DE19706519B4

DE19706519B4 - Verfahren zur Herstellung von Solarzellen

Info

Publication number: DE19706519B4
Application number: DE19706519A
Authority: DE
Inventors: Hiroaki Morikawa; Yoshitatsu Kawama; Satoshi Arimoto; Yukio Shinoda; Takashi Ishihara
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1996-04-26
Filing date: 1997-02-19
Publication date: 2004-02-05
Anticipated expiration: 2017-02-20
Also published as: DE19706519A1

Abstract

Verfahren zur Herstellung von Solarzellen mit den folgenden Schritten:
a) Bereitstellen eines eine licht-zugewandte und eine licht-abgewandte Seite aufweisenden Halbleitersubstrats (1), das mit Durchgangslöchern (3) versehen ist,
b) Ausbilden einer Emitterschicht (2) eines Leitfähigkeitstyps, welcher entgegengesetzt dem Leitfähigkeitstyp des Halbleitersubstrats (1) ist, derart, daß zumindest Teile beider Seiten des Halbleitersubstrats (1) mit der Emitterschicht (2) beschichtet sind, die durch eine durch die Durchgangslöcher führende Durchkontaktierung miteinander verbunden sind, und daß zumindest Teile der lichtabgewandten Seite des Halbleitersubstrats nicht mit der Emitterschicht (2) beschichtet sind,
c) sodann Aufbringen von Elektroden (6, 7) auf zumindest Teilen der licht-abgewandten Seite sowohl auf die Emitterschicht als auch auf die nicht beschichteten Bereiche des Halbleitersubstrats,
d) sodann Verbinden der licht-zugewandten Seite des Halbleitersubstrats (1) mit einem transparenten Substrat (4) unter Verwendung eines transparenten Bindeharzes (5),
dadurch gekennzeichnet, daß
e) nach dem Schritt c) des Aufbringens der Elektroden (6, 7) eine fluorhaltige Beschichtung auf die lichtabgewandte Seite des Halbleitersubstrats aufgebracht wird.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Solarzellen nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1. Ein derartiges Verfahren ist aus der JP 7-226528 A , 9 bekannt.

Die 9A bis 9D sowie die 10A bis 10D zeigen die Schrittfolge bei der Herstellung von VEST-Zellen, welche repräsentativ für umwickelte Solarzellen nach dem Stand der Technik sind und beschrieben wurden von M. Deguchi et al "A Novel Fabrication Technique for Low cost Thin Film Polycrystalline Silicon Solar Cells", Technical Digest, 7th International Photovoltaic Science and Engineering Conference, Seite 243 (1993) und auch aus der JP 7-226528 A , 14 hervorgehen. Bekanntlich weisen die umwickelten Solarzellen einen derartigen Aufbau auf, daß keine Elektrode auf einer Lichtempfangsoberfläche jeder Solarzelle auftaucht und Emitter- und Basiselektroden auf der rückseitigen Oberfläche der jeweiligen Solarzelle angeordnet sind, entgegengesetzt zur Lichtempfangsoberfläche.

Die 9A bis 9D sind Aufsichten auf die VEST-Zellen, gesehen von der rückwärtigen Oberfläche aus, wogegen die 10A bis 10D Querschnittsansichten darstellen, und zwar entlang den Linien 10A-10A, 10B-10B, 10C-l0C sowie 10D-l0D in den 9A bis 9D. Wie aus den 9A und 10A hervorgeht, wird ein dünnes Siliziumsubstrat 1 mit einer Dicke von nicht mehr als 100 μm, bei welchem eine erste und eine zweite Hauptoberfläche einander entgegengesetzt vorgesehen sind, auf der ersten Hauptoberfläche mit mehreren in regelmäßigen Abständen angeordneten Verdrahtungs-Durchgangslöchern 3 ausgebildet, gefolgt von der Ausbildung einer Emitterschicht 2 eines Leitfähigkeitstyps, welcher entgegengesetzt dem Leitfähigkeitstyp des Siliziumsubstrats 1 ist, unter Einsatz eines thermischen Diffusionsverfahrens. Bei dem dargestellten Beispiel weist das Silizium 1 eine Leitfähigkeit des p-Typs auf, und entsprechend die Emitterschicht 2 eine Leitfähigkeit des n-Typs.

Daraufhin wird, wie in den 9B und 10B gezeigt, das Siliziumsubstrat 1, auf welchem die Verdrahtungsdurchgangslöcher 3 und die Emitterschicht 2 vorgesehen sind, an einer transparenten Glasplatte 4 unter Verwendung eines transparenten Bindematerials befestigt, beispielsweise eines transparenten Silikionharzes 5, wobei die zweite Hauptoberfläche des Substrats zur Glasplatte 4 hin gerichtet ist. Die Glasplatte 4 bildet schließlich eine Schutzbeschichtung für Solarzellen. Die Menge an transparentem Silikonharz 5, die zur Befestigung des Siliziumsubstrats 1 an der Glasplatte 4 eingesetzt wird, muß sorgfältig kontrolliert werden, um die Möglichkeit auszuschalten, daß das Bindematerial in unerwünschter Weise aus einem oder mehreren der Verdrahtungs-Durchgangslöcher 3 ausläuft. Zu diesem Zweck wird die Menge an transparentem Silikonharz 5 so gewählt, daß sie dem Gesamtvolumen der Verdrahtungs-Durchgangslöcher 3 entspricht.

Daraufhin werden, wie aus den 9C und 10C hervorgeht, eine Elektrode 6 des p-Typs und eine Elektrode 7 des n-Typs auf dem Siliziumsubstrat 1 bzw. der Emitterschicht 2 angeordnet, gefolgt vom Anlöten von Elektrodenstreifen 8 an die Elektrode 6 und 7 des p-Typs bzw. n-Typs, wie in der 9D gezeigt.

