Solarzellen enthalten üblicherweise ein Halbleiterbauelement, das ein erstes Halbleitermaterial, ein zweites Halbleitermaterial und einen zwischen diesen beiden Halbleitermaterialien liegenden Übergangsbereich (z.B. auch als pn-Übergang bezeichnet) umfasst. Eines der Halbleitermaterialien oder auch jedes der

Halbleitermaterialien kann dotiert sein. Über einen ersten Metallkontakt, der mit dem ersten Halbleitermaterial elektrisch verbunden ist, und einen zweiten Metallkontakt, der mit dem zweiten Halbleitermaterial elektrisch verbunden ist, kann die erzeugte Spannung abgegriffen werden. Einer der Metallkontakte kann auf der Vorder- bzw. Frontseite der Solarzelle angebracht sein (häufig auch als Frontkontakt bezeichnet), während sich der andere Metallkontakt auf der Rückseite der Elementarzelle befindet (häufig auch als Rückkontakt bezeichnet). Alternativ sind auch Solarzellen bekannt, bei denen die Metallkontakte ausschließlich auf der Rückseite der Solarzelle vorliegen, z.B. in Form einer kammartigen Interdigitalstruktur. In solchen ausschließlich

rückkontaktieren Solarzellen können Abschattungseffekte minimiert werden.

Aluminium ist ein für die Rückseitenmetallisierung von Solarzellen, insbesondere von kristallinen Si-Solarzellen sehr gut geeignetes Metall. Es zeichnet sich durch eine hohe elektrische Leitfähigkeit, einen niedrigen Preis und eine große Lichtreflexion aus. Die meisten industriell hergestellten Silizium-Solarzellen besitzen aus diesen Gründen einen elektrischen Rückkontakt aus Aluminium, der häufig mittels Siebdruck aufgebracht wird. Er wird bei Temperaturen über 800°C gesintert, um eine gute Kohäsion der Matrix aus Aluminiumpartikeln zu

gewährleisten. Gleichzeitig legiert das Aluminium mit dem Siliziumwafer und wird oberflächennah in relativ großer Konzentration in ihm gelöst, wodurch sich ein für p- Typ Solarzellen geeignetes, / -dotiertes Back-Surface-Field (BSF) bildet. Die elektrische Qualität des aluminiumdotierten BSFs reicht jedoch für Hocheffizienz- Solarzellen nicht aus. Bordotierte BSFs erzielen für /?-Typ Solarzellen geringere Sättigungsstromdichten. Für «-Typ Solarzellen ist gar eine //-Dotierung nötig. In beiden Fällen würde die Kontaktierung mit Siebdruck- Aluminium wegen der unvermeidbaren Legierungsbildung zu einer starken Schädigung des BSFs bzw. sogar zu einer Überkompensation führen. Ein weiterer Nachteil von Siebdruck- Aluminium ist, dass die hohen Sintertemperaturen keine optimale dielektrische Oberflächenpassivierung erlauben, welches ebenfalls die Erzielung von

Spitzenwirkungsgraden verhindert. Deswegen werden auf heutigen Hocheffizienz- Solarzellen Al-Rückseitenkontakte mittels physikalischer Gasphasenabscheidung (physical vapor deposition, PVD) aufgebracht. Sie haben den zusätzlichen Vorteil einer besseren Lichtreflexion im Vergleich zum Siebdruck- AI, weil es sich um kompakte Schichten handelt.

Die elektrische Serienschaltung der Solarzellen mit PVD-Al-Rückkontakt zu Solarzellstrings, wie sie zur Herstellung von Solarmodulen nötig ist, ist jedoch eine Herausforderung, weil die elektrisch leitfähigen Zellverbinderbändchen (kurz:

Verbinder) wegen einer sich sehr schnell auf dem Aluminium bildenden AI2O3- Schicht nicht konventionell auf das Aluminium gelötet werden können.

Mehrere Lösungen sind für dieses technische Problem bekannt. Bei einem Verfahren werden zunächst Leitbahnen, so genannte Busbars, aus Zinn durch eine Ultraschall- Sonotrode auf das Aluminium aufgebracht. Anschließend können Cu- Verbinder auf die Zinn-Busbars weichgelötet werden. Dies beschreiben beispielsweise H. v. Campe et al, Proceedings of the 27 ^th European Photo voltaic Solar Energy Conference, S. 1150, 2012, sowie P. Schmitt et al., "Adhesion of AI metaüization in ultrasonic soldering on the AI rear side of solar cells", Energy Procedia, 2013. Die

technologischen Herausforderungen sind der anlagentechnische Aufwand für das Aufbringen der Zinn-Busbars und die potentiell erhöhte Bruchrate durch den Einfluss des Ultraschalls (so genannter Vibrationsschock), was sich bei dünnen Solarzellen bemerkbar machen kann.

In einem anderen Verfahren werden direkt nach dem Abscheiden des Aluminiums in derselben Anlage ohne Brechen des Vakuums lötbare Metalle mittels thermischem Verdampfen oder Sputtern aufgebracht. Die Schichtsysteme TiN/Ti/Ag-, NiV/Ag- und NiSi/Ag haben hohe Verbinder-Haftkräfte gezeigt. Dies beschreiben J. Kumm et al, "Development of temperature-stable, solderable PVD rear metaüization for industrial Silicon solar cells", Proceedings of the 28 ^th European Photovoltaic Solar Energy Conference, 2013; V. Jung et al, "Al/Ni:V/Ag metal Stacks as rear side metallization for cry stalline Silicon solar cells", Progress in Photovoltaics, S. 876, 2012, sowie V. Jung et al., "Ni:Si as barrier material for solderable PVD

metallization of Silicon solar cells", Energy Procedia, S. 362, 2013

Daneben gibt es weitere Fügetechniken für Aluminium, z. B. Schweißen oder Hartlöten. Für die Solarzellen- Verbindungstechnik sind sie aufgrund der

verwendeten hohen Temperaturen > 450°C und der damit verbundenen Degradation der dielektrischen Passivierschichten in der Regel ungeeignet.

