WO2012028536A2 - Method for producing solar cells - Google Patents

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WO2012028536A2
WO2012028536A2 PCT/EP2011/064667 EP2011064667W WO2012028536A2 WO 2012028536 A2 WO2012028536 A2 WO 2012028536A2 EP 2011064667 W EP2011064667 W EP 2011064667W WO 2012028536 A2 WO2012028536 A2 WO 2012028536A2
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liquid
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Lothar Lippert
Stefan Dauwe
Mihail Manole
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Schott Solar Ag
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Definitions

  • the invention relates to a method for the production of solar cells according to claim 1.
  • Monocrystalline or polycrystalline positively conductive silicon wafers which are texturized to improve the light absorption properties on the surface via an etching process, usually serve as the basis for solar cells.
  • This etching process is carried out in monocrystalline silicon with a mixture of sodium or potassium hydroxide in isopropyl alcohol.
  • Polycrystalline silicon is etched with a solution of hydrofluoric and nitric acid. Subsequently, further etching or cleaning sequences are carried out in order to optimally prepare the surface for the following diffusion process.
  • a pn junction in the silicon is generated by the diffusion of phosphorus to a depth of about 0.5 ⁇ .
  • the pn junction separates the carriers formed by light.
  • the wafer is heated to about 800 ° C - 950 ° C in an oven in the presence of a phosphorus source, usually a gas mixture or an aqueous solution.
  • a phosphorus source usually a gas mixture or an aqueous solution.
  • phosphorus penetrates into the silicon surface.
  • the phosphor-doped layer is negatively conductive, as opposed to the positively-conductive wafer.
  • a phosphorous glass is formed on the surface, which is removed in the following steps by etching with hydrofluoric acid.
  • an approximately 80 nm thick layer mostly consisting of amorphous hydrogenated silicon nitride (SiN: H), is applied to the silicon surface to reduce the reflection and to passivate.
  • aluminum is applied to the rear side to produce a so-called BSF (Back Surface Field).
  • BSF Back Surface Field
  • the printed conductors which are also referred to as contact fingers, are applied from silver to the silicon wafers, for example by means of a screen printing process.
  • the contact fingers contact the emitter.
  • Typical emitters currently used in the industry are characterized by a sheet resistance of 40 to 60 ohms / sq.
  • the efficiency of these crystalline silicon solar cells can be significantly improved by the use of weakly doped, so-called high-impedance emitters.
  • the efficiency of the solar cells is also affected by the contact resistance or contact resistance between the interconnects and the emitter layer.
  • the material used for the tracks plays an important role.
  • the contact resistances are still within an acceptable range for the currently available silver pastes used for the production of the printed conductors in the case of emitter layers with a surface resistance of 70 ohms / sq.
  • high-resistance emitters with a sheet resistance of, for example, 80 ohms / sq in combination with these silver pastes result in a very high contact resistance, which is> 5 mOhm.cm 2 , which significantly affects the efficiency of the solar cells. This leads, inter alia, to series resistance losses, which ultimately results in losses in the efficiency of the solar cell.
  • the currently used front side pastes generally include a leaded glass component.
  • RoHS Directive 2002/95 / EC
  • lead-free silver pastes often fail to achieve the same level of efficiency as lead-containing pastes. This is especially true for high-resistance emitters, which are better to contact with lead-containing pastes, as with lead-free pastes. Therefore, lead-free front side brushes currently find little use in solar cell production.
  • This object is achieved by a method for the production of solar cells which has at least the following method steps: a) producing a wafer made of a semiconductor material with an emitter layer on one side of the wafer, b) applying a metallic coating on at least one side of the wafer, c) D) heat-treating the wafer, e) fully immersing the wafer in a reactive liquid, f) leaving the wafer in the reactive liquid for a predetermined period of time, and g) removing the wafer from the reactive liquid ,
  • a high-resistance emitter in particular an emitter with a sheet resistance of preferably 80 to 120 ohms / sq, is produced.
  • an emitter is produced having a phosphorus concentration of ⁇ 10 20 cm -3
  • Such emitter layers can be produced by a method as described, for example, in Methods of Emitter Formation for Crystalline Silicon Solar Cells, Jan Bultman llkay Cesar, Bart Geerligs, Yuji Komatsu & Wim Sinke, ECN Solar Energy, Petten, The Netherlands, Photovoltaics International, Issue 8, 2010, pp. 69 ff.
  • a coating of aluminum or of an aluminum-containing alloy and / or of silver or of a silver-comprising alloy is applied to the second side of the wafer.
  • the different metals can also be applied to each other or to each other side by side.
  • an acidic or basic liquid is preferably used as the reactive liquid.
  • the temperature of the liquid is preferably in the range of 20 ° C - 80 ° C.
