DE102010017180A1

DE102010017180A1 - Solarzelle, Solarmodul, und Verfahren zum Verdrahten einer Solarzelle, und Kontaktdraht

Info

Publication number: DE102010017180A1
Application number: DE102010017180A
Authority: DE
Inventors: Andreas Krause; Olaf Storbeck; Martin KUTZER; Alexander Fülle
Original assignee: SolarWorld Innovations GmbH
Current assignee: SolarWorld Innovations GmbH
Priority date: 2010-06-01
Filing date: 2010-06-01
Publication date: 2011-12-01
Also published as: US20110290298A1; CN102270677A

Abstract

Es wird eine Solarzelle (100) bereitgestellt, aufweisend eine Schichtenstruktur (100) mit mindestens einer photovoltaischen Schicht; und eine Mehrzahl von auf der Oberfläche der Schichtenstruktur (100) verlaufenden Kontaktdrähten (102); wobei die Kontaktdrähte (102) radial zu deren Achse drahtgebondet sind auf die Oberfläche der Schichtenstruktur (100).

Description

Verschiedene Ausführungsbeispiele betreffen eine Solarzelle, ein Solarmodul, und ein Verfahren zum Verdrahten einer Solarzelle, und einen Kontaktdraht.
Eine Solarzelle besteht üblicherweise aus einem Substrat mit einer Vorderseite und einer Rückseite, wobei auf mindestens einer der beiden Seiten eine Kontaktstruktur oder eine Mehrzahl von Kontaktstrukturen aufgebracht ist oder sind. Typischerweise hat die Kontaktstruktur eine Breite von mindestens 100 μm, während ihre Dicke nur etwa 10 bis 15 μm beträgt. Eine größere Breite der Kontaktstruktur führt zu einer Verminderung des Wirkungsgrads aufgrund der dadurch erhöhten Abschattung, während eine Verringerung der Breite zur Folge hat, dass der Linienwiderstand der Kontaktstruktur erhöht wird. Ferner wird der Strom der einzelnen Kontaktstrukturen in so genannten Sammelschienen (auch bezeichnet als Busbars) zusammengeführt, wodurch eine weitere Abschattung der Vorderseitenfläche verursacht wird.
Die Verschaltung von Solarzellen geschieht im Allgemeinen mittels Kontaktbändchen (im Folgenden auch bezeichnet als Kontaktdrähte), die auf die Busbars der Solarzelle gelötet werden. Dabei wird der gesamte Strom durch die Kontaktbändchen geführt. Um die Widerstandsverluste so gering wie möglich zu halten, bedarf es einer gewissen Gesamtquerschnittsfläche dieser Kontaktbändchen. Dies hat zur Folge, dass der Verlust durch die Abschattung auf der Vorderseite führt. Ein weiterer Nachteil besteht darin, dass das Kontaktbändchen beim Verlöten Spannungen auf die Schnittstelle Paste(anders ausgedrückt Lötpaste)-Wafer ausübt, was bis zum Bruch der Solarzelle führen kann.
Auch führt die herkömmliche Verschaltung in einem Solarmodul aufgrund von ohmschen Verlusten und Abschattungsverlusten zu hohen Leistungsverlusten im Solarmodul. Bei üblicherweise drei Kontaktbändchen ist für den Siebdruck relativ viel Paste erforderlich, um die Leitfähigkeit der Gitterleitungen (auch bezeichnet als Gridlines) zu gewährleisten.
Um ein gutes Solarmodul zu kreieren sollte(n) die Kontaktstruktur(en) der Solarzelle und die Anzahl und Dimension der Kontaktbändchen miteinander kombiniert optimiert werden.
Bei einer Vielzahl dünner zu positionierender Kontaktdrähte liegt ein Problem in deren Handhabung und der Positionierung der dünnen Kontaktdrähte auf der Solarzelle.
In der Patentschrift DE 10 239 845 C1 wird ein Verfahren beschrieben, bei dem die Drähte auf einen optisch transparenten Film mithilfe eines optisch transparenten Klebers fixiert werden und anschließend auf die Metallisierung der Solarzelle fixiert werden. Dabei bleiben Film und Kleber im Solarmodul. Dies impliziert relativ hohe Anforderungen an den Kleber und den Film hinsichtlich der Langzeitstabilität und verursacht dadurch relativ hohe Kosten.
Ein weiterer Nachteil kann darin gesehen werden, dass immer noch relativ große Mengen an kostenintensiver Siebdruckpaste bei dem Verfahren gemäß DE 10 239 845 C1 benötigt werden.
Ferner ist in EP 2 009 703 A1 ein Verfahren zum Kontaktieren einer Solarzelle beschrieben, bei dem ein Draht axial an eine Oberflächenelektrode drahtgebondet wird. Dies erfordert jedoch einen hohen Platzbedarf und ist insbesondere bei einem Verdrahten einer Vielzahl von Kontaktdrähten sehr umständlich und teuer und damit unpraktikabel. Zudem gestaltet sich die Einbettung der axial gebondeten Solarzellen als schwierig.
In verschiedenen Ausführungsbeispielen wird weniger Paste zum Befestigen der Kontaktdrähte auf der Solarzelle benötigt als bei herkömmlichen Solarmodulen. Dies führt in verschiedenen Ausführungsbeispielen zu einer Kostenreduktion im Rahmen der Herstellung einer Solarzelle sowie eines Solarmoduls. Auch wird in verschiedenen Ausführungsbeispielen eine Leistungssteigerung auf Solarzellenebene und auf Solarmodulebene erreicht.
In verschiedenen Ausführungsbeispielen wird eine Solarzelle bereitgestellt, aufweisend eine Schichtenstruktur mit mindestens einer photovoltaischen Schicht; und eine Mehrzahl von auf der Oberfläche der Schichtenstruktur verlaufenden Kontaktdrähten. Die Kontaktdrähte sind radial zu deren Achse auf die Oberfläche der Schichtenstruktur drahtgebondet.
Anschaulich ist in verschiedenen Ausführungsbeispielen somit ein Verdrahten von Solarzellen mittels Drahtbond-Technologie vorgesehen, wobei das Drahtbonden derart vorgesehen ist, dass die Kontaktdrähte radial zu deren Achse (bezogen auf ihre Längserstreckung) auf die Oberfläche der Schichtenstruktur drahtgebondet sind.
Unter einer Solarzelle ist in verschiedenen Ausführungsbeispielen eine Einrichtung zu verstehen, die Lichtenergie (beispielsweise zumindest ein Teil des Lichts im sichtbaren Wellenlängenbereich von ungefähr 300 nm bis ungefähr 1150 nm, beispielsweise Sonnenlicht) direkt umwandelt in elektrische Energie mittels des so genannten photovoltaischen Effekts.
Gemäß einer Weiterbildung können mehrere Drahtbond-Verbindungen auf einem durchgängig auf der Oberfläche verlaufenden Kontaktdraht angeordnet sein, ohne dass der Kontaktdraht durch diese Drahtbond-Verbindungen unterbrochen ist.
In verschiedenen Ausführungsbeispielen kann die Schichtenstruktur der Solarzelle eine Basisschicht und eine Emitterschicht aufweisen, die einen pn-Übergangsbereich bilden.
In verschiedenen Ausführungsbeispielen können die Kontaktdrähte bezüglich der Achse radial drahtgebondet sein auf die Oberfläche der Emitterschicht der Solarzelle.
Die Schichtenstruktur kann eine mit der photovoltaischen Schicht elektrisch verbundene Metallisierung aufweisen, wobei die Kontaktdrähte radial zu der Achse der Kontaktdrähte auf die Oberfläche der Metallisierung drahtgebondet sein können.
Die Metallisierung kann eine Vielzahl von elektrisch leitfähigen Punktkontakten aufweisen.