Bei einem weiteren Lösungsansatz wird auf Solarzellen eine Zinkschicht als

Startschicht für die elektrochemische Abscheidung von Nickel und Kupfer verwendet. Dies wird von Kamp et. al., "Zincate processes for Silicon solar cell metallization", Solar Energy Materials & Solar Cells, 120, S. 332, 2014 beschrieben. Zink wird dabei in einem Zinkatbeizprozess auf dem Aluminium-Rückkontakt abgeschieden, wobei zunächst das native Oxid der Aluminiumoberfläche entfernt und dann eine Austauschreaktion von Zink und Aluminium induziert wird, so dass eine dünne Zinkschicht auf dem Aluminium entsteht. Darauf werden mittels galvanischer Abscheidung Ni/Cu-Metallschichtstapel abgeschieden, auf die anschließend Kupferbändchen gelötet werden.

Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Verschaltung von Solarzellen über ein Verfahren, mit dem sich möglichst einfach und effizient Solarzellen- Verbinder auf den Metallkontakten der Solarzellen befestigen lassen. Eine weitere Aufgabe ist die Bereitstellung von verschalteten Solarzellen, die eine hohe Haftkraft zwischen Metallkontakt der Solarzelle und Solarzellen- Verbinder aufweisen.

Gelöst wird die Aufgabe durch ein Verfahren zur Verschaltung von Solarzellen, wobei

(a) Aluminium oder eine Aluminiumlegierung über eine physikalische

Gasphasenabscheidung auf der Rückseite eines Halbleiterbauelements einer ersten Solarzelle unter Ausbildung eines Aluminium-Rückkontakts abgeschieden wird,

(b) der Aluminium-Rückkontakt mit einem alkalischen, wässrigen Medium, das Zn ²⁺ enthält, behandelt wird, so dass sich auf dem Aluminium-Rückkontakt metallisches Zink unter Ausbildung eines Zink-beschichteten Aluminium- Rückkontakts abscheidet,

(c) der Zink-beschichtete Aluminium-Rückkontakt durch einen metallischen Verbinder mit einem Metallkontakt einer zweiten Solarzelle verbunden wird, wobei der metallische Verbinder auf dem Zink-beschichteten Aluminium- Rückkontakt durch Löten oder Kleben befestigt wird.

Im Rahmen der vorliegenden Erfindung wurde erkannt, dass das über ein

nasschemisches Verfahren erhaltene Zink-beschichtete Aluminium ein sehr effektives Substrat für die Befestigung des metallischen Verbinders (wie z.B. eines Kupferbändchens) darstellt. Es lassen sich hohe Haftfestigkeiten des Verbinders auf dem metallischen Kontakt der Solarzelle realisieren. Das Aufbringen weiterer metallischer Schichten (z.B. durch Galvanisieren) auf dem verzinkten Aluminium vor dem Anlöten des Verbinders entfällt. Vielmehr stellt bereits das Zn-beschichtete Aluminium ein geeignetes Substrat für das Verlöten oder Aufkleben des Verbinders dar.

Wie bereits oben erwähnt, enthält eine Solarzelle bekanntermaßen ein

Halbleiterbauelement, das ein erstes Halbleitermaterial, ein zweites

Halbleitermaterial und einen zwischen diesen beiden Halbleitermaterialien liegenden Übergangsbereich (z.B. auch als pn-Übergang bezeichnet) umfasst. Eines der Halbleitermaterialien oder auch jedes der Halbleitermaterialien kann dotiert sein. Über einen ersten Metallkontakt, der mit dem ersten Halbleitermaterial elektrisch verbunden ist, und einen zweiten Metallkontakt, der mit dem zweiten

Halbleitermaterial elektrisch verbunden ist, kann die erzeugte Spannung abgegriffen werden. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung stellt der Zn-beschichtete

Aluminium-Rückkontakt einen dieser Metallkontakte dar. Bei der Solarzelle handelt es sich bevorzugt um eine Silizium-Solarzelle, beispielsweise eine monokristalline Silizium-Solarzelle, eine polykristalline Silizium-Solarzelle oder eine amorphe-Silizium-Solarzelle. Das erfindungsgemäße Verfahren ist jedoch auch für die Verschaltung anderer Solarzellen geeignet, z.B. von III-V-Halbleiter-Solarzellen, II-VI-Halbleiter-Solarzellen, I-III-VI-Halbleiter- Solarzellen oder organischen Solarzellen.

Wie dem Fachmann allgemein bekannt ist, werden bei der Verschaltung von Solarzellen diese über einen metallischen Verbinder miteinander kontaktiert. Der metallische Verbinder wird dabei jeweils auf einem der Metallkontakte der benachbarten Solarzellen befestigt. Bei der Verschaltung kann es sich um eine Reihenschaltung oder auch eine Parallelschaltung handeln. Auch eine Kombination von Reihen- und Parallelschaltung der Solarzellen ist möglich.

Wie oben ausgeführt, wird in Schritt (a) des erfindungsgemäßen Verfahrens

Aluminium oder eine Aluminiumlegierung über eine physikalische

Gasphasenabscheidung auf der Rückseite eines Halbleiterbauelements einer ersten Solarzelle unter Ausbildung eines Aluminium-Rückkontakts abgeschieden.

