DE102009043975A1 - Solarzelle - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Solarzelle mit einem Halbleiterwafer (1) umfassend eine lichteinfallseitige Vorderseite (2) mit einer Basiselektrode (4), die mit einer Basisschicht (3) des Halbleiterwafers (1) verbunden ist, und eine der Vorderseite (2) entgegengesetzte Rückseite (5) mit einer Emitterelektrode (7), die mit einer Emitterstruktur (6) des Halbleiterwafers (1) verbunden ist, wobei die Emitterstruktur (6) eine auf der Vorderseite (2) des Halbleiterwafers (1) angeordnete Frontseitenemitterschicht (61) umfasst.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Solarzelle mit beidseitiger Kontaktierung.
  • Bei einer waferbasierten Solarzelle aus einem Halbleiterwafer, beispielsweise aus Silizium, fungiert das Halbleiterwafer-Material als Absorbermaterial, um auf einer lichteinfallseitigen Vorderseite einfallendes Licht zu absorbieren und in elektrische Energie umzuwandeln. Wenn der Halbleiterwafer ausreichend gut elektrisch passivierte Oberflächen aufweist, trägt das Absorbermaterial maßgeblich zu den Rekombinationsverlusten in der Solarzelle bei und limitiert somit den Energieumwandlungswirkungsgrad.
  • Gegenwärtig wird der Markt waferbasierter Siliziumsolarzellen durch beidseitig kontaktierte Solarzellen dominiert, die eine p-Typ Basisschicht und eine n-Typ Emitterstruktur aufweisen. Die p-Typ Basisschicht wird üblicherweise mittels einer Bor-Dotierung des Halbleiterwafers erzeugt, während hierauf die n-Typ Emitterstruktur regelmäßig mittels einer Phosphor-Dotierung gebildet wird. Während die Emitterstruktur und die mit ihr verbundene Emitterelektroden auf der Vorderseite aufgebracht werden, werden auf einer der Vorderseite entgegengesetzten Rückseite des Halbleiterwafers Basiselektroden angeordnet.
  • In einem Halbleiter können, vereinfacht dargestellt, Elektronen von Defekten in dem Halbleitermaterial leichter eingefangen werden als Löcher. Dies hängt unter Anderem mit der höheren Mobilität von Elektronen im Vergleich zu Löchern zusammen. Andererseits werden die physikalischen Eigenschaften eines dotierten Halbleiters im Wesentlichen von Minoritätsträgern im Halbleiter bestimmt. Deshalb zeigen p-Typ Halbleiter mit Elektronen als Minoritätsträgern im Allgemeinen bei gleicher Verunreinigung beziehungsweise Dichte an Rekombinationszentren eine höhere Rekombinationsaktivität im Vergleich zu n-Typ Halbleitern. Dieses Verhalten kann physikalisch durch den sogenannten Shockley-Read-Hall-Formalismus beschrieben werden und ist in der Literatur bekannt. Darüber hinaus zeigen mittels Czochralski-Verfahren hergestellte und anschließend mittels Bor-Dotierung zu p-Typ Halbleitern gemachte Siliziumwafer unter Lichteinfall einen weiteren negativen Effekt auf, der unter dem Begriff Bor-Sauerstoff-Degradation ebenfalls bekannt ist. Aufgrund dieser Degradation, die mit der Zeit eintritt und zunimmt, erhöht sich die Rekombinationsrate von Ladungsträgern im Halbleiter, so dass eine hieraus hergestellte Solarzelle eine Verminderung ihres Wirkungsgrades erfährt.
  • Halbleiter, die als n-Typ ausgebildet sind, weisen diese Nachteile nicht auf und haben somit ein deutlich höheres Wirkungsgradpotential. Hocheffizienzsolarzellen basierend auf einer n-Typ Basisschicht gebildet aus n-Typ Wafern (Bulkmaterial) sind in der industriellen Fertigung entweder ausgelegt als rückseitenkontaktierte Solarzellen (back-junction solar cells) oder als Solarzellen mit Heterokontakten. Aufgrund ihres technologisch komplizierten Aufbaus ist die technologische Hürde zur Einführung von Solarzellen mit n-Typ Basisschicht demnach sehr hoch.
