Verfahren zur Bearbeitung der Oberfläche eines Wafers zur Herstellung einer Solarzelle und Wafer

Anwendungsgebiet und Stand der Technik

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Behandlung der Oberfläche eines Wafers zur Herstellung einer Solarzelle gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie einen mit einem solchen Verfahren behandelten Wafer zur Herstellung einer Solarzelle.

Bei der Metallisierung von Solarzellen zur Herstellung eines metallischen ohmschen Kontaktes werden neben Siebdruckverfahren auch galvanische und chemische stromlose Metallisierungen eingesetzt. Diese metallischen Kontakte bestehen häufig aus Metallisierungsschichten mit Ag, Cu, Ni und Zinn sowie Kombinationen dieser.

Ein wesentliches Problem bei der Metallisierung dieser Schichten ist die sogenannte parasitäre Beschichtung von einzelnen Bereichen mit Defekten an der Antireflex- und Passivierungsschicht. Hierbei kommt es zur Deposition von Metall im Bereich von z.B. Kratzern, Pinholes und inhomogenen Bereichen in der Antireflex- und Passivierungsschicht sowie einfachen Oberflächendefekten wie beispielsweise Fingerabdrücken von einer manuellen Handhabung.

Diese parasitären Metallabscheidungen verringern die optisch aktive Oberfläche von Solarzellen und setzen somit die Leistungsfähigkeit der Solarzelle herab. Hinzu kommt, dass diese parasitären Abscheidungen auch das Erscheinungsbild der Solarzellen qualitativ deutlich herabsetzen. Aufgabe und Lösung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein eingangs genanntes Verfahren zur Oberflächenbehandlung eines Wafers sowie einen entsprechenden Wafer zu schaffen, mit denen das Problem parasitärer Metall- abscheidung an der Oberfläche eines Wafers für Solarzellen bei der Kontaktmetallisierung vermieden werden kann.

Gelöst wird diese Aufgabe durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie durch einen Wafer mit den Merkmalen des Anspruchs 1 1. Vorteilhafte sowie bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der weiteren Ansprüche und werden im folgenden näher erläutert. Der Wortlaut der Ansprüche wird durch ausdrückliche Bezugnahme zum Inhalt der Beschreibung gemacht.

Bei dem Verfahren zur Oberflächenbehandlung eines Wafers beim Herstellungsvorgang zu einer Solarzelle wird an einem bestimmten Punkt des Verfahrensablaufs auf die p-dotierte Schicht des Siliziumwafers eine Antireflex- und Passivierungsschicht aufgebracht. Dies ist beispielsweise aus der DE 102007012268.5 vom 8. März 2007 bekannt, auf die ausdrücklich verwiesen wird. Diese Antireflex- und Passivierungsschicht verbessert die Lichteinstrahlung in die fertige Solarzelle hinein zur Erhöhung des Wirkungsgrades und der Energieausbeute. Üblicherweise erfolgt danach die vorgenannte Metallisierung bzw. Aufbringung von Kontakten aus Metall auf diese Antireflex- und Passivierungsschicht zur elektrischen Kontaktierung der Solarzelle. Erfindungsgemäß wird vor einer solchen Metallisierung bzw. Metallabscheidung auf der Oberfläche des Wafers die Oberfläche in einem Bearbeitungsschritt behandelt zur Passivierung bzw. zum Entfernen der p-dotierten Schicht im Bereich von Störungen wie Kratzern, Defektstellen, Pinholes oder inhomogenen Bereichen odgl.. Diese allgemein als Störungen bezeichneten Problemstellen in der Antireflex- und Passivierungsschicht könnten nämlich ansonsten Metallabscheidungen daran bewirken. Dies bewirkt zum einen eine ungewünschte Abschattung der Solarzelle und somit eine Reduzierung der Energieausbeute und könnte zum anderen ungewünscht leitende Verbindungen ergeben. Durch eine Passivierung bzw. ein Entfernen der p-dotierten Schicht in diesem Bereich von Störungen kann nicht nur ein möglicherweise ungewünschter elektrisch leitender Kontakt vermieden werden, sondern eine Metallabscheidung an dieser Störung überhaupt. Eine solche Passivierung verhindert aufgrund der dann vorliegenden neutralen elektrischen Eigenschaften die Abscheidung von Metall an dieser Störung. Es sind nämlich keine geeigneten Oberflächenladungen zur Metallanlagerung vorhanden. Ähnlich wirkt ein Entfernen der p- dotierten Schicht im Bereich einer Störung, da dann ebenfalls keine geeignete bzw. notwendige Oberflächenladung für die störende Abscheidung von Metall vorhanden ist.

