DE3001124A1 - Fotozelle und verfahren zu ihrer herstellung - Google Patents

Description

80.4 10.1.80

ZUSAMMENFASSUNG

Bei der Herstellung eines elektrischen Eontaktes an der Oberfläche einer Fotozelle werden Teilchen elektrisch leitenden Materials bei einer Temperatur oberhalb der Legierungstemperatur des Teilchenmaterials und von Silizium auf eine oder auf beide Hauptoberflächen der Zelle aufgesprüht, z.B. durch Flammensprühung, Lichtbogensprühung oder Plasmasprühung, so daß die Teilchen mit dem Silizium legieren und auf der Zellenoberfläche haften.

GEGEFSTAND DER EEFINDüNG

Die vorliegende Erfindung befaßt sich allgemein mit Fotozellen, welche elektrische Eontakte an ihrer vorderen und/ oder hinteren Oberfläche aufweisen. Speziell befaßt sich die Erfindung mit einem Verfahren zur Bildung einer oder beider elektrischer EoEtekte und mit derart hergestellten Zellen.

STAND DER TECHNIE

Fotozellen bestehen bekannterweise aus dünnen Scheibchen oder Oblaten verschiedener Materialien, z.B. monokristallinem Silizium, welche mit geeigneten Fremdatomen geimpft worden sind, so daß die geimpfte Oblate p- oder n- Charakteristiken aufweist. Danach wird ein Fremdatom mit einem Leitfähigkeitstyp entgegengesetzt dem des Impfstoffes auf die geimpfte Oblate z.B. durch Diffusion aufgebracht^ um eine Grenz-

030030/0793

80.4 10.1.80

schickt p-n nahe an der Frontseite zu bilden, weiche als Hauptlichtempfangsoberflache der Oblate dient. Im allgemeinen werden, wenn Lichtenergie auf die Fotozelle trifft, im Silizium Defektstellenpaare erzeugte Durch die Gegenwart der p-n Grenzschicht - dieser Ausdruck schließt beide, sowohl eine p-n- als auch n-p-Grenzschicht ein - fließen Elektronen zu einer Haupüoberflache der Zelle und B£ekt~ elektronen zur anderen Hauptoberflache _o Damit die Zelle arbeitsfähig ist, müssen an beiden Hauptoberflächen elektrische Kontakte angebracht werden, so daß die durch den Lichteinfall auf das Silizium erregten Elektronen von der Fotozelle abgeleitet und, nachdem sie den Verbraucherkreis passiert haben, zurück zur Fotozelle fließen können_o

In herkömmlichen Fotozellen wird der elektrische Kontakt oder das Gitter auf einen nur kleinen Teil der Frontseite aufgebracht, weil ein genügend großer Bereich dieser lichtempfangenden Oberfläche vom elektrischen Kontakt oder Gitter freigehalten werden muß_s damit eine genügend große Lichtmenge die Oberfläche der Zelle erreicht und in diese eindringt. Es ist üblich, elektrisches Kontaktmaterial, wie z.B. einen Aluminiumüberzug, auf die gesamte Bückseite aufzubringen, weil normalerweise Licht nicht durch die rückseitige Oberfläche in den Zellenkörper eintreten sollo

Ü30Ü30/0793
BAD ORIGINAL

- 6 - 80.4

10.1.80

Es sind solion vielerlei Verbesserungen vorgeschlagen, worden, um die vorder- und rückseitigen Kontakte an der Fotozelle anzubringen. Hierzu wird hingewiesen z.B. auf einen Gitterkontakt an der Frontseite der Zelle, wie er in US-PS 4,082,568, erteilt am 4. April 1978 und im US-PS 4.124.455, erteilt am 7. November 1978 "beschrieben ist. Dieses Silbergitter ist auf Elemente platiert, welche drei getrennte Schichten haben, die übereinander liegen und zusammen ein einheitliches Element bilden. Obgleich dieser Eontakt sich als hochwirksam erwiesen hat zur Bildung eines frontseitigen Gitterkontaktes einer Fotozelle ist der Patentschrift zu entnehmen, daß dieses Element nicht nur höchst kostbare und damit kostenaufwendige Materialien, wie z.B. der Platingruppe oder Silber enthält, sondern darüber hinaus vier aufeinander folgende Stufen der Aufbringung seiner Schichten erfordert. Bei der bevorzugten Ausführungsform im US-PS 4.082.568 und 4.124.455 werden drei Schichten des Grundelementes im Aufdampfverfahren aufgebracht. Anschließend an dieses Aufdampfen des Materials, das im Vakuum zu erfolgen hat, wird das Element in ein Bad mit Kaliumsilbereyanidbildung getaucht und das Gitterelement mit Silber elektroplatierto Obwohl - wie schon erwähnt die so erzeugten Kontakte höchst wirksam sind, so sind sie doch für die wirtschaftliche Herstellung von Fotozellen ungeeignet.

