DE102010026289B4 - Solar cell and process - Google Patents

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Abstract

Solarzelle (1) mit einer Solarzellenebene (E) entlang derer eine sonnenlichtzugewandte Seite (2) und eine sonnlichtabgewandte Seite (3) verlaufen und entlang der Solarzellenebene (E) in der Solarzellenebene (E) eine Vielzahl n-dotierter Bereiche (n) und p-dotierter Bereiche (p) abwechselnd angeordnet ist, wobei der n- und der p-dotierte Bereich (n, p) jeweils eine Dotierung von wenigstens 1019 Fremdatomen/cm3 aufweisen und aufeinanderfolgende p- und n-dotierte Bereiche (p, n) jeweils durch einen intrinsischen Bereich (i), der eine Dotierung von weniger als 1015 Fremdatome/cm3 aufweist, voneinander getrennt und voneinander beabstandet sind und sich die n-, p- und i-Bereiche (n, p, i) von der sonnenlichtabgewandten Seite (3) bis zur sonnenlichtzugewandten Seite (2) erstrecken und die n-, p- und i-Bereiche (n, p, i) aufeinander angeordnet sind mit der Sequenz: p-Bereich (p), i-Bereich (i), n-Bereich (n), leitender Kontaktbereich (21), n-Bereich (n), i-Bereich (i), p-Bereich (p), leitender Kontaktbereich (21), wobei die Breite jeder der i-Bereiche (i) zwischen 50 μm und 5000 μm beträgt und an den leitenden Kontaktbereichen (21) Kontakte (5) aufgebracht sind.Solar cell (1) with a solar cell level (E) along which a side facing the sunlight (2) and a side facing away from the sunlight (3) run and along the solar cell level (E) in the solar cell level (E) a multiplicity of n-doped regions (n) and p -doped regions (p) are arranged alternately, the n- and p-doped regions (n, p) each having a doping of at least 1019 foreign atoms / cm 3 and successive p- and n-doped regions (p, n) each by an intrinsic region (i), which has a doping of less than 1015 foreign atoms / cm3, are separated from and spaced from one another, and the n, p and i regions (n, p, i) are facing away from the sunlight ( 3) extend to the side facing the sunlight (2) and the n, p and i areas (n, p, i) are arranged one on top of the other with the sequence: p area (p), i area (i), n -Area (s), conductive contact area (21), n-area (n), i-area (i), p-area (p), conductive Contact area (21), the width of each of the i-areas (i) being between 50 μm and 5000 μm and contacts (5) being applied to the conductive contact areas (21).

Description

Die Erfindung betrifft eine Solarzelle und Verfahren zur Herstellung der Zelle.The invention relates to a solar cell and method for producing the cell.

Halbleiter-Solarzellen sind im Stand der Technik hinlänglich bekannt. In der US 2010/0052089 A1 sind beispielsweise Solarzellen auf Waferbasis offenbart, die auf der sonnenlichtzugewandten Seite eine sehr schmale Schicht mit einer Höhe von 0,1–1,0 μm aufweisen, die stark n-dotiert ist. Die starke n-Dotierung bedeutet 1019 bis 1020 Fremdatome pro cm3. Auf der sonnenlichtabgewandten Seite ist eine p-dotierte Schicht mit einer Höhe von 100–300 μm vorgesehen. Die Schicht ist p-dotiert, d. h. sie umfasst 1015 bis 1016 Fremdatome pro cm3. Zusätzlich kann zur Erhöhung der Dotierung vor dem Kontakt der sonnenlichtabgewandten Seite eine Erhöhung der p-Dotierung vorgesehen sein, die als Barriere für Elektronen und als niederohmiger Kontakt gegenüber Löchern wirkt.Semiconductor solar cells are well known in the art. In the US 2010/0052089 A1 For example, solar cells based on wafers are disclosed, which on the side facing the sunlight have a very narrow layer with a height of 0.1-1.0 μm, which is heavily n-doped. The strong n-doping means 10 19 to 10 20 impurities per cm 3 . On the side facing away from the sunlight, a p-doped layer with a height of 100-300 μm is provided. The layer is p-doped, ie it comprises 10 15 to 10 16 foreign atoms per cm 3 . In addition, to increase the doping before the contact of the side facing away from the sunlight, an increase in the p-type doping may be provided, which acts as a barrier for electrons and as a low-resistance contact with holes.

Aus der US 2010/0052089 A1 sind ebenfalls Solarzellen bekannt, die nebeneinander angeordnete PIN-Strukturen aufweisen, die quer zur Richtung des Sonneneinfalls angeordnet sind. Dabei werden in einen Wafer eingebrachte Gräben auf einer Seite mit einer n-Dotierung, auf einer anderen Seite davon elektrisch isoliert mit einer p-Dotierung versehen.From the US 2010/0052089 A1 Solar cells are also known, which have juxtaposed PIN structures, which are arranged transversely to the direction of sunshine. In this case, trenches introduced into a wafer are provided on one side with an n-doping, on another side thereof electrically insulated with a p-doping.

Solarzellen bestehen üblicherweise aus Halbleitermaterialien, bei denen der Energieabstand zwischen Valenzband und Leitungsband in der Größenordnung der Photonenenergie des Sonnenlichtes liegt. Durch Absorption von Photonen werden Elektronen-Lochpaare erzeugt, die nach einer Ladungsträgerlebensdauer wieder rekombinieren können. Das Prinzip einer Solarzelle beruht darauf, die generierten freien Ladungsträger vor der Rekombination durch eine Zusammensetzung geeignet dotierter Halbleitermaterialien dazu zu bringen, dass sich die Elektronen bevorzugt zum n-Kontakt bewegen und die Löcher zum p-Kontakt, und zwar ohne eine von außen angelegte Spannung. Die Ladungsträger können an den auf den dotierten Schichten aufgebrachten Kontakten abgegriffen werden, und es entsteht ein Stromfluss. Generell werden Elektronen-Lochpaare im gesamten Halbleitermaterial erzeugt, und die erzeugten Ladungsträger müssen die n- und p-Kontakte im Wesentlichen durch Diffusion erreichen. Jedoch findet eine räumlich gerichtete Trennung der Elektronen-Lochpaare nur im Übergangsbereich vom n-dotierten zum p-dotierten Halbleitermaterial, dem fotoaktiven Bereich, statt.Solar cells usually consist of semiconductor materials in which the energy gap between valence band and conduction band is on the order of magnitude of the photon energy of the sunlight. By absorption of photons electron-hole pairs are generated, which can recombine again after a carrier lifetime. The principle of a solar cell is based on causing the generated free charge carriers before recombination through a composition of suitably doped semiconductor materials that the electrons preferentially move to n-contact and the holes to p-contact, without an externally applied voltage , The charge carriers can be tapped on the contacts deposited on the doped layers, and a current flow results. In general, electron-hole pairs are generated in the entire semiconductor material, and the charge carriers generated must reach the n- and p-contacts essentially by diffusion. However, a spatially directed separation of the electron-hole pairs takes place only in the transition region from the n-doped to the p-doped semiconductor material, the photoactive region.

Nachteilig an den bekannten Solarzellen ist, dass sie aufwändig herzustellende kleinflächige Einzelsolarzellen aus einkristallinem Reinst-Silizium sind, die eher als Konzentratorzellen eingesetzt werden oder für Anwendungen eingesetzt werden, bei denen kleine Abmessungen Vorrang vor Produktionskosten haben. Diese Zellen muss man darüber hinaus einzeln miteinander kontaktieren, um eine größere Solarzellenfläche zu erhalten. Auch gibt es bei dieser Salarzellenbauform immer noch dotierte Bereiche mit erhöhter Rekombination auf der der Sonne zugewandten Seite.A disadvantage of the known solar cells is that they are complex to produce small-scale individual solar cells of single-crystal high-purity silicon, which are used rather as concentrator cells or used for applications in which small dimensions have priority over production costs. In addition, these cells must be individually contacted to obtain a larger solar cell area. Also, there are still doped areas with increased recombination on the sun-facing side in this Salarzellenbauform.

Aus der DE 698 27 319 T2 ist eine Solarzelle mit p-dotierten linsenförmigen Bereichen und n-dotierten linsenförmigen Bereichen bekannt, die voneinander beabstandet sind und ausschließlich auf der sonnenlichtabgewandten Seite angeordnet sind.From the DE 698 27 319 T2 For example, a solar cell with p-doped lenticular regions and n-doped lenticular regions is known, which are spaced apart from one another and are arranged exclusively on the side facing away from the sunlight.

In der WO 96/35235 A1 ist eine Solarzelle mit Bereichen horizontaler Schichtfolge und Bereichen mit vertikaler Schichtfolge offenbart. Die Bereiche vertikaler Schichtfolge weisen n- und p-datierte Bereiche, die durch Metallkontakte voneinander getrennt sind, auf.In the WO 96/35235 A1 a solar cell with areas of horizontal layer sequence and areas with vertical layer sequence is disclosed. The regions of vertical layer sequence have n- and p-dated regions separated by metal contacts.

In der KR 100378343 B1 sind Solarzellen mit n- und p-dotierten Schichten beschrieben, die innerhalb von Rillen angeordnet sind. Sie erstrecken sich ausschließlich entlang der sonnenlichtabgewandten Seite.In the KR 100378343 B1 describes solar cells with n- and p-doped layers, which are arranged within grooves. They extend exclusively along the sunlight side facing away.

In der DE 40 39 390 C2 sind Solarzellen mit kleinen n-Sammelelektroden und kleinen p-Sammelelektroden beschrieben.In the DE 40 39 390 C2 Solar cells are described with small n collector electrodes and small p collector electrodes.

Aus der US 4 305 776 A sind Verfahren zur Herstellung von bandartigen Siliziumkristallen offenbart.From the US 4,305,776 A There are disclosed methods for producing ribbon-like silicon crystals.

In der US 3 422 527 A ist eine Solarzelle offenbart, die aus übereinandergeschichteten Wafern mit jeweils einer p+ n n+ Struktur gebildet wird. Die übereinadergeschichteten Wafer werden geschnitten. Die Wafer sind zur Ausbildung der Solarzelle in Reihe geschaltet.In the US 3 422 527 A discloses a solar cell formed of stacked wafers each having a p + nn + structure. The overcoated wafers are cut. The wafers are connected in series to form the solar cell.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Solarzelle zur Verfügung zu stellen und ein Verfahren zur Herstellung der Solarzelle, die die oben genannten Nachteile überwinden.The object of the present invention is to provide a solar cell and a method for producing the solar cell, which overcome the above-mentioned disadvantages.

In ihrem ersten Aspekt wird die Aufgabe durch eine Solarzelle mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.In its first aspect, the object is achieved by a solar cell having the features of claim 1.

Die Erfindung macht von der Erkenntnis Gebrauch, dass eine Anordnung p-dotierter Bereiche und n-dotierter Bereiche in einem Wafer quer, vorzugsweise senkrecht zur sonnenlichtzugewandten Seite den Wirkungsgrad der Solarzelle erhöht. Vorteilhafterweise trifft das auf die dem Sonnenlicht zugewandte Seite einfallende Sonnenlicht nicht mehr wie bei herkömmlichen Solarzellen auf eine n-dotierte Schicht, de erst durchdrungen werden muss, bis es auf den fotosensitiven Bereich gelangt. Erfindungsgemäß sind die n-dotierten Bereiche und p-dotierten Bereiche abwechselnd vorgesehen und jeweils voneinander durch einen intrinsischen Bereich vollständig getrennt.The invention makes use of the knowledge that an arrangement of p-doped regions and n-doped regions in a wafer transversely, preferably perpendicular to the side facing the sunlight increases the efficiency of the solar cell. Advantageously, sunlight incident on the side facing the sunlight no longer strikes, as in conventional solar cells, an n-doped layer which must first be penetrated until it has penetrated reaches the photosensitive area. According to the invention, the n-doped regions and p-doped regions are provided alternately and are completely separated from each other by an intrinsic region.

