vorgenannten Probleme zumindest teilweise, vorzugsweise überwiegend löst.
Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen der Ansprüche 1 und 9 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben. In den Rahmen der Erfindung fallen auch sämtliche Kombinationen aus zumindest zwei von in der Beschreibung, den Ansprüchen und/oder den Figuren angegebenen Merkmalen. Bei angegebenen Wertebereichen sollen auch innerhalb der genannten Grenzen liegende Werte als Grenzwerte offenbart und in beliebiger Kombination beanspruchbar sein.
Grundgedanke der vorliegenden Erfindung ist es, zur Herstellung eines Mehrfachsubstratstapels aus einem (wellenlängensensitiven) Halbleitersubstrat und mindestens einem weiteren (wellenlängensensitiven) Halbleitersubstrat folgenden Schritte durchzuführen:

– Aufbringung einer zumindest abschnittsweise elektrisch leitfähigen dielektrischen Schicht auf mindestens eine Substratoberfläche mindestens eines der Halbleitersubstrate und
– Kontaktierung des Halbleitersubstrats mit dem weiteren Halbleitersubstrat und Ausbildung einer elektrisch leitfähigen Verbindung zwischen den Halbleitersubstraten.

Unter einem wellenlängensensitiven Halbleitersubstrat wird erfindungsgemäß insbesondere ein zur Umwandlung eines sehr engen, spezifischen Wellenlängenbereichs, insbesondere einer einzelnen Wellenlänge, geeignetes Halbleitersubstrat, verstanden. Das Halbleitersubstrat besteht insbesondere aus einem Halbleiter als Matrixmaterial. Das Halbleitersubstrat ist vorzugsweise dotiert bzw. besteht aus mehreren, unterschiedlich dotierten Bereichen. In speziellen Ausführungsformen kann unter einem wellenlängensensitiven Halbleitersubstrat auch erfindungsgemäß ein aus mehreren, insbesondere relativ dünnen Substraten bestehender, Substratstapel verstanden werden, der zur Umwandlung eines sehr engen, spezifischen Wellenlängenbereichs, insbesondere einer einzelnen Wellenlänge, dient.
Der sehr enge, spezifische Wellenlängenbereich, insbesondere die einzelnen Wellenlänge, für die die genannten erfindungsgemäßen wellenlängenspezifischen Substrate bevorzugt sensitiv sind, sind ein Teil des Wellenlängenspektrums, das den Bereich des UV-Lichts, über den Wellenlängenbereich des sichtbaren Bereichs bis in den Infrarotbereich abdeckt. Insbesondere erstreckt sich der erfindungsgemäße Wellenlängenbereich von 1 nm bis 1 mm, vorzugsweise zwischen 50 nm und 50 μm, am bevorzugtesten zwischen 380 nm und 780 nm.
Die Erfindung betrifft insbesondere ein Verfahren zum Verbinden mehrerer Halbleitersubstrate, insbesondere ohne eine hochgenaue Ausrichtungseinheit. Insbesondere wird das Verfahren zur Herstellung einer Multilagen-Solarzelle verwendet, deren einzelne Lagen, insbesondere Halbleitersubstrate, unterschiedliche Wellenlängensensitivität besitzen und über leitende Verbindungen, mit Vorzug TSVs, noch bevorzugter durch Nanopartikel in einer dielektrischen Schicht, miteinander verbunden sind. Des Weiteren betrifft die Erfindung ein mittels des Verfahrens hergestelltes Produkt.
Die Erfindung beschreibt insbesondere ein Verfahren, mehrere Substrate, mit Vorzug wellenlängensensitive Solarzellen, so miteinander zu verbinden, dass Verbindungspunkte, insbesondere Kontaktstellen, nach dem Verbindungsprozess eine höchstens vernachlässigbare Abweichung zu anderen Verbindungspunkten, insbesondere Kontaktstellen, besitzen. Der erfindungsgemäße Prozess kommt dabei ohne eine Ausrichtungsanlage aus und beschleunigt den entsprechenden Produktionsvorgang einer solchen Mehrlagensolarzelle entsprechend. Mit der Beschleunigung des Produktionsvorganges geht eine entsprechende Kostensenkung einher, welche den Produktionsprozess durch eine Steigerung der Stückzahl pro Zeiteinheit, günstiger macht.
In einer ganz besonders bevorzugten Ausführungsform wird eine mit leitfähigen Nanopartikeln versehene, dielektrische Schicht auf mindestens eine von zwei miteinander zu verbindenden Solarzellen aufgebracht. Die dielektrischen Eigenschaften der Schicht erlauben das Verbonden der beiden Solarzellen durch einen Direktbond oder einen sogenannten Fusionsbond, während die leitfähigen Nanopartikel in der dielektrischen Schicht eine Verbindung zwischen den Solarzellen herstellen. Dabei wird die Dichte der leitfähigen Nanopartikel in der dielektrischen Schicht erfindungsgemäß insbesondere so groß gewählt, dass zumindest an einigen Stellen entlang der Verbindungsfläche eine, insbesondere durchgehende, leitende Verbindung durch die dielektrische Schicht von einer Solarzelle zur anderen Solarzelle erfolgt. In dieser erfindungsgemäßen Ausführungsform werden zumindest keine genauen, vorzugsweise keine, Ausrichtungsanlagen benötigt, da die Nanopartikel insbesondere über größere Flächenbereiche als die reinen Kontaktflächen, vorzugsweise über die gesamte Fläche, verteilt werden, so dass immer eine Kontaktierung erfolgt. Gleichzeitig soll trotz der (zusätzlichen) Nanopartikel die optische Transparenz möglichst vollständig erhalten bleiben, also möglichst wenig durch die Nanopartikel beeinflusst werden. Insbesondere wird die Absorptionsfähigkeit und/oder das Streuvermögen durch entsprechende Auswahl der Nanopartikel für den sensitiven Wellenlängenbereich der Solarzelle so gewählt, dass diese möglichst gering sind.
Die Nanopartikel besitzen einen mittleren Durchmesser kleiner als 100 μm, vorzugsweise kleiner als 10 μm, noch bevorzugter kleiner als 1 μm, am bevorzugtesten kleiner als 100 nm, am allerbevorzugtesten kleiner als 10 nm.