Die elektrisch leitfähigen Punktkontakte können grundsätzlich eine beliebige geeignete Form aufweisen, beispielsweise in Draufsicht eine Kreisform oder eine Ellipsenform oder eine polygonale Form. Beispielsweise kann in einer Weiterbildung zumindest ein elektrisch leitfähiger Punktkontakt der Vielzahl von elektrisch leitfähigen Punktkontakten eine sternförmige Struktur aufweisen. In verschiedenen Ausgestaltungen können mindestens einige elektrisch leitfähige Punktkontakte der Vielzahl von elektrisch leitfähigen Punktkontakten mittels einer Metallisierung miteinander verbunden sein.
So kann beispielsweise die Metallisierung eine Mehrzahl oder Vielzahl von Kontaktstrukturen, beispielsweise in Form von Metallisierungslinien oder Kontaktfingern aufweisen.
In einer Ausgestaltung können die Kontaktdrähte bezüglich der Längsachse der Kontaktdrähte radial an die Oberfläche der Metallisierung drahtgebondet sein.
Die Kontaktdrähte können zumindest teilweise mit einem lötfähigen Material beschichtet sein. Das lötfähige Material kann beispielsweise Zinn, Nickel oder Silber aufweisen.
In einer Ausgestaltung können die Kontaktdrähte zumindest teilweise mit Gold oder Nickel beschichtet sein oder vollständig aus Gold oder Nickel bestehen.
Weiterhin können die die Kontaktdrähte einen polygonen Querschnitt aufweisen.
In noch einer Weiterbildung kann die Schichtenstruktur eine Metallisierung auf der Vorderseite und/oder auf der Rückseite aufweisen.
In noch einer Weiterbildung kann die Schichtenstruktur eine Antireflexionsschicht aufweisen, wobei die Antireflexionsschicht Öffnungen an vorgesehenen Drahtbond-Verbindungsstellen aufweisen kann.
In verschiedenen Ausführungsbeispielen können die Solarzellen des Solarmoduls eine quadratische Form aufweisen. In verschiedenen Ausführungsbeispielen können die Solarzellen des Solarmoduls jedoch auch eine nicht-quadratische Form aufweisen. In diesen Fällen können die Solarzellen des Solarmoduls beispielsweise durch Trennen (beispielsweise Schneiden) und damit Teilen einer oder mehreren (in ihrer Form auch als Standard-Solarzelle bezeichneten) Solarzelle(n) zu mehreren nicht-quadratischen oder quadratischen Solarzellen gebildet werden. In verschiedenen Ausführungsbeispielen kann es in diesen Fällen vorgesehen sein, Anpassungen der Kontaktstrukturen in der Standard-Solarzelle vorzunehmen, beispielsweise können Rückseitenquerstrukturen zusätzlich vorgesehen sein.
In verschiedenen Ausführungsbeispielen wird ein Solarmodul bereitgestellt, das eine Mehrzahl von Solarzellen aufweist, wobei eine Solarzelle oder mehrere Solarzellen des Solarmoduls gemäß einem Ausführungsbeispiel ausgestaltet sein kann. Zumindest einige benachbart angeordnete Solarzellen sind miteinander mittels der Kontaktdrähte elektrisch verbunden.
Die Kontaktdrähte zum elektrischen Verbinden zweier Solarzellen können verbunden sein mit der Vorderseite einer ersten Solarzelle der jeweiligen zwei Solarzellen und mit der Rückseite einer zweiten Solarzelle der jeweiligen zwei Solarzellen.
In verschiedenen Ausführungsbeispielen wird ein Verfahren zum Verdrahten einer Solarzelle bereitgestellt. Das Verfahren kann aufweisen ein Bereitstellen einer Schichtenstruktur mit mindestens einer photovoltaischen Schicht; und ein Drahtbonden einer Mehrzahl Kontaktdrähten auf eine Oberfläche der Schichtenstruktur. Die Kontaktdrähte werden radial zu deren Achse auf die Oberfläche der Schichtenstruktur drahtgebondet.
In einer Ausgestaltung weist das Bereitstellen der Schichtenstruktur auf ein Bereitstellen einer Basisschicht und einer Emitterschicht, die einen pn-Übergangsbereich bilden.
In noch einer Ausgestaltung werden die Kontaktdrähte bezüglich der Längsachse der Kontaktdrähte radial an die Oberfläche der Emitterschicht drahtgebondet.
Das Bereitstellen der Schichtenstruktur kann aufweisen das Aufbringen einer Metallisierung durch Siebdruck, Dispension, Aufdampfen oder Abscheidung. In alternativen Ausführungsbeispielen kann jedes andere geeignete Verfahren zum Aufbringen der Metallisierung eingesetzt werden.
Die Metallisierung kann mit einer Vielzahl von elektrisch leitfähigen Punktkontakten gebildet werden, wie sie beispielsweise oben beschrieben worden sind.
Die Kontaktdrähte können vor dem Drahtbunden zumindest teilweise mit lötfähigem Material beschichtet werden, welches beispielsweise Zinn, Nickel oder Silber aufweist.
In einer Ausgestaltung können die Kontaktdrähte zumindest teilweise mit Gold oder Nickel beschichtet sein oder vollständig aus Gold oder Nickel bestehen.
Das Bereitstellen der Schichtenstruktur kann ferner aufweisen ein Bereitstellen einer Rückseiten-Metallisierung.
In einer Weiterbildung weist das Bereitstellen der Schichtenstruktur ein Bereitstellen einer Antireflexionsschicht auf.
Mehrere Drahtbond-Verbindungen können auf einem durchgängig auf der Oberfläche verlaufendem Kontaktdraht ausgeführt werden, ohne dass der Kontaktdraht durch diese Drahtbond-Verbindungen unterbrochen wird.
In verschiedenen Ausführungsbeispielen wird ein Verfahren zum Verdrahten eines Photovoltaikmoduls mit einer Mehrzahl von Solarzellen bereitgestellt. Das Verfahren kann aufweisen ein Verdrahten der Mehrzahl von Solarzellen gemäß einem Verfahren gemäß einem Ausführungsbeispiel, wie es oben beschrieben worden ist oder auch im Folgenden noch näher erläutert wird. Zumindest einige Solarzellen von einander benachbart angeordneten Solarzellen werden miteinander mittels der Kontaktdrähte elektrisch verbunden.
In einer Weiterbildung ist es vorgesehen, dass die Kontaktdrähte zum elektrischen Verbinden zweier Solarzellen verbunden werden mit der Vorderseite einer ersten Solarzelle der jeweiligen zwei Solarzellen und mit der Rückseite einer zweiten Solarzelle der jeweiligen zwei Solarzellen.
In einer Weiterbildung ist des vorgesehen, dass die Solarzelle eine Rückseitenkontakt-Solarzelle ist, derart gestaltet, dass die Kontakte der Emitterschicht und Basisschicht auf die Rückseite der Solarzelle geführt werden. Die Kontaktdrähte werden dann zum elektrischen Verbinden des Emitterkontaktes der ersten Solarzelle mit dem Basiskontakt der benachbarten zweiten Solarzelle verwendet.
Ein besonderer Vorteil verschiedener Ausführungsbeispiele zeigt sich bei der Verbindung von Rückseiten-Kontakt-Zellen. Dabei sind der Emitter (sonst meist Vorderseiten-Kontakt) und der Basiskontakt (sonst meist Rückseiten-Kontakt) beide auf der Rückseite der Solarzelle angeordnet. Durch konventionelle Verbindungstechnologien (Löten von massiven Lötbändchen) wird Stress in die Solarzelle eingebracht. Dies führt häufig zu starken Verbiegungen der Solarzellen. Durch den relativ kalten bzw. nur lokal erhitzenden Bond-Prozess und die flexiblen Bonddrähte wird das verhindert.
In verschiedenen Ausführungsbeispielen wird ein Kontaktdraht zum Bonden auf eine Solarzelle bereitgestellt, wobei der Kontaktdraht zumindest teilweise eine Beschichtung mit Nickel, Titan oder Gold aufweist.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Figuren dargestellt und werden im Folgenden näher erläutert.
