DE102012100184A1

DE102012100184A1 - Halbleiterwafer-Solarzelle, Solarmodul und Verfahren zu deren Herstellung

Info

Publication number: DE102012100184A1
Application number: DE201210100184
Authority: DE
Inventors: Ansgar Mette; Matthias Hofmann; Janko Cieslak; Hans-Christoph Ploigt
Original assignee: Hanwha Q Cells GmbH
Current assignee: Hanwha Q Cells GmbH
Priority date: 2012-01-11
Filing date: 2012-01-11
Publication date: 2013-07-11
Anticipated expiration: 2032-01-12
Also published as: CN103208548A; CN103208548B; DE102012100184B4

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Halbleiterwafer-Solarzelle (10) mit oberflächenpassivierter Rückseite, aufweisend: einen Halbleiterwafer (12) aus einem Halbleitermaterial mit einer für den Lichteinfall vorgesehenen Frontseite (11) und einer Rückseite mit einer Rückseitenoberfläche, die mittels einer dielektrischen Passivierungsschicht (14) oberflächenpassiviert ist, wobei auf der Passivierungsschicht (14) eine versinterte Metallpartikel umfassende Rückseitenmetallelektrodenstruktur (16) angeordnet ist und die Rückseitenmetallelektrodenstruktur (16) das Halbleitermaterial des Halbleiterwafers (12) über eine Vielzahl lokaler Kontaktbereiche (19) elektrisch kontaktiert, wobei die Kontaktbereiche (19) als Öffnungen der Passivierungsschicht ausgebildet sind und insgesamt eine elektrische Kontaktfläche von weniger als 5%, bevorzugt von weniger als 2%, der Rückseitenoberfläche einnehmen, dadurch gekennzeichnet, dass auf der Rückseitenmetallelektrodenstruktur (16) eine Schutzschicht (18) angeordnet ist. Weiterhin betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur Herstellung der Halbleiterwafer-Solarzelle (10) sowie ein aus der Halbleiterwafer-Solarzelle (10) hergestelltes Solarmodul.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Halbleiterwafer-Solarzelle und ein Verfahren zu deren Herstellung. Weiterhin betrifft die vorliegende Erfindung ein Solarmodul, das die Halbleiterwafer-Solarzellen enthält.
Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung eine Halbleiterwafer-Solarzelle mit oberflächenpassivierter Rückseite. Eine solche Solarzelle weist einen Halbleiterwafer aus einem Halbleitermaterial mit einer für den Lichteinfall vorgesehenen Frontseite 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. Die Kontaktbereiche sind als Öffnungen der Passivierungsschicht ausgebildet und nehmen insgesamt eine elektrische Kontaktfläche von weniger als 5%, bevorzugt von weniger als 2%, der Rückseitenoberfläche ein.
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.
Eine weitere Möglichkeit besteht darin, mittels Laserablation nach dem vollflächigen Abscheiden der Passivierungsschicht diese an definierten Stellen lokal wieder abzutragen, anschließend die Rückseitenmetallelektrodenstruktur aufzubringen und zu feuern.
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. Anschließend wird die Rückseitenmetallelektrodenstruktur auf die mit Öffnungen versehene Passivierungsschicht aufgebracht und hohen Temperaturen zur Versinterung der Metallpartikel ausgesetzt.
Wenn aus derartigen Halbleiterwafer-Solarzellen ein Solarmodul aufgebaut wird, ist auf der Rückseite des Solarmoduls zwischen den Solarzellen und der rückseitigen 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.
Die mittels Siebdruck aus metallhaltigen Pasten hergestellten rückseitigen Metallelektrodenstrukturen von Halbleiterwafer-Solarzellen weisen aufgrund ihres Aufbaus aus gesinterten Metallpartikeln regelmäßig eine gewisse Porosität auf.
