DE3342046A1

DE3342046A1 - Device for stably anchoring layers on large-area semiconductor components

Info

Publication number: DE3342046A1
Application number: DE19833342046
Authority: DE
Inventors: Klaus 2000 Hamburg Hennings; Stefan Dipl.-Ing. Reul
Original assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Current assignee: Telefunken Systemtechnik AG
Priority date: 1983-08-19
Filing date: 1983-11-22
Publication date: 1985-05-30
Also published as: DE3342046C2

Abstract

In a device for stably anchoring layers on large-area semiconductor components (38), in particular solar cells, the contact arrangement is applied using screen printing and an electrically conducting paste and is dried in a heating process. A multiplicity of the semiconductor components are stacked one above the other in magazines (16) and subjected to various temperatures and gas atmospheres in the single treatment zone of the furnace. In order to construct the device claimed in parent application P 3329923.4 more efficiently, the magazines (16), which are separated by partitions (41) arranged in the direction of conveyance, are moved through the furnace while chained to one another without gaps. The process gases interact with deflection devices (30, 32) in the furnace and repeatedly flow on to the components (38) in the magazines in a direction transverse to the direction of conveyance and the components are consequently heat-treated, heated and cooled. <IMAGE>

Description

"Vorrichtung zur stabilen Verankerung von Schichten auf großflächigen"Device for stable anchoring of layers on large areas

Halbleiterbauelementen" Die Hauptanmeldung befaßt sich mit einer Vorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Mit einer solchen Vorrichtung wurde das bis dahin übliche Verfahren zur dauerhaften Verankerung der elektrisch leitende Paste, die mit Hilfe der Siebdrucktechnik auf die Oberfläche von Solarzellen aufgebracht wurde, wesentlich verbessert. Ferner wurde erreicht, daß der Durchsatz des Wärmebehandlungsofens erheblich gesteigert werden konnte. Diese Vorteile wurden dadurch erzielt, daß eine Vielzahl von Bauelementen in Magazinen übereinander gestapelt und die Magazine in dichter Folge durch den Ofen gefordert wurden.Semiconductor components "The main application deals with a device according to the preamble of claim 1. With such a device was the up common methods for permanent anchoring of the electrically conductive paste, which are applied to the surface of solar cells with the help of screen printing technology has been significantly improved. It was also achieved that the throughput of the heat treatment furnace could be increased considerably. These advantages were achieved in that a Large number of components in magazines stacked on top of one another and the magazines in close succession were demanded by the furnace.

Auch diese Vorrichtung zeigt noch Mängel, die beispielsweise darin bestehen, daß nur ein kleinerer Anteil der zugeführten Gasmenge zum Trocknen, Ausbrennen und Aufbringen der elektrisch leitenden Paste und zum Aufheizen der Solarzellen genutzt wird. Auch ist eine Gastrennung zwischen zwei benachbarten Behandlungszonen relativ aufwendig.This device also shows deficiencies, for example in it exist that only a smaller proportion of the amount of gas supplied for drying, burning out and applying the electrically conductive paste and heating the solar cells is being used. There is also a gas separation between two adjacent treatment zones relatively complex.

Daher liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, die eingangs behandelte Vorrichtung derart zu verbessern, daß der benötigte Gas- und Enerzie- bedarf auf ein Minimum beschränkt und die Ofenkapazität weiter gesteigert wird.The invention is therefore based on the object discussed at the outset To improve the device so that the required gas and energy requirement reduced to a minimum and the furnace capacity increased further.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im Kennzeichen des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst.This object is achieved according to the invention by the features in the characterizing part of the claim 1 specified features solved.

Die Vorrichtung nach der Erfindung hat gegenüber dem Gegenstand der Hauptanmeldung eine Reihe weitergehender Vorteile. So konnte der Energie- und Gasbedarf sowie das Bauvolumen bei wesentlich größerer Kapazität verringert werden. Die Bildung explosiver Gase kann durch die Schaffung von gasdurchströmten Einfach- oder Doppeischleusen zwischen zwei Behandlungszonen sicher unterdrückt werden. Wärmeverluste nach außen sowie der Heiz- und Regelaufwand sind gering.The device according to the invention has compared to the object of Main registration a number of further advantages. So could the energy and gas demand and the construction volume can be reduced with a much larger capacity. The education Explosive gases can be created by creating single or double locks through which gas flows safely suppressed between two treatment zones. Heat losses to the outside as well as the heating and control costs are low.

Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.Further developments of the invention are characterized in the subclaims.

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel nach der Erfindung schematisch dargestellt.An exemplary embodiment according to the invention is shown schematically in the drawing shown.

Es zeigen Fig. 1 eine Draufsicht auf einen Teil eines längsgeschnittenen Durchlaufofens, Fig. 2 einen Querschnitt durch den Ofen und Fig. 3 zwei Ansichten der Magazine In Fig. 1 werden die mit rechteckförmigen Solarzellen beladenen Magazine 16 an der Eingabestelle 2 auf die Förderschiene 1 gestellt und in Pfeilrichtung durch den Ofen 4 gefördert. Zunächst durchlaufen die Bauelemente in den Magazinen 16 eine Eingangsschleuse, die von einem Spülgas in Richtung der eingetragenen Pfeile durchströmt wird.1 shows a plan view of part of a longitudinally sectioned one Continuous furnace, FIG. 2 shows a cross section through the furnace and FIG. 3 shows two views of the magazines In FIG. 1, the magazines loaded with rectangular solar cells 16 placed at the input point 2 on the conveyor rail 1 and in the direction of the arrow conveyed through the furnace 4. First of all, the components pass through the magazines 16 an entry lock, which is from a purge gas in the direction of the arrows is flowed through.

Durch die dicht an die Magazine heranreichenden Schottwände 25 sind die Leckverluste gering. Das bei 26 eingeleitete Spe as wird im Bereich 27 einmal umgelenkt und dann zum Ausgang 28 geführt. Durch diese Gasführung wird in der Behandlungszone I, in die die Bauelemente dann eintreten, ein höherer Druckaufbau ermöglicht und eine Querdiffusion von Fremdgasen weiter verringert.Due to the bulkhead walls 25, which are close to the magazines the leakage losses are low. The Spe as introduced at 26 is im area 27 deflected once and then led to exit 28. This gas flow is a higher pressure build-up in treatment zone I, into which the components then enter and a cross diffusion of foreign gases is further reduced.

In der Behandlungszone I wird die Magazinkette mit in einem Heizregister 29 aufgeheizten Prozeßgas über eine Breite von zwei Magazinen angeströmt. Nach dem ersten Durchströmen wird der Gasstrom durch Leitbleche 30 umgelenkt und weiter durch die Magazine geführt. Zur Vermeidung von Leckströmen in den Behandlungszonen sind an den Magazinober- und -unterseiten L- oder U-Profile 31 angebracht, die in entsprechend ausgebildete Führungen in der Decke und der Fördereinrichtung eingreifen. Diese Führungen sind aus Fig. 2 ersichtlich, das einen Querschnitt durch den eben beschriebenen Gaseinstrbmkanal der Bev handlungszone I zeigt. Nach dieser ersten Umlenkung des Prozeßgases wird der Gasstrom nach Durchströmen der Magazine ein zweites Mal über Leitbleche 32 umgelenkt und nach Durchströmen der ~lagazine, die der Eingangsschleuse benachbart sind, zum Ausgang 33 geführt. Je nach der geforderten Aufheiz- und Haltezeit ist eine entsprechende Unterteilung der jeweiligen Behandlungszone zu wählen. Im Ausftihrungsbeispiel ist die Behandlungszone I in drei Sektionen mit zwei Gasumlenkbereichen 30, 32 vorgesehen, wobei jede Sektion die Breite von zwei Magazinen besitzt. Der Gasstrom kann dabei so gewählt werden, daß in der der Schleuse benachbarten Sektion eine bestimmte Endtemperatur herrscht. Zur Vervollständigung dieses Ofenabschnittes ist, wie die Fig. l und 2 zeigen, eine Wandheizung 34, vorzuqsweise eine elektrische Widerstandsheizung, und eine Wärmedämmung 3.z vorzusehen.In treatment zone I, the magazine chain is also in a heating register 29 heated process gas flowed across a width of two magazines. After this the first flow through the gas flow is deflected by baffles 30 and continues through led the magazines. To avoid leakage currents in the treatment zones attached to the magazine top and bottom L- or U-profiles 31, which in accordingly Engage trained guides in the ceiling and the conveyor. These Guides can be seen from Fig. 2, which is a cross-section through the one just described Gas inflow channel of treatment zone I shows. After this first diversion of the Process gas is the gas stream after flowing through the magazine over a second time Deflected baffles 32 and, after flowing through the ~ lagazine, that of the entrance lock are adjacent, led to the output 33. Depending on the required heating and holding time an appropriate subdivision of the respective treatment zone is to be selected. in the Exemplary embodiment is treatment zone I in three sections with two gas deflection areas 30, 32 are provided, each section having the width of two magazines. Of the The gas flow can be chosen so that in the section adjacent to the lock a certain final temperature prevails. To complete this furnace section is, as FIGS. 1 and 2 show, a wall heater 34, preferably an electrical one Resistance heating and thermal insulation 3.z to be provided.

