Siliziumwafer für die Solarzellenherstellung sind flächig ausgebildet und weisen eine Vorderseite sowie eine gegenüberliegende Rückseite auf. Die Vorder- und die Rückseite sind durch die Seitenkanten des Wafers voneinander getrennt. Als Vorderseite wird im Sinne dieser Patentanmeldung die beim späteren Einsatz dem Sonnenlicht zugewandte Seite bezeichnet.

Ein Standardprozess der Solarzellenherstellung sieht vor, dass ein Siliziumwafer auf der Vorderseite stark n ⁺ -dotiert wird. Zwischen diesem n ⁺ -dotierten Bereich und dem p- vordotierten Siliziumkörper des Wafers bildet sich ein Halbleiterübergang mit einer Grenzschicht heraus. Das einfallende Licht regt bei hinreichender Energie Elektronen aus dem Siliziumkörper soweit an, dass sie die Grenzschicht durchdringen und sich in der Nähe der Vorderseitenoberfläche sammeln.

Zum Schutz der Oberfläche und zur Erleichterung des Lichteintritts wird auf den Wafer auf der dem Sonnenlicht zugewandten Seite (Vorderseite) über der Siliziumschicht eine Antireflexions- und Passivierungsschicht aufgebracht. Im Anschluss werden auf Vorderseite und Rückseite der Solarzelle Kontakte aufgebracht, die im späteren Betrieb die erzeugten Ladungsträger aufnehmen können. Auf der Vorderseite des Wafers muss dazu die Antireflexions- und Passivierungsschicht an den Stellen der Kontaktierungen entfernt oder durchdrungen werden. Üblicherweise geschieht dies in einem Prozess, bei dem eine Paste, die in einem Trägermaterial ein Ätzmittel sowie feine Metallpartikel (bspw. Silberpartikel) enthält, auf die vorgesehenen Kontaktstellen aufgedruckt wird. Anschließend werden entweder der gesamte Wafer in einem Ofen oder die Kontaktstellen lokal per Laserstrahl erhitzt, woraufhin das Ätzmaterial die Antireflexions- und Passivierungsschicht durchdringt und das Trägermaterial der Paste verdampft. Die Metallpartikel backen zusammen und bilden die Kontaktstruktur. Die Kontaktstruktur ist bevorzugt i n Form von„Fingern" - kammartigen Strukturen, die die Ladungsträger zu einer Sammelleitung führen - ausgebildet, über die diese mittels der Vorderseitenverbinder abgeführt werden. Prinzipiell ist ein ähnliches Verfahren zur Kontaktstrukturausbildung auch für die Rückseite des Wafers möglich. Di ese kan n jedoch mit einfachen Metallisierungsverfahren (Aufdampfen, Siebdrucken) mit einer den überwiegenden Teil der Fläche der Rückseite bedeckenden Metallschicht versehen werden.

Als Material für die Metallisierung der Rückseite kommt bevorzugt Aluminium zum Einsatz. U m ei ne l ötbare Oberfläche zu erhalten werden vorteilhaft zusätzliche Flächen (Rückseitenkontakte) z. B. mit Silber bedruckt. An die Rückseitenkontakte werden nunmehr die Rückseitenverbinder angeschlossen. Abschließend werden die Wafer über die Verbinder der Vorderseitenkontakte und der Rückseitenkontakte verbunden (z. B. durch Löten oder Kleben mit einem leitfähigen Kleber) und in die Solarzellenmodule eingebaut. Nunmehr werden die Vorder- und die Rückseite der Wafer eines Solarmoduls mit Laminierfolie beschichtet, die die Oberflächen der Wafer schützt.

Der Aufbau der Vorderseitenkontakte mit dem beschriebenen Pastendruckverfahren ist aufwendig. Insbesondere der Erhitzungsprozess mit dem Durchätzen der Antireflexions- und Passivierungsschicht ist sehr sensibel gegenüber Parameterschwankungen. Als Alternative wü rd e e i n Prozess i n F rage kom m e n , d er e i n ga lva n i sches A ufwach sen de r Kontaktstrukturen beinhaltet. Als einfachste Vorgehensweise bietet sich hier an, den gesamten Wafer in ein galvanisches Bad einzutauchen und die Kontaktstrukturen auf der Vorderseite aufwachsen zu lassen. Da jedoch zum Zeitpunkt, an dem die Erzeugung der Kontaktstrukturen ausgeführt wird, die Rückseitenmetallisierung bereits erfolgt ist, verursacht dies eine Reihe von Problemen:

- es kommt im galvanischen Bad zu Nebenreaktionen mit der Aluminium- Rückseitenmetallisierung,

- die Rückseitenmetallisierung wird durch die Reinigungsprozesse, die in Verbindung mit der Galvanisierung auszuführen sind, angegriffen

- die Aluminiumschicht der Rückseitenmetallisierung ist porös und saugt sich während der Galvanisierung mit Elektrolyt voll, so dass komplizierte Reinigungs- und Trocknungsprozesse notwendig werden

- es kommt zu unerwünschten Abscheidungen des Kontaktstrukturmaterials auf der Rückseitenmetallisierung

- da die Rückseitenmetall isierung meist aus einem unedleren M etal l als die Kontaktstrukturen besteht, sind aufwendige Opferanodenkonstruktionen notwendig, um die Rückseitenmetallisierung vor einem Abtrag zu bewahren.

Diesem Problem wird im Stand der Technik insbesondere dadurch begegnet, dass nur die Vorderseite des Wafers dem Elektrolyt bei der Galvanisierung ausgesetzt wird. So wird in der DE 10 2007 020 449 A1 ein Verfahren beschrieben, bei dem die Wafer über der Oberfläche eines das Elektrolyt enthaltenden Behälters angeordnet sind. Der Elektrolyt strömt über den Rand des Behälters und benetzt dabei die Unterseite des Wafers. Konstruktionsbedingt kann der Flüssigkeitsspiegel nicht so hoch steigen, dass er die Oberseite des Wafers erreichen könnte. Nachteilig hierbei ist jedoch die aufwendige Justierung des Wafers über dem Behälter und der prinzipbedingte große Handlingaufwand, der durch die Einzelbehandlung jedes Wafers entsteht. Eine andere Lösung des Standes der Technik sieht vor, dass die Wafer in Rahmen gelagert werden, die über der Oberfläche eines galvanischen Bades bewegt werden, so dass die Oberfläche des Elektrolyten lediglich die U nterseite der Wafer benetzen kann. Eine entsprechende Anlage und die bei diesem Verfahren vorteilhaft eingesetzten Transportbehälter der Wafer sind in der DE 10 2005 039 100 A1 beschrieben. Dieses Verfahren ermöglicht einen erhöhten Durchsatz, da die zu behandelnden Wafer kontinuierlich durch die Anlage transportiert werden können. Die Justierung der Anlage stellt jedoch auch bei dieser Lösung sehr hohe Anforderungen. Zusätzlich kann die Abschattung der Wafer durch die Rahmen Probleme verursachen.

Z u r Ü b e rwi n d u n g d e r P ro b l e m e d e r vo rg e n a n nte n Lö s u n g e n wi rd in der DE 10 2008 030 725 A1 vorgeschlagen, den Wafer auf mindestens einer Seite zu beschichten und zu maskieren und dann entsprechend der Maskierung die Beschichtung abzutragen. An den abgetragenen Bereichen soll anschließend die galvanische Ausbildung der Kontaktstrukturen erfolgen. Am Ende des vorgeschlagenen Verfahrens wird die Maskierung entfernt. Diese Vorgehensweise ermöglicht die galvanische Ausbildung der Kontaktstrukturen und vermeidet die Probleme der Rückseitenmetallisierung. Nachteilig ist jedoch, dass die Maskierung nach dem Prozess wieder entfernt werden muss. Dies ist insbesondere notwendig, weil die Rückseitenverbinder noch nicht auf der Metallisierung der Rückseite angebracht sind.

Es stellt sich somit die Aufgabe, den Prozess der Solarzellenherstellung so zu gestalten, dass eine kostengünstige, unkomplizierte galvanische Erzeugung der Vorderseitenkontaktstrukturen möglich wird, ohne dass die Rückseitenmetallisierung angegriffen wird.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe mit dem in Anspruch 1 dargestellten Verfahren gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen des Verfahrens sind in den rückbezogenen Unteransprüchen angeführt.