Eine anschließende Metallisierung kann vorteilhaft galvanisch erfolgen, wie es an sich bekannt ist und üblich ist. Möglicherweise kann sie sogar mit gewisser Lichtunterstützung erfolgen. Eine galvanische Metallabscheidung kann vorteilhaft als sogenannte Ag-LlP erfolgen. Alternativ kann auch eine bekannte stromlose Metallisierung erfolgen, insbesondere als bekannte chemische Metallisierung.

Eine erfindungsgemäße Behandlung der Oberfläche des Wafers im Bereich von Störungen, insbesondere zur lokalen Entfernung der p-dotierten Schicht, kann mit Ätzlösung in einem Ätzschritt erfolgen. Die Dauer eines solchen Ätzschrittes kann variieren und zwischen mehreren Sekunden und mehreren Minuten liegen. Eine mögliche und vorteilhafte Ätzlösung ist H ₂ SO ₄ , alternativ auch H ₂ O ₂ . Mit diesen Ätzlösungen sind im Rahmen der Erfindung erfolgreiche Versuche durchgeführt worden. Als weiterer Aspekt bei einer Auswahl der Ätzlösung sollte beachtet werden, dass die Ätzlösung so gewählt ist, dass sie die Antireflex- und Pas- sivierungsschicht der Solarzelle nur vernachlässigbar angreift, also keine weiteren vorgenannten Störungen erzeugt, die dann ähnlich wie Kratzer oder Defektstellen wirken bei einer anschließenden Aufbringung der metallischen Kontakte. Vorteilhaft ist die Ätzlösung so gewählt, dass sie die Antireflex- und Passivierungsschicht unbeschädigt lässt, also quasi gar nicht angreift. Dies kann vorteilhaft auch über Prozessparameter während des Ätzschrittes eingestellt werden, beispielsweise Dauer und/oder Temperatur.

Eine Ätzlösung kann auch unter dem Aspekt ausgewählt werden, dass sie die p-dotierte Schicht nur selektiv ätzt, um sie im Bereich der Störung lokal zu entfernen. Denkbar ist hier auch ein vorteilhaft automatisiertes Verfahren zum Aufbringen der Ätzlösung möglichst nur im Bereich solcher Störungen, die vorher über Analyseverfahren, insbesondere automatisiert, erkannt und lokalisiert worden sind. So lässt sich nicht nur der Verbrauch von Ätzlösung stark senken, sondern eine unnötige und schädigende Beeinträchtigung der Antireflex- und Passivierungsschicht wird in den übrigen Bereichen, in denen sich keine Störungen befinden, vermieden.

Alternativ zur Behandlung in einem Ätzschritt mit Ätzlösung kann die Oberfläche des Wafers allgemein oder, wiederum lokal, im Bereich der Störungen alleine, einem stark oxidierenden gasförmigen Medium ausgesetzt werden. Durch ein stark oxidierendes Medium kann die Oberfläche des Wafers gerade im Bereich der Störungen, also möglichst nicht im sonstigen Bereich der gewünschten Antireflex- und Passivierungsschicht, aufoxidiert und dabei passiviert werden. So können ebenfalls die vorgenannten Oberflächenladungen beseitigt werden. Dazu kann alternativ zu einer Behandlung mit einem gasförmigen Medium, welches stark oxidierend wirkt, dieses Medium auch in einer wässrigen Lösung gelöst werden und dann die Behandlung der Waferoberfläche mit der wässrigen Lösung sowie mit dem oxidierenden Gas darin erfolgen. Der Vorteil eines solchen in einer wässrigen Lösung gelösten oxidierenden Mediums kann darin liegen, dass eine Aufbringung lokal ausschließlich oder möglichst begrenzt auf Störungsbereiche besser vorgenommen werden kann als mit einem Gas, welches sich nach Aufbringen allge- mein über die Waferoberfläche ausbreitet. Alternativ kann bei Verwendung eines stark oxidierenden Gases durch geeignete Absaugung ebenfalls einen lokal stark begrenzte Wirkung erreicht werden.