  • the predetermined period of time, d. H. the immersion time preferably comprises a range of 5 seconds to 10 hours, depending on the selected liquid.
  • Hydrofluoric acid, acetic acid or methanesulfonic acid are preferably used as acidic liquids.
  • a sintering treatment of the conductor material takes place. Since in particular the silver paste used for this contains silicon and metal oxides, a glazing forms out, which leads to insulation in the region of the contact surface to the emitter. It is possible that this glazing and thus the insulation is broken by the action of acid by penetrating into the usually porous paste.
  • the predetermined period of time is preferably at least 5 seconds.
  • the immersion time is preferably 5 to 20 seconds, in particular 10 seconds.
  • 05 molar acetic acid also at 20 ° C, the required time is at least 2 h, especially at 7 h.
  • the treatment with basic liquids in particular also electrolyte liquids, shows a clear reduction of the contact resistance or improvement of the solar cell effective circuit.
  • electrolyte liquid It is preferable to use a silver-containing electrolyte liquid.
  • electrolyte fluids are cyanide-free electrolyte fluids, cyanide-free silver electrolyte fluids, silver-free electrolyte fluids, methanesulfonate-containing cyanide-free and / or silver-free electrolyte fluids, and cyanide-free silver methanesulfonate-based electrolyte fluids.
  • the temperature of the electrolyte liquid is preferably 40 ° C. and the immersion time is 6 to 10 minutes, in particular 7 minutes.
  • the pH is preferably 10.
  • the electrolyte liquid may also contain only methanesulfonate (without silver).
  • the temperature is 40 ° C
  • the immersion time is 10 minutes
  • the pH is 10.
  • the silver-containing electrolyte liquid is used particularly advantageously if the coating on one side of the wafer consists of aluminum or has aluminum.
  • the silver has a potential of + 0.7991 volts, the aluminum on the
  • the solar cell is treated with immersion and leaving in the reactive liquid with or without external flow.
  • the immersion and leaving of the wafer can be carried out with cathodically connected solar cell back.
  • the treatment with the reactive liquid can take place with light irradiation or in the dark.
  • the treatment is performed under light irradiation of the solar cell and / or with an applied voltage with the solar cell back side being cathodically switched, the above-described reduction of the contact resistance also takes place.
  • silver is deposited on the silver contacts (LF Durkee, "Method of plating by means of light "in U.S. Patent No. 4,144,139 Solarex Corporation, Rockville, Md., U.S.A., 1,979).
  • the tracks are made of a silver-containing paste.
  • a lead-free material in particular a lead-free silver paste used. It has been shown that it was possible to significantly increase the efficiency of the solar cell, especially when using lead-free pastes by the treatment according to the invention in a reactive liquid.
  • an antireflection coating is applied to the first side of the wafer.
  • the heat treatment provided in method step d) is preferably a sintering treatment of the conductor track material.
  • the efficiency was determined on the basis of solar cells before treatment with a reactive liquid and for solar cells after the treatment according to the invention. It has been shown that the efficiency has increased between 1 and 2% absolute. All solar cells have an emitter with a sheet resistance of 90 - 100 ohms / sq.

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Abstract

The invention relates to a method for producing solar cells having at least the following method steps: a) producing a wafer made of a semiconductor material having an emitter layer on one side of the wafer, b) applying a metal coating to at least one side of the wafer, c) applying conductors to the one side of the wafer, d) heat treating the wafer, e) completely immersing the wafer in a reactive liquid, f) soaking the wafer in the reactive liquid for a predefined period of time, and g) removing the wafer from the reactive liquid.

Description

Verfahren zur Herstellung von Solarzellen  Process for the production of solar cells
Beschreibung Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Hersteilung von Solarzellen gemäß Patentanspruch 1. The invention relates to a method for the production of solar cells according to claim 1.
Als Basis für Solarzellen dienen meist mono- oder polykristalline positiv leitende Siliziumwafer (p-Si-Wafer), die zur Verbesserung der Lichtabsorptions- eigenschaften an der Oberfläche über einen Ätzprozess texturiert werden. Dieser Ätzprozess wird bei monokristallinem Silizium mit einem Gemisch aus Natron- oder Kalilauge in Isopropylalkohol durchgeführt. Polykristallines Silizium wird mit einer Lösung aus Fluss- und Salpetersäure geätzt. Anschließend werden weitere Ätz- bzw. Reinigungssequenzen durchgeführt, um die Oberfläche optimal für den folgenden Diffusionsprozess vorzubereiten. Monocrystalline or polycrystalline positively conductive silicon wafers (p-Si wafers), which are texturized to improve the light absorption properties on the surface via an etching process, usually serve as the basis for solar cells. This etching process is carried out in monocrystalline silicon with a mixture of sodium or potassium hydroxide in isopropyl alcohol. Polycrystalline silicon is etched with a solution of hydrofluoric and nitric acid. Subsequently, further etching or cleaning sequences are carried out in order to optimally prepare the surface for the following diffusion process.
