用于贯通接触的方法与流程

1.本发明涉及一种用于贯通接触(durchkontaktieren)的方法。


背景技术：

2.为了减少太阳能电池的正侧的遮挡，可以实现的是，不仅将正的外部接触面而且将负的外部接触面布置在背侧上。在所谓的金属贯穿式(metal wrap through，缩写mwt)太阳能电池的情况下，太阳能电池正侧例如通过贯通接触部开口从背侧接通。
3.已知用于制造穿过太阳能电池的孔或贯通接触部开口的不同方法。将延伸穿过贯通开口的金属化部借助绝缘层相对于太阳能电池堆叠的层进行绝缘。
4.例如，由us9680035b1已知一种太阳能电池堆叠，其由在gaas衬底上的多个iii-v族子电池组成，该gaas衬底具有背侧接通的正侧，其中，借助湿化学蚀刻工艺产生从太阳能电池的上侧穿过子电池延伸到尚未减薄的衬底层中的孔。蚀刻工艺基于如下：蚀刻速率至少对于太阳能电池堆叠的所使用的不同iii-v族材料而言没有显著差异。在减薄衬底层之前执行正侧和孔的钝化和金属化。


技术实现要素：

5.在此背景下，本发明的任务在于，说明一种扩展现有技术的设备。
6.该任务通过具有根据本发明的特征的方法来解决。本发明的有利构型是优选的实施方式。
7.根据本发明的主题，提供一种用于贯通接触半导体盘的方法，其中，该方法包括多个步骤。
8.在第一工艺步骤中，提供具有上侧和下侧的半导体盘，其中，该半导体盘具有多个太阳能电池堆叠并且在下侧处包括衬底。
9.每个太阳能电池堆叠具有至少两个iii-v族子电池和至少一个贯通开口，所述至少两个iii-v族子电池布置在衬底上，所述至少一个贯通开口从半导体盘的上侧延伸至下侧且具有连续的侧壁。贯通开口在上侧处具有第一边缘区域并且在下侧处具有第二边缘区域。
10.在第二工艺步骤中，借助第一印刷方法将绝缘层施加到第一边缘区域的一部分、侧壁的一部分上并且施加到第二边缘区域上。
11.在第三工艺步骤中，借助第二印刷方法将导电层施加到上侧上的绝缘层和第一边缘区域的一部分上，施加到侧壁处的绝缘层上，并且施加到下侧处的绝缘层的一部分上。
12.可以理解，所述工艺步骤以所提及的顺序实施。
13.应注意，术语“绝缘层”尤其也理解为包括绝缘层的介电层系统。此外，以术语“边缘区域”分别表示上侧上和下侧上的紧邻贯通开口地布置的区域。
14.应注意，光照射到上侧上。为了尽可能少地遮挡上侧，借助金属指状结构电连接上侧。
15.优选地，从上侧开始在衬底方向上的带隙逐子电池地减小。通常，相应太阳能电池堆叠的子电池具有n在p上布置(n auf p anordnung)。可以理解，在两个子电池之间分别构造有隧道二极管，以便从电学角度将各个子电池串联连接。尤其地，最上方的子电池包括由ingap组成的化合物并且具有大于1.7ev的带隙。
16.可以理解，在上侧上布置有通常指状地实施的上侧金属化部，以便电连接正侧。在下文中，上侧金属化部也称为金属结构。
17.应注意，贯通开口优选椭圆形地(oval)构造。在当前情况下，术语“椭圆形”也包括圆形，尤其是圆形形状、蛋形形状和椭圆形形状。在另一实施方式中，贯通开口构造为具有倒圆角的四边形。可以理解，在每个太阳能电池堆叠中，借助一个或多个贯通开口从背侧电连接正侧。
18.优选地，在构造贯通开口之前，将通常具有100mm或150mm直径的半导体盘减薄至期望的最终厚度。为此，在背侧上去除衬底材料。
19.此外，应注意，半导体盘具有多个未分离的太阳能电池堆叠，其中，衬底构造半导体盘的下侧。可以理解，太阳能电池堆叠也具有3个或4个或5个或最多6个子电池。
20.该方法的一个优点在于，借助于借助印刷方法进行的多次结构化的施加——即不仅绝缘层而且金属层——避免光刻工艺步骤。尤其地，在大的形貌(topographie)下施加漆层(lackschicht)时，避免相关的工艺不确定性。需要贯通开口的构造(即从背侧电连接正侧的构造简化太阳能电池堆叠的电连接)，并且在贯通开口的区域中构造绝缘层的可靠保护。
21.尤其地，与现有技术相比，时间上的和技术上的开销以及材料消耗是低的。另一优点是，提高可靠性和生产率(ausbeute)。
22.换言之，贯通开口以及在上侧上和在下侧上仅借助印刷方法来覆盖邻接贯通开口的区域。借助该工艺，可以以简单且成本有利的方式制造高效且可靠的多结太阳能电池，其正侧电连接至背侧。
