Solar cell metallization by laser transfer of 

metal micro‐droplets

Michael Zenou1,2 ,Lee Bar‐On2 , Amir Saar2 and Zvi Kotler1

1‐AdditiveManufacturing Group, Orbotech ltd,  Israel2‐ Racah Physics Institute, Hebrew University , Israel 

Presentation Content

• Introduction Of Laser Induced Forward Transfer (LIFT)

• Novel LIFT method TIN –LIFT. • TIN‐LIFT printed contact on silicon• Application to solar cells• Conclusion

LASER INDUCED FORWARD TRANSFER 

J. Bohandy, B. F. Kim, and F. J. Adrian, “Metal deposition from a supported metal film using an excimer laser”, J.Appl.Phys, 60 (1986)

Transparent Substrate

Transferred Materials

Laser Absorption and local heating

DonorDonor

AcceptorAcceptor

Laser Induced Forward Transfer (1986)

Hole  Size in the donor

Focus Spot Size 

Transferred Material size 

A large range of materials:Ti , Al, Ni, Refractory metal, Organic material ,multi‐layer… 

Advantages : large range of materials, resolutionsDisadvantages : printing quality, close contact

High horizontal   Resolution 

Bad printing quality:adhesion, pixel 

interconnection, debris ... 

Microscope picture of printed line

LIFT allows transfer of micro‐droplet(2005) 

Melting of the layer during the pulse 

width

[3] David A. Willis and Vicentiu Grosu , “Microdroplet deposition by laser‐induced forward transfer”, Appl. Phys. Lett. 86, 244103 (2005)

Good contact quality

Advantages : large range of materials, sub‐spot resolutionprinting quality. 

Disadvantage : close contact, reactive material

Hole  Size in the donor

Focus Spot Size 

Transferred Material size 

Sub‐spot size resolutiondrop >150 nm was demonstrated  Droplet position accuracy 

Donor  needs close contact 

MainDespite LIFT’s advantages, limited utilization in industrial process  

No directing force to maintain accuracy

Liquid pool of the metal

THERMAL INDUCED NOZZLE FORMATION‐LIFT

Thermal Induced Nozzle (TIN‐LIFT)

hm=Materials Thickness

hp=Heated Zone during the pulse width

Self Nozzle formed during  printing

Heat propagation

SEM picture of the donor and the droplet 

Print quality dependence on the gap size

Printed Aluminum patterns on different type of Substrate

GlassGlass PaperPaper

PET PET 

Donor thickness = 500nm Gap  = 300 mHorizontal resolution =10 m 

TIN‐LIFT PRINTED CONTACT ON SILICON

Direct contact formation during the printing process 

Contact characteristic measurement method

P‐type wafer 

IV curve of the LIFT printed contact vs. the pulse energy 

Specific contact resistivity Specific contact resistance measured by  TLM• p   m‐Si: ρ

APPLICATION TO SOLAR CELLCONNECTION OF HIGH VOLTAGE CELLS  

High Voltage Solar Cell on SOI wafer

40 µm

10 µm

Metallization  path 

p type

p type

n type

n type

single solar cell 

Metal Bridge

Metal Bridge

Metal BridgeConnection

Pad

Metal Bridge

ConnectionPad

ConnectionPad

24

Metallization with TIN‐LIFT of aluminum 

Before MetallizationBefore Metallization After  MetallizationAfter  MetallizationLine width of 10 µm

IV curve for two rows of diodes connected in a series

IV 

η1row= 6.7 %η2row= 6.4 %

CONCLUSION

LIFT of micro‐droplet advantages

Non‐Contact and Mask less 

printing method

High horizontal  resolution

Conclusion

• We show a novel LIFT method:1‐ it allow printing at higher gaps.2‐ high horizontal resolution. • Printing of metal micro‐droplets provide a direct contact formation . 

• We demonstrate the metallization technique on vertical solar cell on chip. 

Contact Detail :

micha‐z@orbotech.com