  • In EP 1 732 142 A1 wird eine waferbasierte Solarzelle offenbart, welche eine Phosphor-dotierte Basisschicht aufweist. Auf der Vorderseite des n-Typ Halbleiterwafers sind Basiselektroden angeordnet, welche über eine Basiskontaktschicht mit der Basisschicht verbunden sind. Auf der Rückseite des Halbleiterwafers sind eine Emitterschicht und hierauf eine Emitterelektrode ganzflächig aufgebracht. Wenngleich diese Anordnung technologisch einfacher ist, als die beiden vorangehend aufgeführten Solarzellendesigns, weist sie den Nachteil auf, dass die Stromsammelwahrscheinlichkeit sehr niedrig ist, da auf der Vorderseite des Halbleiterwafers durch das einfallende Licht erzeugte Ladungsträger zunächst die relativ dicke Basisschicht passieren müssen, um von der rückseitig angeordneten Emitterschicht eingefangen zu werden.
  • Es ist daher Aufgabe der Erfindung, eine Solarzelle bereitzustellen, welche technologisch einfach aufgebaut ist und zugleich einen hohen Wirkungsgrad aufweist.
  • Die Aufgabe wird gemäß der Erfindung durch eine Solarzelle mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen aufgeführt.
  • Die Erfindung beruht auf dem Gedanken, eine beidseitig kontaktierte Solarzelle mit vorder- beziehungsweise frontseitig angeordneter Basiselektrode und rückseitig angeordneter Emitterelektrode mit einer Emitterstruktur zu versehen, welche eine auf der Vorderseite des Halbleiterwafers angeordnete Frontseitenemitterschicht umfasst. Aufgrund der frontseitig gebildeten Frontseitenemitterschicht werden die bei Lichteinfall auf der Vorderseite des Halbleiterwafers erzeugten Ladungsträgerpaare mittels einer sich zwischen der Emitterstruktur und der Basisschicht ausbildenden Grenzzone getrennt und über die Basis- und Emitterelektroden als elektrischer Strom abgeführt. Die Ladungsträger müssen dann nicht mehr die Basisschicht durchqueren, bevor sie von einer rückseitigen Emitterschicht eingesammelt werden. Hierdurch sinkt die Wahrscheinlichkeit, dass sie in der Basisschicht rekombinieren. Dies führt daher zu einer Steigerung des Solarzellenwirkungsgrades.
  • Die Frontseitenemitterschicht kann hierbei einen zusammenhängenden oder mehrere getrennt voneinander auf der Vorderseite angeordnete Abschnitte umfassen. Diese Abschnitte können beispielsweise aufgrund hierzwischen angeordneter Basiselektroden voneinander getrennt sein. Um die Frontseitenemitterschicht der Emitterstruktur mit der Emitterelektrode auf der Rückseite des Halbleiterwafers zu verbinden, können im Halbleiterwafer Durchgangslöcher vorgesehen sein, dessen Wände metallisiert sind oder welche vollständig mit einem elektrisch leitenden Material gefüllt ist. Eine derartige Struktur ist unter dem Begriff Metal-Wrap-Through (MWT) bekannt.
  • Die Emitterelektrode und/oder die Basiselektrode können mittels Auftragens einer Metallpaste, insbesondere einer silberhaltigen Paste für die Basiselektroden, und einer anschließenden Wärmebehandlung (Feuerungsprozess) zur Bildung von Halbleiter-Elektroden-Kontakten hergestellt sein. Mittels einer einzigen Wärmebehandlung können hierbei sowohl die Emitterelektrode als auch die Basiselektrode aus den aufgetragenen Metallpasten erzeugt werden. Die Metallpasten können mittels Siebdruck-, mittels Tintenstrahldruck oder mittels eines anderen geeigneten Verfahrens aufgebracht werden. Aufgrund der zweiseitigen Kontaktierung der Solarzelle können für die Verschaltung mehrerer Solarzellen zu einem Solarzellenmodul herkömmliche Verschaltungstechniken und -vorrichtungen weiterverwendet werden. Insbesondere können die Solarzellen weiterhin mittels Zellverbindern zu Solarzellenstrings verschaltet werden.
  • Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Emitterstruktur eine auf der Rückseite des Halbleiterwafers angeordnete Rückseitenemitterschicht, und einen Transferbereich umfasst, der sich über einen Waferrandbereich und/oder entlang von Wandbereichen eines im Halbleiterwafer gebildeten Durchgangslochs zur Vorderseite des Halbleiterwafers erstreckt. Die Rückseitenemitterschicht, der Transferbereich und die Frontseitenemitterschicht sind miteinander verbunden beziehungsweise gehen ineinander über und bilden somit eine sogenannte Emitter-Wrap-Through-Struktur (EWT-Struktur), wenn sich der Transferbereich entlang der Wandbereiche des Durchgangslochs erstreckt, oder eine Emitter-Wrap-Around-Struktur (EWA-Struktur), wenn sich der Transferbereich über den Waferrandbereich erstreckt.