23.在一种扩展方案中，在第一印刷方法之后并且在执行第二印刷方法之前执行第一加热步骤。在另一扩展方案中，在第二印刷方法之后执行第二加热步骤。借助所述加热步骤分别调节绝缘层和导电层。优选地，在100℃与450℃之间的温度范围内执行加热步骤。
24.在一种扩展方案中，使用膏(paste)来构造绝缘层。优选地，该膏包括有机成分。
25.在另一扩展方案中，使用包含金属颗粒的膏来来构造导电层。
26.在一种实施方式中，仅从正侧或仅从背侧执行第一印刷方法和/或第二印刷方法。替代地，不仅从正侧而且从背侧执行第一印刷方法和/或第二印刷方法。
27.在另一实施方式中，在构造绝缘层之后，贯通开口仍然具有贯通的孔。替代地，借助激光在中心区域中打开贯通开口。
28.在一种扩展方案中，在构造导电层之后，贯通开口部分地或完全地封闭。替代地，在构造导电层之后，贯通开口仍然具有贯通的孔。
29.优选地，在第一边缘区域上和在贯通开口中以及在第二边缘区域上的导电层由相同的材料组成。在一种替代实施方式中，使用不同的组合物以在上侧上和在下侧上构造导
电层。
30.如果贯通开口借助导电层完全封闭，则在一种扩展方案中，导电层在上侧上方和/或在下侧处突出。替代地，在下侧处在绝缘层上的导电层构造近似(in einer ersten)平坦的面，其中导电层位于贯通开口的中心。
31.在一种实施方式中，在上侧处的第一边缘区域具有与在下侧处的第二边缘区域不同的、尤其是更小的直径。
32.在另一实施方式中，第一边缘区域和第二边缘区域分别构造为完全环绕贯通开口的边缘区域。优选地，相应的边缘区域平行于半导体盘地具有至少10μm且最高3.0mm的直径。替代地，相应的边缘区域平行于半导体盘地具有至少100μm且最高1.0mm的直径。
33.在一种扩展方案中，借助喷墨方法(inkjet-verfahren)或丝网印刷方法(siebdruckverfahren)或借助分配方法(dispens-verfahren)来执行印刷方法。替代地，借助模板印刷方法(schablonendruckverfahren)来执行印刷方法。在另一扩展方案中，组合不同印刷方法中的至少两种。
34.在另一扩展方案中，半导体盘的贯通开口具有最高500μm且至少30μm或最高200μm且至少50μm的总高度。
35.在一种实施方式中，贯通开口在横截面中具有椭圆形的外周，尤其是圆形的外周。优选地，在应用第一种印刷方法之前，贯通开口具有在25μm与1mm之间的直径。替代地，直径在50μm至300μm之间的范围内。
36.在一种扩展方案中，在应用第一印刷方法之前，在衬底中，贯通开口的直径从上侧开始直至下侧的方向上近似相等或恰好相等。替代地，贯通开口的直径从上侧开始在下侧的方向上变得更小，其中，这种变细(verj
ü
ngung)优选地构造为台阶状。在一种扩展方案中，贯通开口在横截面中具有沙漏形视图。在此，横截面变细到总厚度的大约一半。
37.在另一扩展方案中，变细包括恰好一个在贯通开口中运行的台阶或恰好两个完全环绕的台阶。
38.在另一扩展方案中，衬底构造为导电的。优选地，衬底包括锗或gaas或硅或由前面所提及的材料之一组成。替代地，衬底包括金属箔或包括导电塑料。
39.优选地，半导体盘或衬底具有100mm或150mm或更大的尺寸。
40.如果衬底包括锗或由锗组成，则锗衬底构造半导体盘的下侧。优选地，在ge衬底中在背离下侧的一侧上构造有第一子电池作为ge子电池，其中，该ge子电池具有太阳能电池堆叠的子电池的最小带隙。
41.在使用ge作为衬底时，第一台阶构造在ge子电池与支承的iii-v族子电池之间的分界面处。第二台阶优选地构造在ge子电池与ge衬底之间。
42.优选地，贯通开口也在ge衬底内变细。贯通开口的台阶状的或锥形的实施方案具有以下优点：尤其是在绝缘层的和/或其他待施加层的优选一致的(konform)沉积的情况下，在金属化的范畴内，层的厚度可以充分地构造在侧面上。
43.在一种扩展方案中，在金属结构与最上方的iii-v族子电池的上侧之间的分界面处，在半导体盘的上侧处构造有另一台阶。
44.在一种实施方式中，太阳能电池堆叠具有锗子电池。结果，太阳能电池堆叠包括至少3个子电池。
45.在另一实施方式中，绝缘层在上侧上的一部分构造在金属面上。由此可以确保，在上侧上金属结构、即太阳能电池堆叠的正侧连接。
46.换言之，由于导电层在上侧上搭接(
ü
bergreift)绝缘层，并且与金属结构的一部分构造材料锁合的(stoffschl