Geeignete Methoden für die physikalische Gasphasenabscheidung von metallischem Aluminium oder einer Aluminiumlegierung sind dem Fachmann bekannt.

Beispielsweise erfolgt die physikalische Gasphasenabscheidung des metallischen Aluminiums oder der Aluminiumlegierung über ein Verdampfungsverfahren (z.B. ein thermisches Verdampfen, ein Elektronenstrahlverdampfen, ein

Laserstrahlverdampfen, ein Lichtbogenverdampfen oder Molekularstrahlepitaxie), ein Sputtern (auch als Kathodenzerstäubungsverfahren bezeichnet), ein

Ionenplattieren oder eine ICB-Abscheidung („Ionized-Cluster-Beam"-Abscheidung). Durch thermische Behandlung eines Targets aus Aluminium oder einer

Aluminiumlegierung oder Beschuss dieses Targets z.B. mit Ionen, Elektronen oder Laserstrahlung wird das Targetmaterial verdampft und scheidet sich auf dem

Halbleiterbauelement der Solarzelle ab. Das Halbleiterbauelement wird so positioniert, dass die Abscheidung des Aluminiums oder der Aluminiumlegierung auf dessen Rückseite erfolgt. In Übereinstimmung mit dem üblichen Verständnis des Fachmanns ist die Rückseite der Halbleiterbauelements diejenige Seite, die im Betrieb der Solarzelle der bestrahlten Seite (d.h. der Vorderseite) gegenüberliegt, die also die dem Licht abgewandte Seite darstellt. Der auf der Rückseite einer Solarzelle vorliegende Metallkontakt wird auch als Rückkontakt bezeichnet.

In Abhängigkeit von der Art der Solarzelle (z.B. kristalline oder amorphe Silizium- Solarzelle) ist dem Fachmann grundsätzlich bekannt, wie das Halbleiterbauelement ausgestaltet sein muss (d.h. Art der zu verwendenden Halbleitermaterialien, Dotierung, etc.).

Im Rahmen der vorliegenden Erfindung ist es möglich, dass das

Halbleiterbauelement der Solarzelle neben dem Aluminium-Rückkontakt noch einen metallischen Frontkontakt auf seiner Vorderseite aufweist. Dieser Frontkontakt kann in bekannter Weise ausgestaltet sein. Beispielsweise kann der Frontkontakt eine Gitterstruktur aufweisen. Der Frontkontakt kann beispielsweise aus Silber oder einer Silberlegierung gefertigt sein. Der Frontkontakt kann bereits auf dem

Halbleiterbauelement vorliegen, wenn in Schritt (a) der Aluminium-Rückkontakt angebracht wird. Alternativ kann der Frontkontakt gleichzeitig mit dem Aluminium- Rückkontakt oder auch nach dem Anbringen des Aluminium-Rückkontakts auf das Halbleiterbauelement aufgebracht werden. Um Beschattungseffekte zu minimieren, ist es alternativ auch möglich, dass die Solarzelle ausschließlich rückkontaktiert ist, also nur auf der Rückseite des

Halbleiterbauelements metallische Kontakte vorliegen. Dies kann beispielsweise realisiert werden, indem das Aluminium oder die Aluminiumlegierung nach der Abscheidung einer Ätzbehandlung unterzogen wird, um so zwei separate

Aluminium- Rückkontakte (z.B. in Form einer kammartigen Interdigitalstruktur) zu erhalten.

Die Reinheit des abgeschiedenen metallischen Aluminiums kann über einen breiten Bereich variieren, sofern die elektrische Leitfähigkeit und/oder mechanischen Eigenschaften nicht nachteilig beeinflusst werden. Beispielsweise enthält das

Aluminium weitere metallische Elemente in einem Gesamtanteil von weniger als 1 Gew%, bevorzugter weniger als 0,1 Gew% oder weniger als 0,01 Gew%. Wird eine Aluminiumlegierung als metallischer Rückkontakt für die Solarzelle verwendet, so weist diese bevorzugt einen Anteil von Aluminium von mindestens 80 Gew%, bevorzugter mindestens 90 Gew% auf. Geeignete metallische Elemente, die mit dem Aluminium legiert werden können, sind dem Fachmann bekannt.

Die Dicke des in Schritt (a) hergestellten Aluminium-Rückkontakts kann über einen breiten Bereich variiert werden. Beispielsweise weist der Aluminium-Rückkontakt eine Dicke im Bereich von 0,3 μιη bis 7 μιη, bevorzugter im Bereich von 2 μιη bis 4,5 μιη auf.

Nach der Abscheidung des Aluminiums oder der Aluminiumlegierung kann der Aluminium-Rückkontakt vor dem Zinkabscheidungsschritt (b) optional noch einer geeigneten Vorbehandlung (wie z.B. Entfernen möglicher organischer

Verunreinigungen auf der Oberfläche) unterzogen werden. Für eine ausreichend gute Haftung des in Schritt (b) abgeschiedenen metallischen Zinns auf der Oberfläche des Aluminium-Rückkontakts ist dies jedoch nicht erforderlich. Somit kann Schritt (b) unmittelbar nach Schritt (a) durchgeführt werden.

Wie oben ausgeführt, wird in Schritt (b) des erfindungsgemäßen Verfahrens der Aluminium-Rückkontakt mit einem alkalischen, wässrigen Medium, das Zn ²⁺ (d.h. Zink in der Oxidationsstufe +11) in gelöster Form enthält, behandelt, so dass sich auf dem Aluminium-Rückkontakt metallisches Zink unter Ausbildung eines Zn- beschichteten Aluminium-Rückkontakts abscheidet.