Bei diesen Rückseitenmetallelektrodenstrukturen trat das Problem auf, dass sich die Leitfähigkeit der Rückseitenmetallelektrodenstruktur im Laufe der Zeit verschlechtert, was zu einer Reduzierung der Solarzellenleistung führt. Dies ist angesichts der üblichen zwanzigjährigen Gewährleistungszeit für Solarmodule inakzeptabel.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine Halbleiterwafer- Solarzelle mit oberflächenpassivierter Rückseite zur Verfügung zu stellen, die eine Rückseitenelektrodenstruktur aufweist, deren Leitfähigkeit sich langfristig nicht bzw. nicht signifikant verschlechtert.
Diese Aufgabe wird durch eine Halbleiterwafer-Solarzelle nach Anspruch 1 gelöst und ein Verfahren zur Herstellung einer Halbleiterwafer-Solarzelle nach Anspruch 12 gelöst.
In den Unteransprüchen sind vorteilhafte Ausgestaltungen aufgezeigt.
Erfindungsgemäß weist die Halbleiterwafer-Solarzelle eine Schutzschicht auf, die auf der Rückseitenmetallelektrodenstruktur aufgebracht ist. D.h., die erfindungsgemäße Halbleiterwafer-Solarzelle weist von der lichteinfallenden Frontseite aus gesehen die Schichtfolge Halbleiterwafer, Passivierungsschicht, Rückseitenmetallelektrodenstruktur und Schutzschicht auf. Neben den genannten Schichten können selbstverständlich weitere Schichten, wie auf der Frontseite angeordnete Antireflexschichten oder weitere Passivierungsschichten vorhanden sein. Mittels Aufbringen der Schutzschicht auf der zur Laminierung mit der Rückseitenverkapselungsstruktur vorgesehenen Seite der Halbleiterwafer-Solarzelle wird einerseits ein Eindringen von Rückseitenverkapselungsmaterial während der Solarmodulherstellung verhindert. Dadurch werden über lange Standzeiten auftretende mechanische Spannungen und eine Verschlechterung der Leitfähigkeit der Rückseitenmetallelektrodenstruktur, die durch das Eindringen auftreten können, vermieden. Andererseits schützt die Schutzschicht davor, dass Feuchtigkeit, die langfristig in das Modul hineindiffundiert, eine Korrosion der Rückseitenmetallelektrodenstrukturen auslöst, was beispielsweise die Querleitfähigkeit der Rückseitenmetallelektrodenstruktur verschlechtert. Die Schutzschicht kann nicht nur zum Schutz der Solarzelle dienen, sondern auch zusätzlich oder alternativ zur Erhöhung der Solarzellenstabilität. In dem letzteren Fall ist die Schutzschicht keine Schutzschicht im eigentlichen Sinne, sondern eine Stabilisierungsschicht, d.h. eine Schutzschicht im weiteren Sinne, dass sie die Solarzellenstrukturen vor Instabilität wie beispielsweise Bruch, mechanischer Beschädigung und dergleichen schützt. So stabilisiert die Schutz- bzw. Stabilisierungsschicht die Solarzelle bei der Weiterverarbeitung zu einem Solarmodul oder während des Transports.
In einer bevorzugten Ausführungsform weist die Schutzschicht eine Dicke in dem Bereich von 2 bis 20 µm, bevorzugt 5 bis 10 µm, auf. D.h., die Schutzschicht kann dünn sein. So werden durch die zusätzliche Schicht entstehende Kosten gering gehalten. Die Schutzschicht bietet insbesondere bei dünnen Wafern einen Stabilisierungseffekt. Ein dünner Wafer umfasst im Sinne der vorliegenden Erfindung Wafer mit einer Dicke im Bereich von 50 bis 300 µm, bevorzugt 100 bis 200 µm.
