DE102011055143A1

DE102011055143A1 - Double-sided contacted semiconductor wafer solar cell with surface-passivated backside

Info

Publication number: DE102011055143A1
Application number: DE102011055143A
Authority: DE
Inventors: Max Köntopp; Stefan Peters; Andreas Mohr; Andrey STEKOLNIKOV; Matthias Hofmann; Maximilian Scherff
Original assignee: Hanwha Q Cells GmbH
Current assignee: Hanwha Q Cells GmbH
Priority date: 2011-11-08
Filing date: 2011-11-08
Publication date: 2013-05-08
Also published as: CN104145343B; CN104145343A; WO2013067998A1

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine beidseitig kontaktierte Halbleiterwafer-Solarzelle (31) mit oberflächenpassivierter Rückseite aufweisend: einen Halbleiterwafer aus einem Halbleitermaterial mit • einer für den Lichteinfall vorgesehenen Frontseite mit einer Frontseitenelektrodenstruktur und • einer Rückseite mit einer Rückseitenoberfläche (38), die mittels einer dielektrischen Passivierungsschicht oberflächenpassiviert ist, und auf der Passivierungsschicht eine versinterte Metallpartikel umfassende Rückseitenmetallelektrodenstruktur(39) angeordnet ist und die Rückseitenmetallelektrodenstruktur (39) das Halbleitermaterial des Halbleiterwafers über eine Vielzahl lokaler Kontaktbereiche (36) elektrisch kontaktiert, wobei die Kontaktbereiche (36) als Öffnungen der Passivierungsschicht ausgebildet sind und insgesamt eine elektrische Kontaktfläche von weniger als 5%, bevorzugt von weniger als 2%, der Rückseitenoberfläche (38) einnehmen. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass die Rückseitenmetallelektrodenstruktur (39) weniger als 95% und mehr als 6%, 10%, 20% oder 50%, bevorzugt weniger als 75% und mehr als 6%, 10%, 20% oder 50%, besonders bevorzugt weniger als 50% und mehr als 6%, 10% oder 20% oder weniger als 25% und mehr als 6% oder 10% der Rückseitenoberfläche (38) bedeckt.The present invention relates to a double-sided contacted semiconductor wafer solar cell (31) with a surface-passivated reverse side comprising: a semiconductor wafer made of a semiconductor material having a front side provided with light for incident light having a front side electrode structure and a rear side having a rear side surface (38) which is formed by means of a dielectric passivation layer is surface passivated, and on the passivation layer is disposed a sintered metal particle comprising backside metal electrode structure (39) and the backside metal electrode structure (39) electrically contacts the semiconductor material of the semiconductor wafer via a plurality of local contact regions (36), wherein the contact regions (36) are formed as openings of the passivation layer and occupy an overall electrical contact area of less than 5%, preferably less than 2%, of the backside surface (38). According to the invention, the backside metal electrode structure (39) is less than 95% and more than 6%, 10%, 20% or 50%, preferably less than 75% and more than 6%, 10%, 20% or 50%, especially preferably less than 50% and more than 6%, 10% or 20% or less than 25% and more than 6% or 10% of the back surface (38).

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine beidseitig kontaktierte Halbleiterwafer-Solarzelle mit oberflächenpassivierter Rückseite. Weiterhin betrifft die vorliegende Erfindung ein Solarmodul, das derartige Halbleiterwafer-Solarzellen enthält. The present invention relates to a double-sided contacted semiconductor wafer solar cell with surface passivated back. Furthermore, the present invention relates to a solar module containing such semiconductor wafer solar cells.

Eine solche beidseitig kontaktierte Halbleiterwafer-Solarzelle mit oberflächenpassivierter Rückseite weist einen Halbleiterwafer aus einem Halbleitermaterial mit einer für den Lichteinfall vorgesehenen Frontseite mit einer Frontseitenelektrodenstruktur und einer Rückseite mit einer Rückseitenoberfläche auf, die mittels einer dielektrischen Passivierungsschicht oberflächenpassiviert ist. Auf der Passivierungsschicht ist eine versinterte Metallpartikel umfassende Rückseitenmetallelektrodenstruktur angeordnet. Die Rückseitenmetallelektrodenstruktur kontaktiert das Halbleitermaterial des Halbleiterwafers über eine Vielzahl lokaler Kontaktbereiche elektrisch. Dabei sind die Kontaktbereiche als Öffnungen der Passivierungsschicht ausgebildet und nehmen insgesamt eine elektrische Kontaktfläche von weniger als 5%, bevorzugt von weniger als 2%, der Rückseitenoberfläche ein. Such a double-sided contacted semiconductor wafer solar cell with surface-passivated back has a semiconductor wafer of a semiconductor material having a light incident provided front side with a front side electrode structure and a rear side with a back surface, which is surface passivated by means of a dielectric passivation layer. On the passivation layer, a sintered metal particle-comprising backside metal electrode structure is arranged. The backside metal electrode structure electrically contacts the semiconductor material of the semiconductor wafer via a plurality of local contact regions. In this case, the contact regions are formed as openings of the passivation layer and occupy an overall electrical contact area of less than 5%, preferably less than 2%, of the backside surface.

Eine derartige Halbleiterwafer-Solarzelle wird auch als (Passivated Emitter and Rear Cell) PERC-Zelle bezeichnet. Zur Herstellung der lokal begrenzten elektrischen Kontaktbereiche einer solchen Solarzelle sind verschiedene Verfahren bekannt. Dazu zählen insbesondere LFC (Laser Fired Contacts), dabei wird zunächst eine vollflächige Passivierungsschicht abgeschieden, auf die anschließend mittels Siebdruck die Rückseitenmetallelektrodenstruktur aufgebracht wird. Nach dem Feuern der Elektrodenstruktur werden mit Hilfe eines Lasers elektrische Kontaktbereiche in dieses Schichtpaket „hineingeschossen“. Das heißt, der Laserstrahl schmilzt das Material lokal auf, so dass die Rückseitenmetallelektrodenstruktur durch die Passivierungsschicht hindurch in elektrischen Kontakt mit der Halbleiterstruktur des Wafers gelangt. Such a semiconductor wafer solar cell is also referred to as a passivated emitter and rear cell PERC cell. Various methods are known for producing the locally limited electrical contact areas of such a solar cell. These include, in particular, LFC (Laser Fired Contacts), in which case a full-area passivation layer is first deposited, onto which the back-side metal electrode structure is subsequently applied by screen printing. After firing the electrode structure, electrical contact areas are "shot in" into this layer package with the aid of a laser. That is, the laser beam locally melts the material so that the backside metal electrode structure comes into electrical contact with the semiconductor structure of the wafer through the passivation layer.

Eine weitere Möglichkeit besteht darin mittels Laserablation nach dem vollflächigen Abscheiden der Passivierungsschicht diese an definierten Stellen lokal wieder abzutragen. Another possibility is to ablate it locally at defined locations by means of laser ablation after the full-area deposition of the passivation layer.

Eine an definierten Stellen geöffnete Passivierungsschicht ist auch durch einen nasschemischen Prozess möglich. Dazu wird die vollflächige Passivierungsschicht beispielsweise mittels eines Inkjet-Verfahrens mit einer Maske versehen, die die definierten Öffnungen aufweist. Anschließend wird die Passivierungsschicht durch die Öffnungen hindurch nasschemisch entfernt, und am Ende entfernt man die applizierte Maskierungsschicht. A passivation layer opened at defined locations is also possible by a wet-chemical process. For this purpose, the full-surface passivation layer is provided for example by means of an inkjet process with a mask having the defined openings. Subsequently, the passivation layer is removed wet-chemically through the openings, and at the end the applied masking layer is removed.

Wenn aus derartigen Halbleiterwafer-Solarzellen ein Solarmodul aufgebaut wird, ist auf der Rückseite des Solarmoduls zwischen den Solarzellen und der rückseitigen polymeren Rückseitenverkapselungsfolie üblicherweise ein Einbettungsmaterial vorgesehen. Die Solarzellen, die Verkapselungsfolie und das Einbettungsmaterial werden während eines Laminationsprozesses erhöhtem Druck und Temperatur ausgesetzt. Dabei kommt es üblicherweise zu einem Aufschmelzen und Vernetzen des Einbettungsmaterials, so dass dieses mit den Rückseiten der Halbleiterwafer-Solarzellen einen stabilen Verbund bildet. When constructing a solar module from such semiconductor wafer solar cells, an embedding material is usually provided on the back of the solar module between the solar cells and the backside polymer backside encapsulating film. The solar cells, the encapsulant sheet, and the encapsulant are exposed to elevated pressure and temperature during a lamination process. It usually comes to a melting and crosslinking of the embedding material, so that this forms a stable composite with the backs of the semiconductor wafer solar cells.