Ähnlich wie zuvor für den Ätzschritt beschrieben, kann auch die Dauer der Oxidation der Waferoberfläche stark variieren und von wenigen Sekunden bis zu mehreren Minuten reichen. Dies hängt vor allem von der Oxidationswirkung des Gases ab, gleichzeitig aber auch von einer möglicherweise genau erkannten und bestimmten Stärke der Störung, die möglicherweise eine unterschiedlich starke bzw. intensive Oxidation erfordert.

Vorteilhaft kann vorgesehen sein, zur Erkennung von genannten Störungen optische Systeme, beispielsweise Kameras, zu verwenden, und damit die Oberfläche bereichsweise oder insgesamt durch Scannen abzusuchen. Hier können an sich bekannte System dieser Art verwendet werden, die dann die Daten an eine Steuerung geben, die wiederum den Schritt des gezielten Beseitigens der Störung an dieser Stelle steuert.

Nach dem erfindungsgemäßen Schritt zum Entfernen oder Passivieren der p-dotierten Schicht im Bereich von Störungen erfolgt also vorteilhaft eine Metallabscheidung zur Herstellung der Kontakte. Besonders vorteilhaft erfolgt dazwischen ein Reinigungsschritt, so dass nach dem Entfernen oder Passivieren der Waferoberfläche diese erst einmal gründlich gereinigt wird, bevor dann die Metallisierung erfolgt.

Diese und weitere Merkmale gehen außer aus den Ansprüchen auch aus der Beschreibung und den Zeichnungen hervor, wobei die einzelnen Merkmale jeweils für sich allein oder zu mehreren in Form von Unterkombinationen bei einer Ausführungsform der Erfindung und auf anderen Gebieten verwirklicht sein und vorteilhafte sowie für sich schutzfähige Ausführungen darstellen können, für die hier Schutz beansprucht wird. Die Unterteilung der Anmeldung in einzelne Abschnitte sowie Zwi- schen-Überschriften beschränken die unter diesen gemachten Aussagen nicht in ihrer Allgemeingültigkeit.

Kurzbeschreibung der Zeichnungen

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Zeichnungen schematisch dargestellt und wird im folgenden näher erläutert. In den Zeichnungen zeigen:

Fig. 1 einen Wafer zur Herstellung einer Solarzelle mit einem Kratzer in der Antireflex- und Passivierungsschicht bis hinunter zur p-do- tierten Schicht, Fig. 2 einen Ätzvorgang im Bereich des Kratzers entsprechend Fig. 1 und Fig. 3 den Wafer nach dem Ätzvorgang gemäß Fig. 2 mit durch das

Ätzen entfernter p-dotierter Schicht im Bereich des Kratzers.

Detaillierte Beschreibung des Ausführungsbeispiels

In Fig. 1 ist ein Wafer 11 während des Herstellungsprozesses einer Solarzelle dargestellt. Der Wafer 1 1 weist ein Silizium-Substrat 12 auf mit einer p-dotierten Schicht 14 an seiner Oberseite. Die p-dotierte Schicht 14 wiederum wird von einer üblichen Antireflex- und Passivierungsschicht 16 bedeckt. In dieser Hinsicht entspricht der Wafer 11 einem üblichen Wafer nach dem Aufbringen der Antireflex- und Passivierungsschicht, insbesondere vor dem Schritt einer nachfolgenden Metallisierung bzw. Metallabscheidung. Damit werden auf der Antireflex- und Passivierungsschicht 16 metallische Kontakte erzeugt.

