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WO2016030053A1 - Verfahren zur herstellung eines leitenden mehrfachsubstratstapels - Google Patents

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WO2016030053A1
WO2016030053A1 PCT/EP2015/064975 EP2015064975W WO2016030053A1 WO 2016030053 A1 WO2016030053 A1 WO 2016030053A1 EP 2015064975 W EP2015064975 W EP 2015064975W WO 2016030053 A1 WO2016030053 A1 WO 2016030053A1
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substrate
substrates
semiconductor substrates
semiconductor
dielectric layer
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PCT/EP2015/064975
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Thorsten MATTHIAS
Original Assignee
Ev Group E. Thallner Gmbh
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Publication date
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Priority to JP2017509716A priority patent/JP2017529696A/ja
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    • Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy

Definitions

  • the invention relates to a method for producing a
  • Multi-substrate stack according to claim 1.
  • the present invention is therefore based on the object of specifying a method which solves the aforementioned problems at least partially, preferably predominantly.
  • the basic idea of the present invention is to carry out the following steps for producing a multi-substrate stack comprising a (wavelength-sensitive) semiconductor substrate and at least one further (wavelength-sensitive) semiconductor substrate:
  • a wavelength-sensitive semiconductor substrate is understood as meaning, in particular, a semiconductor substrate suitable for converting a very narrow, specific wavelength range, in particular a single wavelength.
  • the semiconductor substrate consists in particular of a semiconductor as matrix material.
  • the semiconductor substrate is preferably doped or consists of a plurality of differently doped regions.
  • a wavelength-sensitive semiconductor substrate can also be understood, according to the invention, to be a substrate stack comprising a plurality of, in particular relatively thin, substrates, which serves to convert a very narrow, specific wavelength range, in particular a single wavelength.
  • the very narrow, specific wavelength range, in particular the individual wavelength, for which the abovementioned wavelength-specific substrates are preferably sensitive, are part of the wavelength spectrum which covers the range of the UV light over the wavelength range of the visible range up to the infrared range.
  • the invention extends
  • Wavelength range of 1 nm to 1 mm preferably between 50 nm and 50 ⁇ m, most preferably between 380 nm and 780 nm.
  • the invention relates to a method for connecting a plurality of semiconductor substrates, in particular without a high-precision
  • Alignment unit In particular, the method is used for producing a multilayer solar cell whose individual layers,
  • the invention relates to a product produced by the method.
  • the invention describes a method of connecting a plurality of substrates, preferably wavelength-sensitive solar cells, to one another in such a way that connection points, in particular contact points, after the connection process have a maximum negligible deviation from other connection points, in particular contact points.
  • the process of the invention comes without a
  • a dielectric layer provided with conductive nanoparticles is applied to at least one of two solar cells to be connected to one another.
  • the dielectric properties of the layer allow the bonding of the two solar cells by a direct bond or a so-called fusion bond, while the conductive nanoparticles in the dielectric layer establish a connection between the solar cells.
  • the density of the conductive nanoparticles in the dielectric layer is chosen to be so large that at least at some points along the connection surface there is a, in particular continuous, conductive connection through the dielectric layer from one solar cell to the other solar cell.
  • the nanoparticles are distributed in particular over larger surface areas than the pure contact areas, preferably over the entire area, so that contact always takes place.
  • the optical transparency should be kept as complete as possible, ie as little as possible influenced by the nanoparticles.
  • the absorbency and / or the scattering power by appropriate selection of the nanoparticles for the sensitive
  • Wavelength range of the solar cell chosen so that they are as small as possible.
  • the nanoparticles have an average diameter of less than 100 .mu.m, preferably less than 10 .mu.m, more preferably less than .mu.m, most preferably less than 100 nm, most preferably less than 10 nm.
  • the biggest advantage of the invention is that (optical) alignment systems, in particular completely, can be dispensed with and the substrate stack is capable of an extremely wide
  • an embodiment according to the invention is advantageously in that the substrate surface is made of a material
  • the invention thus particularly describes a method for
  • Multilagensubstrats consisting of at least two Substrates that are at least one place with each other via a
  • connection of the substrates with each other is preferably permanent.
  • the prebond thickness is in particular less than 2.5 J / m 2 , preferably less than 2 J / m 2 , more preferably less than 1 .SJ / m 2 , most preferably less than 1.0 J / m 2 , most preferably less than 0.1 Y / m 2 .
  • Functionality in particular to check electrical conductivity, before the newly applied substrate is permanently connected by a further process, in particular a heat treatment, with the substrate stack.
  • the bond strength of the permanent bond after the heat treatment is greater than 0.1 J / m 2 , preferably greater than 0.5 J / m 2 , more preferably greater than 1.0 J / m 2 , most preferably greater than 1.5 J / m 2 , am most preferably greater than or equal to 2.5 J / m 2 .
  • the heat treatment is preferably still in an oven
  • the temperature during the heat treatment is in particular less than 1000 ° C, preferably less than 750 ° C, more preferably less than 500 ° C, on most preferably less than 250 ° C, most preferably only slightly higher than room temperature.
  • the method according to the invention is applicable to all types of substrates that have contact points and / or passages and / or doped
  • the substrate stack according to the invention can have any desired shape and size.
  • it is preferably rectangular, a few millimeters to several meters long and wide, solar panels. These are used in industrial plants
  • the length and / or width of such, in particular rectangular, solar panels is in particular greater than 10 mm, preferably greater than 100 mm, more preferably greater than 500 mm, most preferably greater than 1000 mm.
  • very small panels with width and length between 10 mm and 300 mm, preferably between SO mm and 250 mm, more preferably between 100 mm and 200 mm, most preferably 156 mm.
  • light is focused on panels made according to the invention in order to maximize the light output.
  • Substrate stacks on wafer level especially for the semiconductor industry to produce.
  • substrate diameters of 1 inch, 2 inches, 3 inches, 4 inches, 6 inches, 8 inches, 12 inches, 16 inches or 18 inches.
  • the substrate stack produced according to the invention consists of several interconnected substrates.
  • the substrates are preferably photocells, therefore semiconductor elements that are capable of
  • Substrates consist in particular of at least one p-doped and at least one n-doped region.
  • the substrates are aligned with each other so that the p-doped and n-doped regions alternate. In particular embodiments, however, a different arrangement can be chosen.
  • substrate stacks are disclosed with substrates having different wavelength-sensitive
  • the substrates become advantageous
  • Embodiment of the invention thinned. This ensures that photons, which are located furthest away from the irradiation side, at least predominantly reach it. In other words, the transfer path of the photons through the substrate stack is minimized to the, in particular for the respective photon wavelength sensitive substrate. This minimization is mainly due to a thinning of the substrates.
  • the substrates are thinner than 1mm, more preferably thinner than 100 ⁇ m, more preferably thinner than 75 ⁇ m, most preferably thinner than 50 ⁇ m, most preferably thinner than 25 ⁇ m, most preferably thinner than 1 ⁇ m.
  • Substrate stack thickness premature absorption of the photons and thus a conversion of the photon energy into heat is prevented or at least reduced.
  • the substrates of the substrate stack with different thicknesses.
  • the substrate farthest from the irradiation side, ie the lowest, substrate is not thinned or selected to be thicker than the other substrates of the substrate stack.
  • the construction of a plurality of p- and n-doped solar cells is described by way of example.
  • the method according to the invention is fundamentally suitable for all types of substrates which have to be connected to one another, in particular permanently, by means of a bond connection and which are connected by specific bonding methods
  • Alignments should be aligned with each other so that the above topographies overlap at least partially, thus ensuring a corresponding functionality.
  • an oxidation of a substrate occurs only on a single substrate side.
  • the oxidized side of a first substrate and the non-oxidized side of a second substrate are roughly aligned with each other (in particular without exact alignment of individual contact points to one another) and brought into contact with each other. The contacting of individual contact points takes place
  • each substrate has contacts in the oxide surface as well as TSVs in the
  • the oxidized Surface thus represents a hybrid surface.
  • the alignment of the two substrates takes place exclusively exclusively manually, ie without costly, expensive and expensive (optical) alignment systems.
  • the alignment accuracy is dependent, in particular, on the
  • the alignment accuracy is used to reduce costs and
  • Acceleration of the alignment process in particular depending on the surface quality of the substrates or the substrate stack, the accuracy of the diameter of the substrate or the substrate stack and / or the surface accuracy of the pins in the best case ⁇ .mu.m, preferably in the best case 10 .mu.m, more preferably in best case than 100 microns.
  • An essential aspect of the invention consists, in particular, in the fact that there are always contact points between two substrates brought into contact with each other (by chance) which come into contact with one another without carrying out an exact adjustment of each individual contact point and / or an assignment of individual contact points. To such contacting at least two contact points ensure several embodiments of the invention are disclosed.
  • the aim is to maximize the number of contacts between the contact points of two adjacent substrates in order to increase the electrical conductivity as much as possible and thus to minimize losses.
  • the contact points are regularly distributed over the substrates.
  • the contact points have a correspondingly large diameter D, which in particular is larger, in the limit of the same size, as the inaccuracy with which a mechanical alignment of the substrates with respect to one another
  • Contact points are available, in particular the statistical density of the contacting contact points is homogeneous over the entire surface.
  • the production of the contact points can also be done with quite inaccurate masks and processes, as long as the average diameter D of the contact points is greater than the middle
  • Alignment error f between the respective contact points can be done faster and cheaper.
  • the ratio between the average deviation of the diameter D and the mean orientation error f is greater than 1, preferably greater than 10, with greater preference greater than 100, most preferably greater than 10000.
  • the following example is given for the mean diameter D and mean alignment error f.
  • An ideal contact point for example, has a diameter of ⁇ ⁇ m.