Ö30030/0793

- 7 - 80.4

10.1.80

Insbesondere läßt sich das Aufbringen der Kontakt elemente im Vakuum nur äußerst schwierig im Fließbandverfahren durch führen. Im allgemeinen erfordert die Behandlung im Vakuum den Einsatz einzelner Zellen oder einer Gruppe von Zellen in der Vakuumkammer. Nachdem die Zellen in die Kammer eingebracht worden sind, wird zunächst eine Wartezeit zur Vakuumbildung, anschließend die eigentliche Verfahrenszeit zur Aufbringung und schließlich wieder eine Wartezeit zum Abbau des Vakuums und zur Herausnahme aus der Kammer erfordert· Aus diesem Grunde ist jede Art von Vakuumbehandlung für die Herstellung von Fotozellen auf einfache, billige Weise höchst untauglich.

Ein weiteres Problem bei der Bildung metallischer Kontakte an Fotozellen besteht darin, daß zum Ansammeln sowohl als zur Fortleitung einer genügenden Menge von Elektronen zu fordern ist, daß die frontseitigen oder rückseitigen Kontakte eine genügend große Masse aufweisen, um große Mengen von Elektronen zu führen. Das Piatieren mit Silber Z₀B₀ er fordert die Aufbringung des Metalls aus einer Bartschicht über eine ausgedehnte Periode, um einen Kantakt der ge wünschten Maase zu erhalten. Auch ein solcher Zeitaufwand zum Aufbringen des Kontakt materials bedeutet natürlich einen nachteiligen ^Einbruch in die Erfordernisse einer wirtschaftlichen Fließbandarbeit.

030030/0793
BAD ORIGINAL

- 8 - 80.4

10.1.80

Ein weiteres Problem beim Aufbringen metallischen Materials insbesondere an der Frontfläche der Solarzelle besteht darin, daß sich dünne Oxydbeläge an der Zellenoberfläche bilden, welche das Aufbringen des Kontaktmaterials und dessen Haftkontakt empfindlich stören. Auch beim Aufbringen zusätzlicher Schichten oder Materialien auf den Kontaktelementen ist beim bisherigen Verfahren hohe Sorgfalt geboten, um eine Korrosion zwischen den Metallschichten zu verhindern. Bei der Bildung von Oxyd zwischen den Metallbelägen besteht die Gefahr eines Abblätterns und schlechter Haftung der verschiedenen Schichten und einer völligen Ablösung der Metallbeläge.

AUFGABE

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es somit, ein Verfahren zum Aufbringen elektrischer Kontakte auf Fotozellen zu entwickeln, das sich für die Herstellung im Fließbandverfahren eignet und dadurch erstmals eine wirklich ökonomische Herstellung von Fotozellen¹ ermöglicht. Des weiteren besteht die Aufgäbe, das Verfahren zum Aufbringen elektrischer Kontakte auf Fotozellen so zu gestalten, daß eine Behandlung im Vakuum vermieden wird. Schließlich besteht die Aufgabe der vorliegenden Erfindung auch darin, die Bildung störender Oxydschichten zu verhindern, welche die Haftung des Kontaktmaterials an der Siliziumoberfläche beeinträchtigen.