  • In einer vorteilhaften Weiterbildung ist vorgesehen, dass sich die Emitterstruktur über zumindest etwa 92% der Vorderseite des Halbleiterwafers erstrecken, vorteilhafterweise über zumindest etwa 95%. Anders ausgedrückt, erstreckt sich die Frontseitenemitterschicht über zumindest 92% beziehungsweise 95% der Halbleiterwafervorderseite. Hierbei kann die Frontseitenemitterschicht selbst auch von einer oder mehreren Schichten bedeckt sein, beispielsweise von einer Antireflexionsschicht.
  • Gemäß einer zweckmäßigen Ausgestaltung ist vorgesehen, dass die Basiselektrode über eine Basiskontaktstruktur mit der Basisschicht verbunden ist, wobei die Basiskontaktstruktur voneinander beabstandete Basiskontaktbereiche und/oder eine Frontseitenbasiskontaktschicht umfasst. Die beabstandeten Basiskontaktbereiche sind vorzugsweise fingerförmig ausgebildet und können unterhalb eines Basisbusbars aneinander grenzen oder über einen Basisbusbar elektrisch miteinander verbunden sein.
  • Beim Vorsehen einer Frontseitenbasiskontaktschicht können mehrere Basiselektroden auf der Halbleiterwafervorderseite über eine gemeinsame Frontseitenbasiskontaktschicht mit der Basisschicht verbunden sein. Eine derartige Frontseitenbasiskontaktschicht, die sich vorteilhafterweise über im Wesentlichen die gesamte Vorderseite des Halbleiterwafers erstreckt, hat den Vorteil, dass sie die laterale Leitfähigkeit der Solarzelle für die aus der Basisschicht eingesammelten Ladungsträger erhöht. Diese Ladungsträger können also zunächst auf kürzestem Wege durch die Basisschicht zur Frontseitenbasiskontaktschicht und von dort mit einem niedrigeren elektrischen Widerstand zu den einzelnen Basiselektroden fließen.
  • Andererseits haben voneinander beabstandete Basiskontaktbereiche den Vorteil, dass dadurch die Halbleiterwafervorderseite in der Regel eine höhere Stromsammelwahrscheinlichkeit aufweist, da in dem Oberflächenbereich zwischen den Basiselektroden kein Basiskontaktbereich vorliegt. Um die Rekombinationsverluste auf der Halbleitervorderseite zu minimieren, kann die Frontseitenbasiskontaktschicht entlang eines überwiegenden Teils der Vorderseite des Halbleiterwafers sehr dünn gebildet sein, während sie in einer unmittelbaren Umgebung der Basiselektroden und/oder unmittelbar unterhalb der Basiselektroden dicker ist. Mit „dicker” ist hierbei gemeint sowohl eine Ausführungsform gemeint, bei dem die entsprechenden Bereiche oder Schichten physikalisch eine größere vertikale Ausdehnung aufweisen, als auch eine Ausführungsform, bei der die Dotierungsdichte an den entsprechenden Bereiche oder Schichten erhöht ist.
  • Grundsätzlich gilt, dass Rekombinationsverluste unmittelbar unterhalb metallischer Basiselektroden minimiert werden, indem dort die Dotierungsdichte erhöht beziehungsweise die Basiskontaktbereiche oder die Frontseitenbasiskontaktschicht verstärkt werden/wird. Dagegen werden Rekombinationsverluste an den Oberflächenbereichen, an denen keine Metallisierung vorliegt, beispielsweise in Bereichen zwischen fingerförmigen Basiselektroden, dadurch minimiert, dass dort die Basiskontaktbereiche oder die Frontseitenbasiskontaktschicht wenig ausgeprägt oder gar nicht vorhanden ist.