  • the diameter will be slightly larger or smaller than the targeted 1 micron. In the statistical mean is the
  • Diameter however, still 1 micron. If two substrates were aligned incorrectly with respect to one another by the distance (optical) alignment means according to the invention by one distance x, the average alignment error, then at least one pair of two
  • the areal density of regularly arranged contact points is according to the invention in particular greater than 1 cm - 1, preferably greater than 100 cm - 1, with greater preference greater than 10000 cm - 1, with the greatest preference greater than 10 6 1 cm - 1, on Trentzugtesten greater as 10 8 cm - 1 .
  • the second embodiment of the invention is preferred because of two aspects. First, one needs to manufacture the
  • the holes in the oxide, in which the contact points are formed later, can be produced statistically distributed in particular by the application of etching liquid. After the holes have been produced in the oxide, a correspondingly conductive material is deposited, which is ground down in further process steps, for example by back-thinning, until only the hybrid surface remains.
  • a second important aspect is that even less importance must be attached to such a statistical distribution of the contact points on the alignment process.
  • the areal density of regularly arranged contact points is in particular greater than 1 cm - 1, preferably greater than 100 cm - 1, with greater preference greater than 10000cm - 1, with the greatest preference greater than 10 6 cm - 1, Bradzugtesten at greater than 10 8 cm - 1 .
  • Another important aspect of the invention is the shape of the
  • the contact points can be any shape
  • the contact points are preferably round or rectangular.
  • the contact points are annular. Ring-shaped contact parts can be produced explicitly or necessarily result from the continuation of a TSV coated exclusively on the edge. Are located on both, to be interconnected substrates, such annular
  • annular contact points can either be aligned congruent to each other and connected to each other, or they touch each other at two or an intersection. In In each case, an electrically conductive connection. In the absence of proper alignment by aligning equipment, it is believed that in most cases the annular contact points will intersect at at least two points and electrical contact will therefore be made at these two points.
  • the embodiment according to the invention of an annular contact point according to the invention makes it possible to create geometric objects which cover a large area, and thereby increases the probability of overlapping with a contact point located on the opposite substrate, in particular likewise an annular contact point. Despite the size of the annular contact point determined by the diameter, the contacting preferably takes place only at two points and therefore concentrates the current to these two points.
  • the diameter of the, in particular annular, contact point is preferably less than 100 ⁇ m, preferably less than 50 ⁇ m, more preferably less than 25 ⁇ m, most preferably less than 10 ⁇ m, most preferably less than 5 ⁇ m.
  • the ring width of the annular contact point is in particular less than 20 ⁇ m, preferably less than 15 ⁇ m, more preferably less than 10 ⁇ m, most preferably less than 5 ⁇ m, most preferably less than 1 ⁇ m.
  • the electrical connection between the substrates takes place without the aid of TSVs, but exclusively through the connection, in particular p- and n-, doped regions in the substrate.
  • nanoparticles are located in the oxide layer (or nanoparticles are introduced), which replace the contact points.
  • the oxidation of a substrate takes place on both opposite sides.
  • a very fast, exact, reproducible and well-defined connection of the two substrates takes place.
  • the bond produced by such a bonding process is referred to as a prebond and, upon a correct, preferably test-confirmed, bond being converted into a permanent bond by a heat treatment process.
  • the exemplary embodiments are therefore identical to the exemplary embodiments in the "section oxidation on only one substrate side" with the difference between the two-sided oxidation of the substrates.
  • a crucial aspect of the invention is the structure size of the contact points, feedthroughs or nanoparticles. With particular preference, these are just chosen so that a scattering, especially reflection, of the photons is minimized at you. It may well be that the average size of the contact point and / or the
  • Feedthroughs and / or the nanoparticles for each substrate or individual substrates of the substrate stack is selected or formed differently.
  • a substrate stack is constructed in such a way that photons having a high frequency (that is to say a short wavelength) are absorbed more strongly than photons having a low frequency (ie a high wavelength), then the substrate is formed on the surface from a material which determines the yield of the high-frequency photons
  • the low-frequency photons pass through this substrate and thus also the contact point and / or passages as lossless as possible. It is especially important to minimize the scattering, in particular the reflection.
  • the contact points and / or passages are made larger in the first substrate than the transmitting radiation which is to penetrate to the lower substrates in the substrate stack according to the invention.
  • the average object size of the contact points and / or passages is in particular more than 1.1 times, more preferably more than 2 times, more preferably more than 5 times, most preferably more than 10 times the wavelength of the substrate penetrating,
  • the object size of the contacts and / or passages in the last substrate can in particular be arbitrarily large, but are preferably made as small as possible, so that as much volume as possible for the photon converting material.
  • the thickness of the bottom, last substrate is so large that each photon arriving there is absorbed.
  • Silicon oxide layer with embedded nanoparticles.
  • the particularly preferred embodiment provides a dielectric layer, in particular a ceramic layer, more preferably a silicon oxide layer, in which conductive nanoparticles are embedded.
  • the layer according to the invention thus represents a type of matrix composite consisting of a dielectric layer serving as a matrix and corresponding conductive particles embedded in the matrix.
  • the surface of the dielectric layer is still used to connect two substrates, in particular solar cells, through a fusion bond. Since the nanoparticles occur statistically distributed in the volume (and therefore also on the surface) of the dielectric layer, and are largely surrounded by a dielectric material, one can speak of a hybrid bond in the connection of two such layers. In contrast to the usual in the industry hybrid bonds, in which the electrically conductive compounds regularly on the
  • preferred layer has the following steps, in particular the following sequence:
  • electrical nanoparticles in particular exclusively, are applied to the surface of the substrate to be connected, in particular a solar cell.
  • an application is preferably carried out by a solution which is separated by a
  • Schleuderbelackungs-, preferably spray coating process is applied.
  • an oxidation of the surface in particular by a native oxide. Because this type of oxide production but at relatively high temperatures, most preferably at a temperature greater than 100 ° C, preferably greater than 300 ° C, even more preferably greater than 500 ° C, most preferably greater than 800 ° C, most preferably greater than 1000 ° C rather, this process is not likely to produce an oxide layer.
  • the oxide surface thus produced can be ground back to a preferred thickness by a grinding process.
  • the nanoparticles are thus embedded in the dielectric layer and the dielectric layer is prepared by the direct bond grinding process to a second solar cell whose surface has been prepared in the same manner.
  • the production of the dielectric layer is effected by a sol-gel process.
  • a sol-gel process is a process in which a sol (a colloidal dispersion of a chemical component) undergoes several chemical and / or physical reactions
  • the aggregation, gelation, drying and tempering process goes through.
  • the sol, or precursor is a liquid at the beginning of the process and changes into a solid in the course of the process. It is particularly noteworthy that especially the production of ceramic layers, which could otherwise be produced only by high-temperature process, can be carried out wet-chemically.
  • the conductive nanoparticles are added to the sol as a second component.
  • the polymers of the sol form the dielectric material around the conductive nanoparticles and firmly enclose them.
  • wet-chemical embedding of conductive nanoparticles takes place at room temperature (in particular between 10 ° C. and 30 ° C.) in a dielectric layer.
  • the dielectric layer can now (optionally) be thinned back by grinding processes and thus prepared for the bonding process.
  • the surface is polished.
  • CMP Chemical-mechanical polishing process
  • Roughness is reported as either average roughness, square roughness or average roughness.
  • the values determined for the average roughness, the squared roughness and the average roughness depth generally differ for the same measuring section or
  • the roughness according to the invention is in particular less than 100 ⁇ m, preferably less than 10 ⁇ m, more preferably less than 1 ⁇ m, most preferably less than 100nm, most preferably less than 10nm.
  • the contacting between the n and p regions of two interconnected solar cells takes place in this particular embodiment through the network of conductive nanoparticles through the dielectric layer.
  • the nanoparticles preferably again have an average size which minimizes the scattering, in particular the reflection, of the incident light.
  • the considerations of light scattering are the same for the nanoparticles as for the already mentioned light scattering at the contacts or plated-through holes.
  • Substrates can be dispensed with each other, since the nanoparticles are distributed on the surface of a substrate so that it with the
  • Nanoparticles in the surface of the opposite substrate make a conductive connection between the substrates.
  • Any conductive material can in principle be used for producing the contact points and / or passages and / or nanoparticles. Particularly preferred
  • o Bronze alloys preferably CuSn, and / or o brass alloys and / or
  • o Gold alloys and / or copper alloys in particular CuAg, CuAg and / or CuAgSn,
  • the conductivity of contact points formed according to the invention and / or TSVs designed according to the invention and / or nanoparticles designed / introduced according to the invention is in particular greater than 1.0 * 10 4 S / m, preferably greater than 1.0 * 10 5 S / m, more preferably greater than 1.0 * 10 6 S / m, most preferably greater than 1.0 * 10 7 S / m, most preferably greater than 1.0 * 10 8 S / m.
  • Figure 1 is a schematic side view of an inventive
  • FIG. 2 shows a schematic side view of an enlargement of a substrate stack according to the invention in a first embodiment according to the invention with substrates oxidized on one side,
  • Figure 3 is a schematic side view of an enlargement
  • FIG. 4 shows a schematic side view of an enlargement of a substrate stack according to the invention in a second embodiment according to the invention with substrates oxidized on one side,
  • Figure 5 is a schematic side view of an enlargement of a substrate stack according to the invention in a third
  • Figure 6 is a schematic side view of an enlargement of a substrate stack according to the invention in a third
  • Embodiment of the invention with unilaterally oxidized substrates
  • Figure 7 is a schematic side view of an enlargement of a substrate stack according to the invention in a fourth
  • FIG. 9a is a schematic plan view of a first invention
  • 9b is a schematic plan view of a second invention
  • Contact point and Figure 9c is a schematic plan view of a third contact point according to the invention.
