DE102009009499A1

DE102009009499A1 - Markierungsverfahren

Info

Publication number: DE102009009499A1
Application number: DE102009009499A
Authority: DE
Inventors: Chris Hillsboro Stapelmann; Bernd Dr. Bitnar; Detlef Dr. Sontag
Original assignee: Deutsche Cell GmbH
Current assignee: Meyer Burger Germany GmbH
Priority date: 2009-02-18
Filing date: 2009-02-18
Publication date: 2010-08-26
Anticipated expiration: 2029-02-19
Also published as: DE102009009499B4

Abstract

Verfahren zum Markieren eines Halbleiter-Bauelements (1), umfassend die folgenden Schritte: Bereitstellen eines flächigen, unprozessierten Halbleiter-Substrats (2) mit einer Vorderseite, einer dieser gegenüberliegenden Rückseite (3) und einer senkrecht auf diesen stehenden Flächennormalen, Versehen zumindest der Rückseite des unprozessierten Halbleiter-Substrats (2) mit einer Kodierung (4) zur Herstellung eines kodierten Halbleitersubstrats (2), Prozessieren des kodierten Halbleiter-Substrats (2) zur Herstellung einer Leiter-Struktur zumindest auf der Rückseite des kodierten Halbleiter-Substrats, wobei die Leiter-Struktur derart ausgebildet ist, dass die Kodierung (4) weiterhin auslesbar ist.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Markieren eines Halbleiter-Bauelements. Die Erfindung betrifft weiterhin ein Halbleiter-Bauelement.
Bei der Herstellung von Solarzellen ist es wünschenswert, die Wafer bereits vor der Durchführung der Prozess-Schritte zur Herstellung der Solarzelle eindeutig und permanent zu markieren, um sie in der Produktion und später beim Kunden eindeutig identifizieren zu können. Beim Aufbringen einer Kodierung auf die Vorderseite der Solarzelle ist die Kodierung auch nach dem Einbau der Solarzelle in ein Solar-Modul noch sichtbar. Ein Nachteil hierbei ist jedoch, dass die Kodierung zu einer Beeinträchtigung sowohl der Optik als auch des Wirkungsgrades der Solarzelle führt. Eine Kodierung der Rückseite der Solarzelle führt andererseits zu dem Nachteil, dass diese nach Einbau der Solarzelle in ein Solar-Modul nicht mehr direkt sichtbar ist. Außerdem ist die Kodierung nach einer standardmäßigen Metallisierung der Rückseite nicht mehr lesbar.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Markierung von Solarzellen zu verbessern. Der Erfindung liegt weiterhin die Aufgabe zugrunde, ein Halbleiter-Bauelement und ein Solar-Modul mit einer verbesserten Kodierung zu schaffen.
Diese Aufgaben werden durch die Ansprüche 1, 9 und 14 gelöst. Der Kern der Erfindung besteht darin, die Metallisierung, welche erst nach der auf der Rückseite eines Halbleiter-Substrats angebrachten Kodierung auf diese aufgebracht wird, derart auszubilden, dass die Kodierung auch durch die Metallisierung hindurch weiterhin auslesbar ist. Hierdurch wird der Produktionsprozess für das Halbleiter-Bauelement verbessert.
Eine Kodierung mittels eines Laser-Verfahrens ermöglicht die Einbringung eines präzisen, optisch auslesbaren Kodes.
Die Ausbildung der Rückseiten-Metallisierung als dünne, homogene Metallschicht führt einerseits zu einer ausreichenden Querleitfähigkeit, ermöglicht außerdem ein Auslesen der Kodierung durch die Metallisierung hindurch. Derartig dünne und gleichzeitig homogene Metallisierungen lassen sich vorteilhafterweise mittels eines Gasfasenabscheidungs-Verfahrens (PVD oder CVD) oder einer galvanischen Abscheidung erreichen.
Vorteilhafterweise ist die Metallisierung über Punktkontakte, insbesondere Laser-gefeuerte Kontakte (LFC) mit dem Halbleiter-Substrat elektrisch leitend verbunden.
Eine zumindest teilweise Anordnung der Punktkontakte in Abhängigkeit der darunterliegenden Kodierung vereinfacht das Auslesen der Kodierung am fertigen Halbleiter-Bauelement. Hierbei können die Punktkontakte vorzugsweise selbst als Kodierung dienen.
Besonders vorteilhaft können die Kodierungen mehrerer Halbleiter-Bauelemente vor deren Einbau in einem Solar-Modul ausgelesen und als Modul-Kodierung von außen sichtbar am Modul angebracht werden.
Weitere Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen. Merkmale und Einzelheiten ergeben sich aus der Beschreibung eines Ausführungsbeispiels anhand der Zeichnungen. Es zeigen:
1 eine Teilansicht der Oberfläche eines Halbleiter-Bauelements mit einer Markierung gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel,
2 eine Ansicht gemäß 1 eines weiteren Ausführungsbeispiels, und
3 eine Ansicht eines dritten Ausführungsbeispiels.
Zum Markieren eines Halbleiter-Bauelements 1, insbesondere einer Solarzelle, wird ein flächig ausgebildetes Halbleiter-Substrat 2 mit einer Vorderseite, einer dieser gegenüberliegenden Rückseite 3 und einer senkrecht auf diesem stehenden Flächennormalen nach einem Reinigungs-Schritt, welcher sich an einen Säge-Prozess anschließt, auf der Rückseite 3 mit einer Kodierung 4 vorgesehen. Hierzu ist vorteilhafterweise ein Laser-Verfahren vorgesehen. Das Halbleiter-Substrat 2 befindet sich zum Zeitpunkt der Kodierung 4 in einem unprozessierten Zustand, das heißt es ist noch nicht mit einer Metallisierung, insbesondere nicht mit Leiter-Strukturen versehen.
Zur Kodierung 4 kann der Fachmann auf ein ihm bekanntes Verfahren, beispielsweise das aus der WO 2007/099138 A1 bekannte, zurückgreifen. Hierbei werden mittels eines Laser-Verfahrens punktförmige Vertiefungen in die Oberfläche des Halbleiter-Substrats 2 eingebracht. Dies kann sehr präzise erfolgen. Anders Verfahren sind jedoch ebenfalls möglich. Der Durchmesser der punktförmigen Vertiefungen der Kodierung 4 senkrecht zur Flächennormalen liegt im Bereich zwischen 15 μm und 100 μm. Die Tiefe der punktförmigen Vertiefungen der Kodierung 4 in Richtung der Flächennormalen liegt im Bereich zwischen 15 μm und 50 μm.
Die Kodierung 4 ist vorzugsweise dergestalt ausgebildet, dass sie optisch auslesbar ist. Hierdurch wird es ermöglicht, dass ein bestimmtes Halbleiter-Substrat 2 während der anschließenden Prozessierung identifiziert und verfolgt werden kann, indem die Kodierung 4 bei den verschiedenen Prozess-Schritten ausgelesen wird. Eine wichtige Eigenschaft der Kodierung 4 ist daher, dass sie bei Durchlaufen der verschiedenen Prozessierungs-Schritte nicht unlesbar gemacht wird.
In darauf folgenden Prozess-Schritten wird das kodierte Halbleiter-Substrat 2 zur Herstellung einer Leiter-Struktur auf der Rückseite 3 des Halbleiter-Substrats 2 prozessiert. Die Prozessierung umfasst die Abscheidung einer Metallschicht, insbesondere einer Aluminiumschicht auf der Rückseite 3 des Halbleiter-Substrats 2. Hierfür ist erfindungsgemäß ein Gasfasenabscheidungs-Verfahren (PVD oder CVD) vorgesehen. In einer alternativen Ausführungsform wird die Metallschicht mittels einer galvanischen Abscheidung auf die Rückseite 3 des Halbleiter-Substrats 2 aufgebracht. Alternative Verfahren sind ebenso möglich. Die Leiter-Struktur überdeckt somit die Kodierung 4.
Die Metallschicht weist eine homogene Dicke in Richtung der Flächennormalen auf, wobei die Dicke Toleranzen von höchstens 10%, insbesondere höchstens 5%, insbesondere höchstens 1%, aufweist. Diese Homogenität der Dicke der Metallschicht trägt dazu bei, dass die Barunterliegende Kodierung 4 des Halbleiter-Substrats 2 auch nach Aufbringen der Metallschicht noch auslesbar ist.
Es ist möglich, dass die Leiter-Struktur auf der Rückseite 3 des Halbleiter-Substrats 2 mehrere Schichten umfasst. Insbesondere kann vorgesehen sein, die Rückseite 3 des Halbleiter-Substrats 2 durch eine dielektrische Schicht aus Siliziumdioxid und/oder Siliziumnitrit zu passivieren. Das Aufbringen einer Diffussions-Sperrschicht und/oder einer gut lötbaren zusätzlichen Leiterschicht ist ebenso denkbar.
Die Dicke der kompletten Leiter-Struktur, insbesondere die Dicke der Metallschicht, beträgt in Richtung der Flächennormalen nur wenige Mikrometer, insbesondere höchstens 10 μm, insbesondere höchstens 5 μm, insbesondere höchstens 3 μm.
Zur Herstellung einer elektrisch leitenden Verbindung zwischen der Metallschicht und dem Halbleiter-Substrat 2 ist vorzugsweise ein Laser-Verfahren vorgesehen. Das Halbleiter-Bauelement 1 wird auf der Rückseite 3 insbesondere mit Laser-gefeuerten Kontakten (LFC) versehen. Die Leiter-Struktur ist somit vorzugsweise über eine Vielzahl punktförmiger Kontakte 5 mit dem Halbleiter-Substrat 2 elektrisch leitend verbunden.