Die mittels Siebdruck aus metallhaltigen Pasten hergestellten rückseitigen Metallelektrodenstrukturen von Halbleiterwafer-Solarzellen weisen aufgrund ihres Aufbaus aus gesinterten Metallpartikeln regelmäßig eine gewisse Porosität auf. The back metal electrode structures of semiconductor wafer solar cells produced by screen printing from metal-containing pastes regularly have a certain porosity due to their structure of sintered metal particles.

Bei diesen Rückseitenmetallelektrodenstrukturen besteht das Problem, dass bei der Solarmodulherstellung nach dem Laminationsprozess die Haftung des rückseitigen Laminatverbundes mit dem Halbleitermaterial der Solarzelle nicht hinreichend langzeitstabil ist. In the case of these back-side metal electrode structures, there is the problem that in the solar module production after the lamination process, the adhesion of the back-side laminate composite to the semiconductor material of the solar cell is not sufficiently long-term stable.

Es wurde festgestellt, dass die mechanische Stabilität von Rückseitenelektrodenstrukturen, die mittels Siebdruck aus Metall-Pasten oder mittels Inkjet-Verfahren aus metallpartikelhaltigen Tinten hergestellt wurden, nicht ausreicht, um einen langzeitstabilen Verbund der Halbleiterwafer-Solarzelle mit dem rückseitigen Solarmodul-Einbettungsmaterial zu gewährleisten. Es wurde beobachtet, dass die gesinterten Metallstrukturen der Rückseitenelektrode in sich reißen, d.h. die Haftungen des Einbettungsmaterials an der Oberfläche der Metallstrukturen besser sind, als die innere mechanische Stabilität der Metallstrukturen. Dies stellt angesichts der thermisch mechanischen Belastungen innerhalb der üblichen zwanzigjährigen Gewährleistungszeit für Solarmodule ein nicht hinnehmbares Risiko dar. It has been found that the mechanical stability of backside electrode structures fabricated by screen printing from metal pastes or inkjet processes from metal particle-containing inks is insufficient to ensure long-term stable bonding of the semiconductor wafer solar cell to the backside solar module embedding material. It has been observed that the sintered metal structures of the backside electrode are self-tearing, i. the adhesions of the embedding material to the surface of the metal structures are better than the internal mechanical stability of the metal structures. This represents an unacceptable risk in view of the thermo-mechanical stresses within the usual twenty-year warranty period for solar modules.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine beidseitig kontaktierte Halbleiterwafer-Solarzelle mit oberflächenpassivierter Rückseite zur Verfügung zu stellen, die geeignet ist, mit einem Einbettungsmaterial und einem Rückseitenverkapselungsmaterial einen hinreichend langzeitstabilen Verbund zu bilden. It is therefore an object of the present invention to provide a double-sided contacted semiconductor wafer solar cell with surface-passivated reverse side, which is suitable for forming an adequately long-term stable bond with an embedding material and a backside encapsulation material.

Diese Aufgabe wird durch eine Halbleiterwafer-Solarzelle nach Anspruch 1 gelöst. This object is achieved by a semiconductor wafer solar cell according to claim 1.

In den Unteransprüchen sind vorteilhafte Ausgestaltungen aufgezeigt. In the dependent claims advantageous embodiments are shown.

Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass die Rückseitenmetallelektrodenstruktur weniger als 95% und mehr als 6%, 10%, 20% oder 50%, bevorzugt weniger als 75% und mehr als 6%, 10%, 20% oder 50%, besonders bevorzugt weniger als 50% und mehr als 6%, 10% oder 20% oder weniger als 25% und mehr als 6% oder 10% der Rückseitenoberfläche bedeckt. According to the invention, it is provided that the backside metal electrode structure is less than 95% and more than 6%, 10%, 20% or 50%, preferably less than 75% and more than 6%, 10%, 20% or 50%, more preferably less than 50% and more than 6%, 10% or 20% or less than 25% and more than 6% or 10% of the back surface covered.

Dadurch, dass die Rückseitenmetallelektrodenstruktur nicht die vollständige Rückseitenseitenoberfläche bedeckt, wird die Möglichkeit geschaffen, dass beim Laminationsprozess das Einbettungsmaterial an die unbedeckten Bereiche der Rückseitenoberfläche gelangen kann. Es wurde festgestellt, dass die Haftung des Einbettungsmaterials auf der frei liegenden Passivierungsschicht oder dem frei liegenden Halbleiterwafer hinreichend langzeitstabil ist. Der Aufbau der erfindungsgemäßen Solarzelle ermöglicht daher die Herstellung eines abrissfesten Solarmodul-Verbunds zwischen Rückseitenverkapselungsmaterial und Solarzellen-Rückseitenoberfläche. The fact that the backside metal electrode structure does not cover the entire backside side surface creates the possibility that during the lamination process the potting material may reach the uncovered areas of the backside surface. It has been found that the adhesion of the embedding material to the exposed passivation layer or the exposed semiconductor wafer is sufficiently long-term stable. The construction of the solar cell according to the invention therefore makes it possible to produce a tear-off solar module composite between the backside encapsulation material and the solar cell rear side surface.

Der Halbleiterwafer kann ein Substrat vom p-Typ oder n-Typ sein. Das Halbleitermaterial ist vorzugsweise Silizium. An den lokalen Kontaktbereichen mit der Rückseitenmetallelektrodenstruktur kann das Silizium dotiert sein. The semiconductor wafer may be a p-type or n-type substrate. The semiconductor material is preferably silicon. At the local contact areas with the backside metal electrode structure, the silicon may be doped.

Die Passivierungsschicht umfasst mindestens eine Schicht. Sie kann beispielsweise Siliziumnitrid und/oder Siliziumoxynitrid aufweisen. The passivation layer comprises at least one layer. It may, for example, comprise silicon nitride and / or silicon oxynitride.

Die Halbleiterwafer-Solarzelle weist eine nicht vollflächige Rückseitenmetallelektrodenstruktur auf. Darüber hinaus ist der elektrische Kontakt zwischen Rückseitenmetallelektrodenstruktur und Halbleiterwafer nur lokal ausgeführt, d.h. nur ein Teil der Rückseitenmetallelektrodenstruktur steht mit dem Halbleiter in elektrischem Kontakt und der restliche Anteil der Rückseitenmetallelektrodenstruktur ist durch die Passivierungsschicht vom Halbleiterwafer getrennt. Die Rückseitenmetallelektrodenstruktur erstreckt sich nicht ganzflächig über die Rückseitenoberfläche, sondern bedeckt nur einen Teil der Rückseitenoberfläche, so dass Bereiche ohne Rückseitenmetallelektrodenstruktur vorhanden sind, die beim Laminieren direkt mit dem Einbettungsmaterial in Kontakt treten können. Wenn die Rückseitenoberfläche mit Einbettungsmaterial laminiert wird, bewirken diese Bereiche eine hinreichende Haftung des gesamten Einbettungsmaterials mit der gesamten Zellrückseite. Bereiche, in denen das Einbettungsmaterial auf der Rückseitenmetallelektrodenstruktur haftet, wechseln sich mit Bereichen ab, wo das Einbettungsmaterial auf der Passivierungsschicht und/oder dem Halbleitermaterial des Halbleiterwafers haftet. Somit verhindert die gute Haftung in den Bereichen ohne Metallstruktur ein Abreißen in den benachbarten Bereichen, wo das Einbettungsmaterial auf der Metallstruktur haftet. The semiconductor wafer solar cell has a non-all-surface backside metal electrode structure. Moreover, the electrical contact between backside metal electrode structure and semiconductor wafers is done only locally, i. only part of the backside metal electrode structure is in electrical contact with the semiconductor, and the remaining portion of the backside metal electrode structure is separated from the semiconductor wafer by the passivation layer. The backside metal electrode structure does not extend over the entire surface over the backside surface, but covers only a portion of the backside surface, so there are areas without a backside metal electrode structure that can directly contact the potting material during lamination. When the back surface is laminated with potting material, these areas cause sufficient adhesion of the entire potting material to the entire cell back surface. Areas in which the potting material adheres to the backside metal electrode structure alternate with areas where the potting material adheres to the passivation layer and / or the semiconductor material of the semiconductor wafer. Thus, good adhesion in the areas without metal structure prevents tearing in the adjacent areas where the potting material adheres to the metal structure.

Die Frontseite kann auf verschiedene Weisen ausgestaltet sein. Beispielsweise kann auf der Frontseite des Halbleiterwafers eine Frontseitenelektrodenstruktur angeordnet sein, die als herkömmliche Elektrodenfingerstruktur mit senkrecht zur Erstreckungsrichtung der Elektrodenfinger verlaufenden Busbars oder Lötpads ausgebildet ist. The front can be configured in various ways. For example, a front-side electrode structure may be arranged on the front side of the semiconductor wafer, which is designed as a conventional electrode finger structure with busbars or soldering pads running perpendicular to the extension direction of the electrode fingers.

