DE102011051511A1

DE102011051511A1 - Rückkontaktsolarzelle und Verfahren zum Herstellen einer solchen

Info

Publication number: DE102011051511A1
Application number: DE102011051511A
Authority: DE
Inventors: Hilmar von Campe; Christine Meyer; Stephan Huber
Original assignee: Schott Solar AG
Current assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Priority date: 2011-05-17
Filing date: 2011-07-01
Publication date: 2012-11-22
Also published as: WO2012156398A1; US20140318614A1; TW201306283A; EP2710642A1

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf eine Rückkontaktsolarzelle sowie ein Verfahren zur Herstellung einer Solarzelle mit einem eine Front- und eine Rückseite aufweisenden Halbleitersubstrat eines ersten Leitfähigkeitstyps, umfassend die Verfahrensschritte Herstellen einer Vielzahl von von der Frontseite zu der Rückseite sich erstreckenden Durchgangsöffnungen, Erzeugen einer Schicht eines zu dem ersten Leitfähigkeitstyp entgegengesetzten Leitfähigkeitstyps entlang der Frontseite, Herstellen eines Frontseitenkontakts in Form einer Metallisierung sowie eines Rückseitenkontakts, wobei der Frontseitenkontakt elektrisch leitend mit die Durchgangsöffnungen rückseitig begrenzenden gegenüber der Rückseite elektrisch isolierten rückseitigen Kontaktbereichen verbunden ist, und Verbinden der rückseitigen KoVergleich zum Stand der Technik kostengünstiger herzustellen und eine hohe Langzeitstabilität zu erzielen, wird vorgeschlagen, dass mit Ausbilden des Frontseitenkontakts die Durchgangsöffnungen frontseitig begrenzende elektrisch leitende frontseitige Kontaktbereiche ausgebildet werden, dass die Durchgangsöffnungen innenseitig mit einer elektrisch isolierenden ersten Schicht versehen werden und dass sodann von der Rückseite ausgehend durch die Durchgangsöffnungen hindurch bis zu den frontseitigen Kontaktbereichen ein elektrisch leitendes Material bei gleichzeitiger Bildung der rückseitigen Kontaktbereiche eingebracht wird.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung einer Solarzelle mit einem eine Front- und eine Rückseite aufweisenden Halbleitersubstrat eines ersten Leitfähigkeitstyps, insbesondere p-Silizium basiertes kristallines Halbleitersubstrat, umfassend die Verfahrensschritte:

– Herstellen einer Vielzahl von von der Frontseite zu der Rückseite sich erstreckenden Durchgangsöffnungen,
– Erzeugen einer Schicht eines zu dem ersten Leitfähigkeitstyp entgegengesetzten Leitfähigkeitstyps entlang der Frontseite,
– Herstellen eines Frontseitenkontaktes in Form einer Metallisierung sowie eines Rückseitenkontaktes, wobei der Frontseitenkontakt elektrisch leitend mit die Durchgangsöffnungen rückseitig begrenzenden gegenüber der Rückseite elektrisch isolierten rückseitigen Kontaktbereichen verbunden ist, und
– Verbinden der rückseitigen Kontaktbereiche untereinander.

Auch nimmt die Erfindung Bezug auf eine Rückseitenkontaktsolarzelle mit einem eine Front- und eine Rückseite aufweisenden Halbleitersubstrat eines ersten Leitfähigkeitstyps, insbesondere p-Silizium basiertes kristallines Halbleitersubstrat, mit frontseitiger Schicht eines zu dem ersten Leitfähigkeitstyp entgegengesetzten Leitfähigkeitstyps, einer Vielzahl von von der Frontseite zu der Rückseite sich erstreckenden Durchgangsöffnungen, durch eine frontseitige Metallisierung gebildetem Frontseitenkontakt sowie Rückseitenkontakt, wobei der Frontseitenkontakt elektrisch leitend durch die Durchgangsöffnungen hindurch bis die Durchgangsöffnungen auf der Rückseite umgebene rückseitige Kontaktbereiche elektrisch leitend verbunden ist und die rückseitigen Kontaktbereiche elektrisch leitend untereinander und gegenüber der Rückseite elektrisch isoliert verbunden sind, wobei zumindest einige der Durchgangsöffnungen in einer Reihe angeordnet sind.
Um geeignete Spannungen bzw. Leistungen mit Solarzellen bereitzustellen, ist es bekannt, diese zu größeren Einheiten zu verschalten. Zur Herstellung entsprechender Module werden die Zellen parallel oder in Serie miteinander verschaltet und in einem geeigneten transparenten Verkapselungsmaterial wie Ethylenvinylacetat (EVA) eingebettet. Frontseitig werden entsprechende Module üblicherweise von einer Glasscheibe und rückseitig von einer witterungsfesten Kunststoffverbundfolie wie Polyvinylfluorid (TEDLAR) und Polyester abgedeckt. Das Modul selbst kann von einem Rahmen aus Aluminium aufgenommen sein.