Der größte Vorteil der Erfindung besteht darin, dass auf (optische) Ausrichtungsanlagen, insbesondere vollständig, verzichtet werden kann und der Substratstapel in der Lage ist, ein extrem breites Wellenlängenspektrum auszunutzen. Auf (optische) Ausrichtungsanlagen kann erfindungsgemäß verzichtet werden, weil die für die leitfähige Verbindung verantwortlichen Elemente, insbesondere, TSVs, Kontakte, Durchgänge, Bohrungen oder Nanopartikel eine Toleranz in der Position der Substrate zueinander zulassen. Soweit Kontaktierungsanlagen eine Ausrichtung umfassen, also auch als Ausrichtungsanlagen im weitesten Sinne verstanden werden, reicht die Auswahl einer Ausrichtungsanlage mit einer Toleranz bzw. Ausrichtungsgenauigkeit größer als 0.1 μm, vorzugsweise größer als 1 μm, mit größerem Vorzug größer als 10 μm, mit größtem Vorzug größer als 100 μm, mit allergrößtem Vorzug größer als 1 mm, aus. Hierdurch kann die Ausrichtung nicht nur wesentlich schneller erfolgen, sondern die Ausrichtungsanlage ist wesentlich kostengünstiger herstellbar.
Des Weiteren besteht eine erfindungsgemäße Ausführungsform mit Vorteil darin, dass die Substratoberfläche aus einem Material, insbesondere einem Oxid besteht, das sich zum Direktbonden und/oder Fusionsbonden eignet, Dadurch wird die Verbindung der beiden Substrate zueinander durch die Ausnutzung der Fusionbond Technologie besonders erleichtert.
Die Erfindung beschreibt somit insbesondere ein Verfahren zur Herstellung eines Multilagensubstrats, bestehend aus mindestens zwei Substraten, die an mindestens einer Stelle miteinander über eine leitfähige Verbindung verbunden sind. Die Verbindung der Substrate untereinander ist vorzugsweise permanent. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform findet allerdings vor der Ausbildung der Permanentverbindung die Ausbildung eines Prebonds statt, welcher es ermöglicht, die beiden Substrate vor der Ausbildung der Permanentverbindungs wieder voneinander zu trennen, sofern das nötig sein sollte.
Die Prebondstärke ist insbesondere kleiner als 2.5 J/m², vorzugsweise kleiner als 2 J/m², mit größerem Vorzug kleiner als 1.5 J/m², mit größtem Vorzug kleiner als 1.0 J/m², mit allergrößtem Vorzug kleiner als 0.1 J/m².
Dadurch wird es erfindungsgemäß möglich, den erfindungsgemäßen Substratstapel nach der Erweiterung mit einem neuen Substrat auf Funktionalität, insbesondere elektrische Leitfähigkeit zu prüfen, bevor das neu aufgebrachte Substrat durch einen weiteren Prozess, insbesondere eine Wärmebehandlung, permanent mit dem Substratstapel verbunden wird.
Die Bondstärke der Permanentverbindung nach der Wärmebehandlung ist dabei größer als 0.1 J/m², mit Vorzug größer als 0.5 J/m², mit größerem Vorzug größer als 1.0 J/m², mit größtem Vorzug größer als 1.5 J/m², am bevorzugtesten größer gleich 2.5 J/m².
Die Wärmebehandlung wird vorzugsweise in einem Ofen, noch bevorzugter in einem Durchlaufofen, durchgeführt. Die Temperatur während der Wärmebehandlung ist insbesondere kleiner als 1000°C, vorzugsweise kleiner als 750°C, noch bevorzugter kleiner als 500°C, am bevorzugtesten kleiner als 250°C, am aller bevorzugtesten nur leicht höher als Raumtemperatur.
Das erfindungsgemäße Verfahren ist auf alle Arten von Substraten, die über Kontaktstellen und/oder Durchgänge und/oder dotierte Halbleiterbereiche miteinander verbunden werden sollen, anwendbar. Bevorzugt wird die Verwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Herstellung eines Multilagensolarsubstratstapels offenbart.
Die Herstellung eines Permanentbonds bei Temperaturen die nur sehr gering über der Raumtemperatur liegen, kann mit erfindungsgemäßen Ausführungsformen, wie sie beispielsweise in WO2012/136267A1 , WO2012/100786A1 , WO2012/136268A1 , WO2012/136266A1 , PCT/EP2012/064545 beschrieben werden, durchgeführt werden. Diese Ausführungsformen und die damit verbundenen Änderungen der erfindungsgemäßen Substratstapel werden daher in diese Patentschrift aufgenommen und können zur Verbesserung des erfindungsgemäßen Verfahrens/Substratstapels beitragen.
Die Substrate zur erfindungsgemäßen Herstellung eines erfindungsgemäßen Substratstapels können grundsätzlich jede beliebige Form und Größe besitzen. In der Solarindustrie handelt es sich vorzugsweise um rechteckige, einige Millimeter bis einige Meter lange und breite, Solarpanels. Diese werden in Industrieanlagen vollautomatisch prozessiert. Die Länge und/oder Breite solcher, insbesondere rechteckigen, Solarpanels, ist insbesondere größer als 10 mm, vorzugsweise größer als 100 mm, noch bevorzugter größer als 500 mm, am bevorzugtesten größer als 1000 mm. Insbesondere können sehr kleine Panels mit Breite und Länge zwischen 10 mm und 300 mm, vorzugsweise zwischen 50 mm und 250 mm, noch bevorzugter zwischen 100 mm und 200 mm, am bevorzugtesten 156 mm produziert werden.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird Licht auf erfindungsgemäß hergestellte Panels fokussiert, um die Lichtausbeute zu maximieren.
Erfindungsgemäß denkbar ist es allerdings auch, entsprechende Substratstapel auf Waferlevel, insbesondere für die Halbleiterindustrie, herzustellen. Hierbei werden vorzugsweise genormte Substrate verwendet, insbesondere mit Substratdurchmessern von 1 Zoll, 2 Zoll, 3 Zoll, 4 Zoll, 6 Zoll, 8 Zoll, 12 Zoll, 16 Zoll oder 18 Zoll.
Der erfindungsgemäß hergestellte Substratstapel besteht aus mehreren miteinander verbundenen. Substraten. Die Substrate sind vorzugsweise Photozellen, daher Halbleiterelemente, die in der Lage sind, Photonenenergie in elektrische Energie umzuwandeln. Der genaue physikalische Vorgang soll hier nicht näher erläutert werden. Die Substrate bestehen insbesondere zumindest aus einem p-dotierten und zumindest einem n-dotierten Bereich. Vorzugsweise werden die Substrate so miteinander ausgerichtet, dass sich die p-dotierten und n-dotierten Bereiche abwechseln. In besonderen Ausführungsformen kann aber auch eine andere Anordnung gewählt werden.
Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform werden Substratstapel mit Substraten offenbart, die unterschiedliche wellenlängensensitive Eigenschaften und/oder, insbesondere zumindest überwiegend, vorzugsweise vollständig, nicht überlappende, Bereiche besitzen.
Hierdurch wird die Ausbeute der Photonen aus dem Emissionsspektrum der Sonne maximiert.