  • FIG. 1 shows a schematic cross-sectional view of a
  • the substrate stack 1 according to the invention consisting of three substrates 2, 2 ', 2 ", is also conceivable for the stacking of more or less than three substrates 2, 2', 2".
  • the wavelength sensitivity of the substrates is symbolized by wave trains with different wavelengths, which represent the electromagnetic waves, in the sense of the particle image actually the photons.
  • Corresponding contacts for the removal of the entire voltage generated by the solar cell stack on the outside are not shown.
  • FIG. 2 shows an enlargement of the section A of the schematic cross-sectional view according to FIG. 1 in a first embodiment according to the invention, in which dielectric layers, in particular oxide layers, 3 can be identified, via which the substrates 2, 2 ', 2 "have been connected to one another.
  • the dielectric layers 3 alternate between them
  • This change is preferably achieved in such a way that only the surfaces 2o, 2o, 2o "of the substrates 2, 2 ', 2" are oxidized and with a respective non-oxidized surface 2u, 2u ', 2u "a second substrate 2, 2 (2" to be connected.
  • the substrate 2 " is the last and / or lowest substrate in the substrate stack 1
  • an oxidation of the Surface 2u "conceivable to include the substrate stack completely with oxide. Such oxidation of the surface 2u" is shown in Figure 2.
  • FIG 2 In this particular invention
  • passages 4 produce a conductive connection between in each case two substrates 2, 2 ', 2 ".
  • the decrease in the voltage takes place at outer, exposed contact points 5, which have a diameter D.
  • connection of the substrates 2, 2 'and 2 can theoretically likewise be effected by means of a direct bond, but if the materials of the substrates 2, 2', 2" are different from the materials of the dielectric layer 3, the direct bond thus produced is not optimal
  • a preferred embodiment according to the invention therefore consists in the oxidation of all surfaces 2o, 2o, 2 ", 2u, 2u ', 2u", of all substrates 2, 2% 2 "according to FIG. 3, for producing one, in particular
  • FIG 4 shows a special, interesting for the solar industry
  • Bond interface lying contact points 5 connected to each other Should it be expedient nevertheless to install corresponding passages 5, these can be produced according to FIGS. 2-3.
  • FIG. 5 shows an embodiment according to the invention of the double-sided oxidation of a substrate 2, 2 ', 2 "without TSVs.
  • Figures 6 and 7 show the most preferred embodiments of the invention.
  • the conductive connection between the n and p regions of the substrate 2, 2 ', 2 " is not by contact points S, which regularly or irregularly in the dielectric layers. 3
  • the density of the dielectric nanoparticles 6 is so great that always results in an electrically conductive connection between the n-region of a solar cell and the p-region of the second solar cell. It is also conceivable to arrange the nanoparticles 6 only in a partial area of the dielectric layer 3 ', at which contacting is to take place.
  • FIG. 8 shows an enlargement of the dielectric layers 3 'with the corresponding nanoparticles 6.
  • the contact point 5 located on the outside of the substrate stack 1 according to the invention is preferably used for the voltage decrease.
  • the two contact points 5 and 5" according to the invention have the entire surface, while the second contact point 5' according to the invention is annular.
  • the contact point 5 'according to the invention has the diameter D and a ring width d. Two such, on each opposite substrates 2, 2 ', 2 "located

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Mehrfachsubstratstapels aus einem, insbesondere wellenlängensensitiven, Halbleitersubstrat (2) und mindestens einem weiteren, insbesondere wellenlängensensitiven, Halbleitersubstrat (2', 2") mit folgenden Schritten: Aufbringung einer zumindest abschnittsweise elektrisch leitfähigen dielektrischen Schicht (3, 3') auf mindestens eine Substratoberfläche (2o, 2o', 2o ", 2u, 2u',2u") mindestens eines der Halbleitersubstrate (2, 2', 2") und Kontaktierung des Halbleitersubstrats (2) mit dem weiteren Halbleitersubstrat (2', 2") und Ausbildung einer elektrisch leitfähigen Verbindung zwischen den Halbleitersubstraten (2, 2', 2").

Description

Verfahren zur Herstellung eines leitenden Mehrfachsubstratstapels
B e s c h r e i b u n g
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines
Mehrfachsubstratstapels gemäß Anspruch 1.
Bei der Herstellung von leitenden Mehrfachsubstratstapeln, insbesondere zur Erzeugung von Strom, bestehen diverse technische Probleme:
- Erzeugung einer möglichst hohen Strommenge bei
geringstmöglicher Fläche,
- Massentaugliche Hersteilung bei geringstmöglichen Kosten,
- Langfristige Stabilität der Stromerzeugung,
- Stabilität gegen Umwelteinflüsse, insbesondere an
Verbindungsstellen,
- Zuverlässige Stromerzeugung.
Der vorliegenden Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren anzugeben, das die vorgenannten Probleme zumindest teilweise, vorzugsweise Überwiegend löst.
Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen der Ansprüche 1 und 9 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben. In den Rahmen der Erfindung fallen auch sämtliche
Kombinationen aus zumindest zwei von in der Beschreibung, den
Ansprüchen und/oder den Figuren angegebenen Merkmalen. Bei angegebenen Wertebereichen sollen auch innerhalb der genannten
Grenzen liegende Werte als Grenzwerte offenbart und in beliebiger Kombination beanspruchbar sein.
Grundgedanke der vorliegenden Erfindung ist es, zur Herstellung eines Mehrfachsubstratstapels aus einem (wellenlängensensitiven) Halbleitersubstrat und mindestens einem weiteren (wellenlängensensitiven) Halbleitersubstrat folgenden Schritte durchzuführen:
- Aufbringung einer zumindest abschnittsweise elektrisch leitfähigen dielektrischen Schicht auf mindestens eine Substratoberfläche mindestens eines der Halbleitersubstrate und
- Kontaktierung des Halbleitersubstrats mit dem weiteren Halbleitersubstrat und Ausbildung einer elektrisch leitfähigen Verbindung zwischen den Halbleitersubstraten.
Unter einem wellenlängensensitiven Halbleitersubstrat wird erfindungsgemäß insbesondere ein zur Umwandlung eines sehr engen, spezifischen Wellenlängenbereichs, insbesondere einer einzelnen Wellenlänge, geeignetes Halbleitersubstrat, verstanden. Das Halbleitersubstrat besteht insbesondere aus einem Halbleiter als Matrixmaterial. Das Halbleitersubstrat ist vorzugsweise dotiert bzw. besteht aus mehreren, unterschiedlich dotierten Bereichen. In speziellen Ausführungsformen kann unter einem wellenlängensensitiven Halbleitersubstrat auch erfindungsgemäß ein aus mehreren, insbesondere relativ dünnen Substraten bestehender, Substratstapel verstanden werden, der zur Umwandlung eines sehr engen, spezifischen Wellenlängenbereichs, insbesondere einer einzelnen Wellenlänge, dient. Der sehr enge, spezifische Wellenlängenbereich, insbesondere die einzelnen Wellenlänge, für die die genannten erfindungsgemäßen wellenlängenspezifischen Substrate bevorzugt sensitiv sind, sind ein Teil des Wellenlängenspektrums, das den Bereich des UV-Lichts, über den Wellenlängenbereich des sichtbaren Bereichs bis in den Infrarotbereich abdeckt. Insbesondere erstreckt sich der erfindungsgemäße
Wellenlängenbereich von 1 nm bis 1 mm, vorzugsweise zwischen SO nm und 50 μm, am bevorzugtesten zwischen 380 nm und 780 nm.
Die Erfindung betrifft insbesondere ein Verfahren zum Verbinden mehrerer Halbleitersubstrate, insbesondere ohne eine hochgenaue
Ausrichtungseinheit. Insbesondere wird das Verfahren zur Herstellung einer Multilagen-Solarzelle verwendet, deren einzelne Lagen,
insbesondere Halbleitersubstrate, unterschiedliche
Wellenlängensensitivität besitzen und über leitende Verbindungen, mit Vorzug TSVs, noch bevorzugter durch Nanopartikel in einer
dielektrischen Schicht, miteinander verbunden sind. Des Weiteren betrifft die Erfindung ein mittels des Verfahrens hergestelltes Produkt.
Die Erfindung beschreibt insbesondere ein Verfahren, mehrere Substrate, mit Vorzug wellenlängensensitive Solarzellen, so miteinander zu verbinden, dass Verbindungspunkte, insbesondere Kontaktstellen, nach dem Verbindungsprozess eine höchstens vernachlässigbare Abweichung zu anderen Verbindungspunkten, insbesondere Kontaktstellen, besitzen. Der erfindungsgemäße Prozess kommt dabei ohne eine
Ausrichtungsanlage aus und beschleunigt den entsprechenden
Produktionsvorgang einer solchen Mehrlagensolarzelle entsprechend. Mit der Beschleunigung des Produktionsvorganges geht eine entsprechende Kostensenkung einher, welche den Produktionsprozess durch eine
Steigerung der Stückzahl pro Zeiteinheit, günstiger macht.