Das Verfahren zur galvanischen Erzeugung von Kontaktstrukturen auf Wafern für die Solarzellenproduktion umfasst folgende Schritte: a. Bereitstellen von Wafern mit Rückseitenmetallisierung, Rückseitenkontakten und geöffneten Flächen für die Kontaktstrukturen in der Antireflexions- und Passivierungsschicht der Vorderseite, wobei die geöffnete Flächen wenigstens teilweise bis zur Siliziumoberfläche reichen. Vorteilhaft können die geöffneten Flächen zusätzlich eine, von der ungeöffneten Oberfläche abweichende, Dotierung erhalten. b. Aufbringen der Rückseitenverbinder auf die Rückseitenkontakte des Wafers c. Aufbringen einer Schutzschicht auf mindestens die Rückseite des Wafers d. komplettes Eintauchen der Wafer in ein galvanisches Bad und galvanisches Aufwachsen der Kontaktstrukturen auf der Vorderseite

e. Aufbringen der Vorderseitenverbinder

f. Weiterverarbeiten der Wafer durch Kontaktieren der Vorderseitenverbinder eines Wafers mit den Rückseitenverbindern des nächsten Wafers eines Panels

Dabei handelt es sich um die erfindungswesentlichen Verfahrensschritte. Dem Fachmann sind die notwendigen Zwischenschritte aus dem Stand der Technik bekannt. Hier handelt es sich insbesondere um Reinigungs- und Vorbereitungsschritte sowie zwischengeschaltete Messungen zur Qualitätssicherung und Charakterisierung der Wafer.

In einer bevorzugten Verfahrensweise folgt nach Schritt f. das Laminieren der Wafer.

Die Breite der Kontaktstrukturen ist bevorzugt geringer als 100 μηι und besonders bevorzugt im Bereich von 10 μηι bis 30 μηι.

Die Bereitstellung der Wafer erfolgt nach dem oben beschriebenen Standardverfahren oder mittels einer anderen, aus dem Stand der Technik bekannten Vorgehensweise.

Gegenüber der aus dem Stand der Technik bekannten Verfahrensweise werden bereits vor der Erzeugung der Vorderseitenkontakte ein oder mehrere Rückseitenverbinder auf der Rückseite des Wafers leitend befestigt. Dies erfolgt vorteilhaft durch (Laser-)Löten oder Kleben.

Nachfolgend wird eine Schutzschicht auf die Rückseite des Wafers aufgebracht. Dies erfolgt vorteilhaft durch Aufsprühen, Spin coating, Dip coating oder ein anderes Verfahren aus dem Stand der Technik. Diese Schutzschicht bedeckt vorteilhaft mindestens die gesamte Rückseite des Wafers und auch die Teile der Rückseitenverbinder, die nicht über die Seitenkanten des Wafers hinausragen. In einer bevorzugten Ausführungsform ist auch ein Abschnitt jenes Teils der Rückseitenverbinder, der über die Seitenkanten des Wafers hinausragt, mit einer Schutzschicht bedeckt. In diesem Fall ist jedoch der Teil der Rückseitenverbinder, der in einem späteren Prozessschritt mit dem Vorderseitenverbinder eines benachbarten Wafers verlötet werden soll, unbedeckt von der Schutzschicht.

Bevorzugt kommt als Schutzschicht ein organischer Schutzfilm, wie bspw. ein Lack, zum Einsatz. In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform kommt Laminierfolie, beispielsweise aus EVA (Ethylene Vinyl Acetate), als Schutzschicht zum Einsatz, die auf die Rückseite auflaminiert wird. Weitere bevorzugte Ausführungen beinhalten das Aufbringen einer anorganisch basierten Schutzschicht, bspw. auf Siliziumdioxidbasis. In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform werden auf der Rückseite vorstrukturierte Kontaktfolien aufgebracht.

Vorteilhaft reicht die Schutzschicht auf der Rückseite bis um die Rückseitenkanten des Wafers herum und bedeckt auch die Seitenflächen vollständig. In einer bevorzugten Ausführungsform bedeckt die Schutzschicht die Rückseite des Wafers und die Seitenflächen vollständig sowie einen geringen Teil der Vorderseite entlang der Vorderseitenkanten, in einem Bereich, in dem keine Kontaktstrukturen aufzubringen sind. Dieser Bereich verläuft bevorzugt mit einer Breite von ca. 1 mm entlang der Vorderseitenkanten. Die Schutzschicht verhindert zuverlässig den Kontakt des Elektrolyts mit der Rückseitenmetallisierung oder mit den Rückseitenkontakten. Wesentlich ist, dass die gewählte Schutzschicht stabil gegenüber dem Elektrolyt des galvanischen Bades ist und dieses zuverlässig von der Rückseitenmetallisierung fern hält. Es kommt so weder zu einem Vollsaugen der Aluminiumschicht der Rückseitenmetallisierung noch zu einer Fremdabscheidung oder einem Abtrag der Rückseitenmetallisierung während des galvanischen Prozesses.