Vorzugsweise liegt der thermische Ausdehnungskoeffizient der Schutzschicht in dem gleichen Bereich wie der thermische Ausdehnungskoeffizient der Rückseitenmetallelektrodenstruktur. Dadurch werden hohe mechanische Spannungen insbesondere bei Temperaturwechseln, wie sie bei der Herstellung von Solarmodulen auftreten, vermieden. Bevorzugt liegt der thermische Ausdehnungskoeffizient der Schutzschicht in dem Bereich von 2 bis 20·10^–6/K, bevorzugter 5 bis 15·10^–6/K. Die Messung des thermischen Ausdehnungskoeffizienten erfolgt mit Hilfe eines Dilatometers (z.B. nach DIN 53752:1980, DIN 51045-2:2007; ISO 11359-(1–3)).
In einer bevorzugten Ausführungsform ist die Schutzschicht als Schichtstapel aufgebaut. Dies ermöglicht, dass einerseits eine Schicht mit einem ähnlichen thermischen Ausdehnungskoeffizienten wie die Rückseitenmetallelektrodenstruktur auf derselben angeordnet werden kann, während eine weitere Schicht des Schichtstapels beispielsweise eine gute Haftung zu der Rückseitenverkapselungsstrukturmaterial aufweist, das zur Solarmodulherstellung benötigt wird.
Bevorzugt umfasst die Schutzschicht ein Material, das ausgewählt ist aus der Gruppe, bestehend aus Duroplast, Polyamid, Polyphthalamid, Polyester, Polycarbonat, Polyvinylchlorid, Polyetherimid, Polyphenylensulfid, Polyetherketon, Polyimid und deren Kombinationen. Kombinationen umfassen sowohl Materialmischungen in einer Schicht als auch übereinander angeordnete Schichten aus unterschiedlichen Materialien. Diese Materialien vereinen die Anforderungen an die Schutzschicht hinsichtlich des gewünschten thermischen Ausdehnungskoeffizienten und der Haftfähigkeit an der Rückseitenmetallelektrodenstruktur und dem zur Solarmodulherstellung benötigten Rückseitenverkapselungsstrukturmaterial.
Bevorzugter umfasst die Schutzschicht ein Material, das ausgewählt ist aus der Gruppe, bestehend aus Polyethylenterephthalat, Polyamid 6 und deren Kombinationen.
In einer bevorzugten Ausführungsform enthält die Schutzschicht Glasfasern und/oder Kohlefasern. D.h., die Schutzschicht ist mechanisch verstärkt. Das Verstärkungsmaterial reduziert weiterhin Spannungen, die aufgrund unterschiedlicher thermischer Ausdehnungskoeffizienten des Rückseitenmetallelektrodenstrukturmaterials und des Schutzschichtmaterials auftreten können und verleiht der Schutzschicht mehr Formstabilität.
Der Anteil an Glasfasern und/oder Kohlefasern beträgt bevorzugt bis zu 80 % Volumenanteil, bevorzugter 30 bis 60 % Volumenanteil, bezogen auf das gesamte Material der Schutzschicht.
Vorzugsweise weist die Schutzschicht ausgehärtetes Polymer auf. Der Begriff „ausgehärtetes Polymer“ umfasst im Sinne der vorliegenden Erfindung sowohl aus Monomeren hergestellte quervernetzte Polymere als auch aus Polymeren hergestellte quervernetzte Polymere. D.h. unter dem Ausdruck „ausgehärtetes Polymer“ wird ein quervernetztes Polymer verstanden. Polymere, die aushärtbar sind, lassen sich in unausgehärtetem Zustand leicht applizieren, weisen nach Aushärtung jedoch eine höhere Festigkeit gegenüber dem unausgehärteten Polymer auf. Beispiele für aushärtbare Polymere sind Duroplaste und Polyvinylchlorid. Bevorzugte Beispiele für Duroplaste sind Epoxidharze oder ungesättigte Polyesterharze (UP). Wenn erforderlich, ist dem aushärtbarem Material der Schutzschicht ein Härter zugesetzt.