Es zeigen
1 eine Draufsicht auf eine Solarzelle mit Kontaktdrähten gemäß einem Ausführungsbeispiel;
2A und 2B elektrisch leitfähige Punktkontakte gemäß verschiedenen Ausführungsbeispielen;
3A und 3B Kontaktdrähte gemäß verschiedenen Ausführungsbeispielen;
4 eine Solarzelle gemäß einem Ausführungsbeispiel;
5 ein Solarmodul gemäß einem Ausführungsbeispiel;
6 ein Ablaufdiagramm, in dem ein Verfahren zum Verdrahten einer Solarzelle gemäß einem Ausführungsbeispiel dargestellt ist; und
7 eine Anordnung mit zwei Rückseitenkontakt-Solarzellen gemäß einem Ausführungsbeispiel.
In der folgenden ausführlichen Beschreibung wird auf die beigefügten Zeichnungen Bezug genommen, die Teil dieser bilden und in denen zur Veranschaulichung spezifische Ausführungsformen gezeigt sind, in denen die Erfindung ausgeübt werden kann. In dieser Hinsicht wird Richtungsterminologie wie etwa „oben”, „unten”, „vorne”, „hinten”, „vorderes”, „hinteres”, usw. mit Bezug auf die Orientierung der beschriebenen Figur(en) verwendet. Da Komponenten von Ausführungsformen in einer Anzahl verschiedener Orientierungen positioniert werden können, dient die Richtungsterminologie zur Veranschaulichung und ist auf keinerlei Weise einschränkend. Es versteht sich, dass andere Ausführungsformen benutzt und strukturelle oder logische Änderungen vorgenommen werden können, ohne von dem Schutzumfang der vorliegenden Erfindung abzuweichen. Es versteht sich, dass die Merkmale der hierin beschriebenen verschiedenen beispielhaften Ausführungsformen miteinander kombiniert werden können, sofern nicht spezifisch anders angegeben. Die folgende ausführliche Beschreibung ist deshalb nicht in einschränkendem Sinne aufzufassen, und der Schutzumfang der vorliegenden Erfindung wird durch die angefügten Ansprüche definiert.
Im Rahmen dieser Beschreibung werden die Begriffe ”verbunden”, ”angeschlossen” sowie ”gekoppelt” verwendet zum Beschreiben sowohl einer direkten als auch einer indirekten Verbindung, eines direkten oder indirekten Anschlusses sowie einer direkten oder indirekten Kopplung. In den Figuren werden identische oder ähnliche Elemente mit identischen Bezugszeichen versehen, soweit dies zweckmäßig ist.
Anschaulich wird in verschiedenen Ausführungsbeispielen eine elektrische Kontaktierung von Solarzellen bereitgestellt, bei der mittels Bondens eine Solarzelle oder mehrere Solarzellen (beispielsweise aufweisend oder bestehend aus Silizium) direkt kontaktiert wird. Weiterhin kann es in verschiedenen Ausführungsbeispielen vorgesehen sein, dass spezielle Punktkontakte (beispielsweise Bondstrukturen bzw. Lötpadstrukturen) auf der Solarzelle vorhanden sind bzw. bereitgestellt werden, die mittels(draht-)gebondeter Kontaktdrähte miteinander verbunden sind.
1 eine Draufsicht auf eine Solarzelle 100 mit Kontaktdrähten 102 gemäß einem Ausführungsbeispiel.
In verschiedenen Ausführungsbeispielen können Solarzellen, die beispielsweise in oder auf einem Wafer, beispielsweise einem Halbleiterwafer, gebildet werden, elektrisch miteinander verbunden werden und beispielsweise als ein Solarmodul gekapselt werden. Ein Solarmodul kann eine Glasschicht auf dessen Vorderseite aufweisen (d. h. die Sonnenseite, auch bezeichnet als Emitterseite), womit es ermöglicht wird, dass auf das Solarmodul auftreffendes Licht die Glasschicht passieren kann, während gleichzeitig der oder die Halbleiterwafer geschützt wird oder werden, beispielsweise vor Regen, Hagel, Schnee, etc.
In verschiedenen Ausführungsbeispielen kann die Solarzelle 100 die folgenden Dimensionen aufweisen: eine Breite in einem Bereich von ungefähr 10 cm bis ungefähr 50 cm, eine Länge in einem Bereich von ungefähr 10 cm bis ungefähr 50 cm, und eine Dicke in einem Bereich von ungefähr 200 μm bis ungefähr 300 μm.
In verschiedenen Ausführungsbeispielen kann die Solarzelle 100 zumindest eine photovoltaische Schicht (beispielsweise als Teil einer Schichtenstruktur mit einer oder mehreren Schichten) aufweisen. Die mindestens eine photovoltaische Schicht kann aufweisen oder bestehen aus einem Halbleitermaterial (wie beispielsweise Silizium), einem Verbundhalbleitermaterial (wie beispielsweise ein III-V-Verbundhalbleitermaterial wie beispielsweise GaAs), einem II-VI-Verbundhalbleitermaterial (wie beispielsweise CdTe), oder einem I-III-V-Verbundhalbleitermaterial (wie beispielsweise CuInS₂). In verschiedenen Ausführungsbeispielen kann die mindestens eine photovoltaische Schicht aufweisen oder bestehen aus einem organischen Material. In verschiedenen Ausführungsbeispielen kann das Silizium aufweisen oder bestehen aus einkristallinem Silizium, polykristallinem Silizium, amorphem Silizium, und/oder mikrokristallinem Silizium. Die mindestens eine photovoltaische Schicht kann aufweisen oder bestehen aus einer Übergangsstruktur wie beispielsweise einer pn-Übergangsstruktur, einer pin-Übergangsstruktur, einer Schottky-artigen Übergangsstruktur, und dergleichen.
Die Rückseite der Solarzelle 100 kann eine Rückseitenelektrode aufweisen. Die Rückseitenelektrode kann aufweisen oder bestehen aus elektrisch leitfähigem Material, beispielsweise einem Metall wie beispielsweise einem oder mehreren der folgenden Metalle: Cu, Al, Au, Pt, Ag, Pb, Sn, Fe, Ni, Co, Zn, Ti, Mo, W, und/oder Bi. Die Rückseitenelektrode kann optional transparent sein. In verschiedenen Ausführungsbeispielen kann die Rückseitenelektrode strukturiert sein.
Weiterhin kann eine elektrische Kontaktierungsstruktur, beispielsweise implementiert in Form einer Mehrzahl von Metallisierungslinien, anders ausgedrückt Metallisierungsleitern (beispielsweise in Form von Kontaktfingern), auf oder über der vorderen Oberfläche (in anderen Worten, der freigelegten Oberfläche) auf der mindestens einen photovoltaischen Schicht vorgesehen sein. Die Metallisierungslinien können sich im Wesentlichen parallel zueinander erstrecken und/oder im Abstand voneinander. Es ist jedoch anzumerken, dass die Metallisierungslinien alternativ in einem Winkel zueinander verlaufen. In verschiedenen Ausführungsbeispielen können die Metallisierungslinien in einer Kammstruktur mit einer Mehrzahl von Metallfingern, die sich im Wesentlichen parallel zueinander erstrecken, vorgesehen sein. Die Metallisierungslinien sind in einer Implementierung streifenförmige elektrisch leitfähige Oberflächenbereiche. Jede beliebige andere streifenförmige elektrisch leitfähige Oberflächenstruktur kann in alternativen Ausführungsbeispielen vorgesehen sein.
So ist es, wie in 1 gezeigt, in verschiedenen Ausführungsbeispielen vorgesehen, dass die elektrische Kontaktierungsstruktur von elektrisch leitfähigen Punktkontakten 104 gebildet wird.