Zwei Behandlungszonen werden durch eine Schleuse voneinander getrennt.Two treatment zones are separated from each other by a lock.

Nach Fig. 1 schließt an die Behandlungszone I die Schleuse I an. Zur Erzielung einer bestimmten Temperatur ist in die Schleusenzulaufleitung 36 eine Heizregister 37 eingesetzt. Die Strömunirsrichtung in der Schleuse sollte stets gleich der der benachbarten Behandlungs zonen sein, um Druckdifferenzen zu vermeiden oder wenigstens zu verringern. Werden zwei Schleusen unmittelbar nebeneinander gebaut, so ist es möglich, die Bildung von explosiven Gasgemischen, z.B. H2 und 02i in den Behandlungszonen zu verhindern.According to FIG. 1, the lock I adjoins the treatment zone I. To the Achieving a certain temperature is one in the lock feed line 36 Heating register 37 inserted. The direction of current in the lock should always be equal to that of the neighboring treatment zones to be to pressure differences to avoid or at least to reduce. Are two locks right next to each other built, it is possible to prevent the formation of explosive gas mixtures, e.g. H2 and 02i in the treatment areas.

Dem Ende einer Mehrzahl von Behandlungszonen, im Beispiel sind zwei derartige Zonen vorgesehen, folgt auf eine Schleuse II eine Kuhlzone, die ebenfalls in mehrere Sektionen unterteilt sein kann, um dafinierte Abkühlungsraten zu erhalten. Im Anschluß daran folgt eine Ausgangsschleuse, die wie die Eingangsschleuse aufgebaut ist. Danach können die Magazine 16 an der Ausgabestelle 3 von der Fördereinrichtung abgenommen werden.The end of a plurality of treatment zones, in the example there are two Such zones are provided, a lock II is followed by a cooling zone, which is also can be divided into several sections in order to obtain defined cooling rates. This is followed by an exit lock, which is constructed like the entrance lock is. The magazines 16 can then be removed from the conveyor device at the output point 3 be removed.

Ein derart aufgebauter Ofen beschränkt den Gas- und Energiebedarf auf das unbedingt notwendige Maß. Dabei wird vorausgesetzt, daß der Gasstrom eine so hohe Wärmekapazität besitzt, daß das Behandlungsgut gerade noch aufgeheizt werden kann.A furnace constructed in this way limits the gas and energy requirements to the absolute minimum. It is assumed that the gas flow is a has such a high heat capacity that the items to be treated are just heated up can.

In Fig. 2 ist die Eingangssektion einer Behandlungszone dargestellt, der das Gas in Pfeilrichtung zugeführt wird. Im Heizregister 29 wird es auf die erforderliche Temperatur aufgeheizt, bevor es über die in einem Magazin 16 gestapelten Zellen strömt.. Das Magazin ist, wie schon erwähnt, an der Ober- und Unterseite mit Profilleisten 31 (L- oder U-förmig) versehen, die in entsprechend ausgebildete Führungen in der Decke und in der Fördereinrichtung eingreifen. Durch diese Führungen werden Gasverluste weitgehend vermieden. Die Wände der Sektion sind mit Heizeinrichtungen 34 versehen und mit einen blaterial zur Wärmedämmung 35 vervollständigt.In Fig. 2 the entrance section of a treatment zone is shown, to which the gas is fed in the direction of the arrow. In the heating register 29 it is on the required temperature is heated before it is stacked in a magazine 16 Cells flow .. The magazine is, as already mentioned, on the top and bottom provided with profile strips 31 (L- or U-shaped), which in appropriately trained Engage guides in the ceiling and in the conveyor. Through these tours gas losses are largely avoided. The walls of the section are equipped with heating devices 34 provided and completed with a material for thermal insulation 35.