Bevorzugt weist das wässrige Medium, mit dem der Aluminium-Rückkontakt behandelt wird, eine relativ hohe Konzentration an Zn ²⁺ auf. In einer bevorzugten Ausführungsform beträgt die Zn ²⁺ -Konzentration in dem alkalischen, wässrigen Medium mindestens 1,5 Gew%, bevorzugter mindestens 2,0 Gew%, noch bevorzugter mindestens 3,0 Gew% oder sogar mindestens 4,0 Gew%. In einer bevorzugten Ausführungsform enthält das wässrige Medium Zn ²⁺ in einer Konzentration von 1,5 Gew% bis 12,0 Gew%, bevorzugter 2,0 Gew% bis 10,0 Gew%, noch bevorzugter 3,0 Gew% bis 8,0 Gew% oder 4,0 Gew% bis 8,0 Gew%. Zn ²⁺ liegt in gelöster Form vor, beispielsweise indem eine Zn ²⁺ - Verbindung unter relativ alkalischen Bedingungen (d.h. relativ hohem pH- Wert) in dem wässrigen Medium gelöst wird. Zn ²⁺ kann unter alkalischen Bedingungen beispielsweise als Zinkat (z.B. [Zn(II)(OH)4] ^2" oder ähnliche Zn ²⁺ -enthaltende Spezies) in dem wässrigen Medium vorliegen. Dies ist dem Fachmann grundsätzlich bekannt.

Ein geeigneter pH- Wert des alkalischen, wässrigen Mediums ist beispielsweise > 10, bevorzugter > 13.

Optional kann das alkalische wässrige Medium noch weitere Übergangsmetall- Kationen, bevorzugt Eisen-Kationen, Nickel- Kationen oder Kupfer-Kationen oder eine Kombination aus mindestens zwei dieser Kationen, enthalten. In einer bevorzugten Ausführungsform enthält das alkalische, wässrige Medium noch Fe- Kationen in einer Konzentration von mindestens 0,0003 Gew%, bevorzugter mindestens 0,001 Gew%, z.B. im Bereich von 0,0003-30 Gew% oder 0,0003-0,1 Gew%. Sofern das alkalische, wässrige Medium Nickel- Kationen enthält, können diese beispielsweise in einer Konzentration von 0,1-5 Gew%, bevorzugter 0,5-3 Gew% vorliegen. Sofern das alkalische, wässrige Medium Kupfer-Kationen enthält, können diese beispielsweise in einer Konzentration von 0,01-1 Gew%, bevorzugter 0,05-0,5 Gew% vorliegen.

Bevorzugt erfolgt die Abscheidung des metallischen Zinks aus dem Zn ²⁺ -haltigen wässrigen Mediums auf den Aluminium-Rückkontakt stromlos. Unter einer stromlosen Metallabscheidung versteht man ein Beschichtungs verfahren, das ohne Anwendung einer äußeren Stromquelle abläuft. Eine stromlose Abscheidung von metallischem Zink auf ein Aluminium-Substrat unter Verwendung einer alkalischen Zn ²⁺ -Lösung ist dem Fachmann an sich bekannt (z.B. als Zinkat- Verfahren). Bei diesem Prozess wird zunächst eine auf dem

Aluminium vorhandene Al ₂ 03-Schicht gelöst. Freigelegtes Aluminium wird oxidiert und geht als Aluminat in Lösung. Zn ²⁺ (z.B. in Form von Zinkat) wird zu

metallischen Zn reduziert, welches sich auf dem noch vorhandenen Aluminium abscheidet.

Eine zu dünne Zinkschicht kann eine schlechte Haftung aufgelöteter oder aufgeklebter Verbinder zur Folge haben. Außerdem kann für zu dünne Zinkschichten ein hoher Kontaktübergangswiderstand zwischen Verbinder und Aluminium- Rückkontakt vorliegen. Andererseits könnten zu dicke Zinkschichten nicht genügend auf dem Aluminium-Rückkontakt haften. Bevorzugt weist die auf dem Aluminium- Rückkontakt abgeschiedene Zn-Schicht eine Dicke im Bereich von 0,1 μιη bis 5 μιη, bevorzugter 0,3 μιη bis 2,5 μιη auf.

Üblicherweise wird die Dicke des Aluminium-Rückkontakts während des Zn- Abscheidungsschritts (b) um einen Wert reduziert, der in etwa der Dicke der abgeschiedenen metallischen Zn-Schicht entspricht.

Die Dauer der Behandlung des Aluminium-Rückkontakts mit dem alkalischen, wässrigen Zn ²⁺ -enthaltenden Mediums in Schritt (b) beträgt beispielsweise 15 s bis 250 s. Der Zinkabscheidungsschritt (b) wird bevorzugt bei einer Temperatur im Bereich von 5-60°C, bevorzugter 5-45°C durchgeführt.

Die Behandlung des Aluminium-Rückkontakts kann beispielsweise durch

Eintauchen in das Zn ²⁺ -haltige Medium oder durch Spülen oder Bespritzen mit dem Zn ²⁺ -haltigen Medium erfolgen. Hierzu kann das gesamte Halbleiterbauelement mit dem Zn ²⁺ -haltigen Medium in Kontakt gebracht werden (z.B. vollständiges

Eintauchen des gesamten Halb leiterbaue lements). Alternativ kann es bevorzugt sein, dass nur der Aluminium- Rückkontakt mit dem Zn ²⁺ -haltigen Medium in Kontakt gebracht wird.