030030/07 93

- 9 - 80.4

10.1.80

LÖSUNG DEH AUFGABE

Das Wesen der Erfindung zur Lösung der vorgenannten Aufgaben besteht in erster Linie darin, daß das leitende Kontaktmaterial zum Aufbringen auf die Oberfläche einer Fotozelle durch Bildung von Materialpartikelchen unter einer Temperatur oberhalb der Legierungstemperatur dieses Materials und des Siliziums und Aufsprühen der Partikelchen auf die Zelloberfläche mit einem Abstand aufgebracht wird, daß die Partikelchen die Oberfläche bei solcher !Temperaturen erreichen, daß sie mit dem Silizium legieren und dadurch fest auf der Zelloberfläche haften. Das Aufsprühen der Partikelchen läßt sich nach den bisherigen Erfahrungen durch Flammensprühung, Lichtbogensprühung oder Plasmasprühung erfolgreich durchführen und es lassen sich dabei feine Partikel, Atome oder Ionen eines metallischen Materials ifie z_sB_o Aluminium zur Kontaktbildung verwenden.

Metallische Partikel können auf die Frontseite der Zelle gesprüht werden; dies ist die Seite, welche sich zum Lichteinfall besonders eignet und dem Licht das Eindringen in den Zellkörper ermöglicht. Wenn eine Grenzschicht, Z_eB_a eine p-n-Grenzschicht, schon gebildet worden ist, die sich an bzw. dicht unter der Frontoberfläche der Zelle befindet,

0 3 0 0 3 0/0793

- 10 - 80.4

10.1.80

berühren die Metallpartikelchen, welche auf der Oberfläche haften sollen, diese Oberfläche bei oder oberhalb der Legierungstemperatur - für den Fall von Aluminium und Silizium beispielsweise bei einer Temperatur von 577°C - jedoch nicht bei einer so hohen Temperatur, daß die Partikelchen in die Frontseite der gZelle soweit eindringen, daß sie die p-n-Grenzschicht beschädigen.

Wenn das Prüferverfahrenrach der Erfindung angewandt wird, um metallisches Material, wie z.B. Aluminium auf die Sückseite oder geschützte Seite der Zelle aufzubringen, so kann man dELes ohne Vorsorge für den Grad des Eindringens vollziehen und das Aluminium kann die Rückseite der Zelle bei einer Temperatur erreichen, bei welcher es mehr in die Eückseite eindringt. Wenn beispielsweise eine Siliziumoblate, welche mit Bor als Fremdatom geimpft wurde, einer Diffusion in einem Ofen mit Phosphen als Phosphorquelle unterworfen wurde und die Bückseite der Oblate ungeschützt ist, werden p-n-Grenzj^schichten sowohl an der Frontseite als auch an der Eückseite gebildet. Bei der Bildung eines elektrischen Eontaktes aus Aluminium an der Zellenrückseite wird das Aluminium vorzugsweise mit einer Temperatur auf die Eückseite gesprüht, bei welcher es nicht nur in die Bückseite eindringt, sondern bei einer so hohen Temperatur, bei welcher es soweit in die Bückseite eindringt, daß das Aluminium die unter der rückseitigen Oberfläche gebildete p-n-Grenzschicht erreicht und durchdringt und deren Stelle

030030/0793
BAD ORIGINAL

- 11 - 80.4

10.1.80

eine Hoch-Tief-Grenzschicht oder Stufengrenzschicht bildet. Bei einer Zelle dieser Art, welche mit Bor vorgeimpft und in welche Phosphor eindiffundiert wurde, um eine n-p-Grenzschicht an der Front- und Rückseite zu bilden, ergibt sich an der Bäckseite eine p+-p, Hoch-Tief-Grenzschicht.

Bei der Anwendung von Sprühverfahren nach der Erfindung auf die Frontseite der Zelle zur Bildung eines elektrischen Kontaktes!werden Partikelchen nicht auf die ganze Oberfläche gebracht, sondern in Gitterverteilung, welche nur einen kleinen Teil der Frontfläche einnimmt und dadurch das Eintreten von Lichtenergie in die Fotozelle ermöglichte Dabei kann das Muster, in welchem das Metallmaterial auf die Frontseite der Zelle aufgebracht wird, durch eine Maske gesteuert werden. Werden Metallteilchen auf die Bückseite der Zelle gesprüht, so können sie im allgemeinen auf die ganze Oberfläche gebracht werden, da kein Erfordernis vorliegt, Stellen freizuhalten für den Licht eintritt«,

030030/0793

12 - 80.4

10.1_o80

BESCHREIBUNG VON

Diese und weitere Zwecke, Eigenschaften und Vorteile der Erfindung sind aus der folgenden Besenreibung mit Zeichnung ersichtlich.