Typische Solarzellenmodule auf Siliziumwafer-Basis weisen Kontakte auf der Vorder- und Rückseite auf. Da der Wirkungsgrad einer Solarzelle u. a. von der für die auftreffende Strahlung unbedeckten Frontfläche abhängt, die Frontseitenkontakte jedoch die wirksame Fläche beschränken, sind Rückseitenkonkaktsolarzellen entwickelt worden, die als WRAP-THROUGH-Solarzellen bekannt sind. Dabei werden Metal-Wrap-Through(MWT-) von Emitter-Wrap Trough(EWT)-Zellen unterschieden. Bei den MWT-Zellen wird Metallisierung auf der Frontseite aufgebracht, die aus strahlenförmig zu einer Durchbrechung als Stromsenke verlaufenden Fingern besteht und durch die Durchgangsöffnung hindurch zur Rückseite geführt wird. Diese Bereiche müssen von dem Rückseitenkontakt elektrisch getrennt werden, um Kurzschlüsse zu vermeiden.
Die Herstellung entsprechender Rückseitenkontaktsolarzellen ist aufwändig und erfordert eine hohe Prozesssicherheit.
Rückseitenkontakt-Solarzellen sind z. B. der US-A-2010/70243040 , WO-A-2010/081505 , DE-A-10 2009 059 156 oder der DE-A-10 2006 052 018 zu entnehmen.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, ein Verfahren zum Herstellen einer Rückseitenkontakt-Solarzelle und eine solche so weiterzubilden, dass diese im Vergleich zum Stand der Technik kostengünstiger herstellbar ist und zudem langzeitstabil sein soll. Ferner soll eine sichere Kontaktierung durch die Durchgangsöffnungen ermöglicht werden. Auch soll ein problemloses Ausbilden der auf der Rückseite der elektrisch gegeneinander isolierten Kontakte ermöglicht werden.
Verfahrensmäßig wird die Aufgabe im Wesentlichen dadurch gelöst, dass mit Ausbilden des Frontseitenkontakts die Durchgangsöffnungen frontseitig begrenzende elektrisch leitende frontseitige Kontaktbereiche ausgebildet werden, dass die Durchgangsöffnungen innenseitig mit einer elektrisch isolierenden ersten Schicht versehen werden und dass sodann von der Rückseite ausgehend durch die Durchgangsöffnungen hindurch bis zu den frontseitigen Kontaktbereichen ein elektrisch leitendes Material bei gleichzeitiger Bildung der rückseitigen Kontaktbereiche eingebracht wird.
Dabei ist insbesondere vorgesehen, dass das elektrisch leitende Material zumindest ultraschallunterstützt in die Durchgangsöffnungen eingebracht wird.
Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass bei der frontseitigen Metallisierung des Halbleitersubstrats die strahlenförmig zu den Stromsenken führenden Finger in einen die Durchgangsöffnung frontseitig begrenzenden ringförmigen Kontaktbereich übergehen. Die Ausbildung der Metallisierung einschließlich des vorzugsweise aus Silber oder Silber enthaltendem ringförmigen Kontaktbereichs kann durch Druckverfahren wie Siebdruckverfahren oder durch Maskentechnik durchgeführt werden.
Nach Ausbilden des flächigen Rückseitenkontakts vorzugsweise in Form einer aus Aluminium bestehenden oder Aluminium enthaltenden Schicht kann auf dieser eine Isolierschicht aus anorganischem Material aufgetragen werden, die aus Streifen besteht, die sich entlang einer in einer Reihe angeordneten Durchgangsöffnungen erstreckt, wobei das anorganische Isolierschichtmaterial die Durchgangsöffnungen durchsetzt.
Als anorganisches Isolierschichtmaterial kommen Glaskeramiken (niedriger Schmelzpunkt) oder siebgedruckte TiO₂-Pasten in Frage. Auch besteht die Möglichkeit, zum Ausbilden der Isolierschicht lokal eine Phosphor-Glas-Schicht aufzusprühen.
Losgelöst hiervon ist insbesondere vorgesehen, dass die Isolierschicht durch lokales Sprühverfahren, durch Siebdruck oder durch Oxidation des porösen Silizium (Substratmaterial) bei etwa 400°C–1100°C, vorzugsweise 500°C–800°C ausgebildet wird.
Anschließend wird das elektrisch leitende Material auf der Isolierschicht streifenförmig aufgebracht, wobei unter Einfluss von Ultraschallschwingungen ein Eindringen in die Durchgangsöffnungen bis zu der frontseitigen Metallisierung bzw. den ringförmigen Kontaktbereichen erfolgt. Hierdurch ist eine elektrisch leitende Verbindung zwischen der frontseitigen Metallisierung und der Rückseite der Solarzelle sichergestellt.
Die entsprechenden streifenförmigen Kontakte, die als erste Kontakte zu bezeichnen sind, werden sodann mit einer Verschaltungsstruktur in einem Randbereich der Solarzelle elektrisch leitend miteinander verbunden. Über die Verschaltungsstruktur werden Solarzellen verschaltet. Die Verschaltungsstruktur weist somit in einem Bereich eine Kammgeometrie auf, deren Längsstege elektrisch leitend mit den ersten Kontakten verbunden sind.
Zwischen den streifenförmigen Isolierschichtabschnitten wird auf dem Rückseitenkontakt gleichfalls streifenförmig ein elektrisch leitendes Material als zweiter streifenförmiger Kontakt aufgebracht, wobei die einzelnen zweiten Kontakte ebenfalls untereinander verbunden werden, und zwar auf der in Bezug auf die Verbindung für die ersten Kontakte gegenüberliegenden Seite der Solarzelle. Somit ergibt sich gleichfalls eine Kammstruktur.
Bei einer entsprechenden Struktur ist ein problemloses Verschalten von in Reihen angeordneten Solarzellen zu einem Modul möglich, in dem die Verbindungen erster Kontakte einer ersten Solarzelle mit zweiten Kontakten einer nachfolgenden Solarzelle verbunden werden.