Das elektrische Feld zwischen den Raumladungen erstreckt sich vorteilhafterweise über den gesamten intrinsischen Bereich vom p-dotierten Bereich ausgehend bis zum n-dotierten Bereich und ermöglicht eine zielgerichtete Driftbewegung der durch das Sonnenlicht generierten Ladungsträger bis zu den vorzugsweise stark n- und p-dotierten Bereichen. Ein weiterer Vorteil ist die im intrinsischen Halbleitermaterial erhöhte Ladungsträgerlebensdauer, da weniger Rekombinationsmöglichkeiten durch die Dotierungen vorhanden sind.The electric field between the space charges advantageously extends over the entire intrinsic region starting from the p-doped region to the n-doped region and allows a targeted drift movement of the charge carriers generated by the sunlight up to the preferably heavily n- and p-doped regions. A further advantage is the increased charge carrier lifetime in the intrinsic semiconductor material, since there are fewer recombination possibilities due to the dopants.

Die Erfindung geht von einer als PIN-Fotodiode, einem elektronischen Bauelement zur Lichtdetektion, oder als Teilchendetektor bei Beschleuniger-Experimenten bekannten Halbleiterstruktur aus. Typischerweise verwendet man diesen Dotierungs-Aufbau auch für amorphe Silizium-Solarzellen. Bei ausreichender Dicke der amorphen Solarzelle wäre für einen einfachen pn-Übergang die Ladungsträgerlebensdauer zu kurz, um die durch Sonnenlicht generierten Ladungsträger an den p- und n-Kontakten ausreichend sammeln zu können. Der erfindungsgemäße Vorteil beruht darauf, dass der intrinsische Bereich eine größere Strecke für die zielgerichtete Driftbewegung zur Verfügung stellt. Der Gradient der Fermi-Energie erstreckt sich über den gesamten intrinsischen Bereich.The invention is based on a semiconductor structure known as PIN photodiode, an electronic component for light detection, or as a particle detector in accelerator experiments. Typically, this doping structure is also used for amorphous silicon solar cells. If the thickness of the amorphous solar cell is sufficient, the charge carrier lifetime would be too short for a simple pn junction in order to be able to sufficiently collect the charge carriers generated by sunlight at the p and n contacts. The advantage of the invention is based on the fact that the intrinsic region provides a larger distance for the targeted drift movement. The gradient of Fermi energy extends over the entire intrinsic region.

Die in dieser Erfindung vorliegenden Bauformen müssen je nach Eigenschaften des Halbleitermaterials so dimensioniert werden, dass die Vorteile des intrinsischen Bereichs genutzt werden können, d. h. die Driftlänge der Ladungsträger sollte groß genug sein, um die jeweiligen n- und p-Kontakte zu erreichen.Depending on the properties of the semiconductor material, the designs present in this invention must be dimensioned so that the advantages of the intrinsic region can be utilized, ie. H. The drift length of the charge carriers should be large enough to reach the respective n- and p-contacts.

Vorteilhafterweise trifft das auf die Solarzelle einfallende Licht nunmehr direkt auf den intrinsischen Bereich, der hier der fotoaktive Bereich ist und bewirkt in dem fotoaktiven Bereich eine Elektronenlochpaarbildung. Aufgrund der Beabstandung der n-dotierten und der p-dotierten Bereiche bildet sich im n-dotierten Bereich zum intrinsischen Bereich hin eine positive Raumladungszone aus. Umgekehrt bildet sich in dem p-dotierten Bereich zum intrinsischen Bereich hin eine negative Raumladungszone aus. Aufgrund der sich ausbildenden Raumladungszonen entsteht ein elektrisches Feld im intrinsischen Bereich und durch den intrinsischen Bereich hindurch, das zu einer gerichteten Driftbewegung der frei beweglichen Ladungsträger führt. Die durch das Sonnenlicht generierten freien Ladungsträger werden somit zusätzlich zur Diffusionsbewegung gerichtet in den jeweilig dotierten Bereich geführt und können dort über einen mit dem dotierten Bereich in Kontakt stehenden elektrischen Leiter außen am Leiter abgegriffen werden.Advantageously, the light incident on the solar cell now directly strikes the intrinsic region, which here is the photoactive region, and causes electron hole pair formation in the photoactive region. Due to the spacing of the n-doped and the p-doped regions, a positive space charge zone forms in the n-doped region toward the intrinsic region. Conversely, a negative space charge zone forms in the p-doped region towards the intrinsic region. Due to the forming space charge zones, an electric field develops in the intrinsic region and through the intrinsic region, which leads to a directed drift movement of the freely movable charge carriers. The free charge carriers generated by the sunlight are thus directed in addition to the diffusion movement directed into the respective doped region and can be tapped there outside via an electrical conductor in contact with the doped region in contact.

Günstigerweise ist quer zur Solarzellenebene jeder n-dotierte Bereich von zwei p-dotierten Bereichen benachbart und jeder p-dotierte Bereich von zwei n-dotierten Bereichen benachbart Es bildet sich damit in der Solarzellenebene eine abwechselnde Abfolge n- und p-dotierter Bereiche aus, die jeweils voneinander durch einen intrinsischen Bereich getrennt sind. Damit entsteht eine Dotierungsfolge in der Solarzellenebene: intrinsischer Bereich, n-dotierter Bereich, intrinsischer Bereich, p-dotierter Bereich, intrinsischer Bereich, n-dotierter Bereich usw. Es können durchaus mehrere hundert oder tausend derartiger Bereiche aufeinander folgen.Conveniently, each n-doped region of two p-doped regions is adjacent transversely to the solar cell plane and each p-doped region of two n-doped regions adjacent to It forms an alternating sequence of n- and p-doped regions in the solar cell plane each separated by an intrinsic region. This produces a doping sequence in the solar cell plane: intrinsic region, n-doped region, intrinsic region, p-doped region, intrinsic region, n-doped region, etc. Several hundred or a thousand such regions can follow one another.

Der intrinsische Bereich zeichnet sich durch möglichst gleiche Ladungsträgerkonzentration von Elektronen im Leitungsband und Löchern im Valenzband aus. Eine gleiche Ladungsträgerkonzentration kann z. B. durch kompensierende Dotierung hergestellt werden. Vorzugsweise weist der intrinsische Bereich eine Dotierung von höchstens 1015 Fremdatomen/cm3 auf. Die p- und n-dotierten Bereiche sind stark dotiert und weisen damit 1019 oder mehr Fremdatome/cm3 auf. Aufgrund der geringen Dotierung, vorzugsweise keiner Dotierung des intrinsischen Bereiches, ist der intrinsische Bereich für freie Ladungsträger besonders gut durchlässig, und es kann sich durch den intrinsischen Bereich hindurch ein relativ starkes, die Driftbewegung förderndes elektrisches Feld ausbilden.The intrinsic region is characterized by the same charge carrier concentration of electrons in the conduction band and holes in the valence band. An equal charge carrier concentration can, for. B. be prepared by compensating doping. The intrinsic region preferably has a doping of at most 10 15 foreign atoms / cm 3 . The p- and n-doped regions are heavily doped and thus have 10 19 or more impurities / cm 3 . Due to the low doping, preferably no doping of the intrinsic region, the intrinsic region for free charge carriers is particularly well transmissive, and a relatively strong, the drift movement promoting electric field can form through the intrinsic region.

In einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung erstreckt sich der intrinsische Bereich entlang der gesamten sonnenlichtzugewandten Seite der Solarzelle. Bei dieser Ausführungsform der Erfindung erstrecken sich die p-dotierten und n-dotierten Bereiche nicht bis zur sonnenlichtzugewandten Seite der Solarzelle. Sie enden jeweils ein Stück weit im Inneren der Solarzelle, beabstandet von der sonnenlichtzugewandten Seite. Dadurch ist der dem Sonnenlicht ausgesetzte fotosensitive Bereich besonders groß.In a preferred development of the invention, the intrinsic region extends along the entire sunlight-facing side of the solar cell. In this embodiment of the invention, the p-doped and n-doped regions do not extend to the sunlight-facing side of the solar cell. They each end a little way in the interior of the solar cell, spaced from the sunlight-facing side. As a result, the photosensitive area exposed to sunlight is particularly large.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind entlang eines Querschnitts benachbarte n-dotierte und p-dotierte Bereiche vollständig von dem intrinsischen Bereich umgeben. Bei dieser Ausführungsform der Erfindung reichen die n- und p-dotierten Bereiche bis an die sonnenlichtabgewandte Seite der Solarzelle. Bei dieser Ausführungsform der Erfindung kann das Sonnenlicht über eine Spiegelanordnung oder Ähnliches auch auf die sonnenlichtabgewandte Seite umgelenkt und somit die Solarzelle beidseitig dem Sonnenlicht ausgesetzt werden. Es wird so ein besonders hoher Wirkungsgrad erzeugt.In a further preferred embodiment of the invention, adjacent n-doped and p-doped regions are completely surrounded by the intrinsic region along a cross-section. In this embodiment of the invention, the n- and p-doped regions extend to the side of the solar cell facing away from the sunlight. In this embodiment of the invention, the sunlight can also be deflected by means of a mirror arrangement or the like to the side facing away from the sunlight, and thus the solar cell can be exposed to sunlight on both sides. It is thus produced a particularly high efficiency.

Damit zwischen n- und p-dotiertem Bereich ein möglichst homogenes elektrisches Feld ausgebildet wird, das die Driftbewegung der Elektronen fördert, verlaufen Außenflächen benachbarter n- und p-dotierter Bereiche vorzugsweise im Wesentlichen parallel zueinander, wodurch sich durch die beiden benachbarten dotierten Bereiche eine Art Plattenkondensator bildet und sich ein homogenes Feld zwischen den Außenflächen der n- und p-dotierten Bereiche ausbildet. In order to form as homogeneous an electric field as possible between the n- and p-doped regions, which promotes the drift motion of the electrons, outer surfaces of adjacent n- and p-doped regions preferably extend substantially parallel to one another, whereby a kind of artillery light is generated by the two adjacent doped regions Plate capacitor forms and forms a homogeneous field between the outer surfaces of the n- and p-doped regions.

Die erfindungsgemäßen Solarzellen können in unterschiedlichen Verfahren hergestellt werden.The solar cells according to the invention can be produced in different processes.