Es jedoch ebenso möglich, die Rückseitenmetallelektrodenstruktur wie die vorangehend beschriebene Frontseitenelektrodenstruktur auszubilden. However, it is also possible to form the backside metal electrode structure like the front side electrode structure described above.

Die Rückseitenmetallelektrodenstruktur bedeckt weniger als 95% und mehr als 6%, 10%, 20% oder 50% der Rückseitenoberfläche. Wenn die Rückseitenmetallelektrodenstruktur mehr als 95% der Rückseitenoberfläche bedeckt, bietet die Halbleiterwafer-Solarzelle nicht ausreichend große Bereiche zur Anordnung des Einbettungsmaterials zur Befestigung mit dem Rückseitenverkapselungsmaterial und ist daher nicht zur Herstellung in ein hinreichend langzeitstabiles Solarmodul geeignet. Ob der Anteil der Rückseitenmetallisierung mehr als 6%, 10%, 20% oder 50% der Rückseitenoberfläche einnehmen muss, hängt von den strukturellen und funktionalen Eigenschaften der Halbleiterwafer-Solarzellen ab. Grundsätzlich steigt mit dem Flächenanteil der Freibereiche auf der Rückseitenmetallisierung der Serienflächenwiderstand an. Der durch die Freibereiche verursachte Anstieg sollte unter 0,2 Ohm·cm² liegen. Je besser die Flächenleitfähigkeit der Paste ist, desto mehr Freibereiche können vorgesehen werden, ohne dass dadurch die vorangehend genannte Schwelle für die Flächenleitfähigkeit überschritten wird. Bei einer bifacialen Zelle, die für bifaciale Solarmodule benötigt wird, kann der Anteil der Rückseitenmetallisierung im Bereich von 6% oder 10% liegen. Außerdem könnte ein derartig großer Anteil an Freibereichen erforderlich sein, wenn die Haftung zwischen dem Halbleiterwafer und dem Einbettungsmaterial für die Rückseitenverkapselungsschicht gering ist. Um bei der Zellherstellung einen hinreichend geringen Serienflächenwiderstand zu erreichen, können bei der Siebdruckherstellung der Rückseitenmetallisierung durch Anwenden einer Mehrfachbedruckung besonders hohe Strukturen erzeugt werden. The backside metal electrode structure covers less than 95% and more than 6%, 10%, 20% or 50% of the back surface. When the backside metal electrode structure covers more than 95% of the backside surface, the semiconductor wafer solar cell does not provide areas large enough to dispose the encapsulant material for attachment to the backside encapsulating material and is therefore not suitable for fabrication into a sufficiently long term solar module. Whether the proportion of backside metallization must occupy more than 6%, 10%, 20% or 50% of the back surface depends on the structural and functional properties of the semiconductor wafer solar cells. Basically, the surface area resistance increases with the area fraction of the free areas on the backside metallization. The increase caused by the free areas should be less than 0.2 ohm cm ² . The better the surface conductivity of the paste, the more free areas can be provided without exceeding the above-mentioned threshold for the surface conductivity. For a bifacial cell needed for bifacial solar modules, the amount of backside metallization may be in the range of 6% or 10%. In addition, such a large proportion of free areas may be required if the adhesion between the semiconductor wafer and the encapsulant for the backside encapsulation layer is low. In order to achieve a sufficiently low serial surface resistance during cell production, particularly high structures can be produced in the screen printing production of the backside metallization by applying multiple printing.

Bevorzugt bedeckt die Rückseitenmetallelektrodenstruktur weniger als 75% und mehr als 6%, 10%, 20% oder 50% der Rückseitenoberfläche. Wenn die Rückseitenmetallelektrodenstruktur weniger als 75% der Rückseitenoberfläche bedeckt, wird eine Struktur bereitgestellt, die eine noch bessere Verankerung des Einbettungsmaterials auf der Solarzellen-Rückseite ermöglicht. Bevorzugt beträgt der Anteil der Rückseitenmetallisierung mehr als 50% und weniger als 75%. Mit solch einem Anteil werden sowohl ein zufrieden stellender Wirkungsgrad als auch ein abrissfester Solarmodul-Verbund zwischen Rückseitenverkapselungsmaterial und Solarzellen-Rückseitenoberfläche gewährleistet. Preferably, the backside metal electrode structure covers less than 75% and more than 6%, 10%, 20% or 50% of the back surface. When the backside metal electrode pattern covers less than 75% of the backside surface, a structure is provided that allows for even better anchoring of the backsheet solar cell backfill material. Preferably, the proportion of backside metallization is more than 50% and less than 75%. With such a proportion both a satisfactory efficiency and a demolition-resistant solar module composite between backside encapsulating material and solar cell back surface.

Besonders bevorzugt bedeckt die Rückseitenmetallelektrodenstruktur weniger als 50% und mehr als 6%, 10% oder 20% der Rückseitenoberfläche. Wenn die Rückseitenmetallelektrodenstruktur weniger als 50% der Rückseitenoberfläche bedeckt, nehmen die nicht von Rückseitenmetallelektroden bedeckten Flächen mehr als 50% der Rückseitenoberfläche ein, so dass eine besonders sichere langzeitstabile Verkapselung dieser Halbleiterwafer-Solarzellen im Solarmodul gewährleistet ist. More preferably, the backside metal electrode structure covers less than 50% and more than 6%, 10%, or 20% of the back surface. When the backside metal electrode pattern covers less than 50% of the backside surface, the areas not covered by backside metal electrodes occupy more than 50% of the backside surface, thus ensuring particularly secure long term stable encapsulation of these semiconductor wafer solar cells in the solar panel.

Noch bevorzugter bedeckt die Rückseitenmetallelektrodenstruktur weniger als 25% und mehr als 6% oder 10% der Rückseitenoberfläche. Wenn die Rückseitenmetallelektrodenstruktur weniger als 25% der Rückseitenoberfläche bedeckt, kann die Haftung des Einbettungsmaterials auf der Rückseitenoberfläche der Halbleiterwafer-Solarzellen noch besser gewährleistet werden. More preferably, the backside metal electrode structure covers less than 25% and more than 6% or 10% of the back surface. When the backside metal electrode pattern covers less than 25% of the backside surface, the adhesion of the potting material on the back surface of the semiconductor wafer solar cells can be more assured.

In einer bevorzugten Ausführungsform liegen die Passivierungsschicht und/oder das Halbleitermaterial in nicht von der Rückseitenmetallelektrodenstruktur abgedeckten Freibereichen frei. Die Rückseitenmetallelektrodenstruktur weist Zellverbinder-Kontaktabschnitte auf. Das Freiliegen der Passivierungsschicht und/oder des Halbleitermaterials in den Freibereichen ermöglicht einem Einbettungsmaterial, das als Haftmaterial zur Befestigung des Rückseitenverkapselungsmaterials auf die Rückseite der Halbleiterwafer-Solarzelle auflaminiert wird, einen direkten Kontakt mit der Passivierungsschicht und/oder dem Halbleitermaterial herzustellen. Die üblicherweise eingesetzten Einbettungsmaterialien, wie insbesondere Ethylenvinylacetat, zeigen nach dem Laminiervorgang eine hinreichend hohe und langzeitstabile Haftung auf Halbleiteroberflächen und/oder den Oberflächen üblicher Passivierungsschichten. Daher wird die Abrissfestigkeit der Rückseitenverkapselungsfolie des nach der Laminierung entstandenen Verbunds durch diese Freibereiche optimiert. In a preferred embodiment, the passivation layer and / or the semiconductor material are exposed in free areas not covered by the backside metal electrode structure. The backside metal electrode structure has cell connector contact portions. Exposing the passivation layer and / or the semiconductor material in the void regions allows an encapsulant material, which is laminated as a bonding material for attaching the backside encapsulant material to the back surface of the semiconductor wafer solar cell, to make direct contact with the passivation layer and / or the semiconductor material. The typically used embedding materials, such as in particular ethylene-vinyl acetate, exhibit a sufficiently high and long-term stable adhesion to semiconductor surfaces and / or the surfaces of conventional passivation layers after the lamination process. Therefore, the peel strength of the backside encapsulation film of the post-lamination composite is optimized by these free areas.