In einer ganz besonders bevorzugten Ausführungsform wird eine mit leitfähigen Nanopartikeln versehene, dielektrische Schicht auf mindestens eine von zwei miteinander zu verbindenden Solarzellen aufgebracht. Die dielektrischen Eigenschaften der Schicht erlauben das Verbünden der beiden Solarzellen durch einen Direktbond oder einen sogenannten Fusionsbond, während die leitfähigen Nanopartikel in der dielektrischen Schicht eine Verbindung zwischen den Solarzellen herstellen. Dabei wird die Dichte der leitfähigen Nanopartikel in der dielektrischen Schicht erfindungsgemäß insbesondere so groß gewählt, dass zumindest an einigen Stellen entlang der Verbindungsfläche eine, insbesondere durchgehende, leitende Verbindung durch die dielektrische Schicht von einer Solarzelle zur anderen Solarzelle erfolgt. In dieser
erfindungsgemäßen Ausführungsform werden zumindest keine genauen, vorzugsweise keine, Ausrichtungsanlagen benötigt, da die Nanopartikel insbesondere über größere Flächenbereiche als die reinen Kontaktflächen, vorzugsweise über die gesamte Fläche, verteilt werden, so dass immer eine Kontaktierung erfolgt. Gleichzeitig soll trotz der (zusätzlichen) Nanopartikel die optische Transparenz möglichst vollständig erhalten bleiben, also möglichst wenig durch die Nanopartikel beeinflusst werden. Insbesondere wird die Absorptionsfähigkeit und/oder das Streuvermögen durch entsprechende Auswahl der Nanopartikel für den sensitiven
Wellenlängenbereich der Solarzelle so gewählt, dass diese möglichst gering sind.
Die Nanopartikel besitzen einen mittleren Durchmesser kleiner als 100 μm, vorzugsweise kleiner als 10 μm, noch bevorzugter kleiner als Ι μm, am bevorzugtesten kleiner als 100 nm, am allerbevorzugtesten kleiner als 10 nm.
Der größte Vorteil der Erfindung besteht darin, dass auf (optische) Ausrichtungsanlagen, insbesondere vollständig, verzichtet werden kann und der Substratstapel in der Lage ist, ein extrem breites
Wellenlängenspektrum auszunutzen. Auf (optische) Ausrichtungsanlagen kann erfindungsgemäß verzichtet werden, weil die für die leitfähige Verbindung verantwortlichen Elemente, insbesondere, TSVs, Kontakte, Durchgänge, Bohrungen oder Nanopartikel eine Toleranz in der Position der Substrate zueinander zulassen. Soweit Kontaktierungsanlagen eine Ausrichtung umfassen, also auch als Ausrichtungsanlagen im weitesten Sinne verstanden werden, reicht die Auswahl einer Ausrichtungsanlage mit einer Toleranz bzw. Ausrichtungsgenauigkeit größer als 0.1 μm, vorzugsweise größer als 1 μm, mit größerem Vorzug größer als 10 μm, mit größtem Vorzug größer als 100μm, mit allergrößtem Vorzug größer als 1mm , aus. Hierdurch kann die Ausrichtung nicht nur wesentlich schneller erfolgen, sondern die Ausrichtungsanlage ist wesentlich kostengünstiger herstellbar.
Des Weiteren besteht eine erfindungsgemäße Ausführungsform mit Vorteil darin, dass die Substratoberfläche aus einem Material,
insbesondere einem Oxid besteht, das sich zum Direktbonden und/oder Fusionsbonden eignet, Dadurch wird die Verbindung der beiden Substrate zueinander durch die Ausnutzung der Fusionbond Technologie besonders erleichtert.
Die Erfindung beschreibt somit insbesondere ein Verfahren zur
Herstellung eines Multilagensubstrats, bestehend aus mindestens zwei Substraten, die an mindestens einer Stelle miteinander über eine
leitfähige Verbindung verbunden sind. Die Verbindung der Substrate untereinander ist vorzugsweise permanent. In einer besonders
bevorzugten Ausführungsform findet allerdings vor der Ausbildung der Permanentverbindung die Ausbildung eines Prebonds statt, welcher es ermöglicht, die beiden Substrate vor der Ausbildung der
Permanentverbindungs wieder voneinander zu trennen, sofern das nötig sein sollte.
Die Prebondstärke ist insbesondere kleiner als 2.5 J/m2, vorzugsweise kleiner als 2 J/m2, mit größerem Vorzug kleiner als l .S J/m2, mit größtem Vorzug kleiner als 1.0 J/m2, mit allergrößtem Vorzug kleiner als 0.1 J/m2.
Dadurch wird es erfindungsgemäß möglich, den erfindungsgemäßen Substratstapel nach der Erweiterung mit einem neuen Substrat auf
Funktionalität, insbesondere elektrische Leitfähigkeit zu prüfen, bevor das neu aufgebrachte Substrat durch einen weiteren Prozess, insbesondere eine Wärmebehandlung, permanent mit dem Substratstapel verbunden wird.
Die Bondstärke der Permanentverbindung nach der Wärmebehandlung ist dabei größer als 0.1 J/m2, mit Vorzug größer als 0.5 J/m2, mit größerem Vorzug größer als 1.0 J/m2, mit größtem Vorzug größer als 1.5 J/m2, am bevorzugtesten größer gleich 2.5 J/m2.
Die Wärmebehandlung wird vorzugsweise in einem Ofen, noch
bevorzugter in einem Durchlaufofen, durchgeführt. Die Temperatur während der Wärmebehandlung ist insbesondere kleiner als 1000°C, vorzugsweise kleiner als 750°C, noch bevorzugter kleiner als 500°C, am bevorzugtesten kleiner als 250°C, am aller bevorzugtesten nur leicht höher als Raumtemperatur.
Das erfindungsgemäße Verfahren ist auf alle Arten von Substraten, die über Kontaktstellen und/oder Durchgänge und/oder dotierte
Halbleiterbereiche miteinander verbunden werden sollen, anwendbar. Bevorzugt wird die Verwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Herstellung eines Multilagensolarsubstratstapels offenbart.
Die Herstellung eines Permanentbonds bei Temperaturen die nur sehr gering über der Raumtemperatur liegen, kann mit erfindungsgemäßen Ausführungsformen, wie sie beispielsweise in WO2012/136267A1 , WO2012/100786A1 , WO2012/136268A1, WO2012/136266A1 ,
PCT/EP2012/064545 beschrieben werden, durchgeführt werden. Diese Ausführungsformen und die damit verbundenen Änderungen der erfindungsgemäßen Substratstapel werden daher in diese Patentschrift aufgenommen und können zur Verbesserung des erfindungsgemäßen Verfahrens/Substratstapels beitragen.
Die Substrate zur erfindungsgemäßen Herstellung eines
erfindungsgemäßen Substratstapels können grundsätzlich jede beliebige Form und Größe besitzen. In der Solarindustrie handelt es sich vorzugsweise um rechteckige, einige Millimeter bis einige Meter lange und breite, Solarpanels. Diese werden in Industrieanlagen
vollautomatisch prozessiert. Die Länge und/oder Breite solcher, insbesondere rechteckigen, Solarpanels, ist insbesondere größer als 10 mm, vorzugsweise größer als 100 mm, noch bevorzugter größer als 500 mm, am bevorzugtesten größer als 1000 mm. Insbesondere können sehr kleine Panels mit Breite und Länge zwischen 10 mm und 300 mm, vorzugsweise zwischen SO mm und 250 mm, noch bevorzugter zwischen 100 mm und 200 mm, am bevorzugtesten 156 mm produziert werden.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird Licht auf erfindungsgemäß hergestellte Panels fokussiert, um die Lichtausbeute zu maximieren.
Erfindungsgemäß denkbar ist es allerdings auch, entsprechende
Substratstapel auf Waferlevel, insbesondere für die Halbleiterindustrie, herzustellen. Hierbei werden vorzugsweise genormte Substrate
verwendet, insbesondere mit Substratdurchmessern von 1 Zoll, 2 Zoll, 3 Zoll, 4 Zoll, 6 Zoll, 8 Zoll, 12 Zoll, 16 Zoll oder 18 Zoll.
Der erfindungsgemäß hergestellte Substratstapel besteht aus mehreren miteinander verbundenen Substraten. Die Substrate sind vorzugsweise Photozellen, daher Halbleiterelemente, die in der Lage sind,
Photonenenergie in elektrische Energie umzuwandeln. Der genaue physikalische Vorgang soll hier nicht näher erläutert werden. Die
Substrate bestehen insbesondere zumindest aus einem p-dotierten und zumindest einem n-dotierten Bereich. Vorzugsweise werden die Substrate so miteinander ausgerichtet, dass sich die p-dotierten und n-dotierten Bereiche abwechseln. In besonderen Ausführungsformen kann aber auch eine andere Anordnung gewählt werden.
Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform werden Substratstapel mit Substraten offenbart, die unterschiedliche wellenlängensensitive
Eigenschaften und/oder, insbesondere zumindest überwiegend,
vorzugsweise vollständig, nicht überlappende, Bereiche besitzen. Hierdurch wird die Ausbeute der Photonen aus dem Emissionsspektrum der Sonne maximiert.
Um die Ausbeute an Photonen unterschiedlicher Wellenlänge zu maximieren, werden die Substrate gemäß einer vorteilhaften
Ausführungsform der Erfindung gedünnt. Hierdurch wird gewährleistet, dass Photonen, welche von der Einstrahlungsseite am weitesten entfernt angeordnet sind, dieses zumindest überwiegend erreichen. Mit anderen Worten wird die Transferstrecke der Photonen durch den Substratstapel bis zu dem, insbesondere für die jeweilige Photonenwellenlänge sensitiven Substrat, minimiert. Diese Minimierung erfolgt vor allem durch eine Dünnung der Substrate.
Die Substrate werden erfindungsgemäß dünner als 1mm, mit Vorzug dünner als 100μm, mit größerem Vorzug dünner als 75μm, mit größtem Vorzug dünner als 50μm, am bevorzugtesten dünner als 25μm, am allerbevorzugtesten dünner als 1 μm hergestellt oder gewählt. Durch eine möglichst geringe Substratdicke und damit eine möglichst geringe
Substratstapeldicke, wird eine vorzeitige Absorption der Photonen und damit eine Umwandlung der Photonenenergie in Wärme verhindert bzw. zumindest reduziert.
