DE102011000753A1

DE102011000753A1 - Solarzelle, Solarmodul und Verfahren zum Herstellen einer Solarzelle

Info

Publication number: DE102011000753A1
Application number: DE102011000753A
Authority: DE
Inventors: Martin KUTZER; Bernd Bitnar; Harald Hahn; Andreas Krause; Holger Neuhaus
Original assignee: SolarWorld Innovations GmbH
Current assignee: SolarWorld Industries GmbH
Priority date: 2011-02-15
Filing date: 2011-02-15
Publication date: 2012-08-16
Also published as: CN102651407A; US20120204928A1; CN102651407B

Abstract

In verschiedenen Ausführungsbeispielen wird eine S0) kann aufweisen einen Basisbereich, dotiert mit Dotierstoff eines ersten Dotierungstyps, einen Emitterbereich (302), dotiert mit Dotierstoff eines zweiten Dotierungstyps, wobei der zweite Dotierungstyp entgegengesetzt zum ersten Dotierungstyp ist, eine Mehrzahl von Bereichen (304) in dem Emitterbereich (302) mit einer gegenüber dem Emitterbereich (302) erhöhten Dotierstoffkonzentration des zweiten Dotierungstyps; und eine Mehrzahl von metallischen Lötpads (306), wobei jedes Lötpad (306) zumindest teilweise auf einem Bereich (304) mit erhöhter Dotierstoffkonzentration angeordnet ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Solarzelle, ein Solarmodul und ein Verfahren zum Herstellen einer Solarzelle.
Eine Solarzelle weist üblicherweise ein Substrat mit einer Vorderseite und einer Rückseite auf, wobei auf mindestens einer der beiden Seiten eine elektrisch leitfähige Kontaktstruktur aufgebracht ist. Typischerweise hat die Kontaktstruktur eine Breite von mindestens 100 μm, während ihre Dicke nur etwa 10 μm bis 15 μm beträgt. Eine größere Breite der Kontaktstruktur führt zu einer Verminderung des Wirkungsgrads aufgrund der dadurch erhöhten Abschattung, während eine Verringerung der Breite der Kontaktstruktur den Nachteil zur Folge hat, dass der Linienwiderstand der Kontaktstruktur erhöht wird. Ferner wird der Strom der einzelnen Kontaktstrukturen üblicherweise in so genannten Busbars zusammengeführt, wodurch eine weitere Abschattung der Vorderseitenfläche verursacht wird.
Neben der reduzierten Leistung durch Abschattung stellen die üblicherweise aus silberhaltiger Siebdruckpaste hergestellten Kontaktstrukturen einen Hauptkostenanteil der Solarzellenfertigung dar.
Die Verschaltung von Solarzellen geschieht im Allgemeinen mittels Zellenverbindern, beispielsweise in der Form von Kontaktdrähten oder Kontaktbändchen, die auf die Busbars der Solarzelle gelötet werden. Dabei wird der gesamte Strom durch die Kontaktdrähte oder die Kontaktbändchen geführt. Um die Widerstandsverluste so gering wie möglich zu halten, bedarf es einer gewissen Gesamtquerschnittsfläche dieser Kontaktdrähte oder Kontaktbändchen. Dies hat einen Verlust durch die Abschattung auf der Vorderseite zur Folge.
Um ein optimiertes Solarmodul zu bauen, sollten also die Kontaktstrukturen der Solarzelle und die Anzahl und Dimension der Kontaktdrähte oder Kontaktbändchen kombiniert optimiert werden.
Dabei ergibt sich ein Optimum für viele (Anzahl n > 10) und dünne (Durchmesser d < 250 μm) parallel zueinander verlaufende Kontaktdrähte oder Kontaktbändchen.
Ein Verfahren zur Verdrahtung von Solarzellen ist in DE 102 39 845 C1 beschrieben.
Eine weitere Methode zur Erhöhung der Leistung einer Solarzelle ist die Verwendung eines selektiven Emitters. Verschiedene herkömmliche Verfahren zur Erzeugung eines solchen selektiven Emitters haben die Nachteile, dass die anschließende Metallisierung aufwendig ausgerichtet werden muss, so dass genau in die niederohmigen Bereiche hinein metallisiert wird (beispielsweise FhG ISE-Synova-LCP/Phosphorsäurehaltige Laserstrahlführung).
In verschiedenen Ausführungsbeispielen wird eine Solarzelle bereitgestellt. Die Solarzelle kann aufweisen einen Basisbereich, dotiert mit Dotierstoff eines ersten Dotierungstyps; einen Emitterbereich, dotiert mit Dotierstoff eines zweiten Dotierungstyps, wobei der zweite Dotierungstyp entgegengesetzt zum ersten Dotierungstyp ist; eine Mehrzahl von Bereichen in dem Emitterbereich mit einer gegenüber dem Emitterbereich erhöhten Dotierstoffkonzentration des zweiten Dotierungstyps; und eine Mehrzahl von metallischen Lötpads, wobei jedes Lötpad zumindest teilweise (direkt) auf einem Bereich mit erhöhter Dotierstoffkonzentration angeordnet ist.
In einer Ausgestaltung kann mindestens ein metallisches Lötpad der Mehrzahl von metallischen Lötpads keine metallische Verbindung zu dem mindestens einen anderen Lötpad aufweisen.
In noch einer Ausgestaltung kann mindestens ein metallisches Lötpad der Mehrzahl von metallischen Lötpads in körperlichem Kontakt mit einem Bereich mit erhöhter Dotierstoffkonzentration stehen.
In noch einer Ausgestaltung kann die Mehrzahl von Bereichen mit erhöhter Dotierstoffkonzentration in dem Emitterbereich eine Mehrzahl linienförmiger Bereiche, beispielsweise geradlinige linienförmige Bereich, aufweisen oder von einer Mehrzahl linienförmiger Bereiche gebildet werden. Alternativ sind in verschiedenen Ausgestaltungen nicht geradlinige Bereiche wie beispielsweise Wellenlinien, gekrümmte Linien als Bereiche mit erhöhter Dotierstoffkonzentration in dem Emitterbereich vorgesehen.
Die Mehrzahl linienförmiger Bereiche können parallel zueinander verlaufen und/oder in einem Winkel zueinander, beispielsweise strahlförmig.
In noch einer Ausgestaltung kann die Mehrzahl von Bereichen mit erhöhter Dotierstoffkonzentration in dem Emitterbereich einen Schichtwiderstand aufweisen in einem Bereich von ungefähr 30 Ω/sq bis ungefähr 80 Ω/sq, beispielsweise 30 Ω/sq bis ungefähr 60 Ω/sq.
In noch einer Ausgestaltung kann der Emitterbereich einen Schichtwiderstand aufweisen in einem Bereich von ungefähr 80 Ω/sq bis ungefähr 200 Ω/sq, beispielsweise 90 Ω/sq bis ungefähr 120 Ω/sq.
In noch einer Ausgestaltung kann eine Vielzahl von separaten Lötpads entlang eines jeweiligen Bereichs mit erhöhter Dotierstoffkonzentration in dem Emitterbereich angeordnet sein.
In noch einer Ausgestaltung können die Lötpads im Wesentlichen rechteckförmig sein.
In noch einer Ausgestaltung können die Lötpads eine Breite aufweisen in einem Bereich von ungefähr 0,1 mm bis ungefähr 2 mm und eine Länge in einem Bereich von ungefähr 0,1 mm bis ungefähr 2 mm.