  • Die Basiskontaktbereiche können fingerförmig ausgebildet und Basiskontaktbereiche unterhalb von Basisbusbars ausweisen. Alternativ kann die Solarzelle ohne Basisbusbars gebildet sein, so dass die fingerförmigen Basiskontaktbereiche an keiner Stelle auf der Halbleitervorderseite aneinander grenzen. Die Basiskontaktbereiche können andererseits in einer bevorzugten Ausführungsform punktförmig ausgebildet sein, wobei derartige Basiskontaktpunkte für eine nachfolgende Kontaktierung eine geeignete Mindestfläche aufweisen müssen. Die Basiskontaktpunkte sind vorzugsweise rasterförmig angeordnet. Bei den punkförmig ausgebildeten Basiskontaktbereichen handelt es sich um Basiskontaktbereiche, die nicht nur voneinander beabstandet sind, sondern darüber hinaus auch voneinander getrennt sind, in dem Sinne, dass sie nicht über weitere Basiskontaktbereiche elektrisch miteinander verbunden sind, sondern nur über die Basisschicht oder zusätzlich über Basiselektroden oder Verschaltungselementen zum Verschalten von Solarzellen zu Modulen. Dies gilt auch für die vorangehend erläuterten fingerförmigen Basiskontaktbereiche bei Solarzellen ohne Basisbusbars.
  • Bevorzugterweise ist vorgesehen, dass die Frontseitenemitterschicht zwischen der Basisschicht und der Frontseitenbasiskontaktschicht angeordnet ist. Hierzu kann beispielsweise zuerst die Emitterstruktur auf dem gesamten Halbleiterwafer beispielsweise durch thermische Diffusion erzeugt werden. Anschließend werden in der Frontseitenemitterschicht Emitterschichtöffnungen erzeugt, durch die eine Kontaktierung zwischen der Basisschicht und der Basiskontaktstruktur erfolgen soll. Anschließend wird die Frontseitenbasiskontaktschicht vorderseitig auf dem Halbleiterwafer erzeugt.
  • Bei einer zweckmäßigen Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Frontseitenbasiskontaktschicht zwischen der Frontseitenemitterschicht und der Basisschicht angeordnet ist. Hierbei sind somit die Frontseitenbasiskontaktschicht und die Frontseitenemitterschicht in einer im Vergleich zur vorangehend erläuterten Ausführungsform umgekehrten Reihenfolge auf der Basisschicht angeordnet. Dies hat den Vorteil, dass eine niederohmigere elektrische Verbindung zwischen der Basisschicht und den Basiselektroden gebildet werden kann.
  • In einer vorteilhaften Ausgestaltung ist vorgesehen, dass die Basiskontaktstruktur eine zwischen der Rückseitenemitterschicht und der Basisschicht angeordnete Rückseitenbasiskontaktschicht umfasst. Die Rückseitenbasiskontaktschicht dient in diesem Fall nicht der elektrischen Verbindung der Basisschicht mit den Basiselektroden. Sie kann stattdessen dazu dienen, den Übergangsbereich zwischen der Basisschicht und der Rückseitenemitterschicht in seinen physikalischen Eigenschaften zu beeinflussen.
  • Ein wesentlicher Vorteil der Rückseitenbasiskontaktschicht ist ähnlich wie bei der Frontseitenbasiskontaktschicht beziehungsweise bei den frontseitigen Basiskontaktbereichen, dass mit ihr die laterale Leitfähigkeit der Basisschicht erhöht wird. Die Majoritätsträger (Elektronen im Falle einer Rückseitenbasiskontaktschicht vom n+-Typ) können sich in der Rückseitenbasiskontaktschicht lateral bewegen, um dann direkt unterhalb von vorderseitigen Basiskontaktbereichen oder Basiselektrodenbereichen in die Basisschicht re-emittiert zu werden. Anschließend müssen die Majoritätsträger nur noch die relativ dünne (beispielsweise 100-200 μm), höherohmige Basisschicht durchqueren und gelangen zum vorderseitigen Basiskontaktbereich oder Basiselektrode. Die Rückseitenbasiskontaktschicht bildet somit wie eine vorderseitige Frontseitenbasiskontaktschicht eine Äquipotentialfläche.
  • Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass die Basisschicht, die Basiskontaktstruktur und/oder die Emitterstruktur zumindest abschnittsweise eine Oberflächenpassivierung aufweisen. Die Oberflächenpassivierung ist vorzugsweise als Oberflächenpassivierungsschicht ausgebildet, die abschnittsweise auf der Basisschicht, der Frontseitenbasiskontaktschicht, der Frontseitenemitterschicht und/oder der Rückseitenemitterschicht gebildet sein kann. Es kann sich hierbei um eine chemische und/oder vorzugsweise um eine Feldeffektpassivierung handeln.