Erfindungsgemäß denkbar ist es, die Substrate des Substratstapels mit unterschiedlichen Dicken zu versehen. Insbesondere wird das am weitesten von der Einstrahlungsseite entfernte, also das unterste, Substrat nicht gedünnt bzw. dicker ausgewählt als die anderen Substrate des Substratstapels. Insbesondere sind Substrate mit einem geringen
Transmissionsgrad für Wellenlängen, die darunterliegende Substrate erreichen sollen, möglichst dünn. Im Folgenden werden unterschiedliche erfindungsgemäße Ausführungsformen beschrieben, die auch in Bezug auf einzelne
Merkmale im Rahmen des technisch Machbaren miteinander kombiniert werden können.
In allen erfindungsgemäßen Ausführungsformen wird exemplarisch auf den Bau mehrerer p- und n- dotierter Solarzellen eingegangen. Das erfindungsgemäße Verfahren eignet sich aber grundsätzlich für alle Arten von Substraten, die über eine Bondverbindung miteinander, insbesondere permanent, verbunden werden müssen und die durch spezifische
Topographien an deren Oberflächen, insbesondere Kontakte, ohne
Ausrichtungsanlagen so zueinander ausgerichtet werden sollen, dass die genannten Topographien zumindest teilweise überlappen und so eine entsprechende Funktionalität gewährleisten.
In einer ersten erfindungsgemäßen Ausführungsform zur Herstellung des erfindungsgemäßen Substratstapels erfolgt eine Oxidation eines Substrats nur an einer einzigen Substratseite. Zur erfindungsgemäßen Herstellung eines Substratstapels werden daher die oxidierte Seite eines ersten Substrats und die nicht oxidierte Seite eines zweiten Substrats grob zueinander ausgerichtet (insbesondere ohne exakte Ausrichtung von einzelnen Kontaktstellen zueinander) und miteinander in Kontakt gebracht. Die Kontaktierung einzelner Kontaktstellen erfolgt
insbesondere zufällig.
In einer ersten erfindungsgemäßen Ausführungsform verfügt jedes Substrat über Kontakte in der Oxidoberfläche sowie über TSVs im
Substrat und somit über elektrisch leitfähige Kontakte. Die oxidierte Oberfläche stellt damit eine Hybridoberfläche dar. Die Ausrichtung der beiden Substrate erfolgt insbesondere ausschließlich manuell, also ohne kostspielige, aufwendige und teure (optische) Ausrichtungsanlagen.
Denkbar wäre beispielsweise die Verwendung eines Pins oder mehrerer mechanischer Pins, an dem/denen die zwei miteinander zu verbindenden Substrate, bzw. ein Substrat und der bereits vorhandene Substratstapel, bis auf Anschlag angenähert werden. Eine solche mechanische
Ausrichtung ist schnell, billig und effizient.
Die Ausrichtungsgenauigkeit ist, insbesondere abhängig von der
Oberflächengüte der Substrate bzw. des Substratstapels, der Exaktheit des Durchmessers des Substrats bzw. des Substratstapels und/oder der
Oberflächengenauigkeit der Pins besser als 1mm, vorzugsweise besser als 100 μm, mit größerem Vorzug besser als 10 μm, mit größtem Vorzug besser als 1 μm, mit allergrößtem Vorzug besser als 0.1 μm.
Die Ausrichtungsgenauigkeit ist zur Reduzierung der Kosten und
Beschleunigung des Ausrichtungsvorganges, insbesondere abhängig von der Oberflächengüte der Substrate bzw. des Substratstapels, der Exaktheit des Durchmessers des Substrats bzw. des Substratstapels und/oder der Oberflächengenauigkeit der Pins im besten Fall Ι μm, vorzugsweise im Besten Fall 10 μm, mit größerem Vorzug im besten Fall als 100 μm.
Ein wesentlicher erfindungsgemäßer Aspekt besteht insbesondere darin, dass sich immer Kontaktstellen zwischen zwei miteinander in Kontakt gebrachten Substraten (zufällig) finden, die miteinander in Kontakt treten, ohne eine exakte Justierung jeder einzelnen Kontaktstelle und/oder eine Zuordnung einzelner Kontaktstellen durchzuführen. Um eine derartige Kontaktierung mindestens zweier Kontaktstellen zu gewährleisten, werden mehrere erfindungsgemäße Ausführungsformen offenbart.
Im Allgemeinen wird mindestens eine Kontaktierung zwischen zwei Substraten benötigt, um eine entsprechende Spannung abnehmen und/oder übertragen zu können. Erfindungsgemäß wird angestrebt, die Anzahl der Kontakte zwischen den Kontaktstellen zweier benachbarter Substrate zu maximieren, um die elektrische Leitfähigkeit möglichst zu erhöhen und somit Verluste zu minimieren.
In einer erfindungsgemäßen Ausführungsform sind die Kontaktstellen regelmäßig über die Substrate verteilt. Die Kontaktstellen besitzen erfindungsgemäß einen entsprechend großen Durchmesser D, der insbesondere größer, im Grenzfall gleichgroß, ist wie die Ungenauigkeit, mit der eine mechanische Ausrichtung der Substrate zueinander
durchgeführt wird oder mit der verwendeten Anlage durchführbar ist. Dadurch wird gewährleistet, dass im statistischen Mittel genug
Kontaktstellen zur Verfügung stehen, insbesondere die statistische Dichte der kontaktierenden Kontaktstellen homogen über die gesamte Oberfläche ist.
Erfindungsgemäß kann die Herstellung der Kontaktstellen ebenfalls mit recht ungenauen Masken und Prozessen erfolgen, solange der mittlere Durchmesser D der Kontaktstellen größer ist als der mittlere
Ausrichtungsfehler f zwischen den jeweiligen Kontaktstellen. Somit kann auch die Herstellung der Kontaktstellen auf dem jeweiligen Substrat schneller und kostengünstiger erfolgen. Im speziellen ist das Verhältnis zwischen der mittleren Abweichung des Durchmessers D und dem mittleren Ausrichtungsfehler f größer als 1 , mit Vorzug größer als 10, mit größerem Vorzug größer als 100, mit größtem Vorzug größer als 10000. Folgendes Beispiel wird für den mittleren Durchmesser D und den mittleren Ausrichtungsfehler f angegeben. Eine Ideale Kontaktstelle besitzt beispielsweise einen Durchmesser von Ι μm. Durch
Fertigungstoleranzen wird der Durchmesser leicht größer oder kleiner sein als die angestrebten 1 μm. Im statistischen Mittel sei der
Durchmesser allerdings dennoch 1 μm. Würden zwei Substrate, aufgrund des erfindungsgemäßen Verzichts (optischer) Ausrichtungsmittel, um eine Wegstrecke x, dem mittleren Ausrichtungsfehler, falsch zueinander ausgerichtet werden, so würden zumindest ein Paar zweier
gegenüberliegender Kontaktstellen immer noch eine leitende Verbindung erzeugen, wenn der mittlere Durchmesser D der Kontaktstellen größer ist als die Wegstrecke f. Die Flächendichte der regelmäßig angeordneten Kontaktstellen ist erfindungsgemäß insbesondere größer als 1 cm- 1, mit Vorzug größer als 100 cm- 1 , mit größerem Vorzug größer als 10000 cm- 1, mit größtem Vorzug größer als 106 1 cm- 1, am bevorzugtesten größer als 108 cm- 1.
In einer weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsform sind die
Kontaktstellen unregelmäßig über die jeweiligen Substrate verteilt. Durch die unregelmäßige Verteilung kann keine Aussage darüber getroffen werden, welche der Kontaktstellen der beiden zueinander ausgerichteten und in Kontakt gebrachten Substrate miteinander kontaktieren werden. Es erfolgt insbesondere keine Zuordnung von zu kontaktierenden
Kontaktstellen. Insbesondere erfolgt die Kontaktierung zufällig. Bei einer entsprechend hohen Anzahl solcher Kontaktstellen kann aber eine gewünschte Kontaktierung an mehreren, mindestens einer Stelle, praktisch garantiert werden. Die zweite erfindungsgemäße Ausführungsform ist aufgrund zweier Aspekte bevorzugt. Erstens benötigt man zur Herstellung der
Kontaktstellen, die insbesondere in ein Oxid geätzt werden, keine
Maskentechnik. Die Löcher im Oxid, in denen später die Kontaktstellen entstehen, können insbesondere durch das Aufbringen von Ätzflüssigkeit statistisch verteilt hergestellt werde. Nach der Herstellung der Löcher im Oxid erfolgt eine Abscheidung eines entsprechend leitfähigen Werkstoffs, der in weiteren Prozessschritten beispielsweise durch Rückdünnen soweit abgeschliffen wird, bis nur mehr die Hybridoberfläche zurück bleibt.
Ein zweiter wesentlicher Aspekt besteht darin, dass bei einer derartigen statistischen Verteilung der Kontaktstellen auf den Ausrichtungsprozess noch weniger Wert gelegt werden muss. Die Flächendichte der regelmäßig angeordneten Kontaktstellen ist insbesondere größer als 1cm- 1, mit Vorzug größer als 100cm- 1 , mit größerem Vorzug größer als 10000cm- 1, mit größtem Vorzug größer als 106cm- 1, am bevorzugtesten größer als 108cm-1.