In einer bevorzugten Ausführungsform wird die Rückseite des Halbleiterbauelements während des Zinkabscheidungsschritts (b) in einer im Wesentlichen horizontalen Position gehalten, wobei der Aluminium-Rückkontakt nach unten weist und mit dem Zn ²⁺ -haltigen wässrigen Medium in Kontakt gebracht wird. Im Wesentlichen horizontal bedeutet eine Abweichung von maximal 20%, bevorzugter maximal 10% von einer idealen horizontalen Lage. Das alkalische, wässrige Zn ²⁺ -haltige Medium und der nach unten weisende Aluminium-Rückkontakt des horizontal positionierten Halbleiterbauelements können über gängige Methoden, wie z.B. Tauchen, Spülen oder Spritzen in Kontakt gebracht werden. Beispielsweise befindet sich das Zn ²⁺ - enthaltende Medium in einem oben offenen Behälter und das Halbleiterbauelement wird über diesen Behälter bewegt (z.B. indem das Halbleiterbauelement auf Rollen gelagert ist) und das Zn ²⁺ -enthaltende Medium wird über Düsen gegen den

Aluminium-Rückkontakt gespritzt. In einer anderen Variante wird beispielsweise das auf Rollen gelagerte Halbleiterbauelement über das Zn ²⁺ -enthaltende Medium geführt, wobei die Rollen zumindest teilweise in das Zn ²⁺ -enthaltende Medium eintauchen und durch ihre Rotation das wässrige Medium mit dem Aluminium- Rückkontaktakt in Kontakt bringen.

Diese horizontale Positionierung des Halbleiterbauelements mit nach unten weisendem Aluminium-Rückkontakt während des Schritts (b) hat einen positiven

Einfluss auf die Mikrostruktur der auf dem Aluminium-Rückkontakt abgeschiedenen metallischen Zinkschicht und führt zu einer weiteren Verbesserung der Haftkraft zwischen dem Aluminium-Rückkontakt und dem darauf befestigten Solarzellen- Verbinder. Alternativ ist es auch möglich, dass das Halbleiterbauelement während Schritt (b) im Wesentlichen senkrecht positioniert ist. Prinzipiell ist aber auch jede andere

Positionierung (z.B. in schräger Ausrichtung) des Halbleiterbauelements in Schritt (b) möglich.

In einer bevorzugten Ausführungsform wird der Aluminium-Rückkontakt während des Zinkabscheidungsschritts (b) relativ zum Zn ²⁺ -haltigen Medium bewegt.

Bevorzugt beträgt die Relativgeschwindigkeit zwischen dem Aluminium- Rückkontakt und dem wässrigen Zn ²⁺ -haltigen Medium mindestens 0,1 m/min, bevorzugter mindestens 0,2 m/min. Diese Relativbewegung kann z.B. realisiert werden, indem der Aluminium-Rückkontakt über ein ruhendes Zn ²⁺ -haltiges Medium bewegt wird oder indem ein strömendes Zn ²⁺ -haltiges Medium über einen ruhenden Aluminium-Rückkontakt strömt oder durch eine Kombination dieser beiden Varianten. Die Strömungsgeschwindigkeit des Zn ²⁺ -haltigen Mediums (und damit die Relativgeschwindigkeit gegenüber dem (bewegten oder ruhenden)

Aluminium-Rückkontakt) kann z.B. über die Pumpenleistung eingestellt werden. Durch die Relativbewegung zwischen dem Aluminium-Rückkontakt und dem wässrigen Zn ²⁺ -haltigen Medium während der Zn-Abscheidung in Schritt (b) kann eine weitere Verbesserung der Haftkraft zwischen dem Aluminium-Rückkontakt und dem darauf befestigten Solarzellen- Verbinder erzielt werden.

Wie nachfolgend noch eingehender diskutiert wird, hat es sich für die Haftfestigkeit eines durch Löten oder Kleben auf dem Zn-beschichteten Aluminium-Rückkontakt befestigten metallischen Verbinders als besonders vorteilhaft erwiesen, wenn die in Schritt (b) abgeschiedene metallische Zinkschicht als geschlossene Schicht vorliegt, wobei außerdem an der Oberfläche der geschlossenen Zinkschicht Zink-Kristallite mit einem Durchmesser von mehr als 5,0 μιη in einer Anzahldichte von > 800 pro mm ² , bevorzugter > 1000 pro mm ² , noch bevorzugter 1000-4000 pro mm ² vorliegen; und/oder wobei mindestens 1,5%, bevorzugter mindestens 2,0%, noch bevorzugter 2,0-8,0% der Oberfläche der geschlossenen Zinkschicht durch Zink-Kristallite mit einem Durchmesser von mehr als 5,0 μιη belegt ist.

Neben den relativ großen Zn-Kristalliten (d.h. > 5,0 μιη) enthält die metallische Zinkschicht bevorzugt noch deutlich kleinere Zink-Kristallite mit einem

Durchmesser von weniger als 1,0 μιη, wobei bevorzugt der Großteil der Oberfläche (z.B. mehr als 50% oder sogar mehr als 60%>) der geschlossenen Zinkschicht durch diese kleineren Zink-Kristallite mit einem Durchmesser von weniger als 1,0 μιη belegt ist. Bevorzugt belegen die Zink-Kristallite mit einem Durchmesser von mehr als 5,0 μιη und die Zink-Kristallite mit einem Durchmesser von weniger als 1,0 μιη gemeinsam mindestens 90%>, bevorzugter mindestens 95%> der Oberfläche der geschlossenen Zinkschicht. Die Partikelgrößenverteilung der Zink-Kristallite an der Oberfläche der geschlossenen Zinkschicht kann beispielsweise bimodal sein. Eine solche geschlossene metallische Zinkschicht mit einer relativ hohen

Anzahldichte größerer Kristallite ist in Figur 1 gezeigt. Die Bereiche, in denen relativ große Zn- Kristallite an der Oberfläche der Zn-Schicht vorliegen, sind jeweils von Bereichen umgeben, die von deutlich kleineren Zn-Partikeln gebildet werden.