In noch einer Ausgestaltung kann zumindest ein Teil der Lötpads sich über mehrere, jedoch nicht alle, Bereiche mit erhöhter Dotierstoffkonzentration in dem Emitterbereich erstrecken.
In noch einer Ausgestaltung können die Lötpads eine Länge aufweisen, die größer ist als deren Breite. Weiterhin können die Lötpads derart angeordnet sein, dass ihre Längserstreckung im Wesentlichen senkrecht zu der Längserstreckung des von dem jeweiligen Lötpad kontaktierten Bereichs mit erhöhter Dotierstoffkonzentration in dem Emitterbereich ist.
In noch einer Ausgestaltung können die Lötpads in Spalten und Zeilen, also beispielsweise in Matrixform, angeordnet sein, wobei die Anordnung derart ist, dass Lötpads benachbarter Spalten jeweils um eine Zeile versetzt angeordnet sind.
In noch einer Ausgestaltung kann zumindest ein Teil der Bereiche mit erhöhter Dotierstoffkonzentration in dem Emitterbereich derart angeordnet sein, dass sich mindestens zwei der Bereiche mit erhöhter Dotierstoffkonzentration in dem Emitterbereich in mindestens einem Berührungspunkt berühren; wobei zumindest ein Teil der Lötpads auf einem jeweiligen Berührungspunkt angeordnet ist.
In noch einer Ausgestaltung können die Lötpads Metall aufweisen.
In verschiedenen Ausführungsbeispielen wird ein Solarmodul bereitgestellt mit einer Vielzahl von Solarzellen, wie sie oben beschrieben worden sind oder noch im Folgenden näher beschrieben werden, wobei zumindest ein Teil benachbarter Solarzellen mittels Zellenverbindern miteinander elektrisch verbunden sind.
In verschiedenen Ausführungsbeispielen wird ein Verfahren zum Herstellen einer Solarzelle bereitgestellt. Das Verfahren kann aufweisen ein Bilden eines Basisbereichs, dotiert mit Dotierstoff eines ersten Dotierungstyps; ein Bilden eines Emitterbereichs, dotiert mit Dotierstoff eines zweiten Dotierungstyps, wobei der zweite Dotierungstyp entgegengesetzt zum ersten Dotierungstyp ist; ein Bilden einer Mehrzahl von Bereichen in dem Emitterbereich mit gegenüber dem Emitterbereich erhöhter Dotierstoffkonzentration des zweiten Dotierungstyps; und ein Bilden einer Mehrzahl von metallischen Lötpads, wobei jedes Lötpad zumindest teilweise (direkt) auf einem Bereich mit erhöhter Dotierung angeordnet wird.
In einer Ausgestaltung kann mindestens ein metallisches Lötpad der Mehrzahl von metallischen Lötpads keine metallische Verbindung zu dem mindestens einen anderen Lötpad aufweisen.
In noch einer Ausgestaltung kann die Mehrzahl von Bereichen mit erhöhter Dotierstoffkonzentration in dem Emitterbereich eine Mehrzahl linienförmiger Bereiche aufweisen oder von einer Mehrzahl linienförmiger Bereiche gebildet werden.
In noch einer Ausgestaltung kann die Struktur einer Mehrzahl von Bereichen mit erhöhter Dotierstoffkonzentration in dem Emitterbereich mit einem Schichtwiderstand gebildet werden in einem Bereich von ungefähr 30 Ω/sq bis ungefähr 80 Ω/sq, beispielsweise 30 Ω/sq bis ungefähr 60 Ω/sq.
In noch einer Ausgestaltung kann der Emitterbereich mit einem Schichtwiderstand gebildet werden in einem Bereich von ungefähr 80 Ω/sq bis ungefähr 200 Ω/sq, beispielsweise 90 Ω/sq bis ungefähr 120 Ω/sq.
In noch einer Ausgestaltung kann eine Vielzahl von separaten Lötpads entlang eines jeweiligen Bereichs mit erhöhter Dotierstoffkonzentration in dem Emitterbereich angeordnet werden.
In noch einer Ausgestaltung können die Lötpads im Wesentlichen rechteckförmig ausgebildet werden.
In noch einer Ausgestaltung können die Lötpads mit einer Breite ausgebildet werden in einem Bereich von ungefähr 0,1 mm bis ungefähr 2 mm und mit einer Länge in einem Bereich von ungefähr 0,1 mm bis ungefähr 2 mm.
In noch einer Ausgestaltung kann zumindest ein Teil der Lötpads derart gebildet werden, dass sie sich über mehrere, jedoch nicht alle der Mehrzahl von Bereichen mit erhöhter Dotierstoffkonzentration in dem Emitterbereich erstrecken.
In noch einer Ausgestaltung können die Lötpads mit einer Länge ausgebildet werden, die größer ist als deren Breite; wobei die Lötpads derart angeordnet werden, dass ihre Längserstreckung im Wesentlichen senkrecht zu der Längserstreckung des von dem jeweiligen Lötpad kontaktierten Bereichs mit erhöhter Dotierstoffkonzentration in dem Emitterbereich ist.
In noch einer Ausgestaltung können die Lötpads in Spalten und Zeilen, beispielsweise in Matrixform, angeordnet werden, wobei das Anordnen derart erfolgt, dass Lötpads benachbarter Spalten jeweils um eine Zeile versetzt angeordnet werden.
In noch einer Ausgestaltung kann zumindest ein Teil der Mehrzahl von Bereichen mit erhöhter Dotierstoffkonzentration in dem Emitterbereich derart angeordnet werden, dass sich mindestens zwei der Mehrzahl von Bereichen mit erhöhter Dotierstoffkonzentration in dem Emitterbereich in mindestens einem Berührungspunkt berühren; wobei zumindest ein Teil der Lötpads auf einem jeweiligen Berührungspunkt angeordnet werden.
In noch einer Ausgestaltung können die Lötpads Metall aufweisen.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Figuren dargestellt und werden im Folgenden näher erläutert.
Es zeigen
1 ein Ablaufdiagramm, in dem ein Verfahren zum Herstellen einer Solarzelle gemäß verschiedenen Ausführungsbeispielen dargestellt ist;
2 ein Ablaufdiagramm, in dem ein Verfahren zum Herstellen einer Solarzelle gemäß verschiedenen Ausführungsbeispielen dargestellt ist;
3 eine Draufsicht auf eine Solarzelle gemäß verschiedenen Ausführungsbeispielen;
4 eine Draufsicht auf eine Solarzelle gemäß verschiedenen Ausführungsbeispielen;
5 eine Draufsicht auf die Solarzelle gemäß 3 mit aufgebrachten Zellenverbindern;
6 ein Ablaufdiagramm, in dem ein Verfahren zum Herstellen einer Solarzelle gemäß verschiedenen Ausführungsbeispielen dargestellt ist;
7 eine Draufsicht auf einen Emitterbereich gemäß verschiedenen Ausführungsbeispielen;
8 eine Draufsicht auf einen Emitterbereich gemäß verschiedenen Ausführungsbeispielen;
9 eine Draufsicht auf einen Emitterbereich gemäß verschiedenen Ausführungsbeispielen; und
10 eine Querschnittansicht der Solarzelle von 3 gemäß verschiedenen Ausführungsbeispielen.