Die ersten und zweiten streifenförmigen Kontakte können auch als Busbars bezeichnet werden, wobei die zweiten Kontakte insbesondere durch Siebdruck aufgebracht werden können.
Die ersten streifenförmigen Kontakte können durch Auftragen eines geschmolzenen Lotdrahts hergestellt werden, wobei während des Auftragens im erforderlichen Umfang Ultraschallschwingungen mittels einer Sonotrode eingebracht werden. Dabei kann zur herstellungstechnischen Vereinfachung entsprechend den im Wesentlichen parallel zueinander verlaufenden ersten streifenförmigen Kontakten eine entsprechende Anzahl von Sonotroden zum Einsatz gelangen, so dass gleichzeitig die entsprechenden ersten streifenförmigen Kontakte aufgetragen werden, wobei gleichzeitig Lotmaterial in die Durchgangsöffnungen eindringt.
Bei dem elektrisch leitenden Material sowohl für die ersten als auch für die zweiten streifenförmigen Kontakte handelt es sich insbesondere um ein Lotmaterial wie Zinn oder Lotmaterial auf Zinn/Zink- oder Zinn/Silber-Basis. Andere geeignete Materialien wie Zinn-Blei oder sonstige Lotpastenmaterialien kommen gleichfalls in Frage.
Die Erfindung zeichnet sich somit dadurch aus, dass zumindest einige der Durchgangsöffnungen in zumindest einer entlang einer Linie wie Geraden verlaufenden Reihe angeordnet sind, wobei nach Herstellen des Frontseitenkontakts mit den frontseitigen Kontaktbereichen auf der Rückseite der Solarzelle eine elektrisch isolierende zweite Schicht aufgebracht wird, die sich bis in die Durchgangsöffnung hindurch zur Bildung der elektrisch isolierenden ersten Schicht erstreckt. Dabei ist vorgesehen, dass nach Auftragen der zweiten elektrisch isolierenden Schicht auf dieser entlang der Linie das sich in die Durchgangsöffnung hindurch erstreckende elektrisch leitende Material streifenförmig zur Bildung erster streifenförmiger Kontakte aufgetragen wird.
Insbesondere ist vorgesehen, dass zumindest einige der Durchgangsöffnungen in zumindest zwei, vorzugsweise drei parallel zueinander verlaufenden Reihen angeordnet sind, wobei entlang jeder Reihe jeweils ein streifenförmiger Abschnitt der zweiten elektrisch isolierenden Schicht verläuft und parallel zu den Abschnitten zumindest ein streifenförmiger mit dem Rückseitenkontakt verbundener zweiter streifenförmiger Kontakt ausgebildet wird. Dabei sind die ersten und zweiten streifenförmigen Kontakte für sich jeweils untereinander in gegenüberliegenden Randbereichen der Solarzelle elektrisch leitend verbunden.
Zum Ausbilden der ersten streifenförmigen Kontakte sollte entlang jeder Reihe der Durchgangsöffnungen eine in Ultraschallschwingungen versetzbare Sonotrode geführt werden, mit der auf das jeweilige streifenförmig aufgetragene elektrisch leitende Material Ultraschallschwingungen zur Bildung der ersten streifenförmigen Kontakte und Einbringen des elektrisch leitenden Materials in die Durchgangsöffnung hinein übertragen werden. Dabei ist insbesondere vorgesehen, dass gleichzeitig auf jeden streifenförmigen Kontakt Ultraschallschwingungen einwirken.
Eine Rückseitenkontaktsolarzelle der eingangs genannten Art zeichnet sich dadurch aus, dass die Durchgangsöffnungen frontseitig von einem elektrisch leitenden ringförmigen frontseitigen Kontaktbereich umgeben sind, dass die Durchgangsöffnungen innenseitig mit einer elektrisch isolierenden ersten Schicht versehen sind, die Abschnitte einer entlang der Rückseite verlaufenden elektrisch isolierenden zweiten Schicht sind, die sich streifenförmig entlang der in der Reihe angeordneten Durchgangsöffnungen erstreckt, und dass sich entlang der ersten und zweiten elektrisch isolierenden Schicht durch die Durchgangsöffnungen hindurch bis zu den frontseitigen Kontaktbereichen elektrisch leitendes Material erstreckt, wobei das sich entlang der elektrisch isolierenden zweiten Schicht erstreckende elektrisch leitende Material einen elektrisch leitenden ersten Kontakt bildet.
Vorzugsweise sieht die Erfindung vor, dass entlang zumindest einer Seite der streifenförmigen Abschnitte der elektrisch isolierenden zweiten Schicht ein elektrisch leitender mit der Rückseite verbundener streifenförmiger elektrisch leitender zweiter Kontakt verläuft.
Zur herstellungstechnischen Vereinfachung, ohne dass die Anzahl der Durchgangsöffnungen üblicher Rückseitenkontaktsolarzellen reduziert wird, ist optional vorgesehen, dass die Durchgangsöffnungen ausschließlich in zwei parallelen oder im Wesentlichen parallel zueinander verlaufenden Reihen angeordnet sind.
Weist eine Solarzelle üblicherweise 16 Durchgangsöffnungen auf, die in vier Reihen angeordnet sind, so ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass die Durchgangsöffnungen in zwei Reihen à acht Durchgangsöffnungen angeordnet sind. Bei dieser Anordnung gehen gleichfalls fingerartige Kontaktfinger strahlenförmig von den Durchgangsöffnungen aus und schneiden die Äquipotentiallinien in etwa senkrecht.