Der Flächenanteil und die Gestaltung der Freibereiche können variieren. Die Gestaltung wird entsprechend der verwendeten Zellstruktur, durch den erforderlichen Pitch der lokalen Kontaktbereiche und den lateralen Stromfluss zu Zellverbinder-Kontaktabschnitten beeinflusst. Die Freibereiche überlappen sich in optimierten Ausführungsformen der Halbleiterwafer-Solarzelle nicht mit den Kontaktbereichen und den Zellverbinder-Kontaktabschnitten, die zu der Kontaktierung der Halbleiterwafer-Solarzelle mit anderen Halbleiterwafer-Solarzellen zur Herstellung eines Solarmoduls eingesetzt werden. Die Zellverbinder-Kontaktabschnitte können als Pad oder als Busbar ausgestaltet sein. The proportion of area and the design of the outdoor areas may vary. The design is influenced according to the cell structure used, by the required pitch of the local contact areas and the lateral current flow to cell connector contact sections. The free areas do not overlap in optimized embodiments of the semiconductor wafer solar cell with the contact areas and the cell connector contact portions, which are used for contacting the semiconductor wafer solar cell with other semiconductor wafer solar cells for the production of a solar module. The cell connector contact portions may be configured as a pad or as a bus bar.

Vorzugsweise weisen die Freibereiche eine gleiche Form auf. Dies hat den Vorteil, dass die Halbleiterwafer-Solarzelle gleichmäßig geformte Freibereiche bereitstellt, die mechanisch betrachtet eine über die Fläche betrachtet gleichmäßige Haftung des Einbettungsmaterials bewirkt. Somit kann im Verbund der Halbleiterwafer-Solarzelle mit Einbettungsmaterial und Rückseitenverkapselungsmaterial eine gleichförmige Haftung erzielt werden. Preferably, the free areas have a same shape. This has the advantage that the semiconductor wafer solar cell provides evenly shaped free areas which, viewed mechanically, cause uniform adhesion of the potting material over the area. Thus, in the composite of the semiconductor wafer solar cell with embedding material and backside encapsulating material, uniform adhesion can be achieved.

In einer bevorzugten Variante weisen die Freibereiche zusätzlich zur gleichen Form eine gleiche Größe auf. Dadurch, dass die Freibereiche die gleiche Größe aufweisen, stellt die Halbleiterwafer-Solarzelle über ihren gesamten Rückseitenbereich eine gleichmäßige Struktur an Freibereichen bereit. Die Halbleiterwafer-Solarzelle stellt eine Rückseitenstruktur bereit, die eine gleichmäßige Haftung an dem an ihr zu befestigenden Rückseitenverkapselungsmaterial gewährleistet. In a preferred variant, the free areas have the same size in addition to the same shape. Because the free areas are the same size, the semiconductor wafer solar cell provides a uniform structure of free areas over its entire backside area. The semiconductor wafer solar cell provides a backside structure that ensures uniform adhesion to the backside encapsulating material to be attached thereto.

In einer bevorzugten Ausführungsform weisen die Freibereiche eine kreis-, stern-, linien- oder keilförmige Form auf. Kreisförmige Freibereiche stellen Flächen ohne Ecken und Kanten dar, die dadurch zur umgebenden Metallstruktur eine besonders gleichmäßige Haftung des Einbettungsmaterials an der Rückseite der Halbleiterwafer-Solarzelle realisiert. Keilförmige Freibereiche ermöglichen auf einfache Weise die Erzeugung von Strukturen, bei denen die räumliche Ausdehnung des Freibereichs von den Zellverbinder-Kontaktabschnitten weg weist, sodass die Struktur der durch die Freibereiche unterbrochenen Rückseitenmetallelektrodenstruktur derart strukturiert ist, dass diese optimal an den Stromfluss in der Rückseitenmetallelektrodenstruktur angepasst ist. In a preferred embodiment, the free areas have a circular, star, line or wedge-shaped form. Circular free areas represent surfaces without corners and edges, which thereby realizes a particularly uniform adhesion of the embedding material to the surrounding metal structure on the backside of the semiconductor wafer solar cell. Wedge-shaped free areas easily enable the creation of structures in which the spatial extent of the free area points away from the cell connector contact sections, so that the structure of the backside metal electrode structure interrupted by the free areas is structured such that it is optimally adapted to the current flow in the backside metal electrode structure ,

Vorzugsweise weisen die Freibereiche eine kreisförmige Gestalt auf, wenn weniger als 50% und mehr als 6%, 10% oder 20% der Rückseitenoberfläche von der Rückseitenmetallelektrodenstruktur bedeckt sind. Die kreisförmigen Freibereiche können abseits der Zellverbinder-Kontaktabschnitte in gleicher oder in unterschiedlichen Größen homogen, d.h. mit gleichbleibendem Anteil an der Rückseitenoberfläche, über die Rückseitenoberfläche verteilt sein. Alternativ nimmt der Flächenanteil der Freibereiche an der Rückseitenoberfläche mit der Entfernung zu den Zellverbinder-Kontaktabschnitten zu. Preferably, the free areas have a circular shape when less than 50% and more than 6%, 10%, or 20% of the back surface is covered by the back metal electrode structure. The circular free areas can be distributed over the backside surface homogeneously, ie with a constant proportion on the rear side surface, away from the cell connector contact sections in the same or different sizes. Alternatively takes the area ratio of the free areas on the back surface with the distance to the cell connector contact portions.

In einer anderen Variante weisen die Freibereiche vorzugsweise eine linienförmige Gestalt auf, wenn weniger als 95% und mehr als 6%, 10% oder 20% der Rückseitenoberfläche von der Rückseitenmetallelektrodenstruktur bedeckt sind. Die linienförmigen Freibereiche können abseits der Zellverbinder-Kontaktabschnitte in gleicher oder in unterschiedlichen Größen homogen, d.h. mit gleichbleibendem Anteil an der Rückseitenoberfläche, über die Rückseitenoberfläche verteilt sein. Alternativ nimmt der Flächenanteil der Freibereiche an der Rückseitenoberfläche mit der Entfernung zu den Zellverbinder-Kontaktabschnitten zu. In another variant, the free areas preferably have a linear shape when less than 95% and more than 6%, 10% or 20% of the backside surface is covered by the backside metal electrode structure. The line-shaped free areas may be homogeneous, apart from the cell connector contact portions, in the same or different sizes, i. with constant proportion of the back surface, distributed over the back surface. Alternatively, the area ratio of the exposed areas on the back surface increases with the distance to the cell connector contact portions.

Bevorzugt sind die Freibereiche derart auf der Rückseitenoberfläche verteilt, dass der Flächenanteil der Freibereiche verglichen mit dem Flächenanteil der Rückseitenmetallelektrodenstruktur mit steigendem Abstand zu den Zellverbinder-Kontaktabschnitten zunimmt. Der laterale Widerstand der Rückseitenmetallelektrodenstruktur nimmt dadurch in Richtung der Zellverbinder-Kontaktabschnitte ab. Dadurch steigt der Flächenanteil der Metallstruktur der Rückelektrode je näher man an die Zellverbinder-Metallstruktur kommt, was der in dieser Richtung zunehmenden Stromstärke in der Metallstruktur Rechnung trägt. The free areas are preferably distributed on the rear side surface in such a way that the surface portion of the free areas increases compared to the area portion of the rear side metal electrode structure with increasing distance to the cell connector contact sections. The lateral resistance of the backside metal electrode structure thereby decreases toward the cell connector contact portions. As a result, the area proportion of the metal structure of the return electrode increases the closer one gets to the cell-connector metal structure, which takes into account the increasing current intensity in the metal structure in this direction.

In einer weiteren bevorzugten Variante sind die Freibereiche auf über 80% der Rückseitenoberfläche gleichmäßig verteilt, d.h. sie nehmen einen gleichmäßigen Anteil der Rückseitenoberfläche im Verhältnis zur Metallstruktur ein. Eine derartige Verteilung der Freibereiche bietet die Möglichkeit der Verankerung des Einbettungsmaterials in ausreichendem Maße an der Rückseitenoberfläche. Wenn das Einbettungsmaterial für das Rückseitenverkapselungsmaterial auf über 80% der Rückseitenoberfläche gleichmäßig verankert ist, wird eine für die geforderte Langzeitstabilität ausreichende Haftung zwischen Rückseitenoberfläche und Rückseitenverkapselungsmaterial erzielt. In a further preferred variant, the free areas are evenly distributed over more than 80% of the back surface, i. they occupy a uniform proportion of the back surface in relation to the metal structure. Such a distribution of the free areas offers the possibility of anchoring the embedding material sufficiently on the back surface. When the encapsulant material for the backside encapsulant is uniformly anchored to over 80% of the backside surface, sufficient adhesion between the backsurface and backsheet material is achieved for the required long term stability.

In einer bevorzugten Ausführungsform weist die Rückseitenmetallelektrodenstruktur eine Schichtdicke auf, die mit steigendem Abstand zu den Zellverbinder-Kontaktabschnitten abnimmt. Alternativ oder kumulativ zur vorangehend beschriebenen erhöhten Flächendichte der Metallstruktur in Richtung der Zellverbinder-Kontaktabschnitte ist die Erhöhung der Schichtdicke der Metallstruktur eine weitere strukturelle Maßnahme, um den lateralen Leitungswiderstand der Metallstruktur an die steigende Stromstärke anzupassen. In a preferred embodiment, the backside metal electrode structure has a layer thickness which decreases with increasing distance to the cell connector contact sections. As an alternative or in addition to the above-described increased areal density of the metal structure in the direction of the cell connector contact sections, increasing the layer thickness of the metal structure is a further structural measure for adapting the lateral line resistance of the metal structure to the increasing current intensity.