Geeignet sind stromgestützte, stromlose und lichtunterstützte galvanische Verfahren nach dem Stand der Technik

Da nunmehr die Rückseite des Wafers und dessen Metallisierung geschützt ist, kann der gesamte Wafer in das galvanische Bad eingetaucht werden. Vorteilhaft wird der Wafer dabei an den bereits angebrachten Rückseitenkontakten gehalten. Auch die Spannungszuführung für den Abscheideprozess kann über die Rückseitenkontakte erfolgen. Die Abscheidung der Kontaktstrukturen erfolgt auf der Vorderseite des Wafers in den geöffneten Flächen. Das kann durch Aufbringen verschiedener Metalle (unter anderem Ni, Pd, Co, Ag, Au, Cu, Sn) allein oder auch in Teilschritten als Schichtstapel geschehen. Vorteilhaft sind diese geöffneten Flächen in einem vorhergehenden Prozessschritt mit einer, die Haftung und/oder die galvanische Abscheidung des Materials der Kontaktstrukturen auf dem Silizium verbessernden Behandlung versehen worden. Die Abscheidung der Kontaktstrukturen, insbesondere des Schichtstapels, erfolgt bevorzugt in mehreren galvanischen Teilschritten. Zur Verbesserung der Haftung der Kontaktstrukturen auf den geöffneten Flächen wird das Silizium der geöffneten Flächen aufgeraut. Dies erfolgt bevorzugt in einem gesonderten Ätzschritt. Die Haftung der Kontaktstrukturen wird weiterhin bevorzugt durch vorheriges Abscheiden einer Haftvermittlungsschicht in den geöffneten Flächen unterstützt. In einer bevorzugten Ausführungsform werden die Vorderseitenverbinder galvanisch an die Kontaktstru ktu ren„anwachsen" gelassen , i ndem an der Verbi nd u ngs l i n i e von Vorderseitenverbindern und Kontaktstrukturen leitendes Material abgeschieden wird.

Nachdem die Kontaktstrukturen die angestrebten Abmessungen erreicht haben, werden nach dem Stand der Technik die Vorderseitenverbinder aufgebracht und die Wafer mit den Kontaktstrukturen und den Vorderseitenverbindern vermessen bzw. klassifiziert.

Zur Verbesserung des Kontaktes zwischen Kontaktstruktur und Silizium der Solarzelle wird in einer bevorzugten Ausführungsform ein Temperaturbehandlungsschritt (Sintern) ausgeführt. Die Sintertemperatur ist von den eingesetzten Stoffen in der Kontaktstruktur abhängig. Eine typische Temperatur liegt in der Größenordnung von etwa 350°C. Bei Verwendung einer temperaturbeständigen Schutzschicht (bspw. Schutzschicht auf Siliziumdioxidbasis) können die Wafer gesintert werden, ohne die Schutzschicht zu entfernen. Wenn die Schutzschicht nicht temperaturbeständig ist, muss sie vor der optionalen Temperaturbehandlung entfernt werden.

In einer bevorzugten Ausführungsform wird die Schutzschicht auch entfernt, wenn kein Temperaturbehandlungsschritt durchgeführt wird.

Die einzelnen Wafer werden nunmehr zu den Panels zusammengestellt. Dabei werden Rückseitenverbinder eines Wafers mit den Vorderseitenverbindern des folgenden Wafers leitend verbunden. Dies erfolgt vorteilhaft durch Löten. Die Spannung wird im Betrieb von dem Vorderseitenverbinder des ersten Wafers und dem Rückseitenverbinder des letzten Wafers (bzw. umgekehrt) einer solchen Reihe verbundener Wafer abgenommen.

Nunmehr werden die Wafer mit Laminierfolie versehen. Wenn die Rückseite mit einer Laminierfolie als Schutzschicht (Schrittlc) versehen wurde, muss lediglich die Vorderseite laminiert werden. Sollte eine andere Art der Schutzschicht eingesetzt worden sein, so kann diese auf der Waferrückseite verbleiben. Vorteilhaft wird dann auf dieser Schutzschicht laminiert.

Die offenbarte Vorgehensweise erlaubt es nunmehr, den kostengünstigen und gegenüber Schwankungen von Prozessparametern weniger anfälligen Schritt des galvanischen Aufbringens von Kontaktstrukturen auf der Wafervorderseite effizient zu nutzen. Da der Rückseitenkontakt bereits vor dem Schritt der Erzeugung der Kontaktstrukturen ausgeführt wird, muss die Schutzschicht der Rückseite nicht wieder entfernt werden. In einer besonders vorteilhaften Ausführungsform wird durch die Verwendung von Laminierfolie als Schutzschicht auch der Schritt der späteren Rückseitenlaminierung eingespart. Das Verfahren ist für die Fertigung der bekannten vorder- und rückseitenkontaktierten Zellen, aber auch für HJT- EWT- und MWT-Zellen geeignet.

