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Die Erfindung betrifft eine beidseitig kontaktierte Solarzelle sowie ein hieraus gebildetes Solarmodul.
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Gegenwärtig im industriellen Maßstab hergestellte, waferbasierte Solarzellen sind beidseitig Kontaktiert. Das bedeutet, sie weisen sowohl auf der Vorder- oder Lichteinfallseite, als auch auf der lichteinfallabgewandten Rückseite des Wafers Sammelkontakte (sogenannte Busbars) auf, welche über Solarzellenverbinder, kurz Zellverbinder genannt, miteinander und/oder mit Stromabgriffen elektrisch verbunden sind. Die in der aktiven Halbleiterschicht einer Solarzelle mittels Lichteinstrahlung getrennten Ladungsträger werden üblicherweise rückseitig mittels einer großflächigen Rückseitenmetallisierungsschicht und vorderseitig mittels Vorderseitenelektroden aus der Halbleiterschicht geleitet. Die Vorderseitenelektroden führen zu Sammelkontakten, von denen je nach eingesetzter Technologie zwei, drei oder mehr auf der Vorderseite gebildeten sind.
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Auf der lichteinfallseitigen Vorderseite der Solarzelle wird einfallendes Licht sowohl durch die Vorderseitenelektroden als auch durch den hiermit verbundenen Sammelkontakt abgeschattet. Dies führt zu Abschattungsverlusten von etwa 1% oder mehr der gesamten Solarzellenleistung und ist somit signifikant. Eine Möglichkeit, die Anzahl von Vorderseitenelektroden zu verringern und vorderseitige Sammelkontakte zu eliminieren, bieten rückseitenkontaktierte Solarzellen. Diese haben ihre Sammelkontakte ausschließlich auf der lichtabgewandten Rückseite der Solarzelle. Es handelt sich hierbei beispielsweise um sogenannte Emitter-Wrap-Through-(EWT-) oder Metal-Wrap-Through-(MWT-)Solarzellen.
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Derartige rückseitenkontaktierte Solarzellen oder Rückkontaktsolarzellen befinden sich jedoch noch in der Entwicklungsphase und werden aufgrund vorhandener technischer Schwierigkeiten noch nicht in industriell signifikanten Stückzahlen produziert. Rückkontaktsolarzellen haben vor alter den Nachteil, dass ein neues Verschaltungskonzept für die Kontaktierung der Solarzellen zu einem Solarmodul entwickelt werden muss, da die bisher angewendeten Standard-Verschaltungsverfahren für Wafer-Solarzellen nur für die Verschaltung von beidseitig kontaktierten Solarzellen mittels Zellverbinder geeignet sind.
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Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Solarzelle und ein Solarmodul bereitzustellen, die als eine Art technologischer Zwischenschritt zwischen der zukünftig vermehrt einzusetzenden hocheffizienten Rückkontaktsolarzelle und der gegenwärtig eingesetzten beidseitig kontaktierten Solarzelle fungieren. Bei einer solchen Solarzelle soll der Abschattungsverlust auf der Vorderseite der Solarzelle vermindert sein, wobei die Solarzelle weiterhin mittels der Standard-Verschaltungsverfahren kontaktiert werden soll.
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Die Aufgabe wird gemäß der Erfindung durch eine beidseitig kontaktierte Solarzelle mit den Merkmalen des Anspruch 1 und durch ein Solarmodul mit den Merkmalen des Anspruchs 12 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen aufgeführt.
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Während bei einer Rückkontaktsolarzelle die Abschattung der Vorderseite mittels Verlagerung der Sammelkontakte von der Vorderseite auf die Rückseite verringert wird, beruht die Erfindung auf der Überlegung, die Sammelkontakte auf der Vorderseite zu belassen und stattdessen die Funktion der Vorderseitenelektroden zumindest teilweise auf die Rückseite zu verlagern. Hierdurch können Vorderseitenelektroden zumindest teilweise Eingespart werden.