  • In allen hier aufgeführten Ausführungsformen können weitere Schichten vorgesehen sein, um die optischen und/oder elektrischen Eigenschaften der Solarzelle zu beeinflussen. Beispiele hierfür umfassen vorderseitige Antireflexionsschichten und rückseitige Reflektionsschichten. Ferner ist die Vorderseite des Halbleiterwafers vorzugsweise mit einer Texturierung versehene, um einen höheren Anteil des einfallenden Lichts einzufangen und so den Gesamtwirkungsgrad der Solarzelle zu steigern.
  • Vorteilhafterweise ist vorgesehen, dass die Oberflächenpassivierung Aluminiumoxid (Al2O3) umfasst. Eine derartige Oberflächenpassivierung wird vorzugsweise mittels eines Atomlagenabscheideverfahrens (ALD – atomic layer deposition) aufgebracht. Auf diese Weise kann eine sehr effektive Passivierung erreicht werden, deren Dicke sehr genau einstellbar ist. Alternativ können auch andere Materialien und Verfahren zur Bildung einer Oberflächenpassivierung eingesetzt werden, beispielsweise SiNx oder abgeschiedenes oder thermisch aufgewachsenes Siliziumoxid.
  • Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung ist vorgesehen, dass die Basisschicht einen n-Typ Halbleiter und die Emitterstruktur einen p-Typ Halbleiter umfasst. Bei Ausführungsformen mit einer Basiskontaktstruktur ist diese dann vorzugsweise aus einem n+-Typ Halbleiter gebildet. Bevorzugterweise ist insbesondere vorgesehen, dass die Basiskontaktstruktur mittels einer Phosphor Dotierung und die Emitterstruktur mittels einer Bor-Dotierung des Halbleiterwafers gebildet sind.
  • In einer zweckmäßigen Weiterbildung ist vorgesehen, dass die Emitterelektrode als eine ganzflächige Rückseitenmetallisierung gebildet ist, welche die Rückseite des Halbleiterwafers im Wesentlichen voltständig bedeckt. Die Emitterelektrode wird kann mittels ganzflächigen Auftragens einer Aluminiumpaste auf die Halbleiterwaferrückseite und eines sich anschließenden Wärmebehandlungsschrittes erzeugt werden. Vorzugsweise wird sie jedoch mittels eines Abscheideprozesses erzeugt, beispielsweise mittels physikalischer Gasphasenabscheidung (PVD – physical vapor deposition), wobei auch hier die Metallisierung vorzugsweise mittels Aluminium gebildet ist.
  • Zweckmäßigerweise ist vorgesehen, dass die Basisschicht, die Emitterstruktur und/oder die Basiskontaktstruktur mittels Dotierung im Halbleiterwafer ausgebildet sind. Es können hierbei entweder Teile dieser Strukturen, einzelne Strukturen oder auch alle drei Strukturen mittels Dotierung des Halbleiterwafers erzeugt werden, ohne zusätzliche Abscheideverfahren einzusetzen. Die Abscheide- und/oder Auftragungsverfahren können dann bei der Bildung der Elektroden und weiterer Schichten eingesetzt werden.
  • Die Erfindung wird im Folgenden anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Figuren erläutert. Hierbei zeigen in schematischer Querschnittsansicht:
  • 1 eine Solarzelle mit einer Frontseitenbasiskontaktschicht und einer Frontseitenemitterschicht;
  • 2 eine Solarzelle mit einer Frontseitenbasiskontaktschicht und einer Frontseitenemitterschicht gemäß einer weiteren Ausführungsform;
  • 3 eine Solarzelle mit voneinander beabstandeten Basiskontaktbereichen auf der Vorderseite des Halbleiterwafers; und
  • 4 eine Solarzelle mit einer Frontseiten- und einer Rückseitenbasiskontaktschicht.
  • Die 1 zeigt eine Solarzelle mit einem Halbleiterwafer 1 umfassend eine Basisschicht 3. Vorzugsweise ist die Basisschicht 3 aus einem Halbleiterwafer 1 hervorgegangen, indem dieser mittels Phosphor-Dotierung zu einem n-Typ Halbleiter gemacht worden ist. Bei dem Halbleiterwafer 1 kann es sich beispielsweise um einen aus einem Czochralski-Verfahren hervorgegangenen Siliziumwafer handeln. Die Vorderseite 2 des Halbleiterwafers 1 ist texturiert, um die Lichteinfangwahrscheinlichkeit und somit den Wirkungsgrad der Solarzelle zu steigern. Die Texturierung ist anhand einer zickzackförmigen Oberfläche in den 1 bis 4 schematisch angedeutet.