Figuren

Die Figuren zeigen eine Ausführungsform der Erfindung, ohne sie auf die dargestellte Form zu beschränken.

Fig. 1 zeigt einen Wafer (1) im Schnitt mit der Vorderseite (1a) und der Rückseite (1 b). Der Wafer weist Seitenflächen (1c) auf. Die Seitenflächen (1 c) grenzen an den Vorderseitenkanten (1 aa) an die Vorderseite (1 a) und an den Rückseitenkanten (1 bb) an die Rückseite (1 b). Auf der Rückseite (1 b) des Wafers ist der Rückseitenkontakt (3) angeordnet. Die Rückseite (1 b) ist mit der Schutzschicht (2) bedeckt, die hier als Laminierfolie ausgeführt ist.

Fig. 2 zeigt einen Wafer (1) im Schnitt. Die Schutzschicht 2 bedeckt die Rückseite (1 b) des Wafers. Die Seitenflächen (1 c) des Wafers sind ebenfalls mit der Schutzschicht (2a) bedeckt, die bis auf die Vorderseite (1 a) reicht. Auf der Vorderseite (1 a) bedeckt die Schutzschicht (2b) jedoch nur einen schmalen Bereich entlang der Kanten und überdeckt weder die geöffneten Flächen (nicht dargestellt) noch reicht sie in den Bereich hinein, in dem die geöffneten Flächen ausgebildet sind.

Fig. 3 zeigt im Schnitt die Verbindung zweier Wafer nach dem Abschluss des galvanischen Prozessschritts und dem Aufbringen der Vorderseitenkontakte. Der Rückseitenkontakt (3) des ersten Wafers ist über die Lötverbindung (5) mit dem Vorderseitenverbinder (4) des zweiten Wafers leitend verbunden . Da die Laminierfolie (2) nach dem galvanischen Prozessschritt nicht von der Rückseite entfernt werden musste, ist hier nunmehr nur noch die Laminierung der Vorderseite notwendig.

Fig. 4 zeigt die Rückseite eines Wafers (1), der sich in einem galvanischen Bad (6) befindet. Der Wafer (1) ist soweit eingetaucht, wie die Rückseitenkontakte (3) mit Laminierfolie (2) bedeckt sind (hier bis zur Kante des Wafers (1)). So wird verhindert, dass die Rückseitenkontakte (3) beim Galvanisieren mit dem Galvanisierbad (6) in Kontakt kommen und beeinträchtigt werden.

Fig. 5 zeigt die Galvanisierung im Schnitt durch den Wafer (1), der senkrecht zur Waferfläche verläuft. Zwischen dem Wafer ( 1 ) und der Anode (7) wi rd mittels der Spannungsquelle (9) eine Spannung angelegt. Die Einleitung der Spannung in den Wafer erfolgt mittels der bereits angebrachten Rückseitenkontakte (3). Das abzuscheidende Material wird in den geöffneten Flächen auf der Vorderseite des Wafers (1) abgeschieden. Die Rückseite des Wafers (1) ist durch die Laminierfolie (2) gegen das galvanische Bad geschützt. Der Prozess der galvanischen Abscheidung wird mittels Bestrahlung durch die Lichtquellen (8) unterstützt. Fig. 6 zeigt das Flussdiagramm der wesentlichsten Schritte des Verfahrens. Die gestrichelte Verbindung zum Schritt des Laminierens des Panels soll auf den optionalen Charakter dieses Schrittes hinweisen.

Bezugszeichenliste

1 Wafer

1 a Vorderseite des Wafers

1 aa Vorderseitenkante des Wafers

1 b Rückseite des Wafers

1 bb Rückseitenkante des Wafers

1 c Seitenfläche des Wafers

2 Laminierfolie

2a Laminierfolie an den Seitenflächen des Wafers

2b Laminierfolie, die um die Vorderseitenkanten des Wafers herumreicht

3 Rückseitenverbinder

4 Vorderseitenverbinder

5 Lötverbindung

6 galvanisches Bad

7 Anode aus abzuscheidendem Metall

8 Leuchtmittel mit Lichtemission zur Unterstützung des galvanischen Abscheidens

9 Spannungsquelle