Beschreibungdescription
Herstellen elektrischer Verbindungen in Substratöf nungen von Schaltungseinheiten mittels gerichteter Abscheidung leitfähi- ger SchichtenEstablishing electrical connections in substrate openings of circuit units by means of directional deposition of conductive layers
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Herstellungsverfahren für eine elektronische oder optoelektronische Schaltungseinheit und insbesondere eine elektrische KontaktierungsStruktur darin. Bei diesem Verfahren wird in einem Substrat als einem Zwischenprodukt der Schaltungseinheit eine Öffnung oder Vertiefung in eine Substratoberfläche geformt und ein die Vertiefung enthaltender Substratabschnitt mit einer elektrisch leitfähigen Substanz beaufschlagt. Das Verfahren kann bei- spielsweise auf die Serienverschaltung von photovoltaischen Solarzellen in einem Solarmodul oder auf die Kontaktierung zwischen Metallisierungsebenen einer Mehrfachleiterplatte angewandt werden.The present invention relates to a production method for an electronic or optoelectronic circuit unit and in particular to an electrical contacting structure therein. In this method, an opening or depression is formed into a substrate surface in a substrate as an intermediate product of the circuit unit, and an electrically conductive substance is applied to a substrate section containing the depression. The method can be applied, for example, to the series connection of photovoltaic solar cells in a solar module or to the contacting between metallization levels of a multiple printed circuit board.
Bei der Herstellung elektrischer Kontaktierungsstrukturen für elektronische oder optoelektronische Schaltungseinheiten besteht aufgrund der räumlichen Dichte der vorhandenen oder zu erzeugenden Leiterbahn- und Metallisierungstrukturen häufig ein Problem darin, elektrische Verbindungen zwischen zwei oder mehr Kontaktanschlüssen gezielt und räumlich selektiv zu erzeugen. Um dieses zu erreichen, müssen in aufwendiger Weise mehrere Strukturierungs- und Abscheideprozesse durchgeführt werden.In the manufacture of electrical contacting structures for electronic or optoelectronic circuit units, there is often a problem due to the spatial density of the conductor track and metallization structures that are present or to be produced, in order to selectively and spatially selectively produce electrical connections between two or more contact connections. To achieve this, several structuring and deposition processes have to be carried out in a complex manner.
Ein Beispiel für derartige Schaltungseinheiten sind sogenannte Solarmodule, die eine Mehrzahl von Solarzellen, insbesondere Dünnschichtsolarzellen aufweisen, die durch elektrische Kontaktierungsstrukturen in Serie geschaltet werden sollen. Hierzu sind bisher zahlreiche Vorschläge publiziert worden, die eine derartige Serienverschaltung ermöglichen.
In der US-A-5, 593 , 901 ist ein photovoltaisches Solarmodul und ein Verfahren zu seiner Herstellung beschrieben, bei welchem auf einem isolierenden transparenten Substrat wie einem Glassubstrat in abwechselnder Weise die einzelnen Schichten abge- schieden und mechanisch strukturiert werden. Dabei wird zuerst auf die Substratplatte ein leitfähiger transparenter Film aufgebracht und in eine Vielzahl von parallelen Frontelektroden strukturiert. Anschließend wird auf den Frontelektroden und den zwischen ihnen vorhandenen Gräben eine photo- voltaische Region aus einem dünnen Film wasserstoffdotiertem, amorphem Siliziums in einer konventionellen PIN-Struktur aufgebracht. Das Halbleitermaterial in den Gräben zwischen den Frontelektroden sorgt dabei für eine elektrische Isolierung der Frontelektroden voneinander. Dann werden in der photovol- taischen Halbleiterschicht parallele Gräben erzeugt und die Halbleiterschicht somit in eine Mehrzahl photovoltaischer Elemente strukturiert,, die jeweils oberhalb der Frontelektroden zu liegen kommen. Schließlich wird auf der strukturierten Halbleiterschicht und die zwischen den Solarzellen geformten Gräben ein dünner Film eines leitfähigen Materials aufgebracht. Das die Gräben in der Halbleiterschicht füllende Material dieser leitfähigen Schicht sorgt für elektrische Verbindungen zwischen dem leitfähigen Film und den Frontelektroden. Durch Formen von Gräben in dem leitfähigen Film wird dieser dann noch in eine Mehrzahl von Rückelektroden strukturiert.An example of such circuit units are so-called solar modules, which have a plurality of solar cells, in particular thin-film solar cells, which are to be connected in series by means of electrical contacting structures. To this end, numerous proposals have been published that enable such a series connection. US-A-5, 593, 901 describes a photovoltaic solar module and a method for its production, in which the individual layers are alternately deposited and mechanically structured on an insulating transparent substrate such as a glass substrate. First, a conductive transparent film is applied to the substrate plate and structured in a plurality of parallel front electrodes. Then a photovoltaic region made of a thin film of hydrogen-doped, amorphous silicon is applied to the front electrodes and the trenches between them in a conventional PIN structure. The semiconductor material in the trenches between the front electrodes ensures electrical isolation of the front electrodes from one another. Then, in the photovoltaic semiconductor layer taischen parallel trenches are produced, and the semiconductor layer thus patterned into a plurality of photovoltaic elements, which come to lie respectively above the front electrode. Finally, a thin film of a conductive material is applied to the structured semiconductor layer and the trenches formed between the solar cells. The material of this conductive layer that fills the trenches in the semiconductor layer provides electrical connections between the conductive film and the front electrodes. By forming trenches in the conductive film, the latter is then structured into a plurality of back electrodes.
In der US-A-6, 011,215 wird ein weiteres photovoltaisches Solarmodul beschrieben, welches eine Mehrzahl von photovol- taischen Regionen aufweist, die elektrisch parallel zueinander geschaltet sind. Dieses Solarmodul weist dabei insbesondere ein metallisches Substrat, eine auf dem Substrat angeordnete elektrisch isolierende Schicht, eine elektrisch leitfähige untere Elektrodenschicht auf der isolierenden Schicht, eine Mehrzahl von in der unteren Elektrodenschicht und der isolierenden Schicht definierten elektrischen Durchkontaktie- rungen, eine auf der unteren Elektrodenschicht angeordnete
Halbleiterschicht und eine obere transparente elektrisch leitfähige Materialschicht auf. Die isolierende Schicht und die untere Elektrodenschicht sind somit partiell durch die Durchkontaktierungen durchbrochen und der durch die obere Elektrodenschicht gebildete Vorderseitenkontakt mit dem leitenden Substrat durch die vertikalen Durchkontaktierungen verbunden.US Pat. No. 6,011,215 describes a further photovoltaic solar module which has a plurality of photovoltaic regions which are electrically connected in parallel with one another. This solar module has in particular a metallic substrate, an electrically insulating layer arranged on the substrate, an electrically conductive lower electrode layer on the insulating layer, a plurality of electrical vias defined in the lower electrode layer and the insulating layer, one on the lower electrode layer disposed Semiconductor layer and an upper transparent electrically conductive material layer. The insulating layer and the lower electrode layer are thus partially broken through by the plated-through holes and the front side contact formed by the upper electrode layer is connected to the conductive substrate by the vertical plated-through holes.
Eine Publikation von S.I. Mizuno et al. in "Technical Digest llth photovoltaic solar energy Conference (Sapporo, 1999)", S. 745, beschreibt die Herstellung einer abtrennbaren Epitaxieschicht auf einem Halbleiterwafer, auf die ein Plastikfilm nach Fertigstellung der Solarzelle aufgeklebt wird. Dieser Plastikfilm wird mit dem Laser durchtrennt, ein zweiter La- serstrahl durchtrennt dann vertikal die epitaktische Membran. Anschließend wird der Plastikfilm zusammen mit der Epitaxiemembran vom Wafer abgehoben und die Rückseite des Moduls verkapselt.A publication by SI Mizuno et al. in "Technical Digest ll th photovoltaic solar energy Conference (Sapporo, 1999)", p. 745, describes the production of a separable epitaxial layer on a semiconductor wafer, to which a plastic film is glued after completion of the solar cell. This plastic film is cut through with the laser, a second laser beam then cuts vertically through the epitaxial membrane. Then the plastic film together with the epitaxial membrane is lifted off the wafer and the back of the module is encapsulated.
Schließlich sei noch erwähnt, daß in der CuInGaSe2- (CIGS) Solarzellentechnologie üblicherweise ein Glassubstrat verwendet wird, auf das eine Molybdänschicht aufgebracht wird. Dieses Molybdän wird dann mechanisch oder mittels eines Laserstrahls strukturiert, d.h. in einzelne Streifen getrennt. In einem zweiten Schritt wird das CIGS aufgebracht und danach lateral versetzt zu den Molybdänstreifen ebenfalls durchtrennt. Nach Deposition einer Pufferschicht wird in einem dritten Schritt eine transparente Frontelektrode aufgebracht und danach lateral versetzt zu der CIGS-Strukturierung ebenfalls durch- trennt.Finally, it should also be mentioned that in CuInGaSe 2 - (CIGS) solar cell technology, a glass substrate is usually used, on which a molybdenum layer is applied. This molybdenum is then structured mechanically or by means of a laser beam, ie separated into individual strips. In a second step, the CIGS is applied and then also cut laterally offset to the molybdenum strips. After deposition of a buffer layer, a transparent front electrode is applied in a third step and then also cut laterally offset to the CIGS structuring.
Die vorstehend aufgeführten Techniken zur Serienverschaltung in Solarmodulen sind entweder in der Prozessführung zu aufwendig oder erzielen schlechte oder nicht reproduzierbare Mo- dulwirkungsgrade . Andererseits ist jedoch eine Serienverschaltung von Einzelzellen zu Modulen notwendig, da Einzelzellen nur eine Spannung von weniger als 1 Volt liefern und
Module in der Regel mit einer Spannung von mehr als 10 Volt nachgefragt werden.The above-mentioned techniques for series connection in solar modules are either too complex to process or achieve poor or non-reproducible module efficiencies. On the other hand, however, a series connection of single cells to modules is necessary, since single cells only deliver a voltage of less than 1 volt and Modules with a voltage of more than 10 volts are usually in demand.
Eine elektronische Schaltungseinheit, bei der elektrische Kontaktierungen vorgenommen werden, ist beispielsweise in dem hier gebrauchten Wortsinn eine Mehrlagenleiterplatte. Auch bei Mehrlagenleiterplatten besteht im Stand der Technik ein Problem darin, daß Leiterplatten allgemein im Aufbau immer kompakter werden und die einzelnen Leiterbahnen immer feiner werden, so daß die Technologie für deren Herstellung sich der Herstellung von Leiterbahnen auf integrierten Schaltungen annähert. Es wird somit zunehmend schwierig, innerhalb einer Mehrlagenleiterplatte verschiedene Metallisierungsebenen paarweise oder gruppenweise gezielt miteinander elektrisch zu verbinden.An electronic circuit unit, in which electrical contacts are made, is, for example, a multilayer printed circuit board in the literal sense used here. There is also a problem in the prior art with multilayer printed circuit boards in that printed circuit boards generally become more and more compact in construction and the individual conductor tracks become ever finer, so that the technology for their production approaches the manufacture of conductor tracks on integrated circuits. It is therefore becoming increasingly difficult to electrically connect different metallization levels in pairs or groups to one another within a multilayer printed circuit board.