Vorzugsweise ist die Passivierungsschicht als Dünnschichtstapel aufgebaut. Der Dünnschichtstapel weist mindestens eine unmittelbar auf dem Halbleitermaterial aufgebrachte Passivierungsschicht auf. Optional können sich eine oder mehrere weitere Schichten darauf befinden. 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 angeordnet ist. Da die Rückseitenmetallelektrodenstruktur porös ist, kann die Schutzschicht die Haftvermittlerschicht durch die offenporige Struktur der Rückseitenmetallelektrodenstruktur kontaktieren und eine besonders gute Haftung ausbilden. Alternativ weist der Dünnschichtstapel als oberste Schicht eine leitfähige Schicht auf. Weiterhin alternativ weist der Dünnschichtstapel als oberste Schicht eine dielektrische Schicht wie beispielsweise eine Siliziumnitrid- oder Siliziumoxynitrid-Schicht auf.
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.
Die Rückseitenelektrodenstruktur umfasst ein Metall, vorzugsweise Aluminium, wobei die Rückseitenelektrodenstruktur aus versinterten Aluminiumpartikeln aufgebaut ist und eine gewisse offene Porosität ausbildet.
Die Frontseite der Halbleiterwafer-Solarzelle 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.
In einer bevorzugten Ausführungsform weist die Rückseitenmetallelektrodenstruktur Zellverbinder-Kontaktabschnitte (Busbars oder Lötpads) auf und die Schutzschicht spart die Zellverbinder-Kontaktabschnitte aus. Die Zellverbinder-Kontaktabschnitte sind zum elektrischen Verschalten mit weiteren Halbleiterwafer-Solarzellen vorgesehen und sollten daher nicht mit der Schutzschicht versehen sein, da sie zum Verlöten geeignet sein sollten.
Weiterhin betrifft die vorliegende Erfindung ein Solarmodul, das eine Frontseitenverkapselungsschicht, eine Mehrzahl elektrisch miteinander verschalteter Halbleiterwafer-Solarzellen gemäß der vorliegenden Erfindung und eine Rückseitenverkapselungsstruktur aufweist. Dadurch, dass die Halbleiterwafer-Solarzellen eine Schutzschicht zwischen Rückseitenmetallelektrodenstruktur und Rückseitenverkapselungsstruktur aufweisen, wird ein stabiler Solarmodul-Verbund erhalten. Weiterhin verhindert die Schutzschicht, dass Rückseitenverkapselungsstrukturmaterial in die Rückseitenmetallelektrodenstruktur während der Herstellung des Solarmoduls eindringt und verhindert das Auftreten von Scherspannung aufgrund der unterschiedlichen thermischen Ausdehnungskoeffizienten von Rückseitenmetallelektrodenstruktur und Rückseitenverkapselungsstrukturmaterial. Durch Aufweisen einer Schutzschicht auf der Rückseitenmetallelektrodenstruktur kann weiterhin eine Verschlechterung der Leitfähigkeit der Rückseitenmetallelektrodenstruktur durch Eindringen von Rückseitenverkapselungsstrukturmaterial vermieden werden. Außerdem verhindert die Schutzschicht das Vordringen von Feuchtigkeit, die langfristig in die Verkapselungsstruktur des Solarmoduls eindiffundiert, in Richtung der Rückseitenmetallelektrodenstruktur. An der versinterten Metallstruktur würde dies zu Korrosionseffekten führen, die die Querleitfähigkeit der Rückseitenmetallelektrodenstruktur signifikant verschlechtert.
In einer bevorzugten Ausführungsform weist die Rückseitenverkapselungsstruktur ein Rückseitenverkapselungselement und ein Einbettungspolymer auf, das zwischen dem Rückseitenverkapselungselement und der Schutzschicht angeordnet ist und das ausgewählt ist aus der Gruppe, bestehend aus Ethylenvinylacetat, Silikongummi, Polyvinylbutyral, Polyurethan oder Polyacrylat. Das Einbettungspolymer ist bevorzugt derart ausgewählt, dass es an dem eingesetzten Material der Schutzschicht gut haftet. Als Rückseitenverkapselungselement wird ein Glas oder eine Kunststofffolie eingesetzt. Ein Beispiel für eine Kunststofffolie ist eine Rückseitenfolie aus TEDLAR^® (eingetragenes Markenzeichen der DuPont, Wilmington, USA). Alternativ kann Polyethylenterephthalat als Kunststofffolie eingesetzt werden. Das Material der Rückseitenverkapselungsstruktur kann gleich oder verschieden zu dem Material der Frontseitenverkapselungsschicht sein. Die Frontseitenverkapselungsschicht kann eine oder mehrere Lagen umfassen. Beispielsweise umfasst die Frontseitenverkapselungsschicht eine Lage aus Ethylenvinylacetat und eine Glaslage.