Ein weiterer wichtiger erfindungsgemäßer Aspekt ist die Form der
Kontaktstellen. Die Kontaktstellen können jede beliebige Form
annehmen. Die Kontaktstellen sind vorzugsweise rund oder rechteckig. In einer ganz besonderen erfindungsgemäßen Ausführungsform sind die Kontaktstellen ringförmig. Ringförmige Kontaktsteilen können explizit hergestellt werden oder ergeben sich zwingend aus der Fortführung eines ausschließlich am Rand beschichteten TSVs. Befinden sich an beiden, miteinander zu verbindenden Substraten, derartige ringförmige
Kontaktstellen, so können die ringförmigen Kontaktstellen entweder deckungsgleich zueinander ausgerichtet und miteinander verbunden werden, oder sie berühren sich an zwei bzw. einem Schnittpunkt. In jedem Fall erfolgt eine elektrisch leitende Verbindung. Wenn auf eine korrekte Ausrichtung durch Ausrichtungsanlagen verzichtet wird, ist davon auszugehen, dass sich die ringförmigen Kontaktstellen in den meisten Fällen an mindestens zwei Punkten schneiden und der elektrische Kontakt daher an diesen beiden Punkten hergestellt wird. Durch die erfindungsgemäße Ausführungsform einer ringförmigen Kontaktstelle wird es erfindungsgemäß ermöglicht, geometrische Objekte zu erstellen, die einen großen Bereich abdecken, und dadurch die Wahrscheinlichkeit sich mit einer, auf dem gegenüberliegenden Substrat befindenden, insbesondere ebenfalls ringförmigen, Kontaktstelle zu überschneiden, erhöht. Trotz der durch den Durchmesser bestimmten, Größe der ringförmigen Kontaktstelle, erfolgt die Kontaktierung vorzugsweise nur an zwei Punkten und konzentriert daher den Strom auf diese zwei Punkte.
Der Durchmesser der, insbesondere ringförmigen, Kontaktstelle ist vorzugsweise kleiner als 100μm, vorzugsweise kleiner als 50μm, noch bevorzugter kleiner als 25μm, am bevorzugtesten kleiner als 10μm, am allerbevorzugtesten kleiner als 5μm. Die Ringbreite der ringförmigen Kontaktstelle ist insbesondere kleiner als 20μm, vorzugsweise kleiner als 15μm, noch bevorzugter kleiner als 10μm, am bevorzugtesten kleiner als 5μm, am allerbevorzugtesten kleiner als 1 μm.
In einer erfindungsgemäßen zweiten Ausführungsform erfolgt die elektrische Verbindung zwischen den Substraten ohne die Hilfe von TSVs, sondern ausschließlich durch die Verbindung, insbesondere p- und n-, dotierter Bereiche im Substrat. In einer dritten erfindungsgemäßen Ausführungsform befinden sich Nanopartikel in der Oxidschicht (oder Nanopartikel werden eingebracht), welche die Kontaktstellen ersetzen.
Die nach der Fertigstellung des Substratstapels noch nicht oxidierten Oberflächen der Außenseite können, falls nötig, nachträglich oxidiert und mit entsprechenden Kontaktstellen, an welchen die Spannung
abgenommen werden kann, versehen werden. Denkbar ist allerdings auch eine weitere Prozessierung der äußeren Oberfläche ohne vorherige Oxidierung.
In einer zweiten erfindungsgemäßen Ausführungsform zur Herstellung des erfindungsgemäßen Substratstapels erfolgt die Oxidation eines Substrats an beiden gegenüberliegenden Seiten. Bei einer entsprechenden Präparation der Oxidoberflächen erfolgt eine sehr schnelle, exakte, reproduzierbare und wohl definierte Verbindung der beiden Substrate. Der durch einen solchen Verbindungsprozess hergestellte Bond wird als Prebond bezeichnet und bei einer korrekten, vorzugsweise durch Prüfung bestätigten, Verbindung durch einen Wärmebehandlungsprozess in einen Permanentbond umgewandelt.
Die Ausführungsbeispiele sind also ident zu den Ausführungsbeispielen im„Abschnitt Oxidation an nur einer Substratseite" mit dem Unterschied der beidseitigen Oxidation der Substrate.
Im Weiteren wird auf allgemeine Besonderheiten der Substrate
eingegangen. Ein entscheidender erfindungsgemäßer Aspekt ist die Strukturgröße der Kontaktstellen, Durchführungen bzw. Nanopartikel. Mit besonderem Vorzug sind diese gerade so gewählt, dass eine Streuung, insbesondere Reflexion, der Photonen an Ihnen minimiert wird. Dabei kann es durchaus sein, dass die mittlere Größe der Kontaktstelle und/oder der
Durchführungen und/oder der Nanopartikel für jedes Substrat oder einzelne Substrate des Substratstapels verschieden gewählt oder ausgebildet wird.
Soweit ein Substratstapel so aufgebaut wird, dass Photonen mit hoher Frequenz (also geringer Wellenlänge) stärker absorbiert werden als Photonen mit geringer Frequenz (also hoher Wellenlänge), so wird das Substrat an der Oberfläche erfindungsgemäß aus einem Werkstoff ausgebildet, welcher die Ausbeute der hochfrequenten Photonen
maximiert. Die niederfrequenten Photonen passieren dieses Substrat und damit auch die Kontaktstelle und/oder Durchgänge möglichst verlustfrei. Dabei ist vor allem auf die Minimierung der Streuung, insbesondere die Reflexion, zu achten.
Im Allgemeinen streuen Objekte mit einem Objektdurchmesser in der Größenordnung der Wellenlänge die entsprechende elektromagnetische Strahlung gut. Dementsprechend werden die Kontaktstellen und/oder Durchgänge in einer erfindungsgemäßen Ausführung im ersten Substrat größer angelegt als die transmittierende Strahlung, welche zu den unteren Substraten im erfindungsgemäßen Substratstapel vordringen soll.
Entsprechende Analogieüberlegungen gelten für alle weiteren Substrate in Serie. Die mittlere Objektgröße der Kontaktstellen und/oder Durchgänge ist insbesondere mehr als 1.1 mal, mit Vorzug mehr als 2 mal, mit größerem Vorzug mehr als 5 mal, mit allergrößtem Vorzug mehr als 10 mal so groß wie die Wellenlänge der das Substrat durchdringenden,
elektromagnetischen Strahlung. Die Objektgröße der Kontaktierungen und/oder Durchgänge im letzten Substrat können dabei insbesondere beliebig groß sein, werden aber vorzugsweise so klein wie möglich ausgefertigt, damit möglichst viel Volumen für den die Photonen umwandelnden Werkstoff besteht. In einer ganz besonders bevorzugten, und explizit offenbarten Ausführungsform ist die Dicke des unteren, letzten Substrats so groß, dass jedes dort ankommende Photon absorbiert wird.
Im Folgenden wird eine besonders bevorzugte und optimale Methode offenbart, mit der zwei Substrate, insbesondere Solarzellen, ohne großen Aufwand miteinander leitfähig verbunden werden können. Dies erfolgt erfindungsgemäß über eine Materialschicht, insbesondere
Siliziumoxidschicht, mit eingebetteten Nanopartikeln.
Die besonders bevorzugte Ausführungsform sieht vor, eine dielektrische Schicht, insbesondere eine keramische Schicht, noch bevorzugter eine Siliziumoxidschicht, herzustellen, in der leitfähige Nanopartikel eingebettet sind. Die erfindungsgemäße Schicht stellt somit ein Art Matrixverbundwerkstoff dar, bestehend aus einer dielektrischen Schicht, die als Matrix dient, und entsprechenden leitfähigen Partikeln, die in der Matrix eingebettet sind.
Ein erfindungsgemäßer Gedanke dieser Ausführungsform besteht insbesondere darin, dass die Dichte der leitfähigen Partikel in der dielektrischen Schicht so groß ausgeführt ist, dass ein
zusammenhängendes, und damit leitfähiges Netzwerk der Nanopartikel entsteht. Die Oberfläche der dielektrischen Schicht dient immer noch zur Verbindung zweier Substrate, insbesondere Solarzellen, durch einen Fusionsbond. Da die Nanopartikel statistisch verteilt im Volumen (und damit auch an der Oberfläche) der dielektrischen Schicht vorkommen, und größtenteils von einem dielektrischen Material umgeben sind, kann man bei der Verbindung zweier solcher Schichten von einem Hybridbond sprechen. Im Gegensatz zu den in der Industrie üblichen Hybridbonds, bei denen die elektrisch leitfähigen Verbindungen regelmäßig über die
Oberfläche verteilt wurden, sind diese Verbindungen unregelmäßig.
Ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Herstellung einer solchen
erfindungsgemäß bevorzugten Schicht hat folgende Schritte, insbesondere folgenden Ablauf:
In einem ersten Schritt einer ersten Ausführungsform des Verfahrens werden elektrische Nanopartikel, insbesondere ausschließlich, auf die Oberfläche des zu verbindenden Substrats, insbesondere einer Solarzelle, aufgebracht. Um die Nanopartikel möglichst fein zu verteilen, erfolgt eine Aufbringung bevorzugt durch eine Lösung, die durch einen
Schleuderbelackungs-, bevorzugt Sprühbelackungsprozess aufgebracht wird.
Soweit die Substrate, insbesondere Solarzellen, Durchmesser im
Meterbereich haben, sind Sprühbelackungsprozesse bevorzugt.
Danach erfolgt in einem zweiten Schritt eine Oxidation der Oberfläche, insbesondere durch ein natives Oxid. Da diese Art der Oxidherstellung allerdings bei relativ hohen Temperaturen, meistens bei einer Temperatur größer als 100°C, mit Vorzug größer als 300°C, mit noch größerem Vorzug größer als 500°C, am bevorzugtesten größer als 800°C, am allerbevorzugtesten größer als 1000°C durchgeführt wird, eignet sich dieser Prozess eher nicht zur Herstellung einer Oxidschicht. Die
Solarzellen sind aufgrund Ihrer Dotierung meistens sehr
Temperatursensitiv und dürfen nicht über eine kritische Temperatur erhitzt werden.