In der folgenden ausführlichen Beschreibung wird auf die beigefügten Zeichnungen Bezug genommen, die Teil dieser bilden und in denen zur Veranschaulichung spezifische Ausführungsformen gezeigt sind, in denen die Erfindung ausgeübt werden kann. In dieser Hinsicht wird Richtungsterminologie wie etwa „oben”, „unten”, „vorne”, „hinten”, „vorderes”, „hinteres”, usw. mit Bezug auf die Orientierung der beschriebenen Figur(en) verwendet. Da Komponenten von Ausführungsformen in einer Anzahl verschiedener Orientierungen positioniert werden können, dient die Richtungsterminologie zur Veranschaulichung und ist auf keinerlei Weise einschränkend. Es versteht sich, dass andere Ausführungsformen benutzt und strukturelle oder logische Änderungen vorgenommen werden können, ohne von dem Schutzumfang der vorliegenden Erfindung abzuweichen. Es versteht sich, dass die Merkmale der hierin beschriebenen verschiedenen beispielhaften Ausführungsformen miteinander kombiniert werden können, sofern nicht spezifisch anders angegeben. Die folgende ausführliche Beschreibung ist deshalb nicht in einschränkendem Sinne aufzufassen, und der Schutzumfang der vorliegenden Erfindung wird durch die angefügten Ansprüche definiert.
Im Rahmen dieser Beschreibung werden die Begriffe ”verbunden”, ”angeschlossen” sowie ”gekoppelt” verwendet zum Beschreiben sowohl einer direkten als auch einer indirekten Verbindung, eines direkten oder indirekten Anschlusses sowie einer direkten oder indirekten Kopplung. In den Figuren werden identische oder ähnliche Elemente mit identischen Bezugszeichen versehen, soweit dies zweckmäßig ist.
In verschiedenen Ausführungsbeispielen wird unter einer Solarzelle eine Einrichtung verstanden, die Strahlungsenergie von überwiegend sichtbarem Licht (beispielsweise zumindest ein Teil des Lichts im sichtbaren Wellenlängenbereich von ungefähr 300 nm bis ungefähr 1150 nm; es ist anzumerken, dass zusätzlich auch Ultraviolett(UV)-Strahlung und/oder Infrarot(IR)-Strahlung umgewandelt werden kann), beispielsweise von Sonnenlicht, direkt in elektrische Energie umwandelt mittels des so genannten photovoltaischen Effekts.
In verschiedenen Ausführungsbeispielen wird unter einem Solarmodul eine elektrisch anschlussfähige Einrichtung verstanden mit mehreren Solarzellen (die miteinander in Serie und/oder parallel verschaltet sind), und optional mit einem Witterungsschutz (beispielsweise Glas), einer Einbettung und einer Rahmung.
In verschiedenen Ausführungsbeispielen wird anschaulich eine Solarzelle mit selektivem Emitter und reduzierter Abschattung durch lokale Vorderseitenkontakte (beispielsweise gebildet von den Lötpads) bereitgestellt.
Gemäß verschiedenen Ausführungsbeispielen kann die Abschattung dadurch reduziert werden, dass die üblicherweise vorgesehenen so genannten Busbars wegfallen und der Querschnitt der elektrisch leitfähigen Kontaktstrukturen (beispielsweise in Form von Metallisierungslinien) reduziert wird. Die Kosten für den Siebdruck können so ebenfalls reduziert werden, wenn beispielsweise eine metallhaltige, beispielsweise silberhaltige, Siebdruckpaste, zum Herstellen der Kontaktstrukturen verwendet wird.
Verschiedene Ausführungsbeispiele ermöglichen eine weitere Reduktion der eingesetzten Metallpaste und somit eine Reduktion der Leistungsverluste durch Abschattung und eine Reduktion der Prozesskosten zum Herstellen einer Solarzelle und damit eines Solarmoduls.
In verschiedenen Ausführungsbeispielen wird eine Solarzelle bereitgestellt, die auf ihrer Vorderseite (auch bezeichnet als Sonnenseite) einen selektiven Emitter aufweist, der die Aufgabe eines Metallisierungsnetzes einer Solarzelle übernimmt und die (von der Solarzelle erzeugten) elektrischen Ladungsträger einsammelt. Die elektrische Kontaktierung erfolgt anschließend beispielsweise durch Muster aus Lötpads, welche beispielsweise aus Siebdruckpaste gebildet werden und nicht über Metallisierungslinien miteinander verbunden sind.
Auf diese Weise kann zum Einen Metallpaste, beispielsweise Silberpaste, gespart werden, zum Anderen können die Prozesskosten deutlich gesenkt sowie die Abschattung der Solarzelle reduziert werden.
Die dünnen Lötpads (im Folgenden auch als Pads bezeichnet) können anschließend mittels Drähten oder Bändchen kontaktiert werden.
Ein weiterer Vorteil verschiedener Ausführungsbeispiele kann in der relativ einfachen Prozessführung gesehen werden. Die Padstrukturen sind im Vergleich zu den bisher üblichen Metallfingern deutlich breiter, so dass ein aufwendiges Alignment, welches beispielsweise bei einer Kombination der Standardsiebdrucktechnologie mit einem selektiven Emitter nötig wäre, entfällt.
Zunächst wird im Rahmen der Herstellung einer Solarzelle gemäß verschiedenen Ausführungsbeispielen ein Substrat bereitgestellt.
Das Substrat kann aufweisen oder bestehen aus mindestens einer Photovoltaikschicht. Alternativ kann mindestens eine Photovoltaikschicht auf oder über dem Substrat angeordnet sein. Die Photovoltaikschicht kann aufweisen oder bestehen aus Halbleitermaterial (wie beispielsweise Silizium), einem Verbundhalbleitermaterial (wie beispielsweise einem III-V-Verbundhalbleitermaterial (wie beispielsweise GaAs), einem II-VI-Verbundhalbleitermaterial (wie beispielsweise CdTe), einem I-III-V-Verbundhalbleitermaterial (wie beispielsweise Kupfer-Indium-Disulfid)). Als eine weitere Alternative kann die Photovoltaikschicht organisches Material aufweisen oder daraus bestehen. In verschiedenen Ausführungsbeispielen kann das Silizium aufweisen oder bestehen aus einkristallinem Silizium, polykristallinem Silizium, amorphem Silizium, und/oder mikrokristallinem Silizium. In verschiedenen Ausführungsbeispielen kann die Photovoltaikschicht aufweisen oder bestehen aus einer Halbleiter-Übergangsstruktur wie beispielsweise einer pn-Übergangsstruktur, einer pin-Übergangsstruktur, einer Schottky-artigen Übergangsstruktur, und dergleichen. Das Substrat und/oder die Photovoltaikschicht können/kann mit einer Grunddotierung eines ersten Leitungstyps versehen werden.
In verschiedenen Ausführungsbeispielen kann die Grunddotierung in dem Solarzellen-Substrat eine Dotierkonzentration (beispielsweise einer Dotierung des ersten Leitungstyps, beispielsweise einer Dotierung mit Bor (B))) aufweisen in einem Bereich von ungefähr 10¹³ cm^–3 bis 10¹⁸ cm^–3, beispielsweise in einem Bereich von ungefähr 10¹⁴ cm^–3 bis 10¹⁷ cm^–3, beispielsweise in einem Bereich von ungefähr 10¹⁵ cm^–3 bis 2·10¹⁶ cm^–3.