Die Verbindung der einzelnen Metallisierungsebenen von Mehrlagenleiterplatten wird konventioneller Weise durch galvanisches Aufbringen von Metall in sogenannte Via-Holes vollzo- gen. Dieses Verfahren ermöglicht jedoch in einem Via-Hole nur die Verbindung von zwei bestimmten Ebenen. Bei diesem Verfahren muß galvanisch so viel Metall abgeschieden werden, bis die sich verdickenden Metallebenen sich berühren und so einen elektrischen Kontakt untereinander herstellen.The connection of the individual metallization levels of multilayer printed circuit boards is carried out conventionally by galvanically applying metal in so-called via holes. However, this method only enables the connection of two specific levels in a via hole. In this process, as much metal has to be electrodeposited until the thickening metal levels touch and thus establish electrical contact with one another.
Aus der Japanischen Patentanmeldung JP 02310994 A ist ein Verfahren zur Beaufschlagung eines Durchgangskontakts einer Leiterplatte mit einem leitfähigen Material bekannt, bei welchem die Leiterplatte auf einer Drehachse befestigt wird, wo- bei das zu beschichtende Durchgangsloch außerhalb der Drehachse angeordnet ist. Dann wird die Leiterplatte in gerichteter Weise mit leitfähigem Material beaufschlagt, wobei die Abscheidungsric tung in Bezug auf die Wände des Durchgangs- lochs schräggestellt ist. Gleichzeitig wird die Leiterplatte um ihre Drehachse in Rotation versetzt. Somit werden nicht nur die der Verdampfungsquelle der leitfähigen Substanz zugewandte Oberfläche der Leiterplatte sondern ebenso die Wände
des Durchgangslochs gleichmäßig mit der leitfähigen Substanz beschichtet. Dabei kann jedoch stets nur die gesamte Innenwand des Durchgangslochs beschichtet werden. Ein selektives Aufbringen der leitfähigen Substanz auf bestimmte Abschnitte der Innenwand ist nicht möglich.From Japanese patent application JP 02310994 A, a method for applying a conductive material to a through contact of a printed circuit board is known, in which the printed circuit board is fastened on an axis of rotation, the through hole to be coated being arranged outside the axis of rotation. Then the printed circuit board is acted upon in a directed manner with conductive material, the deposition device being inclined with respect to the walls of the through hole. At the same time, the circuit board is rotated around its axis of rotation. Thus, not only the surface of the circuit board facing the evaporation source of the conductive substance but also the walls of the through hole coated evenly with the conductive substance. However, only the entire inner wall of the through hole can be coated. A selective application of the conductive substance to certain sections of the inner wall is not possible.
In der US-A-6, 147,311 wird eine Mehrlagenleiterplatte beschrieben, in welcher die Metallisierungsebenen zwischen Klebeschichten eingebettet sind, in welchen elektrisch leitfähi- ge Partikel dispergiert sind. Verschiedene Metallisierungsebenen werden dadurch miteinander verbunden, daß mit einer geeigneten Vorrichtung Leiterbahnen an ihren Enden durch die Klebeschicht gegen die Leiterbahn der benachbarten Metallisierungsebene gebogen werden, wobei durch die Wirkung der elektrisch leitfähigen Partikel in der Klebeschicht ein elektrischer Kontakt zwischen den Leiterbahnen der Metallisierungsebenen entsteht. Um Leiterbahnen mehrerer Metallisierungsebenen miteinander zu kontaktieren, sind jedoch entsprechend viele Biegeschritte notwendig. Es ist nicht möglich, mit einem einzigen Verfahrensschritt mehrere Metallisierungsebenen miteinander zu verbinden. Dieses Verfahren stellt sich somit für kompliziertere Kontaktierungsprozesse als zu aufwendig dar.US Pat. No. 6,147,311 describes a multilayer printed circuit board in which the metallization levels are embedded between adhesive layers and in which electrically conductive particles are dispersed. Different metallization levels are connected to one another in that, with a suitable device, conductor tracks are bent at their ends through the adhesive layer against the conductor track of the adjacent metallization level, wherein the effect of the electrically conductive particles in the adhesive layer creates an electrical contact between the conductor tracks of the metallization levels. In order to contact conductor tracks of several metallization levels with one another, however, a corresponding number of bending steps are necessary. It is not possible to connect several metallization levels to one another with a single method step. This method is therefore too complex for more complicated contacting processes.
Es ist somit Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Herstellungsverfahren für eine elektronische oder optoelektronische Schaltungseinheit, insbesondere für deren elektrische Kontak- tierungsstruktur, anzugeben, durch welches die Schaltungseinheit mit geringerem Herstellungsaufwand gefertigt werden kann. Insbesondere ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Solarmodul herzustellen, in welchem eine Mehrzahl von photovoltaischen Solarzellen in Serie miteinander verschaltet sind. Ferner ist es insbesondere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Mehrlagenleiterplatte herzustellen und dabei paarweise oder gruppenweise verschiedene Metallisierungsebenen miteinander elektrisch zu kontaktieren.
Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sowie Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens sind in den Unteransprüchen angegeben.It is therefore the object of the present invention to provide a production method for an electronic or optoelectronic circuit unit, in particular for its electrical contacting structure, by means of which the circuit unit can be manufactured with less production outlay. In particular, it is an object of the present invention to produce a solar module in which a plurality of photovoltaic solar cells are connected to one another in series. Furthermore, it is a particular object of the present invention to produce a multilayer printed circuit board and to electrically contact different metallization levels with one another in pairs or groups. This object is achieved with the features of patent claim 1. Advantageous refinements and developments of the method according to the invention are specified in the subclaims.
Ein wesentlicher Aspekt des erfindungsgemäßen Verfahrens liegt darin, daß in einem Substrat, welches ein Zwischenprodukt der herzustellenden Schaltungseinheit ist, eine Öffnung oder Vertiefung erzeugt wird und die Öffnung mit der Abschei- düng mindestens einer elektrisch leitfähigen Substanz beaufschlagt wird. Die Abscheidung kann beispielsweise durch Aufdampfen oder Sputtern der elektrisch leitfähigen Substanz aus einer geeigneten Quelle durchgeführt werden.An essential aspect of the method according to the invention is that an opening or depression is produced in a substrate, which is an intermediate product of the circuit unit to be produced, and the opening is subjected to the deposition of at least one electrically conductive substance. The deposition can be carried out, for example, by vapor deposition or sputtering of the electrically conductive substance from a suitable source.
Entscheidend ist dabei, daß die Abscheidung in im wesentlichen gerichteter Weise erfolgt, so daß innerhalb der Vertiefung ein Abschnitt von der elektrisch leitfähigen Substanz nicht bedeckt wird. Dies bedeutet, daß aus einer isotropen Verteilung von Abscheidungsrichtungen mindestens ein Raumwin- kelbereich ausgeblendet werden muß, der auf eben diesen nicht zu bedeckenden Abschnitt gerichtet ist.The decisive factor here is that the deposition is carried out in an essentially directional manner, so that a section within the depression is not covered by the electrically conductive substance. This means that from an isotropic distribution of deposition directions, at least one spatial angle region must be masked out, which is directed towards this section that is not to be covered.
Im allgemeinen bedeutet dies, daß die bei der Abscheidung der elektrisch leitfähigen Substanz vorhandenen Abscheidungsrich- tungen, die sich in der Praxis über einen bestimmten Raumwinkel erstrecken, in Bezug auf mindestens eine Wand der Substratöffnung schr ggestellt sind. Dies hat einen Abschat- tungseffekt zur Folge, so daß innerhalb der Substratöffnung ein Wand- und/oder Bodenabschnitt der Vertiefung von der elektrisch leitfähigen Substanz während der Abscheidung nicht bedeckt wird. Ein Idealfall liegt dann vor, wenn die Abscheidung vollständig gerichtet ist, also nur eine Abscheidungs- richtung vorliegt und diese zu der betreffenden Wand der Vertiefung schräggestellt und von dieser weggerichtet ist. In der Praxis wird dieser Idealfall kaum erreicht werden können, da einerseits die Emission der leitfähigen Substanz von der Quelle in einen Raumwinkel erfolgt und ein Ausblenden nur ei-
ner einzigen Richtung zu einer unvertretbaren Verminderung der Materialausbeute und des Durchsatzes führen würde. Zum anderen werden die verwendeten Aufdampfanlagen meistens so betrieben, daß die zu bedampfenden Substrate während der Be- dampfung unterhalb der Quelle verfahren werden, so daß selbst bei vollständig gerichteter Abscheidung seitens der Quelle sich ein Raumwinkel der Abscheidung ergeben würde. Es wird daher zumeist darauf ankommen, diesen Raumwinkel durch am Austritt der leitfähigen Substanz aus der Quelle angebrachte Blenden, gegebenenfalls unter Berücksichtigung einer von dem Substrat während der Bedampfung zurückgelegten Wegstrecke so einzustellen, daß in dem Raumwinkel keine Abscheidungsrich- tung enthalten ist, die auf die betreffende Wand der Vertiefung gerichtet ist. In den meisten Fällen müssen also die in dem Raumwinkel enthaltenen Abscheidungsrichtungen zu der betreffenden Wand schräggestellt und von ihr weggerichtet sein.In general, this means that the deposition directions present during the deposition of the electrically conductive substance, which in practice extend over a certain solid angle, are skewed with respect to at least one wall of the substrate opening. This has a shadowing effect, so that within the substrate opening a wall and / or bottom section of the depression is not covered by the electrically conductive substance during the deposition. An ideal case is when the deposition is completely directed, ie there is only one deposition direction and this is inclined to the wall of the depression in question and directed away from it. In practice, this ideal case can hardly be achieved, since on the one hand the conductive substance is emitted from the source into a solid angle and the one direction would lead to an unacceptable reduction in material yield and throughput. On the other hand, the vapor deposition systems used are usually operated in such a way that the substrates to be vaporized are moved below the source during the vaporization, so that a solid angle of the deposition would result even with completely directed deposition on the part of the source. It will therefore mostly be important to set this solid angle by means of apertures attached to the outlet of the conductive substance from the source, possibly taking into account a distance traveled by the substrate during the vapor deposition, in such a way that the solid angle does not contain any deposition direction which points to the relevant wall of the recess is directed. In most cases, the deposition directions contained in the solid angle must be inclined to the wall in question and directed away from it.
Dies gilt jedoch nicht generell, sondern hängt außerdem noch von dem Aspektverhältnis der Vertiefung (Tiefe/Breite- Verhältnis) ab. Wenn das Aspektverhältnis groß genug ist, so können auch Abscheidungsrichtungen vorhanden sein, die auf die betreffende Wand gerichtet sind, solange tieferliegende Abschnitte existieren, die von keiner Abscheidungsrichtung erreicht werden können.However, this does not apply in general, but also depends on the aspect ratio of the recess (depth / width ratio). If the aspect ratio is large enough, deposition directions can also be present which are directed towards the wall in question, as long as there are deeper sections which cannot be reached by any deposition direction.
Der Terminus „im wesentlichen gerichtet" ist also zu verstehen, daß die Abscheidung nicht ungerichtet erfolgen soll und daß wie oben erläutert bei der Abscheidung bestimmte Raumwinkelbereiche ausgeblendet werden sollen.The term “essentially directed” should therefore be understood to mean that the deposition should not take place in an undirected manner and that, as explained above, certain solid angle regions should be masked out during the deposition.
Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren kann demnach in der Vertiefung eine räumlich selektive Abscheidung erzielt werden. Diese räumlich selektive Abscheidung der elektrisch leitfähigen Substanz in der Substratvertiefung kann auf verschiedene Weise dazu ausgenutzt werden, eine Kontaktierungsstruktur in einer Schaltungseinheit herzustellen. In jedem Fall soll die derart räumlich selektiv abgeschiedene elektrisch leitfähige
Substanz in der Substratöffnung mit einer oder mehreren anderen elektrisch leitfähigen Schichten kontaktiert werden. Dies kann entweder dadurch geschehen, daß diese elektrisch leitfähigen Schichten bereits in der Substratöffnung vorhanden und durch die elektrisch leitfähige Substanz bei ihrer Abscheidung kontaktierbar sind. Es kann aber ebenso vorgesehen sein, daß die elektrisch leitfähige Substanz erst nach ihrer Abscheidung in die Substratöffnung mit der weiteren elektrisch leitfähigen Schicht kontaktiert wird. Im folgenden werden an- hand der Ausführungsbeispiele für verschiedene Schaltungseinheiten diese beiden Varianten der Herstellung der Kontaktierungsstruktur deutlich werden.With the method according to the invention, a spatially selective deposition can accordingly be achieved in the recess. This spatially selective deposition of the electrically conductive substance in the substrate recess can be used in various ways to produce a contacting structure in a circuit unit. In any case, the spatially selectively deposited electrically conductive Substance in the substrate opening with one or more other electrically conductive layers are contacted. This can be done either by the fact that these electrically conductive layers are already present in the substrate opening and can be contacted by the electrically conductive substance during their deposition. However, it can also be provided that the electrically conductive substance is only contacted with the further electrically conductive layer after it has been deposited in the substrate opening. In the following, using the exemplary embodiments for different circuit units, these two variants of the production of the contacting structure will become clear.
Die mit dem erfindungsgemäßen Verfahren herzustellende Schal- tungseinheit kann beispielsweise gemäß einer ersten Ausführungsform durch ein Solarmodul aus einer Mehrzahl lateral benachbarter photovoltaischer Solarzellen gebildet sein, die mit dem erfindungsgemäßen Verfahren in Serie geschaltet werden sollen. Diesbezüglich lassen sich zwei Ausführungsarten des erfindungsgemäßen Verfahrens voneinander unterscheiden, durch die im Aufbau verschiedenartige Solarmodule hergestellt werden können.According to a first embodiment, the circuit unit to be produced using the method according to the invention can be formed, for example, by a solar module from a plurality of laterally adjacent photovoltaic solar cells which are to be connected in series using the method according to the invention. In this regard, two types of embodiment of the method according to the invention can be distinguished from one another, by means of which different types of solar modules can be produced.
Bei einer ersten Ausführungsart wird auf eine Hauptoberfläche eines Halbleitersubstrats eine Metallisierung in Form von einer Mehrzahl von voneinander beabstandeten, elektrisch leitfähigen Schichten aufgebracht. Anschließend werden eine oder mehrere Vertiefungen oder Öffnungen jeweils bis zu Randbereichen von einer von zwei benachbarten elektrisch leitfähigen Schichten geformt und die Abscheidung der elektrisch leitfähigen Substanz wird dann vorzugsweise durch eine Schrägstellung der Abscheidungsrichtungen in bezug auf eine abzuschattende Wand so ausgeführt, daß eine Kontaktierung zwischen der in der Vertiefung angeordneten elektrisch leitfähigen Schicht und einem an die Vertiefung angrenzenden und der anderen der zwei benachbarten elektrisch leitfähigen Schichten gegenüberliegenden Oberflächenabschnitt bzw. einer auf diesem erzeug-
ten Metallisierung herbeigeführt wird. Dabei kann auch gleichzeitig mit der Abscheidung die Metallisierung dieses Oberflächenabschnitts und die Kontaktierung des Oberflächenabschnitts mit der elektrisch leitfähigen Schicht bewirkt werden. In Folge der Schrägstellung der Abscheidungsrichtungen) und des dadurch erzielten Abschattungseffektes wird somit der nur auf einer Seite der Vertiefung gelegene Oberflächenabschnitt mit der elektrisch leitfähigen Schicht in der Vertiefung kontaktiert, während der auf der anderen Seite der Vertiefung gelegene Oberflächenabschnitt nicht mit der elektrisch leitfähigen Schicht in der Vertiefung kontaktiert wird.In a first embodiment, a metallization in the form of a plurality of electrically conductive layers spaced apart from one another is applied to a main surface of a semiconductor substrate. Subsequently, one or more recesses or openings are formed up to edge regions of one of two adjacent electrically conductive layers, and the deposition of the electrically conductive substance is then preferably carried out by inclining the deposition directions with respect to a wall to be shaded so that contact between the an electrically conductive layer arranged in the depression and a surface section adjacent to the depression and opposite the other of the two adjacent electrically conductive layers, or a surface section produced thereon metallization is brought about. The metallization of this surface section and the contacting of the surface section with the electrically conductive layer can also be effected simultaneously with the deposition. As a result of the inclination of the deposition directions) and the shading effect achieved thereby, the surface section located only on one side of the depression is contacted with the electrically conductive layer in the depression, while the surface section located on the other side of the depression is not contacted with the electrically conductive layer in the depression is contacted.
Bei einer zweiten Ausführungsart zur Herstellung eines Solar- moduls aus einer Mehrzahl lateral benachbarter und in Serie geschalteter photovoltaischer Solarzellen werden in ein Substrat mindestens eine Vertiefung oder Öffnung in die Substratoberfläche geformt. Dann wird eine elektrisch leitfähige Substanz auf einen die Vertiefung enthaltenden Oberflächenab- schnitt vorzugsweise durch schräggerichtete Abscheidung abgeschieden, so daß in Folge des durch die Schrägstellung der in dem Raumwinkel enthaltenen Abscheidungsrichtungen bedingten Abschattungseffekts die elektrisch leitfähige Substanz an einer Seitenwand der Vertiefung nicht abgeschieden wird.In a second embodiment for producing a solar module from a plurality of laterally adjacent and series-connected photovoltaic solar cells, at least one recess or opening is formed in the substrate surface in a substrate. Then, an electrically conductive substance is deposited on a surface section containing the depression, preferably by oblique deposition, so that as a result of the shading effect caused by the inclination of the deposition directions contained in the solid angle, the electrically conductive substance is not deposited on a side wall of the depression.
Dann wird eine Halbleitermaterialschicht ebenso in im wesentlichen gerichteter Weise auf den die Vertiefung enthaltenden Oberflächenabschnitt abgeschieden, wobei die Schrägstellung der in dem Raumwinkel enthaltenen Abscheidungsrichtungen der- art eingestellt wird, daß der von der elektrisch leitfähigen Substanz nicht bedeckte Abschnitt der Vertiefung im wesentlichen auch von der Halbleitermaterialschicht nicht bedeckt wird. Gleichzeitig muß dafür Sorge getragen werden, daß eine im Anschluß daran auf die Halbleitermaterialschicht aufzu- bringende elektrisch leitfähige Schicht mit der unter derThen a semiconductor material layer is also deposited in a substantially directional manner on the surface section containing the depression, the inclination of the deposition directions contained in the solid angle being set in such a way that the portion of the depression not covered by the electrically conductive substance essentially also from the Semiconductor material layer is not covered. At the same time, care must be taken to ensure that an electrically conductive layer to be subsequently applied to the semiconductor material layer matches the one under the
Halbleitermaterialschicht befindlichen elektrisch leitfähigen Substanz kontaktiert werden kann. Dies kann beispielsweise
dadurch geschehen, daß bei der Abscheidung der Halbleitermaterialschicht ein Kontaktabschnitt der abgeschiedenen elektrisch leitfähigen Substanz freibleibt, der bei der nachfolgenden Abscheidung der elektrisch leitfahigen Schicht kontak- tiert wird. Es kann aber auch dieser Kontaktabschnitt nicht vorgesehen sein und stattdessen durch geeignete Verfahrens- führung die Halbleitermaterialschicht so abgeschieden werden, daß sie an einer Stelle Durchgangslöcher aufweist, durch die eine elektrische Kontaktierung zwischen beidseits der Schicht befindlichen elektrisch leitfähigen Schichten möglich wird.Semiconductor material layer located electrically conductive substance can be contacted. For example in that a contact section of the deposited electrically conductive substance remains free during the deposition of the semiconductor material layer, which is contacted during the subsequent deposition of the electrically conductive layer. However, this contact section may also not be provided, and instead the semiconductor material layer may be deposited by suitable process control in such a way that it has through holes at one point through which electrical contacting between electrically conductive layers located on both sides of the layer is possible.
Schließlich wird die weitere elektrisch leitfähige Schicht derart auf den die Vertiefung enthaltenden Substratabschnitt abgeschieden, daß in der Vertiefung ein Abschnitt auf der Halbleitermaterialschicht nicht bedeckt wird. In der Vertiefung ist somit die zuerst abgeschiedene elektrisch leitfähige Substanz entweder an dem erwähnten Kontaktabschnitt oder durch die in der Halbleitermaterialschicht enthaltenen Durchgangslöcher mit der später abgeschiedenen elektrisch leitfä- higen Schicht elektrisch kontaktiert.Finally, the further electrically conductive layer is deposited on the substrate section containing the depression in such a way that a section on the semiconductor material layer is not covered in the depression. In the depression, the electrically conductive substance deposited first is thus in electrical contact with the later deposited electrically conductive layer either at the mentioned contact section or through the through-holes contained in the semiconductor material layer.
Die elektrisch leitfähige Schicht kann in vorteilhafter Weise ebenfalls durch eine Schrägrichtung von innerhalb eines Raumwinkels enthaltenen Abscheidungsrichtungen aufgebracht wer- den, wobei diesmal der Winkel der Abscheidungsrichtungen so eingestellt wird, daß die Schicht in Folge der Abschattung auf einer Seitenwand der Vertiefung nicht abgeschieden wird, die derjenigen Seitenwand gegenüberliegt, auf der die elektrisch leitfähige Substanz nicht abgeschieden wurde. Es kann jedoch auch vorgesehen sein, daß die elektrisch leitfähige Schicht zunächst durch einen ungerichteten Abscheideprozeß ganzflächig abgeschieden wird und anschließend in einem Strukturierungsschritt oder durch einfaches mechanisches Ritzen ein Teil der Schicht an geeigneter Stelle wieder entfernt wird.
Auf den Oberflächenabschnitten des Substrats beidseits der Vertiefung werden somit Solarzellen gebildet, die durch das erfindungsgemäße Verfahren zueinander in Serie geschaltet werden. Durch Anordnung mehrerer Vertiefungen können somit eine Mehrzahl von Solarzellen in Reihe geschaltet werden.The electrically conductive layer can advantageously also be applied by an oblique direction from deposition directions contained within a solid angle, this time the angle of the deposition directions being set such that the layer is not deposited as a result of the shading on a side wall of the depression, which is opposite to the side wall on which the electrically conductive substance was not deposited. However, it can also be provided that the electrically conductive layer is first deposited over the entire surface by an undirected deposition process and then part of the layer is removed again at a suitable point in a structuring step or by simple mechanical scribing. Solar cells are thus formed on the surface sections of the substrate on both sides of the depression and are connected to one another in series by the method according to the invention. By arranging several recesses, a plurality of solar cells can thus be connected in series.