In Fig. 3 sind die Magazine 16 mit den vorzugsweise rechteckigen Solarzellen 38 dargestellt. Die Zellen 38 sind waagerecht iibereinander gestapelt und werden in genutete Quarzstäbe 39 eingeschoben.In Fig. 3, the magazines 16 with the preferably rectangular solar cells 38 shown. The cells 38 are stacked horizontally on top of one another and become inserted into grooved quartz rods 39.

Wenn mit dem Pfeil die Förderrichtung der Magazine 16 durch den Ofen angedeutet ist, dann weisen die Magazine Öffnungen 40 auf, durch die das Gas quer zur Förderrichtung über die Zellen strömen kann und besitzen Zwischenwände 41, um Leckströme in Förderrichtung zu vermeiden.If the arrow indicates the conveying direction of the magazines 16 through the furnace is indicated, then the magazines have openings 40 through which the gas transversely to the conveying direction can flow over the cells and have partition walls 41 to To avoid leakage currents in the conveying direction.

An den Ecken sind die Magazine mit Verbindungsmitteln 42, z.B. Nuten und Haken, ausgerüstet, um die Magazin lückenlos aneinanderreihen zu können. Damit ist es möglich, die Magazine schrittweise sowohl zu schieben als auch zu ziehen.At the corners are the magazines with connecting means 42, e.g. grooves and hooks, equipped to be able to line up the magazines without gaps. In order to it is possible to both push and pull the magazines step by step.

Der Ofen und die Magazine werden aus temperaturbeständigem Material hergestellt und sämtliche Bauteile so aufeinander abgestimmt, daß die gewunschten Gasströmungen erreicht werden und ein einwandfreier Transport der Magazine gewährleistet ist. In einem derart aufgebauten Ofen können außen großflächigen Halbleiterelementen auch andere scheibenförmige Gegenstände wärmebehandelt werden.The furnace and the magazines are made of temperature-resistant material manufactured and all components coordinated so that the desired Gas flows can be achieved and proper transport of the magazines is guaranteed is. In a furnace constructed in this way, large-area semiconductor elements can be placed on the outside other disc-shaped objects can also be heat-treated.

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Claims

PATENT CLAIMS 1. Device for stable anchoring of layers on large-area silicon semiconductor elements, especially solar cells, their Contact arrangement using screen printing technology and an electrically conductive paste applied and in a subsequent heating process in a paternoster or continuous furnace is dried, with a large number of components on top of each other in magazines are arranged, and the furnace has individual treatment zones with different temperature and gas atmospheres, which are separated from one another and fed to different gas supply and gas extraction systems are connected according to patent .. .. ... (patent application P 33 29 923.4), characterized in that the magazine (16) through in the conveying direction arranged partition walls (41) separated, chained to one another without gaps by the Furnace are moved, and that the components (38) in the magazines (16) interact with deflection devices (30. 32) in the furnace several times across the conveying direction of the Process gases flow against them and thus heat-treated, heated and cooled.

2. Apparatus according to claim 1, characterized in that the individual Treatment zones are separated from one another by locks (I, II), their Purge gas flows are aligned with the gas flows in the adjacent treatment zones.

3. Apparatus according to claim 2, characterized in that a lock the width of a! magazine.

4; Device according to claim 1, characterized in that the transport the magazine (16) or Magazine chain step by step by the distance of one or several magazines takes place.

5. Apparatus according to claim 2, characterized in that two of each other independent locks next to each other to separate explosive gas atmospheres in the adjacent treatment zones can be used.

6. Apparatus according to claim 2, characterized in that the Entry and exit locks with a gas flow diverted once or several times are equipped.

7, device according to claim 1, characterized in that for the Partitions (25) necessary for gas guidance are brought up close to the magazines (16).

8. Apparatus according to claim 1, characterized in that it is used for Heat treatment of disc-shaped objects can be used.