Bei dem voranstehend geschilderten Verfahren nach dem Stand der Technik zur Herstellung von Solarzellen ist äußerste Sorgfalt beim Aufbringen des transparenten Bindemittelharzes 5 erforderlich. Falls die Menge an transparentem Bindeharz 5 nicht so gewählt ist, daß sie dem Gesamtvolumen der Verdrahtungs-Durchgangslöcher 3 entspricht, so läuft ein Teil des transparenten Bindeharzes 5, wenn die Glasplatte 4 verformt ist und/oder das transparente Bindeharz 5 ungleichmäßig aufgebracht wird, aus den Verdrahtungs-Durchgangslöchern 3 heraus und verbreitet sich über lokale Oberflächenbereiche des Siliziumsubstrats 1 um die Verdrahtungs-Durchgangslöcher 3 herum, wie durch 5a in den 9B und 10B angedeutet ist. Die Harzspritzer, die auf diese Weise hervorgerufen werden, härten aus, wenn die Anordnung erhitzt wird und sich daraufhin verfestigt. Infolgedessen können während der Ausbildung der Elektroden, wie in 9C und 10C gezeigt, welche nach der Aufbringung des transparenten Bindeharzes 5 erfolgt, die Elektroden 6 und 7 teilweise auf einigen oder sämtlichen Harzspritzern ausgebildet werden, begleitet von einer Verringerung der Berührungsoberfläche zwischen den Elektroden 6 und 7 und dem Siliziumsubstrat 1. Eine Verringerung der Oberfläche zwischen den Elektroden 6 und 7 und dem Siliziumsubstrat 1 führt wiederum zu einer Verringerung der Ausgangsleistung der sich ergebenden Solarzellen.

Bei der Massenproduktion von Solarzellen führt die Verwendung eines Sputterverfahrens oder eines Dampfablagerungsverfahrens, die beide den Einsatz einer Vakuumkammer erfordern, zu einer relativ niedrigen Durchsatzrate, und daher ist zur Erhöhung des Durchsatzes ein Metallpastendruckverfahren zur Ausbildung der Elektroden unbedingt erforderlich.

Bei dem Verfahren nach dem Stand der Technik zur Herstellung von Solarzellen muß jedoch, da eine Metallpaste zur Ausbildung der Elektroden nach der Verfestigung des transparenten Bindemittelharzes 5 aufgebracht wird, das Material für die Elektroden so sein, daß es bei einer Temperatur von beispielsweise nicht mehr als 300°C gesintert oder erhitzt werden kann, bei welcher das transparente Bindemittelharz 5 nicht seine Eigenschaften ändert. Aus diesem Grund müssen, verglichen mit einem Material, welches bei einer Temperatur von mehr als 600°C "gebacken" und üblicherweise verwendet wird, die Elektroden aus einem Material bestehen, welches einen relativ hohen spezifischen widerstand und einen relativ hohen Kontaktwiderstand aufweist.

Da bei der Durchführung des Verfahrens nach dem Stand der Technik zur Herstellung der VEST-Zellen die Elektroden nach der Anbringung des Siliziumsubstrats 1 an der Glasplatte 4 ausgebildet werden, muß, wie voranstehend erläutert, das transparente Bindemittelharz 5 gleichmäßig auf die Glasplatte 4 mit extrem begrenzter Dicke aufgetragen werden. Sobald das transparente Silikonharz in Bereiche ausläuft, in welchen später die Elektroden ausgebildet werden, nimmt die Kontaktoberfläche der Elektroden ab. Darüber hinaus ist die für die Elektroden verwendbare Metallpaste auf solche Materialien begrenzt, die bei einer ausreichend niedrigen Temperatur gesintert werden können, bei welcher eine mögliche Änderung der Eigenschaften des transparenten Harzes 5 vermieden wird.

Aus WO 89/05521 A1 ist eine Solarzelle bekannt, die aus einzelnen Elementar-Solarzellen aufgebaut ist, die miteinander parallel verschaltet sind. Jede Elementar-Solarzelle besteht aus einem PN-Übergang, wobei der Kontakt der unteren Schicht mittels einer Durchgangsbohrung auf die Oberfläche der oberen Schicht geführt ist. Die Elementar-Solarzellen sind matrizenförmig auf einem Glassubstrat aufgebracht und über die auf der oberen Schicht befindlichen Kontakte parallel verschaltet. Auf diese Weise führt der Ausfall einer Elementar-Solarzelle nicht gleich zum Ausfall der gesamten Solarzelle, so daß die Zuverlässigkeit der derart gebildeten Solarzelle erhöht werden kann.

Aus US 5 100 480 A ist eine Solarzelle bekannt, die sowohl für die n-Schicht als auch für die p-Schicht ein Durchgangsloch in dem isolierenden Trägersubstrat aufweist. Um verschiedene Elementar-Solarzellen auf einem Wafer einfach und zuverlässig verbinden zu können, wird zwischen den Löchern auf der Rückseite des Trägersubstrats eine leitende Verbindung aufgebracht, die die aus den Löchern herausragenden Elektroden miteinander verbinden.

Aus der eingangs genannten, gattungsbildenden JP 7-226528 A (entsprechend der US 5 665 607 A ) ist ein Verfahren zum Herstellen einer Solarzelle bekannt, bei der sich beide Kontakte auf der lichtabgewandten Seite der Solarzelle befinden. Die Durchgangslöcher wurden in das Halbleitersubstrat über ein Ätzverfahren eingebracht, indem das Halbleitersubstrat auf einem temperaturbeständigen Träger aufgebracht ist. Nachdem die Löcher in dem Halbleitersubstrat eingebracht sind, wird der temperaturbeständige Träger von dem Halbleitersubstrat getrennt und das Halbleitersubstrat einem Diffusionsverfahren unterworfen, so daß sich um das Halbleitersubstrat eine Emitterschicht bildet. In einem weiteren Schritt wird sodann auf der lichtabgewandten Seite des mit der Emitterschicht umgebenen Halbleitersubstrats zwischen den Löchern die Emitterschicht wieder abgeätzt, um das Halbleitersubstrat für die Basiselektrode freizulegen. In einer Ausführungsform werden sodann die Elektroden auf der lichtabgewandten Seite des Halbleitersubstrats aufgebracht, wobei die Basiselektrode auf dem Halbleitersubstrat und die Emitterelektrode auf der Emitterschicht aufgebracht werden. Durch die verlegten Elektrodenfinger der Emitterelektrode werden gleichzeitig die Durchgangslöcher verschlossen. In einem letzten Schritt kann so dann ein transparenter Bindeharz auf die lichtzugewandte Seite des Halbleitersubstrats aufgebracht werden, um das Halbleitersubstrat mit einem Glassubstrat zu verbinden.