Die Rückseite 3 bildet beim Betrieb des Halbleiter-Bauelements 1 die sonnenabgewandte Seite.
In einer besonders vorteilhaften Ausführungsform sind die Kontakte 5 zwischen der Leiter-Struktur und dem Halbleiter-Substrat 2 entsprechend der Kodierung 4 angeordnet. Die Kontakte 5 sind insbesondere in Richtung der Flächennormalen fluchtend mit der Kodierung 4 angeordnet. Sie bilden somit ein direktes Abbild der Kodierung 4, welche dadurch auf besonders einfache Weise am fertigen Halbleiter-Bauelement 1 auslesbar ist. Erfindungsgemäß kann vorgesehen sein, vor dem LFC-Prozess die Kodierung 4 auszulesen und durch Anordnung der Kontakte 5 nachzubilden. Hierbei sollten die punktförmigen Vertiefungen der Kodierung 4 senkrecht zur Flächennormalen einen größeren Durchmesser aufweisen als die Kontakte 5. Die Kontakte 5 werden somit vorzugsweise in die Vertiefungen der Kodierung 4 hineingelasert.
Die Kodierung 4 kann im gesamten Bereich der Rückseite 3 des Halbleiter-Substrats 2 angeordnet sein. Es kann vorteilhaft sein, die Kodierung 4 im Randgebiet des Halbleiter-Substrats 2 anzubringen, insbesondere in einem Randbereich, in welchem keine Metallschicht abgeschieden wird. In diesem Fall überdeckt die Leiter-Struktur die Kodierung 4 zumindest nicht vollständig. Die Kodierung 4 ist daher freiliegend und somit besonders gut auslesbar.
Die Kontakte 5, welche die Kodierung 4 nachbilden, sind nach Art einer ein- oder zweidimensionalen Strich- oder Matrixkodierung oder als alphanumerische Kodierung angeordnet. Hierbei kann es vorteilhaft sein, die Kodierung 4 mehrmals, das heißt wiederholt auf dem Halbleiter-Substrat 2 anzuordnen. Es ist insbesondere eine sich periodisch, in regelmäßigen Abständen wiederholende Anordnung vorgesehen.
In einer alternativen Ausführungsform umfasst die rückseitig angeordnete Leiter-Schicht eine Laminatfolie, welche zumindest für Licht in einem bestimmten Wellenlängenbereich, insbesondere im Infrarot- und/oder Sub-Infrarotbereich, transparent ist. Die durch die Laminatfolie verdeckte Kodierung 4 des Halbleitersubstrats kann somit durch Beleuchtung mit einer geeigneten Wellenlänge und einer entsprechenden Auslesekamera durch die Laminatfolie hindurch ausgelesen werden. Selbstverständlich kann auch hierbei die Anordnung der Kodierung 4 und/oder der Kontakte 5 durch geeignete Markierungen auf der dem Halbleiter-Substrat 2 abgewandten Seite der Laminatfolie wiedergegeben werden.
Selbstverständlich können auch noch weitere Prozessierungs-Schritte, insbesondere das Anbringen von weiteren Kontakt-Strukturen auf der Vorderseite des Halbleiter-Bauelements 1, vorgesehen sein.
Erfindungsgemäß ist vorgesehen, die Kodierung 4 des Halbleiter-Substrats 2 nach dem Prozessieren desselben auszulesen und in geeigneter Form auf einem externen Träger anzubringen. Als externer Träger kommt hierbei eine rückseitig angeordnete Schutzfolie und/oder geeignete, mechanische Schutz- und Halterungs-Mittel infrage.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung wird die endgültige Kodierung 4 des Halbleiter-Bauelements 1 erst durch das Einbringen, insbesondere das Lasern, der Kontakte 5 hergestellt. Die Kontakte 5 werden hierbei so auf der Rückseite 3 des Halbleiter-Bauelements 1 angeordnet, dass sie die Kodierung 4 bilden.
Bei einem erfindungsgemäßen Solar-Modul werden mehrere Halbleiter-Bauelemente 1 gemäß einem der beschriebenen Ausführungsbeispiele in einem Rahmen angeordnet. Hierbei werden die Kodierungen 4 aller im Rahmen angeordneten Halbleiter-Bauelemente 1 vor deren Einbau ausgelesen und zu einer Modul-Kodierung zusammengefasst. Die Modul-Kodierung ist derart angeordnet, dass sie am fertigen Solar-Modul auslesbar ist, ohne die Lichteinfall-Seite des Solar-Moduls zu beeinträchtigen. Die Modul-Kodierung ist vorzugsweise auf dem Rahmen des Moduls oder der Rückseiten-Laminierung desselben angebracht.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- WO 2007/099138 A1 [0015]