Bei diesem Prozess wird ein pn-Übergang im Silizium durch die Diffusion von Phosphor in eine Tiefe von ca. 0,5 μιη erzeugt. Der pn-Übergang trennt die durch Licht gebildeten Ladungsträger. Zur Erzeugung des pn-Übergangs wird der Wafer auf ca. 800 °C - 950 °C in einem Ofen in Anwesenheit einer Phosphorquelle erhitzt, meist ein Gasgemisch oder eine wässrige Lösung. Hierbei dringt Phosphor in die Siliziumoberfläche ein. Die mit Phosphor dotierte Schicht ist negativ leitend im Gegensatz zum positiv leitenden Wafer. Bei diesem Prozess entsteht an der Oberfläche ein Phosphorglas, das in den Folgeschritten durch eine Ätzung mit Flusssäure entfernt wird. In this process, a pn junction in the silicon is generated by the diffusion of phosphorus to a depth of about 0.5 μιη. The pn junction separates the carriers formed by light. To produce the pn junction, the wafer is heated to about 800 ° C - 950 ° C in an oven in the presence of a phosphorus source, usually a gas mixture or an aqueous solution. Here, phosphorus penetrates into the silicon surface. The phosphor-doped layer is negatively conductive, as opposed to the positively-conductive wafer. In this process, a phosphorous glass is formed on the surface, which is removed in the following steps by etching with hydrofluoric acid.
Anschließend wird auf die Silizium-Oberfläche eine rund 80 nm dicke Schicht, meist bestehend aus amorphem hydrogenisierten Siliziumnitrid (SiN:H), zur Reduzierung der Reflexion und zur Passivierung aufgebracht. Dann werden metallische Kontakte auf der Vorderseite (Silber) und Rückseite (Gold oder Silber) aufgebracht, wie dies beispielsweise in "Current and future metallization challenges and Solutions for crystalline cell manufacturing" von N.E. Posthuma, J. John, G. Beaucarne, E. Van Kerschaver, Photovoltaics International, Issue 3, 2009, S. 67ff beschrieben wird. Auf die Rückseite wird zur Herstellung eines so genannten BSF (Back Surface Field) beispielweise Aluminium aufgebracht. Im anschließenden Feuerungsschritt legieren die Metallpasten und bilden einen elektrischen Kontakt zum Silizium aus. Subsequently, an approximately 80 nm thick layer, mostly consisting of amorphous hydrogenated silicon nitride (SiN: H), is applied to the silicon surface to reduce the reflection and to passivate. Then metallic contacts on the front (silver) and back (gold or Silver), as described, for example, in NEP Posthuma, J.John, G.Burucarne, E.Van Kerschaver, Photovoltaics International, Issue 3, 2009, pp. 67ff, in "Current and Future Metallization and Solutions for Crystalline Cell Manufacturing" becomes. For example, aluminum is applied to the rear side to produce a so-called BSF (Back Surface Field). In the subsequent firing step, the metal pastes alloy and form an electrical contact with the silicon.
Auf die Siliziumwafer werden beispielsweise mittels eines Siebdruckverfahrens die Leiterbahnen, die auch als Kontaktfinger bezeichnet werden, aus Silber aufgebracht. Die Kontaktfinger kontaktieren den Emitter. The printed conductors, which are also referred to as contact fingers, are applied from silver to the silicon wafers, for example by means of a screen printing process. The contact fingers contact the emitter.
Typische derzeit in der Industrie verwendete Emitter zeichnen sich durch einen Flächenwiderstand von 40 bis 60 Ohm/sq aus. Der Wirkungsgrad dieser kristallinen Siliziumsolarzellen kann durch die Verwendung von schwächer dotierten, so genannten hochohmigen Emittern deutlich verbessert werden. Typical emitters currently used in the industry are characterized by a sheet resistance of 40 to 60 ohms / sq. The efficiency of these crystalline silicon solar cells can be significantly improved by the use of weakly doped, so-called high-impedance emitters.