  • Auf der Basisschicht 3 des Halbleiterwafers 1 ist eine Emitterstruktur 6 umfassend eine Frontseitenemitterschicht 61, eine Rückseitenemitterschicht 62 und einen Transferbereich 60 gebildet. Bei der hier erläuterten Ausführungsform mit der beispielsweise phosphordotierten n-Typ Basisschicht 3, ist die Emitterstruktur 6 als p-Typ ausgebildet, vorzugsweise mittels Bor-Dotierung.
  • Der Transferbereich 60 erstreckt sich entlang von Wandbereichen eines Durchgangslochs 8, welches in dem Halbleiterwafer 1 gebildet ist, beispielsweise mittels laserunterstützter Bohrung. Die Solarzelle in der Ausführungsform gemäß 1 ist somit als EWT-Solarzelle (EWT – emitter wrap through) ausgebildet. Das ist auch bei den weiteren Ausführungsformen der Fall, welche in den 2 bis 4 dargestellt sind. In alternativen Ausführungsformen kann das Durchgangsloch 8 jedoch auch lediglich vollständig oder teilweise metallisiert sein, was bei einer MWT-Solarzelle (MWT – metal wrap through) der Fall ist.
  • Auf der Vorderseite 2 des Halbleiterwafers 1 ist auf der Frontseitenemitterschicht 61 ganzflächig eine Frontseitenbasiskontaktschicht 91 als Teil einer Basiskontaktstruktur 9 gebildet und durch Emitterschichtöffnungen 63 in der Frontseitenemitterschicht 61 mit der Basisschicht 3 verbunden. Auf der Frontseitenbasiskontaktschicht 91 sind Basiselektroden 4 angeordnet, welche über die Basiskontaktstruktur 9 mit der Basisschicht 3 elektrisch verbunden sind. Bei der hier erläuterten Ausführungsform mit einer n-Typ Basisschicht 3, ist die Basiskontaktstruktur 9 aus einem n+-Typ Halbleitermaterial gebildet, beispielsweise wiederum mittels Phosphor-Dotierung.
  • Schließlich ist die Vorderseite 2 des Halbleiterwafers 1 von einer Oberflächenpassivierungsschicht 10 bedeckt, wobei die Basiselektroden 4 für Kontaktierungszwecke freigelegt sind. Anstelle oder zusätzlich zu der Oberflächenpassivierungsschicht 10 kann auf der Vorderseite 2 auch eine Antireflexionsschicht vorgesehen sein. Die Oberflächenpassivierung 10 kann beispielsweise aus SiNx oder aus Aluminiumoxid (Al2O3) gebildet sein.
  • Auf einer der Vorderseite 2 entgegengesetzten Rückseite 5 des Halbleiterwafers 1 ist auf der Rückseitenemitterschicht 62 eine ganzflächige Emitterelektrode 7 angeordnet, welche Aluminium umfasst. Die Emitterelektrode 7 kann beispielsweise mittels Auftragen einer Metallpaste, zum Beispiel einer Aluminiumpaste mit Hilfe von Siebdruck, und einer anschließenden Wärmebehandlung erzeugt worden sein. Vorzugsweise ist die Emitterelektrode 7 jedoch mittels physikalischer Gasphasenabscheidung (PVD) gebildet, gegebenenfalls in Kombination mit weiteren Metallisierungsprozessen zur Verstärkung der so gebildeten Metallisierungsschicht und/oder zur Verbesserung seiner Lötbarkeit.
  • Zwischen der Emitterelektrode 7 und der Rückseitenemitterschicht 62 ist auf einem Abschnitt der Rückseite 5 eine dielektrische Schicht 11 angeordnet, welche Schichtöffnungen 111 aufweist, durch die eine Kontaktierung der Emitterelektrode 7 mit der Rückseitenemitterschicht 62 erfolgt. Die dielektrische Schicht 11 ist in allen hier dargestellten Ausführungsformen lediglich optional und kann beispielsweise zur Oberflächenpassivierung dienen. Hierzu ist sie vorzugsweise aus Aluminiumoxid und bevorzugt mittels Atomanlagenabscheidung (ALD-Verfahren) gebildet.