Weiterhin betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur Herstellung einer Halbleiterwafer-Solarzelle, aufweisend folgende Schritte:

– Bereitstellung einer Halbleiterwafer-Solarzelle, aufweisend: einen Halbleiterwafer aus einem Halbleitermaterial mit einer für den Lichteinfall vorgesehenen Frontseite und einer Rückseite mit einer Rückseitenoberfläche, die mittels einer dielektrischen Passivierungsschicht oberflächenpassiviert ist, wobei auf der Passivierungsschicht eine versinterte Metallpartikel umfassende Rückseitenmetallelektrodenstruktur angeordnet ist und die Rückseitenmetallelektrodenstruktur das Halbleitermaterial des Halbleiterwafers über eine Vielzahl lokaler Kontaktbereiche elektrisch kontaktiert, wobei die Kontaktbereiche als Öffnungen der Passivierungsschicht ausgebildet sind und insgesamt eine elektrische Kontaktfläche von weniger als 5%, bevorzugt von weniger als 2%, der Rückseitenoberfläche einnehmen, und
– Aufbringen einer Schutzschicht auf der Rückseitenmetallelektrodenstruktur.

In dem Verfahren wird vorzugsweise eine Halbleiterwafer-Solarzelle bereitgestellt, die einen Halbleiterwafer, eine Passivierungsschicht und eine Rückseitenmetallelektrodenstruktur aufweist, die den Halbleiterwafer elektrisch kontaktiert. Solch eine Halbleiterwafer-Solarzelle wird beispielsweise erhalten, wenn auf einen Halbleiterwafer eine Passivierungsschicht abgeschieden und dann auf die Passivierungsschicht eine Metallpaste aufgebracht wird und das ganze gefeuert wird und nach dem Feuern der Elektrodenstruktur mit Hilfe eines Lasers elektrische Kontaktbereiche in dieses Schichtpaket „hineingeschossen“ werden, so dass die Rückseitenmetallelektrodenstruktur durch die Passivierungsschicht hindurch in elektrischen Kontakt mit der Halbleiterstruktur des Wafers gelangt. Mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens wird eine mit einer Schutzschicht versehene Halbleiterwafer-Solarzelle erhalten, die in der Lage ist, mit einem Rückseitenverkapselungsmaterial zur Herstellung eines Solarmoduls einen besonders guten langzeitstabilen Verbund zu bilden.
Vorzugsweise wird der Schritt Aufbringen der Schutzschicht auf die Rückseitenmetallelektrodenstruktur mittels Aufdrucken, Aufspritzen, Spin-Coating, Eintauchen oder Auflegen einer Folie durchgeführt. Die Wahl zwischen den aufgezählten Alternativen wird von dem Fachmann in Abhängigkeit des eingesetzten Materials der Schutzschicht durchgeführt. Das Material der Schutzschicht kann in Form eine Paste, Tinte, Lösung oder Folie auf die Rückseitenmetallelektrodenstruktur oder im Falle eines Schutzschichtstapels auf eine bereits vorhandene Schutzschicht des Stapels aufgetragen werden. Als Materialien kommen alle vorangehend im Zusammenhang mit dem Aufbau der Solarzelle genannten Polymere oder deren monomere Ausgangsstoffe in Betracht. Um an dieser Stelle auf Wiederholungen zu verzichten, wird für die Durchführung des Verfahrens ausdrücklich auf die übrigen vorangehend genannten Parameter betreffend Zusammensetzung und Eigenschaften der Schutzschicht Bezug genommen.