Der Wirkungsgrad der Solarzellen wird jedoch auch von dem Übergangswiderstand oder Kontaktwiderstand zwischen den Leiterbahnen und der Emitterschicht beeinfiusst. Hierbei spielt auch das für die Leiterbahnen verwendete Material eine wichtige Rolle. Die Kontaktwiderstände liegen bei den derzeit verfügbaren, für die Herstellung der Leiterbahnen verwendeten Silberpasten bei Emitterschichten mit einem Flächenwiderstand von 70 Ohm/sq noch in einem akzeptablen Bereich. Es hat sich jedoch gezeigt, dass hochohmige Emitter mit einem Flächenwiderstand von beispielsweise 80 Ohm/sq in Kombination mit diesen Silberpasten zu einem sehr hohen Kontaktwiderstand führen, der bei > 5 mOhm · cm2 liegt, wodurch der Wirkungsgrad der Solarzellen erheblich beeinträchtigt wird. Dies führt u. a. zu Serienwiderstandsverlusten, was letztendlich Einbußen beim Wirkungsgrad für die Solarzelle zur Folge hat. Es wurde daher versucht, die Solarzellen mit einem so genannten selektiven oder partiellen Emitter auszustatten. Hierunter werden Emitter verstanden, die abwechselnd niederohmige und hochohmige Bereiche aufweisen, wobei die niederohmigen Bereiche von der Silberpaste kontaktiert werden. Hierbei muss gewährleistet werden, dass die vorher definierten schwächer dotierten Bereiche bei der Herstellung der Leiterbahnen, d. h. insbesondere z. B. beim Siebdruck der Kontaktfinger, exakt getroffen werden. Nachteilig bei diesem Verfahren sind ein erhöhter Investitionsbedarf für die Prozessanlagen und eine größere Prozesskomplexität sowie ein möglicher erhöhter Fertigungsausschuss durch Justierungsfehler während der Metallisierung. However, the efficiency of the solar cells is also affected by the contact resistance or contact resistance between the interconnects and the emitter layer. Here also the material used for the tracks plays an important role. The contact resistances are still within an acceptable range for the currently available silver pastes used for the production of the printed conductors in the case of emitter layers with a surface resistance of 70 ohms / sq. However, it has been shown that high-resistance emitters with a sheet resistance of, for example, 80 ohms / sq in combination with these silver pastes result in a very high contact resistance, which is> 5 mOhm.cm 2 , which significantly affects the efficiency of the solar cells. This leads, inter alia, to series resistance losses, which ultimately results in losses in the efficiency of the solar cell. It was therefore attempted to equip the solar cells with a so-called selective or partial emitter. These are understood to mean emitters which alternately have low-resistance and high-resistance regions, the low-resistance regions being contacted by the silver paste. In this case, it must be ensured that the previously defined weakly doped regions in the production of the printed conductors, ie in particular z. B. in the screen printing of the contact fingers are exactly met. A disadvantage of this method is an increased investment requirement for the process equipment and a greater process complexity and a possible increased production scrap by adjustment errors during metallization.
Die derzeit verwendeten Vorderseitenpasten beinhalten im Allgemeinen eine bleihaltige Glaskomponente, Es gibt Bestrebungen, Blei aus der Paste zu eliminieren, um der Richtlinie 2002/95/EG (RoHS), die für elektronische Bauteile gilt, zu entsprechen. Bislang kann mit bleifreien Silber-Pasten jedoch häufig noch nicht der gleiche Wirkungsgrad erzielt werden, wie mit bleihaltigen Pasten. Das gilt insbesondere für hochohmige Emitter, die mit bleihaltigen Pasten besser zu kontaktieren sind, als mit bleifreien Pasten. Daher finden bleifreie Vorderseitenp asten derzeit kaum Anwendung in der Solarzellenproduktion. The currently used front side pastes generally include a leaded glass component. There is an effort to eliminate lead from the paste in order to comply with Directive 2002/95 / EC (RoHS), which applies to electronic components. However, lead-free silver pastes often fail to achieve the same level of efficiency as lead-containing pastes. This is especially true for high-resistance emitters, which are better to contact with lead-containing pastes, as with lead-free pastes. Therefore, lead-free front side brushes currently find little use in solar cell production.
Ein weiteres Problem kann bei der Solarzellenfertigung dadurch entstehen, dass durch nicht optimal eingestellte Einbrennöfen (Sinteröfen) die Silberpaste einen erhöhten Kontaktwiderstand ausbildet, der ebenfalls zu schlechteren Wirkungsgraden der Solarzelle führt. Another problem that may arise in solar cell production is that the baking paste (sintering furnaces) which is not set optimally, the silver paste forms an increased contact resistance, which also leads to poorer efficiencies of the solar cell.