  • Die 2 zeigt eine weitere Ausführungsform einer Solarzelle, welche sich von der Ausführungsform aus der 1 dadurch unterscheidet, dass auf der Vorderseite 2 des Halbleiterwafers 1 die Reihenfolge der Frontseitenemitterschicht 61 und der Frontseitenbasiskontaktschicht 91 geändert ist. Mit anderen. Worten, die Frontseitenbasiskontaktschicht 91 ist zwischen der Basisschicht 3 und der Frontseitenemitterschicht 61 angeordnet und durch Emitterschichtöffnungen 63 in der Frontseitenemitterschicht 61 mit den Basiselektroden 4 kontaktiert. Die photovoltaisch aktive Zone auf der Vorderseite 2 des Halbleiterwafers 1 bildet somit ein Übergang zwischen der Emitterstruktur 6 und der Basiskontaktstruktur 9.
  • Eine weitere Ausführungsform einer Solarzelle wird in der 3 dargestellt. Gleiche Bezugszeichen sind für gleiche Strukturelemente verwendet und es wird zur Vermeidung von Wiederholungen ausdrücklich auf die vorangehenden Erläuterungen verwiesen. Anders als bei den in 1 und 2 gezeigten Ausführungsformen umfasst die Basiskontaktstruktur 9 hier anstelle der Frontseitenbasiskontaktschicht 91 mehrere Basiskontaktbereiche 90 direkt unterhalb der Basiselektroden 4.
  • Schließlich wird in der 4 eine weitere Ausführungsform der Solarzelle dargestellt, bei der die Basiskontaktstruktur 9 neben der Frontseitenbasiskontaktschicht 91, welche in der Ausführungsform gemäß der 2 zwischen der Basisschicht 3 und der Frontseitenemitterschicht 61 gebildet ist, eine Rückseitenbasiskontaktschicht 92 umfasst. Die Rückseitenbasiskontaktschicht 92 ist hierbei nicht dazu vorgesehen, die Basisschicht 3 mit den Basiselektroden 4 zu verbinden. Vielmehr dient sie dazu, die laterale Leitfähigkeit der Majoritätsträger der Basisschicht zu erhöhen. Zudem kann sie dazu dienen, die physikalischen Eigenschaften des Übergangs zwischen der Basisschicht 3 und der Emitterstruktur 6 auf der Rückseite 5 des Halbleiterwafers 1 zu beeinflussen. Bei der hier behandelten n-Typ Basisschicht 3 ist die Rückseitenbasiskontaktschicht 92 vorzugsweise wie die Frontseitenbasiskontaktschicht 91 als n+-Typ ausgebildet.
  • Bezugszeichenliste
    • 1
    Halbleiterwafer
    2
    Vorderseite des Halbleiterwafers
    3
    Basisschicht
    4
    Basiselektrode
    5
    Rückseite des Halbleiterwafers
    6
    Emitterstruktur
    60
    Transferbereich
    61
    Frontseitenemitterschicht
    62
    Rückseitenemitterschicht
    63
    Emitterschichtöffnung
    7
    Emitterelektrode
    8
    Durchgangsloch
    9
    Basiskontaktstruktur
    90
    Basiskontaktbereich
    91
    Frontseitenbasiskontaktschicht
    92
    Rückseitenbasiskontaktschicht
    10
    Oberflächenpassivierung, Oberflächenpassivierungsschicht
    11
    dielektrische Schicht
    111
    Schichtöffnungen
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • EP 1732142 A1 [0006]

Claims (13)

  1. Solarzelle mit einem Halbleiterwafer (1) umfassend eine lichteinfallseitige Vorderseite (2) mit einer Basiselektrode (4), die mit einer Basisschicht (3) des Halbleiterwafers (1) verbunden ist, und eine der Vorderseite (2) entgegengesetzte Rückseite (5) mit einer Emitterelektrode (7), die mit einer Emitterstruktur (6) des Halbleiterwafers (1) verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Emitterstruktur (6) eine auf der Vorderseite (2) des Halbleiterwafers (1) angeordnete Frontseitenemitterschicht (61) umfasst.
  2. Solarzelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Emitterstruktur (6) – eine auf der Rückseite (5) des Halbleiterwafers (1) angeordnete Rückseitenemitterschicht (62), und – einen Transferbereich (60) umfasst, der sich über einen Waferrandbereich und/oder entlang von Wandbereichen eines im Halbleiterwafer (1) gebildeten Durchgangslochs (8) zur Vorderseite (2) des Halbleiterwafers (1) erstreckt.
  3. Solarzelle nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Emitterstruktur (6) über zumindest etwa 92% der Vorderseite (2) des Halbleiterwafers (1) erstrecken, vorteilhafterweise über zumindest etwa 95%.