Anders ausgedrückt kann in verschiedenen Ausführungsbeispielen eine Solarzelle 100 mit einem punktförmig ausgeprägten Vorderseitengrid als die elektrische Kontaktierungsstruktur vorgesehen sein. Das Aufbringen der elektrisch leitfähigen Punktkontakte 104 erfolgt beispielsweise durch Siebdruck oder Bedampfen mit anschließendem Einfeuern (beispielsweise durch einen Hochtemperaturschritt oder einen Laserschritt) oder durch chemische oder elektrochemische Deposition auf die Oberfläche (beispielsweise die Emitterseite) der Solarzelle 100.
Die einzelnen elektrisch leitfähigen Punktkontakte 104 (auch bezeichnet als Bondpads bzw. Lötpads) können dann mit Kontaktdrähten 102 elektrisch kontaktiert werden, die auf die Oberfläche der Solarzelle gelegt bzw. positioniert werden; dabei werden die Kontaktdrähte 102 von einer Positionier- und Ablegevorrichtung (in den Figuren nicht dargestellt) auf die Solarzelle 100 gebracht, die Fixierung kann in verschiedenen Ausführungsbeispielen mittels Lötens oder Drahtbondens erfolgen. In verschiedenen Ausführungsbeispielen sind eine Mehrzahl von Kontaktdrähten 102 auf die Oberfläche der Schichtenstruktur verlaufend angeordnet. Die Kontaktdrähte 102 sind radial zu deren Achse auf die Oberfläche der Schichtenstruktur der Solarzelle 102 drahtgebondet.
Anschaulich kann in der Positionier- und Ablegevorrichtung oder separat davon eine an sich herkömmliche Drahtbond-Vorrichtung vorgesehen sein, die derart eingerichtet ist, dass die Kontaktdrähte 102 radial zu deren Achse auf die Oberfläche der Schichtenstruktur der Solarzelle 102 drahtgebondet werden können.
Anschaulich ist in verschiedenen Ausführungsbeispielen somit ein Verdrahten von Solarzellen mittels Drahtbond-Technologie vorgesehen, wobei das Drahtbonden derart vorgesehen ist, dass die Kontaktdrähte 102 radial zu deren Achse (bezogen auf ihre Längserstreckung) auf die Oberfläche der Schichtenstruktur drahtgebondet sind.
Unter einer Solarzelle ist in verschiedenen Ausführungsbeispielen eine Einrichtung zu verstehen, die Lichtenergie (beispielsweise zumindest ein Teil des Lichts im sichtbaren Wellenlängenbereich von ungefähr 300 nm bis ungefähr 1150 nm, beispielsweise Sonnenlicht) direkt umwandelt in elektrische Energie mittels des so genannten photovoltaischen Effekts.
Wie in 1 dargestellt ist sind in verschiedenen Ausführungsbeispielen die Kontaktdrähte 102 mit mehreren, beispielsweise mit allen Punktkontakten 104 entlang der Längserstreckung der Kontaktdrähte 102 drahtgebondet an die Kontaktierungsstruktur, beispielsweise die Punktkontakte 104, wobei die Kontaktierungsstruktur beispielsweise eine Metallisierung der Solarzelle 100 bildet. Somit sind bei zumindest einem Teil oder bei jedem der Kontaktdrähte 102 mehrere Drahtbond-Verbindungen auf dem jeweiligen durchgängig auf der Oberfläche der Schichtenstruktur der Solarzelle 102 verlaufenden Kontaktdraht 102 angeordnet, ohne dass der jeweilige Kontaktdraht 102 durch diese Drahtbond-Verbindungen unterbrochen ist. Somit bleibt ein Stromfluss durch den gesamten jeweiligen Kontaktdraht 102 ermöglicht von einem Ende des jeweiligen Kontaktdrahts 102 bis zu seinem anderen Ende.
In verschiedenen Ausführungsbeispielen weist die Schichtenstruktur der Solarzelle 100 eine Basisschicht und eine Emitterschicht auf, die einen pn-Übergangsbereich zur Erzeugung von elektrischer Energie bilden.
Wie im Folgenden noch näher erläutert wird, sind in verschiedenen Ausführungsbeispielen die Kontaktdrähte 102 bezüglich der Achse radial auf die Oberfläche der Emitterschicht der Solarzelle 100 drahtgebondet.
Bei dem Drahtbonden gemäß verschiedenen Ausführungsbeispielen wird ein sehr dünner Bonddraht (beispielsweise mit einem Durchmesser d < 180 μm) beispielsweise durch einen Ultraschallpuls, welcher von einer in einem Drahtführungskopf der Positionier- und Ablegevorrichtung eingebauten Ultraschallsonotrode ausgeht, und leichten Druck mit der Kontaktfläche, d. h. der Oberfläche der Solarzelle 100 fest verbunden (mikroverschweißt). Mittels der durch den Ultraschallpuls eingebrachten Energie kann die oberste Oxidschicht auf dem Bonddraht und dem Bondpad (d. h. allgemein der Kontaktierungsstruktur, beispielsweise den Punktkontakten 104) zerstört. Durch die somit initialisierte Interdiffusion entsteht ein Eutektikum aus dem jeweiligen Drahtmaterial und dem Substratmaterial (beispielsweise dem Material der Emitterschicht).
Je nach Anforderung an das Substrat (beispielsweise an die Emitterschicht der Solarzelle) bzw. die durch Bonden zu verbindenden Strukturen können verschiedene Bondmethoden/Bondtechniken zum Einsatz kommen wie z. B. Wedge-wedge-Bonden, Ball-wedge-Bonden, Dickdrahtwedge-Bonden oder Bändchenbonden. Das Dickdraht-Wedge-Bonden, oder eine dem angelehnte Konstruktion, ist gut geeignet, da der in dieser Technik verwendete Drahtdurchmesser der Bonddrähte in einem Bereich von beispielsweise 100 μm bis 500 μm gut verarbeitet werden kann.
Wie oben beschrieben worden ist, ist es zum Herstellen eines guten Solarmoduls wünschenswert, die Kontaktstruktur(en) der Solarzelle 100 und die Anzahl und Dimension der Kontaktbändchen, anders ausgedrückt der Kontaktdrähte 102, miteinander kombiniert optimiert werden.
Es hat sich in verschiedenen Ausführungsbeispielen herausgestellt, dass sich dabei ein Optimum ergibt für viele (beispielsweise Anzahl n > 30) dünne (beispielsweise Durchmesser d < 250 μm) parallel verlaufende Kontaktdrähte 102 ergibt. Es ist weiterhin zu erwarten, dass aufgrund der punktuellen Fixierung der Kontaktdrähte 102 auf der Solarzelle 100 geringere mechanische Spannungen durch die unterschiedlichen thermischen Ausdehnungskoeffizienten von Kontaktdraht 102 und Solarzelle 100 aufgebaut werden. Weiterhin können durch verschiedene Ausführungsbeispiele die Kosten für die Kontaktstruktur(en) der Solarzelle 100 gegenüber einer üblichen Kontaktstruktur erheblich gesenkt werden.
Die Kontaktdrähte 102 können in verschiedenen Ausführungsbeispielen eine Mehrzahl oder Vielzahl von Kontaktdrähten 102 aufweisen, beispielsweise ungefähr 3 Kontaktdrähte 102 bis ungefähr 90 Kontaktdrähte 102, beispielsweise ungefähr 5 Kontaktdrähte 102 bis ungefähr 50 Kontaktdrähte 102, beispielsweise ungefähr 20 Kontaktdrähte 102.
In verschiedenen Ausführungsbeispielen sind dünne Kontaktdrähte 102 vorgesehen, wobei die Kontaktdrähte 102 beispielsweise einen Durchmesser aufweisen von kleiner als 400 μm, beispielsweise einen Durchmesser von kleiner als 350 μm, beispielsweise einen Durchmesser von kleiner als 300 μm, beispielsweise einen Durchmesser von kleiner als 250 μm. Die Kontaktdrähte 102 können im Wesentlichen parallel zueinander verlaufen, alternativ in einem Winkel zueinander. Die Kontaktdrähte 102 können eingerichtet sein zum Sammeln und Übertragen von elektrischer Energie, beispielweise von elektrischem Strom, die von der jeweiligen Solarzelle 102 beispielsweise von der jeweiligen mindestens einen photovoltaischen Schicht, erzeugt wird.