Bei der zuletzt beschriebenen Ausführungsart kann das Substrat dadurch gebildet werden, indem auf einem Träger, insbesondere einer Glas-, Kunststoff- oder Metallplatte, eine strukturierbare Materialschicht, insbesondere aus einemIn the last-described embodiment, the substrate can be formed by placing a structurable material layer, in particular one, on a carrier, in particular a glass, plastic or metal plate
Kunststoff wie Polyimid aufgebracht wird. Beispielsweise kann ein als Positivresist wirkendes Polyimid oder ein anderer geeigneter Positivresist verwendet werden, der zum Zweck der Erzeugung der Vertiefungen mit Licht geeigneter Wellenlänge belichtet und anschließend entwickelt wird.Plastic such as polyimide is applied. For example, a polyimide acting as a positive resist or another suitable positive resist can be used, which is exposed to light of suitable wavelength for the purpose of producing the depressions and then developed.
Als ein Halbleitermaterial bei dieser zweiten Ausführungsart kann beispielsweise CIGS verwendet werden.CIGS, for example, can be used as a semiconductor material in this second embodiment.
Bei der oben beschriebenen ersten Ausführungsart wird somit von einer Variante der Erfindung Gebrauch gemacht, in der die elektrisch leitfähige Substanz in der Vertiefung bei ihrer Abscheidung mit einer elektrisch leitfähigen Schicht kontaktiert wird. In diesem Fall ist nämlich die elektrisch leitfä- hige Schicht bereits in der Vertiefung, nämlich am Boden der Vertiefung vorhanden. Bei der zweiten, oben beschriebenen Ausführungsart wird dagegen von der anderen Variante der Erfindung Gebrauch gemacht, in der die elektrisch leitfähige Substanz erst nach ihrer Abscheidung in die Vertiefung mit einer elektrisch leitfähigen Schicht kontaktiert wird. In diesem Fall wird nämlich die elektrisch leitfähige Schicht erst nach der Abscheidung der elektrisch leitfähigen Substanz in der beschriebenen Weise auf diese aufgebracht.In the first embodiment described above, use is therefore made of a variant of the invention in which the electrically conductive substance in the depression is contacted with an electrically conductive layer when it is deposited. In this case, the electrically conductive layer is already present in the depression, namely at the bottom of the depression. In the second embodiment described above, however, use is made of the other variant of the invention, in which the electrically conductive substance is only contacted with an electrically conductive layer after it has been deposited in the depression. In this case, the electrically conductive layer is only applied to the electrically conductive substance in the manner described above after it has been deposited.
In einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird die Schaltungseinheit durch eine Mehrlagenleiterplatte gebildet.
Bei einer Mehrlagenleiterplatte wird das erfindungsgemäße Verfahren dahingehend angewandt, daß gruppenweise jeweils mehrere Metallisierungsebenen elektrisch miteinander verbun- den werden. Dabei wird das Substrat durch eine Mehrlagenleiterplatte gebildet und in einem Abschnitt, in dem eine Verbindung von Metallisierungsebenen erfolgen soll, wird eine Vertiefung mindestens bis zu der untersten zu verbindenden Metallisierungsebene geformt. Die Abscheidung der elektrisch leitfähigen Substanz erfolgt dann derart, daß zumindest ein zwischen den zu verbindenden Metallisierungsebenen gelegener Abschnitt in der Vertiefung bedeckt wird.In a further embodiment of the present invention, the circuit unit is formed by a multilayer printed circuit board. In the case of a multilayer printed circuit board, the method according to the invention is used in such a way that several metallization levels are electrically connected to one another in groups. The substrate is formed by a multilayer printed circuit board and in a section in which a connection of metallization levels is to take place, a depression is formed at least as far as the lowest metallization level to be connected. The electrically conductive substance is then deposited in such a way that at least one section located between the metallization levels to be connected is covered in the depression.
Im folgenden werden die Ausführungsformen und Ausführungsar- ten der vorliegenden Erfindung anhand der Zeichnungsfiguren näher erläutert. Es zeigen:The embodiments and types of embodiment of the present invention are explained in more detail below with reference to the drawing figures. Show it:
Fig. 1A-F Verfahrensschritte zur Herstellung eines Solarmoduls mit serienverschalteten Solarzellen nach einer ersten Ausführungsart des erfindungsgemäßen Verfahrens;1A-F process steps for producing a solar module with series-connected solar cells according to a first embodiment of the method according to the invention;
Fig. 2A-D Verfahrensschritte zur Herstellung eines Solarmoduls mit serienverschalteten Solarzellen nach einer zweiten Ausführungsart des erfindungsgemäßen Verfahrens;2A-D method steps for producing a solar module with series-connected solar cells according to a second embodiment of the method according to the invention;
Fig. 3A,B Herstellung von elektrischen Kontaktierungsstrukturen bei Mehrlagenleiterplatten;3A, B manufacture of electrical contacting structures in multilayer printed circuit boards;
Fig. 4A-H Verfahrensschritte bei der Herstellung und elektrischen Kontaktierung einer Mehrlagenleiterplatte.4A-H process steps in the manufacture and electrical contacting of a multilayer printed circuit board.
In den Fig. 1A-F wird die Herstellung eines Solarmoduls beschrieben, bei welchem mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens eine Mehrzahl lateral benachbarter photovoltaischer
Solarzellen in Serie geschaltet werden können. Dabei sind in den Zeichnungen jeweils in einem Längsschnitt zwei lateral benachbarte Solarzellen dargestellt.1A-F describes the production of a solar module in which, with the aid of the method according to the invention, a plurality of laterally adjacent photovoltaic modules Solar cells can be connected in series. Two laterally adjacent solar cells are each shown in a longitudinal section in the drawings.
Die Solarzellen sind aus einer dünnen Schicht eines Halbleitermaterials aufgebaut und werden deshalb Dünnschichtsolarzellen genannt. Bei der Herstellung wird eine sogenannte Transfertechnik angewandt, welche auf dem Transfer dünner, einkristalliner Halbleiterschichten von einem Wafer auf ein Fremdsubstrat wie ein Glassubstrat beruhen. Bei dem Transferprozeß wird eine dünne, vom Wafer abtrennbare, einkristalline Oberflächenschicht bis zu einem bestimmten Stadium prozessiert, d.h. mit elektronischen oder optoelektronischen Bauelementen versehen und anschließend — im allgemeinen mit Hil- fe des Fremdsubstrats — von dem Wafer abgetrennt . Nach demThe solar cells are made up of a thin layer of semiconductor material and are therefore called thin-film solar cells. A so-called transfer technique is used in the production, which is based on the transfer of thin, single-crystalline semiconductor layers from a wafer to a foreign substrate, such as a glass substrate. In the transfer process, a thin, single-crystal surface layer that can be separated from the wafer is processed to a certain stage, i.e. provided with electronic or optoelectronic components and then - generally with the aid of the foreign substrate - separated from the wafer. After this
Abtrennen der prozessierten Halbleiterschicht steht der Halb- leiterwafer für einen neuen Zyklus zur Verfügung.The semiconductor wafer is available for a new cycle to separate the processed semiconductor layer.
Das erfindungsgemäße Verfahren beruht auf dem in der Fig. 1A angedeuteten Transferprozeß, der nachfolgend näher erläutert wird. Es können jedoch auch andere Transfertechniken angewandt werden.The method according to the invention is based on the transfer process indicated in FIG. 1A, which is explained in more detail below. However, other transfer techniques can also be used.
Die bei dem Verfahren gemäß der Fig. 1A-F eingesetzte Trans- fertechnik ist beispielsweise in den Druckschriften EP 0 797 258 oder EP 0 993 029 beschrieben, welche hiermit in den Offenbarungsgehalt der vorliegenden Anmeldung einbezogen werden. Diese Transfertechnik beruht im Falle von Silizium auf der Herstellung sogenannter quasi-monokristalliner Silizium- schichten (QMS) . Der Prozeß beginnt mit der Herstellung einer l-2μm dünnen, porösen Siliziumschicht auf der Oberfläche eines einkristallinen Siliziumwafers 1. Der Siliziu wafer 1 wird durch eine flußsäurehaltige Lösung elektrochemisch geätzt. Dabei läßt sich die Porosität durch die elektrische Stromdichte während des Ätzens einstellen. Die oberflächennahe Schicht mit einer relativ niedrigen Porosität wird später in die QMS-Schicht 3 umgewandelt. Wenn diese Schicht die ge-
wünschte Dicke erreicht hat, wird die Stromdichte während des Ätzprozesses erhöht, und es entsteht eine zweite vergrabene, hochporöse sogenannte Trennschicht 2. Diese Trennschicht dient später zur Separation der QMS-Schicht 3 von dem Wa- fer 1. Das aus feinen, nanoskopisch dünnen Fäden bestehende poröse Material ist kristallin und besitzt die gleiche kri- stallographische Orientierung wie der Ausgangswafer. Durch eine Erhitzung auf über 1000°C lagern sich die dünnen, fadenartigen Strukturen zu einer kompakten Schicht zusammen, aus der die QMS-Schicht 3 mit niedriger Porosität entsteht.The transfer technology used in the method according to FIGS. 1A-F is described, for example, in documents EP 0 797 258 or EP 0 993 029, which are hereby incorporated into the disclosure content of the present application. In the case of silicon, this transfer technique is based on the production of so-called quasi-monocrystalline silicon layers (QMS). The process begins with the production of a 1 - 2 μm thin, porous silicon layer on the surface of a single-crystalline silicon wafer 1. The silicon wafer 1 is electrochemically etched by a solution containing hydrofluoric acid. The porosity can be adjusted by the electrical current density during the etching. The layer near the surface with a relatively low porosity is later converted into the QMS layer 3. If this layer has reached the desired thickness, the current density is increased during the etching process, and a second buried, highly porous so-called separating layer 2 is created. This separating layer later serves to separate the QMS layer 3 from the wafer 1. This is made of fine, nanoscopically thin threads existing porous material is crystalline and has the same crystallographic orientation as the starting wafer. By heating to over 1000 ° C, the thin, thread-like structures accumulate to form a compact layer from which the QMS layer 3 with low porosity is formed.
Die QMS-Schicht 3 bildet die Basis der Dünnschichtsolarzelle. Im Prinzip gibt es zwei Möglichkeiten, diese Dünnschichtsolarzelle herzustellen. Entweder die QMS-Schicht 3 dient selbst als Solarzellenschicht und wird in geeigneter Weise mit Dotierstoffen entgegengesetzten Leitfähigkeitstyps beaufschlagt, ohne daß weiteres Halbleitermaterial aufgewachsen wird. Die in den Fig. 1A-F dargestellte Alternative beruht dagegen darauf, daß die QMS-Schicht 3 selbst nur als Sub- stratschicht für weitere Epitaxieschichten dient, aus denen dann die Solarzelle gefertigt wird.The QMS layer 3 forms the basis of the thin-film solar cell. In principle, there are two ways to manufacture this thin-film solar cell. Either the QMS layer 3 itself serves as a solar cell layer and is suitably supplied with dopants of the opposite conductivity type without further semiconductor material being grown. The alternative shown in FIGS. 1A-F, on the other hand, is based on the fact that the QMS layer 3 itself serves only as a substrate layer for further epitaxial layers, from which the solar cell is then manufactured.