Um die Ausbeute an Photonen unterschiedlicher Wellenlänge zu maximieren, werden die Substrate gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung gedünnt. Hierdurch wird gewährleistet, dass Photonen, welche von der Einstrahlungsseite am weitesten entfernt angeordnet sind, dieses zumindest überwiegend erreichen. Mit anderen Worten wird die Transferstrecke der Photonen durch den Substratstapel bis zu dem, insbesondere für die jeweilige Photonenwellenlänge sensitiven Substrat, minimiert. Diese Minimierung erfolgt vor allem durch eine Dünnung der Substrate.
Die Substrate werden erfindungsgemäß dünner als 1 mm, mit Vorzug dünner als 100 μm, mit größerem Vorzug dünner als 75 μm, mit größtem Vorzug dünner als 50 μm, am bevorzugtesten dünner als 25 μm, am allerbevorzugtesten dünner als 1 μm hergestellt oder gewählt. Durch eine möglichst geringe Substratdicke und damit eine möglichst geringe Substratstapeldicke, wird eine vorzeitige Absorption der Photonen und damit eine Umwandlung der Photonenenergie in Wärme verhindert bzw. zumindest reduziert.
Erfindungsgemäß denkbar ist es, die Substrate des Substratstapels mit unterschiedlichen Dicken zu versehen. Insbesondere wird das am weitesten von der Einstrahlungsseite entfernte, also das unterste, Substrat nicht gedünnt bzw. dicker ausgewählt als die anderen Substrate des Substratstapels. Insbesondere sind Substrate mit einem geringen Transmissionsgrad für Wellenlängen, die darunterliegende Substrate erreichen sollen, möglichst dünn.
Im Folgenden werden unterschiedliche erfindungsgemäße Ausführungsformen beschrieben, die auch in Bezug auf einzelne Merkmale im Rahmen des technisch Machbaren miteinander kombiniert werden können.
In allen erfindungsgemäßen Ausführungsformen wird exemplarisch auf den Bau mehrerer p- und n-dotierter Solarzellen eingegangen. Das erfindungsgemäße Verfahren eignet sich aber grundsätzlich für alle Arten von Substraten, die über eine Bondverbindung miteinander, insbesondere permanent, verbunden werden müssen und die durch spezifische Topographien an deren Oberflächen, insbesondere Kontakte, ohne Ausrichtungsanlagen so zueinander ausgerichtet werden sollen, dass die genannten Topographien zumindest teilweise überlappen und so eine entsprechende Funktionalität gewährleisten.
In einer ersten erfindungsgemäßen Ausführungsform zur Herstellung des erfindungsgemäßen Substratstapels erfolgt eine Oxidation eines Substrats nur an einer einzigen Substratseite. Zur erfindungsgemäßen Herstellung eines Substratstapels werden daher die oxidierte Seite eines ersten Substrats und die nicht oxidierte Seite eines zweiten Substrats grob zueinander ausgerichtet (insbesondere ohne exakte Ausrichtung von einzelnen Kontaktstellen zueinander) und miteinander in Kontakt gebracht. Die Kontaktierung einzelner Kontaktstellen erfolgt insbesondere zufällig.
In einer ersten erfindungsgemäßen Ausführungsform verfügt jedes Substrat über Kontakte in der Oxidoberfläche sowie über TSVs im Substrat und somit über elektrisch leitfähige Kontakte. Die oxidierte Oberfläche stellt damit eine Hybridoberfläche dar. Die Ausrichtung der beiden Substrate erfolgt insbesondere ausschließlich manuell, also ohne kostspielige, aufwendige und teure (optische) Ausrichtungsanlagen. Denkbar wäre beispielsweise die Verwendung eines Pins oder mehrerer mechanischer Pins, an dem/denen die zwei miteinander zu verbindenden Substrate, bzw. ein Substrat und der bereits vorhandene Substratstapel, bis auf Anschlag angenähert werden. Eine solche mechanische Ausrichtung ist schnell, billig und effizient.
Die Ausrichtungsgenauigkeit ist, insbesondere abhängig von der Oberflächengüte der Substrate bzw. des Substratstapels, der Exaktheit des Durchmessers des Substrats bzw. des Substratstapels und/oder der Oberflächengenauigkeit der Pins besser als 1 mm, vorzugsweise besser als 100 μm, mit größerem Vorzug besser als 10 μm, mit größtem Vorzug besser als 1 μm, mit allergrößtem Vorzug besser als 0.1 μm.
Die Ausrichtungsgenauigkeit ist zur Reduzierung der Kosten und Beschleunigung des Ausrichtungsvorganges, insbesondere abhängig von der Oberflächengüte der Substrate bzw. des Substratstapels, der Exaktheit des Durchmessers des Substrats bzw. des Substratstapels und/oder der Oberflächengenauigkeit der Pins im besten Fall 1 μm, vorzugsweise im Besten Fall 10 μm, mit größerem Vorzug im besten Fall als 100 μm.
Ein wesentlicher erfindungsgemäßer Aspekt besteht insbesondere darin, dass sich immer Kontaktstellen zwischen zwei miteinander in Kontakt gebrachten Substraten (zufällig) finden, die miteinander in Kontakt treten, ohne eine exakte Justierung jeder einzelnen Kontaktstelle und/oder eine Zuordnung einzelner Kontaktstellen durchzuführen. Um eine derartige Kontaktierung mindestens zweier Kontaktstellen zu gewährleisten, werden mehrere erfindungsgemäße Ausführungsformen offenbart.
Im Allgemeinen wird mindestens eine Kontaktierung zwischen zwei Substraten benötigt, um eine entsprechende Spannung abnehmen und/oder übertragen zu können. Erfindungsgemäß wird angestrebt, die Anzahl der Kontakte zwischen den Kontaktstellen zweier benachbarter Substrate zu maximieren, um die elektrische Leitfähigkeit möglichst zu erhöhen und somit Verluste zu minimieren.
In einer erfindungsgemäßen Ausführungsform sind die Kontaktstellen regelmäßig über die Substrate verteilt, Die Kontaktstellen besitzen erfindungsgemäß einen entsprechend großen Durchmesser D, der insbesondere größer, im Grenzfall gleichgroß, ist wie die Ungenauigkeit, mit der eine mechanische Ausrichtung der Substrate zueinander durchgeführt wird oder mit der verwendeten Anlage durchführbar ist. Dadurch wird gewährleistet, dass im statistischen Mittel genug Kontaktstellen zur Verfügung stehen, insbesondere die statistische Dichte der kontaktierenden Kontaktstellen homogen über die gesamte Oberfläche ist.