Anhand der oben beschriebenen Verfahrensparameter des Schritts (b) lässt sich eine derartige metallische Zinkschicht gezielt herstellen.

Sofern die Befestigung des metallischen Verbinders auf der Zinkschicht durch Löten erfolgt, bleibt diese spezifische Struktur mit einer relativ hohen Dichte größerer Kristallite zumindest in den nicht gelöteten Bereichen erhalten. Sofern die

Befestigung über Kleben erfolgt, kann die spezifische Struktur der metallischen Zinkschicht auch in den geklebten Bereichen erhalten bleiben.

Bevorzugt wird während der Zinkabscheidung in Schritt (b) nur der Aluminium- Rückkontakt mit dem Zn ²⁺ -haltigen Medium in Kontakt gebracht. Dadurch wird vermieden, dass andere Bereiche der Solarzelle von dem wässrigen Medium chemisch angegriffen werden.

In einer bevorzugten Ausführungsform wird der in Schritt (b) erhaltene Zn- beschichtete Aluminium-Rückkontakt vor dem Schritt (c) mindestens einmal mit einer Spülflüssigkeit gespült. Zumindest für eine erste Spülung und optional auch für weitere Spülungen des Zn-beschichteten Aluminium-Rückkontakts vor dem Schritt (c) wird bevorzugt eine wässrige Spülflüssigkeit mit pH > 8,5, bevorzugter pH > 13 verwendet.

Bevorzugt wird der Zn-beschichtete Aluminium-Rückkontakt vor Schritt (c) einer Trocknung unterzogen, beispielsweise durch geeignete thermische Behandlung.

Gegebenenfalls kann der Schritt (b) zumindest einmal wiederholt werden, bevor Schritt (c) durchgeführt wird. Unter Berücksichtigung der Prozesseffizienz ist es jedoch bevorzugt, Schritt (b) nur einmal durchzuführen.

Wie nachfolgend noch eingehender beschrieben wird, erfolgt in Schritt (c) die Befestigung des metallischen Verbinders auf dem Zn-beschichteten Aluminium- Rückkontakt, insbesondere durch Löten. Daher kann in einer optionalen

Ausführungsform bereits vor Schritt (c) ein Lotmaterial auf die in Schritt (b) abgeschiedene metallische Zn-Schicht aufgebracht werden. Bevorzugt wird das Lotmaterial zumindest in den Bereichen auf die Zn-Schicht aufgebracht, in denen der metallische Verbinder befestigt werden soll. Geeignete Lotmaterialien sind dem Fachmann bekannt und werden nachfolgend noch eingehender beschrieben.

Wie oben ausgeführt, wird in Schritt (c) des erfindungsgemäßen Verfahrens der Zn- beschichtete Aluminium-Rückkontakt durch einen metallischen Verbinder mit einem Metallkontakt einer zweiten Solarzelle verbunden, wobei der metallische Verbinder auf dem Zn-beschichteten Aluminium-Rückkontakt der ersten Solarzelle durch Löten oder Kleben befestigt wird.

Metallische Verbinder zum Verschalten von Solarzellen sind dem Fachmann allgemein bekannt. Geeignete metallische Verbinder sind kommerziell erhältlich oder lassen sich über gängige Verfahren herstellen.

Der metallische Verbinder ist bevorzugt band- oder drahtförmig, wobei andere Formen aber prinzipiell auch möglich sind. Bevorzugt ist der metallische Verbinder bandförmig.

Sofern der metallische Verbinder durch Löten auf dem Zn-beschichteten Aluminium- Rückkontakt befestigt wird, kann der metallische Verbinder mit einem Lotmaterial, beispielsweise mit Zinn oder einer Zinn-Legierung, beschichtet sein. Dadurch entfällt das separate Zuführen des Lotmaterials. Als Lotmaterial geeignete Zinn-Legierungen sind allgemein bekannt. Diese enthalten als Legierungselemente beispielsweise Blei, Silber und/oder Wismut.

Das Lotmaterial (bevorzugt eine Zinnlegierung) weist bevorzugt eine

Schmelztemperatur im Bereich von 180°C bis 245°C auf.

In einer bevorzugten Ausführungsform ist der metallische Verbinder ein Kupferband, bevorzugter ein mit Zinn oder einer Zinn-Legierung beschichtetes Kupferband.

Solche„verzinnten" Kupferbänder sind kommerziell erhältlich.

Das Löten wird bevorzugt bei einer Temperatur von weniger als 450°C durchgeführt. Dies wird üblicherweise auch als Weichlöten bezeichnet. Bevorzugter liegt die Löttemperatur im Bereich von 175°C bis 400°C oder 175°C bis 300°C. Im Lötprozess werden übliche, bevorzugt nicht korrosive („no clean") Flussmittel verwendet. Das Flussmittel kann auf die mit dem Lotmaterial beschichteten metallischen Verbinder (z.B. die verzinnten Kupferbändchen) und/oder auf die in Verfahrensschritt (b) abgeschiedene Zinkschicht aufgebracht werden.