Zunächst wird in der QMS-Schicht 3 eine hohe p-Dotierung eingestellt, um für die später aufzubringende Rückseitenmetalli- sierung einen niedrigen ohmschen Kontaktwiderstand zu ermöglichen. Auf diese p+-dotierte QMS-Schicht 3 wird dann zunächst noch eine p+-dotierte Zwischenschicht 4 aufgebracht. Auf diese wird dann eine p-dotierte Absorberschicht 5 aufgewachsen. Als Schichtwachstum für die Zwischenschicht 4 und die Absorberschicht 5 kann beispielsweise ein CVD-Verfahren eingesetzt werden. Anschließend wird ein oberflächennaher Bereich der ursprünglich p-dotierten Schicht 5 durch Eindiffundieren eines n-leitenden Materials wie Phosphor in eine n+- leitende Oberflächenschicht 5.1 umgewandelt, so daß durch die n+-dotierte Schicht 5.1 und die p-dotierte Schicht 5.2 der p- n-Übergang der Solarzelle hergestellt ist. Die n+-dotierte Schicht kann auch auf andere Weise hergestellt werden, bei-
spielsweise durch Abscheiden einer n+-dotierten, amorphen Si- Schicht .First, a high p-doping is set in the QMS layer 3 in order to enable a low ohmic contact resistance for the rear-side metallization to be applied later. A p + -doped intermediate layer 4 is then first applied to this p + -doped QMS layer 3. A p-doped absorber layer 5 is then grown on this. A CVD process, for example, can be used as the layer growth for the intermediate layer 4 and the absorber layer 5. A region close to the surface of the originally p-doped layer 5 is then converted by diffusing in an n-conductive material such as phosphorus into an n + - conductive surface layer 5.1, so that the p + doped layer 5.1 and the p-doped layer 5.2 - n-transition of the solar cell is made. The n + -doped layer can also be produced in other ways, in which for example by depositing an n + -doped, amorphous Si layer.
In den nachfolgenden Figuren sind bereits der Substratwafer 1 und die Trennschicht 2 aus Gründen der vereinfachten Darstellung weggelassen worden, wenngleich der eigentliche Transfer der Dünnschichtsolarzelle auf das Fremdsubstrat erst in einem späteren Schritt folgt.In the following figures, the substrate wafer 1 and the separating layer 2 have already been omitted for the sake of simplification, although the actual transfer of the thin-film solar cell to the foreign substrate does not follow until a later step.
In der Fig. 1B ist zunächst dargestellt, wie auf der Oberfläche der n+-dotierten Schicht 5.1 eine Anzahl Elektrodenschichten 6 aufgebracht wird. Diese Elektrodenschichten 6 befinden sich am Rand von streifenförmigen Bereichen, die sich in die Bildebene hinein erstrecken und durch die einzelnen Solarzellen gebildet werden. Da die Elektrodenschichten 6 nur am Rand dieser streifenförmigen Bereiche angeordnet sind, müssen sie für die auftreffende optische Strahlung nicht transparent sein. Die eigentliche Solarzelle wird jeweils durch den nicht von der Elektrodenschicht 6 bedeckten Bereich gebildet, in dem die n+-dotierte Si-Schicht an der Oberfläche liegt. Für den Stromtransport bis zu der randseitigen Elektrodenschicht 6 reicht die elektrische Leitfähigkeit der n+- dotierten Schicht aus. In den Figuren 1A-F sind zwei benachbarte Elektrodenschichten 6 in der zur Längsrichtung der streifenförmigen Bereiche senkrechten Schnittebene dargestellt. Alternativ dazu kann auch vorgesehen sein, daß die Elektrodenschichten 6 sich jeweils über die gesamte Länge der streifenförmigen Bereiche erstrecken, wobei dann die Elektrodenschichten 6 für die auftreffende Strahlung im wesentlichen transparent sein müssen. In der Praxis wird ein Mittelweg gewählt, indem in die Bildebene hinein eine Anzahl von Elektrodenschichten 6 in Form von Kontaktfingern angeordnet wird, deren Abstand voneinander von der Leitfähigkeit der n+- dotierten Schicht abhängt.1B shows how a number of electrode layers 6 are applied to the surface of the n + -doped layer 5.1. These electrode layers 6 are located on the edge of stripe-shaped areas which extend into the image plane and are formed by the individual solar cells. Since the electrode layers 6 are only arranged at the edge of these strip-shaped areas, they do not have to be transparent to the incident optical radiation. The actual solar cell is formed in each case by the area not covered by the electrode layer 6, in which the n + -doped Si layer lies on the surface. The electrical conductivity of the n + -doped layer is sufficient for the current transport up to the edge-side electrode layer 6. 1A-F show two adjacent electrode layers 6 in the section plane perpendicular to the longitudinal direction of the strip-shaped regions. Alternatively, it can also be provided that the electrode layers 6 each extend over the entire length of the strip-shaped regions, in which case the electrode layers 6 must be essentially transparent to the incident radiation. In practice, a middle path is chosen by arranging a number of electrode layers 6 in the form of contact fingers into the image plane, the spacing of which depends on the conductivity of the n + -doped layer.
Durch die sich in die Bildebene hinein erstreckenden streifenförmigen Bereiche werden somit die einzelnen Solarzellen
definiert, die durch elektrisches Verbinden der zugehörigen Elektrodenschichten 6 in Serie geschaltet werden sollen. Im folgenden wird beschrieben, wie die beiden dargestellten Solarzellen in Serie geschaltet werden. In entsprechender Weise werden gleichzeitig alle anderen sich rechts und links davon anschließenden Solarzellen seriell miteinander verschaltet. Zur Trennung benachbarter Solarzellen werden gemäß Fig. 1B zwei Mesagräben A jeweils bis unterhalb des p-n-Übergangs in die Halbleiterschichten geätzt, wie dargestellt, jeweils un- mittelbar benachbart zu und entlang den Rändern der streifenförmigen Elektrodenschichten 6. Die Bereiche zwischen den Mesagräben A definieren somit inaktive Bereiche des Solarmoduls. Alternativ dazu können die Zellen durch Ritzen separiert werden oder indem bereits bei dem vorherigen Schritt des Eindiffundierens der n-leitenden Substanz eine laterale Strukturierung vorgenommen wird.The individual solar cells are thus formed by the strip-shaped areas extending into the image plane defined, which are to be connected in series by electrically connecting the associated electrode layers 6. The following describes how the two solar cells shown are connected in series. In a corresponding manner, all other solar cells adjoining to the right and left of it are simultaneously connected in series with one another. 1B, two mesa trenches A are etched into the semiconductor layers down to the pn junction, as shown, in each case immediately adjacent to and along the edges of the strip-shaped electrode layers 6. The regions between the mesa trenches A thus define inactive areas of the solar module. As an alternative to this, the cells can be separated by scratching or by lateral structuring already being carried out in the previous step of diffusing in the n-conducting substance.
Gemäß Fig. IC wird jeweils auf eine von zwei benachbarten Elektrodenschichten 6 ein Metallstreifen 7 mit einer Lotpaste aufgeklebt. Dieser Metallstreifen 7 erstreckt sich in lateraler Richtung ausgehend von dem Befestigungspunkt an der Elektrodenschicht 6 in Richtung auf die benachbarte Elektrodenschicht 6.According to FIG. IC, a metal strip 7 is glued to one of two adjacent electrode layers 6 with a solder paste. This metal strip 7 extends in the lateral direction, starting from the attachment point on the electrode layer 6 in the direction of the adjacent electrode layer 6.
Dann wird gemäß Fig. ID auf die erhaltene Struktur ein Glassubstrat 9 mittels eines Harzklebers 8 aufgeklebt. Anschließend erfolgt das Abtrennen der Dünnschichtsolarzelle von dem Halbleiterwafer, wobei gegebenenfalls durch einen Temperaturbehandlungsschritt die Trennschicht 2 aufgelöst wird, so daß die QMS-Schicht 3 nunmehr die unterste Schicht des Bauelements ist.Then, as shown in FIG. ID, a glass substrate 9 is glued onto the structure obtained by means of a resin adhesive 8. The thin-film solar cell is then separated from the semiconductor wafer, the separating layer 2 possibly being dissolved by a temperature treatment step, so that the QMS layer 3 is now the lowest layer of the component.
Dann werden entsprechend Fig. 1E die einzelnen Solarzellen voneinander getrennt, indem entlang der inaktiven Zone in Richtung der streifenförmigen Elektroden 6 Öffnungen oderThen, according to FIG. 1E, the individual solar cells are separated from one another by opening 6 or along the inactive zone in the direction of the strip-shaped electrodes
Vertiefungen 10 in den Halbleiterschichtaufbau jeweils bis zu den Metallstreifen 7 geformt werden. Die Vertiefungen 10 kön-
nen auf verschiedene Weise geformt werden, beispielsweise auf mechanischem Wege durch Ritzen oder Sägen, auf chemische Art durch einen Ätzangriff. Zwischen jedem Paar benachbarter Solarzellen wird somit eine grabenförmige, die Solarzellen trennende und bis zu dem Metallstreifen 7 reichende Vertiefung 10 in den Schichtaufbau geformt, so daß der Boden jeder Vertiefung 10 durch den mit der Frontelektrode einer der beiden benachbarten Solarzellen verbundenen Metallstreifen 7 gebildet wird.Indentations 10 in the semiconductor layer structure are each formed up to the metal strips 7. The depressions 10 can NEN can be shaped in various ways, for example mechanically by scratching or sawing, chemically by an etching attack. Between each pair of adjacent solar cells, a trench-shaped depression 10, which separates the solar cells and extends as far as the metal strip 7, is thus formed in the layer structure, so that the bottom of each depression 10 is formed by the metal strip 7 connected to the front electrode of one of the two adjacent solar cells.
Alternativ zu dieser Vorgehensweise kann auch vorgesehen sein, daß anstelle der Befestigung des Metallstreifens 7 an die Elektrodenschicht 6 letztere bereits bei dem vorangegangenen Metallisierungsschritt bis in den inaktiven Bereich zwischen den Mesagräben A aufgebracht wird. In diesem Fall muß die Vertiefung 10 bis zu der Elektrodenschicht 6 geformt werden. Falls dies beispielsweise im Wege eines Ätzschrittes durchgeführt wird, kann dabei die Elektrodenschicht 6 als Ätzstoppschicht verwendet werden.As an alternative to this procedure, it can also be provided that instead of attaching the metal strip 7 to the electrode layer 6, the latter is already applied in the previous metallization step into the inactive region between the mesa trenches A. In this case, the recess 10 must be formed up to the electrode layer 6. If this is carried out, for example, by means of an etching step, the electrode layer 6 can be used as an etching stop layer.