Weitere Einzelheiten, Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich nicht nur aus den Ansprüchen, den diesen zu entnehmenden Merkmalen – für sich und/oder in Kombination –, sondern auch aus der nachfolgenden Beschreibung von der Zeichnung zu entnehmenden bevorzugten Ausführungsbeispielen.
Es zeigen:
1 eine Vorderansicht einer Rückseitenkontaktsolarzelle,
2–5 Darstellungen der Rückseite der Rückseitenkontaktsolarzelle der 1 nach verschiedenen Prozess schritten,
6 die Vorderansicht von 1 nach erfolgter Durchkontaktierung,
7 eine alternative Ausführungsform einer Rückseite einer Rückseitenkontaktsolarzelle,
8 die Frontseite der Rückseitenkontaktsolarzelle gemäß 7,
9 eine alternative Ausführungsform zu der Rückseitenkontaktsolarzelle gemäß 7,
10 Rückseite der Rückseitenkontaktsolarzelle gemäß 9,
11 Frontansicht von zwei zu verschaltenden Solarzellen und
12 die verschalteten Solarzellen gemäß 11 in Rückseitenansicht.
Die erfindungsgemäße Ausbildung einer Rückseitenkontaktsolarzelle wird im Ausführungsbeispiel anhand eines p-Silizium basierten kristallinen Halbleitersubstrat erläutert, so dass infolgedessen die Emitter- oder n-Kontakte von der Frontseite und die Basis- oder p-Kontakte von der Rückseite ausgehen. Die erfindungsgemäße Lehre gilt jedoch auch für andere Halbleitersubstrate oder Grunddotierungen entsprechend.
In 1 ist die Strahlen zugewandte Front- oder Vorderseite 10 einer erfindungsgemäßen Rückseitenkontaktsolarzelle in Form einer Metal Wrap-Through (MWT-Zelle) dargestellt. Basis der MWT-Zelle bildet ein Wafer aus p-dotiertem Silizium, in dem in Reihen 12, 14, 16, 18, 20 als Bohrungen zu bezeichnende Durchgangsöffnungen eingebracht sind, von denen einige beispielhaft mit den Bezugszeichen 22, 24 gekennzeichnet sind. Anschließend wird z. B. durch Druckverfahren oder Maskentechnik eine einen Frontkontakt 26 bildende Metallisierung aufgebracht, die in bekannter Weise aus dünnen strahlenförmig zu den Bohrungen 22, 24 führenden Fingern 28, 30 verlaufen. Da die Durchgangsöffnungen 22, 24 bei Betrieb der Solarzelle Stromsenken bilden, sollten die Finger 28, 30 senkrecht oder in etwa senkrecht zu den Äquipotentiallinien, die um die Stromsenken herum verlaufen bzw. die Durchgangsöffnungen umgeben, verlaufen, die die Durchgangsöffnungen 22, 24 umgeben.
Erfindungsgemäß wird neben den Fingern 28, 30 ein frontseitiger die Bohrungen 22, 24 umgebender ringförmiger Kontaktbereich 32, 34 mit ausgebildet, in den folglich die Kontaktfinger 28, 30 übergehen. Die frontseitigen Kontaktbereiche 32, 34 weisen eine Ringstruktur auf und bestehen aus dem gleichen Material wie die Metallisierung, also der Frontseitenkontakt 26 und insbesondere aus Silber oder enthalten Silber. Selbstverständlich würde die Erfindung nicht verlassen werden, wenn die ringförmigen frontseitigen Kontaktbereiche 32, 34 aus einem anderen Material als die der Kontaktfinger 28, 30 bestehen.
Sodann wird die Bohrungen 22, 24 durchsetzend eine insbesondere aus anorganischem Material bestehende Isolierschicht aufgebracht, die sich bis zur Rückseite 36 der Solarzelle erstreckt. Entsprechend dem Ausführungsbeispiel der 2 umgibt die Isolierschicht die Bohrungen 22, 24 rückseitig, wie durch die Ringe 38, 40, 42 angedeutet wird, die die Bohrungen 22, 24 auf der Rückseite 36 der Solarzelle umgeben.
Die Isolierschicht kann durch Siebdruck oder Maskieren und Aufsprühen oder Mikrodosiertechnik (Dispenser, Düsen) aufgebracht werden.
Um sicherzustellen, dass die sich in die Bohrungen 22, 24 erstreckende Isolierschicht die Bohrungen 22, 24 nicht verschließt, sind folgende Maßnahmen zu bevorzugen. Das Isolierschichtmaterial wird dünn aufgetragen, d. h. ein flüssiges Material wird verwendet, das in die die Bohrungen 22, 24 umschließende raue Wandstruktur des Substrats insbesondere aufgrund der Kapillarität einzieht. Sodann können die Bohrungen 22, 24 z. B. mittels Laser „nachgebohrt”, also geöffnet werden.
Nach dem Einsprühen einer das Schichtmaterial enthaltenen Lösung und nachdem die Lösung das Substratmaterial wie Silizium die Wandungen der Bohrungen 22, 24 benetzt hat, kann ein Durchblasen der Bohrungen 22, 24 erfolgen.