Erfindungsgemäß kann die Herstellung der Kontaktstellen ebenfalls mit recht ungenauen Masken und Prozessen erfolgen, solange der mittlere Durchmesser D der Kontaktstellen größer ist als der mittlere Ausrichtungsfehler f zwischen den jeweiligen Kontaktstellen. Somit kann auch die Herstellung der Kontaktstellen auf dem jeweiligen Substrat schneller und kostengünstiger erfolgen. Im speziellen ist das Verhältnis zwischen der mittleren Abweichung des Durchmessers D und dem mittleren Ausrichtungsfehler f größer als 1, mit Vorzug größer als 10, mit größerem Vorzug größer als 100, mit größtem Vorzug größer als 10000. Folgendes Beispiel wird für den mittleren Durchmesser D und den mittleren Ausrichtungsfehler f angegeben. Eine Ideale Kontaktstelle besitzt beispielsweise einen Durchmesser von 1 μm. Durch Fertigungstoleranzen wird der Durchmesser leicht größer oder kleiner sein als die angestrebten 1 μm. Im statistischen Mittel sei der Durchmesser allerdings dennoch 1 μm. Würden zwei Substrate, aufgrund des erfindungsgemäßen Verzichts (optischer) Ausrichtungsmittel, um eine Wegstrecke x, dem mittleren Ausrichtungsfehler, falsch zueinander ausgerichtet werden, so würden zumindest ein Paar zweier gegenüberliegender Kontaktstellen immer noch eine leitende Verbindung erzeugen, wenn der mittlere Durchmesser D der Kontaktstellen größer ist als die Wegstrecke f. Die Flächendichte der regelmäßig angeordneten Kontaktstellen ist erfindungsgemäß insbesondere größer als 1 cm^–1, mit Vorzug größer als 100 cm^–1, mit größerem Vorzug größer als 10000 cm^–1, mit größtem Vorzug größer als 10⁶ 1 cm^–1, am bevorzugtesten größer als 10⁸ cm^–1.
In einer weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsform sind die Kontaktstellen unregelmäßig über die jeweiligen Substrate verteilt. Durch die unregelmäßige Verteilung kann keine Aussage darüber getroffen werden, welche der Kontaktstellen der beiden zueinander ausgerichteten und in Kontakt gebrachten Substrate miteinander kontaktieren werden. Es erfolgt insbesondere keine Zuordnung von zu kontaktierenden Kontaktstellen. Insbesondere erfolgt die Kontaktierung zufällig. Bei einer entsprechend hohen Anzahl solcher Kontaktstellen kann aber eine gewünschte Kontaktierung an mehreren, mindestens einer Stelle, praktisch garantiert werden.
Die zweite erfindungsgemäße Ausführungsform ist aufgrund zweier Aspekte bevorzugt. Erstens benötigt man zur Herstellung der Kontaktstellen, die insbesondere in ein Oxid geätzt werden, keine Maskentechnik. Die Löcher im Oxid, in denen später die Kontaktstellen entstehen, können insbesondere durch das Aufbringen von Ätzflüssigkeit statistisch verteilt hergestellt werde. Nach der Herstellung der Löcher im Oxid erfolgt eine Abscheidung eines entsprechend leitfähigen Werkstoffs, der in weiteren Prozessschritten beispielsweise durch Rückdünnen soweit abgeschliffen wird, bis nur mehr die Hybridoberfläche zurück bleibt.
Ein zweiter wesentlicher Aspekt besteht darin, dass bei einer derartigen statistischen Verteilung der Kontaktstellen auf den Ausrichtungsprozess noch weniger Wert gelegt werden muss. Die Flächendichte der regelmäßig angeordneten Kontaktstellen ist insbesondere größer als 1 cm^–1, mit Vorzug größer als 100 cm^–1, mit größerem Vorzug größer als 10000 cm^–1, mit größtem Vorzug größer als 10⁶ cm^–1, am bevorzugtesten größer als 10⁸ cm^–1.
Ein weiterer wichtiger erfindungsgemäßer Aspekt ist die Form der Kontaktstellen. Die Kontaktstellen können jede beliebige Form annehmen. Die Kontaktstellen sind vorzugsweise rund oder rechteckig. In einer ganz besonderen erfindungsgemäßen Ausführungsform sind die Kontaktstellen ringförmig. Ringförmige Kontaktstellen können explizit hergestellt werden oder ergeben sich zwingend aus der Fortführung eines ausschließlich am Rand beschichteten TSVs. Befinden sich an beiden, miteinander zu verbindenden Substraten, derartige ringförmige Kontaktstellen, so können die ringförmigen Kontaktstellen entweder deckungsgleich zueinander ausgerichtet und miteinander verbunden werden, oder sie berühren sich an zwei bzw. einem Schnittpunkt. In jedem Fall erfolgt eine elektrisch leitende Verbindung. Wenn auf eine korrekte Ausrichtung durch Ausrichtungsanlagen verzichtet wird, ist davon auszugehen, dass sich die ringförmigen Kontaktstellen in den meisten Fällen an mindestens zwei Punkten schneiden und der elektrische Kontakt daher an diesen beiden Punkten hergestellt wird. Durch die erfindungsgemäße Ausführungsform einer ringförmigen Kontaktstelle wird es erfindungsgemäß ermöglicht, geometrische Objekte zu erstellen, die einen großen Bereich abdecken, und dadurch die Wahrscheinlichkeit sich mit einer, auf dem gegenüberliegenden Substrat befindenden, insbesondere ebenfalls ringförmigen, Kontaktstelle zu überschneiden, erhöht. Trotz der durch den Durchmesser bestimmten, Größe der ringförmigen Kontaktstelle, erfolgt die Kontaktierung vorzugsweise nur an zwei Punkten und konzentriert daher den Strom auf diese zwei Punkte.
Der Durchmesser der, insbesondere ringförmigen, Kontaktstelle ist vorzugsweise kleiner als 100 μm, vorzugsweise kleiner als 50 μm, noch bevorzugter kleiner als 25 μm, am bevorzugtesten kleiner als 10 μm, am allerbevorzugtesten kleiner als 5 μm. Die Ringbreite der ringförmigen Kontaktstelle ist insbesondere kleiner als 20 μm, vorzugsweise kleiner als 15 μm, noch bevorzugter kleiner als 10 μm, am bevorzugtesten kleiner als 5 μm, am allerbevorzugtesten kleiner als 1 μm.
In einer erfindungsgemäßen zweiten Ausführungsform erfolgt die elektrische Verbindung zwischen den Substraten ohne die Hilfe von TSVs, sondern ausschließlich durch die Verbindung, insbesondere p- und n-, dotierter Bereichern Substrat.
In einer dritten erfindungsgemäßen Ausführungsform befinden sich Nanopartikel in der Oxidschicht (oder Nanopartikel werden eingebracht), welche die Kontaktstellen ersetzen.