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Die Funktion der Vorderseitenelektroden, nämlich Ladungsträger aus einem ersten Dotierbereich in Richtung der Sammelkontakte zu führen, wird zumindest teilweise durch Leitungsbereiche übernommen. Diese Leitungsbereiche sind auf der Rückseite der Solarzelle angeordnet und dort mit dem ersten Dotierbereich verbunden, vorzugsweise unmittelbar auf dem ersten Dotierbereich angeordnet. Ohne derartige Leitungsbereiche, würden die freien Ladungsträger in dem ersten Dotierbereich bis zu den Sammelkontakten auf der Vorderseite der Solarzelle wandern müssen, wenn keine Vorderseitenelektroden vorhanden sind. Bei Vorhandensein eines rückseitigen Leitungsbereichs in Verbindung mit dem ersten Dotierbereich wandern die freien Ladungsträger auf dem kürzesten Weg zum Leitungsbereich, durchwandern diesen Leitungsbereich entlang der Rückseitenoberfläche in Richtung zum Sammelkontakt, und durchqueren erneut den ersten Dotierbereich zum vorderseitig angeordneten Sammelkontakt.
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Es ist hierbei wichtig, dass der Leitungsbereich eine höhere spezifische Leitfähigkeit aufweist, als der erste Dotierbereich selbst. Je höher die spezifische Leitfähigkeit des Leitungsbereichs ist, desto dünner kann der Leitungsbereich ausgebildet sein, um die gleiche Wirkung zu entfalten. Hierbei kann die Schichtdicke des Leitungsbereichs durchaus derart gering sein, dass der Leitungsbereich in etwa die gleiche oder sogar eine geringere absolute Leitfähigkeit aufweist, als der erste Dotierbereich. Vorzugsweise ist jedoch die absolute Leitfähigkeit des Leitungsbereichs ebenfalls höher, als die des ersten Dotierbereichs. In jedem Fall ergibt sich die Gesamtleitfähigkeit für den Ladungsträger vereinfacht ausgedrückt aus der Summe der Teil-Leitfähigkeiten für zwei unterschiedliche Pfade des Ladungsträgers zum Sammelkontakt, nämlich einen Pfad ausschließlich durch den ersten Dotierbereich und einen weiteren Pfad über den Leitungsbereich.
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Bei dem Sammelkontakt handelt es sich um einen sogenannten Busbar, welcher ausgebildet ist, mit einem Solarzellenverbinder, oder kurz Zellverbinder, elektrisch verbunden zu werden. Vorzugsweise wird der Zellverbinder hierzu auf den Sammelkontakt platziert und mit ihm verlötet. Im Gegensatz zu Vorderseitenelektroden bei einer herkömmlichen Solarzelle, welche auch als Elektrodenfinger, Kontaktgrid oder Kontaktfinger bezeichnet werden, oder auch zu einer Rückseitenmetallisierungsschicht, ist der Sammelkontakt also in seiner Schichtdicke und/oder in seinen Abmessungen derart gestaltet, dass eine stabile Verbindung zwischen dem Sammelkontakt und dem Zellverbinder hergestellt werden kann, ohne die Vorderseitenoberfläche des Halbleitersubstrats der Solarzelle zu schädigen.
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Indem die erfindungsgemäßen Solarzellen beidseitig kontaktiert sind, das bedeutet insbesondere auch auf der Vorderseite angeordnete Sammelkontakte aufweisen, lassen Sie sich untereinander mit herkömmlichen Solarzellenverbindern verschalten. Hierbei verbindet ein Solarzellenverbinder jeweils einen Sammelkontakt einer Solarzelle mit einer Rückseitenmetallisierungsschicht einer benachbarten Solarzelle. Die Kontaktierung der Rückseitenmetallisierungsschicht durch den Solarzellenverbinder erfolgt vorzugsweise über auf der Rückseitenmetallisierungsschicht aufgebrachte Rückseitensammelkontakte.
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Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass der Leitungsbereich einen dotierten Halbleiterbereich im Halbleitersubstrat umfasst. Mittels der Dotierung des dotierten Halbleiterbereichs, wird dessen spezifische Leitfähigkeit gegenüber dem ersten Dotierbereich erhöht. Bei dem dotierten Halbleiterbereich kann es sich entweder um einen Bereich des Halbleitersubstrats handeln, beispielsweise des Wafers, in dem auch der erste Dotierbereich mittels Dotierung gebildet ist. Oder es handelt sich um eine auf die Rückseitenoberfläche des Halbleitersubstrats aufgebrachte, beispielsweise abgeschiedene, Schicht eines dotierten Halbleiters.
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In einer vorteilhaften Weiterbildung ist vorgesehen, dass der Leitungsbereich eine auf der Rückseitenoberfläche angeordnete leitfähige Schicht umfasst. Diese leitfähige Schicht ist vorzugsweise mittels eines Abscheideverfahrens erzeugt. Alternativ können andere geeignete Verfahren zum Aufbringen der leitfähigen Schicht verwendet werden, beispielsweise eine Pastenmetallisierung.