In einer bevorzugten Ausführungsform wird im Anschluss an das Aufbringen der Schutzschicht auf der Rückseitenmetallelektrodenstruktur die Schutzschicht der Schritt Aushärten der Schutzschicht durchgeführt. Dieser Schritt wird ausgeführt, wenn die Schutzschicht ein aushärtbares Material aufweist.
Das Aushärten wird bevorzugt durch Bestrahlung mit IR- und/oder UV-Licht durchgeführt. Alternativ kann dem zu härtendem Material der Schutzschicht auch ein Härter zugesetzt werden.
Weitere Vorteile und Eigenschaften der Halbleiterwafer-Solarzelle werden anhand der nachfolgend beschriebenen bevorzugten Ausführungsformen erläutert.
Es zeigt:
1 schematisch eine Teilquerschnittansicht einer erfindungsgemäßen Halbleiterwafer-Solarzelle; und
2 schematisch ein Verfahren zur Herstellung der erfindungsgemäßen Halbleiterwafer-Solarzelle.
1 zeigt schematisch eine Teilquerschnittansicht einer erfindungsgemäßen Halbleiterwafer-Solarzelle 10 im Bereich ihrer Rückseite. Die Frontseite 11 stellt die lichteinfallende Seite der Halbleiterwafer-Solarzelle 10 dar. Dort können weitere Schichten wie beispielsweise hier nicht dargestellte Frontelektrodenstrukturen und Antireflexschichten angeordnet sein. Die Halbleiterwafer-Solarzelle 10 weist einen Halbleiterwafer 12, eine auf dem Halbleiterwafer 12 angeordnete Passivierungsschicht 14, eine auf der Passivierungsschicht 14 angeordnete Rückseitenmetallelektrodenstruktur 16 und eine auf der Rückseitenmetallelektrodenstruktur 16 angeordnete Schutzschicht 18 auf. Die Rückseitenmetallelektrodenstruktur 16 kontaktiert das Halbleitermaterial des Halbleiterwafers 12 über eine Vielzahl lokaler Kontaktbereiche 19 (von denen in 1 zwei exemplarisch und schematisch, d.h. nicht dimensionsgerecht, gezeigt sind) elektrisch, wobei die Kontaktbereiche 19 als Öffnungen der Passivierungsschicht 14 ausgebildet sind. Die elektrische Kontaktfläche nimmt weniger als 5% der Rückseitenoberfläche ein. Die Schutzschicht 18 liegt als Schicht auf der Rückseitenmetallelektrodenstruktur 16 derart auf, dass sie diese bedeckt. Ausnahmen der Bedeckung stellen sich in der Rückseitenmetallelektrodenstruktur 16 befindende Zellverbinder-Kontaktabschnitte (nicht gezeigt) dar, die zur Verschaltung der Halbleiterwafer-Solarzelle 10 mit weiteren Halbleiterwafer-Solarzellen dienen. Aufgrund der porösen Struktur der Rückseitenmetallelektrodenstruktur 16 kann Material der Schutzschicht 18 in die Rückseitenmetallelektrodenstruktur 16 zumindest teilweise eindringen. Ob und inwieweit dieser Effekt auftritt hängt jedoch von der Wahl des Materials für die Schutzschicht 18 und den gewählten Parametern für die Laminierung des Solarmoduls ab. Neben oder zusätzlich zu dem Schutzeffekt kann die Schutzschicht 18 auch zur Stabilisierung der Solarzelle 10 dienen. Dies ist insbesondere vorteilhaft, wenn der Halbleiterwafer 12 dünn ist, d.h. seine Dicke im Bereich von 50 bis 300 µm, bevorzugt 100 bis 200 µm liegt.