Die Kontaktdrähte 102 können aufweisen oder bestehen aus elektrisch leitfähigem Material, beispielsweise metallisch leitfähigem Material, das enthalten kann oder bestehen kann aus einem oder mehreren der folgenden Metalle: Cu, Al, Au, Pt, Ag, Pb, Sn, Fe, Ni, Co, Zn, Ti, Mo, W, und/oder Bi. Die Kontaktdrähte 102 können aufweisen ein oder bestehen aus einem Metall, ausgewählt aus einer Gruppe bestehend aus: Cu, Au, Ag, Pb und Sn.
Die Kontaktdrähte 102 können zumindest teilweise mit einem lötfähigen Material beschichtet sein. Das lötfähige Material kann beispielsweise Zinn, Nickel oder Silber aufweisen.
In einer Ausgestaltung können die Kontaktdrähte 102 (die in verschiedenen Ausführungsbeispielen direkt als Bonddrähte verwendet werden) zumindest teilweise mit Gold oder Nickel beschichtet sein oder vollständig aus Gold oder Nickel bestehen.
Die Kontaktdrähte 102 können im Allgemeinen einen beliebigen Querschnitt aufweisen, wie beispielsweise einen runden Querschnitt, einen ovalen Querschnitt, einen dreieckförmigen Querschnitt, einen rechteckförmigen Querschnitt (beispielsweise einen quadratischen Querschnitt), oder einen Querschnitt jeder beliebigen anderen Polygonform. Die Kontaktdrähte 102 können ferner eine strukturierte Oberfläche aufweisen.
Die elektrisch leitfähigen Punktkontakte 104 können grundsätzlich eine beliebige geeignete Form aufweisen, beispielsweise in Draufsicht eine Kreisform oder eine Ellipsenform oder eine polygonale Form.
Um die zwischen den elektrisch leitfähigen Punktkontakten 104 erzeugten elektrischen Ladungsträger verlustärmer einzusammeln, können die elektrisch leitfähigen Punktkontakte 104 durch Stromsammelstrukturen ergänzt werden. Beispiele sind in 2A und 2B aufgeführt.
Beispielsweise kann in verschiedenen Ausführungsbeispielen zumindest ein elektrisch leitfähiger Punktkontakt 104 der Vielzahl von elektrisch leitfähigen Punktkontakten 104 eine sternförmige Struktur aufweisen, wie beispielsweise in 2A und 2B dargestellt. In verschiedenen Ausgestaltungen können mindestens einige elektrisch leitfähige Punktkontakte 104 der Vielzahl von elektrisch leitfähigen Punktkontakten 104 mittels einer Metallisierung miteinander verbunden sein. Dadurch entsteht eine Vernetzung, über die Verluste bei fehlerhafter Kontaktierung eines Kontaktdrahtes 102 reduziert werden können.
2A zeigt eine Implementierung eines elektrisch leitfähigen Punktkontakts 200 gemäß verschiedenen Ausführungsbeispielen mit einem elektrisch leitfähigen Zentralbereich 202, der grundsätzlich eine beliebige Form, beispielsweise eine Rechteckform, aufweist. Weiterhin ist der Zentralbereich 202 mit zusätzlich vorgesehenen elektrisch leitfähigen linienförmigen Stromsammelstrukturen 204 elektrisch gekoppelt, die sich gemäß verschiedenen Ausführungsbeispielen radial von dem Zentrum des Zentralbereichs 202 erstrecken. Die Stromsammelstrukturen 204 können aus demselben oder einem anderen elektrisch leitfähigen Material gebildet sein wie der Zentralbereich 202.
2B zeigt eine Implementierung eines anderen elektrisch leitfähigen Punktkontakts 210 gemäß verschiedenen Ausführungsbeispielen mit einem elektrisch leitfähigen Zentralbereich 212, der grundsätzlich eine beliebige Form, beispielsweise eine Rechteckform, aufweist. Weiterhin ist der Zentralbereich 212 mit zusätzlich vorgesehenen elektrisch leitfähigen Stromsammelstrukturen 214 elektrisch gekoppelt, die sich gemäß verschiedenen Ausführungsbeispielen radial von dem Zentrum des Zentralbereichs 212 erstrecken. Die Stromsammelstrukturen 214 können sich nach außen bezüglich des Zentralbereichs 212 hin verjüngend ausgebildet sein, so dass die Breite einer jeweiligen Stromsammelstruktur 214 am deren Ende geringer ist als die Breite der Stromsammelstruktur 214 an dem mit dem Zentralbereichs 202 gekoppelten Ende.
In verschiedenen Ausführungsbeispielen kann die Schichtenstruktur der Solarzelle 100 eine Antireflexionsschicht (beispielsweise aufgebracht auf der Oberfläche der Emitterseite der Solarzelle 100 aufweisen. Die Antireflexionsschicht kann in verschiedenen Ausführungsbeispielen vor dem Verdrahten der Solarzelle 100 (beispielsweise mittels eines Abscheideverfahrens, beispielsweise mittels eines Abscheideverfahrens aus der Gasphase (Chemical Vapour Deposition, CVD)) aufgebracht werden. Alternativ kann die Antireflexionsschicht in verschiedenen Ausführungsbeispielen nach dem Verdrahten der Solarzelle 100 aufgebracht werden (beispielsweise mittels eines Sputterverfahrens aufgesputtert werden).
3A und 3B zeigen Kontaktdrähte gemäß verschiedenen Ausführungsbeispielen. Diese Kontaktdrähte können beispielsweise vorgesehen sein in verschiedenen Ausführungsbeispielen, bei denen bei der Solarzelle 100 keine Kontaktierungsstruktur und damit beispielsweise auch keine elektrisch leitfähigen Punktkontakte 104 vorgesehen sind. In diesen Ausführungsbeispielen kann eine direkte mechanische und elektrische Verbindung der Solarzelle (beispielsweise Silizium-Solarzelle) mit einem Kontaktdraht oder mit mehreren Kontaktdrähten vorgesehen sein. Auf die Metallisierung der Solarzelle kann in diesen Ausführungsbeispielen verzichtet werden, der elektrische Kontakt wird mittels Drahtbondens mit der photovoltaischen Schicht der Solarzelle hergestellt.
Ein besonders geeignetes Material für die direkte Kontaktierung von Silizium ist in verschiedenen Ausführungsbeispielen Gold. Bereits bei ca. 400°C bildet sich bei Gold ein Eutektikum. Somit weisen in verschiedenen Ausführungsbeispielen die Kontaktdrähte 102 Gold auf (beispielsweise auf einem Teil der Oberfläche oder der gesamten Oberfläche der Kontaktdrähte 102). Alternativ bestehen in verschiedenen Ausführungsbeispielen Kontaktdrähte 102 aus Gold. In verschiedenen Ausführungsbeispielen können die Kontaktdrähte 102 auch ein anderes geeignetes Metall oder eine andere geeignete Metalllegierung aufweisen oder daraus bestehen, die beispielsweise bei einer ausreichend niedrigen Temperatur ein Eutektikum bilden.
Wie in 3A dargestellt, weist ein Kontaktdraht 300 in verschiedenen Ausführungsbeispielen Kupfer auf, der den Körper 302 oder Kern des Kontaktdrahts 300 bildet und der mit einem anderen Metall, beispielsweise Nickel oder einem anderen geeigneten Metall, beschichtet sein kann. In dem Körper 302 des Kontaktdrahts 300 sind in verschiedenen Ausführungsbeispielen Vertiefungen 304 gebildet, die mit Gold gefüllt sein können. Die Vertiefungen 304 können eine Tiefe in den Körper 302 des Kontaktdrahts 300 hinein aufweisen in einem Bereich von ungefähr 50 nm bis ungefähr 400 nm, beispielsweise in einem Bereich von ungefähr 75 nm bis ungefähr 300 nm, beispielsweise in einem Bereich von ungefähr 100 nm bis ungefähr 200 nm.