Erfolgt die Befestigung des metallischen Verbinders auf dem Zn-beschichteten Aluminium- Rückkontakt durch Kleben, so wird bevorzugt ein elektrisch leitfähiger Kleber verwendet. Solche Kleber sind dem Fachmann bekannt und kommerziell erhältlich.

Bevorzugt handelt es sich bei der zweiten Solarzelle, die mit der ersten Solarzelle verschaltet wird, ebenfalls um eine Solarzelle, auf der gemäß dem oben

beschriebenen Verfahren ein Zn-beschichteter Aluminium- Rückkontakt angebracht wurde. Hinsichtlich der Metallkontakte dieser zweiten Solarzelle (z.B. Rückkontakt und Frontkontakt oder alternativ ausschließlich Rückkontakte) kann somit auf die obigen Ausführungen verwiesen werden.

Weiterhin betrifft die vorliegende Erfindung einen Solarzellenstring, der mindestens zwei über einen metallischen Verbinder verschaltete Solarzellen umfasst, wobei mindestens eine Solarzelle einen mit metallischem Zink beschichteten Aluminium- Rückkontakt aufweist und der metallische Verbinder direkt auf diesen Zn- beschichteten Aluminium-Rückkontakt aufgelötet oder aufgeklebt ist.

Bevorzugt weisen mindestens zwei, noch bevorzugter jede der Solarzellen einen mit metallischem Zink beschichteten Aluminium-Rückkontakt auf und auf jeden dieser Zn-beschichteten Aluminium-Rückkontakte ist jeweils ein metallischer Verbinder direkt aufgelötet oder aufgeklebt.

Bevorzugt ist der Solarzellenstring nach dem oben beschriebenen Verfahren erhältlich. Somit weist bevorzugt zumindest eine der im Solarzellenstring miteinander verschalteten Solarzellen einen Zn-beschichteten Aluminium- Rückkontakt auf, der nach dem oben beschriebenen Verfahren hergestellt wurde. Bevorzugt weisen alle im Solarzellenstring verschalteten Solarzellen einen derart hergestellten Zn- beschichteten Aluminium-Rückkontakt auf.

Bevorzugt weist der Zn-beschichtete Aluminium-Rückkontakt der Solarzelle einen oder mehrere Bereiche auf, in denen eine geschlossene Schicht aus metallischem Zink vorliegt, wobei außerdem an der Oberfläche der geschlossenen Zinkschicht Zink-Kristallite mit einem Durchmesser von mehr als 5,0 μιη in einer Anzahldichte von > 800 pro mm ² , bevorzugter > 1000 pro mm ² , noch bevorzugter 1000-4000 pro mm ² vorliegen; und/oder wobei mindestens 1,5%, bevorzugter mindestens 2,0%, noch bevorzugter 2,0-8,0%) der Oberfläche der geschlossenen Zinkschicht durch Zink-Kristallite mit einem Durchmesser von mehr als 5,0 μιη belegt ist.

Neben den relativ großen Zn-Kristalliten (d.h. > 5,0 μιη) enthält die metallische Zinkschicht bevorzugt noch deutlich kleinere Zink-Kristallite mit einem

Durchmesser von weniger als 1,0 μιη, wobei bevorzugt der Großteil der Oberfläche (z.B. mehr als 50%> oder sogar mehr als 60%>) der geschlossenen Zinkschicht durch diese kleineren Zink-Kristallite mit einem Durchmesser von weniger als 1,0 μιη belegt ist. Bevorzugt belegen die Zink-Kristallite mit einem Durchmesser von mehr als 5,0 μιη und die Zink-Kristallite mit einem Durchmesser von weniger als 1,0 μιη gemeinsam mindestens 90%>, bevorzugter mindestens 95%> der Oberfläche der geschlossenen Zinkschicht. Die Partikelgrößenverteilung der Zink-Kristallite an der Oberfläche der geschlossenen Zinkschicht kann beispielsweise bimodal sein.

Kristallitdurchmesser, Anzahldichte der Zn-Kristallite mit einem Durchmesser von mehr als 5,0 μιη bzw. weniger als 1,0 μιη an der Oberfläche der Zn-Schicht und die jeweilige relative Oberflächenbelegung durch diese Zn-Kristallite werden über rasterelektronenmikroskopische Aufnahmen (REM- Aufnahmen) der Zn-Schicht (in Draufsicht) sowie die Auswertung der Aufnahmen durch geeignete

Bildauswertungssoftware bestimmt. Der Durchmesser eines Kristallits ist der Durchmesser eines Kreises, der in seiner Fläche der Projektionsfläche des Kristallits in der REM- Aufnahme entspricht.

Wenn beispielsweise etwa 5% der Oberfläche der Zinkschicht durch Zink-Kristallite mit einem Durchmesser von mehr als 5,0 μιη belegt ist, bedeutet dies, dass etwa 5% der in der REM- Aufnahme in Draufsicht gezeigten Oberfläche der Zn-Schicht durch diese Zink-Kristallite mit einem Durchmesser von mehr als 5,0 μιη belegt ist.

Beispielsweise können mindestens 90%, bevorzugter mindestens 97% der

Oberfläche des Zn-beschichteten Aluminium-Rückkontakts eine solche Struktur aufweisen, d.h. eine geschlossene Schicht aus metallischem Zink, wobei Zink- Kristallite mit einem Durchmesser von mehr als 5 μιη in einer Anzahldichte von > 800 pro mm ² , bevorzugter > 1000 pro mm ² , noch bevorzugter 1000-4000 pro mm ² auf der Oberfläche der Zinkschicht vorliegen; und/oder wobei mindestens 1,5%, bevorzugter mindestens 2,0%, noch bevorzugter 2,0-8,0%) der Oberfläche der Zinkschicht durch Zink-Kristallite mit einem Durchmesser von mehr als 5 μιη belegt ist.