Ein mögliches Herstellungsverfahren zur Lösung der hinsichtlich des Verfahrens gestellten Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruchs 7 gelöst. Dabei wird eine Schichtung mit der sich wiederholenden Sequenzreihenfolge: p-Bereich, i-Bereich, n-Bereich, leitender Kontaktbereich, n-Bereich, i Bereich, p-Bereich, leitender Kontaktbereich erzeugt, wobei der leitende Kontaktbereich auf verschiedene Weisen eingebracht werden kann. Vorzugsweise wird eine Vielzahl von Wafern jeweils an einer Außenseite p-dotiert und an einer ihr gegenüberliegenden Außenseite n-dotiert. Die dotierten Wafer werden mit gleichdotierten Außenseiten zu einem Block leitend aufeinander geschichtet, d. h. jeder zweite Wafer wird um 180 Grad gedreht. Die Waferoberflächen können vorab mit einer Metallschicht versehen werden, und die aufeinander geschichteten, sich berührenden Metallschichten können mit einem Metallkontaktkleber verklebt werden. Dann wird der Block quer zur Schichtung in solarzellenhohe Scheiben geschnitten und als wesentlicher Baustein der Solarzellen weiterverwendet.A possible manufacturing method for solving the problem set in terms of the method is achieved by the features of claim 7. In this case, a stratification with the repeating sequence sequence: p-range, i-range, n-range, conductive contact range, n-range, i range, p-range, conductive contact range is generated, wherein the conductive contact region can be introduced in various ways , Preferably, a multiplicity of wafers are each p-doped on one outer side and n-doped on an outer side opposite to it. The doped wafers are layered with equally doped outsides into a block, d. H. every second wafer is rotated 180 degrees. The wafer surfaces may be precoated with a metal layer, and the stacked contacting metal layers may be bonded with a metal contact adhesive. Then the block is cut transversely to the layering in solar cell high slices and used as an essential building block of the solar cells.

Ein weiteres Herstellungsverfahren ergibt sich durch die Merkmale des Anspruchs 8, indem in eine sonnenlichtabgewandte Seite eines Wafer nebeneinander Gräben mittels eines Lasers eingebrannt werden und dann Grabenwandungen eines Grabens vollständig entweder p-dotiert oder vollständig n-dotiert werden. Dabei werden in der Solarzellenebene Gräben mit p-dotierter Wandung nur von Gräben mit n-dotierter Wandung benachbart ausgebildet, und folgerichtig sind Gräben mit n-dotierter Wandung jeweils von Gräben mit p-dotierter Wandung beabstandet benachbart und kontaktiert.A further production method results from the features of claim 8, in which trenches are burned next to one another in a sunlight-side side of a wafer by means of a laser and then trench walls of a trench are either completely p-doped or completely n-doped. In this case, trenches with a p-doped wall are formed adjacent only by trenches with an n-doped wall in the solar cell plane, and, logically, trenches with an n-doped wall are spaced adjacent and contacted by trenches with a p-doped wall.

Dieses Herstellungsverfahren ist in anderer Anwendung unter dem Begriff „Laser grooved buried contacts” bekannt und damit erprobt und somit ausführbar.This production method is known in another application by the term "laser grooved buried contacts" and thus tested and thus executable.

In anderen Herstellungsverfahren werden zunächst p-Leitungen und n-Leitungen zur Verfügung gestellt. P-Leitungen sind elektrische Leiter, die dotierende Elemente beinhalten oder von dotierenden Elementen ummantelt sind oder Leiter, die von p-dotiertem Halbleitermaterial umgeben sind. N-Leitungen sind elektrische Leiter, die dotierende Elemente beinhalten oder von dotierenden Elementen ummantelt sind oder Leiter, die von n-dotiertem Halbleitermaterial umgeben sind. Um die n- und p-Leitungen herum wird in unterschiedlichen Verfahren vorzugsweise intrinsisches Halbleitermaterial aufgebracht.In other manufacturing methods, p-type lines and n-type lines are first provided. P-type leads are electrical conductors that include doping elements or are encased by doping elements or conductors that are surrounded by p-type semiconductor material. N-type leads are electrical conductors that include doping elements or are encased by doping elements or conductors that are surrounded by n-doped semiconductor material. Preferably, intrinsic semiconductor material is deposited around the n and p lines in different processes.

Zunächst wird eine Vielzahl n- und p-Leitungen nebeneinander abwechselnd angeordnet, die jeweils vorzugsweise vollständig entweder als p-Leitung oder als n-Leitung ausgebildet sind. Die p-Leitung umfasst wenigstens ein p-dotierendes Element aus der dritten Hauptgruppe, vorzugsweise Aluminium oder Bor, aber auch Indium oder Gallium. Jede der n-Leitungen umfasst ein n-dotierendes Element, das ein Element aus der fünften Hauptgruppe sein kann, vorzugsweise Phosphor oder auch Arsen oder Antimon. Es kann auch Stickstoff zur Dotierung von beispielsweise Siliziumcarbid verwendet werden. Die p- und n-Leitungen werden dann von einem Halbleitermaterial umgeben, und durch Erhitzen diffundieren die Dotieratome in das umliegende Material oder es bildet sich eine Legierung, ggf. wird dann formiert. Unter Formieren wird verstanden, dass die Leitungen gegebenenfalls einem kurzen Stromstoß ausgesetzt werden, der eine Einbindung der dotierenden Atome in das umliegende Halbleitermaterial und damit eine entsprechende Dotierung in dem die Leitung umgebenden Bereich des Halbleitermaterials bewirkt.First, a plurality of n and p lines are arranged side by side alternately, each of which is preferably formed completely either as a p-type line or as an n-type line. The p-type line comprises at least one p-type element of the third main group, preferably aluminum or boron, but also indium or gallium. Each of the n-type lines comprises an n-type element which may be a fifth main group element, preferably phosphorus or else arsenic or antimony. It is also possible to use nitrogen for doping, for example, silicon carbide. The p and n lines are then surrounded by a semiconductor material, and by heating the doping atoms diffuse into the surrounding material or it forms an alloy, if necessary, is then formed. Forming is understood to mean that the lines are optionally exposed to a brief impulse, which causes an integration of the doping atoms in the surrounding semiconductor material and thus a corresponding doping in the region of the semiconductor material surrounding the conduit.

Das Halbleitermaterial wächst vorzugsweise epitaktisch auf den n- und p-Leitungen auf. Bei epitaktischen Verfahren wird Halbleitermaterial, insbesondere Silizum in Form eines Prozessgases Silan, insbesondere Dichlorsilan und Siliziumtetrachlorid gasfömig an die n- und p-Leitungen gebracht. Die Temperatur des gasförmigen Halbleitermaterials beträgt etwa 600°C–1.200°C. Das ermöglicht es, p- und n-Leitungen mit geringerer Hitzebeständigkeit, d. h. ab einem Schmelzpunkt von 600°C zu verwenden. In einem sogenannten CVP-Verfahren (Chemical Vapour Deposition) werden die Prozessgase über die aufgeheizten Substrate geleitet, und es wachsen Kristallschichten auf den Leitungen auf. Es ist auch denkbar, Prozessflüssigkeiten zu verwenden, von der aus sich das Halbleitermaterial um die p- und n-Leitungen legt.The semiconductor material preferably grows epitaxially on the n and p lines. In epitaxial processes, semiconductor material, in particular silicon in the form of a process gas silane, in particular dichlorosilane and silicon tetrachloride, is brought to the n and p lines in gaseous form. The temperature of the gaseous semiconductor material is about 600 ° C-1200 ° C. This makes it possible to provide p and n lines with less heat resistance, i. H. from a melting point of 600 ° C to use. In a so-called CVP (Chemical Vapor Deposition) process, the process gases are passed over the heated substrates, and crystal layers grow on the lines. It is also conceivable to use process liquids, from which the semiconductor material lays around the p and n lines.

In einem weiteren Herstellungsverfahren werden hochtemperaturbeständige n- und p-Leitungen ausgewählt. Das Halbleitermaterial wird um die n- und p-Leitungen entweder als Pulver angeordnet, und das Pulver wird dann geschmolzen, oder es wird gleich als flüssiges Halbleitermaterial um die Leitungen gegossen und dann jeweils abgekühlt. Das Halbleitermaterial wird derart abgekühlt, dass es beim Abkühlen kristallisiert. Man spricht dabei auch von Legieren. Bekannte und anwendbare Verfahren sind dabei SSP (Silicon Sheeds from Powder), LLC (Layered Laser Crystallization) sowie Kristallisation bzw. Rekristallisation mit Hilfe eines Elektronenstrahls.In another manufacturing process, high temperature resistant n and p lines are selected. The semiconductor material is placed around the n and p lines either as a powder, and the powder is then melted, or it is immediately poured around the lines as a liquid semiconductor material and then each cooled. The semiconductor material is cooled so that it crystallizes on cooling. This is also called alloying. Known and applicable processes are SSP (Silicon Sheeds from Powder), LLC (US Pat. Layered laser crystallization) and crystallization or recrystallization with the help of an electron beam.

Die p-Leitung sollte dabei stromleitend und hochtemperaturbeständig sein. Hochtemperaturbeständig meint hier, die p-Leitung sollte Temperaturen deutlich über dem Schmelzpunkt des verwendeten Halbleitermaterials vertragen. Bei Silizium beträgt die Schmelztemperatur 1.410°C. Es können borummantelte Wolframdrähte verwendet werden, die auch als Borfasern bekannt sind.The p-line should be current-conducting and high-temperature resistant. High-temperature resistant here means that the p-line should tolerate temperatures well above the melting point of the semiconductor material used. For silicon, the melting temperature is 1,410 ° C. Boron-coated tungsten wires, also known as boron fibers, can be used.

Auch die n-Leitung sollte hochtemperaturbeständig und stromleitend sein. Es kann sich bei den n-Leitungen um hochdotierte Siliziumcarbidfasern jeweils mit Grafitkern, z. B. Grafitfasergarne mit 10 μm Durchmesser, die mit stickstoffdotierten SiC-Schichten von 0,5 μm umhüllt sind, handeln. Auch sind zur Herstellung von SiC-Faserbündeln Spinnverfahren von Polycarbosilanen mit anschließender Pyrolyse zum SiC-Garn möglich. Es kann sich auch um phosphorhaltige Grafitfasern oder um eine mit Stickstoff hochdotierte Siliziumcarbidfaser handeln.The n-line should be high temperature resistant and conductive. It may be in the n-lines to highly doped Siliziumcarbidfasern each with graphite core, z. B. Graphitfasergarne 10 microns diameter, which are coated with nitrogen-doped SiC layers of 0.5 microns act. Also, spinning of polycarbosilanes with subsequent pyrolysis to SiC yarn are possible for the production of SiC fiber bundles. It can also be phosphorus-containing graphite fibers or a nitrogen highly doped silicon carbide fiber.

Nach dem Legieren werden, falls das nicht bereits durch den vorhergehenden Verfahrensschritt geschehen ist, die Dotierungsatome mittels eines Stromstoßes in den Leitungen in die umliegende Kristallstruktur eingebunden. Das wird als Formieren bezeichnet.After alloying, if this has not already been done by the preceding method step, the doping atoms are integrated into the surrounding crystal structure by means of a current surge in the lines. This is called forming.

Die n- und p-Leitungen können verschiedene Gestalt annehmen.The n and p lines can take different forms.

Eine Weiterbildung des Verfahrens macht von im Querschnitt senkrecht zur Längsrichtung rechteckförmigen Leitern Gebrauch. Dabei werden benachbarte Leiter mit ihren größeren Außenflächen einander zugewandt, nebeneinander in der Form angeordnet, und dann wird mit den rechteckförmigen Leitern legiert und formiert.A development of the method makes use of rectangular in cross-section perpendicular to the longitudinal direction ladders. In this case, adjacent conductors are facing each other with their larger outer surfaces, arranged side by side in the mold, and then alloyed with the rectangular conductors and formed.