Aus der JP 4-223378 A ist eine Solarzelle bekannt, die sich von der voran beschriebenen Solarzelle gemäß JP 7-226528 A im wesentlichen dadurch unterscheidet, daß die Durchgangslöcher delta-förmig ausgebildet sind und nach Aufbringung der Elektroden vollständig durch das Elektrodenmaterial ausgefüllt sind.

Ein Problem des eingangs beschriebenen Verfahrens besteht darin, daß die Metallpaste zur Ausbildung der Elektroden nach der Verfestigung des transparenten Bindemittelharzes aufgebracht wird. Damit der Bindemittelharz nicht seine lichtdurchlässige Eigenschaft verliert, dürfen die Elektroden jedoch nicht über einer Temperatur von 300°C gesintert werden. Dies bedingt jedoch Sintermaterialien mit einem relativ hohen spezifischen Widerstand verglichen mit Hochtemperatur-Sintermaterialien.

Darüber hinaus besteht ein Problem gemäß dem in JP 7-226528 A beschriebenen Verfahren darin, daß sich die auf den Durchgangslöchern auf der lichtabgewandten Seite aufgebrachten Emitterelektroden lösen können. Durch die aufgebrachten Emitterelektroden wird zwar erreicht, daß bei Aufbringen des transparenten Bindeharzes seitens der lichtzugewandten Seite der Bindeharz nicht durch die Durchgangslöcher auf die lichtabgewandte Seite hindurchtreten kann. Auf der anderen Seite kann beim Auftragen des transparenten Bindeharzes die aufgebrachte Emitterelektrode wieder gelockert werden, was die Zuverlässigkeit des Produktionsverfahrens wiederum verschlechtert.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, ausgehend von einem Verfahren der eingangs angegebenen Art Solarzellen mit einer höheren Zuverlässigkeit zu produzieren.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst. Die erfindungsgemäße Lösung zeichnet sich dadurch aus, daß bei dem Schritt des Verbindens mit dem transparenten Substrat das Austreten des transparenten Bindeharzes aus den Durchgangslöchern durch vorheriges Aufbringen einer fluorhaltigen Beschichtung verhindert wird.

Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, daß die Emitterelektrode zuverlässig auf die lichtabgewandte Seite des Halbleitersubstrats aufgebracht werden kann, so daß im Ergebnis auch eine bessere Kontaktierung und damit ein geringerer Reihenwiderstand der Solarzelle erreicht werden können.

Bei der Durchführung der vorliegenden Erfindung wird vor der Anordnung des Halbleitersubstrats an dem transparenten Substrat die fluorhaltige Beschichtung auf der lichtabgewandten Oberfläche des Halbleitersubstrats ausgebildet. Wenn auf die auf der licht-abgewandten Seite des Halbleitersubstrats aufgebrachten Elektroden Elektrodenstreifen (8) angelötet werden sollen, wird zuvor die fluorhaltige Beschichtung wieder entfernt.

Die fluorhaltige Beschichtung kann ein Fluor-Homopolymer sein.

Die Anordnung des Halbleitersubstrats, welches typischerweise entweder aus kristallinem Silizium oder polykristallinem Silizium besteht, auf dem transparenten Substrat, welches typischerweise eine verstärkte Glasplatte für Solarzellen ist, wird dadurch durchgeführt, daß das transparente Harz, beispielsweise typischerweise ein Silikonharz, nur auf solche Bereiche entweder des Halbleitersubstrats oder des transparenten Substrats aufgebracht wird, die mit entsprechenden Bereichen des anderen Teils, also des Halbleitersubstrats bzw. des transparenten Substrats verbunden werden sollen, so daß das Halbleitersubstrat so auf das transparente Substrat aufgelegt werden kann, daß das transparente Harz dazwischen vorgesehen ist.

Die Verbindung des Halbleitersubstrats und des transparenten Substrats sollte vorsichtig durchgeführt werden, um die Möglichkeit zu verhindern, daß das transparente Harz aus den Durchgangslöchern austritt, und sich über den ersten elektrisch leitfähigen Bereich ausbreitet.