Fig. 1 zeigt im Querschnitt eine Fotozelle mit elektrischen Kontakten,

Fig. 2 eine Draufsicht zu Fig. 1 mit den oberen Kontakten der Zelle,

Fig. 3 eine perspektivische Veranschaailichung eines Verfahrens zur Bildung der elektrischen Kontakte nach der Erfindung und

Fig. 4 eine perspektivische Darstellung einer anderen Verfahrensweise zur Bildung der elektrischen Kontakte.

Die in Fig. 1 und 2 dargestellte Fotozelle 10 besteht aus einer Oblate 12 oder Scheibe aus Silizium mit elektrischer Sperrschicht, z.B. einer in der Zeichnung nicht mit dargestellten n-p Grenzschicht dicht unter der vorderen Oberfläche 14 der Scheibe. Die Zelle 10 ist natürlich nicht maßstabsgetreu dargestellt. Die Frontfläche 14 der Scheibe 12 ist zur Lichtaufnahme ler Zelle 10 vorgesehen und mit einer Mehrzahl von Bändern 16 aus elektrisch leitendem Material versehen, welches auf ihr haftet und einen

030030/0793

ORlRINA^

1124

- 13 - 80.4

10.1.80

elektrischen. Kontakt für die Oberfläche bildete Die Bänder 16 sind, lediglich illustrativ als Gitter mit sickzackförmig verlaufenden Kontaktstreifen dargestellt und mit äußeren Leitungen 18 verbunden. Diese Bandgruppe der Oberfläche 14 wird im folgenden einfach als Erontkontakt oder Gitter der Fotozelle bezeichnet.

An der rückwärtigen, kein Licht empfangenden Oberfläche 20 der Scheibe 12 ist ein durchgehender Belag 22 aus Metall enthaltendem Material angebracht, der den elektrischen Kontakt für diese Oberfläche bildet. Dieser Belag 22 wird allgemein als rückseitiger Kontakt der Zelle bezeichnete Mit ihm ist eine äußere elektrische Leitung 24 verbundene Dieser Kontakt dient allgemein zum Schließen des elektrischen Stromkreises für den durch den Lichteinfall auf die Prontfläche 14 der Zelle 10 erzeugten Strom₀

Die Bänder 16 im Gitter der Fläche 14 bilden den vorderen elektrischen Kontakt für die Zelle und dienen zum Sammeln der Elektronen aus der n-p-Grenzschicht in der Scheibe 12 beim Einfall von Licht. Das dargestellte Bandmuster stellt natürlich nur dn Beispiel für viele mögliche Gittermuster dar.

030030/0793

- 14 - 80.4

10.1.80

In bevorzugten Ausführungsweisen zur Herstellung werden die Bänder 16 durch Aufsprühen von geschmolzenem metallhaltigem Material geformt, wie beispielsweise durch ein Flammensprühgerät oder ein Lichtbogensprühgerät oder durch Plasmasprühung zum Aufbringen des metallhaltigen Materials.

Fig. 5 zeigt in schematischer Darstellung ein solches Flammensprühgerät, wobei lediglich die Flammenspritzdüse 30 dargestellt ist. Dabei wird eine Maske 26 vor die Frontfläche 14 der Scheibe gebracht. Diese Maske ist mit offenen Bereichen oder Löchern 28 entsprechend dem Muster des aufzubringenden gitterförmigen Kontaktes versehen. Die Maske 26 kann aus irgendeinem geeigneten Material bestehen, das unter dem Einfluß des Sprühmaterials nicht abnutzt. Vorzugsweise besteht die Maske aus Polymer, um mit einem geringen Kostenaufwand zu aabeiten.

Die Flammenspritzdüse 30 wird in einem vorgeschriebenen Abstand von der Scheibe 12 und der vorgesetzten Maske angeordnet. Üblicherweise arbeitet das Flammensprühgerät mit metallhaltigem Draht, Stabmaterial oder Pulver, das im Gerät geschmolzen und durch einen Gasstrom hoher Geschwindigkeit in atomisierter Partikelform ausgestoßen wird. Die Wärme zum Schmelzen wird durch Verbrennen von Azetylen, Propan oder Wasserstoff in Sauerstoff erzeugt

030030/0793

ORIGINAL

80.4 10.1.80

•und das geschmolzene Material durch Preßluft atomisiert und auf die Fläche gesprüht.