  4. Solarzelle nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Basiselektrode (4) über eine Basiskontaktstruktur (9) mit der Basisschicht (3) verbunden ist, wobei die Basiskontaktstruktur (9) voneinander beabstandete Basiskontaktbereiche (90) und/oder eine Frontseitenbasiskontaktschicht (91) umfasst.
  5. Solarzelle nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Frontseitenemitterschicht (61) zwischen der Basisschicht (3) und der Frontseitenbasiskontaktschicht (91) angeordnet ist.
  6. Solarzelle nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Frontseitenbasiskontaktschicht (91) zwischen der Frontseitenemitterschicht (61) und der Basisschicht (3) angeordnet ist.
  7. Solarzelle nach einem der Ansprüche 4 bis 6, soweit rückbezogen auf Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Basiskontaktstruktur (9) eine zwischen der Rückseitenemitterschicht (62) und der Basisschicht (3) angeordnete Rückseitenbasiskontaktschicht (92) umfasst.
  8. Solarzelle nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Basisschicht (3), die Basiskontaktstruktur (9) und/oder die Emitterstruktur (6) zumindest abschnittsweise eine Oberflächenpassivierung (10) aufweisen.
  9. Solarzelle nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberflächenpassivierung (10) Aluminiumoxid (Al2O3) umfasst.
  10. Solarzelle nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Basisschicht (3) einen n-Typ Halbleiter und die Emitterstruktur (6) einen p-Typ Halbleiter umfasst.
  11. Solarzelle nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Basiskontaktstruktur (9) mittels einer Phosphor-Dotierung und die Emitterstruktur (6) mittels einer Bor-Dotierung des Halbleiterwafers (1) gebildet sind.
  12. Solarzelle nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Emitterelektrode (7) als eine ganzflächige Rückseitenmetallisierung gebildet ist, welche die Rückseite (5) des Halbleiterwafers (1) im Wesentlichen vollständig bedeckt.
  13. Solarzelle nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Basisschicht (3), die Emitterstruktur (6) und/oder die Basiskontaktstruktur (9) mittels Dotierung im Halbleiterwafer (1) ausgebildet sind.
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Families Citing this family (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8143143B2 (en) 2008-04-14 2012-03-27 Bandgap Engineering Inc. Process for fabricating nanowire arrays
NL1038916C2 (en) * 2011-07-01 2013-01-07 Stichting Energie Photovoltaic cell with wrap through connections.
CN102299212B (zh) * 2011-09-28 2014-09-24 山东力诺太阳能电力股份有限公司 一种晶体硅太阳能电池制作方法
WO2013123066A1 (en) * 2012-02-14 2013-08-22 Bandgap Engineering, Inc. Screen printing electrical contacts to nanowire areas
CN102820343B (zh) * 2012-08-16 2014-12-10 常州天合光能有限公司 具有无发射极区的太阳能电池及其制备方法
CN103985771A (zh) * 2014-03-31 2014-08-13 南通大学 双面电极太阳能电池及太阳能电池阵列
GB201720532D0 (en) 2017-12-08 2018-01-24 Mclaren Automotive Ltd Moveable underslung wing

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4665277A (en) * 1986-03-11 1987-05-12 The United States Of America As Represented By The Administrator Of The National Aeronautics And Space Administration Floating emitter solar cell
US6262359B1 (en) * 1999-03-17 2001-07-17 Ebara Solar, Inc. Aluminum alloy back junction solar cell and a process for fabrication thereof
EP1732142A1 (de) 2005-06-09 2006-12-13 Shell Solar GmbH Si Solarzelle und ihr Herstellungsverfahren
US20090126788A1 (en) * 2006-03-01 2009-05-21 Sanyo Electric Co., Ltd. Solar cell and solar cell module including the same

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4665277A (en) * 1986-03-11 1987-05-12 The United States Of America As Represented By The Administrator Of The National Aeronautics And Space Administration Floating emitter solar cell
US6262359B1 (en) * 1999-03-17 2001-07-17 Ebara Solar, Inc. Aluminum alloy back junction solar cell and a process for fabrication thereof
EP1732142A1 (de) 2005-06-09 2006-12-13 Shell Solar GmbH Si Solarzelle und ihr Herstellungsverfahren
US20090126788A1 (en) * 2006-03-01 2009-05-21 Sanyo Electric Co., Ltd. Solar cell and solar cell module including the same

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