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Der Sammelkontakt und/oder der Leitungsbereich können aus einem leitfähigen Dielektrikmaterial, beispielsweise einem transparenten leitfähigen Oxid oder dergleichen, gebildet sein. Gemäß einer zweckmäßigen Ausgestaltung kann alternativ beziehungsweise zusätzlich vorgesehen sein, dass der leitfähige Sammelkontakt und/oder der Leitungsbereich eine Schicht aus Metall umfassen. Der Sammelkontakt und/oder der Leitungsbereich können hierbei mittels Pastenmetallisierung erzeugt sein.
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Bevorzugterweise ist vorgesehen, dass der erste Dotierbereich einen Basisdotierbereich oder einen Emitterdotierbereich umfasst. Der erste Dotierbereich kann ferner ein n-Typ oder ein p-Typ Halbleiter sein, beispielsweise aus Silizium. In jedem Fall muss sich der erste Dotierbereich von der Vorderseitenoberfläche bis zur Rückseitenoberfläche des Halbleitersubstrates erstrecken. Das bedeutet, dass für einen freien Ladungsträger in dem ersten Dotierbereich ein Pfad entlang des ersten Dotierbereichs von der Vorderseitenoberfläche bis zur Rückseitenoberfläche existiert. Wenn es sich bei dem Leitungsbereich um einen dotierten Halbleiterbereich handelt, ist die Rückseitenoberfläche in einer bevorzugten Ausführungsform entsprechend als die an den dotierten Halbeiterbereich angrenzende Fläche in dem Halbleitersubstrat zu definieren. Wenn der erste Dotierbereich ein Emitterdotierbereich ist, muss dieser durch das Halbleitersubstrat bis zur Rückseitenoberfläche geführt sein, vorzugsweise durch in dem Halbleitersubstrat gebildete EWT- oder MWT-Durchgangslöcher.
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Bei einer zweckmäßigen Ausführungsform ist vorgesehen, dass der Leitungsbereich entlang der Rückseitenoberfläche und der Sammelkontakt entlang der Vorderseitenoberfläche in Aufsicht auf die Vorderseitenoberfläche betrachtet sich überlappen oder einen Abstand von höchstens 0,5 mm, 1 mm, 5 mm oder 10 mm aufweisen. Wenn sich der Leitungsbereich und der Sammelkontakt überlappen, bedeutet das, dass ein freier Ladungsträger von dem Leitungsbereich ausgehend senkrecht zur Rückseitenoberfläche durch den ersten Dotierbereich wandern kann, um so auf kürzestem Weg beim Sammelkontakt anzukommen. Bei dieser Ausführungsform hat der Ladungsträger den kürzest möglichen Weg zwischen dem Leitungsbereich und dem Sammelkontakt, der in etwa der Dicke des Halbleitersubstrats entspricht.
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Wenn zwischen dem Leitungsbereich und dem Sammelkontakt in Aufsicht auf die Vorderseitenoberfläche ein Abstand besteht, bedeutet das, dass der Leitungsbereich und der Sammelkontakt jeweils einen Rand aufweisen, welche in der Draufsicht zwischen sich einen Spalt bilden. Die Ladungsträger müssen in diesem Fall zur Durchquerung des ersten Dotierbereichs zusätzlich zur Dicke des Halbleitersubstrats senkrecht zur Rückseitenoberfläche, den Abstand parallel zur Rückseitenoberfläche überwinden.
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In einer vorteilhaften Ausgestaltung ist vorgesehen, dass der Leitungsbereich und/oder der Sammelkontakt streifenförmig ausgebildet sind. Vorzugsweise erstreckt sich der Sammelkontakt über eine gesamte Länge oder Breite des Halbleitersubstrats, beispielsweise des Wafers. Wenn sowohl der Leitungsbereich als auch der Sammelkontakt streifenförmig sind, kann die Erstreckungsrichtung des Leitungsbereichs zur Erstreckungsrichtung des Sammelkontakts vorzugsweise im Wesentlichen parallel oder im Wesentlichen senkrecht verlaufen.
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Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass der Leitungsbereich in einer durchgehenden Öffnung angeordnet ist, welche in einer Rückseitenmetallisierungsschicht gebildet ist. Wenn der Leitungsbereich aus Metall gebildet ist, kann diese Ausführungsform beispielsweise dadurch erzeugt werden, dass der Leitungsbereich zusammen mit der Rückseitenmetallisierungsschicht als eine zusammenhängende Metallschicht auf die Rückseitenoberfläche aufgebracht wird. Anschließend wird dann in einem Strukturierungsschritt der Leitungsbereich mittels Trennungsgräben von der Rückseitenmetallisierungsschicht elektrisch getrennt.