Es ist daher Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren bereitzustellen, mit dem Solarzellen hergestellt werden können, die einen verbesserten Wirkungsgrad aufweisen. Diese Aufgabe wird mit einem Verfahren zur Herstellung von Solarzellen gelöst, das wenigstens folgende Verfahrensschritte aufweist: a) Herstellen eines Wafers aus einem Halbleitermaterial mit einer Emitterschicht auf einer Seite des Wafers, b) Aufbringen einer metallischen Beschichtung auf mindestens einer Seite des Wafers, c) Aufbringen von Leiterbahnen auf einer Seite des Wafers, d) Wärmebehandlung des Wafers, e) vollständiges Eintauchen des Wafers in eine reaktive Flüssigkeit, f) Belassen des Wafers in der reaktiven Flüssigkeit über eine vorgegebene Zeitspanne, und g) Entnahme des Wafers aus der reaktiven Flüssigkeit. It is therefore an object of the invention to provide a method by which solar cells can be produced which have an improved efficiency. This object is achieved by a method for the production of solar cells which has at least the following method steps: a) producing a wafer made of a semiconductor material with an emitter layer on one side of the wafer, b) applying a metallic coating on at least one side of the wafer, c) D) heat-treating the wafer, e) fully immersing the wafer in a reactive liquid, f) leaving the wafer in the reactive liquid for a predetermined period of time, and g) removing the wafer from the reactive liquid ,
Es hat sich überraschend gezeigt, dass durch die Behandlung des Wafers in einer reaktiven Flüssigkeit der Kontaktwiderstand zwischen der Emitterschicht, insbesondere einer hochohmigen Emitterschicht, und der Leiterbahn deutlich gesenkt werden konnte, wodurch sich der Wirkungsgrad der Solarzelle verbessert hat. It has surprisingly been found that by treating the wafer in a reactive liquid, the contact resistance between the emitter layer, in particular a high-resistance emitter layer, and the conductor track could be significantly reduced, as a result of which the efficiency of the solar cell has improved.
Dies ist wahrscheinlich darauf zurückzuführen, dass die Anbindung der Metallbestandteile, insbesondere des Silbers, in dem Leiterbahnmaterial, insbesondere der Paste, an die Oberfläche des Emitters durch die Behandlung mit der reaktiven Flüssigkeit verbessert wird. Vorzugsweise wird in Verfahrensschritt a) ein hochohmiger Emitter, insbesondere ein Emitter mit einem Flächenwiderstand von vorzugsweise 80 bis 120 Ohm/sq hergestellt. This is probably due to the fact that the attachment of the metal components, in particular of the silver, in the conductor material, in particular the paste, to the surface of the emitter is improved by the treatment with the reactive liquid. Preferably, in method step a), a high-resistance emitter, in particular an emitter with a sheet resistance of preferably 80 to 120 ohms / sq, is produced.
Vorzugsweise wird im Verfahrensschritt a) ein Emitter mit einer Phosphorkonzentration von < 5 » 1020 cm"3 hergestellt. Derartige Emitterschichten können durch ein Verfahren erzeugt werden, wie es beispielsweise in der "Methods of emitter formation for crystalline Silicon solar cells", Jan Bultman, llkay Cesar, Bart Geerligs, Yuji Komatsu & Wim Sinke, ECN Solar Energy, Petten, The Netherlands, Photovoltaics International, Issue 8, 2010, S. 69 ff beschrieben wird. Preferably, in step a), an emitter is produced having a phosphorus concentration of ≦ 10 20 cm -3 Such emitter layers can be produced by a method as described, for example, in Methods of Emitter Formation for Crystalline Silicon Solar Cells, Jan Bultman llkay Cesar, Bart Geerligs, Yuji Komatsu & Wim Sinke, ECN Solar Energy, Petten, The Netherlands, Photovoltaics International, Issue 8, 2010, pp. 69 ff.
Vorzugsweise wird im Verfahrensschritt b) auf der zweiten Seite des Wafers eine Beschichtung aus Aluminium oder aus einer Aluminium aufweisenden Legierung und/oder aus Silber oder aus einer Silber aufweisenden Legierung aufgebracht. Die unterschiedlichen Metalle können aufeinander oder in der Fläche auch nebeneinander aufgebracht werden. Als reaktive Flüssigkeit wird vorzugsweise eine saure oder basische Flüssigkeit verwendet. Die Temperatur der Flüssigkeit liegt vorzugweise im Bereich von 20° C - 80° C. Die vorgegebene Zeitspanne, d. h. die Eintauchzeit, umfasst vorzugsweise einen Bereich von 5 sec bis 10 h, je nach gewählter Flüssigkeit. Vorzugsweise werden als saure Flüssigkeiten Flusssäure, Essigsäure oder Methansulfonsäure verwendet. Preferably, in method step b), a coating of aluminum or of an aluminum-containing alloy and / or of silver or of a silver-comprising alloy is applied to the second side of the wafer. The different metals can also be applied to each other or to each other side by side. As the reactive liquid, an acidic or basic liquid is preferably used. The temperature of the liquid is preferably in the range of 20 ° C - 80 ° C. The predetermined period of time, d. H. the immersion time, preferably comprises a range of 5 seconds to 10 hours, depending on the selected liquid. Hydrofluoric acid, acetic acid or methanesulfonic acid are preferably used as acidic liquids.
