DE2945450A1

DE2945450A1 - Verfahren zum herstellen von elektrischen kontakten an solarzellen

Info

Publication number: DE2945450A1
Application number: DE19792945450
Authority: DE
Inventors: Dr.rer.nat. Reinhard 7101 Flein Dahlberg
Original assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Current assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Priority date: 1979-11-10
Filing date: 1979-11-10
Publication date: 1981-05-14
Also published as: JPS5670672A

Description

Verfahren zum Herstellen von elektrischen
Kontakten an Solarzellen Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen von elektrischen Kontakten an Solarzellen durch Aufbringen einer Kontaktschicht auf den Halbleiterkörper.
Bei Solarzellen, die aus einem Halbleiterkörper mit pn-Übergang bestehen, werden die elektrischen Kontakte an der n-Zone und an der p-Zone im allgemeinen durch Aufdampfen von Metallschichten hergestellt. Bei einem Halbleiterkörper aus Silizium bestehen diese Metallschichten beispielsweise aus Silber oder Aluminium. Zur Verbilligung der Kontaktherstellung werden solche Aufdampfkontakte auch durch Siebdruckkontakte ersetzt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Kontaktierungsverfahren für Solarzelle nzujeben, welches kostengünstiger als die bekannten Verfahren ist und einen noch geringeren Aufwand erfordert. Die Aufgabe wird bei einem Verfahren der eingangs erwähnten Art dadurch gelöst, daß die Kontaktschicht durch Fla:#m-, Lichtbogen- oder Plasma-Spritzen von Kontaktmaterial hergestellt wird.
Als Kontaktmaterial zur Kontaktierung von n-Halbleitermaterial wird beim Verfahren nach der Erfindung beispielsweise Zinn, Blei, Blei mit Antimon, Phosphor-Bronze (7 Sn + 0,3 P + Rest Cu), Aluminium, Lagermetall (76 Pb + 14 Sb + 10 Sn), Konstantan ( 60 Ni + 38,5 Cu + 1,5 Mn), Nickel, Kupfer oder Zink verwendet. Eine Kontaktschicht aus Blei enthält beispielsweise 2 % Antimon.
Als Kontaktmaterial zur Kontaktierung von p-Halbleitermaterial wird beim Verfahren nach der Erfindung beispielsweise Aluminium, Eisen, Kupfer, Nickel, Zink, Zinn oder Legierungen dieser Materialien verwendet. Die sowohl für die Kontaktierung einer p-Halbleiterzone als auch für die Kontaktierung einer n-Halbleiterzone genannten Kontaktmaterialien finden vorzugsweise bei einem Halbleiterkörper aus Silizium Anwendung. Diese Kontaktmaterialien können natürlich auch bei anderen Halbleitermaterialien Verwendung finden.
Zur Verbesserung der Haftfestigkeit des Kontaktmaterials empfiehlt es sich, gemäß einer Weiterbildung der Erfindung vor dem Aufbringen des Kontaktmaterials eine Schicht aus Molybdän oder Titan als Zwischenschicht zwischen dem Halbleiterkörper und der Kontaktschicht auf den Halbleiterkörper aufzubringen. Dieses Zwischenschichtmaterial wird vorzugsweise ebenfalls durch Flamm- oder Lichtbogen-oder Plasma-Spritzen aufgebracht.
Als Vorderseitenkontakt wird bei Solarzellen bekanntlich ein strukturierter Kontakt verwendet, der nicht die gesamte Halbleiteroberfläche, sondern aus Gründen der Lichtdurchlässigkeit nur Teile davon bedeckt. Solche strukturierten Kontakte werden gemäß einer Weiterbildung der Erfindung vorzugsweise mit Hilfe von Masken aufgespritzt.
Die Erfindung wird im folgenden an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert.
Die Figur 1 zeigt den Grundkörper der Solarzelle vor dem Aufspritzen der Solarzellenkontakte. Der Grundkörper der Figur 1 besteht beispielsweise aus einem Halbleiterkörper 1 aus Silizium vom ersten Leitungstyp. In die eine Hauptfläche dieses Halbleiterkörpers 1 wird eine Halbleiterzone 2 eingebracht, die den entgegengesetzten Leitungstyp wie der Halbleiterkörper 1 aufweist und deshalb mit dem Halbleiterkörper 1 einen pn-Ubergang 3 bildet. Im Ausführungsbeispiel hat der Halbleiterkörper 1 beispielsweise den p-Leitungstyp und die Halbleiterzone 2 den n-Leitungstyp. Die p-Dotierung des Halbleiterkörpers 1 wird beispielsweise durch den Einbau von Bor erzielt, während die Halbleiterzone 2 vom n-Leitungstyp beispielsweise durch Eindiffusion von Phosphor hergestellt wird.