Das Solarzellen-Substrat kann aus einem Solarzellen-Wafer hergestellt werden und kann beispielsweise eine runde Form wie beispielsweise eine Kreisform oder eine Ellipsenform aufweisen oder eine Polygonform wie beispielsweise eine quadratische Form. In verschiedenen Ausführungsbeispielen können die Solarzellen des Solarmoduls jedoch auch eine nicht-quadratische Form aufweisen. In diesen Fällen können die Solarzellen des Solarmoduls beispielsweise durch Trennen (beispielsweise Schneiden) und damit Teilen einer oder mehreren (in ihrer Form auch als Standard-Solarzelle bezeichneten) Solarzelle(n) zu mehreren nicht-quadratischen oder quadratischen Solarzellen gebildet werden. In verschiedenen Ausführungsbeispielen kann es in diesen Fällen vorgesehen sein, Anpassungen der Kontaktstrukturen in der Standard-Solarzelle vorzunehmen, beispielsweise können Rückseitenquerstrukturen zusätzlich vorgesehen sein.
In verschiedenen Ausführungsbeispielen kann die Solarzelle die folgenden Dimensionen aufweisen: eine Breite in einem Bereich von ungefähr 5 cm bis ungefähr 50 cm, eine Länge in einem Bereich von ungefähr 5 cm bis ungefähr 50 cm, und eine Dicke in einem Bereich von ungefähr 100 μm bis ungefähr 300 μm.
1 zeigt ein Ablaufdiagramm 100, in dem ein Verfahren zum Herstellen einer Solarzelle gemäß verschiedenen Ausführungsbeispielen dargestellt ist.
In 102 kann ein Basisbereich in der Photovoltaikschicht gebildet werden, beispielsweise dotiert mit Dotierstoff eines ersten Dotierungstyps (auch bezeichnet als erster Leitungstyp), beispielsweise mit Dotierstoff vom p-Dotierungstyp, beispielsweise mit Dotierstoff der III. Hauptgruppe des Periodensystems, beispielsweise mit Bor (B).
Ferner kann in 104 ein Emitterbereich gebildet werden, dotiert mit Dotierstoff eines zweiten Dotierungstyps (auch bezeichnet als zweiter Leitungstyp), wobei der zweite Dotierungstyp entgegengesetzt zum ersten Dotierungstyp ist, beispielsweise mit Dotierstoff vom n-Dotierungstyp, beispielsweise mit Dotierstoff der V. Hauptgruppe des Periodensystems, beispielsweise mit Phosphor (P).
Weiterhin kann in 106 eine Mehrzahl von Bereichen in dem Emitterbereich gebildet werden mit gegenüber dem Emitterbereich erhöhter Dotierstoffkonzentration des zweiten Dotierungstyps. Anschaulich stellt in verschiedenen Ausführungsbeispielen die Mehrzahl von Bereichen mit erhöhter Dotierstoffkonzentration eine Struktur selektiver Emitter dar.
In verschiedenen Ausführungsbeispielen kann optional eine Antireflexschicht (beispielsweise aufweisend oder bestehend aus Siliziumnitrid) auf die freiliegende obere Oberfläche des Emitterbereichs aufgebracht werden).
Weiterhin kann in 108 eine Mehrzahl von metallischen Lötpads gebildet werden, wobei jedes Lötpad zumindest teilweise auf einem Bereich mit erhöhter Dotierstoffkonzentration angeordnet wird (beispielsweise zunächst auf der Antireflexschicht aufgebracht werden, gefolgt von einem Durchfeuerprozess, mittels dessen die metallischen Lötpads mit dem Bereich mit erhöhter Dotierstoffkonzentration in körperlichen Kontakt gebracht wird).
In verschiedenen Ausführungsbeispielen können die Bereiche mit erhöhter Dotierstoffkonzentration dotiert werden mit einem geeigneten Dotierstoff wie beispielsweise Phosphor. In verschiedenen Ausführungsbeispielen kann der zweite Leitungstyp ein p-Leitungstyp sein und der erste Leitungstyp kann ein n-Leitungstyp sein. Alternativ kann in verschiedenen Ausführungsbeispielen der zweite Leitungstyp ein n-Leitungstyp sein und der erste Leitungstyp kann ein p-Leitungstyp sein.
In verschiedenen Ausführungsbeispielen können die Bereiche mit erhöhter Dotierstoffkonzentration hoch dotiert werden mit Dotierstoff zum Dotieren mit dem zweiten Leitungstyp mit einer Oberflächen-Dotierkonzentration in einem Bereich von ungefähr 10¹⁸ cm^–3 bis ungefähr 10²² cm^–3, beispielsweise mit einer Dotierkonzentration in einem Bereich von ungefähr 10¹⁹ cm^–3 bis ungefähr 10²² cm^–3, beispielsweise mit einer Dotierkonzentration in einem Bereich von ungefähr 10²⁰ cm^–3 bis ungefähr 2·10²¹ cm^–3. Der Schichtwiderstand in den hochdotierten Bereichen mit dem zweiten Leitungstyp liegt im Bereich von ungefähr 10 Ohm/sq bis ungefähr 80 Ohm/sq, beispielsweise in einem Bereich von ungefähr 30 Ohm/sq bis ungefähr 60 Ohm/sq, beispielsweise in einem Bereich von ungefähr 35 Ohm/sq bis ungefähr 40 Ohm/sq.
Ferner können in verschiedenen Ausführungsbeispielen die anderen Oberflächenbereiche mit dem zweiten Leitungstyp niedrig dotiert werden mit Dotierstoff zum Dotieren mit dem zweiten Leitungstyp mit einer Oberflächen-Dotierkonzentration in einem Bereich von ungefähr 10¹⁸ cm^–3 bis ungefähr 2·10²¹ cm^–3, beispielsweise mit einer Dotierkonzentration in einem Bereich von ungefähr 10¹⁹ cm^–3 bis ungefähr 10²¹ cm^–3, beispielsweise mit einer Dotierkonzentration in einem Bereich von ungefähr 5·10¹⁹ cm^–3 bis ungefähr 5·10²⁰ cm^–3. Der Schichtwiderstand in den niedrigdotierten Bereichen mit dem zweiten Leitungstyp liegt in einem Bereich von ungefähr 60 Ohm/sq bis ungefähr 300 Ohm/sq, beispielsweise in einem Bereich von ungefähr 70 Ohm/sq bis ungefähr 200 Ohm/sq, beispielsweise in einem Bereich von ungefähr 80 Ohm/sq bis ungefähr 120 Ohm/sq. Auf diese Weise wird anschaulich ein selektiver Emitter zumindest auf der Vorderseite der Photovoltaikschicht gebildet.
In verschiedenen Ausführungsbeispielen kann der Prozess des Ausbildens des selektiven Emitters auf die Frontseite des Solarzellen-Substrats beschränkt werden oder sich auch auf die Dotierung auf der Rückseite des Solarzellen-Substrats beziehen.
2 zeigt ein Ablaufdiagramm 200, in dem ein Verfahren zum Herstellen einer Solarzelle gemäß verschiedenen Ausführungsbeispielen dargestellt ist.