Claims

Verfahren zum Markieren eines Halbleiter-Bauelements umfassend die folgenden Schritte: – Bereitstellen eines flächigen, unprozessierten Halbleiter-Substrats (2) mit • einer Vorderseite, • einer dieser gegenüberliegenden Rückseite (3) und • einer senkrecht auf diesen stehenden Flächennormalen, – Versehen zumindest der Rückseite (3) des unprozessierten Halbleiter-Substrats (2) mit einer Kodierung (4) zur Herstellung eines kodierten Halbleiter-Substrats (2), – Prozessieren des kodierten Halbleiter-Substrats (2) zur Herstellung einer Leiter-Struktur zumindest auf der Rückseite (3) des kodierten Halbleiter-Substrats (2), – wobei die Leiter-Struktur derart ausgebildet ist, dass die Kodierung (4) weiterhin auslesbar ist.
Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kodierung (4) mittels eines Laser-Verfahrens in die Rückseite (3) des Halbleiter-Substrats (2) eingebracht wird.
Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Leiter-Struktur eine Metallschicht, insbesondere aus Aluminium umfasst.
Verfahren gemäß Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Metallschicht eine homogene Dicke in Richtung der Flächennormalen aufweist, wobei die Dicke Toleranzen von höchstens 10%, insbesondere höchstens 5%, insbesondere höchstens 1% aufweist.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 3 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Metallschicht eine Dicke in Richtung der Flächennormalen aufweist, welche höchstens 10 μm, insbesondere höchstens 5 μm, insbesondere höchstens 3 μm beträgt.
Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Herstellung der Leiter-Struktur ein Gasphasenabscheidungs-Verfahren (PVD oder CVD) umfasst.
Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Herstellung der Leiter-Struktur eine galvanische Abscheidung umfasst.
Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kodierung (4) des Halbleiter-Substrats (2) nach dem Prozessieren desselben ausgelesen und in geeigneter Form auf einem externen Träger angebracht wird.
Halbleiter-Bauelement, insbesondere Solarzelle, umfassend a. ein flächiges Halbleiter-Substrat (2) mit i. einer ersten Seite, ii. einer dieser gegenüberliegenden zweiten Seite, iii. einer senkrecht auf diesen stehenden Flächennormalen und iv. einer Kodierung (4) zur Kennzeichnung des Halbleiter-Substrats (2) und b. mindestens eine Leiter-Struktur, welche i. über mindestens einen Kontakt zumindest punktweise mit dem Halbleiter-Substrat (2) elektrisch leitend verbunden ist, c. wobei die Kodierung (4) zumindest bereichsweise von der Leiter-Struktur überdeckt ist.
Halbleiter-Bauelement gemäß dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Leiter-Struktur derart ausgebildet ist, dass die Kodierung (4) durch die Leiter-Struktur hindurch auslesbar ist.
Halbleiter-Bauelement gemäß einem der Ansprüche 9 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Leiter-Struktur eine Dicke in Richtung der Flächennormalen aufweist, welche höchstens 10 μm, insbesondere höchstens 5 μm, insbesondere höchstens 3 μm beträgt.
Halbleiter-Bauelement gemäß einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Kodierung (4) derart angeordnet ist, dass sie beim Betrieb des Halbleiter-Bauelements (1) auf der sonnenabgewandten Seite liegt.
Halbleiter-Bauelement gemäß einem der Ansprüche 9 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Leiter-Struktur über ein Vielzahl von Kontakten (5) elektrisch leitend mit dem Halbleiter-Substrat (2) verbunden ist, wobei die Kontakte (5) entsprechend der Kodierung (4), insbesondere zumindest teilweise in Richtung der Flächennormalen fluchtend mit der Kodierung (4), angeordnet sind.
Solar-Modul mit a. einer Lichteinfall-Seite, b. ßeinem Rahmen zur Halterung eines Halbleiter-Bauelements (1) und c. mindestens einem, insbesondere mehreren im Rahmen angeordneten Halbleiter-Bauelementen (1) gemäß einem der Ansprüche 9 bis 13, d. dadurch gekennzeichnet, dass eine Modul-Kodierung (4) vorgesehen ist, welche i. die Kodierungen (4) aller im Rahmen angeordneten Halbleiter-Bauelemente (1) wiedergibt und ii. derart angeordnet ist, dass sie am fertigen Solar-Modul auslesbar ist und die Lichteinfall-Seite unbeeinträchtigt lässt.