Sofern der metallische Verbinder über Löten auf dem Zn-beschichteten Aluminium- Rückkontakt befestigt wurde, können diese Bereiche mit hoher Anzahldichte großer Zink-Kristallite dort vorliegen, wo kein metallischer Verbinder befestigt wurde.

Wird beispielsweise eine Sn-Legierung als Lot verwendet, liegt in einem Bereich, wo ein metallischer Verbinder an den Zn-beschichteten Aluminium-Rückkontakt angelötet wurde, zwischen dem Metall des Verbinders (z.B. Cu) und dem

Aluminium oder der Aluminiumlegierung eine Schicht vor, die eine Sn-Matrix mit darin dispergierten Zn-Partikeln aufweist. Sofern der metallische Verbinder über Kleben auf dem Zn-beschichteten

Aluminium- Rückkontakt befestigt wurde, können diese Bereiche mit hoher

Anzahldichte großer Zink-Kristallite zusätzlich auch dort vorliegen, wo ein metallischer Verbinder befestigt wurde.

Die Erfindung wird durch das nachfolgende Beispiel eingehender beschrieben.

Beispiel

Auf die Rückseite eines 180 μιη dicken, /^-dotierten Siliziumwafers (nachfolgend Halbleiterbauelement einer Solarzelle genannt) werden 3 μιη Aluminium mit einer Reinheit > 95 % großflächig thermisch aufgedampft. Somit wird ein Aluminium- Rückkontakt erhalten. Zwischen Aluminiumschicht und Solarzelle befindet sich ein dielektrischer Schichtstapel aus AI2O3 und Si _x N _y . Dieser ist an mehreren Punkten lokal mittels Laser geöffnet worden, um den elektrischen Kontakt des aufgedampften Aluminiums zum Silizium des Halbleiterbauelements herzustellen. Auf der

Vorderseite der Halbleiterbauelements der Solarzelle befindet sich ein thermisch mit Phosphor diffundierter n ⁺ -dotierter Emitter. Auf dem Emitter befindet sich eine dünne Si _x N _y -Antireflexschicht und ein siebgedrucktes, silberhaltiges Metallgrid, der als Frontkontakt des Halbleiterbauelements fungiert.

Der Aluminium-Rückkontakt wird mit einer wässrigen Lösung enthaltend 4

Gewichtsprozent Zink-Ionen, 15 Gewichtsprozent NaOH und 0,001 Gewichtsprozent Eisen-Ionen bei Raumtemperatur für 90 s behandelt. Dabei wird das

Halbleiterbauelement der Solarzelle horizontal gelagert, wobei der Aluminium- Rückkontakt nach unten weist, und die chemische Lösung strömt den Aluminium- Rückkontakt mit einer Geschwindigkeit von 0,3 m/min von unten an. Hierbei wird 1 μιη Zink abgeschieden und ca. 1 μιη Aluminium aufgelöst. Danach wird das weiterhin horizontal gelagerte Halbleiterbauteil von unten mit l%iger Natronlauge und danach von unten mit entmineralisiertem Wasser gespült. Bei dem

Zinkabscheidungsschritt kommt nur der Aluminium-Rückkontakt mit

nasschemischer Lösung in Berührung. Figur 1 zeigt eine REM- Aufnahme der Oberfläche des Zn-beschichteten Aluminium- Rückkontakts. Die Aufnahme zeigt eine geschlossene metallische Zink-Schicht, die einen relativ hohen Anteil an großen Zn-Kristalliten mit einem Durchmesser von mindestens 5 μιη aufweist. Zink-Kristallite mit einem Durchmesser von mehr als 5 μιη liegen in einer Anzahldichte von 1736 pro mm ² vor. 3,5% der Oberfläche der metallischen Zink-Schicht sind mit Zn-Kristalliten mit einem Durchmesser von mindestens 5 μιη belegt.

Nach dem Trocknen der Solarzelle wurde ein verzinntes Kupferbändchen mit einer Kupferdicke von 130 μΐϊΐ υηά einer beidseitigen Sn/Pb/Ag- Auflage von 15 μιη bei 245°C für 5 s mittels einer widerstandsbeheizten Kontaktlöteinrichtung auf den Zinkbeschichteten Aluminium-Rückkontakt gelötet. Die verzinnten Kupferbändchen wurden zuvor mit einem No-Clean-Flussmittel der Firma Kester mit der

Handelsbezeichnung 952s gefiuxt. Für das auf dem Zn-beschichteten Aluminium-Rückkontakt befestigte

Kupferbändchen wurden Abzugskräfte bestimmt. Gemessene Verbinder- Abzugskräfte, normiert auf die Breite der Verbinder, liegen im Mittel über 1,5 N/mm. Es konnte somit eine hohe Haftfestigkeit des metallischen Verbinders auf dem Aluminium-Rückkontakt der Solarzelle realisiert werden.

Das überstehende Ende des Verbinders wird in einem nachfolgenden Lötschritt in bekannter Weise auf die Vorderseite einer weiteren Solarzelle gelötet. Man erhält einen Solarzellenstring, in dem die Solarzellen in Serie verschaltet sind. Die

Solarzellstrings werden mit Glas, Ethylenvinylacetat und Polymer-Rückseitenfolie in ein Modul laminiert.