In 202 kann das Substrat mit der Photovoltaikschicht optional in an sich bekannter Weise texturiert werden (beispielsweise mittels anisotropen Ätzens in einer alkalischen Lösung oder mittels Ätzens in einer sauren Lösung oder mittels Sägens von V-Gräben in das Solarzellen-Substrat) und einer so genannten Emitterdiffusion unterzogen werden, beispielsweise unter Verwendung einer den Dotierstoff (beispielsweise Phosphor) enthaltenden Emulsion, die auf die (freiliegende) Vorderseite der Photovoltaikschicht aufgebracht wird. Die Emitterdiffusion erfolgt in verschiedenen Ausführungsbeispielen in einem Ofen, beispielsweise einem Durchlaufofen. Die Diffusionstiefe des Dotierstoffs kann in verschiedenen Ausführungsbeispielen in einem Bereich liegen von ungefähr 0,1 μm bis ungefähr 1 μm, beispielsweise in einem Bereich von ungefähr 0,3 μm bis ungefähr 0,5 μm. In verschiedenen Ausführungsbeispielen kann die Diffusion in einem Rohrofen zur Prozessierung der schwach-dotierten Bereiche vorgesehen sein. Die Diffusion kann durchgeführt werden beispielsweise bei einer Temperatur in einem Bereich von ungefähr 700°C bis ungefähr 1000°C, beispielsweise in einem Bereich von ungefähr 750°C bis ungefähr 950°C, beispielsweise in einem Bereich von ungefähr 800°C bis ungefähr 900°C, beispielsweise für eine Zeitdauer in einem Bereich von ungefähr 3 Minuten bis ungefähr 120 Minuten, beispielsweise in einem Bereich von ungefähr 10 Minuten bis ungefähr 60 Minuten, beispielsweise in einem Bereich von ungefähr 15 Minuten bis ungefähr 45 Minuten.
Dann kann in 204 das Material der fest gewordenen Emulsion (beispielsweise das Phosphorsilikatglas (PSG)) entfernt werden und es kann eine Kantenisolation (beispielsweise mittels eines Einseitenätzens) durchgeführt werden.
Dann kann in 206 eine Mehrzahl von niederohmigen Bereichen gebildet werden, beispielsweise mittels eines LCP-Prozesses (LCP: Laser Chemical Processing: Laserstrahl geführt durch phosphorsäurehaltigen Wasserstrahl). Es ist darauf hinzuweisen, dass jedes andere herkömmliche Verfahren zum Herstellen der niederohmigen Bereiche (anders ausgedrückt der Strukturen der selektive Emitter) in verschiedenen Ausführungsbeispielen eingesetzt werden kann. Dabei kann es je nach der verwendeten Technologie zur Ausbildung des selektiven Emitters sinnvoll sein, die Reihenfolge der Prozessschritte gegenüber dem beschriebenen Beispiel zu ändern. Somit ist die in den Ausführungsbeispielen beschriebene Prozessreihenfolge nicht einschränkend zu verstehen und andere Prozessreihenfolgen sind in alternativen Ausführungsbeispielen vorgesehen.
Anschließend kann in 208 eine Antireflexbeschichtung auf die emitterseitige freiliegende Oberfläche der Photovoltaikschicht aufgebracht werden, beispielsweise aus Siliziumnitrid oder jedem beliebigen hierfür geeigneten Material (beispielsweise mittels eines CVD-Verfahrens, beispielsweise mittels eines Plasma-angereicherten (plasma enhanced, PE) CVD-Verfahrens (PE-CVD) oder mittels eines PVD-Verfahrens, wie z. B. mittels Sputterns). Dadurch kann die durch den Laserprozess geschädigte Oberfläche teilweise wieder ausgeheilt und passiviert werden.
Es ist in einer weiteren Ausführung vorgesehen, den LCP-Laserschritt zur Ausbildung des selektiven Emitters nach der Abscheidung der Antireflexschicht vorzunehmen. Der Flüssigkeits-geführte Laserstrahl öffnet in diesem Fall lokal die Antireflexschicht, bevor die zusätzliche Diffusion durch den LCP-Prozess in die entstandenen Öffnungen erfolgt.
Anschließend werden in 210 beispielsweise durch einen kostengünstigen Siebdruckprozessschritt die Vorderseitenmetallisierung und die Rückseitenmetallisierung aufgebracht. Die Vorderseitenmetallisierung kann dabei aus (Löt-)Pad-Strukturen bestehen oder solche aufweisen, die untereinander nicht verbunden sind. Es wird für den Druck der Vorderseitenpads eine Paste verwendet, die durch das Material der Antireflexbeschichtung (beispielsweise Siliziumnitrid) durchfeuert. Im genannten Beispiel der Anwendung des LCP-Schrittes nach der Abscheidung der Antireflexschicht kann wahlweise auch eine Paste, beispielsweise eine Metallpaste, verwendet werden, die nicht durch die Antireflexschicht durchfeuert.
In einem Hochtemperaturschritt wird in verschiedenen Ausführungsbeispielen in 212 der elektrische Kontakt zwischen Metallisierung und Silizium hergestellt. Gegebenenfalls wird die Rückseitenmetallisierung der Solarzelle ebenfalls durch Siebdruck hergestellt und beide Kontakte können in einem Kontaktfeuerschritt (beispielsweise in einem Feuerschritt, in dem sowohl die Vorderseitenmetallisierung als auch die Rückseitenmetallisierung zur gleichen Zeit durchfeuert werden) erzeugt werden.
3 zeigt eine Draufsicht auf eine Solarzelle 300 gemäß verschiedenen Ausführungsbeispielen. Wie in 3 dargestellt ist, weist die Solarzelle einen Basisbereich (nicht dargestellt), auf, beispielsweise aus Silizium, niedrig dotiert mit Dotierstoff eines ersten Dotierungstyps, wie oben beschrieben. Ferner weist die Solarzelle einen Emitterbereich 302 auf, beispielsweise aus Silizium, beispielsweise dotiert mit Dotierstoff eines zweiten Dotierungstyps, wie oben beschrieben. Der zweite Dotierungstyp ist entgegengesetzt zum ersten Dotierungstyp. Ferner ist in dem Emitterbereich 302 eine Mehrzahl von Bereichen 304 mit einer gegenüber dem Emitterbereich erhöhten Dotierstoffkonzentration des zweiten Dotierungstyps vorgesehen. Diese Bereich werden im Folgenden auch bezeichnet als Bereiche eines selektiven Emitters 304. In verschiedenen Ausführungsbeispielen kann die Mehrzahl von Bereichen 304 mit erhöhter Dotierstoffkonzentration in dem Emitterbereich eine Mehrzahl linienförmiger Bereiche 304 aufweisen, die beispielsweise parallel zueinander verlaufen können. Weiterhin ist eine Mehrzahl von metallischen Lötpads 306 vorgesehen, wobei jedes Lötpad 306 zumindest teilweise (direkt) auf einem Bereich 304 mit erhöhter Dotierstoffkonzentration angeordnet ist, anders ausgedrückt, in körperlichen Kontakt mit dem Bereich 304 mit erhöhter Dotierstoffkonzentration.
In verschiedenen Ausführungsbeispielen sind die Lötpads 306, beispielsweise realisiert in Form von Metallpads 306, untereinander nicht metallisch verbunden. Die Padbreite ist derart gewählt, dass die Lötpads 306 nach dem Druckprozess den niederohmigen Bereich, d. h. den selektiven Emitter 304, teilweise überdecken, beispielsweise nur auf dem niederohmigen Bereich angeordnet sind und nicht auf den höherohmigen niedrig dotierten Bereichen in dem Emitterbereich 302. Anschaulich bedeutet dies, dass kein Lötpad 306 der Mehrzahl von Lötpads 306 eine metallische Verbindung zu einem anderen Lötpad 306 der Mehrzahl von Lötpads 306 aufweist.