Wie in 3B dargestellt, weist ein Kontaktdraht 310 in verschiedenen Ausführungsbeispielen Kupfer auf, der den Körper 312 oder Kern des Kontaktdrahts 310 bildet und der mit einem anderen Metall, beispielsweise Nickel oder einem anderen geeigneten Metall, beschichtet sein kann. In dem Körper 312 des Kontaktdrahts 310 sind in verschiedenen Ausführungsbeispielen Löcher (beispielsweise mit einem polygonalen oder kreisförmigen Querschnitt) 304 vorgesehen, die mit Gold gefüllt sein können. Der Radius der Löcher 314 in dem Körper 312 des Kontaktdrahts 310 kann liegen in einem Bereich von ungefähr 50 nm bis ungefähr 400 nm, beispielsweise in einem Bereich von ungefähr 75 nm bis ungefähr 300 nm, beispielsweise in einem Bereich von ungefähr 100 nm bis ungefähr 200 nm.
Durch die Verwendung von Kontaktdrähten aus Kupfer, beispielsweise teilweise oder vollständig beschichtet mit Nickel und/oder Gold, werden die Kosten für die Kontaktdrähte und somit auch für eine Solarzelle gemäß verschiedenen Ausführungsbeispielen reduziert.
In verschiedenen Ausführungsbeispielen werden Drahtbond-Kontakte zwischen den Kontaktdrähten (wiederum radial zu deren Achse) und einer Antireflexionsschicht der Schichtenstruktur gebildet. In einem Ausführungsbeispiel, in dem die Antireflexionsschicht Siliziumnitrid (Si₃N₄) aufweist, kann das zu bondende Material Nickel und/oder Titan aufweisen (anders ausgedrückt weisen die zu drahtbondenden Kontaktdrähte Nickel und/oder Titan auf, sind damit beschichtet oder bestehen daraus.
Somit ist es in verschiedenen Ausführungsbeispielen vorgesehen, dass der Bondkontakt nicht zwischen einem jeweiligen Kontaktdraht und dem Silizium- der Solarzelle 100 gebildet wird, sondern zwischen einem jeweiligen Kontaktdraht (d. h. beispielsweise Nickel und/oder Titan) und der Antireflexionsschicht (beispielsweise aus Siliziumnitrid (Si₃N₄)) gebildet wird. Hierzu wird beispielsweise ein jeweiliger Kupfer-Kontaktdraht mit Nickel, Titan oder einer Nickel-Titan-Bi-Schicht(Bilayer) beschichtet. Der ohmsche Kontakt kommt in diesem Falle beispielsweise durch Silizidierung der obersten Silizium-Schicht oder durch die Berührung der Silizium-Oberfläche mit dem jeweiligen Kontaktdraht zustande.
4 zeigt eine Solarzelle 400 gemäß einem Ausführungsbeispiel.
Die Solarzelle 400 weist eine Schichtenstruktur mit einer photovoltaischen Schicht 402 und einer auf der photovoltaischen Schicht 402 aufgebrachten Antireflexionsschicht 404 (beispielsweise aus Siliziumnitrid (Si₃N₄)) auf. Weiterhin sind zwei unterschiedliche Ausführungsbeispiele von Kontaktdrähten 410, 430 in Querschnittsansicht dargestellt.
Ein Kontaktdraht 410 gemäß einem Ausführungsbeispiel wird gebildet von einem Kupfer-Kern 412 sowie einer Ummantelung, wobei die Ummantelung eine auf der Oberfläche des Kupfer-Kerns 412 aufgebrachte Diffusionsbarriereschicht, beispielsweise eine Nickel-Schicht 414 aufweist. Zusätzlich kann der Kontaktdraht eine auf der Nickel-Schicht 414 aufgebrachte Titan-Schicht 416 aufweisen. Mit Bezugszeichen 418 wird eine Drahtbond-Zone zwischen dem obersten freiliegenden, in physischem Kontakt mit der Antireflexionsschicht 404 sich befindenden Bereich der Schicht der Ummantelung des Kontaktdrahts 410 und der Antireflexionsschicht 404 bezeichnet. Weiterhin wird mit Bezugszeichen 420 ein elektrischer Kontaktbereich zwischen dem Kontaktdraht 410 und der Siliziumschicht 402 (oder gegebenenfalls, wenn vorhanden, einem Silizid auf der Siliziumschicht 402) bezeichnet.
Ein Kontaktdraht 430 gemäß einem anderen Ausführungsbeispiel wird gebildet von einem Kupfer-Kern 432 auf sowie eine Einzelschicht-Ummantelung (beispielsweise aus einer einzelnen Metallschicht oder Mettalllegierungsschicht), wobei die Einzelschicht-Ummantelung eine auf der Oberfläche des Kupfer-Kerns 432 aufgebrachte einzelne Schicht aus einem Metall, beispielsweise eine Nickel-Schicht 434 aufweist. Mit Bezugszeichen 436 wird eine Drahtbond-Zone zwischen dem freiliegenden, in physischem Kontakt mit der Antireflexionsschicht 404 sich befindenden Bereich der Einzelschicht-Ummantelung des Kontaktdrahts 430 und der Antireflexionsschicht 404 bezeichnet. Weiterhin wird mit Bezugszeichen 438 ein elektrischer Kontaktbereich zwischen dem Kontaktdraht 430 und der Siliziumschicht 402 als photovoltaische Schicht (oder gegebenenfalls, wenn vorhanden, einem Silizid auf der Siliziumschicht 402.
Die Ummantelung des Kontaktdraht-Kerns kann in verschiedenen Ausführungsbeispielen auch mehr als zwei Schichten aufweisen.
Somit weist in den in 4 dargestellten Ausführungsbeispielen die Antireflexionsschicht 404 Öffnungen an den vorgesehenen Drahtbond-Verbindungsstellen auf. Die Öffnungen können unter Verwendung aller an sich bekannten Strukturierungsverfahren gebildet werden.
Die Verschaltung der mehrerer Solarzellen 100 zu einem Solarmodul 500 (vgl. 5) mittels der Kontaktdrähte 102, 504 führt zu Solarzellen-Strings unterschiedlicher Länge von beispielsweise 10 Solarzellen (in alternativen Ausführungsbeispielen kann ein Solarzellen-String eine Länge von 3 Solarzellen bis 40 Solarzellen, beispielsweise eine Länge von 5 Solarzellen bis 15 Solarzellen aufweisen), die Solarzellen-Strings können unterschiedliche Anordnungen im Solarmodul aufweisen (sie können z. B. in Längsrichtung oder in Querrichtung angeordnet sein). In 5 ist aus Gründen der Verständlichkeit der Beschreibung ein Solarzellen-String des Solarmoduls 500 mit zwei Solarzellen, einer ersten Solarzelle 502 und einer zweiten Solarzelle 510, dargestellt.
Die Kontaktdrähte 504 zum elektrischen Verbinden zweier Solarzellen 502, 510 können verbunden sein mit der Vorderseite 506 der ersten Solarzelle 502 der jeweiligen zwei Solarzellen 502, 510 und mit der Rückseite 512 der zweiten Solarzelle 510 der jeweiligen zwei Solarzellen 502, 510. Die Solarzellen 502, 510 sind mit den Kontaktdrähten 504 verbunden wie gemäß den verschiedenen Ausführungsbeispielen oben beschrieben wurde.
Der Kontakt kann natürlich auch wie in den anderen Ausführungsbeispielen vorher beschrieben als Punktkontakt ausgeführt werden.
6 zeigt ein Ablaufdiagramm 600, in dem ein Verfahren zum Verdrahten einer Solarzelle gemäß einem Ausführungsbeispiel dargestellt ist.
