DE102010037319B4 - Solar cell with improved backside metallization layer - Google Patents
Solar cell with improved backside metallization layer Download PDFInfo
- Publication number
- DE102010037319B4 DE102010037319B4 DE201010037319 DE102010037319A DE102010037319B4 DE 102010037319 B4 DE102010037319 B4 DE 102010037319B4 DE 201010037319 DE201010037319 DE 201010037319 DE 102010037319 A DE102010037319 A DE 102010037319A DE 102010037319 B4 DE102010037319 B4 DE 102010037319B4
- Authority
- DE
- Germany
- Prior art keywords
- metallization layer
- solar cell
- nanoparticles
- backside metallization
- layer
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- 238000001465 metallisation Methods 0.000 title claims abstract description 30
- 239000002105 nanoparticle Substances 0.000 claims abstract description 15
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 7
- 239000002041 carbon nanotube Substances 0.000 claims abstract description 7
- 229910021393 carbon nanotube Inorganic materials 0.000 claims abstract description 7
- 239000004917 carbon fiber Substances 0.000 claims abstract description 3
- 239000002134 carbon nanofiber Substances 0.000 claims abstract description 3
- VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N methane Chemical class C VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 3
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 6
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 11
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 10
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 10
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 5
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 5
- 239000000835 fiber Substances 0.000 description 4
- 238000000034 method Methods 0.000 description 4
- 238000007650 screen-printing Methods 0.000 description 4
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 3
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 3
- 238000007639 printing Methods 0.000 description 3
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 3
- 230000032798 delamination Effects 0.000 description 2
- 239000007858 starting material Substances 0.000 description 2
- 239000000443 aerosol Substances 0.000 description 1
- 239000011852 carbon nanoparticle Substances 0.000 description 1
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 1
- 238000000151 deposition Methods 0.000 description 1
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 1
- 230000005611 electricity Effects 0.000 description 1
- 238000010304 firing Methods 0.000 description 1
- 238000007306 functionalization reaction Methods 0.000 description 1
- 230000001771 impaired effect Effects 0.000 description 1
- 238000010348 incorporation Methods 0.000 description 1
- 238000007641 inkjet printing Methods 0.000 description 1
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 1
- 238000007649 pad printing Methods 0.000 description 1
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 1
- 235000011837 pasties Nutrition 0.000 description 1
- 239000002994 raw material Substances 0.000 description 1
- 230000000087 stabilizing effect Effects 0.000 description 1
- 239000010409 thin film Substances 0.000 description 1
- 238000010023 transfer printing Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
- H01L31/02—Details
- H01L31/0224—Electrodes
- H01L31/022408—Electrodes for devices characterised by at least one potential jump barrier or surface barrier
- H01L31/022425—Electrodes for devices characterised by at least one potential jump barrier or surface barrier for solar cells
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
- Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy
Abstract
Solarzelle (1), welche eine Rückseite sowie eine Rückseitenmetallisierungsschicht (12) aufweist und die Rückseitenmetallisierungsschicht (12) Strukturmaterialien in Form von Nanopartikeln (2) in Form von Kohlenstoffnanofasern oder in Form von Kohlenstoffnanoröhren oder in Form von funktionalisierten Kohlenstoffnanoröhren und -fasern enthält, wobei der Durchmesser der Nanopartikel (2) größer oder gleich 1 nm und kleiner oder gleich 10 μm ist, und wobei die Länge der Nanopartikel (2) größer 1 μm ist.A solar cell (1) having a backside and a backside metallization layer (12) and the backside metallization layer (12) comprises nanoparticles (2) in the form of carbon nanofibers or in the form of carbon nanotubes or in the form of functionalized carbon nanotubes and fibers the diameter of the nanoparticles (2) is greater than or equal to 1 nm and less than or equal to 10 μm, and wherein the length of the nanoparticles (2) is greater than 1 μm.