Es ist aber auch denkbar, dass die die n- und p-Leitungen jeweils nadelförmig ausgebildet werden. Die Leiternadeln sind untereinander in wenigstens zwei Gruppen miteinander leitend verbunden. Die beiden Gruppen sind voneinander elektrisch isoliert. Anschließend werden die Leiternadeln, die eine Art Nadelkissen ausbilden, auf eine Außenseite eines Wafers gedrückt und in den Wafer eingedrückt. Anschließend werden die Leiternadeln einem Stromstoß ausgesetzt, wodurch die n-dotierenden und p-dotierenden Schichten ein Stück weit in den intrinsischen Bereich des Wafers hineingelangen und den Bereich um die Nadeln herum jeweils entweder n- oder p-dotieren.But it is also conceivable that the n- and p-lines are respectively formed needle-shaped. The ladder needles are conductively connected to each other in at least two groups. The two groups are electrically isolated from each other. Subsequently, the ladder needles, which form a kind of pincushion, are pressed onto an outside of a wafer and pressed into the wafer. Subsequently, the conductor needles are subjected to a rush current, whereby the n-doping and p-doping layers penetrate a little way into the intrinsic region of the wafer and either n-type or p-type the region around the needles.

In einer besonders bevorzugten Weiterbildung des erfindungsgemäßen Herstellungsverfahrens werden eine Vielzahl nebeneinander angeordneter n- und p-Leitungen durch flüssiges Halbleitermaterial hindurchgezogen. Dabei bilden sich zwischen den n- und p-Leitungen Halbleiterbereiche aus. Da dem geschmolzenen Silizium eine Vielzahl an Fasern zur Verfügung steht, an die es sich durch Adhäsionskräfte anlegen kann, sind die intrinsischen Bereiche zwischen den n- und p-Leitungen leichter realisierbar als bei dem industriell etablierten EFG oder Ribbon-String Verfahren, bei dem mehrere um einige Zentimeter voneinander beabstandete Fasern verwendet werden, zwischen denen sich Siliziumbereiche im Ziehen ausbilden. Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren sind die Fasern in Abhängigkeit vom Material sehr viel weniger voneinander beabstandet, vorzugsweise beträgt ihr Abstand zwischen 50 μm und 5000 μm. Aufgrund des geringen Abstandes der p- und n-Leitungen voneinander wird ein stabiler Faserverbund ausgebildet, der, im Vergleich zu durch EFG Verfahren hergestellten Solarzellen eine wesentlich höhere Stabilität ergibt. Darüber hinaus kann die Schichtdicke der Siliziumbereiche dünn gezogen werden, weil n- und p-Leitungen mit einem Durchmesser von nur 10 μm–100 μm verwendet werden können. Die Schichtdicke der Siliziumbereiche liegt darunter, vorzugweise wird eine Schichtdicke von 50–100 μm gewählt.In a particularly preferred embodiment of the production method according to the invention, a multiplicity of n and p lines arranged next to one another are drawn through liquid semiconductor material. In this case, semiconductor regions are formed between the n and p lines. Since there are a multitude of fibers available to the molten silicon to which it can attach by means of adhesion forces, the intrinsic regions between the n and p lines are easier to implement than in the industrially established EFG or ribbon string method, in which several fibers separated by a few centimeters, between which silicon regions are formed in the drawing. In the method according to the invention, the fibers are much less spaced apart depending on the material, preferably their spacing is between 50 μm and 5000 μm. Due to the small distance between the p and n lines from each other, a stable fiber composite is formed, which, compared to solar cells produced by EFG process results in a much higher stability. In addition, the layer thickness of the silicon regions can be pulled thin, because n- and p-type lines with a diameter of only 10 μm-100 μm can be used. The layer thickness of the silicon regions is below, preferably a layer thickness of 50-100 microns is selected.

Es ist auch denkbar, dass die gespannten n- und p Leitungen in geschmolzenes Halbleitermaterial eingetaucht und freischwebend wieder herausgezogen werden. Das Halbleitermaterial bildet zwischen den n- und p-Leitungen Bereiche aus, in denen es kristallisiert.It is also conceivable that the strained n and p lines are immersed in molten semiconductor material and pulled out freely floating again. The semiconductor material forms areas between the n and p lines in which it crystallizes.

Alternativ werden die n- und p-Leitungen von einem Prozessgas oder einer Prozessflüssigkeit umspült bzw. gespannt eingehängt. Die Leitungen bilden ein Gerüst, und das Halbleitermaterial bildet sich, von den p- und n-Leitungen ausgehend, bis die Zwischenräume der Leitungen zugewachsen sind.Alternatively, the n and p lines are suspended by a process gas or a process fluid. The lines form a framework, and the semiconductor material forms, starting from the p and n lines, until the interstices of the lines are overgrown.

Es ist auch denkbar, die n- und p Leitungen versetzt zueinander anzuordnen, so dass sie eine Zick-Zack Struktur ausbilden oder sich bei mehrlagigen p- und n-Leitungen eine wabenförmige Struktur herausbildet. Vorteilhafterweise bleiben die Wabeninnenräume frei vom Halbleitermaterial. Dadurch ist die Struktur materialsparend und dennoch stabil. Es wird kein Trägermaterial benötigt. Reflektiertes oder absorbiertes Sonnenlicht verfängt sich leichter in der Struktur.It is also conceivable to arrange the n- and p-lines staggered relative to one another so that they form a zig-zag structure or a honeycomb-shaped structure is formed in the case of multilayer p and n lines. Advantageously, the honeycomb interiors remain free of the semiconductor material. As a result, the structure is material-saving and yet stable. No carrier material is needed. Reflected or absorbed sunlight gets caught in the structure more easily.

Vorzugsweise verlaufen die n- und p-Leitungen vollständig in dem intrinsischen Bereich. Diese Solarzelle kann dann beidseitig besonders gut verwendet werden.Preferably, the n and p lines are completely in the intrinsic region. This solar cell can then be used particularly well on both sides.

Die Außenflächen der Solarzelle können einer, den gängigen Wirkungsgrad steigernden Oberflächenbehandlung unterworfen werden, wie der Passivierung oder einem anti reflection coating.The outer surfaces of the solar cell can increase the usual efficiency Surface treatment, such as passivation or an anti-reflection coating.

Die Erfindung wird anhand von fünf Ausführungsbeispielen in 15 Figuren beschrieben. Dabei zeigenThe invention will be described with reference to five embodiments in FIGS. Show

1 eine schematische Schnittansicht einer ersten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Solarzelle, 1 a schematic sectional view of a first embodiment of a solar cell according to the invention,

2a eine schematische, perspektivische Ansicht eines geschichteten Blocks, 2a a schematic, perspective view of a layered block,

2b eine Schnittansicht und schematische Darstellung des Blocks in 2a, 2 B a sectional view and schematic representation of the block in 2a .

2c eine Solarzelle, die aus einer vom Block in 2a abgesägten Scheibe besteht, 2c a solar cell that comes from a block in 2a sawed off disc,

3 einen Wafer mit durch ein Diffusionsverfahren eingebrachten halblinsenförmigen Dotierungsbereichen, 3 a wafer having diffusion-incorporated half-lobe doping regions,

4 einen Wafer mit durch das „Laser Grooved Buried Contact” Verfahren eingebrachte Dotierungsbereiche, 4 a wafer with doping regions introduced by the laser grooved buried contact method,

5 einen Wafer mit durch Dotiermaterial überzogene Nadeln eingebrachte Dotierungsbereiche, 5 a wafer with doping-coated needles doped regions,

6a eine Ansicht auf die sonnenlichtabseitige Waferseite mit p- und n-Dotierungsbereichen 3 und 5, 6a a view of the sunlight side wafer side with p and n-doping regions 3 and 5 .

6b eine Draufsicht der sonnlichtabgewandten Seite mit Gräben gemäß 4, 6b a plan view of the side facing away from the sun with trenches according to 4 .

6c eine Draufsicht der sonnlichtabgewandten Seite mit schneckenförmig ineinander gewickelten Gräben gemäß 4, 6c a plan view of the side facing away from the sun with worm-shaped trenches in accordance with 4 .

6d eine Draufsicht der sonnlichtabgewandten Seite mit kammförmig ineinander verschränkten Gräben in 4, 6d a plan view of the side facing away from the sun with comb-shaped interlocking trenches in 4 .

7a eine Schnittansicht von vollständig von der intrinsischen Schicht umschlossenen p- und n-dotierten Bereichen, 7a a sectional view of completely enclosed by the intrinsic layer p- and n-doped regions,

7b eine perspektivische Ansicht eines p- und n-dotierten Wafers in 7a, 7b a perspective view of a p- and n-doped wafer in 7a .

8a eine Schnittansicht eines p- und n-dotierten Wafers mit vollständig ihn umgebende intrinsischer Schicht mit im Querschnitt länglichen p- und n-Dotierungsbereichen, 8a FIG. 2 shows a sectional view of a p- and n-doped wafer with intrinsically completely surrounding intrinsic layer with p-type and n-type doping regions which are elongated in cross-section, FIG.

8b eine perspektivische Ansicht der Ausführungsform in 8a, 8b a perspective view of the embodiment in 8a .

9a eine schematische Ansicht eines Ziehverfahrens mit nebeneinander angeordneten Leitungen zur Herstellung einer Solarzelle, 9a a schematic view of a drawing process with juxtaposed lines for producing a solar cell,

9b eine Schnittansicht entlang der Linie IX-IX in 9a, 9b a sectional view taken along the line IX-IX in 9a .

9c eine Schnittansicht zickzackförmig angeordneter Leitungen in 9a, 9c a sectional view of zigzag lines in 9a .

10a eine schematische Ansicht von in einem Rahmen gespannten n- und p-Leitungen, 10a a schematic view of stretched in a frame n and p lines,

10b eine Schnittansicht entlang der Linie Xb-Xb in 10a. 10b a sectional view taken along the line X b -X b in 10a ,

Die nachfolgenden Zeichnungen sind nicht maßgetreu und nicht maßstabsgetreu.The following drawings are not true to scale and not to scale.

Die in 1a dargestellte Schnittansicht senkrecht zur Solarzellenebene E zeigt eine erste Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Solarzelle 1. Die Solarzelle 1 ist flach und eben ausgeformt und weist äußere Umfangsabmessungen von etwa 10 × 10 cm und eine Dicke zwischen 100 μm und 300 μm auf. Die Solarzelle 1 weist eine sonnenlichtzugewandte Seite 2 und eine zu ihr parallel angeordnete sonnenlichtabgewandte Seite 3 auf. Die einfallenden Lichtstrahlen 4 treffen auf die sonnenlichtzugewandte Seite 2.In the 1a illustrated sectional view perpendicular to the solar cell plane E shows a first embodiment of a solar cell according to the invention 1 , The solar cell 1 is flat and flat and has outer peripheral dimensions of about 10 × 10 cm and a thickness of between 100 μm and 300 μm. The solar cell 1 has a sunlight-facing side 2 and a side facing away from sunlight parallel to it 3 on. The incident light rays 4 meet on the sunlight-facing side 2 ,

Entlang der Solarzelleneben E sind eine Vielzahl n-dotierter Bereiche und eine Vielzahl p-dotierter Bereiche vorgesehen, die n-dotierten Bereich n weisen eine Dotierung von 1019 fünfwertigen Fremdatomen/cm3 oder mehr auf, und die p-dotierten Bereiche p von 1019 dreiwertigen Fremdatomen/cm3 oder mehr auf. Zwischen benachbarten n- und p-dotierten Bereichen sind i-Bereiche, intrinsische Bereiche i vorgesehen. Hier werden unter intrinsischen Bereichen i Bereiche mit Dotierungen von weniger als 1015 Fremdatomen/cm3 verstanden.Along the solar cell E are a plurality of n-doped regions and a plurality of p-doped regions, the n-doped region n has a doping of 10 19 pentavalent impurities / cm 3 or more, and the p-doped regions p of 10 19 trivalent foreign atoms / cm 3 or more. Between adjacent n- and p-doped regions i-regions, intrinsic regions i are provided. Here, intrinsic regions i are understood to mean regions with dopings of less than 10 15 foreign atoms / cm 3 .