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Vorteilhafterweise ist vorgesehen, dass der Leitungsbereich teilweise oder vollständig unterhalb einer Rückseitenmetallisierungsschicht angeordnet und gegenüber dieser elektrisch isoliert ist. Eine elektrische Isolierung kann beispielsweise mittels Anordnen einer geeigneten Isolierschicht zwischen dem Leitungsbereich und der Rückseitenmetallisierungsschicht erreicht werden.
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Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung ist vorgesehen, dass der Sammelkontakt und der Leitungsbereich außerhalb des ersten Dotierbereichs voneinander elektrisch hochohmig isoliert sind. Mit anderen Worten, gibt es außerhalb des ersten Dotierbereichs keine signifikante elektrische Leitverbindung zwischen dem Leitungsbereich und dem Sammelkontakt. Die Ladungsträger müssen also zwingend den ersten Dotierbereich durchqueren, um von dem Leitungsbereich zum Sammelkontakt zu gelangen. Das Merkmal „hochohmig isoliert” soll allerdings die Fälle mit einschließen, bei denen neben dem ersten Dotierbereich ein weiterer Strompfad zwischen Leitungsbereich und Sammelkontakt theoretisch möglich, aber mit einem wesentlich höheren Widerstandswert verbunden wäre, beispielsweise einem um eine, zwei, drei oder mehr Größenordnungen höheren Widerstandswert.
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Alternativ hierzu kann vorgesehen sein, dass der Sammelkontakt und der Leitungsbereich über ein durch das Halbleitersubstrat führendes metallisiertes Durchgangsloch miteinander elektrisch verbunden sind. Ein derartiges metallisiertes Durchgangsloch wird beispielsweise auch bei MWT-Vias eingesetzt.
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Die Erfindung wird im Folgenden anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Figuren erläutert. Hierbei zeigen:
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1a, 1b Draufsichten auf Vorder- und Rückseite einer Solarzelle gemäß einer Ausführungsform ohne Vorderseitenelektroden;
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2a, 2b Querschnittansichten der Solarzelle aus 1a, 1b entlang zweier Schnittflächen;
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3a, 3b Draufsichten auf Vorder- und Rückseite einer Solarzelle gemäß einer Ausführungsform mit Durchgangslöchern;
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4a, 4b Querschnittansichten der Solarzelle aus 3a, 3b entlang zweier Schnittflächen;
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5a, 5b Draufsichten auf Vorder- und Rückseite einer Solarzelle gemäß einer Ausführungsform mit wenigen Vorderseitenelektroden;
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6a, 6b Draufsichten auf Vorder- und Rückseite einer Solarzelle gemäß einer Ausführungsform mit verkürzten Vorderseitenelektroden;
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7a, 7b Querschnittansichten der Solarzelle aus 6a, 6b entlang zweier Schnittflächen;
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8a, 8b Draufsichten auf Vorder- und Rückseite einer Solarzelle gemäß einer Ausführungsform mit wenigen Vorderseitenelektroden und streifenförmigen Leitungsbereichen parallel zu Rückseitensammelkontakten;
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9a, 9b Draufsichten auf Vorder- und Rückseite einer Solarzelle gemäß einer Ausführungsform mit Leitungsbereichen aus dotierten Halbleiterbereichen;
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10a, 10b Draufsichten auf Vorder- und Rückseite einer Solarzelle gemäß einer Ausführungsform mit Leitungsbereichen aus dotierten Halbleiterbereichen in einer weiteren Ausführungsform;
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11a, 11b Draufsichten auf Vorder- und Rückseite einer Solarzelle gemäß einer Ausführungsform mit verkürzten Sammelkontakten;
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12a, 12b Draufsichten auf Vorder- und Rückseite einer Solarzelle gemäß einer weiteren Ausführungsform mit Durchgangslöchern;
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13a, 13b Querschnittansichten der Solarzelle aus 12a, 12b entlang zweier Schnittflächen;
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14a, 14b Querschnittansichten einer zu der Solarzelle aus 12a, 12b alternativen Solarzelle mit metallisch ausgefüllten Durchgangslöchern; und
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15a, 15b Draufsichten auf Vorder- und Rückseite einer Solarzelle gemäß einer Ausführungsform mit zueinander senkrecht ausgebildeten Sammelkontakten auf Vorder- und Rückseite.