Description
Eine Silizium-Solarzelle umfasst eine Siliziumschicht, welche zwei verschieden dotierte Bereiche an Ihrer Ober- und Unterseite aufweist. Jeweils auf der Ober- und der Unterseite wird eine Metallisierungsschicht aufgebracht, welche der Kontaktierung der elektrischen Anschlusskontakte dient. Die rückseitige Metallisierungsschicht wird üblicherweise in Form einer Paste, welche Aluminiumpartikel enthält, aufgetragen und anschließend in einem Feuerungsschritt so stark erhitzt, so dass Aluminium und Silizium eine Diffusionsverbindung eingehen. Eine weitere Aufgabe der Metallisierungsschicht ist die Erhöhung der mechanischen Stabilität der Solarzelle. Aufgrund der geringen Duktilität des Siliziums sowie ihrer geringen Dicke von 100 bis 200 μm ist diese Solarzelle sehr bruchanfällig. Da eine Solarzelle sowohl während ihrer Fertigung, durch mechanische Belastungen, als auch während ihres Betriebs, durch Temperaturschwankungen von bis zu 80 Kelvin im Tagesverlauf, hohen Beanspruchungen ausgesetzt ist, wird eine Metallisierungsschicht gewünscht, welche diese Belastungen aufnehmen und kompensieren kann.A silicon solar cell comprises a silicon layer which has two differently doped regions on its top and bottom. In each case on the top and the bottom of a metallization layer is applied, which serves for contacting the electrical connection contacts. The back metallization layer is usually applied in the form of a paste containing aluminum particles, and then heated in a firing step so strongly that aluminum and silicon form a diffusion bond. Another object of the metallization layer is to increase the mechanical stability of the solar cell. Due to the low ductility of the silicon and its small thickness of 100 to 200 microns, this solar cell is very susceptible to breakage. Since a solar cell is subjected to high stresses during its production, due to mechanical loads, as well as during its operation, by temperature fluctuations of up to 80 Kelvin in the course of the day, a metallization layer is desired, which can absorb and compensate for these stresses.
Grundsätzlich bekannt ist es, stabilisierende Schichten mit Fasern zu versetzen. Diese Fasern können Belastungen aufnehmen und die auf sie wirkenden Kräfte absorbieren. Für die Metallisierungsschicht einer Solarzelle ist dieses Vorgehen jedoch nicht möglich, da das Ausgangsmaterial der Metallisierungsschicht in flüssiger oder pastöser Form (Metallisierungspaste) mittels eines (Sieb-)Druckverfahrens auf die Solarzelle aufgebracht wird. Hierbei würden herkömmliche Fasern die Siebstruktur/Druckstruktur verstopfen und eine gleichmäßige Beschichtung mit Metallisierungsmaterial verhindern. Ebenso würde eine Beimischung von nichtleitenden Fasern die elektrischen Eigenschaften der Metallisierungsschicht verschlechtern.It is generally known to provide stabilizing layers with fibers. These fibers can absorb stresses and absorb the forces acting on them. However, this procedure is not possible for the metallization layer of a solar cell since the starting material of the metallization layer is applied to the solar cell in liquid or pasty form (metallization paste) by means of a (screen) printing process. Here, conventional fibers would clog the screen structure / print structure and prevent uniform coating with metallization material. Likewise, incorporation of non-conductive fibers would degrade the electrical properties of the metallization layer.
Die
Die Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Solarzelle mit einer Rückseitenmetallisierungsschicht vorzustellen, die folgende Eigenschaften aufweist:
- a) Fähigkeit zur Aufnahme von mechanischen Kräften, die bei der Herstellung, Verarbeitung und Betrieb der Solarzelle auftreten, ohne die Flexibilität der Solarzelle negativ zu beeinflussen;
- b) Gute Haftung zwischen Metallisierungsschicht und Solarzellen-Halbleiteroberfläche, um eine Delamination von Metallisierungsschicht und Halbleiter bei Herstellung, Verarbeitung und Betrieb der Solarzelle zu verhindern;
- c) Gute elektrische Querleitfähigkeit in der Metallisierungsschicht sowie guter Kontaktwiderstand zwischen Metallisierungsschicht und Halbleiter;
- d) Das Ausgangsmaterial der Metallisierungsschicht ist für die Verarbeitung mittels eines (Sieb-)Druckverfahrens geeignet.
- a) ability to absorb mechanical forces that occur during the manufacture, processing and operation of the solar cell, without negatively affecting the flexibility of the solar cell;
- b) Good adhesion between metallization layer and solar cell semiconductor surface to prevent delamination of metallization layer and semiconductor during manufacture, processing and operation of the solar cell;
- c) Good lateral electrical conductivity in the metallization layer and good contact resistance between metallization layer and semiconductor;
- d) The starting material of the metallization layer is suitable for processing by means of a (screen) printing process.