Anschließend werden in einem einzigen selbstjustierenden Verfahrensschritt gemäß Fig. 1F die Rückelektroden der Solarzellen gebildet und diese gleichzeitig mit den Frontelektroden der jeweils benachbarten Solarzellen elektrisch kontaktiert. Dies geschieht durch einen gerichteten Abscheideprozeß einer elektrisch leitfähigen Substanz, wobei die Abscheidungsrich- tung gegenüber der Vertiefung 10 bzw. deren Wänden schräggestellt ist. Genaugenommen kommt es nur darauf an, daß bei der Abscheidung nur eine Innenwand der Vertiefung 10 vollständig bedeckt wird, so daß eine Metallisierung nur zwischen dem Metallstreifen 7 und dem auf einer Seite der Vertiefung 10 gelegenen Oberflächenabschnitt herbeigeführt wird. Der auf der anderen Seite der Vertiefung 10 gelegene Oberflächenabschnitt soll dagegen durch den Abscheideprozeß nicht mit dem Me- tallstreifen 7 kontaktiert werden, d.h. die entsprechende Innenwand der Vertiefung 10 soll nicht mit der elektrisch leitfähigen Substanz beaufschlagt werden, bzw. mindestens eine
Unterbrechung aufweisen. Das entscheidende Kriterium ist somit, daß die Abscheidungsrichtung gegenüber der Ebene dieser Innenwand schräggestellt ist und von dieser Ebene wegführt, so daß sich wie aus der Fig. 1F ersichtlich, ein Abschat- tungseffekt gegenüber dieser Innenwand der Vertiefung.10 ergibt. Natürlich kann der Abscheidevorgang auch spiegelsymmetrisch zu einer senkrecht durch die Bildebene 3 durch die Vertiefung 10 verlaufenden Symmetrieebene durchgeführt werden, wobei in diesem Fall der linksseitig der Vertiefung 10 gelegene Oberflächenabschnitt der QMS-Schicht 3 durch die Me- tallabscheidung mit dem Metallstreifen 7 verbunden wird und die rechtsseitige Innenwand der Vertiefung 10 durch die Abscheidung abgeschattet wird, so daß der rechtsseitige Oberflächenabschnitt der QMS-Schicht 3 mit dem Metallstreifen 7 nicht verbunden wird.The rear electrodes of the solar cells are then formed in a single self-adjusting method step according to FIG. 1F and these are electrically contacted at the same time with the front electrodes of the respectively adjacent solar cells. This is done by a directional deposition process of an electrically conductive substance, the deposition direction being inclined relative to the depression 10 or the walls thereof. Strictly speaking, it is only important that only one inner wall of the depression 10 is completely covered during the deposition, so that metallization is brought about only between the metal strip 7 and the surface section located on one side of the depression 10. The surface section located on the other side of the depression 10, on the other hand, should not be contacted with the metal strip 7 by the deposition process, ie the corresponding inner wall of the depression 10 should not be exposed to the electrically conductive substance, or at least one To have an interruption. The decisive criterion is therefore that the deposition direction is inclined with respect to the plane of this inner wall and leads away from this plane, so that, as can be seen from FIG. 1F, there is a shadowing effect with respect to this inner wall of the depression. Of course, the deposition process can also be carried out mirror-symmetrically to a plane of symmetry running perpendicularly through the image plane 3 through the depression 10, in which case the surface section of the QMS layer 3 located on the left side of the depression 10 is connected to the metal strip 7 by the metal deposition and the right-hand inner wall of the depression 10 is shaded by the deposition, so that the right-hand surface section of the QMS layer 3 is not connected to the metal strip 7.
In Fig.lF ist der idealisierte Fall einer Abscheidung mit einer einzigen, definierten Abscheidungsrichtung dargestellt. Wie bereits erwähnt, wird in der Praxis die Abscheidung stets über einen bestimmten Raumwinkelbereich erfolgen.Fig. 1F shows the idealized case of a deposition with a single, defined deposition direction. As already mentioned, in practice the deposition will always take place over a certain solid angle range.
Durch die Abscheidung der elektrisch leitfähigen Substanz werden somit in einem einzigen Arbeitsgang gleichzeitig rückseitige Elektrodenschichten 1 für alle vorhandenen Solarzel- len erzeugt und diese durch die schräggestellte Abscheidung in der beschriebenen Weise mit den Metallstreifen 7 verbunden, so daß eine Serienverschaltung der Solarzellen bereitgestellt wird. Der Abscheideprozeß kann am einfachsten durch Aufdampfen durchgeführt werden, wobei als Metall Aluminium verwendet werden kann. Als Metall für die vorderseitigen, transparenten Elektrodenschichten 6 kann beispielsweise Indiumzinnoxid (ITO) verwendet werden. Zusätzlich können an der äußeren Oberfläche des Glassubstrats 9 bzw. an internen Grenzflächen zwischen den Materialien geeignete Antireflex- schichten aufgebracht werden.
Bei dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel wird also eine Variante der Erfindung benutzt, in der in der Vertiefung 10 bereits eine elektrisch leitfähige Schicht in Form des Metallstreifens 7 am Boden der Vertiefung 10 vorhanden ist und die elektrisch leitfähige Substanz bei ihrer Abscheidung in die Vertiefung 10 mit dieser elektrisch leitfähigen Schicht verbunden wird.Due to the deposition of the electrically conductive substance, rear electrode layers 1 are thus simultaneously produced for all existing solar cells in a single work step and these are connected to the metal strips 7 in the manner described by the inclined deposition, so that a series connection of the solar cells is provided. The deposition process is most easily carried out by vapor deposition, aluminum being used as the metal. For example, indium tin oxide (ITO) can be used as the metal for the front, transparent electrode layers 6. In addition, suitable antireflection layers can be applied to the outer surface of the glass substrate 9 or to internal interfaces between the materials. In the exemplary embodiment described above, a variant of the invention is therefore used in which there is already an electrically conductive layer in the form of the metal strip 7 at the bottom of the recess 10 in the recess 10 and the electrically conductive substance when it is deposited into the recess 10 with the latter electrically conductive layer is connected.
In dem nachfolgend beschriebenen Ausführungsbeispiel wird an- hand der Herstellung eines weiteren Solarmoduls eine Variante der Erfindung beschrieben, bei der die elektrisch leitfähige Substanz erst nach ihrer Abscheidung in Substratvertiefungen mit einer weiteren elektrisch leitfähigen Schicht kontaktiert wird.In the exemplary embodiment described below, a variant of the invention is described on the basis of the production of a further solar module, in which the electrically conductive substance is only contacted with a further electrically conductive layer after it has been deposited in substrate depressions.
Auf ein elektrisch isolierendes Festkörpersubstrat 20 (Fig. 2A) wie beispielsweise ein Glassubstrat wird zuerst eine durch lithographische Techniken strukturierbare Material- schicht 21, beispielsweise eine Schicht eines Positivresists, etwa einer als Positivresist ausgebildeten Polyimidschicht, aufgebracht. Die Materialschicht 21 wird dann in der Weise strukturiert, daß eine Schar paralleler Linien in die Materialschicht 21 mit schräggerichteter Belichtung geschrieben und anschließend entwickelt wird. Dadurch werden grabenförmige Vertiefungen 22 erzeugt, von denen eine in der Fig. 2A in einem Querschnitt senkrecht zu ihrer Längsrichtung dargestellt ist. Die Vertiefungen 22 sollen dazu dienen, mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens die noch zu bildenden Solarzellen elektrisch in Serie zueinander zu kontaktieren. In dem gezeigten Ausführungsbeispiel weist die Vertiefung 22 schräggestellte Wände auf. Wie noch zu sehen sein wird, ist dies nicht zwingend erforderlich, vereinfacht jedoch die Herbeiführung der Abschattungseffekte bei den nachfolgenden Abscheideprozessen.On an electrically insulating solid-state substrate 20 (FIG. 2A), such as a glass substrate, a material layer 21 that can be structured by lithographic techniques, for example a layer of a positive resist, for example a polyimide layer designed as a positive resist, is first applied. The material layer 21 is then structured in such a way that a family of parallel lines is written into the material layer 21 with oblique exposure and then developed. This produces trench-shaped depressions 22, one of which is shown in FIG. 2A in a cross section perpendicular to its longitudinal direction. The depressions 22 are intended to use the method according to the invention to make electrical contact with the solar cells still to be formed in series with one another. In the exemplary embodiment shown, the recess 22 has inclined walls. As will be seen later, this is not absolutely necessary, but it simplifies the creation of the shading effects in the subsequent deposition processes.
Gemäß Fig. 2B wird die gesamte, die Vertiefungen 22 enthaltende Oberfläche einem Abscheideprozeß einer elektrisch leit-
fähigen Substanz, im vorliegenden Fall Molybdän (Mo) , ausgesetzt. Dabei werden wiederum in erfindungsgemäßer Weise die Abscheidungsrichtungen derart eingestellt, daß sich in Bezug auf eine der Wände oder einen Abschnitt davon ein Abschat- tungseffekt ergibt. In Fig.2B ist wiederum der Idealfall dargestellt, in welchem nur eine einzige Abscheidungsrichtung vorhanden ist, die zu der abzuschattenden Wand schräggestellt und von dieser weggerichtet ist .According to FIG. 2B, the entire surface containing the depressions 22 is subjected to a deposition process of an electrically conductive capable substance, in the present case molybdenum (Mo), exposed. The deposition directions are again set in such a way according to the invention that there is a shadowing effect with respect to one of the walls or a section thereof. 2B shows the ideal case in which there is only a single deposition direction, which is inclined to the wall to be shadowed and directed away from it.
Im dargestellten Fall werden somit die linksseitigen Innenwände der Vertiefungen 22 abgeschattet, so daß sich das Molybdän auf diesen Wänden nicht niederschlägt. Daraus wird deutlich, daß die linksseitige, nicht zu beschichtende Innenwand der Vertiefung 22 auch eine gerade Wand sein kann, wobei dann jedoch der Raumwinkel der Abscheidungsrichtungen entsprechend zu drehen ist, so daß sich bezüglich dieser Wand wieder ein Abschattungseffekt ergibt. In jedem Fall gilt, daß wenn die abzuschattende Innenwand gegenüber der Ebene einen Winkel ß einnimmt, so sollten die Abscheidungsrichtungen im allgemeinen einen Winkel α > ß zur Ebene (rechtsseitig) einnehmen. Wenn das Aspektverhältnis der Vertiefung 22 groß genug ist, so ist"diese Bedingung nicht zwingend. Vielmehr reicht es in diesem Fall, einen bestimmten Raumwinkel definiert auszublenden, so daß sich auf der linksseitigen Wand der Vertiefung 22 eine Unterbrechung der abgeschiedenen Schicht 23 ergibt.In the case shown, the left-hand inner walls of the depressions 22 are thus shaded, so that the molybdenum does not precipitate on these walls. It is clear from this that the left-hand inner wall of the recess 22, which is not to be coated, can also be a straight wall, but then the solid angle of the deposition directions must be rotated accordingly, so that there is again a shading effect with respect to this wall. In any case, if the inner wall to be shaded is at an angle ß with respect to the plane, the deposition directions should generally be at an angle α> ß to the plane (right-hand side). If the aspect ratio of the depression 22 is large enough, "this condition is not mandatory. Rather, in this case it is sufficient to hide a certain solid angle in a defined manner, so that there is an interruption of the deposited layer 23 on the left-hand wall of the depression 22.
Die auf den Oberflächenabschnitten der Polyimidschicht beid- seits der Vertiefung 22 abgeschiedenen Schichten dienen als rückseitige Elektrodenschichten 23 der noch zu fertigenden Solarzellen.The layers deposited on the surface sections of the polyimide layer on both sides of the depression 22 serve as rear-side electrode layers 23 of the solar cells still to be manufactured.