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Die 1a zeigt eine Vorderseitenoberfläche 11 einer Solarzelle gemäß einer bevorzugten Ausführungsform. Erkennbar sind auf der Vorderseitenoberfläche 11 zwei parallel verlaufende Sammelkontakte 3. Die Sammelkontakte 3 sind derart ausgebildet, dass sie mit Solarzellenverbindern elektrisch verbunden werden können. Hierzu wird auf jedem Sammelkontakt 3 ein Solarzellenverbinder angeordnet und mittels Löten oder mittels eines anderen geeigneten Kontaktierungsverfahrens am Sammelkontakt 3 fixiert. Der Sammelkontakt 3 muss hierzu genügend Dick und/oder mit einer ausreichenden Breite ausgebildet sein, damit eine Verbindung mit dem Solarzellenverbinder den Sammelkontakt 3, einen darunter liegenden Bereich des Halbleitersubstrats 1 oder eine elektrische Verbindung zwischen dem Sammelkontakt 3 und dem Halbleitersubstrat 1 nicht beschädigt. Wie in der 1a erkennbar, besitzt die Solarzelle gemäß Ausführungsform nach 1a und 1b im Gegensatz zu üblichen beidseitig kontaktierten oder kontaktierbaren Solarzellen keine Vorderseitenelektroden.
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Die 1b zeigt eine Draufsicht auf eine Rückseitenoberfläche 12 der Solarzelle aus 1a. Die Rückseitenoberfläche 12 der Solarzelle ist mit einer Rückseitenmetallisierungsschicht 4 bedeckt, welche Öffnungen 41 aufweist, in denen Leitungsbereiche 2 angeordnet sind. Auf der Rückseitenmetallisierungsschicht 4 sind ferner zwei Rückseitensammelkontakte 5 parallel angeordnet, welche sich über eine gesamte Solarzellenlänge erstrecken. Zusätzlich sind Leitungsbrücken 21 vorgesehen, welche optional sind, sich von den Leitungsbereichen 2 aus entlang der Rückseitenoberfläche 12 erstrecken und gegebenenfalls zwei Leitungsbereiche 2 miteinander verbinden. Diese Leitungsbrücken 21 können ansonsten wie die Leitungsbereiche 2 aufgebaut sein, das heißt beispielsweise die gleichen Abmessungen aufweisen.
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Während die 2a einen Querschnitt der Solarzelle aus den 1a, 1b entlang der Linie IIa-IIa darstellt, zeigt die 2b einen entsprechenden Querschnitt entlang der Linie IIb-IIb. Wie in den 2a, 2b verdeutlicht, umfasst die Solarzelle ein Halbleitersubstrat 1. Dieses Halbleitersubstrat 1 weist eine Vorderseitenoberfläche 11 und eine Rückseitenoberfläche 12 auf, sowie einen ersten Dotierbereich 13, welcher sich hierzwischen erstreckt. Vorliegend handelt es sich bei dem Halbleitersubstrat 1 um einen Siliziumwafer, wobei der erste Dotierbereich 13 die Basis ist, welche durch die Vordotierung des Halbleitersubstrats 1 als n-Typ Halbleiter entstanden ist.
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Auf der Vorderseitenoberfläche 11 sind die Sammelkontakte 3 deutlich zu sehen. In der 2a ist ferner die auf der Rückseitenoberfläche 12 angeordnete Rückseitenmetallisierungsschicht 4 erkennbar, auf der die beiden Rückseitensammelkontakte 5 aufgebracht sind. Die Rückseitenmetallisierungsschicht 4 ist auf einem zweiten Dotierbereich 14, vorliegend der p-Typ Emitterbereich, gebildet.
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Wie anhand der 1b und 2b veranschaulicht, sind auf dem ersten Dotierbereich 13 entlang der Rückseitenoberfläche 12 rechteckige oder streifenförmige Leitungsbereiche 2 gebildet, die in Öffnungen 41 der Rückseitenmetallisierungsschicht 4 angeordnet sind. Freie Ladungsträger, welche durch Lichteinfall im Halbleitersubstrat 1 erzeugt werden, wandern durch den ersten Dotierbereich 13 zur Rückseitenoberfläche 12 und in den Leitungsbereich 2. Hier werden sie entlang der Rückseitenoberfläche 12 in Richtung zu einem der Sammelkontakte 3 geleitet. Anschließend dringen sie erneut in den ersten Dotierbereich 13, durchwandern die Schichtdicke des Hableitersubstrates 1 und erreichen den Sammelkontakt 3. Dieser Vorgang ist anhand eines Pfeils P veranschaulicht, welcher den Pfad eines Ladungsträgers schematisch darstellt.