Die Solarzelle umfasst hierbei eine Siliziumschicht, eine Vorderseitenbeschichtung auf der der Sonne zugewandten Vorderseite sowie eine Rückseitenmetallisierungsschicht auf der der Sonne abgewandten Rückseite.In this case, the solar cell comprises a silicon layer, a front side coating on the front side facing the sun, and a rear side metallization layer on the rear side facing away from the sun.
Neben dem Siebdruckverfahren können auch andere Depositionsverfahren angewendet werden wie z. B. Dispensen, Laser Transfer Druck, Tampondruck, Inkjet Druck, Aerosol Druck, etc.In addition to the screen printing method, other deposition methods can be used such. Dispensing, laser transfer printing, pad printing, inkjet printing, aerosol printing, etc.
Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass die Rückseitenmetallisierungsschicht Strukturmaterialien in Form von Nanopartikeln in Form von Kohlenstoffnanofasern oder in Form von Kohlenstoffnanoröhren oder in Form von funktionalisierten Kohlenstoffnanoröhren und -fasern enthält, wobei der Durchmesser der Nanopartikel größer oder gleich 1 nm und kleiner oder gleich 10 μm ist, und wobei die Länge der Nanopartikel größer 1 μm ist.According to the invention, the backside metallization layer contains structural materials in the form of nanoparticles in the form of carbon nanofibers or in the form of carbon nanotubes or in the form of functionalized carbon nanotubes and fibers, the diameter of the nanoparticles being greater than or equal to 1 nm and less than or equal to 10 μm, and wherein the length of the nanoparticles is greater than 1 μm.
Durch diese Zugabe erhöht sich die Festigkeit der Metallisierungsschicht, da die Nanopartikel mechanische Kräfte aufnehmen und damit die Siliziumschicht verstärken. Zudem wird die Haftung der Metallisierungsschicht an der Siliziumschicht verbessert.This addition increases the strength of the metallization layer, since the nanoparticles absorb mechanical forces and thus reinforce the silicon layer. In addition, the adhesion of the metallization layer to the silicon layer is improved.
Die genannten Nanopartikel eigenen sich aufgrund Ihrer Eigenschaften für den Einsatz als Strukturmaterial für diesen Anwendungsfall. Sie weisen eine hohe Festigkeit auf, sind elektrisch leitend, so dass die Leitfähigkeit der Metallisierungsschicht nicht beeinträchtigt wird und können aufgrund ihrer geringen Größe auch die üblichen Siebschablonen oder Druckerdüsen passieren. Des Weiteren ist es möglich, durch eine sogenannte Funktionalisierung weitere chemische Verbindungen an die Nanopartikel zu binden, und damit in die Metallisierungsschicht einzubringen.Due to their properties, the mentioned nanoparticles are suitable for use as structural material for this application. They have a high strength, are electrically conductive, so that the conductivity of the metallization layer is not impaired and can happen due to their small size and the usual Siebschablonen or printer nozzles. Furthermore, it is possible to bind further chemical compounds to the nanoparticles by means of a so-called functionalization, and thus to introduce them into the metallization layer.
Eine bevorzugte Realisierungsform ist dadurch gekennzeichnet, dass der Anteil von Strukturmaterial in Form von Nanopartikeln in der Rückseitenmetallisierungsschicht 30 Gewichtsprozent nicht überschreitet.A preferred embodiment is characterized in that the proportion of nanoparticulate structural material in the backside metallization layer does not exceed 30 percent by weight.