Die Erfindung wird nachstehend anhand zeichnerisch dargestellter Ausführungsbeispiele näher erläutert, aus welchen weitere Vorteile hervorgehen; gleiche Teile sind hierbei durch gleiche Bezugszeichen bezeichnet. Es zeigt:
1A bis 1D schematische Ansichten von unten mit einer Darstellung der Schrittfolge der Herstellung von Solarzellen gemäß eines ersten Beispiels, auf das die vorliegende Erfindung angewendet werden kann;
2A bis 2D schematische Querschnittsansichten entlang der Linie 2A-2A, 2B-2B, 2C-2C bzw. 2D-2D in den 1A bis 1D,
3A bis 3D schematische Ansichten von unten mit einer Darstellung der Schrittfolge der Herstellung von Solarzellen gemäß eines zweiten Beispiels, auf das die vorliegende Erfindung angewendet werden kann;
4A bis 4D schematische Querschnittsansichten entlang der Linie 4A-4A, 4B-4B, 4C-4C bzw. 4D-4D in den 3A bis 3D;
5A bis 5D schematische Ansichten von unten mit einer Darstellung der Schrittfolge der Herstellung von Solarzellen gemäß einer ersten bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
6A bis 6D schematische Querschnittsansichten entlang der Linie 6A-6A, 6B-6B, 6C-6C bzw. 6D-6D in den 5A bis 5D;
7A bis 7D schematische Ansichten von unten mit einer Darstellung der Schrittfolge der Herstellung von Solarzellen gemäß einer zweiten bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
8A bis 8C schematische Querschnittsansichten entlang der Linie 8A-8A, 8B-8B bzw. 8C-8C in den 7A, 7B und 7C;
9A bis 9D schematische Ansichten von unten mit einer Darstellung der Schrittfolge der Herstellung von Solarzellen nach dem Stand der Technik; und
10A bis 10D schematische Querschnittsansichten entlang der Linie 10A-10A, 10B-10B, 10C-10C bzw. 10D-10D in den 9A bis 9D.
ERSTES ANWENDUNGSBEISPIEL DER ERFINDUNG: 1A bis 2D
In den 1A und 2A ist ein im wesentlichen rechteckiges, dünnwandiges Siliziumsubstrat 1 dargestellt, welches entweder aus kristallinem Silizium oder polykristallinem Silizium besteht und eine erste und eine zweite Hauptoberfläche aufweist, die einander entgegengesetzt angeordnet sind. Bei diesem Siliziumsubstrat 1 sind mehrere in regelmäßigen Abständen angeordnete Verdrahtungs-Durchgangslöcher 3 so vorgesehen, daß sie vollständig über die Gesamtdicke des Substrats verlaufen, und weiterhin ist bei dem Substrat eine Emitterschicht 2 auf dessen erster Hauptoberfläche vorgesehen. Bei dem dargestellten Beispiel ist die Dicke des Siliziumsubstrats 1 nicht größer als 100 μm, und die Leitfähigkeit ist vom Typ p. Die Emitterschicht 2 weist eine Leitfähigkeit auf, die vom entgegengesetzten Typ ist wie beim Siliziumsubstrat 1, also eine Leitfähigkeit des n-Typs, und wird dadurch ausgebildet, daß man Phosphor unter Wärmeeinwirkung in die erste Hauptoberfläche des Siliziumsubstrats 1 eindiffundieren läßt. Allerdings wird darauf hingewiesen, daß die jeweilige Leitfähigkeit des Siliziumsubstrats 1 bzw. der Emitterschicht 2 entgegengesetzt. wie im voranstehend geschilderten Fall sein kann.
Dann werden, wie in den 1B und 2B gezeigt, eine Basiselektrode (Elektrode des p-Typs) 6 und eine Emitterelektrode (Elektrode des n-Typs) 7 auf dem Siliziumsubstrat 1 so ausgebildet, daß sie die erste Hauptoberfläche des Siliziumsubstrats 1 bzw. die Emitterschicht 2 überlagern. Die Ausbildung der Basis- und Emitterelektroden 6 und 7 kann durch ein Siebdruckverfahren durchgeführt werden, um ein vorbestimmtes bzw. erforderliches Muster auszubilden. Beispielsweise können eine Al- oder AgAl-Paste sowie eine Ag-Paste zur Ausbildung der Basiselektrode 6 bzw. der Emitterelektrode 7 verwendet werden und können nach Aufbringung auf das Siliziumsubstrat 1 einige Minuten lang bei einer Temperatur von 700°C in trockener Luft gesintert werden, um hierdurch die Basis- und Emitterelektroden 6 bzw. 7 fertigzustellen. Hierbei hat sich herausgestellt, daß die Elektroden einen geeigneten ohm'schen Widerstand und einen relativ niedrigen spezifischen Widerstand aufweisen.
Beispiele für die AlAg-Paste für die Elektrode des p-Typs umfassen folgende Bestandteile:

Ag-Fritte (1 – 10 μm Ø): 70 – 78 Gew.-%
Al-Fritte (4 – 8 μm Ø): kleiner gleich 2 Gew.-%
Glasfritte (1 – 5 μm Ø) : 1 – 10 Gew.-%
Celluloseharz: 1 – 5 Gew.-%
Carbinolharz: 1 – 5 Gew.-%

Beispiele für die Ag-Paste für die Elektrode des n-Typs umfassen folgende Bestandteile:

Ag-Fritte (1 – 10 μm Ø): 70 – 80 Gew.-%
Glasfritte (1 – 5 μm Ø) : 1 – 10 Gew.-%
Celluloseharz: 1 – 5 Gew.-%
Carbinolharz: 1 – 5 Gew.-%