Die nach der Fertigstellung des Substratstapels noch nicht oxidierten Oberflächen der Außenseite können, falls nötig, nachträglich oxidiert und mit entsprechenden Kontaktstellen, an welchen die Spannung abgenommen werden kann, versehen werden. Denkbar ist allerdings auch eine weitere Prozessierung der äußeren Oberfläche ohne vorherige Oxidierung.
In einer zweiten erfindungsgemäßen Ausführungsform zur Herstellung des erfindungsgemäßen Substratstapels erfolgt die Oxidation eines Substrats an beiden gegenüberliegenden Seiten. Bei einer entsprechenden Präparation der Oxidoberflächen erfolgt eine sehr schnelle, exakte, reproduzierbare und wohl definierte Verbindung der beiden Substrate. Der durch einen solchen Verbindungsprozess hergestellte Bond wird als Prebond bezeichnet und bei einer korrekten, vorzugsweise durch Prüfung bestätigten, Verbindung durch einen Wärmebehandlungsprozess in einen Permanentbond umgewandelt.
Die Ausführungsbeispiele sind also ident zu den Ausführungsbeispielen im „Abschnitt Oxidation an nur einer Substratseite” mit dem Unterschied der beidseitigen Oxidation der Substrate.
Im Weiteren wird auf allgemeine Besonderheiten der Substrate eingegangen.
Ein entscheidender erfindungsgemäßer Aspekt ist die Strukturgröße der Kontaktstellen, Durchführungen bzw. Nanopartikel. Mit besonderem Vorzug sind diese gerade so gewählt, dass eine Streuung, insbesondere Reflexion, der Photonen an Ihnen minimiert wird. Dabei kann es durchaus sein, dass die mittlere Größe der Kontaktstelle und/oder der Durchführungen und/oder der Nanopartikel für jedes Substrat oder einzelne Substrate des Substratstapels verschieden gewählt oder ausgebildet wird.
Soweit ein Substratstapel so aufgebaut wird, dass Photonen mit hoher Frequenz (also geringer Wellenlänge) starker absorbiert werden als Photonen mit geringer Frequenz (also hoher Wellenlänge), so wird das Substrat an der Oberfläche erfindungsgemäß aus einem Werkstoff ausgebildet, welcher die Ausbeute der hochfrequenten Photonen maximiert. Die niederfrequenten Photonen passieren dieses Substrat und damit auch die Kontaktstelle und/oder Durchgänge möglichst verlustfrei. Dabei ist vor allem auf die Minimierung der Streuung, insbesondere die Reflexion, zu achten.
Im Allgemeinen streuen Objekte mit einem Objektdurchmesser in der Größenordnung der Wellenlänge die entsprechende elektromagnetische Strahlung gut. Dementsprechend werden die Kontaktstellen und/oder Durchgänge in einer erfindungsgemäßen Ausführung im ersten Substrat größer angelegt als die transmittierende Strahlung, welche zu den unteren Substraten im erfindungsgemäßen Substratstapel vordringen soll. Entsprechende Analogieüberlegungen gelten für alle weiteren Substrate in Serie.
Die mittlere Objektgröße der Kontaktstellen und/oder Durchgänge ist insbesondere mehr als 1.1 mal, mit Vorzug mehr als 2 mal, mit größerem Vorzug mehr als 5 mal, mit allergrößtem Vorzug mehr als 10 mal so groß wie die Wellenlänge der das Substrat durchdringenden, elektromagnetischen Strahlung. Die Objektgröße der Kontaktierungen und/oder Durchgänge im letzten Substrat können dabei insbesondere beliebig groß sein, werden aber vorzugsweise so klein wie möglich ausgefertigt, damit möglichst viel Volumen für den die Photonen umwandelnden Werkstoff besteht. In einer ganz besonders bevorzugten, und explizit offenbarten Ausführungsform ist die Dicke des unteren, letzten Substrats so groß, dass jedes dort ankommende Photon absorbiert wird.
Im Folgenden wird eine besonders bevorzugte und optimale Methode offenbart, mit der zwei Substrate, insbesondere Solarzellen, ohne großen Aufwand miteinander leitfähig verbunden werden können. Dies erfolgt erfindungsgemäß über eine Materialschicht, insbesondere Siliziumoxidschicht, mit eingebetteten Nanopartikeln.
Die besonders bevorzugte Ausführungsform sieht vor, eine dielektrische Schicht, insbesondere eine keramische Schicht, noch bevorzugter eine Siliziumoxidschicht, herzustellen, in der leitfähige Nanopartikel eingebettet sind. Die erfindungsgemäße Schicht stellt somit ein Art Matrixverbundwerkstoff dar, bestehend aus einer dielektrischen Schicht, die als Matrix dient, und entsprechenden leitfähigen Partikeln, die in der Matrix eingebettet sind.
Ein erfindungsgemäßer Gedanke dieser Ausführungsform besteht insbesondere darin, dass die Dichte der leitfähigen Partikel in der dielektrischen Schicht so groß ausgeführt ist, dass ein zusammenhängendes, und damit leitfähiges Netzwerk der Nanopartikel entsteht. Die Oberfläche der dielektrischen Schicht dient immer noch zur Verbindung zweier Substrate, insbesondere Solarzellen, durch einen Fusionsbond. Da die Nanopartikel statistisch verteilt im Volumen (und damit auch an der Oberfläche) der dielektrischen Schicht vorkommen, und größtenteils von einem dielektrischen Material umgeben sind, kann man bei der Verbindung zweier solcher Schichten von einem Hybridbond sprechen. Im Gegensatz zu den in der Industrie üblichen Hybridbonds, bei denen die elektrisch leitfähigen Verbindungen regelmäßig über die Oberfläche verteilt wurden, sind diese Verbindungen unregelmäßig.
Ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Herstellung einer solchen erfindungsgemäß bevorzugten Schicht hat folgende Schritte, insbesondere folgenden Ablauf:
In einem ersten Schritt einer ersten Ausführungsform des Verfahrens werden elektrische Nanopartikel, insbesondere ausschließlich, auf die Oberfläche des zu verbindenden Substrats, insbesondere einer Solarzelle, aufgebracht. Um die Nanopartikel möglichst fein zu verteilen, erfolgt eine Aufbringung bevorzugt durch eine Lösung, die durch einen Schleuderbelackungs-, bevorzugt Sprühbelackungsprozess aufgebracht wird.
Soweit die Substrate, insbesondere Solarzellen, Durchmesser im Meterbereich haben, sind Sprühbelackungsprozesse bevorzugt.
Danach erfolgt in einem zweiten Schritt eine Oxidation der Oberfläche, insbesondere durch ein natives Oxid. Da diese Art der Oxidherstellung allerdings bei relativ hohen Temperaturen, meistens bei einer Temperatur größer als 100°C, mit Vorzug größer als 300°C, mit noch größerem Vorzug größer als 500°C, am bevorzugtesten größer als 800°C, am allerbevorzugtesten größer als 1000°C durchgeführt wird, eignet sich dieser Prozess eher nicht zur Herstellung einer Oxidschicht. Die Solarzellen sind aufgrund Ihrer Dotierung meistens sehr Temperatursensitiv und dürfen nicht über eine kritische Temperatur erhitzt werden.