2 zeigt schematisch ein Verfahren zur Herstellung der in 1 gezeigten Halbleiterwafer-Solarzelle. Das erfindungsgemäße Verfahren weist die Schritte Bereitstellen einer Halbleiterwafer-Solarzelle 20 und Aufbringen einer Schutzschicht 22 auf. Die in Schritt 20 bereitgestellte Halbleiterwafer-Solarzelle weist einen Halbleiterwafer, eine darauf angeordnete Passivierungsschicht und eine auf der Passivierungsschicht angeordnete Rückseitenmetallelektrodenstruktur auf. Durch in der Passivierungsschicht angeordnete Kontaktbereiche kontaktiert die Rückseitenmetallelektrodenstruktur den Halbleiterwafer elektrisch. In Schritt 22 wird eine Schutzschicht auf die Rückseitenmetallelektrodenstruktur der bereitgestellten Halbleiterwafer-Solarzelle aufgebracht. Vorzugsweise wird die Schutzschicht derart auf die Rückseitenmetallelektrodenstruktur aufgebracht, dass in der Rückseitenmetallelektrodenstruktur befindende Zellverbinder-Kontaktabschnitte wie beispielsweise Busbars oder Lötpads ausgespart werden, damit die Zellverbinder-Kontaktabschnitte zum Verlöten mit anderen Halbleierwafer-Solarzellen freiliegen. Das Aufbringen der Schutzschicht kann mittels Aufdrucken, Aufspritzen, Spin-Coating, Eintauchen oder Auflegen einer Folie durchgeführt werden. Im Anschluss an das Aufbringen der Schutzschicht auf die Halbleiterwafer-Solarzelle wird die Schutzschicht, wenn erforderlich, ausgehärtet. Das Aushärten kann beispielsweise mittels Bestrahlung mit IR- und/oder UV-Strahlung durchgeführt werden und wird geeignet in Abhängigkeit des eingesetzten Schutzschichtmaterials ausgewählt.
Bezugszeichenliste

10: Halbleiterwafer-Solarzelle
11: Frontseite
12: Halbleiterwafer
14: Passivierungsschicht
16: Rückseitenmetallelektrodenstruktur
18: Schutzschicht
19: Kontaktbereiche
20: Bereitstellen einer Solarzelle
22: Aufbringen einer Schutzschicht

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Nicht-Patentliteratur

DIN 53752:1980 [0014]
DIN 51045-2:2007 [0014]
ISO 11359-(1–3) [0014]

Claims

Halbleiterwafer-Solarzelle (10) mit oberflächenpassivierter Rückseite, aufweisend: einen Halbleiterwafer (12) aus einem Halbleitermaterial mit • einer für den Lichteinfall vorgesehenen Frontseite (11) und • einer Rückseite mit einer Rückseitenoberfläche, die mittels einer dielektrischen Passivierungsschicht (14) oberflächenpassiviert ist, wobei auf der Passivierungsschicht (14) eine versinterte Metallpartikel umfassende Rückseitenmetallelektrodenstruktur (16) angeordnet ist und die Rückseitenmetallelektrodenstruktur (16) das Halbleitermaterial des Halbleiterwafers (12) über eine Vielzahl lokaler Kontaktbereiche (19) elektrisch kontaktiert, wobei die Kontaktbereiche (19) als Öffnungen der Passivierungsschicht ausgebildet sind und insgesamt eine elektrische Kontaktfläche von weniger als 5%, bevorzugt von weniger als 2%, der Rückseitenoberfläche einnehmen, dadurch gekennzeichnet, dass auf der Rückseitenmetallelektrodenstruktur (16) eine Schutzschicht (18) angeordnet ist.
Halbleiterwafer-Solarzelle (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Schutzschicht (18) eine Dicke in dem Bereich von 2 bis 20 µm, bevorzugt 5 bis 10 µm, aufweist.
Halbleiterwafer-Solarzelle (10) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der thermische Ausdehnungskoeffizient der Schutzschicht (18) in dem gleichen Bereich wie der thermische Ausdehnungskoeffizient der Rückseitenmetallelektrodenstruktur (16), bevorzugt in dem Bereich von 2 bis 20·10^–6/K, bevorzugter 5 bis 15·10^–6/K, liegt.