Wie aus den 1C und 2C hervorgeht, wird das Siliziumsubstrat 1 mit den darauf ausgebildeten Elektroden 6 und 7 mit einer transparenten Abdeckglasplatte 4 verbunden. Um das Siliziumsubstrat 1 an der transparenten Abdeckglasplatte 4 zu befestigen, wird ein transparentes Harz 5, wie beispielsweise Silikonharz, auf die transparente Abdeckglasplatte 4 angebracht, bevor das Siliziumsubstrat 1 in Berührung mit der transparenten Abdeckglasplatte 4 gebracht wird. Nach der Befestigung wird die Anordnung entlüftet und daraufhin einige wenige Minuten bei einer Temperatur von beispielsweise 150°C gesintert, um das transparente Harz 5 auszuhärten.
Schließlich werden, wie in der 1D gezeigt, Elektrodenstreifen 8 an die Basis- bzw. Emitterelektrode 6 bzw. 7 angelötet.
Die nachstehende Tabelle 1 gibt einen Vergleich der elektrischen Eigenschaften, welche unterschiedliche Materialien für die Elektroden aus Ag-Paste zeigen, die bei unterschiedlichen Sintertemperaturen gesintert werden können.
TABELLE 1
Aus der voranstehenden Tabelle 1 wird deutlich, daß die Verwendung des bei hoher Temperatur gesinterten Pastenmaterials in der Hinsicht wirksam ist, eine wesentliche Verringerung des spezifischen Widerstands der Elektroden zu erreichen.
Bei dem voranstehend geschilderten Beispiel ermöglicht es die Ausbildung der Elektroden 6 und 7 auf dem Siliziumsubstrat 1 während des in den 1B und 2B dargestellten Verfahrensschrittes, ein bei hoher Temperatur gesintertes Pastenmaterial einzusetzen, und daher können sowohl der Kontaktwiderstand als auch der spezifische Widerstand der Elektroden wesentlich verringert werden, was zu einer Verringerung des Reihenwiderstands der sich ergebenden Solarzellen führt.
Wenn derartige Pasten-Elektroden verwendet werden, weist jede der Elektroden nach dem Sintern eine Dicke im Bereich von 10 bis 20 μm auf, und daher kann die zulässige Menge an transparentem Harz 5, die während des in den 1C und 2C gezeigten Verfahrensschritts zur Befestigung des Halbleitersubstrats 1 an der transparenten Abdeckglasplatte 4 verwendet wird, auf einen solchen Wert erhöht werden, daß das aufgebrachte transparente Harz nach dem Auslaufen aus den Verdrahtungs-Durchgangslöchern 3 sich nunmehr über die Metallpastenelektroden ausbreitet.
Im Gegensatz zum Stand der Technik, wie er in Verbindung mit den 9 und 10 beschrieben wurde und bei welchem eine extrem exakte Steuerung der Dicke der aufgebrachten Paste erforderlich ist, kann die Menge an aufgebrachtem transparentem Harz 5 bei der Durchführung des Verfahrens gemäß der vorliegenden Erfindung so gewählt werden, daß das transparente Harz 5, welches aus den Verdrahtungs-Durchgangslöchern 3 hinausläuft, im wesentlichen nicht die Bereiche des Siliziumsubstrats 1 erreicht, in welchen die Elektrodenstreifen 8 später ausgebildet werden, und daher kann die Aufbringungsdicke des transparenten Harzes 5 in vorteilhafter Weise erhöht werden. Genauer gesagt ermöglicht es die vorliegende Erfindung, die Aufbringungsdicke des transparenten Kunstharzes auf einen Wert zu erhöhen, der das 1,5-fache des Wertes beträgt, der bei dem Verfahren nach den 9 und 10 eingesetzt wird. Wenn die Lichtempfangsoberfläche des Siliziumsubstrats 1 eben ist oder wenn die Lichtempf angsoberfläche des Siliziumsubstrats 1 mit einer Lichteinfangsoberflächenstruktur versehen wird, so hat sich eine optimale Dicke des transparenten Harzes 5 innerhalb des Bereiches von 1 bis 2 μm bzw. innerhalb des Bereiches von 3 bis 5 μm herausgestellt. Die Aufbringung des transparenten Harzes 5 kann durch eine Schleuder- oder Walzenbeschichtungsvorrichtung durchgeführt werden, und auf diese Art und Weise kann die Harzdicke ausreichend gut kontrolliert werden.
ZWEITES ANWENDUNGSBEISPIEL DER ERFINDUNG: 3A bis 4D
In den 3A und 4A wird das Siliziumsubstrat 1 entweder aus kristallinem Silizium oder polykristallinem Silizium, welches in regelmäßigen Abständen angeordnete Verdrahtungs-Durchgangslöcher 3 und die Emitterschicht 2 aufweist, ebenso wie bei dem voranstehend geschilderten Anwendungsbeispiel hergestellt. Daraufhin wird, wie in den 1B und 2B gezeigt wurde, die Basiselektrode 6 auf der ersten Hauptoberfläche des Siliziumsubstrats 1 ausgebildet. Allerdings wird bei dem zweiten Anwendungsbeispiel die Emitterschicht 2 mit einem solchem Muster versehen, daß sie die Verdrahtungs-Durchgangslöcher 3 umgibt. Bei der dargestellten Ausführungsform weist das Siliziumsubstrat 1 eine Dicke von nicht mehr als 100 μm auf und eine Leitfähigkeit des p-Typs. Die Emitterschicht 2 hat die entgegengesetzte Leitfähigkeit, verglichen mit jener des Siliziumsubstrats 1, also Leitfähigkeit des n-Typs, und wird dadurch hergestellt, daß eine Wärmediffusion von Phosphor in die erste Hauptoberfläche des Siliziumsubstrats 1 erfolgt. Allerdings können die jeweiligen Leitfähigkeitstypen des Siliziumsubstrats 1 und der Emitterschicht 2 auch entgegengesetzt den voranstehend geschilderten Leitfähigkeitstypen gewählt werden.
Wie in den 3B und 4B gezeigt ist, wird dann die Basiselektrode 6 auf der ersten Hauptoberfläche des Siliziumsubstrats 1 ausgebildet, und wird entsprechend die Emitterelektrode 7 auf der Emitterschicht 2 in einem solchen Muster ausgebildet, daß die Verdrahtungs-Durchgangslöcher 3 jeweils von ihr umgeben werden.
Nach der Ausbildung der Elektroden 6 und 7 wird das Siliziumsubstrat 1 mit der transparenten Abdeckglasplatte 4 so verbunden, daß seine zweite Hauptoberfläche in Kontakt mit der transparenten Abdeckglasplatte 4 gehalten wird, wie in den 3C und 4C gezeigt ist, gefolgt vom Anlöten der Elektrodenstreifen 8 gemäß 3D.