In einem dritten (optionalen) Schritt kann die so erzeugte Oxidoberfläche durch einen Schleifprozess auf eine bevorzugte Dicke rückgeschliffen werden. Die Nanopartikel sind damit in die dielektrische Schicht eingebettet und die dielektrische Schicht ist durch den Schleifprozess für den Direktbond zu einer zweiten Solarzelle, deren Oberfläche auf gleiche Art und Weise präpariert wurde, vorbereitet.
In einer zweiten bevorzugteren Ausführungsform des Verfahrens erfolgt die Herstellung der dielektrischen Schicht durch einen Sol-Gel Prozess. Bei einem Sol-Gel Prozess handelt es sich um einen Prozess, bei dem ein Sol (eine kolloidale Dispersion einer chemischen Komponente) durch mehrere chemische und/oder physikalische Reaktionen einen
Aggregations-, Gelierungs-, Trocknungs- und Temperungsprozess durchläuft. Das Sol, oder der sogenannte Präkursor, ist am Beginn des Prozesses eine Flüssigkeit und wandelt sich im Laufe des Prozesses in einen Festkörper um. Dabei ist es besonders bemerkenswert, dass vor allem die Herstellung von keramischen Schichten, die ansonsten nur durch Hochtemperaturprozess erzeugbar waren, nasschemisch erfolgen kann. Erfindungsgemäß werden dem Sol die leitfähigen Nanopartikel als zweite Komponente hinzugefügt. Durch den Sintervorgang bilden die Polymere des Sols das dielektrische Material um die leitfähigen Nanopartikel aus und schließen diese fest ein. Durch diesen erfindungsgemäßen Vorgang erfolgt eine nasschemische Einbettung leitfähiger Nanopartikel bei Raumtemperatur (insbesondere zwischen 10°C und 30°C) in eine dielektrische Schicht.
Die dielektrische Schicht kann nun (optional) durch Schleifprozesse rückgedünnt und damit für den Bondvorgang vorbereitet werden.
In einer weiteren, erfindungsgemäß bevorzugten Verbesserung des erfindungsgemäßen Prozesses erfolgt ein Polieren der Oberfläche.
Denkbar wäre auch eine Behandlung der Oberfläche durch einen
Chemisch-Mechanischen Polierprozess (engl. : chemical mechanical polishing, CMP). Diese Prozessierung dient der Reduktion der
Oberflächenrauheit und der Vorbereitung der Oberfläche für einen
Fusionsbondvorgang.
Die Rauheit wird entweder als mittlere Rauheit, quadratische Rauheit oder als gemittelte Rauhtiefe angegeben. Die ermittelten Werte für die mittlere Rauheit, die quadratische Rauheit und die gemittelte Rauhtiefe unterscheiden sich im Allgemeinen für dieselbe Messstrecke bzw.
Messfläche, liegen aber im gleichen Größenordnungsbereich. Daher sind die folgenden Zahlenwertebereiche für die Rauheit entweder als Werte für die mittlere Rauheit, die quadratische Rauheit oder für die gemittelte Rauhtiefe zu verstehen. Die Rauheit ist erfindungsgemäß insbesondere kleiner als 100 μm, vorzugsweise kleiner als 10 μm, noch bevorzugter kleiner als 1 μm, am bevorzugtesten kleiner als 100nm, am allerbevorzugtesten kleiner als 10nm.
Die Kontaktierung zwischen den n- und p-Bereichen zweier miteinander verbundener Solarzellen erfolgt in dieser besonderen Ausführungsform durch das Netzwerk leitfähiger Nanopartikel durch die dielektrische Schicht. Die Nanopartikel besitzen dabei vorzugsweise wiederum eine mittlere Größe, welche die Streuung, insbesondere die Reflexion, des einfallenden Lichts minimiert. Die Überlegungen zur Lichtstreuung sind bei den Nanopartikeln gleich wie bei der bereits erwähnten Lichtstreuung an den Kontakten oder Durchkontaktierungen.
Es wird auch hier explizit erwähnt, dass auf eine Ausrichtung der
Substrate zueinander verzichtet werden kann, da die Nanopartikel an der Oberfläche eines Substrats so verteilt sind, dass diese mit den
Nanopartikeln in der Oberfläche des gegenüberliegenden Substrats eine leitfähige Verbindung zwischen den Substraten herstellen.
Jeder beliebige, leitfähige Werkstoff kann grundsätzlich zur Herstellung der Kontaktstellen und/oder Durchgänge und/oder Nanopartikel verwendet werden. Besonders bevorzugt sind
• Reinmetalle, insbesondere
o Cu, Ag, Au, AI, Pt, Pb, Zn, Sn, W, Nb, Ta, Te und/oder Nb,
• Legierungen, insbesondere
o Bronzelegierungen, vorzugsweise CuSn, und/oder o Messinglegierungen und/oder
o Goldlegierungen und/oder o Kupferlegierungen, insbesondere CuAg, CuAg und/oder CuAgSn,
Die Leitfähigkeit von erfindungsgemäß ausgebildeten Kontaktstellen und/oder erfindungsgemäß ausgebildeten TSVs und/oder erfindungsgemäß ausgebildeten/eingebrachten Nanopartikeln ist insbesondere größer als 1.0* 104 S/m, vorzugsweise größer als 1.0* 105 S/m, noch bevorzugter größer als 1.0* 106 S/m, am bevorzugtesten größer als 1.0* 107 S/m, am allerbevorzugtesten größer als 1.0* 108 S/m.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele sowie anhand der Zeichnungen; diese zeigen jeweils in schematischer Ansicht:
Figur 1 eine schematische Seitenansicht einer erfindungsgemäßen
Ausführungsform eines Substratstapels, bestehend aus drei Substratlagen,
Figur 2 eine schematische Seitenansicht einer Vergrößerung eines erfindungsgemäßen Substratstapels in einer ersten erfindungsgemäßen Ausführungsform mit einseitig oxidierten Substraten,
Figur 3 eine schematische Seitenansicht einer Vergrößerung
erfindungsgemäßen Substratstapels in einer ersten erfindungsgemäßen Ausführungsform mit zweiseitig oxidierten Substraten, Figur 4 eine schematische Seitenansicht einer Vergrößerung eines erfindungsgemäßen Substratstapels in einer zweiten erfindungsgemäßen Ausführungsform mit einseitig oxidierten Substraten,
Figur 5 eine schematische Seitenansicht einer Vergrößerung eines erfindungsgemäßen Substratstapels in einer dritten
erfindungsgemäßen Ausführungsform mit zweiseitig oxidierten Substraten,
Figur 6 eine schematische Seitenansicht einer Vergrößerung eines erfindungsgemäßen Substratstapels in einer dritten
erfindungsgemäßen Ausführungsform mit einseitig oxidierten Substraten,
Figur 7 eine schematische Seitenansicht einer Vergrößerung eines erfindungsgemäßen Substratstapels in einer vierten
erfindungsgemäßen Ausführungsform mit zweiseitig oxidierten Substraten, eine schematische Seitenansicht einer Vergrößerung der bevorzugten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Substratstapels,
Figur 9a eine schematische Aufsicht einer erfindungsgemäßen ersten
Kontaktstelle,
Figur 9b eine schematische Aufsicht einer erfindungsgemäßen zweiten
Kontaktstelle und Figur 9c eine schematische Aufsicht einer erfindungsgemäßen dritten Kontaktstelle.
Figur 1 zeigt eine schematische Querschnittsansicht eines
erfindungsgemäßen Substratstapels 1 , bestehend aus drei Substraten 2, 2' , 2" . Denkbar ist auch die Stapelung von mehr oder weniger als drei Substraten 2, 2', 2" . Die Wellenlängensensitivität der Substrate wird durch Wellenzüge mit unterschiedlicher Wellenlänge symbolisiert, die die elektromagnetischen Wellen, im Sinne des Teilchenbildes eigentlich die Photonen, repräsentieren. Entsprechende Kontakte zur Abnahme der gesamten, vom Solarzellenstapel erzeugten Spannung an der Außenseite sind nicht eingezeichnet.
Figur 2 zeigt eine Vergrößerung des Ausschnitts A der schematischen Querschnittsansicht gemäß Figur 1 in einer ersten erfindungsgemäßen Ausführungsform, in der man dielektrische Schichten, insbesondere Oxidschichten, 3 erkennen kann, über welche die Substrate 2, 2' , 2" miteinander verbunden worden sind.
Die dielektrische Schichten 3 wechseln sich dabei zwischen den
einzelnen Substraten 2, 2' , 2" ab. Dieser Wechsel wird vorzugsweise so erreicht, dass immer nur die Oberflächen 2o, 2o\ 2o" der Substrate 2, 2' , 2" oxidiert werden und mit einer jeweils nicht oxidierten Oberfläche 2u, 2u', 2u" eines zweiten Substrats 2, 2(, 2" verbunden werden. Die abschließende Oxidation eines der außenliegenden Substrate 2, 2', 2" kann nach der Verbindung der Substrate 2, 2*, 2" erfolgen und wurde ebenfalls eingezeichnet. Sollte beispielsweise das Substrat 2" das letzte und/oder unterste Substrat im Substratstapel 1 sein, ist eine Oxidation der Oberfläche 2u" denkbar, um den Substratstapel vollumfänglich mit Oxid einzuschließen. Eine derartige Oxidation der Oberfläche 2u" wird in Figur 2 dargestellt. In dieser speziellen erfindungsgemäßen
Ausführungsform erzeugen Durchgänge 4 eine leitende Verbindung zwischen jeweils zwei Substraten 2, 2', 2" . Die Abnahme der Spannung erfolgt an äußeren, freiliegenden Kontaktstellen 5, die einen Durchmesser D aufweisen.