Bevorzugt sind die Kontaktbereiche für die elektrische Kontaktierung der Rückseitenelektrode mit dem Halbleitermaterial des Wafers durch die Passivierungsschicht hindurch in einem regelmäßigen zweidimensionalen Kontaktraster auf der Rückseitenoberfläche angeordnet, wobei die Freibereiche in Zwischenbereichen des Kontaktrasters verteilt angeordnet sind. Dadurch wird der Stromfluss aus dem Halbleiterwafer heraus durch die Kontaktbereiche nicht durch ganze oder teilweise überlappende Freibereiche gestört bzw. unterbunden. Preferably, the contact regions for the electrical contacting of the backside electrode with the semiconductor material of the wafer are arranged through the passivation layer in a regular two-dimensional contact grid on the rear side surface, wherein the free regions are distributed in intermediate regions of the contact grid. As a result, the flow of current out of the semiconductor wafer through the contact areas is not disturbed or prevented by whole or partially overlapping free areas.

In einer bevorzugten Ausführungsform ist die Passivierungsschicht als Dünnschichtstapel aufgebaut. Der Dünnschichtstapel weist mindestens eine unmittelbar auf dem Halbleitermaterial aufgebrachte Passivierungsschicht und mindestens eine zweite Schicht auf, die ebenfalls Passivierungseigenschaften aufweisen kann oder nicht. Als bevorzugte Variante einer als Dünnschichtstapel aufgebauten Passivierungsschicht weist der Dünnschichtstapel als oberste Schicht eine Haftvermittlerschicht auf. Die oberste Schicht ist die Schicht, auf der die Rückseitenmetallelektrodenstruktur bzw. beim Laminieren das Einbettungsmaterial angeordnet ist. Wenn die Haftvermittlerschicht mit dem Einbettungsmaterial kontaktiert wird, bildet sich eine besonders gute Haftung aus. Durch den Kontakt des Einbettungsmaterials mit der obersten Schicht des Passivierungsschichtstapels wird eine ausreichende Haftung des herzustellenden Gesamtverbunds aus Solarzelle/Einbettungsmaterial/Rückseitenverkapselungsmaterial gewährleistet. In a preferred embodiment, the passivation layer is constructed as a thin-film stack. The thin-film stack has at least one passivation layer applied directly to the semiconductor material and at least one second layer, which may or may not also have passivation properties. As a preferred variant of a passivation layer constructed as a thin-film stack, the thin-film stack has, as the uppermost layer, an adhesion promoter layer. The topmost layer is the layer on which the backside metal electrode structure or, in the case of lamination, the embedding material is arranged. When the primer layer is contacted with the potting material, a particularly good adhesion forms. The contact of the embedding material with the uppermost layer of the passivation layer stack ensures sufficient adhesion of the overall composite of solar cell / embedding material / back-side encapsulating material to be produced.

Die Passivierungsschicht kann transparent sein. In diesem Fall kann über die Freibereiche auch durch auf die Rückseite der Halbeiter-Solarzelle einfallendes Licht Strom erzeugt werden. The passivation layer may be transparent. In this case, electricity can also be generated via the free areas by light incident on the rear side of the semiconductor solar cell.

Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ebenfalls ein Solarmodul, das mindestens eine erfindungsgemäße Halbleiterwafer-Solarzelle umfasst. Das Solarmodul weist eine Frontseitenverkapselungsschicht, eine Mehrzahl elektrisch miteinander verschalteter Halbleiterwafer-Solarzellen und eine Rückseitenverkapselungsschicht auf. Zwischen der Rückseitenverkapselungsschicht und in den Rückseitenoberflächen der Halbleiterwafer-Solarzellen ist ein Einbettungsmaterial eingeschlossen. Mit den erfindungsgemäßen Halbeiterwafer-Solarzellen wird ein hinreichend abreißfester Modulverbund zwischen Rückseitenverkapselungsschicht und Rückseitenoberflächen der Halbleiterwafer-Solarzellen gewährleistet. Als Einbettungsmaterial kommt insbesondere Ethylenvinylacetat in Frage. Weitere Beispiele für das Einbettungsmaterial sind Silikongummi, Polyvinylbutyral, Polyurethan oder Polyacrylat. Die Frontseitenverkapselungsschicht kann beispielsweise Glas umfassen. Beispiele für die Rückseitenverkapselungsschicht sind beispielsweise eine Rückseitenfolie aus TEDLAR ^® (eingetragenes Markenzeichen der DuPont, Wilmington, USA). The present invention likewise relates to a solar module which comprises at least one semiconductor wafer solar cell according to the invention. The solar module includes a front side encapsulation layer, a plurality of semiconductor wafer solar cells interconnected electrically with each other, and a back side encapsulation layer. An embedding material is included between the backside encapsulation layer and in the backside surfaces of the semiconductor wafer solar cells. With the semiconductor wafer solar cells according to the invention, a sufficiently tear-resistant module composite is ensured between the backside encapsulation layer and the backside surfaces of the semiconductor wafer solar cells. Ethylene vinyl acetate is suitable in particular as an embedding material. Further examples of the encapsulant material are silicone rubber, polyvinyl butyral, polyurethane or polyacrylate. The front side encapsulation layer may comprise, for example, glass. Examples of the Rückseitenverkapselungsschicht example, a back sheet of TEDLAR ^® (registered trademark of DuPont, Wilmington, USA).

Weitere Vorteile und Eigenschaften der Halbleiterwafer-Solarzelle werden anhand der nachfolgend beschriebenen bevorzugten Ausführungsformen erläutert. Further advantages and properties of the semiconductor wafer solar cell will be explained with reference to the preferred embodiments described below.

Es zeigt: It shows:

1 schematisch die Frontseite einer erfindungsgemäßen Halbleiterwafer-Solarzelle in Draufsicht; 1 schematically the front of a semiconductor wafer solar cell according to the invention in plan view;

2 schematisch einen Teil der Rückseitenoberfläche einer erfindungsgemäßen Halbleiterwafer-Solarzelle in Draufsicht; 2 schematically a portion of the back surface of a semiconductor wafer solar cell according to the invention in plan view;

3 schematisch einen Teil der Rückseitenoberfläche einer weiteren erfindungsgemäßen Halbleiterwafer-Solarzelle in Draufsicht; 3 schematically a part of the back surface of another semiconductor wafer solar cell according to the invention in plan view;

4 schematisch einen Teil der Rückseitenoberfläche einer weiteren erfindungsgemäßen Halbleiterwafer-Solarzelle in Draufsicht; und 4 schematically a part of the back surface of another semiconductor wafer solar cell according to the invention in plan view; and

5 schematisch einen Teil der Rückseitenoberfläche einer weiteren erfindungsgemäßen Halbleiterwafer-Solarzelle in Draufsicht. 5 schematically a part of the back surface of another semiconductor wafer solar cell according to the invention in plan view.

1 zeigt schematisch die Frontseite einer erfindungsgemäßen Halbleiterwafer-Solarzelle 11 in Draufsicht. Auf der für den Lichteinfall vorgesehenen Frontseite 13 ist der zur Solarzelle prozessierte Halbleiterwafer sichtbar. Auf der Frontseite 13 des Halbleiterwafers ist eine Frontseitenelektrodenstruktur 15 angeordnet. Die Frontseitenelektrodenstruktur 15 ist als typische Elektrodenfingerstruktur mit zwei senkrecht zur Erstreckungsrichtung der Elektrodenfinger verlaufenden Busbars 17 ausgebildet. Die in 1 dargestellte Halbleiterwafer-Solarzelle 11 weist eine der in den 2 bis 5 gezeigten Varianten zur Ausbildung der Rückseite auf. Je nach Ausführungsform ihrer Rückseite entspricht die Halbleiterwafer-Solarzelle 11 daher den nachstehend beschriebenen Halbleiterwafer-Solarzellen 21, 31, 41 bzw. 51. Es ist jedoch auch möglich, dass die Rückseitenmetallelektrodenstruktur wie die in 1 dargestellte Frontseitenelektrodenstruktur 15 ausgebildet ist. 1 schematically shows the front side of a semiconductor wafer solar cell according to the invention 11 in plan view. On the front intended for the incidence of light 13 is visible to the solar cell processed semiconductor wafer. On the front 13 The semiconductor wafer is a front-side electrode structure 15 arranged. The front side electrode structure 15 is as a typical electrode finger structure with two perpendicular to the extension direction of the electrode fingers extending busbars 17 educated. In the 1 illustrated semiconductor wafer solar cell 11 has one of the in the 2 to 5 shown variants for forming the back on. Depending on the embodiment of its rear side corresponds to the semiconductor wafer solar cell 11 therefore, the semiconductor wafer solar cells described below 21 . 31 . 41 respectively. 51 , However, it is also possible that the backside metal electrode structure as in 1 illustrated front side electrode structure 15 is trained.