Ein „Nachbearbeiten” der Bohrungen 22, 24 ist jedoch dann nicht erforderlich, wenn sich das in die Bohrungen 22, 24 eingebrachte flüssige Isolierschichtmaterial beim Trocknen zusammenzieht, so dass die Bohrungen 22, 24 durchgängig für die Durchkontaktierungen sind.
Ein weiterer Vorschlag sieht vor, dass die Bohrungen 22, 24 mit einer Phosphor-Glas-Lösung gefüllt werden und diese sodann getrocknet wird. Es schließt sich ein Diffusionsprozess an, bei dem Phosphor in die Wand der Bohrungen 22, 34 und rückseitige Umgebung der Bohrungen 22, 24 eindiffudiert, also sich ein Emitter ausbildet. Anschließend wird die sich gleichzeitig ausbildende Phosphorsilikat-Glas-Schicht in den Bohrungen 22, 24 z. B. mittels Flusssäure weggeätzt.
Alternativ oder ergänzend besteht die Möglichkeit entsprechend der 3 streifenförmig entlang der in den Reihen 12, 14, 16, 20 verlaufenden Bohrungen 22, 24 auf der Rückseite 36 Isolierschichtstreifen 44, 46, 48, 50 aufzutragen, die sich bis in die Bohrungen 22, 24 hindurch bis zu den ringförmigen frontseitigen Kontaktbereichen 32, 34 erstrecken. Die streifenförmigen Isolierschichten 44, 46, 48, 50 werden als zweite Isolierschicht bezeichnet, von der infolgedessen Abschnitte die erste sich durch die Bohrung 22, 24 erstreckende Isolierschicht ist.
In einem zweiten Verfahrensschritt erfolgt ultraschallunterstützt ein Durchkontaktieren von Lotmaterial wie Zinn oder Zinn/Zink- oder Zinn/Aluminium-Legieren derart, dass eine elektrisch leitende Verbindung zwischen im Bereich der Bohrung 22, 24 auf der Rückseite 36 der Solarzelle vorhandene Lötpunkte 52, 54, 56 sich bis zu den ringförmigen frontseitigen Kontaktbereichen 32, 34 erstrecken, wie ein Vergleich der 5 und 6 zeigt. Die Lötpunkte 52, 54, 56 werden frontseitig mit den gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet. Somit ist eine elektrisch leitende Verbindung zwischen der frontseitigen Metallisierung, die als Frontseitenkontakt bezeichnet wird, zur Rückseite 36 der Solarzelle sichergestellt. Anschließend können die rückseitigen Lötpunkte 52, 54, 56 in gewohnter Weise elektrisch leitend verbunden werden, um die Solarzelle zu verschalten.
Zwischen den streifenförmigen sich entlang der in den Reihen 12, 14, 16, 20 angeordneten Bohrungen 22, 24 verlaufenden Isolierschichtstreifen 44, 46, 48, 50 ist die Rückseite 36 freigelassen, so dass in den Zwischenraum auf den Rückseitenkontakt, der insbesondere aus Aluminium besteht oder Aluminium enthält und flächig den Wafer abdeckt, als Busbars 60, 62, 64 zu bezeichnende Balken zum Beispiel im Siebdruck aufgetragen werden können. Insoweit kommen bekannte Techniken zur Anwendung.
Alternativ können in gewohnter Weise in der Aluminiumschicht 58 Aussparungen vorgesehen sein, in denen sich Lötpads befinden, die sodann mit einem Verbinder stoffschlüssig verbunden werden, um ein Verschalten der Solarzelle zu ermöglichen. Mit entsprechenden Verbindern werden auch die Busbars 60, 62, 64 verbunden.
Die Busbars 60, 62, 64 sind bevorzugterweise Lotbahnen, die durch Ultraschallbelotung hergestellt werden. Es besteht jedoch auch die Möglichkeit, aus Silber und/oder Kupfer und/oder Zink Metallbahnen durch Siebdruck, Plasmaspritzen, Tampondruck oder mittels Galvanik herzustellen. Materialien wie Sn, Sn-Pb, Sn-Zn, Sn-Ag oder Sn-Ag-Cu kommen gleichfalls in Frage.
Weist der Rückkontakt Lötpads auf, so sollten diese aus Silber und/oder Kupfer und/oder Zink oder einem der zuvor genannten Materialien bestehen und können gleichfalls durch Siebdruck, Plasmaspritzen oder Tampondruck oder gegebenenfalls galvanisch aufgebracht werden.
Anstelle von zueinander beabstandeten Lötpunkten 52, 54, 56 kann entlang jeder Reihe 12, 14, 16, 20 auf den streifenförmigen Isolierschichtabschnitten 44, 46, 48, 50 jeweils ein Streifen elektrisch leitenden Materials mittels Ultraschall oder ultraschallunterstützt aufgetragen werden, wobei das elektrisch leitende Material entsprechend der erfindungsgemäßen Lehre die Bohrungen 22, 24 bis hin zu den ringförmigen frontseitigen Kontaktbereichen 32, 34 durchsetzt. Dies soll anhand der 7 und 8 verdeutlicht werden. Dabei unterscheiden sich die diesen zu entnehmenden Rückseitenkontaktsolarzellen von der der 1–6 von der Anordnung der Bohrungen dahingehend, dass diese ausschließlich in zwei Reihen 66, 68 angeordnet sind, wobei jedoch die Gesamtzahl der Bohrungen mit der der Ausführungsbeispiele der 1–6 übereinstimmt, also die Anzahl der Stromsenken nicht verändert ist. Entsprechend der zuvor erfolgten Erläuterungen weist die Frontseite 10 eine Metallisierung auf, die durch Finger 76, 78 gebildet wird.