Die Verbindung der Substrate 2, 2' und 2" kann theoretisch ebenfalls durch einen Direktbond erfolgen. Sind allerdings die Materialien der Substrate 2, 2', 2" unterschiedlich zu den Materialien der dielektrischen Schicht 3, erfolgt der so erzeugte Direktbond nicht mit optimaler
Qualität.
Die Herstellung der Kontaktstellen 5 erfolgt mit recht ungenauen Masken und Prozessen, wobei der mittlere Durchmesser D der Kontaktstellen 5 größer ist als der mittlere Ausrichtungsfehler f zwischen den jeweiligen benachbarten Kontaktstellen 5. Somit kann auch die Herstellung der Kontaktstellen 5 auf dem jeweiligen Substrat schneller und
kostengünstiger erfolgen. Das Verhältnis zwischen des Durchmessers D und dem mittleren Ausrichtungsfehler f ist bei der gezeigten
Ausführungsform etwa 2.
Eine erfindungsgemäß bevorzugte Ausführungsform besteht daher in der Oxidierung aller Oberflächen 2o, 2o\ 2o", 2u, 2u', 2u", aller Substrate 2, 2% 2" gemäß Figur 3, zur Erzeugung einer, insbesondere
vollflächigen, dielektrischen Schicht 3. Auf Grund der Oxidierung beider Oberflächen 2o, 2o ', 2o" , 2u, 2u', 2u" der Substrate 2, 2', 2" werden gleichzeitig und/oder anschließend Kontaktstellen 5 in den dielektrischen Schichten auf beiden Seiten der Substrate 2, 2', 2" erzeugt.
Figur 4 zeigt eine besondere, für die Solarindustrie interessante
Ausführungsform, bei der keine Durchgänge 4 existieren. Die Abnahme der Spannung erfolgt an den äußeren, freiliegenden Kontaktstellen S . Die einzelnen p- und n-Übergänge sind wechselseitig über die im
Bondinterface liegenden Kontaktstellen 5 miteinander verbunden. Sollte es zweckdienlich sein, dennoch entsprechende Durchgänge 5 einzubauen, können diese gemäß den Figuren 2-3 hergestellt werden.
Figur 5 zeigt eine erfindungsgemäße Ausfuhrungsform der beidseitigen Oxidation eines Substrats 2, 2', 2" ohne TSVs.
Die Figuren 6 und 7 zeigen die bevorzugtesten erfindungsgemäßen Ausführungsformen. Die leitende Verbindung zwischen den n- und p- Bereichen der Substrats 2, 2', 2 "wird nicht durch Kontaktstellen S, die regelmäßig oder unregelmäßig in die dielektrischen Schichten 3
eingebracht wurden, sondern durch ein Netzwerk an Nanopartikcln 6, die in die dielektrische Schicht 3 * eingebettet wurden, hergestellt. Die Dichte der dielektrischen Nanopartikel 6 ist dabei so groß, dass sich immer eine elektrische leitfähige Verbindung zwischen dem n-Bereich der einen Solarzelle und dem p-Bereich der zweiten Solarzelle ergibt. Denkbar ist auch, die Nanopartikel 6 nur in einem Teilbereich der dielektrischen Schicht 3 ', an denen eine Kontaktierung erfolgen soll, anzuordnen.
Die Figur 8 zeigt eine Vergrößerung der dielektrischen Schichten 3 ' mit den entsprechenden Nanopartikeln 6. Die an der Außenseite des erfindungsgemäßen Substratstapels 1 liegenden Kontaktstelle 5 dienen vorzugsweise der Spannungsabnahme.
In ganz speziellen, daher nicht bevorzugten, Ausführungsformen kann es auch möglich sein, auf die Oxidschichten 3 gänzlich zu verzichten, um die Solarschichten 2, 2', 2" direkt miteinander zu verbinden.
Die Figuren 9a-c zeigen drei erfindungsgemäße Kontaktstellen 5, 5 ' und 5" . Die beiden erfindungsgemäßen Kontaktstellen 5 und 5" sind vollflächig, während die zweite erfindungsgemäße Kontaktstelle 5 ' ringförmig ausgebildet ist. Die erfindungsgemäße Kontaktstelle 5' besitzt den Durchmesser D und eine Ringbreite d. Zwei derartige, auf jeweils zueinander gegenüberliegenden Substraten 2, 2', 2" befindliche
Kontaktstellen 5 ' Überlagern sich entweder vollständig, oder schneiden sich in zwei bzw. einem Schnittpunkt. Da die vollständige Überlagerung sowie die auf einen Punkt reduzierte Kontaktierung bei einer (ohne Ausrichtungsanlagen durchgeführten) Positionierung und Kontaktierung eher unwahrscheinlich ist, werden sich zwei derartige Kontaktstellen ind er Praxis größtenteils bzw. immer in zwei Schnittpunkten schneiden. Der Stromtransport wird dann auf die beiden Kontaktpunkte reduziert. Je größer der Durchmesser D der Kontaktstelle 5' , desto weniger sensitiv reagiert die erfindungsgemäße Ausführungsform auf Ausrichtungsfehler, da ein größerer Durchmesser D auch eine größere Wahrscheinlichkeit einer Kontaktierung bedeutet.
Figure imgf000031_0001

Claims

Pat e ntansprüche
Verfahren zur Herstellung eines Mehrfachsubstratstapels aus einem wellenlängensensitiven Halbleitersubstrat (2) und mindestens einem weiteren wellenlängensensitiven Halbleitersubstrat (2', 2") mit folgenden Schritten:
Aufbringung einer zumindest abschnittsweise elektrisch leitfähigen dielektrischen Schicht (3, 3 ') auf mindestens eine Substratoberfläche (2o, 2o', 2o" , 2u, 2u' , 2u") mindestens eines der Halbleitersubstrate (2, 2', 2") und
Kontaktierung des Halbleitersubstrats (2) mit dem weiteren Halbleitersubstrat (2', 2") und Ausbildung einer elektrisch leitfähigen Verbindung zwischen den Halbleitersubstraten (2, 2' , 2").
Verfahren nach Anspruch 1 , bei dem jedes Halbleitersubstrat (2, 24 , 2") eine n-Dotierungsschicht und eine p-Dotierungsschicht aufweist, wobei benachbarte Halbleitersubstrate (2, 2*, 2") jeweils mit einer n-Dotierungsschicht an eine p-Dotierungsschicht des benachbarten Halbleitersubstrats (2, 2', 2") angrenzen. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, bei dem die dielektrische Schicht (3, 3 ') durch einen Sol-Gel-Prozess als Matrixverbundwerkstoff ausgebildet wird, insbesondere als mit leitfähigen Partikeln, vorzugsweise Nanopartikeln, versetzte keramische Schicht, vorzugsweise eine Siliziumoxidschicht. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, bei dem die dielektrische Schicht (3, 3 ') durch zumindest abschnittsweise Aufbringung von Nanopartikeln und anschließende Oxidation der dielektrischen Schicht (3, 3 ') durch ein natives Oxid erzeugt wird. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Halbleitersubstrate (2, 2% 2") als Solarzellen ausgebildet sind. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Halbleitersubstrate (2, 2', 2") in, insbesondere zumindest teilweise, vorzugsweise überwiegend, noch bevorzugter vollständig, unterschiedlichen Wellenlängenbereichen wellenlängensensitiv ausgebildet sind. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die dielektrische Schicht (3, 3') jeweils auf zwei gegenüberliegenden Substratoberflächen (2o, 2o', 2o* \ 2u, 2u' , 2u") aufgebracht wird. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem eine, insbesondere rein mechanische, Ausrichtung der Halbleitersubstrate (2, 2' , 2") vor dem oder beim Kontaktieren ohne Optikmittel und/oder ohne optische Ausrichtungsmarkierungen auf den Halbleitersubstraten (2, 2', 2" ) erfolgt. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem nach oder bei der Kontaktierung der Halbleitersubstrate (2, 2', 2") ein, insbesondere permanenter, Bond zwischen den Halbleitersubstraten (2, 2', 2") ausgebildet wird, vorzugsweise ein Direktbond oder ein Fusion-Bond. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Halbleitersubstrate (2, 2', 2") elektrisch leitfähige Durchgänge (4) zur elektrisch leitfähigen Verbindung jeweils voneinander abgewandter Substratoberflächen (2o, 2o', 2o" , 2u, 2u', 2u") jedes der Halbleitersubstrate (2, 2', 2") aufweisen. Verfahren nach Anspruch 10, bei dem die dielektrische Schicht (3 , 3 ') nur abschnittsweise an den Durchgängen (4) mit elektrisch leitfähigen Kontaktstellen (S) ausgebildet wird. Verfahren nach Anspruch 1 1, bei dem die Kontaktstellen (5) mit einem Durchmesser D ausgebildet werden, der mindestens gleich groß, vorzugsweise größer, wie ein mittlerer Ausrichtungsfehler f beim Kontaktieren ist. Mehrfachsubstratstapel aus einem, insbesondere wellenlängensensitiven, Halbleitersubstrat (2) und mindestens einem weiteren, insbesondere wellenlängensensitiven, Halbleitersubstrat (2\ 2") mit einer zumindest abschnittsweise elektrisch leitfähigen dielektrischen Schicht (3, 3 ') auf mindestens einer Substratoberfläche (2o, 2o\ 2o", 2u, 2u\ 2u") mindestens einem der Halbleitersubstrate (2, 2', 2") und einer durch Kontaktierung des Halbleitersubstrats (2) mit dem weiteren Halbleitersubstrat (2', 2") hergestellten elektrisch leitfähigen Verbindung zwischen den Halbleitersubstraten (2, 2', 2").
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