Eine mögliche Ausführungsform wird anhand
Die oberste Schicht bildet die Vorderseitenbeschichtung
Die mittlere Schicht mit der größten Dicke ist die Siliziumschicht
Auf der Unterseite folgt die Rückseitenmetallisierungsschicht
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 11
- Solarzellesolar cell
- 1111
- Siliziumschichtsilicon layer
- 1212
- RückseitenmetallisierungsschichtRückseitenmetallisierungsschicht
- 1313
- VorderseitenbeschichtungFront coating
- 22
- Nanopartikelnanoparticles
Claims (2)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE201010037319 DE102010037319B4 (en) | 2010-09-03 | 2010-09-03 | Solar cell with improved backside metallization layer |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE201010037319 DE102010037319B4 (en) | 2010-09-03 | 2010-09-03 | Solar cell with improved backside metallization layer |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE102010037319A1 DE102010037319A1 (en) | 2012-03-08 |
DE102010037319B4 true DE102010037319B4 (en) | 2013-11-14 |
Family
ID=45595221
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE201010037319 Active DE102010037319B4 (en) | 2010-09-03 | 2010-09-03 | Solar cell with improved backside metallization layer |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE102010037319B4 (en) |
Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US20070221270A1 (en) * | 2004-07-01 | 2007-09-27 | Toyo Aluminium Kabushiki Kaisha | Paste Composition and Solar Cell Element Using the Same |
US20100003781A1 (en) * | 2008-02-28 | 2010-01-07 | Van Duren Jeroen K J | Roll-to-roll non-vacuum deposition of transparent conductive electrodes |
-
2010
- 2010-09-03 DE DE201010037319 patent/DE102010037319B4/en active Active
Patent Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US20070221270A1 (en) * | 2004-07-01 | 2007-09-27 | Toyo Aluminium Kabushiki Kaisha | Paste Composition and Solar Cell Element Using the Same |
US20100003781A1 (en) * | 2008-02-28 | 2010-01-07 | Van Duren Jeroen K J | Roll-to-roll non-vacuum deposition of transparent conductive electrodes |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
DE102010037319A1 (en) | 2012-03-08 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
DE69534938T2 (en) | Photovoltaic device and manufacturing process | |
DE112013001641T5 (en) | Solar cell and method for producing a solar cell | |
DE10356653A1 (en) | Fuel cell separator for solid polymer electrolyte fuel cell for electric vehicle, comprises metallic substrate having oxide film forming one surface produced by oxidation of material of substrate, and electrically conducting thin film | |
DE112013003211T5 (en) | Improving the structural integrity of solar cells | |
DE112008003370T5 (en) | Solar cell and composition used to make the solar cell | |
DE10326274A1 (en) | Paste composition for solar cell, comprises inorganic powder having melting, softening or decomposition temperature higher than melting point of aluminum and thermal expansion coefficient less than aluminum | |
DE102017002736B4 (en) | COMPOSITE BODY AND METHOD FOR PRODUCING THE COMPOSITE BODY | |
DE112011103114T5 (en) | Conductive polymer composition for a PTC element with reduced NTC properties using carbon nanotubes | |
DE112014004453T5 (en) | Made of metal paste solar cell contact structures | |
DE102010021914B4 (en) | Physical size sensor device and manufacturing method thereof | |
DE102014118286A1 (en) | Thin conformal film of precious metal on a support | |
DE102004036793A1 (en) | Nanoporous fullerene layers and their use in organic photovoltaics | |
EP2188841A1 (en) | Electronic component, methods for the production thereof, and use thereof | |
DE102011000180A1 (en) | Anode-supported flat tube SOFC and its manufacturing process | |
WO2017054792A1 (en) | Method for producing an assembly from an electrically conductive layer on a substrate formed by a suspension, and assembly formed by an electrically conductive layer on a substrate and use thereof | |
DE102010037319B4 (en) | Solar cell with improved backside metallization layer | |
DE112021002818T5 (en) | ELECTRICALLY CONDUCTIVE COMPOSITION, ELECTRICALLY CONDUCTIVE SINTERED PART AND ELECTRICALLY CONDUCTIVE SINTERED PART COMPONENT | |
EP2368271A1 (en) | Thin-film solar cell with conductor track electrode | |
DE102009027852A1 (en) | Thin-film solar module with improved interconnection of solar cells and method for its production | |
DE112014006903B4 (en) | Solar cells with copper electrodes | |
WO2019243298A1 (en) | Monofacial solar cell, solar panel, and method for producing a monofacial solar cell | |
DE102009038141A1 (en) | Process for producing an emitter electrode on a crystalline silicon solar cell and corresponding silicon solar cell | |
DE102015115765A1 (en) | Solar cell and solar cell manufacturing process | |
DE102007004893A1 (en) | Piezo electric multilayer actuator i.e. piezo-ceramic multilayer actuator, for use e.g. sensor, has graded electrode with different electrical conductivity and mechanical characteristics within sink in comparison to regions outside sink | |
DE102014210303A1 (en) | Nanostructure dispersions and transparent conductors |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
R016 | Response to examination communication | ||
R016 | Response to examination communication | ||
R081 | Change of applicant/patentee |
Owner name: HANWHA Q.CELLS GMBH, DE Free format text: FORMER OWNER: Q-CELLS SE, 06766 WOLFEN, DE Effective date: 20130226 |
|
R018 | Grant decision by examination section/examining division | ||
R020 | Patent grant now final |
Effective date: 20140215 |