In einem dritten (optionalen) Schritt kann die so erzeugte Oxidoberfläche durch einen Schleifprozess auf eine bevorzugte Dicke rückgeschliffen werden. Die Nanopartikel sind damit in die dielektrische Schicht eingebettet und die dielektrische Schicht ist durch den Schleifprozess für den Direktbond zu einer zweiten Solarzelle, deren Oberfläche auf gleiche Art und Weise präpariert wurde, vorbereitet.
In einer zweiten bevorzugteren Ausführungsform des Verfahrens erfolgt die Herstellung der dielektrischen Schicht durch einen Sol-Gel Prozess. Bei einem Sol-Gel Prozess handelt es sich um einen Prozess, bei dem ein Sol (eine kolloidale Dispersion einer chemischen Komponente) durch mehrere chemische und/oder physikalische Reaktionen einen Aggregations-, Gelierungs-, Trocknungs- und Temperungsprozess durchläuft. Das Sol, oder der sogenannte Präkursor, ist am Beginn des Prozesses eine Flüssigkeit und wandelt sich im Laufe des Prozesses in einen Festkörper um. Dabei ist es besonders bemerkenswert, dass vor allem die Herstellung von keramischen Schichten, die ansonsten nur durch Hochtemperaturprozess erzeugbar waren, nasschemisch erfolgen kann.
Erfindungsgemäß werden dem Sol die leitfähigen Nanopartikel als zweite Komponente hinzugefügt. Durch den Sintervorgang bilden die Polymere des Sols das dielektrische Material um die leitfähigen Nanopartikel aus und schließen diese fest ein. Durch diesen erfindungsgemäßen Vorgang erfolgt eine nasschemische Einbettung leitfähiger Nanopartikel bei Raumtemperatur (insbesondere zwischen 10°C und 30°C) in eine dielektrische Schicht.
Die dielektrische Schicht kann nun (optional) durch Schleifprozesse rückgedünnt und damit für den Bondvorgang vorbereitet werden.
In einer weiteren, erfindungsgemäß bevorzugten Verbesserung des erfindungsgemäßen Prozesses erfolgt ein Polieren der Oberfläche. Denkbar wäre auch eine Behandlung der Oberfläche durch einen Chemisch-Mechanischen Polierprozess (engl.: chemical mechanical polishing, CMP). Diese Prozessierung dient der Reduktion der Oberflächenrauheit und der Vorbereitung der Oberfläche für einen Fusionsbondvorgang.
Die Rauheit wird entweder als mittlere Rauheit, quadratische Rauheit oder als gemittelte Rauhtiefe angegeben. Die ermittelten Werte für die mittlere Rauheit, die quadratische Rauheit und die gemittelte Rauhtiefe unterscheiden sich im Allgemeinen für dieselbe Messstrecke bzw. Messfläche, liegen aber im gleichen Größenordnungsbereich. Daher sind die folgenden Zahlenwertebereiche für die Rauheit entweder als Werte für die mittlere Rauheit, die quadratische Rauheit oder für die gemittelte Rauhtiefe zu verstehen. Die Rauheit ist erfindungsgemäß insbesondere kleiner als 100 μm, vorzugsweise kleiner als 10 μm, noch bevorzugter kleiner als 1 μm, am bevorzugtesten kleiner als 100 nm, am allerbevorzugtesten kleiner als 10 nm.
Die Kontaktierung zwischen den n- und p-Bereichen zweier miteinander verbundener Solarzellen erfolgt in dieser besonderen Ausführungsform durch das Netzwerk leitfähiger Nanopartikel durch die dielektrische Schicht. Die Nanopartikel besitzen dabei vorzugsweise wiederum eine mittlere Größe, welche die Streuung, insbesondere die Reflexion, des einfallenden Lichts minimiert. Die Überlegungen zur Lichtstreuung sind bei den Nanopartikeln gleich wie bei der bereits erwähnten Lichtstreuung an den Kontakten oder Durchkontaktierungen.
Es wird auch hier explizit erwähnt, dass auf eine Ausrichtung der Substrate zueinander verzichtet werden kann, da die Nanopartikel an der Oberfläche eines Substrats so verteilt sind, dass diese mit den Nanopartikeln in der Oberfläche des gegenüberliegenden Substrats eine leitfähige Verbindung zwischen den Substraten herstellen.
Jeder beliebige, leitfähige Werkstoff kann grundsätzlich zur Herstellung der Kontaktstellen und/oder Durchgänge und/oder Nanopartikel verwendet werden. Besonders bevorzugt sind

• Reinmetalle, insbesondere – Cu, Ag, Au, Al, Pt, Pb, Zn, Sn, W, Nb, Ta, Te und/oder Nb,
• Legierungen, insbesondere – Bronzelegierungen, vorzugsweise CuSn, und/oder – Messinglegierungen und/oder – Goldlegierungen und/oder – Kupferlegierungen, insbesondere CuAg, CuAg und/oder CuAgSn,

Die Leitfähigkeit von erfindungsgemäß ausgebildeten Kontaktstellen und/oder erfindungsgemäß ausgebildeten TSVs und/oder erfindungsgemäß ausgebildeten/eingebrachten Nanopartikeln ist insbesondere größer als 1.0·10⁴ S/m, vorzugsweise größer als 1.0·10⁵ S/m, noch bevorzugter größer als 1.0·10⁶ S/m, am bevorzugtesten größer als 1.0·10⁷ S/m, am allerbevorzugtesten größer als 1.0·10⁸ S/m.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele sowie anhand der Zeichnungen; diese zeigen jeweils in schematischer Ansicht:
1 eine schematische Seitenansicht einer erfindungsgemäßen Ausführungsform eines Substratstapels, bestehend aus drei Substratlagen,
2 eine schematische Seitenansicht einer Vergrößerung eines erfindungsgemäßen Substratstapels in einer ersten erfindungsgemäßen Ausführungsform mit einseitig oxidierten Substraten,
3 eine schematische Seitenansicht einer Vergrößerung eines erfindungsgemäßen Substratstapels in einer ersten erfindungsgemäßen Ausführungsform mit zweiseitig oxidierten Substraten,
4 eine schematische Seitenansicht einer Vergrößerung eines erfindungsgemäßen Substratstapels in einer zweiten erfindungsgemäßen Ausführungsform mit einseitig oxidierten Substraten,
5 eine schematische Seitenansicht einer Vergrößerung eines erfindungsgemäßen Substratstapels in einer dritten erfindungsgemäßen Ausführungsform mit zweiseitig oxidierten Substraten,
6 eine schematische Seitenansicht einer Vergrößerung eines erfindungsgemäßen. Substratstapels in einer dritten erfindungsgemäßen Ausführungsform mit einseitig oxidierten Substraten,
7 eine schematische Seitenansicht einer Vergrößerung eines erfindungsgemäßen Substratstapels in einer vierten erfindungsgemäßen Ausführungsform mit zweiseitig oxidierten Substraten,
8 eine schematische Seitenansicht einer Vergrößerung der bevorzugten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Substratstapels,
9a eine schematische Aufsicht einer erfindungsgemäßen ersten Kontaktstelle,
9b eine schematische Aufsicht einer erfindungsgemäßen zweiten Kontaktstelle und
9c eine schematische Aufsicht einer erfindungsgemäßen dritten Kontaktstelle.