2 zeigt schematisch einen Teil der Rückseitenoberfläche 28 einer erfindungsgemäßen Halbleiterwafer-Solarzelle 21 in Draufsicht. Auf der Rückseitenoberfläche 28 ist die Rückseitenmetallelektrodenstruktur 29 weiß dargestellt. Die Rückseitenmetallelektrodenstruktur 29 weist Zellverbinder-Kontaktabschnitte 22, von denen hier nur einer gezeigt ist, auf, die eine Verschaltung der Halbleiterwafer-Solarzelle 21 mit weiteren Halbleiterwafer-Solarzellen beispielsweise mittels Kontaktbändchens zu einem Solarzellenstring für den Solarmodulbau ermöglicht. Die Rückseitenmetallelektrodenstruktur 29 bedeckt nicht die ganze Rückseitenfläche des rückseitenoberflächenpassivierten Halbleiterwafers der Halbleiterwafer-Solarzelle 21, vielmehr liegen die Passivierungsschicht und/oder das Halbleitermaterial in nicht von der Rückseitenmetallelektrodenstruktur 29 abgedeckten Freibereichen 24 derart frei, dass die Rückseitenmetallelektrodenstruktur 29 weniger als 95% und mehr als 6%, 10%, 20% oder 50% der Rückseite bedeckt. Die Freibereiche 24 weisen bei dieser Variante eine keilförmige Gestalt und jeweils die gleiche Größe auf. Die Spitze der Keilform ist zu dem Zellverbinder-Kontaktabschnitt 22 hin orientiert, der zu dem jeweiligen Freibereich 24 am nächsten liegt. D.h., die Freibereiche 24 sind derart auf der Rückseitenoberfläche 28 verteilt, dass der Flächenanteil der Freibereiche 24 verglichen mit dem Flächenanteil der Rückseitenmetallelektrodenstruktur 29 mit steigendem Abstand zu dem Zellverbinder-Kontaktabschnitt 22 zunimmt. Dies wird nicht nur durch die Keilform der Freibereiche 24 realisiert, sondern zusätzlich durch die Aufteilung der Keilform ab einer gewissen Breite in mehrere Keilformen. In 2 teilt sich ein keilförmiger Freibereich 24 ab einer vorbestimmten Breite in zwei keilförmige Freibereiche 24, deren Spitze ebenfalls zu dem Zellverbinder-Kontaktabschnitt 22 orientiert ist. Dadurch nimmt der laterale Widerstand der Rückseitenmetallelektrodenstruktur 29 in Richtung der Zellverbinder-Kontaktabschnitte 22 ab, und der Flächenanteil der Metallstruktur der Rückelektrode steigt, je näher man an die Zellverbinder-Metallstruktur kommt, was der in dieser Richtung zunehmenden Stromstärke in der Metallstruktur Rechnung trägt. 2 schematically shows a part of the back surface 28 a semiconductor wafer solar cell according to the invention 21 in plan view. On the back surface 28 is the backside metal electrode structure 29 shown in white. The backside metal electrode structure 29 has cell connector contact sections 22 , of which only one is shown here, on, the interconnection of the semiconductor wafer solar cell 21 with further semiconductor wafer solar cells, for example by means of contact strips to a solar cell string for solar module construction allows. The backside metal electrode structure 29 does not cover the entire back surface of the back surface passivated semiconductor wafer of the semiconductor wafer solar cell 21 Rather, the passivation layer and / or the semiconductor material do not lie in the backside metal electrode structure 29 covered outdoor areas 24 so free that the backside metal electrode structure 29 less than 95% and more than 6%, 10%, 20% or 50% of the back covered. The outdoor areas 24 have in this variant a wedge-shaped shape and each the same size. The tip of the wedge shape is to the cell connector contact portion 22 oriented to the respective outdoor area 24 is closest. That is, the outdoor areas 24 are like that on the back surface 28 distributed that the area portion of the free areas 24 compared with the area ratio of the backside metal electrode structure 29 with increasing distance to the cell connector contact portion 22 increases. This is not only due to the wedge shape of the free areas 24 realized, but in addition by dividing the wedge shape from a certain width in several wedge shapes. In 2 shares a wedge-shaped outdoor area 24 from a predetermined width into two wedge-shaped free areas 24 whose tip is also to the cell connector contact portion 22 is oriented. As a result, the lateral resistance of the backside metal electrode structure decreases 29 toward the cell connector contact sections 22 The surface area of the metal structure of the back electrode increases as one approaches the cell connector metal structure, which takes into account the increasing current intensity in the metal structure in this direction.

3 zeigt schematisch einen Teil der Rückseitenoberfläche 38 einer weiteren erfindungsgemäßen Halbleiterwafer-Solarzelle 31 in Draufsicht. Auf der Rückseitenoberfläche 38 ist die Rückseitenmetallelektrodenstruktur 39 als weiß dargestellter Bereich sichtbar. Die Rückseitenmetallelektrodenstruktur 39 kontaktiert das Halbleitermaterial des Halbleiterwafers über eine Vielzahl lokaler Kontaktbereiche 36 elektrisch, wobei die Kontaktbereiche 36 als Öffnungen oder Durchbrüche der Passivierungsschicht ausgebildet sind und insgesamt eine elektrische Kontaktfläche von weniger als 5% einnehmen. Diese Kontaktbereiche 36 weisen kreis- oder ovalartig üblicherweise Durchmesser im Bereich von 25 bis 70 µm auf und sind in einem Raster von beispielsweise 400 bis 800 µm angeordnet. Da es sich hier um eine schematische nicht maßstabsgetreue Darstellung handelt ist dieses feine Raster durch die punktförmig dargestellten Kontaktbereiche 36 nur angedeutet. Die Kontaktbereiche 36 sind auf der Rückseite der Halbleiterwafer-Solarzelle 31 nur dann sichtbar, wenn diese nach der Rückseitenmetallisierung als Laser Fired Contacts (LFC) realisiert sind. Wenn die Kontaktbereiche 36 vor der Rückseitenmetallisierung in die Passivierungsschicht eingebracht werden, beispielsweise durch Laserablation oder durch ein Masken-Ätzverfahren, so sind die Kontaktbereiche 36 durch die Rückseitenmetallelektrodenstruktur 39 abgedeckt und somit nicht sichtbar. 3 schematically shows a part of the back surface 38 a further inventive semiconductor wafer solar cell 31 in plan view. On the back surface 38 is the backside metal electrode structure 39 visible as a white area. The backside metal electrode structure 39 contacts the semiconductor material of the semiconductor wafer via a multiplicity of local contact areas 36 electrically, the contact areas 36 are formed as openings or openings of the passivation layer and occupy an overall electrical contact area of less than 5%. These contact areas 36 have circular or oval-like diameter usually in the range of 25 to 70 microns and are arranged in a grid of, for example, 400 to 800 microns. Since this is a schematic representation not true to scale, this fine grid is represented by the points of contact shown in point form 36 only hinted. The contact areas 36 are on the back of the semiconductor wafer solar cell 31 only visible if they are realized after the backside metallization as laser fired contacts (LFC). If the contact areas 36 be introduced before the backside metallization in the passivation layer, for example by laser ablation or by a mask etching process, so are the contact areas 36 through the backside metal electrode structure 39 covered and thus not visible.