In der Antireflex- und Passivierungsschicht 16 ist erkennbar ein Kratzer 18 dargestellt, der beispielsweise durch Handhabungsfehler odgl. entstanden sein kann. Es könnte auch eine sonstige vorgenannte Störung sein. Der Kratzer 18 geht bis auf die p-dotierte Schicht 14 hinunter, so dass diese im Bereich des Kratzers 18 einen freiliegenden Bereich 15 aufweist. Bei einem üblicherweise nun folgenden Metallisierungsschritt würde sich hier, wie eingangs beschrieben worden ist, Metall anlagern, was jedoch unerwünscht ist.

In Fig. 1 ist ein optisches Abtastsystem 20 dargestellt, welches vorteilhaft beweglich ist oder aber die gesamte Oberseite des Wafers 11 gleichzeitig erfassen und auswerten kann. Das optische Abtastsystem 20 erkennt den Kratzer 18 sowie seine Größe, seinen Verlauf und auch, ob er bis auf die p-dotierte Schicht 14 hinunter geht, also unschädlich gemacht werden muss.

Anhand der von dem optischen Abtastsystem 20 an ein nicht dargestelltes Steuerungssystem gesandten Informationen kann nun gemäß Fig. 2 eine steuerbare Düse 22 herangefahren werden. Diese Düse 22 bringt Ätzflüssigkeit 23 im Bereich des Kratzers 18 auf. Insbesondere wird die Ätzflüssigkeit 23 direkt auf den freiliegenden Bereich 15 der p-dotierten Schicht 14 aufgebracht. Die Ätzflüssigkeit kann eine vorstehend genannte Säure sein. Die Dauer des Ätzvorgangs bzw. des Einwirkens der Ätzlösung 23 hängt sowohl von ihrer eigenen Zusammensetzung als auch Art und Aufbau der Antireflex- und Passivierungsschicht 16 ab.

In Fig. 3 ist dargestellt, wie der Wafer 11 nach dem Ätzschritt gemäß Fig. 2 und einem möglicherweise darauf folgenden Reinigungsschritt aussieht, der hier nicht dargestellt ist, da er sehr leicht durchzuführen ist. Es ist zu erkennen, wie im Bereich des Kratzers 18 die Antireflex- und Passivierungsschicht 16 nicht angegriffen ist, dafür aber die p-dotierte Schicht 14 bzw. der freiliegende Bereich 15 entfernt ist. Hier ist es nur möglich, dass ein Bereich 25 des Silizium-Substrats 12 selbst möglicherweise, wie zeichnerisch angedeutet ist, ebenfalls etwas angeätzt bzw. entfernt worden ist. Dies wird jedoch nicht als störend angesehen für die Funktion und Leistungsfähigkeit der fertigen Solarzelle. An den nun freiliegenden Bereich 25 des Silizium-Substrats 12 kann sich bei einem nachfolgenden Metallisierungsschritt kein Metall ablagern. Somit kann dieses Problem beseitigt werden.

Es ist leicht zu erkennen, wie anhand der Fig. 1 bis 3 das erfindungsgemäße Verfahren abgewandelt werden kann. Anstelle einer Ätzlösung 23 samt feiner Düse 22 kann ein großflächiges Besprühen mit Ätzlösung erfolgen. Des weiteren kann anstelle einer flüssigen Ätzlösung ein oxidie- rendes Gas ausgebracht werden, das unter Umständen genauso zielgerichtet auf Kratzer oder die anderen vorgenannten Defekte gerichtet werden kann. Bei einem Oxidieren wird in der Regel die p-dotierte Schicht bzw. der freiliegende Bereich 15 dann nicht entfernt, sondern passiviert, so dass sich ebenfalls kein Metall anlagern kann bei einer nachfolgenden Metallisierung.