Die Lötpads 306 weisen in verschiedenen Ausführungsbeispielen eine beliebige Form auf. Beispielsweise können die Lötpads 306 eine rechteckige, quadratische, kreisrunde oder ovale Form haben. In verschiedenen Ausführungsbeispielen können die Lötpads 306 eine Breite aufweisen in einem Bereich von ungefähr 0,1 mm bis ungefähr 2 mm und eine Länge in einem Bereich von ungefähr 0,1 mm bis ungefähr 2 mm. Bei einer kreisrunden Form können die Lötpads 306 einen Durchmesser in einem Bereich von ungefähr 0,1 mm bis ungefähr 2 mm aufweisen.
In verschiedenen Ausführungsbeispielen haben die Lötpads 306 in der Richtung der Linien des selektiven Emitters 304 eine kleinere, beispielsweise viel kleinere, beispielsweise um einen Faktor 2 bis 5 kleinere, Ausdehnung als in der dazu senkrechten Richtung. Dadurch wird das Alignment der Lötpads 306 zur selektiven Emitter-Struktur 304 erleichtert.
In verschiedenen Ausführungsbeispielen können eine Vielzahl von (beispielsweise parallel zueinander verlaufenden) Linien hoch dotierter, den selektiven Emitter bildende Bereiche vorgesehen sein. Beispielsweise kann eine Anzahl hoch dotierter linienförmiger Bereiche in einem Bereich von ungefähr 20 bis ungefähr 200, beispielsweise in einem Bereich von ungefähr 50 bis ungefähr 120, beispielsweise in einem Bereich von ungefähr 60 bis ungefähr 100, beispielsweise ungefähr 80 auf der Solarzelle vorgesehen sein. Die hoch dotierten linienförmigen Bereiche können in einem lateralen Abstand zueinander angeordnet sein von beispielsweise mindestens 7 mm, beispielsweise mindestens 5 mm, beispielsweise mindestens 3,5 mm, beispielsweise mindestens 3,0 mm, beispielsweise mindestens 2,5 mm, beispielsweise mindestens 2,0 mm, beispielsweise mindestens 1,6 mm, beispielsweise mindestens 1,4 mm, beispielsweise mindestens 1,2 mm, beispielsweise mindestens 1,0 mm, beispielsweise mindestens 0,7 mm.
In verschiedenen Ausführungsbeispielen können die Lötpads 306 aus einem Metall oder einer Metalllegierung gebildet werden und können aufweisen oder bestehen aus beispielsweise Silber, Kupfer, Aluminium, Nickel, Zinn, Titan, Palladium, Tantal, Gold, Platin oder einer beliebigen Kombination oder Legierung dieser Materialien. In verschiedenen Ausführungsbeispielen können die Lötpads 306 aufweisen oder bestehen aus Silber oder Nickel. Ferner können die Lötpads 306 aufweisen oder bestehen aus einem Stapel unterschiedlicher Metalle, beispielsweise Nickel auf Titan, Silber auf Titan, Silber auf Nickel oder beispielsweise einem Schichtenstapel gebildet von Titan-Palladium-Silber, oder einem Stapel von Titan oder Nickel (beide wirken in diesem Fall als Diffusionsbarriere) mit darauf angeordnetem Kupfer.
Es ist darauf hinzuweisen, dass in den oben beschriebenen Ausführungsbeispielen der Basisbereich beispielsweise p-dotiert ist und der Emitterbereich und der selektive Emitter n-dotiert sind. Es ist jedoch in alternativen Ausführungsbeispielen ebenfalls vorgesehen, dass der Basisbereich beispielsweise n-dotiert ist und der Emitterbereich und der selektive Emitter p-dotiert sind. In solchen Ausführungsbeispielen können die Lötpads 306 beispielsweise aufweisen oder bestehen aus Aluminium oder aus Nickel, optional mit auf dem Aluminium aufgebrachtem Lotmaterial (alternativ kann das Lotmaterial auf den später aufgebrachten und angelöteten Zellenverbindern aufgebracht sind).
In verschiedenen Ausführungsbeispielen sind zum elektrischen Verbinden mehrerer Solarzellen 300 miteinander (beispielsweise verschaltet in einer Serienschaltung und/oder einer Parallelschaltung) Zellenverbinder (beispielsweise Zellenverbinder 402 in 4) vorgesehen, beispielsweise in Form von Kontaktdrähten 402 oder Kontaktbändchen 402. Die Kontaktdrähte 402 oder Kontaktbändchen 402 zum elektrischen Verbinden zweier Solarzellen 300 können verbunden sein mit den Lötpads 306 auf der Vorderseite einer ersten Solarzelle von jeweils zwei einander benachbarten Solarzellen und mit dem Basiskontakt auf der Rückseite einer zweiten Solarzelle von jeweils zwei einander benachbarten Solarzellen. Die Kontaktdrähte 402 oder Kontaktbändchen 402 sind eingerichtet zum Sammeln und Übertragen elektrischer Energie, die von der Photovoltaikschicht einer jeweiligen Solarzelle 300 erzeugt worden ist.
Die Kontaktdrähte 402 oder Kontaktbändchen 402 können aufweisen oder bestehen aus elektrisch leitfähigem Material, beispielsweise metallisch leitfähigem Material. In verschiedenen Ausführungsbeispielen können die Kontaktdrähte 402 oder Kontaktbändchen 402 aufweisen oder bestehen aus einem oder mehreren metallischen Materialien, beispielsweise aus einem oder mehreren der folgenden Metalle: Cu, Al, Au, Pt, Ag, Pb, Sn, Fe, Ni, Co, Zn, Ti, Mo, W, und/oder Bi. In verschiedenen Ausführungsbeispielen können die Kontaktdrähte 402 oder Kontaktbändchen 402 aufweisen oder bestehen aus einem Metall, ausgewählt aus einer Gruppe bestehend aus: Cu, Au, Ag, Pb, und Sn. In verschiedenen Ausführungsbeispielen können die Kontaktdrähte 402 oder Kontaktbändchen 402 eine grundsätzlich beliebige Querschnittform aufweisen wie beispielsweise eine runde (beispielsweise kreisrunde) Form, ein ovale Form, eine Dreieckform, eine Rechteckform (beispielsweise eine quadratische Form), oder jede andere beliebige geeignete Polygonform. In verschiedenen Ausführungsbeispielen können die Kontaktdrähte 402 oder Kontaktbändchen 402 ein Metall aufweisen, beispielsweise Nickel, Kupfer, Aluminium und/oder Silber oder ein anderes geeignetes Metall oder Metalllegierung, beispielsweise Messing. Weiterhin können die Kontaktdrähte 402 oder Kontaktbändchen 402 mit einem Metall oder einer Metalllegierung beschichtet werden oder sein, beispielsweise mit Silber, Sn und/oder Nickel und/oder einer Lotbeschichtung, aufweisend oder bestehend beispielsweise aus Sn, SnPb, SnCu, SnCuAg, SnPbAg, SnBi. In verschiedenen Ausführungsbeispielen können eine Vielzahl von Kontaktdrähten 402 oder Kontaktbändchen 402 auf oder über einer jeweiligen Solarzelle 300 angeordnet sein, beispielsweise eine Anzahl in einem Bereich von ungefähr 5 bis ungefähr 60, beispielsweise in einem Bereich von ungefähr 10 bis ungefähr 50, beispielsweise in einem Bereich von ungefähr 20 bis ungefähr 40, beispielsweise ungefähr 30. In verschiedenen Ausführungsbeispielen sind die Kontaktdrähte 402 oder Kontaktbändchen 402 mit den Lötpads 306 verlötet. Um die Anbindung der Kontaktdrähte 402 oder Kontaktbändchen 402 an die Lötpads 306 (auch bezeichnet als Kontaktpads 306) zu verbessern, können letztere beispielsweise durch ein Schwalllötverfahren vorbelotet werden.