Bei dem Verfahren gemäß dem zweiten Anwendungsbeispiel wird die Emitterelektrode 7 mit einem solchen Muster versehen, daß sie die Verdrahtungs-Durchgangslöcher 3 umgibt, wie in den 3B und 4B gezeigt ist, und daher kann eine Menge an transparenten Harz 5 aufgebracht werden, welche der Summe der jeweiligen Volumina der Abschnitte der Emitterelektrode 7 entspricht, welche mit den Verdrahtungs-Durchgangslöchern 3 ausgerichtet sind. Verglichen mit dem ersten Anwendungsbeispiel kann daher der zulässige Bereich für die Menge an transparentem Harz 5, welches während des in den 3C und 4C gezeigten Verfahrensschritts dadurch verwendet wird, das Halbleitersubstrat 1 an der transparenten Abdeckglasplatte 4 zu befestigen, weiter erhöht werden. Eine Versuchsreihe hat gezeigt, daß trotz der Tatsache, daß das. transparente Harz 5 mit einer Dicke aufgebracht wurde, welche das 1,5-fache der Dicke betrugt, die bei dem ersten Anwendungsbeispiel eingesetzt wurde, kein auf diese Weise aufgebrachtes, transparentes Harz sich in jene Bereiche ausbreitete, in welchen später die Elektrodenstreifen 8 ausgebildet wurden.
Bei dem zweiten Anwendungsbeispiel, wie es in den 3D und 4D gezeigt ist, breitete sich das im wesentlichen aus allen Verdrahtungs-Durchgangslöchern 3 austretende, transparente Harz 5 nicht über die Emitterelektrode und dann über jene Bereiche aus, in welchen später die Elektrodenstreifen 8 hergestellt werden.
ERSTE AUSFÜHRUNGSFORM: 5A bis 6D
In den 5A und 6A wird das Siliziumsubstrat 1 entweder aus kristallinem Silizium oder polykristallinem Silizium, bei welchem die Basiselektrode 6 und die Emitterelektrode 7 beide auf dem Siliziumsubstrat 1 ausgebildet werden, ebenso hergestellt, wie dies voranstehend im Zusammenhang mit dem zweiten Anwendungsbeispiel gemäß Figuren 3B und 4B beschrieben wurde.
Nach der Ausbildung der Basis- und Emitterelektrode 6 und 7 auf dem Siliziumsubstrat 1 wird, wie in den 5B und 6B gezeigt ist, ein fluorhaltiges Beschichtungsmaterial, im Ausführungsbeispiel aus einem Fluor-Homopolymer, unter Verwendung einer Spritzpistole auf die erste Hauptoberfläche des Siliziumsubstrats 1 aufgebracht, wo die Elektroden 6 und 7 ausgebildet werden, so daß eine fluorhaltige Beschichtung 9 über der Gesamtoberfläche des Substrats ausgebildet wird. Nach der Aufbringung läßt man die fluorhaltige Beschichtung 9 dadurch trocknen, daß sie einige Zeit sich selbst überlassen bleibt. Die Fluorbeschichtung 9 kann auf die Seitenoberfläche jedes der Verdrahtungs-Durchgangslöcher 3 aufgebracht werden, wie in 6B gezeigt, sollte jedoch nicht zur zweiten Hauptoberfläche des Siliziumsubstrats 1 hindurchgehen, die schließlich als Lichtempfangsoberfläche dienen soll.
Dann wird gemäß 5C und 6C das Siliziumsubstrat 1 mit der fluorhaltigen Beschichtung 9 mit der transparenten Abdeckglasplatte 4 so verbunden, daß seine zweite Hauptoberfläche der transparenten Abdeckglasplatte 4 gegenüberliegt. Die Anordnung wird entlüftet, und dann gesintert, um das transparente Harz 5 auszuhärten, woran sich das Entfernen der fluorhaltigen Beschichtung 9 anschließt. Obwohl die fluorhaltige Beschichtung 9 unter Verwendung eines Lösungsmittels entfernt werden kann, beispielsweise einer fluor-inaktiven Flüssigkeit, kann die fluorhaltige Beschichtung 9 auch durch thermische Zersetzung entfernt werden, die dann stattfindet, wenn die Temperatur auf 200°C erhöht wird, nach Einsatz einer Temperatur (150°C, die einige Minuten aufrechterhalten wird), die zur Aushärtung des transparenten Harzes 5 verwendet wird.
Schließlich werden, wie in den 5D und 6D gezeigt, die Elektrodenstreifen 8 auf entsprechende Weise wie bei dem ersten oder zweiten Anwendungsbeispiel ausgebildet, wodurch die Befestigung der VEST-Zellen an der Abdeckglasplatte beendet ist.
Bei der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird die fluorhaltige Beschichtung 9 während des in den 5B und 6B gezeigten Verfahrensschrittes ausgebildet. Eine Versuchsreihe hat gezeigt, daß trotz der Tatsache, daß das transparente Harz 5 aus den Verdrahtungs-Durchgangslöchern 3 austreten kann, das auslaufende, transparente Kunstharz 5 durch die fluorhaltige Beschichtung 9 so abgestoßen wird, daß es in die Verdrahtungs-Durchgangslöcher 3 zurückgelangt und sich nicht über die Oberfläche der fluorhaltigen Beschichtung 9 ausbreitet. Da die fluorhaltige Beschichtung 9 die Eigenschaft hat, das transparente Harz 5 abzustoßen, wird das Siliziumsubstrat 1 mit den darauf vorgesehenen Elektroden schwimmend auf dem transparenten Harz 5 gehalten, und daher kann, obwohl die Menge an transparentem Harz 5 schwanken kann, oder das transparente Harz 5 ungleichmäßig aufgebracht wird, und/oder die Abdeckglasplatte 4 verbogen ist, die Anordnung auf sichere Weise so an der Abdeckglasplatte befestigt werden, daß keine Luftblasen vorhanden sind, und das transparente Harz 5 nicht verläuft.
Obwohl bei der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung die Emitterelektrode 7 ein solches Muster aufweist, daß sie die Verdrahtungs-Durchgangslöcher 3 umgibt, ist dies nicht als einschränkend zu verstehen, so daß die Mustergebung auch so wie bei dem ersten Beispiel erfolgen kann, das in den 1B und 2B gezeigt ist.
ZWEITE AUSFÜHRUNGSFORM: 7A bis 8C
Bei der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird eine verstärkte Glasplatte 10 zur ausschließlichen Verwendung bei Solarzellen statt der Abdeckglasplatte 4 verwendet, die bei jedem der voranstehend geschilderten Beispiele eingesetzt wird. Gemäß 7D sind auf der verstärkten Glasplatte 10, die im wesentlichen rechteckförmig ausgebildet ist, zehn Solarzellen angebracht.
Gemäß 7A und 8A wird das Siliziumsubstrat 1 mit den Elektroden, die auf ähnliche Weise wie bei der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung erzeugt werden, mit der fluorhaltigen Beschichtung 9 auf seiner ersten Hauptoberfläche versehen, so daß die Elektroden 6 und 7 abgedeckt werden.