ü
ssig)连接部，然而在下侧上仅覆盖第二边缘区域的直接邻接贯通开口的部分，由此在下侧处构造用于电连接金属结构mv的接触区域。
附图说明
47.下面参照附图更详细地阐述本发明。在此，相同类型的部件标有相同的标记。所示实施方式是高度示意性的，即间距以及横向和竖直延伸不是按比例的，并且除非另有说明，否则彼此之间不具有任何可导出的几何关系。在此示出，
48.图1：在一种实施方式中金属化的贯通开口的横截面视图；
49.图2：在另一实施方式中金属化的贯通开口的横截面视图；
50.图3：在另一实施方式中金属化的贯通开口的横截面视图；
51.图4a：相应于结合图3的图示所示出的实施方式的金属化的贯通开口的上侧的俯视图；
52.图4b：相应于结合图3的图示所示出的实施方式的金属化的贯通开口的下侧的俯视图；
53.图5：具有两个太阳能电池堆叠的半导体盘的俯视图。
具体实施方式
54.图1的图示示出半导体盘10的金属化的贯通开口22的横截面视图。
55.提供一种半导体盘10，该半导体盘具有上侧10.1、下侧10.2和从上侧10.1延伸至下侧10.2的贯通开口22，该贯通开口具有连续的侧壁22.1。
56.半导体盘10包括多个尚未分离的太阳能电池堆叠12，在当前情况下仅示出一个太阳能电池堆叠12，所述太阳能电池堆叠分别具有由如下组成的层序列：构造下侧10.2的衬底14、第一iii-v族子电池18和构造上侧10.1的第二iii-v族子电池20。
57.在上侧10.1上构造有金属结构mv。金属结构mv几乎仅仅构造为指状结构并且尤其在贯通开口22的第一边缘区域11中具有大约完全围绕贯通开口22构造的连续的金属面。
58.在下侧10.2上构造有整面的背侧金属化部mr，以便连接可导衬底14。可以理解，相应的太阳能电池堆叠12与两个金属化部mv和mr电连接。
59.贯通开口22在上侧10.1处具有第一边缘区域11.1，并且在下侧10.2处具有第二边缘区域11.2。第一边缘区域11.1直接构造在金属结构mv上，并且第二边缘区域11.2直接构造在背侧金属化部mr上。
60.第一边缘区域11.1的直接围绕贯通开口22构造的部分和整个第二边缘区11.2以及贯通开口22的侧壁22.1涂覆有绝缘层24，其中，绝缘层24以第一印刷方法构造。可以理解，贯通开口22中的侧壁22.1完全由绝缘层24覆盖。
61.借助第二印刷方法，将导电层32施加到第一边缘区域11.1的整个区域上，并且完全施加到侧壁22.1的整个面上，并且施加到第二边缘区域11.2的直接邻接贯通开口22的部分上。在当前情况下，即使在构造导电层32之后，贯通开口22也仍然是打开的。
62.由于导电层32在上侧10.1上搭接绝缘层24并构造与金属结构mv的一部分的材料锁合的连接部，然而在下侧10.2上仅覆盖第二边缘区域11.2的直接邻接贯通开口22的部分，由此在下侧10.2处构造用于连接金属结构mv的接触区域。
63.在图2的图示中示出另一实施方式。下面仅阐述与图1的图示的不同之处。
64.在所示实施方式中，导电层32在衬底14的中心处相接(zusammenstoβen)并且构造呈沙漏形式的轮廓。
65.在图3的图示中示出另一实施方式。下面仅阐述与图1的图示的不同之处。
66.在所示实施方式中，贯通开口22完全由导电层32填充并且构造从上侧10.1突出的隆起部(erhebung)和从下侧10.2突出的隆起部。
67.在图4a的图示中示出相应于结合图3的图示所示出的实施方式的金属化贯通开口22的上侧的俯视图。
68.第一边缘区域11.1——作为金属结构mv的部分——完全包围贯通开口22。第一边缘区域11.1的以绝缘层24覆盖的部分以虚线的方式画出。附图表明，导电层22完全覆盖上侧10.1上的绝缘层24。
69.在图4b的图示中示出相应于结合图3的图示所示出的实施方式的金属化的贯通开口22的下侧的俯视图。
70.第二边缘区域11.2——作为背侧金属化部mr的部分——完全包围贯通开口22。第二边缘区域11.2的以绝缘层24覆盖的部分现在大于以导电层22覆盖的部分。换言之，导电层22仅部分覆盖下侧10.2上的绝缘层24。
71.在图5的图示中示出具有两个太阳能电池堆叠的半导体盘10的俯视图。在当前情况下，半导体盘10具有恰好两个太阳能电池堆叠12。可以理解，在没有示出的实施方式中，在半导体盘10上也构造多于两个的太阳能电池堆叠12。