Die Figur 2 zeigt die Herstellung eines kammförmigen Vorderseitenkontaktes nach der Erfindung. Da der kammförmige Vorderseitenkontakt nicht die gesamte Halbleiteroberfläche bedeckt, sondern aus Gründen der besseren Lichtdurchlässigkeit nur auf bestimmte Bereiche der Halbleiteroberfläche - und damit strukturiert - aufgebracht wird, wird beim Aufspritzen gemäß der Figur 2 vorzugsweise eine Aufspritzmaske 4 verwendet. Ein auf diese Aufspritzmaske 4 gerichteter Flamm- oder Lichtbogenstrahl 5 gelangt nur durch die Schlitze der Aufspritzmaske 4, während die übrigen Bereiche der Maske den Strahl von der Halbleiteroberfläche fernhalten. Die Aufspritzmaske 4 ist so strukturiert, daß beim Aufspritzen der gewünschte kammförmige Vorderseitenkontakt entsteht.
Gemäß der Figur 2 besteht dic Möglichkeit, den aus der Spritzdüse 6 austretenden Fla:m#-, Lichtbogen- oder Plasma-Strahl 5 nur auf einen kleinen Bereich der Aufspritzmaske 4 zu richten und anschließend den Strahl 5 sämtliche Aussparungen der Maske 4 überstreichen zu lassen. Nach Figur 3 besteht aber auch die Möglichkeit, mit einem entsprechend ausgebildeten Strahl 5 Kontaktmaterial gleichzeitig auf die Gesamtfläche der Maske 4 aufzuspritzen. so daß der Vorders itenkcntakt durch einen einzigen Spritzvorgang entsteht.
Der Halbleiterkörper 1 befindet sich beim Aufspritzen der Kontakte vorzugsweise auf höherer Temperatur. Zu diesem Zweck wird der Halbleiterkörper 1 beispielsweise auf eine Temperatur von ca. 200 0C erwärmt. Bei Verwendung eines Lichtbogen-Strahls erfolgt das Aufspritzen des Kontaktmaterials vorzugsweise und bei Verwendung eines Plasma-Strahles immer in einer sauerstofffreien Atmosphäre.
Die Figur 4 zeigt den nach der Erfindung aufgespritzten, kammförmigen Vorderseitenkontakt 7, der die in den Halbleiterkörper 1 eingebrachte Halbleiterzone 2 ohmisch kontaktiert. Der Halbleiterkörper 1 sowie der Vorderseitenkontakt 7 wird vorzugsweise mit einer lichtdurchlässigen Korrosions-Schutzschicht überzogen, die in der Figur nicht dargestellt ist. Diese Schutzschicht besteht beispielsweise aus Glas, Oxyden, wie z. B. Al203, Sulfiden, wie z. B. ZnS, Nitriden, wie z. B. ALN, Boriden, wie z. B. BN oder auch Halogeniden, wie z. B. CaF2.
Die Figur 5 zeigt die Rückseite der Solarzelle mit dem Rückseitenontakt 8, der ganzflächig auf die Rückseite aufgebracht ist. Die Herstellung des Rückseitenkontaktes erfolgt ebenfalls gemäß der Erfindung durch Flamm-, Lichtbogen- oder Plasma-Spritzen.
Spritzanlagen für das Flamm-, Lichtbogen- und Plasma-Spritzen sind bekannt. Das zu verspritzenqe Material steht in Drahtform oder in Pulverform zur Ver5ügung. Die Drähte oder das pulverförmige Kontaktmaterial Tieren beispielsweise mittels einer Art Spritzpistole unter Tverwendung eines Gases verspritzt. Als Brenngas beim Flamspritzen eignet sich beispielsweise ein Gemisch aus Azetylen oder Wasserstoff mit Sauerstoff. Das zu verspritzende Material wird als Pulver durch die Azetylen-Sauerstoff- oder Wasserstoff-Sauerstoff-Flamme geblasen. Es schmilzt in der Flamme zu feinen Tröpfchen, die durch die Flammengase auf eine Unterlage aufgeschleudert werden. Beim Flammbogenspritzen wird, z. B.
zwischen zwei Drähten des zu verspritzenden Materials, ein Lichtbogen erzeugt, durch welchen ein kräftiger Gasstrom geblasen wird. Das Drahtmaterial schmilzt im Lichtbogen ab und wird durch den Gas-Strom in Form eines Strahles aus kleinen Tröpfchen auf eine Unterlage geschleudert, wo es zu einer Schicht erstarrt.
Beim Plasma-Spritzen wird durch einen Lichtbogen zwischen gekühlten, z. B. Wolfram-Elektroder.(in einer inerten Atmosphäre), das zu verspritzende Material - meist in Pulverform -mit Hilfe eines inerten Gasstrahles hindurchgeblasen. Das Material schmilzt im Plasma des Lichtbogens und wird als Tröpfchen-Strom auf eine Unterlage geschleudert, wo es in Form einer Schicht erstarrt.
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Claims