Beim Aufbringen der Bänder 16 müssen Scheibe 12 und Maske in ausreichendem Abstand von der Düse 30 angeordnet werden, so daß das geschmolzene Sprühmaterial sich ausreichend abgekühlt hat, wenn es auf die Maske und Scheibe auftrifft und nicht unter die Oberfläche in die Scheibe eindringt und die p-n-Grenzschicht nahe unter der Oberfläche "beschädigt oder gar kurzschließt. Andererseits muß die Düse 30 auch nahe genug zur Scheibe angeordnet werden derart, daß die Partikelchen die Oberfläche 14 noch in plastischer Form erreichen und ein Band ohne Diskontinuitäten und guter Haftung auf der Oberfläche erzeugen. Wird zum Aufsprühen im wesentlichen reines Aluminium verwendet bei einer Temperatur von etwa 700⁰C erhält man gute Ergebnisse bei einem Abstand von etwa 10 bis 14 Zoll. Die Haftung vollzieht sich durch Legieren des Siliziums und des gesamten oder eines Seiles des aufgesprühten elektrisch leitenden Materials* Jedoch soll mit dem Ausdruck Legierung nur zum Ausdruck gebracht werden, daß eine Haftung auf der Oberfläche bewirkt wird, so daß z.B. bei etwas niedrigeren Temperaturen dieser Vorgang womöglich besser mit dem Ausdruck Sinterung zu beschreiben wäre.

0 0 30/0793

- 16 - 80.4

10.1.80

Obwohl das Verfahren nach der Erfindung sich mit dem Aufsprühen eines weiten Bereiches elektrisch leitender Materialien einschließlich Legierungen und Mischungen mit Metall zur Bildung der Kontakte zu verwirklichen ist, wird im allgemeinen Aluminiurjiallein oder in Kombination mit geringen Mengen anderer Metalle zu bevorzugen sein. Andere Metalle oder geeignete Metallkombinationen zur Bildung elektrischer Kontakte von Fotozellen sind in den amerikanischen Patentsehriftea 4.082.568 beschrieben und können auch im vorliegenden Fall angewendet werden.

Die Dicke der elektrischen Kontakte an der Oberflächen und 16 kann natürlich durch einfaches Aufsprühen von ausreichend vielem Material beliebig groß gemacht werden. Elektrische Kontakte mit einer Stärke von etwa 1 bis 10 Mikron sind für die meisten Fotozellen geeignet.

Fig. 4 veranschaulicht eine andere Ausführungsform des Verfahrens zum Aufbringen der Kontakte mit Hilfe eines Plasmastrahles durch einen Plasmasprühapparat mit Sprühdüse 40. Fig. 4 zeigt dieses Verfahren zur Bildung eines Belages 22 als rückseitigen elektrischen Kontakt der Fotozelle 10. Da dieser Belag 22 im allgemeinen durchgehend sein soll, ist beim Aufsprühen eine Maske 26 wie in Fig. 3 nicht erforderlich. Vorzugsweise, jedoch,

030 0 30/0793
BAD,

- 17 - 80.4

10.1.80

wird der rückseitige Kontakt oder Belag 22 auf der Fläche vor Bildung der p-n-Grenzschicht geformt, so daß der Kontakt als Maske bzw. Abdeckung für diese Seite dienen kann, wäqhrend die Diffusion eines Fremdatoms zur Bildung der Grenzschicht erfolgt.

Die Konstruktion des Plasmasprühgerätes ebenso wie des Flammensprühgerätes $0 in Fig. 2 ist nicht Teil dieser Erfindung. Ein solcher Blasmasprühapparat wird gewähnlich für Materialien mit höherem Schmelzpunkt angewandt. Dabei wird ein Gas teilweise ionisiert, wie Z₀B₀ Stickstoff oder Argon, in einem elektrischen Lichtbogen und ein GasstAl hoher Temperaturgeschwindigkeit über eine sehr kleine öffnung ausgestoßen. iDie erforderliche Härme kann durch einen elektrischen Lichtbogen oder eine Piasmafianne erzeugt werden, welche selbst Teil eines elektrischen Lichtbogens sein kann oder die Form eines freien Plasmastromes aufweisen kann, d_oh_e eines Plasmastromes, der unabhängig vom Lichtbogen ist und nicht zu dem elektrischen Fluß zwischen Elektroden beiträgt.