Die i-Bereiche i, die n-Bereiche n und die p-Bereiche p erstrecken sich alle jeweils über die gesamte Hohe H der Solarzelle 1. Jeder der Bereiche i, n, p erstreckt sich von der sonnenlichtabgewandten Seite 3 bis zur sonnenlichtzugewandten Seite 2. Die Höhe der unterschiedlich dotierten Bereiche Hi, Hp, Hn erstreckt sich jeweils für jeden aus der Vielzahl der einzelnen Bereiche i, n, p über die gesamte Höhe H der Solarzelle 1. Dabei ist die Ausdehnung jeder der Bereiche p, i, n in der Solarzellenebene E entlang der gesamten Höhe H gleichbleibend. Eine Breite Bi jeder der Intrinsischen Schichten i beträgt zwischen Bi = 50 μm bis 5000 μm, günstigenfalls bis etwa 1 cm, je nach Driftlänge der Ladungsträger im intrinsischen Halbleitermaterial, eine Breite Bp der p-Bereiche beträgt etwa Bp = 1–3 μm, eine Breite B der n-Bereiche beträgt ebenfalls etwa Bn = 1–3 μm. Die Längen der einzelnen Bereiche Li, Lp, Ln erstrecken sich über die gesamte Längsausdehnung L der Solarzelle 1. Die Breiten Bi, Bp, Bn bleiben entlang der gesamten in 1 senkrecht zur Zeichenebene angeordneten Längsausdehnung Li, Lp, Ln im Wesentlichen konstant. Die n- und p-dotierten Bereiche n, p verlaufen in Längsrichtung L parallel zueinander. Die n- und p-dotierten Bereiche sind voneinander jeweils durch einen der intrinsischen Bereiche i beabstandet.The i-regions i, the n-regions n and the p-regions p all extend over the entire height H of the solar cell 1 , Each of the regions i, n, p extends from the side away from the sunlight 3 to the sunlight-facing side 2 , The height of the differently doped regions H i , H p , H n extends for each of the plurality of individual regions i, n, p over the entire height H of the solar cell 1 , The extent of each of the regions p, i, n in the solar cell plane E along the entire height H is constant. A width B i of each of the intrinsic layers i is between B i = 50 μm to 5000 μm, preferably up to about 1 cm, depending on the drift length of the charge carriers in FIG intrinsic semiconductor material, a width B p of the p-regions is about B p = 1-3 microns, a width B of the n-regions is also about B n = 1-3 microns. The lengths of the individual regions L i , L p , L n extend over the entire longitudinal extent L of the solar cell 1 , The widths B i , B p , B n remain along the entire in 1 arranged perpendicular to the plane of the longitudinal extent L i , L p , L n substantially constant. The n- and p-doped regions n, p run parallel to each other in the longitudinal direction L. The n- and p-doped regions are spaced apart from each other by one of the intrinsic regions i.

Die n- und p-dotierten Bereiche n, p sind entlang ihrer Längsrichtung Ln, Lp mit Stromkontakten an einer Außenseite 2, 3 versehen. In der in 1 dargestellten Schnittansicht sind entlang der gesamten Breite B der Solarzelle 1 mehrere hundert der Sequenzen des Aufbaus: n-Bereich n, i-Bereich i, p-Bereich p, i-Bereich i, also die Sequenz n-i-p-i unmittelbar nebeneinander angeordnet. Die Bereiche i, n, p sind entlang der Breite B schichtartig ausgebildet. Die Schichtfolge ist quer zur Richtung der Sonnenstrahlen 4 angeordnet.The n- and p-doped regions n, p are along their longitudinal direction L n , L p with current contacts on an outer side 2 . 3 Mistake. In the in 1 shown sectional view along the entire width B of the solar cell 1 several hundred of the sequences of the structure: n-range n, i-range i, p-range p, i-range i, ie the sequence nipi arranged directly next to each other. The regions i, n, p are layered along the width B. The layer sequence is transverse to the direction of the sun's rays 4 arranged.

Die fotoaktiven Bereiche der Solarzelle 1 sind die intrinsischen Bereiche i. Vorteilhafterweise sind die intrinsischen Bereiche i unmittelbar den Sonnenstrahlen 4 ausgesetzt, und sie müssen nicht wie bei herkömmlichen Solarzellen durch eine n-dotierte Schicht hindurch. Somit trifft das Sonnenlicht 4 besonders wirkungsvoll und mit nur geringen Absorptionsverlusten auf die intrinsischen Bereiche i, um in den intrinsischen Bereichen i durch Absorption von Lichtenergie Ladungsträgerpaare, Löcher + und Elektronen –, zu erzeugen. Die vom einfallenden Licht in den intrinsischen Bereichen i erzeugten Ladungsträgerpaare +, – trennen sich räumlich durch ein in der intrinsischen Schicht i vorhandenes elektrische Feld Eel. Das elektrische Feld Eel kommt vermutlich dadurch zustande, dass sich an den Grenzschichten zwischen den i-Bereichen i und benachbarten n-Bereichen n im n-Bereich n eine positive Raumladungszone ausbildet, da freie Elektronen der Donatoratome in die intrinsische Schicht diffundieren und ortsfeste, positiv geladene Donatoratome in der n-Schicht zurückbleiben und sich an der Grenzschicht zwischen p-Bereich p und intrinsischem Bereich i im p-Bereich p eine negative Raumladungszone ausbildet, weil die beweglichen Löcher im Valenzband in den intrinsischen Bereich i diffundieren. Durch den Überschuss an gebundenen Elektronen im p-Bereich p bildet sich im p-Bereich p eine negative Raumladungszone aus. Die aus dem n-Bereich n stammenden freien Elektronen – und die aus dem p-Bereich p stammenden Löcher + rekombinieren im intrinsischen Bereich i. Eine negative Raumladungszone bildet sich daher im Randbereich des p-Bereichs p zum intrinsischen Bereich i aus, und eine positive Raumladungszone bildet sich im Randbereich des n-Bereichs n aus. Betrachtet man den gesamten Halbleiter, bleibt die Ladungsneutralität erhalten. Das sich zwischen diesen beiden Raumladungazonen ausbildende elektrisches Feld Eel durchzieht jeden der intrinsischen Bereiche i entlang seiner gesamten Breite Bi. Das elektrische Feld Eel ist homogen und weist im Wesentlichen äquidistante Feldlinien in der Solarzellenebene E auf. Die Elektronen – driften zum benachbarten n-Bereich n und die Löcher + driften zum benachbarten p-Bereich p. Der n-Bereich n ist vorteilhaft semipermeabel, d. h. hier, er hat für Elektronen – eine große Leitfähigkeit und für Löcher + eine kleine Leitfähigkeit. Durch das sich im intrinsischen Bereich i ausbildende homogene elektrische Feld Eel driften die Ladungsträger +, – gerichtet in die jeweilige Raumladungszone und letztlich zu den Kontakten. Hierbei ist insbesondere die hohe Dotierung sehr hilfreich, um sowohl auf der n-Seite (Tunneleffekt) als auch auf der p-Seite (ohmscher Kontakt) eine für den elektrischen Strom widerstandsarme Metall-Halbleiter Kontaktierung zu erreichen.The photoactive areas of the solar cell 1 are the intrinsic regions i. Advantageously, the intrinsic regions i are directly the sun's rays 4 exposed, and they do not need to pass through an n-doped layer as in conventional solar cells. Thus, the sunlight hits 4 particularly effective and with only slight absorption losses to the intrinsic regions i, in order to generate charge carrier pairs, holes + and electrons - in the intrinsic regions i by absorption of light energy. The charge carrier pairs +, - generated by the incident light in the intrinsic regions i, spatially separate through an electric field E el present in the intrinsic layer i. The electric field El is probably due to the fact that a positive space charge zone is formed at the boundary layers between the i-regions i and adjacent n-regions n in the n-region n, since free electrons of the donor atoms diffuse into the intrinsic layer and stationary, positively charged donor atoms remain in the n-layer and a negative space charge zone is formed at the interface between p-region p and intrinsic region i in the p-region p, because the mobile holes in the valence band diffuse into the intrinsic region i. Due to the excess of bound electrons in the p-region p, a negative space-charge zone is formed in the p-region p. The free-electron originating from the n-region n and the holes originating from the p-region p + recombine in the intrinsic region i. A negative space charge zone therefore forms in the edge region of the p-region p to the intrinsic region i, and a positive space charge region is formed in the edge region of the n-region n. Considering the entire semiconductor, the charge neutrality is maintained. The electric field E el forming between these two space charge zones passes through each of the intrinsic regions i along its entire width Bi. The electric field E el is homogeneous and has substantially equidistant field lines in the solar cell plane E. The electrons drift to the adjacent n-region n and the holes + drift to the adjacent p-region p. The n-region n is advantageously semipermeable, ie here, it has for electrons - a large conductivity and for holes + a small conductivity. As a result of the homogeneous electric field E el forming in the intrinsic region i, the charge carriers +, - are directed into the respective space charge zone and ultimately to the contacts. In this case, in particular the high doping is very helpful in order to achieve metal-semiconductor contacting of low resistance for the electrical current both on the n-side (tunnel effect) and on the p-side (ohmic contact).

Die Solarzelle 1 in 1 kann durch ein in 2a bis 2c schematisch dargestelltes Verfahren hergestellt werden. Zunächst werden herkömmliche Wafer aus intrinsischem Halbleitermaterial, beispielsweise Silizium oder Germanium, an ihrer einen in einer Waferebene liegenden Außenseite n-dotiert und an einer ihr gegenüberliegenden Außenseite p-dotiert. Es werden zunächst übliche PIN-Strukturen 20 ausgebildet. Zur Dotierung der Wafer werden dabei herkömmliche Dotierungsverfahren angewendet. Die PIN-Strukturen 20 werden an der dotierten Außenfläche mit einer Metallschicht 21 versehen, und dann werden Metallschichten 21 über gleich dotierten Außenflächen mit Hilfe von Metallkontaktkleber aufeinander geklebt. Insbesondere bei rauen Waferoberflächen, wie sie insbesondere bei Ziehverfahren entstehen, wird vorteilhafterweise zwischen den dotierten Wafer eine Metallschicht, z. B. Aluminium und/oder Silber eingebracht, und die Schichtung wird dann erhitzt, so dass nur die Metallschicht schmilzt und so die Rauigkeit ausgleicht und eine feste Kontaktierung entsteht. Da Aluminium selbst p-dotierend ist, bräuchte das Wafermaterial nur n-dotiert werden.The solar cell 1 in 1 can by a in 2a to 2c schematically illustrated method can be produced. First, conventional wafers made of intrinsic semiconductor material, for example silicon or germanium, are n-doped on their outer side lying in a wafer plane and p-doped on an outer side facing the same. It will be the usual PIN structures 20 educated. In this case, conventional doping methods are used for doping the wafers. The PIN structures 20 become on the doped outer surface with a metal layer 21 provided, and then metal layers 21 glued over equally doped outer surfaces by means of metal contact adhesive to each other. In particular, in the case of rough wafer surfaces, as arise in particular during drawing processes, a metal layer, for example, is advantageously produced between the doped wafers. As aluminum and / or silver introduced, and the stratification is then heated so that only the metal layer melts and so compensates for the roughness and a firm contact is formed. Since aluminum itself is p-doping, the wafer material would only need to be n-doped.