In verschiedenen Ausführungsbeispielen kann sich zumindest ein Teil der Lötpads 306 über mehrere, jedoch nicht alle, Bereiche 304 mit erhöhter Dotierstoffkonzentration in dem Emitterbereich erstrecken.
5 zeigt eine Draufsicht auf eine Solarzelle 500 gemäß verschiedenen Ausführungsbeispielen. Die Solarzelle 500 gemäß 5 ist sehr ähnlich zu der Solarzelle 300 gemäß 3. Aus diesem Grund werden lediglich einige Unterschiede zwischen den Solarzellen im Folgenden näher erläutert. Hinsichtlich der anderen Komponenten wird auf die Beschreibung der Solarzelle 300 gemäß 3 verwiesen.
Bei der Solarzelle 500 gemäß 5 werden sind die Lötpads 502 mit ihrer längeren Ausdehnung quer zu der Verlaufsrichtung der niederohmigen Emitterbereiche 304 angeordnet. Dadurch kann die Positionierung der Lötpads 502 relativ zu den hoch dotierten Bereich 304 noch weiter vereinfacht werden.
6 zeigt ein Ablaufdiagramm 600, in dem ein Verfahren zum Herstellen einer Solarzelle gemäß verschiedenen Ausführungsbeispielen dargestellt ist.
In 602 kann das Substrat mit der Photovoltaikschicht optional in an sich bekannter Weise texturiert werden (beispielsweise mittels anisotropen Ätzens in einer alkalischen Lösung oder mittels Ätzens in einer sauren Lösung oder mittels Sägens von V-Gräben in das Solarzellen-Substrat) und einer so genannten Emitterdiffusion unterzogen werden, beispielsweise unter Verwendung einer den Dotierstoff (beispielsweise Phosphor) enthaltenden Emulsion, die auf die (freiliegende) Vorderseite der Photovoltaikschicht aufgebracht wird. Die Emitterdiffusion erfolgt in verschiedenen Ausführungsbeispielen in einem Ofen, beispielsweise einem Durchlaufofen. Die Diffusion kann in verschiedenen Ausführungsbeispielen die Diffusionstiefe des Dotierstoffs in einem Bereich liegt von ungefähr 0,1 μm bis ungefähr 1 μm, beispielsweise in einem Bereich von ungefähr 0,3 μm bis ungefähr 0,5 μm. In verschiedenen Ausführungsbeispielen kann die Diffusion in einem Rohrofen zur Prozessierung der schwach-dotierten Bereiche vorgesehen sein. Die Diffusion kann durchgeführt werden beispielsweise bei einer Temperatur in einem Bereich von ungefähr 700°C bis ungefähr 1000°C, beispielsweise in einem Bereich von ungefähr 750°C bis ungefähr 950°C, beispielsweise in einem Bereich von ungefähr 800°C bis ungefähr 900°C, beispielsweise für eine Zeitdauer in einem Bereich von ungefähr 3 Minuten bis ungefähr 120 Minuten, beispielsweise in einem Bereich von ungefähr 10 Minuten bis ungefähr 60 Minuten, beispielsweise in einem Bereich von ungefähr 15 Minuten bis ungefähr 45 Minuten.
Dann kann in 604 eine Mehrzahl von niederohmigen Bereichen gebildet werden, beispielsweise durch einen lokalen Temperschritt nach der Emitterdiffusion. Durch eine Laserbehandlung auf der Dotierstoff-enthaltenden Schicht (beispielsweise das Phosphorsilikatglas (PSG)) kann lokal zusätzlicher Phosphor in die Halbleiterschicht gebracht werden. Der Schichtwiderstand kann lokal herabgesetzt werden.
Dann kann in 606 das Material der Dotierstoff-enthaltenden Schicht (beispielsweise das Phosphorsilikatglas (PSG)) entfernt werden und es kann eine Kantenisolation (beispielsweise mittels eines Einseitenätzens) durchgeführt werden.
Anschließend kann in 608 eine Antireflexbeschichtung auf die emitterseitige freiliegende Oberfläche der Photovoltaikschicht aufgebracht werden, beispielsweise aus Siliziumnitrid oder jedem beliebigen hierfür geeigneten Material (beispielsweise mittels eines CVD-Verfahrens, beispielsweise mittels eines Plasma-angereicherten (plasma enhanced, PE) CVD-Verfahrens (PE-CVD) oder mittels eines PVD-Verfahrens, wie z. B. mittels Sputterns). Dadurch kann die durch den Laserprozess geschädigte Oberfläche teilweise wieder ausgeheilt und passiviert werden.
Anschließend werden in 610 beispielsweise durch einen kostengünstigen Siebdruckprozessschritt die Vorderseitenmetallisierung und die Rückseitenmetallisierung aufgebracht. Die Vorderseitenmetallisierung kann dabei aus (Löt-)Pad-Strukturen bestehen oder solche aufweisen, die untereinander nicht verbunden sind. Es wird für den Druck der Vorderseitenpads eine Paste verwendet, die durch das Material der Antireflexbeschichtung (beispielsweise Siliziumnitrid) durchfeuert.
In einem Hochtemperaturschritt wird in verschiedenen Ausführungsbeispielen in 612 der elektrische Kontakt zwischen Metallisierung und Silizium hergestellt. Gegebenenfalls wird die Rückseitenmetallisierung der Solarzelle ebenfalls durch Siebdruck hergestellt und beide Kontakte können in einem Kontaktfeuerschritt (beispielsweise in einem Feuerschritt, in dem sowohl die Vorderseitenmetallisierung als auch die Rückseitenmetallisierung zur gleichen Zeit durchfeuert werden) erzeugt werden.
Anschaulich wird in den in 6 dargestellten Ausführungsbeispielen die selektive Emitter-Struktur vor der Phosphorglas-Entfernung gebildet.
In diesem Fall kann für das Drucken der Lötpads 306 eine Frontseitenpaste verwendet werden, die durch das Siliziumnitrid durchfeuert. Es kann dabei vorteilhaft sein, die Lötpads 306 so klein zu wählen, dass nur niederohmige Emitterbereiche 304 (körperlich) kontaktiert werden und keine niedrig dotierte Emitterbereich 302.
7 zeigt eine Draufsicht auf einen Emitterbereich 704 einer Solarzelle 700 gemäß verschiedenen Ausführungsbeispielen. Wie in 7 (und gut sichtbar in dem vergrößerten Bereich 706) dargestellt sind in verschiedenen Ausführungsbeispielen linienförmige höher dotierte Bereiche 702 in beispielsweise einer strahlenförmigen Struktur der höher dotierten Bereiche 702 (und damit niederohmigen Bereiche 702, welche den selektiven Emitter bilden) vorgesehen, beispielsweise eingebracht in niedrig dotierte Bereiche 712 (anders ausgedrückt hochohmige Bereiche 712). Bei diesen Ausführungsbeispielen kann die Anzahl vorgesehener Lötpads (nicht dargestellt in 7) reduziert werden. Dies wird ermöglicht, indem die die Lötpads 306 in Spalten 708 und Zeilen 710 angeordnet sind, wobei die Anordnung derart ist, dass Lötpads benachbarter Spalten jeweils um eine Zeile versetzt angeordnet sind. Somit ist in diesen Ausführungsbeispielen anschaulich beispielsweise entlang einer Zeile nur auf jedem zweiten Kreuzungspunkt eines hoch dotierten Bereichs 304 der jeweiligen Zeile 710 mit einem hoch dotierten Bereich einer jeweiligen Spalte 708 ein Lötpad 306 vorgesehen. Auf diese Weise ergibt sich beispielsweise ein (optional mit zusätzlichen sternförmigen hoch dotierten Bereichen, welche die Lötpads 306 miteinander verbinden) rautenförmiges oder diagonal-förmiges Lötpad-Muster Ein weiterer Vorteil dieser Ausführungsbeispiele kann darin gesehen werden, dass in den Kontaktpunkten (auch bezeichnet als Berührungspunkte oder Kontaktstellen) 704 der höher dotierten Bereiche 702 durch ein mehrfaches Prozessieren der Kreuzungspunkte 704 ein besonders niederohmiger Emitter erzeugt wird. Der sich ausbildende Kontaktwiderstand sollte daher besonders gering sein.