Die Plasmasprühdüse 40 wird in festem Abstand von der Scheibe der Zelle 10 angeordnet« Im Gegensatz zur Bildung der Bänder 16 oder Frontkontakte der Zelle 10 (Figo 2) ist jedoch der Abstand der Düse 40 von der Zelle 10 nicht so kritischm weil sich die p-n-Grenzschicht nicht

030 0 30/0 7 93

- 18 - 80.4

10.1„80

so nahe bei der Oberfläch.e 20 befindet. Das Eindringen des aufgesprühten metallhaltigen Materials unter die Oberfläche 20 ist nicht unerwünscht und mag sogar nützlich als Kalbleitermetallhaltige Legierung sein; insbesondere gewährt eine Silikon-Aluminium-Legierung auf der ganzen rückseitigen Fläche oder einen Teil dieser Fläche gewisse Vorteile für die Wirksamkeit der Fotozelle, wie es in US-PS 3.895.975 und 3.990.097 beschrieben ist.

Wenn, wie in Fig. 3 und 4 dargestellt ist, genügend metallhaltiges Material zur Bildung der elektrischen Kontakte aufgebracht wurde, läßt man das aufgebrachte Kontaktmaterial sich abkühlen und verfestigen. Im Falle der Fig. 3 wird die Maske abgenommen und damit ist die Fotozelle mit ihren elektrischen Kontakten fertig.

Obwohl es im allgemeinen vorzuziehen ist, daß das metallhaltige Material wenigstens halbweise geschmolzen ist, wenn es die Oberfläche der Zelle 10 erreicht, liegt es Jedoch durchaus im Rahmen der vorliegenden Erfindung, wenn die aufgesprühten Partikelchen sich beim Erreichen der Oberfläche verfestigt haben. Dabei werden die verfestigten Partikelchen durch Preßwirkung miteinander und mit Oberfläche verbunden. Es ist weiter nicht erforderlich, daß das metallhaltige Material vollständig geschmolzen ist,

030030/0 7 93

- 19 - 80.4

10.1.80

wenn es den Sprühapparat verläßt. Für die Zwecke der vorliegenden Erfindung mag es genügen, wenn das Material den Apparat in fein verteilter Form und wärmeerweichtem Zustand verläßt; der Ausdruck "geschmolzen" soll auch diesen Fall im Rahmen dieser Erfindung einschließen.

Falls erwünscht, können die äußeren elektrischen Leitungen 24- und 26 "beim Aufsprühen in Berührung mit den Flächen der Oblate 12 gehalten werden, so daß ihre Verbindung mit den elektrischen Kontakten "bei deren Aufbringen herbeigeführt wird.

Was die Materialien zum Aufsprühen auf die Vorder- oder Kickseite der Fotozelle angeht, wird Aluminium als elektrisch leitendes Material, entweder als Ganzes oder als Teil, bevorzugt. Aluminium ist weit weniger kostenaufwendig als andere Metalle, z.B_o Silber, wie sie bisher eingesetzt wurden. Gleichwohl läßt sich im Rahmen der vorliegenden Erfindung auch anderes Material als Aluminium zur Bildung der elektrischen Kontakte einsetzen. So kann insbesondere Zink , das sich leicht schweifen läßt, zusammen mit Aluminium oder auf Aluminium aufsprühen_a Der Gebrauch von Zink als Kontaktmaterial ist in hohem Maße wünschenswert; beim Aufbringen im Vakuumverfahren hat es sich dagegen als äußerst problematisch erwiesen_o Weiter

030030/0793

BAD ORIGINAL

- 20 - 80.4

10.1.80

können im Rahmen der Erfindung Nickel, Titan, Paladium und Chrom angewandt werden; auch kostbare Metalle wie z.B. Silber sind nicht auszuschließen.