Bei der Wärmebehandlung gemäß Verfahrensschritt d) erfolgt vorzugsweise eine Sinterbehandlung des Leitermaterials. Da insbesondere die dafür verwendete Silberpaste Si- und Metalioxide enthält, bildet sich eine Verglasung heraus, die im Bereich der Kontaktfläche zum Emitter zu einer Isolierung führt. Möglicherweise wird diese Verglasung und damit die Isolierung unter Einwirkung der Säure durch Eindringen in die in der Regel poröse Paste aufgebrochen. Die vorgegebene Zeitspanne liegt bei der Verwendung von sauren Flüssigkeiten vorzugsweise bei mindestens 5 sec. Bei der Verwendung einer Flusssäure mit einer Konzentration von 2 % bei 20° C liegt die Eintauchzeit vorzugsweise bei 5 bis 20 sec, insbesondere bei 10 sec. Bei einer 0,05 molaren Essigsäure, ebenfalls bei 20° C, liegt die erforderliche Zeitspanne bei mindestens 2 h, insbesondere bei 7 h. In the heat treatment according to method step d), preferably a sintering treatment of the conductor material takes place. Since in particular the silver paste used for this contains silicon and metal oxides, a glazing forms out, which leads to insulation in the region of the contact surface to the emitter. It is possible that this glazing and thus the insulation is broken by the action of acid by penetrating into the usually porous paste. When using acidic liquids, the predetermined period of time is preferably at least 5 seconds. When using a hydrofluoric acid having a concentration of 2% at 20 ° C., the immersion time is preferably 5 to 20 seconds, in particular 10 seconds. 05 molar acetic acid, also at 20 ° C, the required time is at least 2 h, especially at 7 h.
Neben den sauren Flüssigkeiten zeigt auch die Behandlung mit basischen Flüssigkeiten, insbesondere auch Elektrolytflüssigkeiten, eine deutliche Reduktion des Kontaktwiderstandes bzw. Verbesserung des Solarzellenwirkungskreises. In addition to the acidic liquids, the treatment with basic liquids, in particular also electrolyte liquids, shows a clear reduction of the contact resistance or improvement of the solar cell effective circuit.
Es ist bevorzugt, eine Silber enthaltende Elektrolytflüssigkeit zu verwenden. Weitere bevorzugte Elektrolytflüssigkeiten sind cyanidfreie Elektrolytflüssigkeiten, cyanidfreie Silberelektrolytflüssigkeiten, silberfreie Elektrolytflüssigkeiten, methansulfonathaltige cyanidfreie und/oder silberfreie Elektrolytflüssigkeiten und cyanidfreie, auf Silbermethansulfonat basierende Elektrolytflüssigkeiten . It is preferable to use a silver-containing electrolyte liquid. Further preferred electrolyte fluids are cyanide-free electrolyte fluids, cyanide-free silver electrolyte fluids, silver-free electrolyte fluids, methanesulfonate-containing cyanide-free and / or silver-free electrolyte fluids, and cyanide-free silver methanesulfonate-based electrolyte fluids.
Vorzugsweise beträgt die Temperatur der Elektrolytflüssigkeit 40° C und die Eintauchzeit 6 bis 10 min, insbesondere 7 min. Der pH-Wert liegt vorzugsweise bei 10. The temperature of the electrolyte liquid is preferably 40 ° C. and the immersion time is 6 to 10 minutes, in particular 7 minutes. The pH is preferably 10.
Die Elektrolytflüssigkeit kann auch nur Methansulfonat (ohne Silber) enthalten. Bei dieser Ausführungsform beträgt die Temperatur 40° C, die Eintauchzeit 10 min und der pH-Wert 10. Die Silber aufweisende Elektrolytflüssigkeit wird insbesondere dann mit Vorteil verwendet, wenn die Beschichtung auf einer Seite des Wafers aus Aluminium besteht oder Aluminium aufweist. Das Silber hat ein Potential von + 0,7991 Volt, das Aluminium auf derThe electrolyte liquid may also contain only methanesulfonate (without silver). In this embodiment, the temperature is 40 ° C, the immersion time is 10 minutes and the pH is 10. The silver-containing electrolyte liquid is used particularly advantageously if the coating on one side of the wafer consists of aluminum or has aluminum. The silver has a potential of + 0.7991 volts, the aluminum on the
Solarzellenrückseite hat ein Potential von -1 ,676 Volt gegenüber derSolar cell back has a potential of -1, 676 volts over the
Normalwasserstoffelektrode. Daher scheidet sich das Silber stromlos auf der Solarzellenrückseite ab, wobei gleichzeitig Aluminium in Lösung geht. Diese Reaktion wird stark vom pH-Wert des Elektrolyten gesteuert. Bei pH- Werten unter 9,5 findet praktisch kein Ladungsaustausch zwischen Silber und Aluminium statt. Es ist daher bevorzugt, den pH-Wert des Elektrolyten auf werte > 9,5 einzustellen. Die chemische Reaktion läuft wie folgt ab: Normal hydrogen electrode. Therefore, the silver deposits electrolessly on the back of the solar cell, at the same time aluminum goes into solution. This reaction is strongly controlled by the pH of the electrolyte. At pH values below 9.5, there is virtually no charge exchange between silver and aluminum. It is therefore preferred to adjust the pH of the electrolyte to values> 9.5. The chemical reaction is as follows:
3 Ag+ + AI -> 3 Ag + Al3+ 3 Ag + + Al -> 3 Ag + Al 3+
Die Solarzelle wird beim Eintauchen und dem Belassen in der reaktiven Flüssigkeit mit oder ohne Außenstrom behandelt. Das Eintauchen und Belassen des Wafers kann mit kathodisch geschalteter Solarzellenrückseite durchgeführt werden. The solar cell is treated with immersion and leaving in the reactive liquid with or without external flow. The immersion and leaving of the wafer can be carried out with cathodically connected solar cell back.