8 zeigt einen Kreuzungspunkt 802 des Emitterbereichs 702 aus 7, auf dem ein Lötpad 306 aufzubringen ist. Eine besondere Ausgestaltung des in 8 dargestellten Ausführungsbeispiels zeigt 9. Bei den in 9 dargestellten Ausführungsbeispielen können die Kontaktstellen 902, 904, 906 – also die Kreuzungspunkte 902, 904, 906 der niederohmigen Bereiche in dem Emitterbereich – gezielt verbreitert werden. Die Linien (d. h. die linienförmigen höher dotierten Bereiche 702) treffen sich nicht in einem Punkt sondern in einem Bereich, beispielsweise in mehreren Kontaktstellen 902, 904, 906, beispielsweise in drei Kontaktstellen 902, 904, 906.

Die folgende Tabelle zeigt Parameter einer möglichen Implementierung eines Ausführungsbeispiels für eine Solarzelle im Format 156 mm × 156 mm mit lininenförmigen niederohmigen Emitterbereichen:

Breite niederohmiger Emitterbereich	50 μm	Anzahl Pads	80 × 20
Schichtwiderstand niederohmiger Emitterbereich	30 ohm/sq	Größe Kontaktpad	250 × 250 μm²
Anzahl Linien niederohmiger Emitterbereich	80	Durchmesser Kontaktdrähte (rund)	200 μm

Es ist darauf hinzuweisen, dass für unterschiedliche Materialien und Dimensionen der einzelnen Komponenten die Parameter deutlich von den in der Tabelle angegebenen Parametern abweichen können.
10 zeigt eine Querschnittansicht der Solarzelle 300 von 3 gemäß verschiedenen Ausführungsbeispielen. 10 zeigt eine Photovoltaikschicht 1002 mit dem Basisbereich 1004 und dem Emitterbereich 302, in welchem beispielsweise die hoch dotierten Bereiche 304 (anders ausgedrückt die Bereiche des selektiven Emitters 304) gebildet sind. Ferner zeigt 10 eine Mehrzahl von Lötpads 306 und darauf aufgelöteten Zellenverbindern 402. Weiterhin ist die Rückseitenmetallsierung 1006 dargestellt.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 10239845 C1 [0007]

Claims

Solarzelle (300), aufweisend: • einen Basisbereich, dotiert mit Dotierstoff eines ersten Dotierungstyps; • einen Emitterbereich (302), dotiert mit Dotierstoff eines zweiten Dotierungstyps, wobei der zweite Dotierungstyp entgegengesetzt zum ersten Dotierungstyp ist; • eine Mehrzahl von Bereichen (304) in dem Emitterbereich (302) mit einer gegenüber dem Emitterbereich (302) erhöhten Dotierstoffkonzentration des zweiten Dotierungstyps; und • eine Mehrzahl von metallischen Lötpads (306), wobei jedes Lötpad (306) zumindest teilweise auf einem Bereich (304) mit erhöhter Dotierstoffkonzentration angeordnet ist.
Solarzelle (300) gemäß Anspruch 1, wobei mindestens ein metallisches Lötpad (306) der Mehrzahl von metallischen Lötpads (306) keine metallische Verbindung zu dem mindestens einen anderen Lötpad (306) aufweist.
Solarzelle (300) gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei die Mehrzahl von Bereichen (304) mit erhöhter Dotierstoffkonzentration in dem Emitterbereich (302) eine Mehrzahl linienförmiger Bereiche (304) aufweist.
Solarzelle (300) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Mehrzahl von Bereichen (304) mit erhöhter Dotierstoffkonzentration in dem Emitterbereich (302) einen Schichtwiderstand aufweist in einem Bereich von ungefähr 30 Ω/sq bis ungefähr 80 Ω/sq.
Solarzelle (300) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei der Emitterbereich (302) einen Schichtwiderstand aufweist in einem Bereich von ungefähr 80 Ω/sq bis ungefähr 200 Ω/sq.
Solarzelle (300) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei eine Vielzahl von separaten Lötpads (306) entlang eines jeweiligen Bereichs (304) mit erhöhter Dotierstoffkonzentration in dem Emitterbereich (302) angeordnet sind.
Solarzelle (300) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei zumindest ein Teil der Lötpads (306) sich über mehrere, jedoch nicht alle, Bereiche (304) mit erhöhter Dotierstoffkonzentration in dem Emitterbereich (302) erstreckt.
Solarzelle (300) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7, • wobei die Lötpads (306) eine Länge aufweisen, die größer ist als deren Breite; und • wobei die Lötpads (306) derart angeordnet sind, dass ihre Längserstreckung im Wesentlichen senkrecht zu der Längserstreckung des von dem jeweiligen Lötpad (306) kontaktierten Bereichs (304) mit erhöhter Dotierstoffkonzentration in dem Emitterbereich (302) ist.
Solarzelle (300) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei die Lötpads (306) in Spalten und Zeilen angeordnet sind, wobei die Anordnung derart ist, dass Lötpads (306) benachbarter Spalten jeweils um eine Zeile versetzt angeordnet sind.
Solarzelle (300) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9, • wobei zumindest ein Teil der Bereiche (304) mit erhöhter Dotierstoffkonzentration in dem Emitterbereich (302) derart angeordnet ist, dass sich mindestens zwei der Bereiche (304) mit erhöhter Dotierstoffkonzentration in dem Emitterbereich (302) in mindestens einem Berührungspunkt berühren; • wobei zumindest ein Teil der Lötpads (306) auf einem jeweiligen Berührungspunkt angeordnet ist.
Solarmodul mit einer Vielzahl von Solarzellen (300) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei zumindest ein Teil benachbarter Solarzellen (300) mittels Zellenverbindern (402) miteinander elektrisch verbunden sind.
Verfahren (100) zum Herstellen einer Solarzelle (300), aufweisend: • Bilden (102) eines Basisbereichs, dotiert mit Dotierstoff eines ersten Dotierungstyps; • Bilden (104) eines Emitterbereichs (304), dotiert mit Dotierstoff eines zweiten Dotierungstyps, wobei der zweite Dotierungstyp entgegengesetzt zum ersten Dotierungstyp ist; • Bilden (106) einer Mehrzahl (304) von Bereichen in dem Emitterbereich (302) mit einer gegenüber dem Emitterbereich (302) erhöhten Dotierstoffkonzentration des zweiten Dotierungstyps; und • Bilden (108) einer Mehrzahl von metallischen Lötpads (306), wobei jedes Lötpad (306) zumindest teilweise auf einem Bereich (304) mit erhöhter Dotierung angeordnet wird.