Halbleiterwafer-Solarzelle (10) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schutzschicht (18) als Schichtstapel aufgebaut ist.
Halbleiterwafer-Solarzelle (10) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schutzschicht (18) ein Material umfasst, das ausgewählt ist aus der Gruppe, bestehend aus Duroplast, Polyamid, Polyphthalamid, Polyester, Polycarbonat, Polyvinylchlorid, Polyetherimid, Polyphenylensulfid, Polyetherketon, Polyimid und deren Kombinationen.
Halbleiterwafer-Solarzelle (10) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schutzschicht (18) ein Material umfasst, das ausgewählt ist aus der Gruppe, bestehend aus Polyethylenterephthalat, Polyamid 6 und deren Kombinationen.
Halbleiterwafer-Solarzelle (10) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schutzschicht (18) Glasfasern und/oder Kohlefasern enthält.
Halbleiterwafer-Solarzelle (10) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Anteil an Glasfasern und/oder Kohlefasern bis zu 80 % Volumenanteil, bevorzugt 30 bis 60 % Volumenanteil, beträgt, bezogen auf das gesamte Material der Schutzschicht (18).
Halbleiterwafer-Solarzelle (10) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schutzschicht (18) ausgehärtetes Polymer aufweist.
Halbleiterwafer-Solarzelle (10) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Rückseitenmetallelektrodenstruktur (16) Zellverbinder-Kontaktabschnitte aufweist und die Schutzschicht (18) die Zellverbinder-Kontaktabschnitte ausspart.
Solarmodul, aufweisend eine Frontseitenverkapselungsschicht, eine Mehrzahl elektrisch miteinander verschalteter Halbleiterwafer-Solarzellen gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9 und eine Rückseitenverkapselungsstruktur.
Solarmodul nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Rückseitenverkapselungsstruktur ein Rückseitenverkapselungselement und ein Einbettungspolymer aufweist, das zwischen dem Rückseitenverkapselungselement und der Schutzschicht angeordnet ist und das ausgewählt ist aus der Gruppe, bestehend aus Ethylenvinylacetat, Silikongummi, Polyvinylbutyral, Polyurethan oder Polyacrylat.
Verfahren zur Herstellung einer Halbleiterwafer-Solarzelle (10), aufweisend folgende Schritte: ● Bereitstellung (20) einer Halbleiterwafer-Solarzelle, aufweisend: einen Halbleiterwafer (12) aus einem Halbleitermaterial mit einer für den Lichteinfall vorgesehenen Frontseite (11) und einer Rückseite mit einer Rückseitenoberfläche, die mittels einer dielektrischen Passivierungsschicht (14) oberflächenpassiviert ist, wobei auf der Passivierungsschicht (14) eine versinterte Metallpartikel umfassende Rückseitenmetallelektrodenstruktur (16) angeordnet ist und die Rückseitenmetallelektrodenstruktur (16) das Halbleitermaterial des Halbleiterwafers (12) über eine Vielzahl lokaler Kontaktbereiche (19) elektrisch kontaktiert, wobei die Kontaktbereiche (19) als Öffnungen der Passivierungsschicht (14) ausgebildet sind und insgesamt eine elektrische Kontaktfläche von weniger als 5%, bevorzugt von weniger als 2%, der Rückseitenoberfläche einnehmen, und • Aufbringen (22) einer Schutzschicht (18) auf der Rückseitenmetallelektrodenstruktur (16).
Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Aufbringen (22) der Schutzschicht (18) mittels Aufdrucken, Aufspritzen, Eintauchen, Spin-Coating oder Auflegen einer Folie durchgeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 12 oder Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass im Anschluss an das Aufbringen (22) der Schutzschicht (18) auf die Rückseitenmetallelektrodenstruktur (16) der Schritt Aushärten der Schutzschicht (18) durchgeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass das Aushärten durch Bestrahlung mit IR- und/oder UV-Licht durchgeführt wird.