Entsprechend der erfindungsgemäßen Lehre sind Bohrungen 70, 72, 74 frontseitig von nicht näher gekennzeichneten ringförmigen frontseitigen Kontaktbereichen umgeben, von denen die Kontaktfinger 76, 78 ausgehen. Die Bohrungen 70, 72, 74 sind von einer Isolierschicht ausgekleidet, die in streifenförmige Isolierschichtabschnitte 80, 82 übergehen, die entlang der Rückseite 36 der Solarzelle entsprechend der Erläuterungen der 3 und 4 verlaufen.
Abweichend von den Ausführungsbeispielen der 1–6 wird nicht getrennt in jede Bohrung 70, 72, 74 ein Lotmaterial eingebracht, um die elektrisch leitende Verbindung zwischen der frontseitigen Metallisierung und der Rückseite herzustellen, vielmehr wird entlang der streifenförmigen Isolierschichtabschnitte 80, 82 streifenförmig das elektrisch leitende Material mittels Ultraschall bzw. ultraschallunterstützt aufgebracht, um Busbars 84, 86 zu bilden, die sich durch die Bohrungen 70, 72, 74 zu den Frontseitenkontaktbereichen hindurch erstrecken.
Es besteht folglich die Möglichkeit, die Busbars 84, 86 z. B. durch Ultraschallbelotung in Form von Lotbahnen auszubilden. Aber auch mittels Siebdruck, Plasmaspritzen, Tampondruck oder Galvanik können Metallbahnen als Busbars 84, 86 ausgebildet werden, die aus Silber, Kupfer oder Zink bestehen können.
Sofern die Durchkontaktierungen rückseitig nicht über Busbars verbunden sind, sondern punktuelle n-Kontakte auf der Rückseite ausgebildet werden, können Lötpunkte (Metallpads) z. B. aus Silber, Kupfer oder Zink durch Siebdruck, Plasmaspritzen, Tampondruck oder mittels Galvanik hergestellt.
Als Materialien für die als Busbars oder Lötpunkte ausgebildeten n-Kontakte kommen außerdem Materialen wie Sn, Sn-Pb, Sn-Zn, Sn-Ag, Sn-Ag-Cu oder sonstige geeignete Lotmaterialien in Frage.
Im Randbereich der Solarzelle und parallel zu den Busbars 84, 86, die die Durchkontaktierungen, also das die Bohrungen 70, 72, 74 durchsetzende Lotmaterial verbinden, verlaufen sodann Busbars 88, 90, die als streifenförmige zweite Kontakte bezeichnet werden können und elektrisch mit dem Rückseitenkontakt 58 der Solarzelle verbunden sind.
Bei einem p-Silizium basierten Substrat mit lichteinfallseiteigem, frontseitigem Emitter bilden folglich die Busbars 84, 86 den n-Kontakt und die Busbars 88, 90 die p-Kontakte.
Aus der 8 ergibt sich des Weiteren, dass die zu den Stromsenken, also zu den Durchkontaktierungen durch die Bohrungen 70, 72, 74 verlaufenden Kontaktfinger 76, 78 derart angeordnet sind, dass diese senkrecht oder in etwa senkrecht die Durchkontaktierungen umgebenden Äquipotentiallinien schneiden. Zeichnerisch soll dies prinzipiell verdeutlicht werden.
Den 9 und 10 ist eine alternative Ausführungsform einer Rückseitenkontaktsolarzelle zu der der 7 und 8 zu entnehmen.
Abweichend von der Anordnung der Durchgangsöffnungen 70, 72, 74 der 8 weist die Rückseitenkontaktsolarzelle 200 in vier Reihen angeordnete Durchgangsöffnungen 202, 204, 206 und 208 und somit Durchkontaktierungen auf, um frontseitig verlaufende und als Stromsammler dienende Finger 210, 212 elektrisch leitend mit entlang der Rückseite 214 der Solarzelle 200 verlaufenden Kontakten zu verbinden. Dabei verlaufen die Kontaktfinger 210, 212 entsprechend der 8 insbesondere senkrecht oder nahezu senkrecht zu den die Durchkontaktierungen umgebenden Äquipotentiallinien.
Die rückseitig verlaufenden Kontaktbereiche der Durchkontaktierungen, von denen zwei beispielhaft mit den Bezugszeichen 216 und 218 gekennzeichnet sind, die die Durchgangsöffnungen 202 und 208 durchsetzen, können entsprechend dem Ausführungsbeispiel der 7 untereinander über einen z. B. aus Zinn bestehenden einen Busbar bildenden elektrisch leitenden streifenförmig verlaufenden Kontakt verbunden werden, wie dies durch die
7 verdeutlicht wird. Zwischen den in Reihen angeordneten Kontakten 216, 218 bzw. den diesen verbindenden Busbars, die gegenüber der Rückseite 214 der Solarzelle 200 in zuvor beschriebener Weise isoliert sind, verlaufen Busbars 220, 222, 224, die die Rückseitenkontakte der Solarzelle 200 und infolgedessen bei einem p-basierten Halbleitersubstrat die p-Kontakte bilden.