Die Behandlung mit der reaktiven Flüssigkeit kann mit Lichteinstrahlung oder im Dunkeln stattfinden. Wird die Behandlung unter Lichtbestrahlung der Solarzelle und bzw. oder mit einer angelegten Spannung, wobei die Solarzellenrückseite kathodisch geschaltet wird, durchgeführt, findet ebenfalls die oben beschriebene Verringerung des Kontaktwiderstandes statt. Zusätzlich scheidet sich, wie aus der Literatur bekannt, Silber auf den Silberkontakten ab (L. F. Durkee, "Method of plating by means of light" in US Patent No. 4 144 139 Solarex Corporation, Rockville, Md., USA, 1 979). The treatment with the reactive liquid can take place with light irradiation or in the dark. When the treatment is performed under light irradiation of the solar cell and / or with an applied voltage with the solar cell back side being cathodically switched, the above-described reduction of the contact resistance also takes place. In addition, as known from the literature, silver is deposited on the silver contacts (LF Durkee, "Method of plating by means of light "in U.S. Patent No. 4,144,139 Solarex Corporation, Rockville, Md., U.S.A., 1,979).
Es hat sich gezeigt, dass der Kontaktwiderstand auf der ersten Seite der Solarzelle zwischen den Kontaktfingern und der Waferoberfläche deutlich minimiert wird, was zu einer deutlichen Wirkungsgradverbesserung der Solarzelle führt. It has been shown that the contact resistance on the first side of the solar cell between the contact fingers and the wafer surface is significantly minimized, resulting in a significant improvement in the efficiency of the solar cell.
Vorzugsweise werden die Leiterbahnen aus einer Silber enthaltenden Paste hergestellt. Besonders bevorzugt wird für die Leiterbahnen ein bleifreies Material, insbesondere eine bleifreie Silberpaste, verwendet. Es hat sich gezeigt, dass gerade bei der Verwendung von bleifreien Pasten durch die erfindungsgemäße Behandlung in einer reaktiven Flüssigkeit der Wirkungsgrad der Solarzelle deutlich gesteigert werden konnte. Preferably, the tracks are made of a silver-containing paste. Particularly preferred for the conductor tracks, a lead-free material, in particular a lead-free silver paste used. It has been shown that it was possible to significantly increase the efficiency of the solar cell, especially when using lead-free pastes by the treatment according to the invention in a reactive liquid.
Es ist weiterhin von Vorteil, wenn vor dem Verfahrensschritt c) eine Antireflexschicht auf die erste Seite des Wafers aufgebracht wird. Die im Verfahrensschritt d) vorgesehene Wärmebehandlung ist vorzugsweise eine Sinterbehandlung des Leiterbahnmaterials. It is furthermore advantageous if, prior to method step c), an antireflection coating is applied to the first side of the wafer. The heat treatment provided in method step d) is preferably a sintering treatment of the conductor track material.
Der Wirkungsgrad wurde anhand von Solarzellen vor der Behandlung mit einer reaktiven Flüssigkeit und für Solarzellen nach der erfindungsgemäßen Behandlung bestimmt. Es hat sich gezeigt, dass der Wirkungsgrad zwischen 1 und 2 % absolut zugenommen hat. Sämtliche Solarzellen haben einen Emitter mit einem Flächenwiderstand von 90 - 1 00 Ohm/sq. The efficiency was determined on the basis of solar cells before treatment with a reactive liquid and for solar cells after the treatment according to the invention. It has been shown that the efficiency has increased between 1 and 2% absolute. All solar cells have an emitter with a sheet resistance of 90 - 100 ohms / sq.