Damit entsteht die in 2b dargestellte Schichtung p-, i-, n-, Metallschicht 21, n-, i-, p-, Metallschicht 21, p-dotierter Bereiche entlang der Höhe des in 2a dargestellten Blocks 22. Zwischen den n-Bereichen ist eine Silberschicht und zwischen den p-Bereichen eine Aluminiumschicht angeordnet. Der in 2a dargestellte Block 22 wird dann vertikal entlang seiner Höhenausdehnung in schmale Scheiben zersägt, die als Grundbaustein eine Solarzelle 1 ausbilden. Eine Dicke der vom Block 22 abgesägten Scheiben entspricht der Höhe H der Solarzelle 1, die Scheiben sind der Grundbaustein der Solarzelle 1. Der Grundbaustein der Solarzelle 1 ist in 2c dargestellt. An ihm werden dann noch Kontakte an der Metallisierung 21 aufgebracht. Die Außenflächen der Solarzelle 1 können durch Passivierung und/oder einem „anti reflection coating” weiterbehandelt werden. Die ganze Solarzelle 1 wird in einen Rahmen 100 eingefasst oder auf einem Trägermaterial fixiert. Die p-, i-, n-, Metallschicht 21, n-, i-, p-, Metallschicht 21, p-Bereich Sequenzabschnitte erstrecken sich unmittelbar aufeinander folgend entlang der Breite B der Solarzelle 1. Die Solarzelle 1 ist mit ihrer Bereichsschichtung quer zur Einfallsrichtung des Sonnenlichtes 4 angeordnet, so dass das Licht direkt auf die intrinsischen Bereiche i fällt. Durch entsprechende Spiegelanordnung kann sowohl die sonnenlichtzugewandte Seite 2 der Solarzelle 1 als auch die sonnenlichtabgewandte Seite 3 der Solarzelle 1 dem Sonnenlichteinfall 4 ausgesetzt sein und damit besonders effektiv die Ladungsträgersammlung der Elektronen-Lochpaarbildung bewirken.This creates the in 2 B Layer shown p-, i-, n-, metal layer 21 , n, i, p, metal layer 21 , p-doped regions along the height of in 2a illustrated blocks 22 , Between the n-areas a silver layer and between the p-areas an aluminum layer is arranged. The in 2a illustrated block 22 is then sawn vertically into narrow slices along its vertical extent, the basic building block being a solar cell 1 form. A thickness of the block 22 sawed-off washers corresponds to the height H of the solar cell 1 , the discs are the basic building block of the solar cell 1 , The basic building block of the solar cell 1 is in 2c shown. At him then still contacts the metallization 21 applied. The outer surfaces of the solar cell 1 can be further treated by passivation and / or an "anti-reflection coating". The whole solar cell 1 is in a frame 100 bordered or fixed on a carrier material. The p, i, n, metal layer 21 , n, i, p, metal layer 21 p-type sequence sections extend immediately one after the other along the width B of the solar cell 1 , The solar cell 1 is with its area layering transverse to the direction of sunlight 4 arranged so that the light falls directly on the intrinsic areas i. By appropriate mirror arrangement, both the sunlight-facing side 2 the solar cell 1 as well as the sunlight side facing away 3 the solar cell 1 the sunlight 4 be exposed and thus particularly effectively cause the charge carrier collection of the electron-hole pair formation.

3 zeigt eine zweite, nicht zur Erfindung gehörige Ausführungsform einer Solarzelle 1. Die p-dotierten Bereiche p und die n-dotierten Bereiche n sind jeweils halblinsenförmig ausgeformt und an der sonnenlichtabgewandten Seite 3 der Solarzelle 1 angeordnet. Auch bei dieser Ausführungsform weisen die Dotierungen die zur ersten Ausführungsform genannten Größenordnungen auf. 3 shows a second, not belonging to the invention embodiment of a solar cell 1 , The p-doped regions p and the n-doped regions n are each formed in a semi-lenticular shape and on the side facing away from the sunlight 3 the solar cell 1 arranged. Also in this embodiment, the dopants have the orders of magnitude mentioned in the first embodiment.

Zunächst werden Wafer mit einer Höhe von etwa 200 μm zur Verfügung gestellt. Die dem Sonnenlicht zugewandte Seite 2 des Wafers wird nicht behandelt, die dem Sonnenlicht abgewandte Seite 3 des Wafers wird bereichsweise p- und n-dotiert. Die p- und n-dotierten Bereiche p, n sind voneinander durch einen intrinsischen Bereich i beabstandet. Das Material des intrinsischen Bereiches i entspricht dem unbehandelten Wafermaterial. Der Abstand zwischen den p- und n-dotierten Bereichen p, n liegt etwa bei 300 μm.First, wafers are provided with a height of about 200 microns. The side facing the sunlight 2 the wafer is not treated, the side facing away from the sunlight 3 of the wafer is partially p- and n-doped. The p- and n-doped regions p, n are spaced from each other by an intrinsic region i. The material of the intrinsic region i corresponds to the untreated wafer material. The distance between the p- and n-doped regions p, n is approximately 300 μm.

P- und n-Dotierungen in dem Wafer können durch herkömmliche fotolithographische Verfahren in die sonnenlichtabgewandte Seite 3 des Wafers eingebracht werden.P and n dopants in the wafer can be converted to the sunlight-facing side by conventional photolithographic techniques 3 of the wafer.

Als p-dotierendes Element werden Bor, Indium, Aluminium oder Gallium oder Kombinationen derartiger Elemente gewählt. Bei den n-dotierenden Elementen kann es sich um Stickstoff, Phosphor, Arsen oder Antimon handeln. Je nach Zeitdauer des Dotierungsvorganges und Konzentration des Dotierungsgases entsteht ein unterschiedlich stark datierter und ausgedehnter halblinsenförmiger Bereich in der behandelten Waferseite 3. Anschließend wird zentral auf jeden der n- und p-dotierten Bereiche an der sonnenlichtabgewandten Seite 3 ein stromleitender Kontakt 5 aufgebracht. Die n-dotierten und die p-dotierten Bereiche können kreisförmig auf der sonnenlichtabgewandten Seite 3 angeordnet sein, wie 6s zeigt. Sie können aber auch in Form von länglichen, parallel zueinander verlaufenden Bereichen (6b) ausgeformt werden. Sie können auch andere Anordnungen annehmen, beispielsweise schneckenförmige (6c) oder kammförmige Anordnungen (6d).Boron, indium, aluminum or gallium or combinations of such elements are chosen as p-doping element. The n-doping elements may be nitrogen, phosphorus, arsenic or antimony. Depending on the duration of the doping process and the concentration of the doping gas, a differently-colored and extended half-lens-shaped region arises in the treated wafer side 3 , Subsequently, the focus is on each of the n- and p-doped regions on the side facing away from the sunlight 3 an electrically conductive contact 5 applied. The n-doped and p-doped regions may be circular on the sunlight-facing side 3 be arranged, like 6s shows. However, they can also take the form of oblong, parallel areas ( 6b ) are formed. You can also accept other arrangements, such as helical ( 6c ) or comb-shaped arrangements ( 6d ).

In einer weiteren Ausführungsform eines Herstellungsverfahrens einer Solarzelle 1 gemäß 3 werden die p-Dotierungen und n-Dotierungen mittels einer Ionen-Kanone in die sonnenlichtabgewandte Seite 3 des Wafers eingeschossen.In a further embodiment of a production method of a solar cell 1 according to 3 become the p-type dopants and n-type dopants by means of an ion gun in the sunlight away side 3 shot of the wafer.

4 zeigt eine dritte, nicht zur Erfindung gehörige Ausführungsform einer Solarzelle 1. Die n- und p-Bereiche n, p zeichnen sich dadurch aus, dass sie sich jeweils bis zu drei Viertel entlang der Höhe H der Solarzelle 1, ausgehend von der sonnenlichtabgewandten Seite 3, in die Solarzelle 1 hinein erstrecken. Dadurch bilden sich im intrinsischen Material i ebenfalls, zumindest über größere Bereiche, zwischen den n- und p-Bereichen n, p homogene elektrische Felder Eel aus. 4 shows a third, not belonging to the invention embodiment of a solar cell 1 , The n and p regions n, p are distinguished by the fact that they each extend up to three quarters along the height H of the solar cell 1 , starting from the side facing away from the sunlight 3 , in the solar cell 1 extend into it. As a result, homogeneous electric fields E el are also formed in the intrinsic material i, at least over larger areas, between the n and p regions n, p.

Ein mögliches Verfahren zum Einbringen von Gräben 40 in die sonnenlichtabgewandte Seite 3 des Wafers erfolgt im bekannten „Laser Grooved Buried Contact” Verfahren. Zunächst wird wiederum ein aus intrinsischem Material gebildeter Wafer zur Verfügung gestellt. Dann werden in die sonnlichtabgewandte Seite 3 Gräben 40 mittels eines Lasers geschmolzen. Die Grabenstruktur kann die in den 6b bis 6d dargestellte Form annehmen. Bei den Ausführungsformen der 6c und 6d sind nur zwei Außenanschlüsse nötig.A possible method for the introduction of trenches 40 in the sunlight side facing away 3 of the wafer takes place in the well-known "Laser Grooved Buried Contact" method. First, a wafer formed of intrinsic material is again provided. Then turn into the side facing away from the sun 3 trenches 40 melted by a laser. The trench structure can be found in the 6b to 6d take the form shown. In the embodiments of the 6c and 6d only two external connections are necessary.

Es wird zunächst ein Graben 40 bzw. Grabensystem in die sonnenlichtabgewandte Seite 3 eingebracht. Danach werden die Wandungen 41 der Gräben 40 p-dotiert bzw. n-dotiert. Die Dotierung kann ebenfalls mittels fotolithographischer Verfahren erfolgen. Die gesamte Wandung 41 eines Grabens 40 wird entweder vollständig p-dotiert oder vollständig n-dotiert. Anschließend werden die Gräben 40 mit Metall 42 aufgefüllt und jeweils mit einem seitlich vom Wafer abstehenden Anschluss 5 versehen.It will first be a ditch 40 or trench system in the sunlight side facing away 3 brought in. After that, the walls become 41 the trenches 40 p-doped or n-doped. The doping can likewise be effected by means of photolithographic processes. The entire wall 41 a trench 40 is either completely p-doped or fully n-doped. Then the trenches 40 with metal 42 filled and each with a laterally protruding from the wafer connection 5 Mistake.

5 zeigt eine vierte, nicht zur Erfindung gehörige Ausführungsform einer Solarzelle 1. Die n- und p-Bereiche n, p erstrecken sich nicht über die gesamte Höhe H der Solarzelle 1, sondern etwa entlang drei Viertel der Höhe H ausgehend von der sonnenlichtabgewandten Seite 3. Die p- und die n-dotierten Bereiche p, n weisen in der Solarzellenebene E einen etwa kreisförmigen Durchmesser auf, der geringer ist als die Grabenbreite der Gräben 40 der 4. 5 shows a fourth, not belonging to the invention embodiment of a solar cell 1 , The n and p regions n, p do not extend over the entire height H of the solar cell 1 but approximately along three quarters of the height H, starting from the sunlight side facing away 3 , The p- and the n-doped regions p, n have an approximately circular diameter in the solar cell plane E, which is smaller than the trench width of the trenches 40 of the 4 ,

Es werden Nadeln 50 voneinander beabstandet mit einem positiv dotierenden bzw. negativ dotierenden Überzug versehen. Bei den negativ dotierenden Nadeln 50 kann Wolframdraht mit Bor ummantelt sein.There are needles 50 spaced apart provided with a positive doping or negative doping coating. At the negative doping needles 50 Tungsten wire can be coated with boron.