Zu den als Busbars 220, 222, 224 bezeichneten p-Kontakten ist anzumerken, dass diese durch Auftragen von Balken im Siebdruckverfahren, durch Plasmaspritzen, Tampondrucken oder galvanisch hergestellt werden können. Alternativ können Pads vorgesehen sein, die sodann über einen streifenförmigen Verbinder verbunden werden. Schließlich besteht auch die Möglichkeit, die Rückseite ganzflächig mit der Aluminiumschicht 226 zu versehen, auf die sodann streifenförmig ultraschallunterstützt Lotbahnen aufgetragen werden.
Die Rückseitenkontaktsolarzellen können entsprechend der den 11 und 12 zu entnehmenden Prinzipdarstellungen verschaltet werden. Dies wird mittels kammartiger Kontaktstrukturen verwirklicht, die ineinandergreifen.
Zum Verschalten der in 11 dargestellten Rückseitenkontaktsolarzellen 300, 302 werden die frontseitigen Metallisierungen 304, 306 über Durchkontaktierungen 308, 310 in zuvor beschriebener Weise zu den Rückseiten 312, 314 der Solarzellen 300, 302 geführt. Die Durchkontaktierungen 308, 310 können sodann zunächst untereinander durch Busbars verbunden werden, die parallel zueinander verlaufen, wie dies z. B. im Zusammenhang mit der 7 erläutert worden ist. Allerdings ist ein Verbinden der Durchkontaktierungen 308, 310 über Busbars oder gleichwirkende Kontaktstreifen nicht zwingend erforderlich.
Die p-Kontakte, also Rückseitenkontakte werden durch Busbars 316, 318 gebildet, die parallel zueinander und parallel zu den in Reihe angeordneten Durchkontaktierungen 308, 310 verlaufen, wie dies durch die 12 verdeutlicht wird.
Zum Verschalten der Solarzellen 300, 302 wird eine kammartige Kontaktierung 320 benutzt, die einen parallel zu den aneinandergrenzenden Rändern der Solarzellen 300, 302 verlaufenden Querschenkel 322 und zu beiden Seiten von diesem abragende Längsschenkel 324, 326 umfasst.
Dabei ist die Anzahl der sich entlang der Rückseite der Solarzelle 300 erstreckenden Längsschenkel 324 gleich der Anzahl der in Reihen angeordneten Durchkontaktierungen 308 der Zelle 300 und die Anzahl der der Solarzelle 302 zugeordneten Längsschenkel 326 gleich der der Busbars 318 der Zelle 302. Die Kontaktstruktur 320 wird nun derart positioniert, dass die Längsschenkel 324 elektrisch leitend mit den Durchkontaktierungen 308 der Zelle 300 und die Längsschenkel 326 mit den Busbars 318 der Solarzelle 302 elektrisch leitend verbunden sind. Der Querschenkel 320 ist sodann zumindest in Bezug auf die Rückseite 312 der Solarzelle 300 gegenüber dieser elektrisch isoliert, um einen Kurzschluss zu vermeiden.
Entsprechend der dargestellten Kontaktstruktur 320 werden sodann weitere angrenzende Solarzellen miteinander verschaltet.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

US 2010/70243040 A [0006]
WO 2010/081505 A [0006]
DE 102009059156 A [0006]
DE 102006052018 A [0006]

Claims

Verfahren zur Herstellung einer Solarzelle mit einem eine Front- und eine Rückseite aufweisenden Halbleitersubstrat eines ersten Leitfähigkeitstyps, insbesondere p-Silizium basiertes kristallines Halbleitersubstrat, umfassend die Verfahrensschritte: – Herstellen einer Vielzahl von von der Frontseite zu der Rückseite sich erstreckenden Durchgangsöffnungen, – Erzeugen einer Schicht eines zu dem ersten Leitfähigkeitstyp entgegengesetzten Leitfähigkeitstyps entlang der Frontseite, – Herstellen eines Frontseitenkontakts in Form einer Metallisierung sowie eines Rückseitenkontakts, wobei der Frontseitenkontakt elektrisch leitend mit die Durchgangsöffnungen rückseitig begrenzenden gegenüber der Rückseite elektrisch isolierten rückseitigen Kontaktbereichen verbunden ist, und – Verbinden der rückseitigen Kontaktbereiche untereinander, dadurch gekennzeichnet, dass mit Ausbilden des Frontseitenkontakts die Durchgangsöffnungen frontseitig begrenzende elektrisch leitende frontseitige Kontaktbereiche ausgebildet werden, dass die Durchgangsöffnungen innenseitig mit einer elektrisch isolierenden ersten Schicht versehen werden und dass sodann von der Rückseite ausgehend durch die Durchgangsöffnungen hindurch bis zu den frontseitigen Kontaktbereichen ein elektrisch leitendes Material bei gleichzeitiger Bildung der rückseitigen Kontaktbereiche eingebracht wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das elektrisch leitende Material zumindest ultraschallunterstützt in die Durchgangsöffnungen eingebracht wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der die Durchgangsöffnung umgebende frontseitige Kontaktbereich umlaufend wie ringförmig ausgebildet wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei zumindest einige der Durchgangsöffnungen in zumindest einer entlang einer Linie wie Geraden verlaufenden Reihe angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, dass nach Herstellen des Frontseitenkontakts mit den frontseitigen Kontaktbereichen auf der Rückseite eine elektrisch isolierende zweite Schicht aufgebracht wird, die sich vorzugsweise bis in die Durchgangsöffnungen hindurch zur Bildung der elektrisch isolierenden ersten Schicht erstreckt.
Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass auf der zweiten elektrisch isolierenden Schicht entlang der Linie das sich in die Durchgangsöffnungen hindurch erstreckende elektrisch leitende Material streifenförmig zur Bildung erster streifenförmiger Kontakte aufgetragen wird.
Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei zumindest einige der Durchgangsöffnungen in zumindest zwei vorzugsweise parallel zueinander verlaufenden Reihen angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, dass entlang jeder Reihe jeweils ein streifenförmiger Abschnitt der zweiten elektrisch isolierenden Schicht verläuft und dass parallel zu den Abschnitten zumindest ein streifenförmiger mit dem Rückseitenkontakt verbundener zweiter streifenförmiger Kontakt ausgebildet wird.
Verfahren nach zumindest Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die ersten und zweiten streifenförmigen Kontakte für sich jeweils untereinander in gegenüberliegenden Randbereichen der Solarzelle über eine Kontaktstruktur elektrisch leitend verbunden werden, auf die die Solarzelle positioniert wird.
Verfahren nach zumindest Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass entlang jeder Reihe der Durchgangsöffnungen eine in Ultraschallschwingungen versetzbare Sonotrode geführt wird, mittels der auf das jeweilige streifenförmig aufgetragene elektrisch leitende Material Ultraschallschwingungen übertragen wird.
Verfahren nach zumindest Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass gleichzeitig zumindest zwei, vorzugsweise sämtliche streifenförmigen ersten Kontakte unter Einwirkung von Ultraschallschwingungen hergestellt werden.
Rückseitenkontaktsolarzelle (200, 300, 302) mit einem eine Front- und eine Rückseite (10, 36, 312, 314) aufweisenden Halbleitersubstrat eines ersten Leitfähigkeitstyps, insbesondere p-Silizium basiertes kristallines Halbleitersubstrat, mit frontseitiger Schicht eines zu dem ersten Leitfähigkeitstyp entgegengesetzten Leitfähigkeitstyps, einer Vielzahl von von der Frontseite zu der Rückseite sich erstreckenden Durchgangsöffnungen (22, 24, 202, 204, 206, 208), durch eine frontseitige Metallisierung (304, 306) gebildetem Frontseitenkontakt sowie Rückseitenkontakt, wobei der Frontseitenkontakt elektrisch leitend durch die Durchgangsöffnungen hindurch bis die Durchgangsöffnungen auf der Rückseite umgebene rückseitige Kontaktbereiche elektrisch leitend verbunden sind und die rückseitigen Kontaktbereiche elektrisch leitend untereinander und gegenüber der Rückseite elektrisch isoliert verbunden sind, wobei zumindest einige der Durchgangsöffnungen in einer Reihe angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Durchgangsöffnungen (22, 24, 202, 204, 206, 208) frontseitig von einem elektrisch leitenden ringförmigen frontseitigen Kontaktbereich (32, 34) umgeben sind, dass die Durchgangsöffnungen innenseitig mit einer elektrisch isolierenden ersten Schicht versehen sind, die Abschnitte einer entlang der Rückseite (312, 314) verlaufenden elektrisch isolierenden zweiten Schicht (44, 46, 48, 50) sind, die sich streifenförmig entlang der in der Reihe angeordneten Durchgangsöffnungen erstreckt, und dass sich entlang der ersten und zweiten elektrisch isolierenden Schicht durch die Durchgangsöffnungen hindurch bis zu den frontseitigen Kontaktbereichen elektrisch leitendes Material erstreckt, wobei das sich entlang der elektrisch isolierenden zweiten Schicht erstreckende elektrisch leitende Material einen elektrisch leitenden ersten Kontakt (84, 86) bildet.
Rückseitenkontaktsolarzelle nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass entlang zumindest einer Seite der streifenförmigen elektrisch isolierenden zweiten Schicht (44, 46, 48, 50) ein elektrisch leitender mit der Rückseite verbundener streifenförmiger elektrisch leitender zweiter Kontakt (88, 90, 316, 318, 220, 222, 224) verläuft.
Rückseitenkontaktsolarzelle nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass entlang der Rückseite mehrere parallel oder im Wesentlichen parallel zueinander verlaufende streifenförmige elektrisch leitende erste Kontakte (84, 86) und mehrere streifenförmige elektrisch leitende zweite Kontakte (88, 90, 316, 318, 220, 222, 224) verlaufen, wobei die streifenförmigen ersten Kontakte über eine Kontaktstruktur (320) in einem ersten quer zu den streifenförmigen ersten Kontakten verlaufenden Randbereich der Solarzelle und die streifenförmigen zweiten Kontakte in einem gegenüberliegenden Randbereich der Solarzelle elektrisch leitend verbunden sind.
Rückseitenkontaktsolarzelle nach Anspruch 10 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontaktstruktur (320) eine kammartige Geometrie mit Querschenkel (322) und zu beiden Seiten von diesem verlaufenden Längsschenkeln (324, 326) aufweist, dass die Längsschenkel (324) einer Seite mit ersten Kontakten (308) der Solarzelle (300) und die Längsschenkel (326) der anderen Seite mit zweiten Kontakten (318) einer der Solarzelle entsprechenden Solarzelle (302) verbunden sind.
Rückseitenkontaktsolarzelle nach zumindest einem der Ansprüche 10 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Durchgangsöffnungen (70, 72, 74) ausschließlich in zwei parallel oder im Wesentlichen parallel zueinander verlaufenden Reihen angeordnet sind.