Das Verfahren kann aufweisen, in 602, ein Bereitstellen einer Schichtenstruktur mit mindestens einer photovoltaischen Schicht, und, in 604, ein Drahtbonden einer Mehrzahl Kontaktdrähten auf eine Oberfläche der Schichtenstruktur. Die Kontaktdrähte werden radial zu deren Achse auf die Oberfläche der Schichtenstruktur drahtgebondet.
In einer Ausgestaltung weist das Bereitstellen der Schichtenstruktur auf ein Bereitstellen einer Basisschicht und einer Emitterschicht, die einen pn-Übergangsbereich bilden. In noch einer Ausgestaltung werden die Kontaktdrähte bezüglich der Kontaktdrähte radial an die Oberfläche der Emitterschicht drahtgebondet. Das Bereitstellen der Schichtenstruktur kann aufweisen das Aufbringen einer Metallisierung durch Siebdruck, Dispension, Aufdampfen oder Abscheidung. In alternativen Ausführungsbeispielen kann jedes andere geeignete Verfahren zum Aufbringen der Metallisierung eingesetzt werden. Die Metallisierung kann mit einer Vielzahl von elektrisch leitfähigen Punktkontakten gebildet werden, wie sie beispielsweise oben beschrieben worden sind. Die Kontaktdrähte können vor dem Drahtbonden zumindest teilweise mit lötfähigem Material beschichtet werden, welches beispielsweise Zinn, Nickel oder Silber aufweist. In einer Ausgestaltung können die Kontaktdrähte zumindest teilweise mit Gold oder Nickel beschichtet sein oder vollständig aus Gold oder Nickel bestehen. Das Bereitstellen der Schichtenstruktur kann ferner aufweisen ein Bereitstellen einer Rückseiten-Metallisierung. In einer Weiterbildung weist das Bereitstellen der Schichtenstruktur ein Bereitstellen einer Antireflexionsschicht auf.
7 zeigt eine Anordnung 700 mit zwei Rückseitenkontakt-Solarzellen 70, 704, die mittels oben beschriebener Technologie verdrahtet sind.
Die Solarzellen 702, 704 können im Wesentlichen in gleicher Weise ausgebildet sein wie die Solarzelle 100, wie sie in
1 gezeigt ist und oben im Detail beschrieben worden ist. Ein Unterschied der Solarzellen 702, 704 zu der in 1 dargestellten Solarzelle 100 kann jedoch darin gesehen werden, dass die Solarzellen 702, 704 jeweils eine Rückseiten-Metallisierung aufweisen.
Die Rückseite der Solarzelle 702, 704 kann eine Rückseiten-Metallisierung oder Rückseitenelektrode aufweisen. Die Rückseiten-Metallisierung oder Rückseitenelektrode kann aufweisen oder bestehen aus elektrisch leitfähigem Material, beispielsweise einem Metall wie beispielsweise einem oder mehreren der folgenden Metalle: Cu, Al, Au, Pt, Ag, Pb, Sn, Fe, Ni, Co, Zn, Ti, Mo, W, und/oder Bi. Die Rückseiten-Metallisierung oder Rückseitenelektrode kann optional transparent sein. In verschiedenen Ausführungsbeispielen kann die Rückseitenelektrode strukturiert sein.
Weiterhin kann eine elektrische Kontaktierungsstruktur, beispielsweise implementiert in Form einer Mehrzahl von Metallisierungslinien, anders ausgedrückt Metallisierungsleitern (beispielsweise in Form von Kontaktfingern), auf oder über der vorderen Oberfläche (in anderen Worten, der freigelegten Oberfläche) auf der mindestens einen photovoltaischen Schicht vorgesehen sein. Die Metallisierungslinien können sich im Wesentlichen parallel zueinander erstrecken und/oder im Abstand voneinander. Es ist jedoch anzumerken, dass die Metallisierungslinien alternativ in einem Winkel zueinander verlaufen. In verschiedenen Ausführungsbeispielen können die Metallisierungslinien in einer Kammstruktur mit einer Mehrzahl von Metallfingern, die sich im Wesentlichen parallel zueinander erstrecken, vorgesehen sein. Die Metallisierungslinien sind in einer Implementierung streifenförmige elektrisch leitfähige Oberflächenbereiche. Jede beliebige andere streifenförmige elektrisch leitfähige Oberflächenstruktur kann in alternativen Ausführungsbeispielen vorgesehen sein.
So ist es, wie in 7 gezeigt, in verschiedenen Ausführungsbeispielen vorgesehen, dass die elektrische Kontaktierungsstruktur von elektrisch leitfähigen Punktkontakten 708, 710, beispielsweise von Basiskontakten 708 und Emitterkontakten 710, gebildet wird.
Anders ausgedrückt kann in verschiedenen Ausführungsbeispielen eine Solarzelle 702, 704 mit einem punktförmig ausgeprägten Rückseitengrid als die elektrische Kontaktierungsstruktur vorgesehen sein. Das Aufbringen der elektrisch leitfähigen Punktkontakte 708, 710, beispielsweise von Basiskontakten 708 und Emitterkontakten 710, erfolgt beispielsweise durch Siebdruck oder Bedampfen mit anschließendem Einfeuern (beispielsweise durch einen Hochtemperaturschritt oder einen Laserschritt) oder durch chemische oder elektrochemische Deposition auf die Oberfläche (beispielsweise die Emitterseite) der Solarzelle 702, 704.
Die einzelnen elektrisch leitfähigen Punktkontakte 708, 710, beispielsweise Basiskontakte 708 und Emitterkontakte 710 (auch bezeichnet als Bondpads bzw. Lötpads), können dann mit Kontaktdrähten 706 elektrisch kontaktiert werden, die auf die Oberfläche der Solarzelle gelegt bzw. positioniert werden; dabei werden die Kontaktdrähte 706 von einer Positionier- und Ablegevorrichtung (in den Figuren nicht dargestellt) auf die Solarzelle 700, 702 gebracht, die Fixierung kann in verschiedenen Ausführungsbeispielen mittels Lötens oder Drahtbondens erfolgen. In verschiedenen Ausführungsbeispielen sind eine Mehrzahl von Kontaktdrähten 706 auf die Oberfläche der Schichtenstruktur verlaufend angeordnet. Die Kontaktdrähte 706 sind radial zu deren Achse auf die Oberfläche der Schichtenstruktur der Solarzelle 702, 704 drahtgebondet.
Anschaulich kann in der Positionier- und Ablegevorrichtung oder separat davon eine an sich herkömmliche Drahtbond-Vorrichtung vorgesehen sein, die derart eingerichtet ist, dass die Kontaktdrähte 706 radial zu deren Achse auf die Oberfläche der Rückseite der Schichtenstruktur der Solarzelle 702, 704 drahtgebondet werden können.
Anschaulich ist in verschiedenen Ausführungsbeispielen somit ein rückseitiges Verdrahten von Solarzellen mittels Drahtbond-Technologie vorgesehen, wobei das Drahtbunden derart vorgesehen ist, dass die Kontaktdrähte 706 radial zu deren Achse (bezogen auf ihre Längserstreckung) auf die Oberfläche der Rückseite der Schichtenstruktur drahtgebondet sind.
Die in 7 dargestellten Kontaktdrähte 706 können in gleicher Weise ausgebildet sein wie die in 1 dargestellten Kontaktdrähte 102.