Die Rückseitenmetallelektrodenstruktur 39 ist bei dieser Variante durch periodisch angeordnete, gleich große, kreisförmige Freibereiche 34 unterbrochen, in denen die Passivierungsschicht und/oder der Halbleiter der Halbleiterwafer-Solarzelle 31 frei liegt. Die Kontaktbereiche 36 und die Freibereiche 34 überlappen im Wesentlichen nicht. Die Freibereiche 34 liegen derart frei, dass die Rückseitenmetallelektrodenstruktur 39 weniger als 95% und mehr als 6%, 10%, 20% oder 50% der Rückseitenoberfläche 38 bedeckt. Genauso wie die Kontaktbereiche 36 sind die Freibereiche 34 über die Rückseitenoberfläche 38 homogen verteilt. Die homogene Verteilung der Freibereiche 34 ermöglicht eine gleichmäßige Verankerung eines Einbettungsmaterials, wenn die Halbleiterwafer-Solarzelle 31 als Bestandteil eines Solarzellenstrings in ein Solarmodul einlaminiert wird. Zur Unterstützung der Verankerung des Einbettungsmaterials kann die Passivierungsschicht als Dünnschichtstapel ausgebildet sein, dessen oberste Schicht eine Haftvermittlerschicht ist. Weiterhin ist auf der Rückseitenoberfläche 38 ein Zellverbinder-Kontaktabschnitt 32 in Form eines Lötpads sichtbar, der eine Verschaltung der Halbleiterwafer-Solarzelle 31 mit weiteren Halbleiterwafer-Solarzellen beispielsweise mittels Kontaktbändchens ermöglicht. The backside metal electrode structure 39 is in this variant by periodically arranged, equal-sized, circular free areas 34 interrupted, in which the passivation layer and / or the semiconductor of the semiconductor wafer solar cell 31 is free. The contact areas 36 and the outdoor areas 34 essentially do not overlap. The outdoor areas 34 are so free that the Back metal electrode structure 39 less than 95% and more than 6%, 10%, 20% or 50% of the back surface 38 covered. Just like the contact areas 36 are the outdoor areas 34 over the back surface 38 distributed homogeneously. The homogeneous distribution of the free areas 34 enables uniform embedding of an embedding material when the semiconductor wafer solar cell 31 is laminated as part of a solar cell string in a solar module. To support the anchoring of the embedding material, the passivation layer may be formed as a thin-film stack whose uppermost layer is a bonding agent layer. Furthermore, on the back surface 38 a cell connector contact portion 32 visible in the form of a Lötpads, the interconnection of the semiconductor wafer solar cell 31 made possible with further semiconductor wafer solar cells, for example by means of contact ribbon.

4 zeigt schematisch einen Teil der Rückseitenoberfläche 48 einer weiteren Variante der erfindungsgemäßen Halbleiterwafer-Solarzelle 41 in Draufsicht. Auf der Rückseitenoberfläche 48 ist die weiß dargestellte Rückseitenmetallelektrodenstruktur 49 sichtbar. In der Rückseitenmetallelektrodenstruktur 49 sind wiederum Lötpad-förmige Zellverbinder-Kontaktabschnitte 42, von denen einer gezeigt ist, angeordnet, die eine Verschaltung der Halbleiterwafer-Solarzelle 41 mit weiteren Halbleiterwafer-Solarzellen beispielsweise mittels Kontaktbändchens ermöglichen. Die Rückseitenmetallelektrodenstruktur 49 bedeckt nicht die ganze Fläche des rückseitenoberflächenpassivierten Halbleiterwafers der Halbleiterwafer-Solarzelle 41, vielmehr liegen die Passivierungsschicht und/oder das Halbleitermaterial in nicht von der Rückseitenmetallelektrodenstruktur 49 abgedeckten Freibereichen 44 derart frei, dass die Rückseitenmetallelektrodenstruktur 49 weniger als 95% und mehr als 6%, 10%, 20% oder 50% der Rückseite bedeckt. Die Freibereiche 44a, 44b, 44c, 44d, 44d und 44e, die, wenn von ihnen als Einheit gesprochen wird, als Freibereiche 44 bezeichnet werden, weisen eine kreisförmige bzw. ovale Gestalt auf. Die Freibereiche 44a, 44b, 44c und 44d weisen eine kreisförmige Gestalt auf, während die Freibereiche 44e eine ovale Gestalt aufweisen. Anders als bei der in 3 dargestellten Variante weisen die Freibereiche 44 eine unterschiedliche Größe auf und sind derart auf der Rückseitenoberfläche verteilt, dass der Flächenanteil der Freibereiche 44 verglichen mit dem Flächenanteil der Rückseitenmetallelektrodenstruktur 49 mit steigendem Abstand zu den Zellverbinder-Kontaktabschnitten 42 zunimmt. Die Freibereiche 44a weisen eine kleinere Größe als die Freibereiche 44b auf. Bei gedanklichen Verbinden der Außenkontour eines Freibereichs 44a mit der Außenkontour eines oder zweier Freibereichen 44b kann eine keilförmige Gestalt erkannt werden, deren Spitze durch den Freibereich 44a ausgebildet wird, die zu dem Zellverbinder-Kontaktabschnitt 42 hinweist. Die Freibereiche 44c weisen zwar eine kleinere Größe als die Freibereiche 44b auf, sind aber derart angeordnet, dass ein Freibereich 44b zusammen mit zwei Freibereichen 44c eine keilförmige Gestalt ausbildet, deren Spitze zu dem Zellverbinder-Kontaktabschnitt 42 hinweist, wenn die Mittelpunkte der kreisförmigen Freibereiche 44b und 44c gedanklich miteinander verbunden werden. Die Freibereiche 44d weisen eine größere Größe als die Freibereiche 44c auf und sind derart angeordnet, dass ein Freibereich 44c zusammen mit zwei Freibereichen 44d eine keilförmige Gestalt ausbildet, deren Spitze zu dem Zellverbinder-Kontaktabschnitt 42 hinweist, wenn die Mittelpunkte der kreisförmigen Freibereiche 44c und 44d gedanklich miteinander verbunden werden. Die Freibereiche 44e weisen eine größere Größe als die Freibereiche 44a, 44b, 44c und 44d und eine ovale Gestalt auf. Die Freibereiche 44e sind in Bezug zu den Freibereichen 44d derart angeordnet, dass einige der Freibereiche 44d zusammen mit einem Freibereich 44e bei gedanklichem Verbinden der Außenkontouren eine keilförmige Gestalt ausbilden, dessen Spitze durch den jeweiligen Freibereich 44d gebildet wird. D.h., die Fläche der Freibereiche 44 nimmt mit steigendem Abstand von dem Zellverbinder-Kontaktabschnitt 42 zu. Dadurch nimmt der laterale Widerstand der Rückseitenmetallelektrodenstruktur 49 in Richtung des Zellverbinder-Kontaktabschnitts 42 ab, und der Flächenanteil der Metallstruktur der Rückelektrode steigt, je näher man an die Zellverbinder-Metallstruktur kommt, so dass in dieser Richtung die Stromstärke in der Metallstruktur zunimmt. In 4 sind wie in 3 schematisch die Kontaktbereiche 46 gezeigt, die den elektrischen Kontakt zwischen Halbleitermaterial und Rückseitenmetallelektrodenmaterial 49 darstellen. Die in 3 gemachten Ausführungen gelten daher hier entsprechend. 4 schematically shows a part of the back surface 48 a further variant of the semiconductor wafer solar cell according to the invention 41 in plan view. On the back surface 48 is the backside metal electrode structure shown in white 49 visible, noticeable. In the backside metal electrode structure 49 again are solder pad-shaped cell connector contact portions 42 , one of which is shown arranged, the interconnection of the semiconductor wafer solar cell 41 enable with other semiconductor wafer solar cells, for example by means of contact ribbon. The backside metal electrode structure 49 does not cover the entire area of the back surface passivated semiconductor wafer of the semiconductor wafer solar cell 41 Rather, the passivation layer and / or the semiconductor material do not lie in the backside metal electrode structure 49 covered outdoor areas 44 so free that the backside metal electrode structure 49 less than 95% and more than 6%, 10%, 20% or 50% of the back covered. The outdoor areas 44a . 44b . 44c . 44d . 44d and 44e which, when spoken of as a unit, as open spaces 44 are designated, have a circular or oval shape. The outdoor areas 44a . 44b . 44c and 44d have a circular shape while the open spaces 44e have an oval shape. Unlike the in 3 variant shown have the free areas 44 a different size and are distributed on the back surface such that the area ratio of the free areas 44 compared with the area ratio of the backside metal electrode structure 49 with increasing distance to the cell connector contact sections 42 increases. The outdoor areas 44a are smaller in size than the outdoor areas 44b on. In mental connection of the outer contour of a free area 44a with the outer contour of one or two outdoor areas 44b a wedge-shaped shape can be recognized, the tip of which through the open area 44a formed to the cell connector contact portion 42 points. The outdoor areas 44c Although they are smaller in size than the outdoor areas 44b but are arranged such that a free area 44b together with two outdoor areas 44c forms a wedge-shaped shape, whose tip to the cell connector contact portion 42 indicates when the centers of the circular open spaces 44b and 44c mentally connected. The outdoor areas 44d have a larger size than the outdoor areas 44c on and are arranged such that a free area 44c together with two outdoor areas 44d forms a wedge-shaped shape, whose tip to the cell connector contact portion 42 indicates when the centers of the circular open spaces 44c and 44d mentally connected. The outdoor areas 44e have a larger size than the outdoor areas 44a . 44b . 44c and 44d and an oval shape. The outdoor areas 44e are in relation to the outdoor areas 44d arranged such that some of the outdoor areas 44d together with a free area 44e mentally connect the outer contours form a wedge-shaped shape whose tip through the respective open area 44d is formed. That is, the area of the outdoor areas 44 increases with increasing distance from the cell connector contact portion 42 to. As a result, the lateral resistance of the backside metal electrode structure decreases 49 in the direction of the cell connector contact portion 42 The surface area of the metal structure of the back electrode increases as one approaches the cell connector metal structure, so that the current strength in the metal structure increases in this direction. In 4 are like in 3 schematically the contact areas 46 showing the electrical contact between semiconductor material and backside metal electrode material 49 represent. In the 3 made statements therefore apply here accordingly.