Ferner wurde der Serienwiderstand an diesen Zellen gemessen. Es hat sich gezeigt, dass dieser zwischen 50 und 75 % abgenommen hat, was auf die Verringerung des Kontaktwiderstandes auf der Vorderseite der Solarzelle zurückzuführen ist. Further, the series resistance was measured on these cells. It has been shown that this has decreased between 50 and 75%, which is due to the reduction of the contact resistance on the front of the solar cell.

Claims

Patentansprüche claims
1. Verfahren zur Herstellung von Solarzellen mit wenigstens folgenden Verfahrensschritten: a) Herstellen eines Wafers aus einem Halbleitermaterial mit einer Emitterschicht auf einer Seite des Wafers, b) Aufbringen einer metallischen Beschichtung auf mindestens einer Seite des Wafers, c) Aufbringen von Leiterbahnen auf einer Seite des Wafers, d) Wärmebehandlung des Wafers, e) vollständiges Eintauchen des Wafers in eine reaktive Flüssigkeit, f) Belassen des Wafers in der reaktive Flüssigkeit über eine vorgegebene Zeitspanne, und g) Entnahme des Wafers aus der reaktiven Flüssigkeit. 1. A process for producing solar cells with at least the following process steps: a) producing a wafer made of a semiconductor material with an emitter layer on one side of the wafer, b) applying a metallic coating on at least one side of the wafer, c) applying conductor tracks on one side d) heat treatment of the wafer, e) complete immersion of the wafer in a reactive liquid, f) leaving the wafer in the reactive liquid for a predetermined period of time, and g) removing the wafer from the reactive liquid.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , bei dem im Verfahrensschritt a) ein Emitter mit einem Flächenwiderstand von 80 bis 120 Ohm/sq hergestellt wird. 2. The method of claim 1, wherein in step a) an emitter is produced with a sheet resistance of 80 to 120 ohms / sq.
3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, bei dem im Verfahrensschritt b) eine Beschichtung aus Aluminium oder einer Aluminium enthaltenden Legierung und/oder aus Silber oder einer Silber enthaltenden Legierung auf der zweiten Seite des Wafers aufgebracht wird. 3. The method according to any one of claims 1 or 2, wherein in step b) a coating of aluminum or an aluminum-containing alloy and / or silver or a silver-containing alloy on the second side of the wafer is applied.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei dem als reaktive Flüssigkeit eine saure oder eine basische Flüssigkeit verwendet wird. 4. The method according to any one of claims 1 to 3, wherein as the reactive liquid, an acidic or a basic liquid is used.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei dem als reaktive Flüssigkeit eine Silber enthaltende Elektrolytflüssigkeit verwendet wird. 5. The method according to any one of claims 1 to 4, wherein the reactive liquid used is a silver-containing electrolyte liquid.
6. Verfahren nach Anspruch 5, bei dem als reaktive Flüssigkeit eine cyanidfreie Elektrolytflüssigkeit verwendet wird. 6. The method of claim 5, wherein a cyanide-free electrolyte liquid is used as the reactive liquid.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, bei dem die Temperatur der reaktiven Flüssigkeit zwischen 20° C und 80° C liegt. 7. The method according to any one of claims 1 to 6, wherein the temperature of the reactive liquid is between 20 ° C and 80 ° C.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, bei dem die vorgegebene Zeitspanne 5 sec bis 10 h beträgt. 8. The method according to any one of claims 1 to 7, wherein the predetermined period of time is 5 seconds to 10 hours.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, bei dem Leiterbahnen aus einer Silber enthaltenden Paste aufgebracht werden. 9. The method according to any one of claims 1 to 8, wherein the conductor tracks are applied from a silver-containing paste.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, bei dem Leiterbahnen aus einer bleifreien Paste aufgebracht werden. 10. The method according to any one of claims 1 to 9, wherein the conductor tracks are applied from a lead-free paste.
11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, bei dem in den Verfahrensschritten e) und f) das Eintauchen und das Belassen des Wafers außenstromlos durchgeführt wird. 11. The method according to any one of claims 1 to 10, wherein in the process steps e) and f) the immersion and the leaving of the wafer is carried out without external power.
12. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11 , bei dem in den Verfahrensschritten e) und f) das Eintauchen und das Belassen des Wafers unter Lichteinstrahlung durchgeführt wird. 12. The method according to any one of claims 1 to 11, wherein in the process steps e) and f) the immersion and the leaving of the wafer is carried out under light irradiation.
13. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12, bei dem in den Verfahrensschritten e) und f) das Eintauchen und das Belassen des Wafers mit kathodisch geschalteter Solarzellenrückseite durchgeführt wird. 13. The method according to any one of claims 1 to 12, wherein in the process steps e) and f), the dipping and leaving the wafer is performed with cathodically connected solar cell back.
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