Anschließend wird gemäß Fig. 2C das Halbleitermaterial der Solarzellen aufgebracht. Im vorliegenden Beispielsfall wird p-leitendes CIGS auf die Oberfläche aufgedampft und anschließend wird in einen oberflächennahen Bereich der aufgedampften Halbleiterschicht 24 eine Donatorsubstanz eindiffundiert, so
daß unmittelbar unter der Oberfläche der Halbleiterschicht 24 ein p-n-Übergang gebildet wird. Auch die Abscheidung des Halbleitermaterials CIGS wird in gerichteter Weise vorgenommen. Die Abscheidungsrichtung wird erneut so eingestellt, daß sich bezüglich der linksseitigen Innenwand der Vertiefung 22 ein Abschattungseffekt ergibt, so daß das Halbleitermaterial an dieser Innenwand im wesentlichen nicht abgeschieden wird. Im allgemeinen gilt, daß das Halbleitermaterial auf demjenigen Abschnitt, auf dem die elektrisch leitfähige Substanz nicht abgeschieden wurde, mindestens teilweise ebenfalls nicht abgeschieden wird.The semiconductor material of the solar cells is then applied according to FIG. 2C. In the present example, p-type CIGS is evaporated onto the surface and then a donor substance is diffused into a region of the evaporated semiconductor layer 24 near the surface, see above that a pn junction is formed immediately below the surface of the semiconductor layer 24. The deposition of the semiconductor material CIGS is also carried out in a directed manner. The direction of deposition is adjusted again so that there is a shading effect with respect to the left-hand inner wall of the recess 22, so that the semiconductor material is essentially not deposited on this inner wall. In general, the semiconductor material on the section on which the electrically conductive substance has not been deposited is also at least partially not deposited.
Zusätzlich muß das Halbleitermaterial so abgeschieden werden, daß eine nachfolgend darauf abgeschiedene elektrisch leitfä- hige Schicht einen Kontakt mit der unteren elektrisch leitfähigen Substanz bilden kann. Dies kann beispielsweise dadurch erreicht werden, indem bei der Abscheidung der Halbleiterschicht 24 der Abschattungseffekt gegenüber der vorherigen Abscheidung des Molybdäns vergrößert wird, so daß auf dem Bo- den der Vertiefung 22 ein sogenannter Kontaktabschnitt 23a der abgeschiedenen Molybdänschicht von der Halbleiterschicht 24 nicht bedeckt wird. Um den Abschattungseffekt zu vergrößern, kann bei der Abscheidung des CIGS ein Winkel der Abscheidungsrichtungen von γ > α eingestellt werden. Im vorlie- genden Fall ist γ = 90°, wie jedoch vorstehend bereits ausgeführt wurde, kann dieser Winkel und ebenso der Winkel α auch größer sein, wenn die freizuhaltende Innenwand der Vertiefung 22 eine gerade Wand ist. Die Fig.2C zeigt wiederum den Ideal- fall einer Abscheidung des Halbleitermaterials entlang einer einzigen Abscheidungsrichtung.In addition, the semiconductor material must be deposited in such a way that an electrically conductive layer subsequently deposited thereon can form contact with the lower electrically conductive substance. This can be achieved, for example, by increasing the shading effect during the deposition of the semiconductor layer 24 compared to the previous deposition of the molybdenum, so that a so-called contact section 23a of the deposited molybdenum layer is not covered by the semiconductor layer 24 on the bottom of the recess 22. In order to increase the shadowing effect, an angle of the deposition directions of γ> α can be set during the deposition of the CIGS. In the present case, γ = 90 °, however, as has already been stated above, this angle and also the angle α can also be larger if the inner wall of the depression 22 to be kept free is a straight wall. 2C again shows the ideal case of deposition of the semiconductor material along a single deposition direction.
Alternativ zu der Erzeugung des Kontaktabschnitts 23a kann auch vorgesehen sein, daß das Halbleitermaterial auf mindestens einem Abschnitt der Vertiefung 22 derart abgeschieden wird, daß es Durchgangslöcher (Pinholes) aufweist, durch die die später abgeschiedene elektrisch leitfähige Schicht 25 (Fig.2D) Durchgangskontakte mit der unten liegenden Schicht
23 bilden kann. Hierfür bietet sich bei dem gewählten Ausführungsbeispiel als geeigneter Abschnitt die rechtsseitige Wand der Vertiefung 22 an. An dieser Wand erfolgt die Abscheidung des Halbleitermaterials nämlich unter einem relativ kleinen Winkel, wenn - wie dargestellt - die Abscheidungsrichtung senkrecht von oben auf die Vertiefung 22 gerichtet ist. Ein derartig kleiner Abscheidungswinkel führt erfahrungsgemäß zu lediglich stäbchenförmigen Depositionen auf der betreffenden Wand. Zwischen diesen werden dementsprechend Durchgangslöcher gebildet, die Durchgangskontakte in der beschriebenen Weise ermöglichen. Dann kann die elektrisch leitfähige Schicht 25 beispielsweise ganzflächig abgeschieden werden und nachfolgend auf dem rechtsseitigen Oberflächenabschnitt eine Unterbrechung eingeritzt werden. Bei dieser Ausführungsvariante müßte bei der Abscheidung der Halbleitermaterialschicht kein Kontaktabschnitt 23a vorgesehen werden.As an alternative to the production of the contact section 23a, it can also be provided that the semiconductor material is deposited on at least a section of the depression 22 in such a way that it has through holes (pinholes) through which the subsequently deposited electrically conductive layer 25 (FIG. 2D) also has through contacts the layer below 23 can form. For this, the right-hand wall of the recess 22 is a suitable section in the selected exemplary embodiment. The deposition of the semiconductor material takes place at this wall at a relatively small angle if — as shown — the deposition direction is directed perpendicularly from above onto the depression 22. Experience has shown that such a small deposition angle only results in rod-shaped depositions on the wall in question. Correspondingly, through holes are formed between them, which enable through contacts in the manner described. The electrically conductive layer 25 can then be deposited over the entire surface, for example, and subsequently an interruption can be incised on the right-hand surface section. In this embodiment variant, no contact section 23a would have to be provided for the deposition of the semiconductor material layer.
In einem letzten Verfahrensschritt wird dann gemäß Fig. 2D eine die vorderseitigen Elektrodenschichten 25 bildende elek- trisch leitfähige und transparente Schicht aus ZnO, ITO oder dergleichen aufgebracht. Auch dies erfolgt vorzugsweise durch einen gerichteten Abscheideprozeß, bei dem diesmal die Abscheidungsrichtungen derart eingestellt werden, daß die rechtsseitige Innenwand der Vertiefung 22 abgeschattet wird, so daß sich an dieser kein Material ablagert. Da im vorliegenden Fall auch die rechtsseitige Innenwand der Vertiefung 22 gegenüber der Ebene einen Winkel ß einnimmt, so muß die Abscheidungsrichtung mit einem Winkel δ < ß eingestellt werden. Auch hier wird deutlich, daß die entsprechende abzu- schattende Innenwand der Vertiefung 22 auch eine gerade Wand sein kann, so daß in diesem Fall die Abscheidungsrichtung mit einem Winkel δ < 90° eingestellt werden müßte.In a last method step, an electrically conductive and transparent layer of ZnO, ITO or the like, which forms the front electrode layers 25, is then applied according to FIG. 2D. This is also preferably done by a directional deposition process, in which this time the deposition directions are set such that the right-hand inner wall of the recess 22 is shaded, so that no material is deposited thereon. Since in the present case the right-hand inner wall of the recess 22 also makes an angle β with respect to the plane, the direction of deposition must be set with an angle δ <β. It is also clear here that the corresponding inner wall of the recess 22 to be shaded can also be a straight wall, so that in this case the deposition direction would have to be set at an angle δ <90 °.
Gegenüber der abgeschatteten Wand wird auf dem entsprechenden Oberflächenabschnitt der Halbleiterschicht 24 eine vorderseitige Elektrodenschicht 25 gebildet und diese durch Bedeckung der linksseitigen Innenwand der Vertiefung 22 mit dem Kon-
taktabschnitt 23a der Elektrodenschicht 23 kontaktiert. Somit sind die beidseits der Vertiefung 22 gebildeten Solarzellen in Reihe zueinander geschaltet.Opposite the shaded wall, a front-side electrode layer 25 is formed on the corresponding surface section of the semiconductor layer 24 and this is covered by covering the left-hand inner wall of the recess 22 with the contact. Clock section 23a of the electrode layer 23 contacted. Thus, the solar cells formed on both sides of the recess 22 are connected in series with one another.
Alternativ zu der schräggerichteten Abscheidung im letzten Abscheidungsschritt kann das Metall auch zunächst ganzflächig abgeschieden werden und anschließend ein Strukturierungs- schritt vorgenommen werden, bei dem ein Abschnitt der auf der rechten Innenwand der Vertiefung 22 oder auf dem rechtsseiti- gen Oberflächenabschnitt nahe der Vertiefung 22 abgeschiedenen Schicht 25 beispielsweise durch mechanisches Ritzen wieder entfernt wird. Anstelle mechanisches Ritzen kann auch schräg gerichtetes Sputterätzen durchgeführt werden, bei welchem die linksseitige Wand der Vertiefung als Maske dienen kann. Durch den flachen Einfall des Ätzstrahls wird dabei präferentiell an der rechtsseitigen Wand der Vertiefung im oberen Bereich die gewünschte Unterbrechung geätzt. Bei der Fertigung ist dies ist unter Umständen effizienter als mechanisches Ritzen, welches in der Regel einzeln für jede Zelle durchgeführt werden muß.As an alternative to the oblique deposition in the last deposition step, the metal can also first be deposited over the entire surface and then a structuring step can be carried out in which a section of the layer deposited on the right inner wall of the depression 22 or on the right-hand surface section near the depression 22 25 is removed again, for example, by mechanical scribing. Instead of mechanical scribing, obliquely directed sputter etching can also be carried out, in which the left-hand wall of the recess can serve as a mask. Due to the shallow incidence of the etching beam, the desired interruption is preferentially etched on the right-hand wall of the depression in the upper region. In production, this may be more efficient than mechanical scribing, which usually has to be carried out individually for each cell.
Bei der Herstellung ist ferner darauf zu achten, daß an der linksseitigen Kante der Vertiefung 22 kein Kurzschluß zwischen den Elektrodenschichten 23 und 25 entsteht. Dieser Ge- fahr kann beispielsweise dadurch begegnet werden, daß von rechts unter einem sehr flachen Winkel entweder weiteres Halbleitermaterial, in dem gewählten Ausführungsbeispiel also CIGS, oder ein beliebiges isolierendes Material aufgedampft wird. Bedingt durch den flachen Aufdampfwinke1, erfolgt die Deposition bevorzugt an der kritischen linken Kante, während auf der restlichen Oberfläche keine Deposition stattfindet. Dann kann die elektrisch leitfähige Schicht 25 abgeschieden werden, ohne daß die Gefahr eines Kurzschlusses mit der Schicht 23 an der kritischen linken Kante besteht.During production, care must also be taken to ensure that there is no short circuit between the electrode layers 23 and 25 on the left-hand edge of the depression 22. This danger can be countered, for example, by vapor-depositing from the right at a very shallow angle either further semiconductor material, that is to say CIGS in the exemplary embodiment chosen, or any insulating material. Due to the flat vapor deposition angle1, the deposition takes place preferably at the critical left edge, while no deposition takes place on the remaining surface. Then the electrically conductive layer 25 can be deposited without the risk of a short circuit with the layer 23 at the critical left edge.