5 zeigt schematisch einen Teil der Rückseitenoberfläche 58 einer weiteren Variante der erfindungsgemäßen Halbleiterwafer-Solarzelle 51 in Draufsicht. Auf der Rückseitenoberfläche sind die Rückseitenmetallelektrodenstruktur 59 und Lötpad-förmige Zellverbinder-Kontaktabschnitte 52 weiß dargestellt. Die Rückseitenmetallelektrodenstruktur 59 bedeckt nicht die ganze Fläche des rückseitenoberflächenpassivierten Halbleiterwafers der Halbleiterwafer-Solarzelle 51, vielmehr liegen die Passivierungsschicht und/oder das Halbleitermaterial in nicht von der Rückseitenmetallelektrodenstruktur 59 abgedeckten, in dieser Figur grau dargestellten, Freibereichen 54 derart frei, dass die Rückseitenmetallelektrodenstruktur 59 weniger als 50% und mehr als 6%, 10%, 20% der Rückseite bedeckt. Die Rückseitenmetallelektrodenstruktur 59 weist bei dieser Variante eine baumstrukturartige Gestalt auf, so dass der Flächenanteil der Freibereiche 54 verglichen mit dem Flächenanteil der Rückseitenmetallelektrodenstruktur 59 mit steigendem Abstand zu den Zellverbinder-Kontaktabschnitten 52 abnimmt. Die baumartige Gestalt der Rückseitenelektrodenstruktur 59 ist derart, dass von den Zellverbinder-Kontaktabschnitten 52 stammartige Strukturen wegführen, die sich mit weiterem Abstand zu den Kontaktabschnitten 52 verästeln. 5 schematically shows a part of the back surface 58 a further variant of the semiconductor wafer solar cell according to the invention 51 in plan view. On the back surface are the backside metal electrode structure 59 and solder pad-shaped cell connector contact portions 52 shown in white. The backside metal electrode structure 59 does not cover the entire area of the back surface passivated semiconductor wafer of the semiconductor wafer solar cell 51 Rather, the passivation layer and / or the semiconductor material do not lie in the backside metal electrode structure 59 covered, in this figure gray illustrated, outdoor areas 54 so free that the backside metal electrode structure 59 less than 50% and more than 6%, 10%, 20% of the back covered. The backside metal electrode structure 59 has a tree-like shape in this variant, so that the area ratio of the free areas 54 compared with the area ratio of the backside metal electrode structure 59 with increasing distance to the cell connector contact sections 52 decreases. The tree-like shape of the back side electrode structure 59 is such that of the cell connector contact portions 52 lead away trunk-like structures, which are located further away from the contact sections 52 ramify.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

1111: Halbleiterwafer-Solarzelle Semiconductor wafer solar cell
1313: Frontseite front
1515: Frontseitenelektrodenstruktur Front electrode structure
1717: Busbars busbars
2121: Halbleiterwafer-Solarzelle Semiconductor wafer solar cell
2222: Zellverbinder-Kontaktabschnitt Cell connector contact portion
2424: Freibereich outdoor Space
2828: Rückseitenoberfläche Back surface
2929: Rückseitenmetallelektrodenstruktur Back metal electrode structure
3131: Halbleiterwafer-Solarzelle Semiconductor wafer solar cell
3232: Zellverbinder-Kontaktabschnitt Cell connector contact portion
3434: Freibereich outdoor Space
3636: Kontaktbereich contact area
3838: Rückseitenoberfläche Back surface
3939: Rückseitenmetallelektrodenstruktur Back metal electrode structure
4141: Halbleiterwafer-Solarzelle Semiconductor wafer solar cell
4242: Zellverbinder-Kontaktabschnitt Cell connector contact portion
44, 44a, 44b, 44c, 44d, 44e44, 44a, 44b, 44c, 44d, 44e: Freibereiche free areas
4646: Kontaktbereich contact area
4848: Rückseitenoberfläche Back surface
4949: Rückseitenmetallelektrodenstruktur Back metal electrode structure
5151: Halbleiterwafer-Solarzelle Semiconductor wafer solar cell
5252: Zellverbinder-Kontaktabschnitt Cell connector contact portion
5454: Freibereich outdoor Space
5858: Rückseitenoberfläche Back surface
5959: Rückseitenmetallelektrodenstruktur Back metal electrode structure

Claims

Double-sided contacted semiconductor wafer solar cell ( 11 . 21 . 31 . 41 . 51 ) having a surface-passivated reverse side comprising: a semiconductor wafer made of a semiconductor material with a front side (for the incidence of light) ( 13 ) with a front side electrode structure ( 15 ) and • a rear side with a rear side surface ( 28 . 38 . 48 . 58 ) which is surface-passivated by means of a dielectric passivation layer, and on the passivation layer a back-side metal electrode structure comprising sintered metal particles ( 29 . 39 . 49 . 59 ) and the backside metal electrode structure ( 29 . 39 . 49 . 59 ) the semiconductor material of the semiconductor wafer via a plurality of local contact areas ( 36 . 46 ), wherein the contact areas ( 36 . 46 ) are formed as openings of the passivation layer and have an overall electrical contact area of less than 5%, preferably less than 2%, of the backside surface ( 28 . 38 . 48 . 58 ), characterized in that the backside metal electrode structure ( 29 . 39 . 49 . 59 ) less than 95% and more than 6%, 10%, 20% or 50%, preferably less than 75% and more than 6%, 10%, 20% or 50%, more preferably less than 50% and more than 6 %, 10% or 20% or less than 25% and more than 6% or 10% of the back surface ( 28 . 38 . 48 . 58 ) covered.

Semiconductor wafer solar cell ( 21 . 31 . 41 . 51 ) according to claim 1, characterized in that the passivation layer and / or the semiconductor material in not of the backside metal electrode structure ( 29 . 39 . 49 . 59 ) covered outdoor areas ( 24 . 34 . 44 . 54 ) and the backside metal electrode structure ( 29 . 39 . 49 . 59 ) Cell connector contact sections ( 22 . 32 . 42 . 52 ) having.

Semiconductor wafer solar cell ( 21 . 31 . 41 . 51 ) according to claim 2, characterized in that the free areas ( 24 . 34 . 44 . 54 ) have a same shape.

Semiconductor wafer solar cell ( 21 . 31 . 51 ) according to claim 3, characterized in that the free areas ( 24 . 34 . 54 ) have the same size.

Semiconductor wafer solar cell ( 21 . 31 . 41 ) according to one of claims 2 to 4, characterized in that the free areas ( 24 . 34 . 44 ) have a circular, star, line or wedge-shaped shape.

Semiconductor wafer solar cell ( 21 . 31 . 41 . 51 ) according to one of claims 2 to 5, characterized in that the free areas ( 24 . 34 . 44 . 54 ) to over 80% of the back surface ( 28 . 38 . 48 . 58 ) are evenly distributed.

Semiconductor wafer solar cell ( 21 . 41 . 51 ) according to one of claims 2 to 5, characterized in that the free areas ( 24 . 44 . 54 ) on the back surface ( 28 . 48 . 58 ), that the area fraction of the free areas ( 24 . 44 . 54 ) compared with the area ratio of the backside metal electrode structure ( 29 . 49 . 59 ) with increasing distance to the cell connector contact sections ( 22 . 42 . 52 ) increases.

Semiconductor wafer solar cell ( 21 . 31 . 41 . 51 ) according to one of claims 2 to 7, characterized in that the backside metal electrode structure ( 29 . 39 . 49 . 59 ) has a layer thickness which increases with increasing distance to the cell connector contact sections ( 22 . 32 . 42 . 52 ) decreases.

Semiconductor wafer solar cell ( 31 . 41 ) according to claim 7 or 8, characterized in that the contact areas ( 36 . 46 ) in a regular two-dimensional contact grid on the back surface ( 38 . 48 ), wherein the free areas ( 34 . 44 ) are distributed in intermediate areas of the contact grid.

Semiconductor wafer solar cell ( 11 . 21 . 31 . 41 . 51 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the passivation layer is constructed as a thin-film stack.

Semiconductor wafer solar cell ( 11 . 21 . 31 . 41 . 51 ) according to claim 10, characterized in that the thin-film stack has a primer layer as the uppermost layer.

A solar module comprising a front side encapsulation layer, a plurality of electrically interconnected semiconductor wafer solar cells according to any one of claims 1 to 11 and a back side encapsulation layer, wherein an encapsulation material is sandwiched between the back side encapsulation layer and the back surfaces of the semiconductor wafer solar cells.