Die überzogenen Nadeln 50 können beispielsweise in einen Wafer eingedrückt werden. Die in den Wafer eingebrachten Nadeln 50 werden dann kurz unter Strom gesetzt, wodurch ein Teil der Beschichtung in das intrinsische Material i wandert und dort in einem Bereich um die Nadel 50 herum den Wafer dotiert. Es bilden sich im Querschnitt in der Solarzellenebene E etwa kreisförmig n- bzw. p-dotierte Bereiche n, p aus. Dieser Verfahrensschritt ist in anderem Zusammenhang als ,Formieren’ bekannt.The coated needles 50 For example, they can be pressed into a wafer. The needles inserted into the wafer 50 are then briefly energized, whereby a portion of the coating migrates into the intrinsic material i and there in an area around the needle 50 doped around the wafer. In the cross-section in the solar cell plane E, approximately circular n- or p-doped regions n, p are formed. This process step is known in other context as 'forming'.

Neben dem Formieren und Legieren ist in einem anderen Verfahren zur Herstellung der Solarzelle 1 gemäß 5 ein Schmelzverfahren anwendbar, bei dem ein Nadelkissen mit p- und n-dotierenden Beschichtungen mit Siliziumpulver überschüttet wird. Die p-dotierenden Nadeln 50 und die n-dotierenden Nadeln 50 sind jeweils unter sich leitend verbunden und die beiden Nadelgruppen gegeneinander isoliert. Das Siliziumpulver wird dann geschmolzen und abgekühlt, und so kann eine polykristalline Siliziumstruktur auf dem zweigeteilten Nadelkissen aufgebracht werden.In addition to forming and alloying is in another process for producing the solar cell 1 according to 5 a melting method is applicable, in which a pincushion with p- and n-doping coatings is coated with silicon powder. The p-doping needles 50 and the n-doping needles 50 are each conductively connected and the two groups of pins insulated from each other. The silicon powder is then melted and cooled, and thus a polycrystalline silicon structure can be deposited on the two-part pincushion.

Eine fünfte Ausführungsform einer Solarzelle 1 ist in den 7a und 7b im Querschnitt senkrecht zur Solarzellenebene E gezeigt. Die Solarzelle 1 besteht im Wesentlichen aus einem intrinsischen Bereich i, der die n- und p-dotierten Bereiche n, p vollständig umfasst, in die entlang der Höhe H etwa mittig in Längsrichtung L verlaufende, langgezogene p-dotierte und n-dotierte Bereiche p, n in den Halbleiter eingebracht sind. Die n- und p dotierten Bereiche n, p umgeben einen draht- oder faserförmigen Leiter 70. Die Solarzelle 1 der 7a ist zweiseitig mit Sonnenlicht 4 anwendbar. Das elektrische Feld Eel durchzieht mit bogenförmigen Feldlinien weite Bereiche des intrinsischen Bereichs i.A fifth embodiment of a solar cell 1 is in the 7a and 7b shown in cross-section perpendicular to the solar cell plane E. The solar cell 1 consists essentially of an intrinsic region i, which completely encompasses the n- and p-doped regions n, p, into the elongated p-doped and n-doped regions p, n in, which run approximately in the longitudinal direction L along the height H. the semiconductor are introduced. The n- and p-doped regions n, p surround a wire or fiber-shaped conductor 70 , The solar cell 1 of the 7a is two-sided with sunlight 4 applicable. The electric field E el pervades arcuate field lines wide areas of the intrinsic region i.

Die Solarzelle 1 der 7a kann beispielsweise in der Weise hergestellt werden, dass Borfasern mit jeweils einem Wolframkern und n-dotierte Siliziumcarbidfasern mit jeweils einem Graftitkern alternierend angeordnet werden und in einer Herstellungsform horizontal eingespannt werden und mit Halbleitermaterial übergossen werden. Nach dem Aushärten werden die Leiter nötigenfalls einem Stromstoß ausgesetzt, wodurch die Dotierung in den jeweils benachbarten intrinsischen Bereich wandert. 7b zeigt die Solarzelle der 7a in einer perspektivischen Ansicht mit mehreren Kontakten 5. Die Weglänge durch die dotierten Bereiche bis zum Draht 70 ist für die Ladungsträger –, + vergleichsweise kurz. Damit ist die Rekombinationsrate gering, und die Solarzelle 1 hat insgesamt einen hohen Wirkungsgrad.The solar cell 1 of the 7a can be produced, for example, in such a way that boron fibers each having a tungsten core and n-doped silicon carbide fibers, each with a graftite core, are arranged alternately and are clamped horizontally in a production mold and are covered with semiconductor material. After curing, the conductors are subjected to an impulse if necessary, whereby the doping migrates into the respectively adjacent intrinsic region. 7b shows the solar cell the 7a in a perspective view with multiple contacts 5 , The path length through the doped areas to the wire 70 is for the charge carriers -, + comparatively short. Thus, the recombination rate is low, and the solar cell 1 Overall, it has a high degree of efficiency.

Es ist jedoch auch denkbar, das Halbleitermaterial zwischen den Leitungen mittels Epitaxieverfahren aufwachsen zu lassen.However, it is also conceivable to grow the semiconductor material between the lines by means of epitaxial growth.

8a, 8b zeigen eine Ausführungsform gemäß den 7a, 7b, jedoch mit in der Höhe H der Solarzelle 1 höher ausgebildeten p- und n-dotierten Bereichen p, n. Die p-, und n-Bereiche p, n erstrecken sich jeweils über wenigstens die Hälfte der Höhenausdehnung H der Solarzelle 1, ohne jedoch bis zur sonnenabgewandten und zur sonnenzugewandten Seite 3, 2 zu reichen. Die n- und p-Bereiche n, p sind im Querschnitt im Wesentlichen rechteckig ausgebildet und parallel zueinander angeordnet. Dadurch bilden sich zwischen den dotierten Bereichen n, p elektrische Felder Eel mit zumindest in weiten Bereichen im Wesentlichen parallel zueinander verlaufenden Feldlinien aus, die in besonders günstiger Weise eine Trift der Ladungsträger –, + erzeugen. Ein Herstellungsverfahren entspricht dem der Ausführungsform in den 7a, 7b, jedoch werden nicht im Querschnitt runde Drähte, sondern im Querschnitt längliche, rechteckige Leitungsbänder verwendet. 8a . 8b show an embodiment according to the 7a . 7b , but with the height H of the solar cell 1 The p-type and n-type regions p, n each extend over at least half the height extent H of the solar cell 1 , but not up to the sun-facing and sun-facing side 3 . 2 to reach. The n- and p-regions n, p are formed in cross-section substantially rectangular and arranged parallel to each other. As a result, electric fields E el are formed between the doped regions n, p, with field lines extending substantially parallel to one another at least over a wide range, which generate a drift of the charge carriers, +, in a particularly favorable manner. A manufacturing method corresponds to that of the embodiment in FIGS 7a . 7b , but are not round in cross-section wires, but used in cross-section elongated, rectangular conduction bands.

9a zeigt ein Ziehverfahren zur Herstellung der erfindungsgemäßen Solarzelle 1. Dabei werden gleichmäßig voneinander beabstandete n- und p-Leitungen n, p durch ein Silizium-Bad 90 gezogen. Aufgrund der hohen Oberflächenspannung des geschmolzenen Siliziums bilden sich zwischen den n- und p-Leitungen n, p intrinsische Silizium-Bereiche i aus, die abkühlen und aushärten. Es wird eine Lamelle 91 aus dem Siliziumbad 90 gezogen. Als n- und p-Leitungen n, p werden leitende und hochtemperaturbeständige Materialien verwendet. Der Schmelzpunkt der p- und n-Leitungen p, n sollte über dem Schmelzpunkt des Siliziums sein. Intrinsisches Silizium i weist einen Schmelzpunkt von etwa 1.410 Grad Celsius auf. Als p-Leitung p kann Borfaser mit einem drahtförmigern Grafit- oder Woframkern verwendet werden, als n-Leitung n kann eine mit Stickstoff hochdotierte Siliziumcarbidfaser verwendet werden. Die hohe Dotierung birgt elektrischen Strom leitenden Charakter, so dass gar kein extra leitender Kern benötigt wird. Die Materialen sind hochtemperaturbeständig und stromleitend. Bei dem in 9 dargestellten Ziehverfahren werden die n- und p-Leitungen n, p beim Durchziehen quer zur Längsrichtung L umlaufend vollständig vom intrinsischen Silizium benetzt. Die n- und p-Leitungen n, p verlaufen somit vollständig im intrinsischen Bereich i der später daraus hergestellten Solarzelle. 9a shows a drawing process for the production of the solar cell according to the invention 1 , In this case, uniformly spaced n and p lines n, p through a silicon bath 90 drawn. Due to the high surface tension of the molten silicon, intrinsic silicon regions i are formed between the n and p lines n, p, which cool and harden. It will be a slat 91 from the silicon bath 90 drawn. As n and p lines n, p conductive and high temperature resistant materials are used. The melting point of the p and n lines p, n should be above the melting point of the silicon. Intrinsic silicon i has a melting point of about 1,410 degrees Celsius. Borfaser with a wire-shaped graphite or Wofram core can be used as the p-type line p, and the n-type line n can be a nitrogen-doped silicon-carbide fiber. The high doping carries electrical current conductive character, so that no extra conductive core is needed. The materials are high temperature resistant and conductive. At the in 9 As shown, the n- and p-lines n, p are completely wetted completely by the intrinsic silicon when being pulled through transversely to the longitudinal direction L. The n and p lines n, p thus run completely in the intrinsic region i of the later produced solar cell.

9b zeigt in einer Schnittansicht die gezogene Lamelle 91, p- und n-Leitungen n, p sind im Querschnitt alternierend angeordnet. Die n- und p-Leitungen p, n sind im Querschnitt kreisförmig und jeweils 180 μm im Durchmesser ausgebildet. Der Abstand zwischen benachbarten Leitungen n, p beträgt etwa 500 μm. 9b shows in a sectional view of the drawn lamella 91 , p and n lines n, p are arranged alternately in cross section. The n- and p-lines p, n are circular in cross section and formed in each case 180 microns in diameter. The distance between adjacent lines n, p is about 500 μm.