Zur Bildung der Maske bei Herstellung eines frontalen Kontaktgitters wird vorzugsweise ein Material verwendet, das nach einmaligem Gebrauch weggeworfen wird. Das Maskenmaterial kann aus Plastik, Metallfolie oder sogar aus druckempfindlichem Band bestehen. Es wurde festgestellt, daß man sogar Papier zur Bildung der Maske verwenden kann. Wird Aluminium bei einer Temperatur von etwa 577°C unter Verwendung einer Papiermaske aufgesprüht, so wird das Aluminium, wie man erwarten könnte, die Maske nicht augenblicklich entzünden, vielmehr wird der überwiegende Teil des Aluminiums nicht am Papier haften bleiben, sondern von ihm abfallen. Die erfindungsgemäße Sprühmethode ermöglicht daher den Gebrauch von ganz billigen Masken, die nach Gebrauch weggeworfen werden.

Wie bereits oben erwähnt, beeinträchtigen Oxydschichten selbst an der IFBontfläche der Siliziumscheibe kaum die Fähigkeit der aufgesprühten Partikelchen, durch solche dünnen Schichten zu gelangen und mit dem darunter liegenden Silizium zu legieren. Beim Besprühen der Prontfläche der Zelle besteht lediglich das Problem, die Temperatur· der auftreffenden Partikelchen so zu bestimmen, daß einer-

0 3 0 0 30/0793

- 21 - 8Ο_β4-

10.1.80

seits durch etwaige Oxidschichten hindurch, eine gute Legierung oder Sinterung erreicht wird, andererseits aber auch, die Metallpartikelchen bei einer nicht zu hohen Temperatur auftreffen und nicht zu tief eindringen,weil sie dann zu einer Schädigung der dicht unter der Oberfläche liegenden p-n-Grenzschicht führen könnten_o

Beim Aufsprühen von Metall auf die Eückseite der Fläche der Zelle hat sich bei einer speziellen Ausführungsform ein Belag von Diffusionsglas durch Diffundieren eines Sremdatoms, Z.B. von Phosphor in geimpftes Silizium - bei Impfung mit einem Iremdatom entgegengesetzter Art, wie z.B. Bor - als vorteilhaft erwiesen., Die Wirkungsweise eines Belages von Diffusionsglas auf der Bückseite der Zelloberfläche ist näher beschrieben in US-PS 3°990_oQ97, erteilt am 2. November 1976 und in US-PS 4.056»879, erteilt am 8. November 1977· Danach kann der während der Schmelzdiffusion gebildete Belag aus Diffusionsglas hier angewandt werden derart, daß ein Metall wie Aluminium auf die rückseitige Oberfläche der Zelle gesprüht wird, die mit dem Diffusionsglas überdeckt ist*

Die Temperatur, bei welcher das metallische Material auf den Belag von Diffusionsglas auftrifft, wird hoch genug sein, so daß das metallische Material das Diffusionsglas durchdringt bis in die rückseitige Fläche der Zelle und

030030/0793

- 22 - 80.4.

10.1.80

in den Siliziumkörper in einem Maße, das ausreicht, daß das Metall wie Aluminium die p-n-Grenzschicht dient unter der rückseitigen Zelloberfläche erreicht und anjderen Stelle eine Stufengrenzschicht bildet. In der oben beschriebenen Ausführungsform, in welcher die rückseitige Grenzschicht eine n-p-Grenzschicht ist, wird durch das eindringende Aluminium an deren Stelle eine p+-g-Grenzschicht gebildet. Eine p+-p-Grenzschicht ist eine solche Grenzschicht, wie sie als Hoch-Tief- oder Stufengrenzschicht bezeichnet wird. Darin existieren verschiedene Konzentrationen von Fremdatomen, obgleich von derselben Leitfähigkeitstype, in benachbarten Zellschichten. Selbst, wenn der Diffusionsglasbelag auf der rückseitigen Oberfläche weggeäzt worden ist, kann die Sprühtechnik nach der vorliegenden Erfindung angewandt werden, und bei richtiger Einstellung der Temperatur wird das metallische Material in die rückseitige Oberfläche eindringen und die p-n-Grenzschicht in eine Hoch-Tief-Grenzschicht verwandeln.