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3a, 3b zeigen jeweils in Draufsichten die Vorderseitenoberfläche 11 und die Rückseitenoberfläche 12 einer Solarzelle gemäß einer Ausführungsform mit Durchgangslöchern 6, welche sich durch das Halbleitersubstrat 1 erstrecken. Ähnlich Emitter-Wrap-Through-(EWT-)Löchern, sind die Durchgangslöcher 6 an ihren Innenwänden mit einer Dotierung versehen, um den zweiten Dotierbereich 14 zu bilden, welcher sich entlang der Vorderseitenoberfläche 11 und der Rückseitenoberfläche 12 fortsetzt. Dies ist anhand der Querschnittansichten entlang der Linien IVa und IVb aus den 3a, 3b erkennbar, welche in den 4a beziehungsweise 4b dargestellt sind.
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Der zweite Dotierbereich 14 erstreckt sich in der Ausführungsform gemäß den 3a, 3b, 4a, 4b also ebenfalls zwischen der Vorderseitenoberfläche 11 und der Rückseitenoberfläche 12. Allerdings ist der Leitungsbereich 2 auch in diesem Fall mit dem ersten Dotierbereich 13 elektrisch verbunden. Insofern ist die Funktionsweise des Leitungsbereichs 2 auch hier wie anhand der 2b erläutert. Anders als bei der Solarzelle gemäß den 1a, 1b, ist jedoch hier die Vorderseitenoberfläche 11 des Halbleitersubstrats 1 mit dem zweiten Dotierbereich 14 beschichtet, mit Ausnahme von Bereichen unmittelbar in Kontakt mit den Sammelkontakten 3.
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Aufgrund der Leitungsbereiche 2 auf der Rückseitenoberfläche 12, können Vorderseitenelektroden auf der Vorderseitenoberfläche 11 vollständig eingespart werden, wie dies in den beiden vorangehend beschriebenen Ausführungsformen der Fall ist. Hinsichtlich eines geringeren Schattenwurfs kann es aber auch bereits von Vorteil sein, wenn die Anzahl der Vorderseitenelektroden 31 gegenüber herkömmlichen beidseitig kontaktierten Solarzellen vermindert ist. Dies ist in der in den 5a, 5b dargestellten Ausgestaltung der Fall. Auf der Vorderseitenoberfläche 11 sind hier vier Vorderseitenelektroden 31 angeordnet, welche mit den Sammelkontakten 3 verbunden sind. Aufgrund der Präsenz der Vorderseitenelektroden 31, werden nun geringere Anforderungen an die Leitungsbereiche 2 gestellt, so dass diese beispielsweise mit einer geringeren Abmessung, zum Beispiel schmaler, ausgebildet sein können. Dies zeigt sich in der 5b im Vergleich zu 1b und 3b.
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Eine weitere Alternative zur vollständigen Einsparung von Vorderseitenelektroden 31, zeigt die in den 6a, 6b dargestellte Ausführungsform, bei der die Vorderseitenelektroden 31 verkürzt sind und sich nur wenige Millimeter bis einige Zentimeter von dem Sammelkontakt 3 aus erstrecken, mit dem sie verbunden sind. Die Vorderseitenelektroden 31 dienen hierbei eher der Verbesserung des elektrischen Kontakts zwischen dem ersten Dotierbereich, hier dem n-Typ Basis aus Silizium, und dem Sammelkontakt 3. Die in der 6b dargestellte Draufsicht auf die Rückseitenoberfläche 12 ist in den wesentlichen Merkmalen gleich der in 1b gezeigten Rückseitenoberfläche 12, mit dem Unterschied, dass hier eine der Leitungsbrücken 21 eingespart wurde.
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Die 7a, 7b zeigen Querschnittansichten der Solarzelle aus den 6a, 6b entlang der Linien VIIa beziehungsweise VIIb. Während die Querschnittansicht in 7a der Querschnittansicht der Ausführungsform gemäß 2a gleicht, sind in der 7b die zusätzlichen, verkürzten Vorderseitenelektroden 31 erkennbar. Funktionell ergibt sich hier der in 7b schematisch verdeutlichte Unterschied, dass der Pfad P der Leitungsträger nicht mehr durch den ersten Dotierungsbereich 13 ganz bis zum Sammelkontakt 3 reichen muss, sondern lediglich bis zu den Vorderseitenelektroden 31, wenn dies energetisch günstiger ist.