Die Kontaktdrähte 706 können mit mehreren, beispielsweise mit allen Punktkontakten 708, 710 entlang der Längserstreckung der Kontaktdrähte 706 drahtgebondet werden an die Kontaktierungsstruktur, beispielsweise die Punktkontakte 708, 710 wobei die Kontaktierungsstruktur beispielsweise eine Metallisierung der Solarzelle 702, 704 bildet. Somit sind bei zumindest einem Teil oder bei jedem der Kontaktdrähte 706 mehrere Drahtbond-Verbindungen auf dem jeweiligen durchgängig auf der Oberfläche der Rückseite der Schichtenstruktur der Solarzelle 702, 704 verlaufenden Kontaktdraht 706 angeordnet, ohne dass der jeweilige Kontaktdraht 706 durch diese Drahtbond-Verbindungen unterbrochen ist. Somit bleibt ein Stromfluss durch den gesamten jeweiligen Kontaktdraht 706 ermöglicht von einem Ende des jeweiligen Kontaktdrahts 706 bis zu seinem anderen Ende. In verschiedenen Ausführungsbeispielen können jeweils die Basiskontakte 708 einer Solarzelle (beispielsweise der ersten Solarzelle 702) mittels eines jeweiligen Kontaktdrahts 706 mit Emitterkontakten 710 einer dazu unmittelbar benachbart platzierten Solarzelle (beispielsweise der zweiten Solarzelle 704) kontaktiert werden oder sein. Entsprechend können in verschiedenen Ausführungsbeispielen können jeweils die Emitterkontakte 710 einer Solarzelle (beispielsweise der ersten Solarzelle 702) mittels eines jeweiligen Kontaktdrahts 706 mit Basiskontakten 708 einer dazu unmittelbar benachbart platzierten Solarzelle (beispielsweise der zweiten Solarzelle 704) kontaktiert werden oder sein. Damit kann beispielsweise eine Serienschaltung der Solarzellen 702, 704 zum Bilden eines Solarmoduls gebildet werden.
Je nach Anforderung an das Substrat (beispielsweise an die Emitterschicht der Solarzelle) bzw. die durch Bonden zu verbindenden Strukturen können verschiedene Bondmethoden/Bondtechniken zum Einsatz kommen wie z. B. Wedge-wedge-Bonden, Ball-wedge-Bonden, Dickdrahtwedge-Bonden oder Bändchenbonden. Das Dickdraht-Wedge-Bonden, oder eine dem angelehnte Konstruktion, ist gut geeignet, da der in dieser Technik verwendete Drahtdurchmesser der Bonddrähte in einem Bereich von beispielsweise 100 μm bis 500 μm gut verarbeitet werden kann.
Wie oben beschrieben worden ist, ist es zum Herstellen eines guten Solarmoduls wünschenswert, die Kontaktstruktur(en) der Solarzelle 702, 704 und die Anzahl und Dimension der Kontaktbändchen, anders ausgedrückt der Kontaktdrähte 102, miteinander kombiniert optimiert werden.
Die elektrisch leitfähigen Punktkontakte 708, 710 können grundsätzlich eine beliebige geeignete Form aufweisen, beispielsweise in Draufsicht eine Kreisform oder eine Ellipsenform oder eine polygonale Form.
Um die zwischen den elektrisch leitfähigen Punktkontakten 708, 710 erzeugten elektrischen Ladungsträger verlustärmer einzusammeln, können die elektrisch leitfähigen Punktkontakte 708, 710 durch Stromsammelstrukturen ergänzt werden.
Beispiele sind in 2A und 2B aufgeführt und oben im Detail beschrieben.
In weiteren Ausführungsbeispielen weist das Bereitstellen der Schichtstruktur ein Herstellen einer Rückseitenkontaktzelle auf. Beispielsweise unter Verwendung einer Metal-Wrap-Through (MWT) oder Emitter-Wrap-Through (EWT) Technologie.
Mehrere Drahtbond-Verbindungen können auf einem durchgängig auf der Oberfläche verlaufendem Kontaktdraht ausgeführt werden, ohne dass der Kontaktdraht durch diese Drahtbond-Verbindungen unterbrochen wird.
In verschiedenen Ausführungsbeispielen wird ein Verfahren zum Verdrahten eines Photovoltaikmoduls mit einer Mehrzahl von Solarzellen bereitgestellt. Das Verfahren kann aufweisen ein Verdrahten der Mehrzahl von Solarzellen gemäß einem Verfahren gemäß einem Ausführungsbeispiel, wie es oben beschrieben worden. Zumindest einige Solarzellen von einander benachbart angeordneten Solarzellen werden miteinander mittels der Kontaktdrähte elektrisch verbunden. In einer Weiterbildung ist es vorgesehen, dass die Kontaktdrähte zum elektrischen Verbinden zweier Solarzellen verbunden werden mit der Vorderseite einer ersten Solarzelle der jeweiligen zwei Solarzellen und mit der Rückseite einer zweiten Solarzelle der jeweiligen zwei Solarzellen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 10239845 C1 [0007, 0008]
EP 2009703 A1 [0009]

Claims

Solarzelle (100), aufweisend: • eine Schichtenstruktur (100) mit mindestens einer photovoltaischen Schicht; und • eine Mehrzahl von auf der Oberfläche der Schichtenstruktur (100) verlaufenden Kontaktdrähten (102); • wobei die Kontaktdrähte (102) radial zu deren Achse drahtgebondet sind auf die Oberfläche der Schichtenstruktur (100).
Solarzelle (100) gemäß Anspruch 1, wobei mehrere Drahtbond-Verbindungen auf einem durchgängig auf der Oberfläche verlaufenden Kontaktdraht (102) angeordnet sind, ohne dass der Kontaktdraht (102) durch diese Drahtbond-Verbindungen unterbrochen ist.
Solarzelle (100) gemäß Anspruch 1 oder 2, • wobei die Schichtenstruktur (100) eine mit der photovoltaischen Schicht elektrisch verbundene Metallisierung aufweist; und • wobei die Kontaktdrähte (102) radial zu deren Achse drahtgebondet sind auf die Oberfläche der Metallisierung.
Solarzelle (100) gemäß Anspruch 3, wobei die Metallisierung eine Vielzahl von elektrisch leitfähigen Punktkontakten (104) aufweist.
Solarzelle (100) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Kontaktdrähte (102) zumindest teilweise mit einem lötfähigen Material beschichtet sind, welches insbesondere Zinn, Nickel oder Silber aufweist.
Solarzelle (100) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Kontaktdrähte (102) zumindest teilweise mit Gold und/oder Nickel beschichtet sind oder vollständig aus Gold und/oder Nickel bestehen.
Solarzelle (100) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die Kontaktdrähte (102) einen polygonen Querschnitt aufweisen.
Solarzelle (100) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7, • wobei die Schichtenstruktur (100) eine Antireflexionsschicht aufweist; • wobei die Antireflexionsschicht Öffnungen an vorgesehenen Drahtbond-Verbindungsstellen aufweist.
Solarzelle (100) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei die Solarzelle (100) eine nicht-quadratische Form aufweist.
Solarmodul (500), • mit einer Mehrzahl von Solarzellen (502, 510) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9; • wobei zumindest einige benachbart angeordnete Solarzellen (502, 510) miteinander mittels der Kontaktdrähte (504) elektrisch verbunden sind.
Verfahren (600) zum Verdrahten einer Solarzelle, das Verfahren aufweisend: • Bereitstellen (602) einer Schichtenstruktur mit mindestens einer photovoltaischen Schicht; und • Drahtbonden (604) einer Mehrzahl Kontaktdrähten auf eine Oberfläche der Schichtenstruktur; • wobei die Kontaktdrähte radial zu deren Achse auf die Oberfläche der Schichtenstruktur drahtgebondet werden.
Verfahren gemäß Anspruch 11, wobei das Bereitstellen (602) der Schichtenstruktur aufweist das Aufbringen einer Metallisierung, insbesondere durch Siebdruck, Dispension, Aufdämpfen oder Abscheidung.
Verfahren gemäß Anspruch 11 oder 12, wobei die Kontaktdrähte radial zu deren Achse auf die Oberfläche der Metallisierung drahtgebondet werden.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 11 bis 13, wobei mehrere Drahtbond-Verbindungen auf einem durchgängig auf der Oberfläche verlaufendem Kontaktdraht ausgeführt werden, ohne dass der Kontaktdraht durch diese Drahtbond-Verbindungen unterbrochen wird.
Kontaktdraht (102) zum Bonden auf eine Solarzelle (100), wobei der Kontaktdraht (102) zumindest teilweise eine Beschichtung mit Nickel, Titan oder Gold aufweist.