1 zeigt eine schematische Querschnittsansicht eines erfindungsgemäßen Substratstapels 1, bestehend aus drei Substraten 2, 2', 2''. Denkbar ist auch die Stapelung von mehr oder weniger als drei Substraten 2, 2', 2''. Die Wellenlängensensitivität der Substrate wird durch Wellenzüge mit unterschiedlicher Wellenlänge symbolisiert, die die elektromagnetischen Wellen, im Sinne des Teilchenbildes eigentlich die Photonen, repräsentieren. Entsprechende Kontakte zur Abnahme der gesamten, vom Solarzellenstapel erzeugten Spannung an der Außenseite sind nicht eingezeichnet.
2 zeigt eine Vergrößerung des Ausschnitts A der schematischen Querschnittsansicht gemäß 1 in einer ersten erfindungsgemäßen Ausführungsform, in der man dielektrische Schichten, insbesondere Oxidschichten, 3 erkennen kann, über welche die Substrate 2, 2', 2'' miteinander verbunden worden sind.
Die dielektrische Schichten 3 wechseln sich dabei zwischen den einzelnen Substraten 2, 2', 2'' ab. Dieser Wechsel wird vorzugsweise so erreicht, dass immer nur die Oberflächen 2o, 2o', 2o'' der Substrate 2, 2', 2'' oxidiert werden und mit einer jeweils nicht oxidierten Oberfläche 2u, 2u', 2u'' eines zweiten Substrats 2, 2', 2'' verbunden werden. Die abschließende Oxidation eines der außenliegenden Substrate 2, 2', 2'' kann nach der Verbindung der Substrate 2, 2', 2'' erfolgen und wurde ebenfalls eingezeichnet. Sollte beispielsweise das Substrat 2'' das letzte und/oder unterste Substrat im Substratstapel 1 sein, ist eine Oxidation der Oberfläche 2u'' denkbar, um den Substratstapel vollumfänglich mit Oxid einzuschließen. Eine derartige Oxidation der Oberfläche 2u'' wird in 2 dargestellt. In dieser speziellen erfindungsgemäßen Ausführungsform erzeugen Durchgänge 4 eine leitende Verbindung zwischen jeweils zwei Substraten 2, 2', 2''. Die Abnahme der Spannung erfolgt an äußeren, freiliegenden Kontaktstellen 5, die einen Durchmesser D aufweisen.
Die Verbindung der Substrate 2, 2' und 2'' kann theoretisch ebenfalls durch einen Direktbond erfolgen. Sind allerdings die Materialien der Substrate 2, 2', 2'' unterschiedlich zu den Materialien der dielektrischen Schicht 3, erfolgt der so erzeugte Direktbond nicht mit optimaler Qualität.
Die Herstellung der Kontaktstellen 5 erfolgt mit recht ungenauen Masken und Prozessen, wobei der mittlere Durchmesser D der Kontaktstellen 5 größer ist als der mittlere Ausrichtungsfehler f zwischen den jeweiligen benachbarten Kontaktstellen 5. Somit kann auch die Herstellung der Kontaktstellen 5 auf dem jeweiligen Substrat schneller und kostengünstiger erfolgen. Das Verhältnis zwischen des Durchmessers D und dem mittleren Ausrichtungsfehler f ist bei der gezeigten Ausführungsform etwa 2.
Eine erfindungsgemäß bevorzugte Ausführungsform besteht daher in der Oxidierung aller Oberflächen 2o, 2o', 2o'', 2u, 2u', 2u'', aller Substrate 2, 2', 2'' gemäß 3, zur Erzeugung einer, insbesondere vollflächigen, dielektrischen Schicht 3. Auf Grund der Oxidierung beider Oberflächen 2o, 2o', 2o'', 2u, 2u', 2u'' der Substrate 2, 2', 2'' werden gleichzeitig und/oder anschließend Kontaktstellen 5 in den dielektrischen Schichten auf beiden Seiten der Substrate 2, 2', 2'' erzeugt. 4 zeigt eine besondere, für die Solarindustrie interessante Ausführungsform, bei der keine Durchgänge 4 existieren. Die Abnahme der Spannung erfolgt an den äußeren, freiliegenden Kontaktstellen 5. Die einzelnen p- und n-Übergänge sind wechselseitig über die im Bondinterface liegenden Kontaktstellen 5 miteinander verbunden. Sollte es zweckdienlich sein, dennoch entsprechende Durchgänge 5 einzubauen, können diese gemäß den 2–3 hergestellt werden.
5 zeigt eine erfindungsgemäße Ausführungsform der beidseitigen Oxidation eines Substrats 2, 2', 2'' ohne TSVs.
Die 6 und 7 zeigen die bevorzugtesten erfindungsgemäßen Ausführungsformen. Die leitende Verbindung zwischen den n- und p-Bereichen der Substrats 2, 2', 2'' wird nicht durch Kontaktstellen 5, die regelmäßig oder unregelmäßig in die dielektrischen Schichten 3 eingebracht wurden, sondern durch ein Netzwerk an Nanopartikeln 6, die in die dielektrische Schicht 3' eingebettet wurden, hergestellt. Die Dichte der dielektrischen Nanopartikel 6 ist dabei so groß, dass sich immer eine elektrische leitfähige Verbindung zwischen dem n-Bereich der einen Solarzelle und dem p-Bereich der zweiten Solarzelle ergibt. Denkbar ist auch, die Nanopartikel 6 nur in einem Teilbereich der dielektrischen Schicht 3', an denen eine Kontaktierung erfolgen soll, anzuordnen.
Die 8 zeigt eine Vergrößerung der dielektrischen Schichten 3' mit den entsprechenden Nanopartikeln 6.
Die an der Außenseite des erfindungsgemäßen Substratstapels 1 liegenden Kontaktstelle 5 dienen vorzugsweise der Spannungsabnahme.