Die vorstehend beschriebene Ausführungsart des erfindungsgemäßen Verfahrens ist besonders vorteilhaft, da sie eine Seri-
enverschaltung von einzelnen Solarzellen mit nur einem einzigen Strukturierungsschritt ermöglicht, der ganz zu Anfang vor dem Einschleusen der Substrate in die Vakuumkammer erfolgen kann. Die weiteren Prozesse erfolgen in selbstjustierender Weise und können nacheinander, ohne das Vakuum zu brechen, durchgeführt werden. Im Falle einer notwendigen Durchtrennung der transparenten leitfähigen Schicht 25 sind zwar zwei Strukturierungsschritte erforderlich, jedoch erfolgt dieser Schritt nach den Vakuumprozessen. Somit ermöglicht dieses Verfahren die Herstellung eines Dunnschichtsolarmoduls, ohne daß die Abscheidung der Schichten durch Strukturierungen unterbrochen werden muß.The embodiment of the method according to the invention described above is particularly advantageous since it Individual solar cells can be interconnected with just one structuring step, which can be done at the very beginning before the substrates are introduced into the vacuum chamber. The other processes take place in a self-adjusting manner and can be carried out in succession without breaking the vacuum. If it is necessary to cut through the transparent conductive layer 25, two structuring steps are necessary, but this step takes place after the vacuum processes. This method thus enables the production of a thin-film solar module without the deposition of the layers having to be interrupted by structuring.
Positiv photosensitives Polyimid kann beispielsweise mit dem sogenannten Rollercoat-Verfahren (Walzenbeschichtung) auf das Glassubstrat oder ein beliebiges anderes Substrat aufgebracht werden. Anschließend können die Vertiefungen 22 derart erzeugt werden, daß mit einer blau emittierenden Laserdiode oder einer entsprechenden LED über Spiegel oder Beugungsmu- ster Linien in die Polyimidschicht geschrieben werden, so daß jeweils schräg belichtete Bereiche entstehen. Mit dieser Vorgehensweise kann die Zellfläche die durch Bildung der Vertiefungen 22 inaktiviert wird, auf Strukturbreiten von z.B. 20μm reduziert werden, die mit einem Laserstrahl problemlos er- zeugt werden können. Ferner kann bei der Entwicklung des Po- lyimids im belichteten Bereich eine definierte Schicht Polyimid zurückbleiben. Dadurch bleibt ein isolierender Film auf dem Substrat 20 stehen, so daß bei der Herstellung des Solarmoduls auch ein elektrisch leitfähiges Substrat 20 verwendet werden kann. Zusätzlich kann das Polyimid mit einem Interferenzmuster belichtet werden, so daß Oberflächenstrukturen nach dem Entwickeln gebildet werden können, die auch in die später abgeschiedene Halbleiterschicht 24 übertragen werden. Durch derartige Oberflächenstrukturen kann Mehrfachreflexion an der dem Licht ausgesetzten Oberfläche erzeugt werden, durch die der Wirkungsgrad gesteigert werden kann.
Alternativ zur Verwendung einer zu strukturierenden Material- schicht wie der Polyimidschicht können die grabenartigen Vertiefungen 22 auch direkt in das Substrat 20 geprägt oder geritzt oder mit einem Laserstrahl erzeugt werden.Positive photosensitive polyimide can, for example, be applied to the glass substrate or any other substrate using the roller coat method (roller coating). The depressions 22 can then be produced in such a way that lines are written into the polyimide layer using a blue-emitting laser diode or a corresponding LED via mirrors or diffraction patterns, so that in each case obliquely exposed areas arise. With this procedure, the cell area which is inactivated by the formation of the depressions 22 can be reduced to structure widths of, for example, 20 μm, which can be produced with a laser beam without any problems. Furthermore, a defined layer of polyimide may remain in the exposed area during the development of the polyimide. As a result, an insulating film remains on the substrate 20, so that an electrically conductive substrate 20 can also be used in the manufacture of the solar module. In addition, the polyimide can be exposed with an interference pattern, so that surface structures can be formed after development, which are also transferred into the later deposited semiconductor layer 24. By means of such surface structures, multiple reflection can be generated on the surface exposed to the light, through which the efficiency can be increased. As an alternative to using a material layer to be structured, such as the polyimide layer, the trench-like depressions 22 can also be embossed or scratched directly into the substrate 20 or produced with a laser beam.
Bezüglich des Halbleitermaterials bei den vorstehend beschriebenen Solarmodulen ist selbstredend, daß der p-n- Übergang auch in umgekehrter Reihenfolge erzeugt werden kann, so daß als oberste Schicht eine p+-dotierte Schicht erzeugt wird.With regard to the semiconductor material in the above-described solar modules, it goes without saying that the pn junction can also be produced in the reverse order, so that a p + -doped layer is produced as the top layer.
Die nachfolgend beschriebenen Ausführungsarten der Erfindung beziehen sich auf eine andere Ausführungsform einer Schaltungseinheit, nämlich einer Mehrlagenleiterplatte. Dabei kommt wieder eine Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Tragen, in der die mit schräger Abscheidungsrichtung aufgebrachte elektrisch leitfähige Substanz bereits bei ihrer Abscheidung in die Vertiefung mit einer darin vorhandenen elektrisch leitfähigen Schicht kontaktiert wird.The embodiments of the invention described below relate to another embodiment of a circuit unit, namely a multilayer printed circuit board. Here again a variant of the method according to the invention comes into play, in which the electrically conductive substance applied with an oblique deposition direction is already contacted with an electrically conductive layer present in the recess when it is deposited into the depression.
In den Fig. 3A,B ist zunächst der Fall dargestellt, daß zuerst eine Mehrfachleiterplatte 30 fertiggestellt wird und anschließend mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens verschiedene der in ihr angeordneten Metallisierungsebenen mit- einander verbunden werden.3A, B show the case in which a multiple printed circuit board 30 is first completed and then various metallization planes arranged in it are connected to one another with the aid of the method according to the invention.
Die hergestellte Mehrfachleiterplatte 30 weist in dem gezeigten Ausführungsbeispiel vier Metallisierungsebenen a-d auf, die in bestimmter Weise miteinander elektrisch kontaktiert werden sollen. Zu diesem Zweck wird an geeigneter Stelle der Mehrfachleiterplatte 30 in diese eine Vertiefung 31 bis mindestens zu der untersten zu verbindenden Metallisierungsebene geformt. Wenn beispielsweise die Aufgabe darin besteht, Leiterbahnen der Metallisierungsebenen a und b miteinander zu verbinden, so wird die Vertiefung 31 an einer Stelle geformt, an der an einer ersten Innenwand diese Vertiefung 31 Leiterbahnen dieser Metallisierungsebenen freigelegt werden können.
Wenn gleichzeitig eine weitere Aufgabe darin besteht, die Metallisierungsebenen b und d miteinander elektrisch zu kontaktieren, so sollte die Vertiefung 31 so bestimmt sein, daß an einer zweiten, der ersten Innenwand gegenüberliegenden Inne - wand Leiterbahnen der Metallisierungebenen b und d freigelegt sind. Dann kann in einem ersten Verfahrensschritt (A) durch eine erste Schrägabscheidung, bei der die zweite Innenwand abgeschattet wird und nur die erste Innenwand beschichtet wird, eine elektrische Verbindung zwischen den Metallisie- rungsebenen a und b herbeigeführt werden. Anschließend kann in einem zweiten Schrägabscheidungsschritt (B) , bei der die erste Innenwand abgeschattet wird und nur die zweite Innenwand beschichtet wird eine elektrische Kontaktierung zwischen den Metallisierungsebenen b und d bewirkt werden.In the exemplary embodiment shown, the multiple circuit board 30 produced has four metallization levels ad, which are to be electrically contacted with one another in a certain way. For this purpose, a recess 31 is formed at a suitable point in the multiple circuit board 30 up to at least the lowest metallization level to be connected. If, for example, the task is to connect interconnects of the metallization levels a and b to one another, the depression 31 is formed at a point at which this depression 31 can be exposed on a first inner wall of these metallization levels. If at the same time a further task consists in making electrical contact with the metallization levels b and d, the depression 31 should be determined in such a way that conductor tracks of the metallization levels b and d are exposed on a second inner wall opposite the first interior wall. Then, in a first method step (A), an electrical connection between the metallization levels a and b can be brought about by a first oblique deposition in which the second inner wall is shaded and only the first inner wall is coated. Subsequently, in a second oblique deposition step (B), in which the first inner wall is shadowed and only the second inner wall is coated, an electrical contact between the metallization levels b and d can be effected.
Das Ausführungsbeispiel der Fig. 3A,B zeigt eine Vertiefung 31 mit geraden Seitenwänden. Es kann jedoch auch vorgesehen sein, daß die Vertiefung in Bezug auf die Ebene der Mehrlagenleiterplatte schräggestellt ist, d.h. schräggestellte In- nenwände aufweist. In diesem Fall muß die Richtung der Abscheidung entsprechend bestimmt werden, um einen gewünschten Abschattungseffekt in Bezug auf eine bestimmte Innenwand zu erzielen.The embodiment of FIGS. 3A, B shows a depression 31 with straight side walls. However, it can also be provided that the depression is inclined with respect to the plane of the multilayer printed circuit board, i.e. has inclined inner walls. In this case, the direction of the deposition must be determined accordingly in order to achieve a desired shading effect with respect to a specific inner wall.
Das vorangegangene Ausführungsbeispiel zeigt, wie eine konventionelle Mehrlagenleiterplatte 30 hergestellt und anschließend mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens in der gewünschten Weise selektiv elektrisch kontaktiert werden kann. Im folgenden wird anhand der Fig. 4A-G gezeigt, wie be- reits während der Herstellung einer Mehrlagenleiterplatte das Ziel einer selektiven elektrischen Kontaktierung herbeigeführt werden kann.The preceding exemplary embodiment shows how a conventional multilayer printed circuit board 30 can be produced and then electrically contacted in the desired manner using the method according to the invention. 4A-G it is shown below how the goal of selective electrical contacting can already be achieved during the production of a multilayer printed circuit board.
Dabei wird im Wechsel mit einem Abscheiden von Metallisie- rungsebenen bzw. Isolatorschichten und der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens die Mehrlagenleiterplatte aufgebaut. Zuerst wird gemäß Schritt A auf einem Leiterplattensub-
strat eine erste Metallschicht a beispielsweise durch Aufdampfen hergestellt. Die Leiterbahnen werden dann herkömmlich strukturiert, beispielsweise durch Verwendung eines Trocken- filmresist und Rückätzen oder durch Aufbringen von Photolack und anschließendem Aufdampfen und einem Lift-off-Prozeß. Anschließend wird gemäß Schritt B eine Isolationsschicht aufgebracht und in diese entweder mit photolithographischen oder mit mechanischen Methoden (Bohren) eine Vertiefung 41 eingebracht. In einem weiteren Schritt C wird die zweite Metallla- ge b beispielsweise durch Schrägaufdampfen abgeschieden und wieder wie oben beschrieben strukturiert, wobei eine Ver- schaltung zwischen den Metalllagen a und b erreicht werden kann. Eine mehrfache Wiederholung der Abscheidung einer Isolatorschicht und einer Metallschicht führt so zu einer Mehr- lagenleiterplatte 40 mit definierten Verbindungen zwischen einzelnen Lagen.
The multilayer printed circuit board is built up alternately with the deposition of metallization levels or insulator layers and the implementation of the method according to the invention. First, according to step A, on a circuit board sub- strat a first metal layer a produced for example by vapor deposition. The conductor tracks are then structured conventionally, for example by using a dry film resist and etching back or by applying photoresist and subsequent vapor deposition and a lift-off process. Then, in accordance with step B, an insulation layer is applied and a recess 41 is introduced into it either using photolithographic or mechanical methods (drilling). In a further step C, the second metal layer b is deposited, for example by oblique vapor deposition, and structured again as described above, it being possible to achieve an interconnection between the metal layers a and b. A repeated repetition of the deposition of an insulator layer and a metal layer thus leads to a multilayer printed circuit board 40 with defined connections between individual layers.