Dann wird, wie in 7B gezeigt, das transparente Harz 5 auf eine Oberfläche der verstärkten Glasplatte 10 aufgebracht. In diesem Fall ist es erforderlich, Oberflächenunregelmäßigkeiten in einer Größenordnung einiger 10 μm aufzufüllen, die sich auf einer derartigen Oberfläche der verstärkten Glasplatte 10 befinden, nämlich durch das aufgebrachte transparente Harz 5, und dann das transparente Harz 5 auf die vorstehende, obere Oberfläche gleichmäßig aufzubringen. Die Verbindung der Solarzellen kann in zufriedenstellender Weise erzielt werden, wenn das transparente Harz 5 über der gesamten Oberfläche der verstärkten Glasplatte in ausreichender Menge vorhanden ist. Da jedoch die Dicke, in welcher das transparente Harz 5 aufgebracht wird, in der Größenordnung von einigen 10 μm liegt, und um die Menge an verwendetem transparenten Harz 5 auf ein Minimum zu beschränken, wird bei der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung das transparente Harz 5 nur auf derartige Oberflächenbereiche der verstärkten Glasplatte 10 aufgebracht, in welchen die Solarzellen verbunden werden. Weiterhin wird die Aufbringung des transparenten Harzes 5 auf eine relativ große Oberfläche unter Einsatz einer Walzenbeschichtungsvorrichtung durchgeführt.
Dann wird, wie in den 7B und 8B gezeigt ist, das Siliziumsubstrat 1 mit der verstärkten Glasplatte 10 durch das transparente Harz 5 verbunden, gefolgt von einer Entlüftung und einem Sintervorgang, um das transparente Harz 5 auszuhärten. Daraufhin wird die fluorhaltige Beschichtung 9 entfernt. Schließlich werden, wie aus der 7C hervorgeht, die Elektrodenstreifen 8 auf ähnliche Weise wie bei einem der voranstehend geschilderten Beispiele angelötet, wodurch die Befestigung der VEST-Zellen an der verstärkten Glasplatte beendet ist.
Ein Schritt zur Aufbringung von Silikonharz auf ein Glassubstrat mit großer Fläche kann durch eine Beschichtungsvorrichtung, wie beispielsweise einen Rollenbeschichter, durchgeführt werden. 7D zeigt eine Ausführungsform, bei welcher zehn Solarzellen auf dem Substrat 10 durch das Silikonharz 5 angebracht sind. Nach der Beschichtung wird das Substrat auf die voranstehend geschilderte Weise angebracht.
Die Abdeckglasplatte 4, die bei der ersten Ausführungsform der Erfindung gemäß den 5A bis 6D verwendet wird, weist eine relativ hohe Oberflächenebenheit auf und darüber hinaus praktisch keine Verbiegungen, und selbst wenn die Oberfläche unregelmäßig ausgebildet ist, liegt dies in der Größenordnung von nicht mehr als 10 μm. Das Verfahren gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist besonders dann effektiv, wenn eine derartige Abdeckglasplatte verwendet wird, und wird in vorteilhafter Weise bei Modulen mit relativ geringer Oberfläche eingesetzt, deren Einsatz beispielsweise auf Solarfahrzeuge, Satelliten oder Solarbatterie-Meßinstrumente begrenzt ist, kann jedoch nicht mit der verstärkten Glasplatte eines Typs ausgeführt werden, die bei einem Modul mit relativ großer Oberfläche eingesetzt wird, in der Größenordnung von einigen 10 Quadratzentimeter bis zu 1 Quadratmeter, also zur Verwendung im Außenbereich, wie dies nachstehend noch genauer erläutert wird.
Eine der entgegengesetzt angeordneten Oberflächen der verstärkten Glasplatte zur ausschließlichen Verwendung bei Solarbatterien, die momentan auf dem Markt erhältlich ist, weist Oberflächenunregelmäßigkeiten in der Größenordnung einiger 10 μm auf, so daß das einfallende Licht reflektiert werden kann. Allerdings muß die Solarbatterie mit den bereits ausgebildeten Elektroden im allgemeinen mit jenen der entgegengesetzt angeordneten Oberflächen der verstärkten Glasplatte verbunden werden, an welchen die Oberflächenunregelmäßigkeiten auftauchen, und in dieser Hinsicht kann das Verfahren gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung nicht in zufriedenstellender Weise durchgeführt werden.
Weiterhin ist es möglich, die Notwendigkeit der Verbindung der Zellen mit jener Oberfläche der verstärkten Glasplatte zu vermeiden, an welcher die Oberflächenunregelmäßigkeiten auftauchen, wenn nach der Herstellung von Modulen mit relativ geringer Oberfläche unter Einsatz des Verfahrens gemäß des ersten oder zweiten Anwendungsbeispiels die Zellen mit der verstärkten Glasplatte verbunden werden. Allerdings führt dies zu einer Erhöhung der Herstellungskosten und ist daher im allgemeinen unerwünscht. Im Gegensatz hierzu ermöglicht es gemäß der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung die Anbringung der fluorhaltigen Beschichtung 9, die verstärkte Glasplatte 10 statt der Abdeckglasplatte 4 zu verwenden, die bei der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung gemäß den 5A bis 6D eingesetzt wird.
Die vorliegende Erfindung, wie sie voranstehend vollständig beschrieben wurde, stellt zahlreiche Vorteile zur Verfügung.
Da die fluorhaltige Beschichtung nur auf der Oberfläche des Halbleitersubstrats dort ausgebildet wird, wo die Elektroden ausgebildet werden, kann darüber hinaus der zulässige Bereich für die Menge an transparentem Harz, die zur Verbindung des Halbleitersubstrats mit der Abdeckglasplatte zur Verwendung in den Solarzellen aufgebracht wird, noch weiter erhöht werden, was es ermöglicht, die verstärkte Glasplatte einzusetzen, die nur zur Verwendung in Solarzellen gedacht ist.
Gemäß einem nicht zur Erfindung gehörigen Anwendungsbeispiel können Solarzellen zur Verfügung gestellt werden, welche ein transparentes Substrat aufweisen, ein über ein transparentes Harz mit dem transparenten Substrat verbundenes Halbleitersubstrat, in welchem Durchgangslöcher vorgesehen sind, und auf welchem eine Emitterschicht vorgesehen ist, einen bei hoher Temperatur gesinterten ersten elektrisch leitfähigen Bereich, der auf dem Halbleitersubstrat ausgebildet ist, sowie einen zweiten elektrisch leitfähigen Bereich, der auf dem ersten elektrisch leitfähigen Bereich vorgesehen ist. Der erste elektrisch leitfähige Bereich ist so ausgebildet, daß er jedes Durchgangsloch umgibt, welches in dem Halbleitersubstrat vorgesehen ist.
Da während der Herstellung der VEST-Solarzellen das Halbleitersubstrat mit der Abdeckglasplatte verbunden wird, nachdem die Elektroden auf dem Halbleitersubstrat ausgebildet werden, gibt es nicht nur eine relativ große Freiheit für die Auswahl des Materials der Elektroden, sondern kann auch der zulässige Bereich für die Menge des transparenten Harzes erhöht werden, welche zur Verbindung des Halbleitersubstrats mit der Abdeckglasplatte zur Verwendung in den Solarzellen aufgebracht wird, um hierdurch eine relativ hohe Ausbeute bei der Herstellung zu erreichen.