In ganz speziellen, daher nicht bevorzugten, Ausführungsformen kann es auch möglich sein, auf die Oxidschichten 3 gänzlich zu verzichten, um die Solarschichten 2, 2', 2'' direkt miteinander zu verbinden.
Die 9a–c zeigen drei erfindungsgemäße Kontaktstellen 5, 5' und 5'' beiden erfindungsgemäßen Kontaktstellen 5 und 5'' sind vollflächig, während die zweite erfindungsgemäße Kontaktstelle 5' ringförmig ausgebildet ist. Die erfindungsgemäße Kontaktstelle 5' besitzt den Durchmesser D und eine Ringbreite d. Zwei derartige, auf jeweils zueinander gegenüberliegenden Substraten 2, 2', 2'' befindliche Kontaktstellen 5' überlagern sich entweder vollständig, oder schneiden sich in zwei bzw. einem Schnittpunkt. Da die vollständige Überlagerung sowie die auf einen Punk reduzierte Kontaktierung bei einer (ohne Ausrichtungsanlagen durchgeführten) Positionierung und Kontaktierung eher unwahrscheinlich ist, werden sich zwei derartige Kontaktstellen ind er Praxis größtenteils bzw. immer in zwei Schnittpunkten schneiden. Der Stromtransport wird dann auf die beiden Kontaktpunkte reduziert. Je größer der Durchmesser D der Kontaktstelle 5', desto weniger sensitiv reagiert die erfindungsgemäße Ausführungsform auf Ausrichtungsfehler, da ein größerer Durchmesser D auch eine größere Wahrscheinlichkeit einer Kontaktierung bedeutet.
Bezugszeichenliste

1, 1': Substratstapel
2, 2', 2'': Substrat
2o, 2o', 2o'': Substratoberfläche
2u, 2u', 2u'': Substratoberfläche
3, 3': Dielektrische Schicht
4: Durchführung
5, 5', 5'': Kontaktstelle
5: Nanopartikel
p: p Dotierungsschicht des Halbleitersubstrats
n: n Dotierungsschicht des Halbleitersubstrats
D: mittlerer Durchmesser
f: Mittlerer Ausrichtungsfehler

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

WO 2012/136267 A1 [0020]
WO 2012/100786 A1 [0020]
WO 2012/136268 A1 [0020]
WO 2012/136266 A1 [0020]
EP 2012/064545 [0020]

Claims

Verfahren zur Herstellung eines Mehrfachsubstratstapels aus einem wellenlängensensitiven Halbleitersubstrat (2) und mindestens einem weiteren wellenlängensensitiven Halbleitersubstrat (2', 2'') mit folgenden Schritten: – Aufbringung einer zumindest abschnittsweise elektrisch leitfähigen dielektrischen Schicht (3, 3') auf mindestens eine Substratoberfläche (2o, 2o', 2o'', 2u, 2u', 2u'') mindestens eines der Halbleitersubstrate (2, 2', 2'') und – Kontaktierung des Halbleitersubstrats (2) mit dem weiteren Halbleitersubstrat (2', 2'') und Ausbildung einer elektrisch leitfähigen Verbindung zwischen den Halbleitersubstraten (2, 2', 2'').
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem jedes Halbleitersubstrat (2, 2', 2'') eine n-Dotierungsschicht und eine p-Dotierungsschicht aufweist, wobei benachbarte Halbleitersubstrate (2, 2', 2'') jeweils mit einer n-Dotierungsschicht an eine p-Dotierungsschicht des benachbarten Halbleitersubstrats (2, 2', 2'') angrenzen.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, bei dem die dielektrische Schicht (3, 3') durch einen Sol-Gel-Prozess als Matrixverbundwerkstoff ausgebildet wird, insbesondere als mit leitfähigen Partikeln, vorzugsweise Nanopartikeln, versetzte keramische Schicht, vorzugsweise eine Siliziumoxidschicht.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, bei dem die dielektrische Schicht (3, 3') durch zumindest abschnittsweise Aufbringung von Nanopartikeln und anschließende Oxidation der dielektrischen Schicht (3, 3') durch ein natives Oxid erzeugt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Halbleitersubstrate (2, 2', 2'') als Solarzellen ausgebildet sind.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Halbleitersubstrate (2, 2', 2'') in, insbesondere zumindest teilweise, vorzugsweise überwiegend, noch bevorzugter vollständig, unterschiedlichen Wellenlängenbereichen wellenlängensensitiv ausgebildet sind.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die dielektrische Schicht (3, 3') jeweils auf zwei gegenüberliegenden Substratoberflächen (2o, 2o', 2o'', 2u, 2u', 2u'') aufgebracht wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem eine, insbesondere rein mechanische, Ausrichtung der Halbleitersubstrate (2, 2', 2'') vor dem oder beim Kontaktieren ohne Optikmittel und/oder ohne optische Ausrichtungsmarkierungen auf den Halbleitersubstraten (2, 2', 2'') erfolgt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem nach oder bei der Kontaktierung der Halbleitersubstrate (2, 2', 2'') ein, insbesondere permanenter, Bond zwischen den Halbleitersubstraten (2, 2', 2'') ausgebildet wird, vorzugsweise ein Direktbond oder ein Fusion-Bond.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Halbleitersubstrate (2, 2', 2'') elektrisch leitfähige Durchgänge (4) zur elektrisch leitfähigen Verbindung jeweils voneinander abgewandter Substratoberflächen (2o, 2o', 2o'', 2u, 2u', 2u'') jedes der Halbleitersubstrate (2, 2', 2'') aufweisen.
Verfahren nach Anspruch 10, bei dem die dielektrische Schicht (3, 3') nur abschnittsweise an den Durchgängen (4) mit elektrisch leitfähigen Kontaktstellen (5) ausgebildet wird.
Verfahren nach Anspruch 11, bei dem die Kontaktstellen (5) mit einem Durchmesser D ausgebildet werden, der mindestens gleich groß, vorzugsweise größer, wie ein mittlerer Ausrichtungsfehler f beim Kontaktieren ist.
Mehrfachsubstratstapel aus einem, insbesondere wellenlängensensitiven, Halbleitersubstrat (2) und mindestens einem weiteren, insbesondere wellenlängensensitiven, Halbleitersubstrat (2', 2'') mit einer zumindest abschnittsweise elektrisch leitfähigen dielektrischen Schicht (3, 3') auf mindestens einer Substratoberfläche (2o, 2o', 2o'', 2u, 2u', 2u'') mindestens einem der Halbleitersubstrate (2, 2', 2'') und einer durch Kontaktierung des Halbleitersubstrats (2) mit dem weiteren Halbleitersubstrat (2', 2'') hergestellten elektrisch leitfähigen Verbindung zwischen den Halbleitersubstraten (2, 2', 2'').