Patentansprüche Verfahren zum Herstellen von elektrischen Kontakten an Soldrzellen durch Aufbringen einer Kontaktschicht auf den Halbleiterkörper, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontaktschicht durch Flammspritzen, durch Lichtbogenspritzen oder durch Plasma-Spritzen von Kontaktmaterial hergestellt wird.
2) Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Kontaktmaterial zur ohmschen Kontaktierung von n-Halbleitermaterial Zinn, Blei, Blei mit Antimon, Phosphor-Bronze (7 Sn + 0,3 P + Rest Cu), Aluminium, Lagermetall (76 Pb + 14 Sb + 10 Sn), konstanten ( 60 Ni + 38,5 Cu + 1,5 Mn), Nickel, Kupfer oder Zink verwendet wird.
3) Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontaktschicht aus Zink mit 2 % Phosphor besteht.
4) Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Kontaktmaterial zur ohmschen Kontatkierung von p-Halbleitermaterial Aluminium, Eisen, Kupfer, Nickel, Zink, Zinn oder Legierungen dieser Metalle verwendet werden.
5) Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß vor dem Aufbringen des Kontakt-Materials eine Schicht aus blolybdän oder Titan als Zwischenschicht zwischen dem Halbleiterkörper und der Kontaktschicht aufgebracht wird.
6) Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Zwischenschichtmaterial durch Flamm-, Lichtbogen- oder Plasma-Spritzen aufgebracht wird.
7) Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Aufspritzen des Kontaktmaterials zur Erzielung strukturierter Kontakte durch Masken hindurch erfolgt.
8) Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Halbleiterkörper der Solarzelle derart erwärmt wird, daß er sich beim Aufspritzen des Kontaktmaterials auf erhöhter Temperatur befindet.
9) Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Halbleiterkörper auf eine Temperatur von ca. 200 0C erwärmt wird.
10) Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Aufspritzen des Kontaktmaterials mittels Lichtbogen- oder Plasma-Spritzen in einer sauerstofffreien Atmosphäre erfolgt.
11) Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die aufgespritzten Kontakte sowie die Oberfläche des Halbleiterkörpers zumindest teilweise mit einer lichtdurchlässigen und vor Korrosion schützenden Schicht überzogen werden.
12) Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Korrosions-Schutzschicht ebenfalls durch Flamm-, Lichtbogen- oder Plasma-Spritzen aufgebracht wird.
13) Verfahren nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Korrosions-Schutzschicht aus Glas, Quarz, Oxyden, wie z. B. Al203, Sulfiden, wie z. B. ZnS, Nitriden, wie z. B. ALN, Boriden, wie z. B. BN oder auch Halogeniden, wie z. B. CaF2, besteht.
14) Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß der Halbleiterkörper aus Silizium besteht.