Claims

Verfahren zur Herstellung von Solarzellen mit den folgenden Schritten: a) Bereitstellen eines eine licht-zugewandte und eine licht-abgewandte Seite aufweisenden Halbleitersubstrats (1), das mit Durchgangslöchern (3) versehen ist, b) Ausbilden einer Emitterschicht (2) eines Leitfähigkeitstyps, welcher entgegengesetzt dem Leitfähigkeitstyp des Halbleitersubstrats (1) ist, derart, daß zumindest Teile beider Seiten des Halbleitersubstrats (1) mit der Emitterschicht (2) beschichtet sind, die durch eine durch die Durchgangslöcher führende Durchkontaktierung miteinander verbunden sind, und daß zumindest Teile der lichtabgewandten Seite des Halbleitersubstrats nicht mit der Emitterschicht (2) beschichtet sind, c) sodann Aufbringen von Elektroden (6, 7) auf zumindest Teilen der licht-abgewandten Seite sowohl auf die Emitterschicht als auch auf die nicht beschichteten Bereiche des Halbleitersubstrats, d) sodann Verbinden der licht-zugewandten Seite des Halbleitersubstrats (1) mit einem transparenten Substrat (4) unter Verwendung eines transparenten Bindeharzes (5), dadurch gekennzeichnet, daß e) nach dem Schritt c) des Aufbringens der Elektroden (6, 7) eine fluorhaltige Beschichtung auf die lichtabgewandte Seite des Halbleitersubstrats aufgebracht wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Durchgangslöcher in regelmäßigen Abständen zueinander angeordnet sind.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1-2, dadurch gekennzeichnet, daß das Halbleitersubstrat eine Dicke von kleiner 100 μm aufweist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1-3, dadurch gekennzeichnet, daß die Emitterschicht unter Einsatz eines thermischen Diffusionsverfahren gebildet wird.
Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß zur Ausbildung der Emitterschicht Phosphor unter Wärmeeinwirkung in das Halbleitersubstrat eindiffundiert wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1-5, dadurch gekennzeichnet, daß die Emitterschicht vom n-Typ und das Halbleitersubstrat vom p-Typ ist.
Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß für die Elektrode des n-Typs eine Ag-Paste und für die Elektrode des p-Typs eine AlAg-Paste verwendet wird, wobei die Pasten nach Aufbringung auf der lichtabgewandten Seite des Halbleitersubstrats einige Minuten lang bei einer Temperatur von 700°C in trockener Luft gesintert werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1-7, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektroden mit einem Hochtemperatur-Sinterverfahren aufgebracht werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1-8, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektrode, welche auf den mit der Emitterschicht beschichteten Bereichen des Halbleitersubstrats ausgebildet ist, jedes Durchgangsloch umgibt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1-9, dadurch gekennzeichnet, daß auf die auf der licht-abgewandten Seite des Halbleitersubstrats aufgebrachten Elektroden (6, 7) Elektrodenstreifen (8) angelötet werden, nachdem die Fluor-Beschichtung wieder entfernt wurde.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1-10, dadurch gekennzeichnet, daß die Anordnung des Halbleitersubstrats auf dem transparenten Substrat so durchgeführt wird, daß das transparente Harz nur auf Bereiche entweder des Halbleitersubstrats oder des transparenten Substrats aufgebracht wird, welche mit entsprechenden Bereichen des anderen Teils, also des transparenten Substrats bzw. des Halbleitersubstrats, verbunden werden sollen.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1-11, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindung des Halbleitersubstrats und des transparenten Substrats so durchgeführt wird, daß sorgfältig die Möglichkeit vermieden wird, daß das transparente Harz aus den Durchgangslöchern austritt, so daß es sich über den ersten elektrischen leitfähigen Bereich ausbreitet.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1-12, dadurch gekennzeichnet, daß das transparente Harz ein Silikonharz ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1-13, dadurch gekennzeichnet, daß das Halbleitersubstrat aus einem Material aus der Gruppe besteht, die kristallines und polykristallines Silizium umfaßt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1-14, dadurch gekennzeichnet, daß das transparente Substrat eine verstärkte Glasplatte ist.