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Eine Ausführungsform der Solarzelle, bei der die streifenförmigen Leitungsbereiche 2 auf der Rückseitenoberfläche 12 mit ihren Längsrichtungen parallel zu den Erstreckungsrichtungen der Rückseitensammelkontakte 5 angeordnet sind, ist in den 8a, 8b dargestellt. Hier ist die Vorderseitenoberfläche 11 so aufgebaut, wie in der 5a, wobei sie alternativ auch wie in der 6a aufgebaut sein kann, wenn die Leitungsbereiche 2 in der 8b entsprechend vergrößert wären.
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Eine Ausführungsform der Solarzelle, bei dem die Leitungsbereiche 2 als dotierte Halbleiterbereiche 2' ausgebildet sind, ist in den 9a, 9b gezeigt. Auch diese dotierten Halbleiterbereiche 2' können zu einer Reduktion der auf der Vorderseitenoberfläche 11 benötigten Anzahl und/oder Größe der Vorderseitenelektroden 31 führen. Die beiden gepunkteten Linien 31 auf der Rückseitenoberfläche 12 verdeutlichen lediglich die Platzierung zweier dieser Vorderseitenelektroden 31. Hierdurch wird erkennbar, dass sich die dotierten Halbleiterbereiche 2' projiziert auf die Vorderseitenoberfläche 11 von einem der Vorderseitenelektroden 31 bis zur benachbarten Vorderseitenelektrode 31 erstrecken. Sowohl hier, als auch bei den nachfolgenden Ausführungsbeispielen mit dotierten Halbleiterbereichen 2', können diese in Öffnungen 41 in der Rückseitenmetallisierungsschicht 4 gebildet sein, oder sie können in einer alternativen Form gegenüber der Rückseitenmetallisierungsschicht 4 elektrisch isoliert sein, beispielsweise durch eine Isolierschicht auf den dotierten Halbleiterbereichen 2'.
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Die in den 10a, 10b dargestellten Ausführungsformen der Solarzelle weisen großflächigere dotierte Halbleiterbereichen 2' auf, welche sich jedoch vorzugswiese, und anders als hier dargestellt, auf der gesamten Rückseitenoberfläche 12 verteilen. Abhängig von der Größe und der Verteilung der dotierten Halbleiterbereiche 2', können die Vorderseitenelektroden 31 eingespart werden, wie hier in 10a dargestellt.
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Die 11a, 11b zeigen jeweils Draufsichten auf eine Vorderseitenoberfläche 11 und auf eine Rückseitenoberfläche 12 einer weiteren Ausführungsform der Solarzelle. Hier sind die Sammelkontakte 3 auf der Vorderseitenoberfläche 11 verkürzt, wobei die Bereiche der Rückseitenoberfläche 12, welche den nicht mit den Sammelkontakten 3 bestückten Bereichen der Vorderseitenoberfläche 11 gegenüber liegen, als Leitungsbereiche 2 dotierte Halbleiterbereiche 2' aufweisen.
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Während in den bisher anhand der vorangehenden Figuren erläuterten Ausführungsformen der erste Dotierbereich 13 immer den Basisbereich betraf, ist mit dem ersten Dotierbereich 13 in den nachfolgenden 12a bis 15b der Emitterbereich gemeint, welcher sich über Durchgangslöcher 6 von der Vorderseitenoberfläche 11 bis zur Rückseitenoberfläche 12 erstreckt.
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Die Ausführungsform gemäß den 12a, 12b weisen Durchgangslöcher auf, welche sich entlang einer Linie zwischen den beiden Sammelkontakten 3 auf der Vorderseitenoberfläche 11 beziehungsweise zwischen den beiden Rückseitensammelkontakten 5 auf der Rückseitenoberfläche 12 verteilen. Entlang derselben Linie erstreckt sich auch ein Leitungsbereich 2, nämlich überall dort, wo der erste Dotierbereich 13 auf der Rückseitenoberfläche 12 gebildet ist. Die übrigen Bereiche der Rückseitenoberfläche 12 sind vorzugsweise mit der Rückseitenmetallisierungsschicht 4 bedeckt, der den zweiten Dotierbereich 14 bedeckt, hier den Basisbereich des Halbleitersubstrats 1.