Mit der vorliegenden Erfindung ist eine Zelle geschaffen worden, die sich durch hohe Wirksamkeit und Wirtschaftlichkeit auszeichnet, die herkömmliche Vakuumbehandlung zur Bildung der elektrischen Kontakte vermeidet und damit eine entscheidende Herabsetzung des Kostenaufwandes gewährleistet.

0 3 0 C J 0 / 0 7 9 3

- 23 - 80.4

10.1.80

Im Rahmen der Erfindung sind noch mancherlei Abänderungen und andere Ausführungen möglich.

030Q J0/0793

80.4 10.1.80

BEZÜGSZEICHENLISTE

10 Fotozelle 12 Oblate, Scheibe 14 Vorderseite von

16 Bänder, Kontakte, Frontkontakt photovoltaic cell

wafer

front surfache of 12 bands, front contact,grid

external wire means

back surface

layer, contact, back contact

18 vordere .Anschlußleitung 20 Eückseite 22 Belag, Kontakt

rückseitiger Kontakt

24 rückseitige Anschlußleitung

26 Maske shadow mask

28 offene Maskenbereiche open areas of 26

30 Flammensprühdose flame spray gun nozzle

40 Plasmastrahlsprühdose plasma arc spraying apparatus nozzle

030C30/0793

Claims (8)

80.4 10.1.80 PAIENa)AIfSPBUOHE:

1. Verfahren zum Aufbringen elektrisch leitender Eontakte auf der Oberfläche einer Fotozelle, dadurch gekennzeichnet, daß Partikelchen metallischen Materials von einer Temperatur oberhalb der Legierungstemperatur dieses Materials und von Silizium gebildet und daß diese Partikeiihen aus einer Entfernung gegen die Oberfläche gesprüht werden derart, daß sie die Oberfläche bei einer !Temperatur erreichen, bei ^reicher sie mit dem Silizium legieren und dadurch an der Oberfläche haften.

2. Verfahren nach Anspruch 1, bei welchem die besprühte Oberfläche auf der Frontseite liegt, welche die Lichtempfangsseite der Zelle darstellt und bei welcher sich unter der Oberfläche eine p-n-Grenzschicht befindet, dadurctygekennzeichnet, daß die Partikelchen die frontale Oberfläche bei einer Temperatur erreichen, bei welcher sie nicht in die Oberfläche in einem solchen Maße eindringen, dag ausreichen x-Jürde, die p-n-Grenzschicht wesentlich zu beschädigen,,

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die frontale Oberfläche durch eine Maske abgedeckt wird, so daß nur ein kleiner Teil der Oberfläche besprüht wird.,

Ö30030/0793

- 2 - 80.4

10.1.80

4-_o Verfahren nach. Anspruch 1, 2 oder 3₅ dadurch gekennzeichnet, daß als Maske eine solche aus Papier, Plastik oder Metallfolie verwendet wird.

5. Verfahren nach Anspruch 1 zum Besprühen der rückseitigen Oberfläche, dadurch gekennzeichnet, daß nach dem Besprühen der rückseitigen Oberfläche an der entgegengesetzten, vorderen Oberfläche der Zelle eine p-n-Grenzschicht gebildet wird.

6. Verfahren nach einem der vorauf gehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß p-n-Grenzschicht en an der Vorder- und Eückseite der Zelle gebildet und die Bückseite sodann mit Partikelchen bei einer Temperatur besprüht wird, bei welcher die Partikelchen in die Eückseite bis über die p-n-Grenzschicht eindringen und an der Eückseite eine Hoch-Tief-Grenzschicht bilden.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß vor dem Besprühen ein Belag aus Diffusionsglas an der rückseitigen Oberfläche gebildet und daß sodann diese Oberfläche bei einer Temperatur besprüht wird, bei welchejj&ie Partikelchen durch den Glasbelag in die rückseitige Oberfläche bis über die p-n-Grenzschicht eindringen und eine Hoch-Tief-Grenzschicht an der Eückseite bilden.

030030/0793

- 3 - 80.4

10.1.80

8. Verfahren nach, einem der Ansprüche 1 "bis 7» dadurch gekennzeichnet, daß als metallisches Material Aluminium verwendet wird.

9· Fotozelle, die nach, dem Verfahren nach, einem der vorhergehenden Ansprüche hergestellt ist.

Ö30030/0793