9c zeigt eine alternierende Anordnung von n- und p-dotierten Leitungen n, p in einem Querschnitt senkrecht zur Leitungsrichtung. Im Gegensatz zur Anordnung der Leitungen n, p in 9b sind die n- und p-Leitungen n, p jedoch zickzackförmig gegeneinander versetzt. Durch die zickzackförmige Anordnung der n- und p-Leitungen n, p ergibt sich eine hohe mechanische Stabilität des Wafers, so dass die intrinischen Bereiche i zwischen den p- und n-Leitungen p, n besonders dünn gezogen werden können. Darüber hinaus bietet sich der Vorteil, dass aufgrund der Zickzackform Mehrfach-Reflexionen möglich sind, wodurch weniger Lichtverluste durch Reflexion von der sonnenlichtzugewandten Seite 2 auftreten. Die Zickzackform bietet eine besonders geeignete Form der Texturierung der sonnenzugewandten Seite 2. 9c shows an alternating arrangement of n- and p-doped lines n, p in a cross-section perpendicular to the line direction. In contrast to the arrangement of the lines n, p in 9b However, the n and p lines n, p are zigzagged offset from each other. The zigzag arrangement of the n and p lines n, p results in a high mechanical stability of the wafer, so that the intrinsic areas i between the p and n lines p, n can be pulled particularly thin. In addition, there is the advantage that due to the zigzag shape multiple reflections are possible, resulting in less light losses due to reflection from the side facing sunlight 2 occur. The zig-zag shape provides a particularly suitable form of texturing the sun-facing side 2 ,

Sowohl die Zickzackstruktur der 9c als auch die planare Struktur der 9a können im Ziehverfahren durch ein Siliziumbad 90 hindurchgezogen werden und so einen Wafer ausbilden oder in ein Siliziumbad 90 eingetaucht und freischwebend herausgezogen werden, so dass sich die Räume zwischen den n- und p-Leitungen n, p aufgrund der hohen Oberflächenspannung des flüssigen Siliziums benetzen und die intrinsischen Bereiche i ausbilden.Both the zigzag structure of 9c as well as the planar structure of the 9a can in the drawing process by a silicon bath 90 pulled through and so form a wafer or in a silicon bath 90 immersed and pulled out freely floating, so that wet the spaces between the n- and p-lines n, p due to the high surface tension of the liquid silicon and form the intrinsic regions i.

Die 10a und 10b zeigen eine weitere Ausführungsform eines im Tauchverfahren oder auch Ziehverfahren herstellbaren Wafers mittels einer n- und p-Leitungsstruktur n, p. Dazu sind in einem Rahmen 100 n- und p-Leitungen n, p parallel verlaufend eingespannt. Die 10b zeigt einen Querschnitt entlang der Linie Xb-Xb der 10a. In 10b ist erkennbar, dass abwechselnd Ebenen E von n-Leitungen n und p-Leitungen p versetzt gegeneinander vorgesehen sind, so dass sich im Querschnitt eine sechseckige Wabenstruktur ausbildet. Wenn die Leitungen n, p durch ein Siliziumbad 90 hindurchgezogen werden, bildet sich zwischen den nächstbenachbarten n- bzw. p-Leitungen n, p ein intrinsischer Siliziumfilm i aus, während die Innenräume der Wabenstruktur frei bleiben. Die Wabenstruktur ermöglicht die Herstellung besonders stabiler Wafer, und darüber hinaus wird sehr wenig Silizium benötigt, da die Wabenstruktur im Wesentlichen hohl ist. Dennoch ist die Absorptionsrate aufgrund der Zickzackform der sonnenzugewandten Seite 2 als auch des mehrschichtigen Aufbaus hoch. Der Durchmesser der Leitungen n, p beträgt etwa 10 μm. Dadurch bildet sich eine Dicke des Siliziumfilms von vorzugsweise unter 10 μm aus. Aufgrund der sehr kleinen Abstände zwischen den n- und p-Leitungen n, p entsteht besonders hochwertiges, monokristallines Silizium.The 10a and 10b show a further embodiment of a wafer which can be produced by the dipping method or also by means of an n- and p-type conduction structure n, p. These are in a frame 100 n- and p-lines n, p clamped parallel. The 10b shows a cross section along the line X b -X b of 10a , In 10b It can be seen that alternately planes E of n-lines n and p-lines p offset from each other are provided, so that forms a hexagonal honeycomb structure in cross-section. If the lines n, p through a silicon bath 90 are drawn through, forms an intrinsic silicon film i between the next adjacent n- or p-lines n, p, while the interiors of the honeycomb structure remain free. The honeycomb structure makes it possible to produce particularly stable wafers, and moreover, very little silicon is required since the honeycomb structure is substantially hollow. Nevertheless, the absorption rate due to the zigzag shape of the sun-facing side 2 as well as the multi-layered construction. The diameter of the lines n, p is about 10 microns. As a result, a thickness of the silicon film of preferably less than 10 μm is formed. Due to the very small distances between the n and p lines n, p, particularly high-quality monocrystalline silicon is produced.

Es ist jedoch denkbar, auf den Leitungsstrukturen n, p der 10a, 9a und 9c Silizium im Epitaxie-Verfahren aufwachsen zu lassen. Möglicherweise wird nach dem epitaktischen Aufwachsen noch einmal formiert. Günstigerweise werden im Epitaxieverfahren Graphitfasern zuerst durch stark dotiertes geschmolzenes Silizium umgeben, so dass ein stark dotiertes Silizium-Carbid-Kristall mit einer bevorzugten Schichtdicke in der Größenordnung von 1 μm entsteht, auf dem im Epitaxieverfahren Halbleitermaterial aufwachsen kann.However, it is conceivable on the line structures n, p the 10a . 9a and 9c Growing silicon in the epitaxy process. Maybe after the epitaxial growth again formed. Conveniently, in the epitaxial process, graphite fibers are first surrounded by heavily doped molten silicon to form a heavily doped silicon carbide crystal having a preferred layer thickness on the order of 1 micron on which semiconductor material can grow in the epitaxial growth process.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11
Solarzellesolar cell
22
sonnenlichtzugewandte Seitesunlight-facing side
33
sonnenlichtabgewandte Seitesunlight side away
44
einfallende Licht-/Sonnenstrahlenincident light / sunbeams
55
Anschlussconnection
77
Drähtewires
2020
PIN-StrukturenPIN structures
2121
Metallschichtmetal layer
2222
Blockblock
4040
Gräbentrenches
4141
Wandungenwalls
4242
Metermeter
5050
Nadelnneedles
7070
Leiterladder
9090
Siliziumbadsilicon bath
9191
Lamellelamella
100100
Rahmenframe
BB
Breitewidth
Bi, Bn, Bp B i , B n , B p
Breiten der einzelnen BereicheWidths of the individual areas
Ee
Solarzellenebenesolar cell level
Eel E el
elektrisches Feldelectric field
HH
Höheheight
Hi, Hn, Hp H i, H n, H p
Höhen der einzelnen BereicheHeights of the individual areas
LL
Längsausdehnunglongitudinal extension
Li, Ln, Lp L i , L n , L p
Längen der einzelnen BereicheLengths of the individual areas
nn
n-dotierte Bereichen-doped regions
pp
p-dotierte Bereichep-doped regions
ii
intrinsische Bereicheintrinsic areas
++
Löcherholes
-
Elektronenelectrons

Claims (4)

Solarzelle (1) mit einer Solarzellenebene (E) entlang derer eine sonnenlichtzugewandte Seite (2) und eine sonnlichtabgewandte Seite (3) verlaufen und entlang der Solarzellenebene (E) in der Solarzellenebene (E) eine Vielzahl n-dotierter Bereiche (n) und p-dotierter Bereiche (p) abwechselnd angeordnet ist, wobei der n- und der p-dotierte Bereich (n, p) jeweils eine Dotierung von wenigstens 1019 Fremdatomen/cm3 aufweisen und aufeinanderfolgende p- und n-dotierte Bereiche (p, n) jeweils durch einen intrinsischen Bereich (i), der eine Dotierung von weniger als 1015 Fremdatome/cm3 aufweist, voneinander getrennt und voneinander beabstandet sind und sich die n-, p- und i-Bereiche (n, p, i) von der sonnenlichtabgewandten Seite (3) bis zur sonnenlichtzugewandten Seite (2) erstrecken und die n-, p- und i-Bereiche (n, p, i) aufeinander angeordnet sind mit der Sequenz: p-Bereich (p), i-Bereich (i), n-Bereich (n), leitender Kontaktbereich (21), n-Bereich (n), i-Bereich (i), p-Bereich (p), leitender Kontaktbereich (21), wobei die Breite jeder der i-Bereiche (i) zwischen 50 μm und 5000 μm beträgt und an den leitenden Kontaktbereichen (21) Kontakte (5) aufgebracht sind.Solar cell ( 1 ) with a solar cell plane (E) along which a sunlight-facing side (E) 2 ) and a side facing away from the sun ( 3 ) and along the solar cell plane (E) in the solar cell plane (E) a plurality of n-doped regions (n) and p-doped regions (p) is arranged alternately, wherein the n- and the p-doped region (n, p ) each have a doping of at least 10 19 foreign atoms / cm 3 and successive p- and n-doped regions (p, n) in each case by an intrinsic region (i) having a doping of less than 10 15 foreign atoms / cm 3 , separated from each other and spaced from each other and themselves the n, p and i ranges (n, p, i) from the sunlight side ( 3 ) to the sunlight side ( 2 ) and the n, p and i regions (n, p, i) are arranged on top of each other with the sequence: p-region (p), i-region (i), n-region (n), conductive contact region ( 21 ), n-range (s), i-range (i), p-range (p), conductive contact area ( 21 ), wherein the width of each of the i-regions (i) is between 50 μm and 5000 μm and at the conductive contact regions ( 21 ) Contacts ( 5 ) are applied. Solarzelle (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass entlang eines Querschnitts quer zur Solarzellenebene (E) jeder n-dotierte Bereich (n) von zwei p-dotierten Bereichen (p) benachbart ist.Solar cell ( 1 ) according to claim 1, characterized in that along a cross-section transverse to the solar cell plane (E) each n-doped region (s) of two p-doped regions (p) is adjacent. Solarzelle (1) nach den Ansprüchen 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, dass zueinander weisende Außenflächen benachbarter n- und p-dotierter Bereiche (n, p) im Wesentlichen parallel zueinander verlaufen und somit zwischen sich ein homogenes elektrische Feld (Eel) ausbilden.Solar cell ( 1 ) according to claims 1 to 2, characterized in that mutually facing outer surfaces of adjacent n- and p-doped regions (n, p) are substantially parallel to each other and thus form a homogeneous electric field (E el ) between them. Verfahren zur Herstellung einer Solarzelle (1) nach den Ansprüchen 1 bis 3, indem Bereiche aufeinander angeordnet werden mit der Sequenz: p-Bereich (p), i-Bereich (i), n-Bereich (n), leitender Kontaktbereich (21), n-Bereich (n), i Bereich (i), p-Bereich (p), leitender Kontaktbereich (21), indem die intrinsischen Bereiche (i) mit höchstens 1016 Fremdatomen/cm3 datiert werden und die p- und n-Bereiche (p, n) mit jeweils mindestens 1019 Fremdatomen/cm3 dotiert werden und eine Vielzahl an Wafern jeweils an einer Außenseite (2, 3) p-dotiert wird und an einer gegenüberliegenden Außenseite (2, 3) n-dotiert wird und die dotierten Wafer mit gleichdotierten Außenseiten (2, 3) zueinander weisend zu einem Block (22) leitend aufeinandergeschichtet werden und quer zur Schichtung in solarzellenhohe Scheiben geschnitten werden.Process for producing a solar cell ( 1 ) according to claims 1 to 3, in which regions are arranged on top of one another with the sequence: p-region (p), i-region (i), n-region (n), conductive contact region ( 21 ), n-range (s), i range (i), p-range (p), conductive contact area ( 21 ) by doping the intrinsic regions (i) with at most 10 16 foreign atoms / cm 3 and doping the p and n regions (p, n) each with at least 10 19 foreign atoms / cm 3 and a multiplicity of wafers in each case an outside ( 2 . 3 ) is p-doped and on an opposite outer side ( 2 . 3 ) n-doped and the doped wafers with identically doped outer sides ( 2 . 3 ) facing each other to a block ( 22 ) are stacked conductive and cut transversely to the stratification in solar cell high slices.
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