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Die Anordnung ist deutlicher in der Querschnittansicht der 13a und 13b erkennbar, welche die Solarzelle entlang der Linien XIIIa beziehungsweise XIIIb aus den 12a, 12b zeigen. In 13a ist erkennbar, dass der Emitterbereich die Innenwände der Durchgangslöcher 6 bedeckt, um dort den ersten Dotierbereich 13 zu bilden. Dieser erste Dotierbereich 13 ist vorliegend ein Emitterbereich aus p-Typ Silizium, der sich entlang der Vorderseitenoberfläche 11 und der Rückseitenoberfläche 12 fortsetzt. Die Erstreckung des ersten Dotierbereichs 13 von der Vorderseitenoberfläche 11 bis zur Rückseitenoberfläche 12 geschieht somit über Durchgangslöcher 6. In der vorliegenden Ausführungsform handelt es sich bei dem zweiten Dotierbereich um die Basis, dessen Dotierung wie üblich durch die Dotierung des Halbleitersubstrats 1 bestimmt ist.
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Querschnittansichten einer sich von der Ausführungsform gemäß 12a, 12b, 13a und 13b zwar in wenigen, aber dafür sehr signifikanten Merkmalen unterscheidenden Solarzelle, sind in den 14a, 14b dargestellt. Hier sind zumindest zwei der Durchgangslöcher 6 als metallisierte Durchgangslöcher 61 ausgebildet. Das bedeutet, sie sind mit einem metallischen Material gefüllt. Vorzugsweise wird das metallische Material beim Formen der Sammelkontakte 3 auf der Vorderseitenoberfläche 11 in den metallisierten Durchgangslöchern 6 gefüllt. Prinzipiell kann die Metallisierung der metallisierten Durchgangslöchern 6 wie bei der Metallisierung von Vias in MWT-Solarzellen erfolgen.
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Die Metallisierung der metallisierten Durchgangslöcher 61 bezweckt eine elektrische Verbindung des Leitungsbereichs 2 mit dem Sammelkontakt 3 außerhalb des ersten Dotierbereiches 13, während alle anderen bisher beschriebenen Ausführungsformen ohne eine derartige Verbindung auskamen. Dort waren der Sammelkontakt 3 und der Leitungsbereich 2 außerhalb des ersten Dotierbereichs 13 voneinander elektrisch hochohmig isoliert.
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Wenngleich in der hier gezeigten Ausführungsform nur einige der Durchgangslöcher 6 derart metallisiert sind, kann dies in anderen Ausführungsbeispielen für im Wesentlichen alle Durchgangslöcher 6 der Fall sein. Gegenüber dem Ausführungsbeispiel in 13a sind die beiden Sammelkontakte 3 zudem direkt oberhalb der metallisierten Durchgangslöcher 6 angeordnet, weshalb sie im vorliegenden Beispiel nach innen versetzt sind.
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In den 15a, 15b ist eine Solarzelle gemäß einer Ausführungsform dargestellt, bei der die Sammelkontakte 3 auf der Vorderseitenoberfläche 11 zu den Rückseitensammelkontakten 5 auf der Rückseitenoberfläche 12 im Wesentlichen senkrecht angeordnet sind. Hierbei ist auch der sich auf der Rückseitenoberfläche 12 streifenförmig erstreckende Teil des ersten Dotierbereichs 13 und somit auch der ihn bedeckende Leitungsbereich 2 parallel zu den Rückseitensammelkontakten 5 gebildet. Der erste Dotierbereich 13 erstreckt sich zudem durch ein Durchgangsloch 6 von der Vorderseitenoberfläche 11 bis zur Rückseitenoberfläche 12.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Halbleitersubstrat
- 11
- Vorderseitenoberfläche
- 12
- Rückseitenoberfläche
- 13
- erster Dotierbereich
- 14
- zweiter Dotierbereich
- 2
- Leitungsbereich
- 21
- Leitungsbrücken
- 2'
- dotierter Halbleiterbereich
- 3
- Sammelkontakt
- 31
- Vorderseitenelektrode
- 4
- Rückseitenmetallisierungsschicht
- 41
- Öffnung in Rückseitenmetallisierungsschicht
- 5
- Rückseitensammelkontakt
- 6
- Durchgangsloch
- 61
- metallisiertes Durchgangsloch
- P
- Pfad einer Ladungsträger
