DE102012107026A1 - Solarzelle und Verfahren zum Herstellen einer Solarzelle - Google Patents

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Abstract

In verschiedenen Ausführungsbeispielen wird eine Solarzelle (100) bereitgestellt, aufweisend: ein Substrat (102) mit einem ersten Bereich und einem zweiten Bereich, wobei der erste Bereich mindestens eine erste elektrische Leitfähigkeit aufweist und der zweite Bereich mindestens eine zweite elektrische Leitfähigkeit aufweist, die größer ist als die erste elektrische Leitfähigkeit; und eine Rückseitenpassivierung (114) auf der Rückseite des Substrats (102); sowie eine Rückseitenkontakt-Struktur auf der Rückseite des Substrats (102), wobei die Rückseitenkontakt-Struktur eine Vielzahl von Rückseitenkontakten (116, 118, 120, 122, 124) aufweist; wobei zwei Rückseitenkontakte (116, 118, 120, 122, 124) in einem ersten Abstand (126, 128, 130, 132) zueinander in dem ersten Bereich angeordnet sind; wobei zwei weitere Rückseitenkontakte (116, 118, 120, 122, 124) in einem zweiten Abstand (126, 128, 130, 132) zueinander in dem zweiten Bereich angeordnet sind; wobei der zweite Abstand (126, 128, 130, 132) größer ist als der erste Abstand (126, 128, 130, 132).

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Solarzelle und ein Verfahren zum Herstellen einer Solarzelle.
  • Bei Solarzellen-Wafern aus quasi-mono (quasi monokristallinem) Silizium tritt üblicherweise ein linearer Gradient der Dotierstoff-Konzentration auf, wenn diese senkrecht aus einem Siliziumblock gesägt werden. Dies führt dazu, dass sich der spezifische Widerstand entlang der Oberfläche des Wafers ändert. Das Problem tritt vor allem bei n-Typ Wafern auf und bei p-Typ-Wafern, die auf einem so genannten UMG-Rohstoff (UMG: Upgraded metallurgical-grade; Deutsch: aufgewerteter metallurgischer Grad) basieren und deshalb üblicherweise auch Phosphor enthalten.
  • Weiterhin ist eine so genannte PERC-Solarzelle (PERC: passivated emitter and rearside solar cell; Deutsch: Solarzelle mit passiviertem Emitter und passivierter Rückseite) bekannt. Bei einer solchen Solarzelle sind sowohl der Emitter auf der Vorderseite als auch die Basis auf der Rückseite der Solarzelle größtenteils durch dielektrische Schichten passiviert. Die üblicherweise ganzflächig mittels Siebdruck-Technologie aufgebrachte Metallpaste beispielsweise aus Aluminium kann die Basis nur lokal in solchen Gebieten kontaktieren, in denen die dielektrischen Schichten zuvor entfernt wurden. Üblicherweise befindet sich auf der Vorderseite einer solchen Solarzelle ein Emitter, der mittels einer metallhaltigen Siebdruckpaste kontaktiert wird.
  • In verschiedenen Ausführungsformen werden Serienwiderstands-Verluste, die auf der Rückseite einer PERC-Solarzelle, bei welcher der spezifische Materialwiderstand über die Waferfläche hinweg variiert, entstehen, reduziert oder vermieden.
  • In verschiedenen Ausführungsbeispielen wird eine Solarzelle bereitgestellt, aufweisend: ein Substrat mit einem ersten Bereich und einem zweiten Bereich, wobei der erste Bereich mindestens eine erste elektrische Leitfähigkeit aufweist und der zweite Bereich mindestens eine zweite elektrische Leitfähigkeit aufweist, die größer ist als die erste elektrische Leitfähigkeit; und eine Rückseitenpassivierung auf der Rückseite des Substrats; sowie eine Rückseitenkontakt-Struktur auf der Rückseite des Substrats, wobei die Rückseitenkontakt-Struktur eine Vielzahl von Rückseitenkontakten aufweist; wobei zwei Rückseitenkontakte in einem ersten Abstand zueinander in dem ersten Bereich angeordnet sind; wobei zwei weitere Rückseitenkontakte in einem zweiten Abstand zueinander in dem zweiten Bereich angeordnet sind; wobei der zweite Abstand größer ist als der erste Abstand.
  • Anschaulich werden Widerstandsverluste auf der Rückseite einer PERC-Solarzelle aus quasi-monokristallinem Silizium reduziert, indem beispielsweise die Abstände von Rückseitenkontakten entlang der Waferrückseite variieren, beispielsweise abhängig von der elektrischen Leitfähigkeit des Wafers, beispielsweise des Basisbereichs der Solarzelle. Anschaulich wurde erkannt, dass bei einer Solarzelle aus quasi-monokristallinem Silizium die elektrische Leitfähigkeit entlang des Substrats (beispielsweise bei einem senkrecht gesägten Wafer aus einem Waferblock, beispielsweise bei einem Wafer, mit einer {100}-Kristallorientierung) variiert. Diese Erkenntnis wurde ferner in verschiedenen Ausführungsformen ausgenutzt, um davon abhängig die Abstände von Rückseitenkontakten zu variieren, beispielsweise derart, dass, je höher die elektrische Leitfähigkeit des Substrats oder Wafers in einem Rückseitenbereich ist, desto größer der Abstand zwischen zwei Rückseitenkontakten gewählt werden kann. Umgekehrt können die Rückseitenkontakte derart angeordnet werden, dass, je geringer die elektrische Leitfähigkeit des Substrats oder Wafers in einem Rückseitenbereich ist, desto geringer der Abstand zwischen zwei Rückseitenkontakten gewählt werden sollte. Anders ausgedrückt wird in verschiedenen Ausführungsformen anschaulich eine quasi-mono PERC-Solarzelle mit variablem Rückkontakt-Pitch bereitgestellt.
  • In einer Ausgestaltung kann das Substrat eine {100}-Kristallorientierung aufweisen. So kann beispielsweise das Substrat ein quasi-monokristalliner Wafer sein.
  • In noch einer Ausgestaltung kann das Substrat ein Dotierprofil aufweisen, das sich entlang der Substratrückseiten-Oberfläche verändert. Beispielsweise kann das Dotierprofil von einer Kante des Substrats zu einer gegenüberliegenden Kante des Substrats entlang der Substratrückseiten-Oberfläche monoton steigen oder fallen, beispielsweise streng monoton steigen oder fallen.
  • In noch einer Ausgestaltung kann die Rückseitenpassivierung eine Vielzahl von Öffnungen aufweisen; wobei ein jeweiliger Rückseitenkontakt in einer jeweiligen Öffnung der Rückseitenpassivierung vorgesehen ist derart, dass der jeweilige Rückseitenkontakt die Rückseite des Substrats elektrisch kontaktiert.
  • In noch einer Ausgestaltung können die Rückseitenkontakte zumindest teilweise linienförmig und/oder zumindest teilweise punktförmig ausgebildet sein. Allgemein könnten die Rückseitenkontakte jedoch eine beliebige Form aufweisen, so können sie beispielsweise auch mäanderförmig, wellenlinienförmig oder teilweise linienförmig, unterbrochen von Punktkontakten ausgebildet sein, alternativ mit mehreren in einem Winkel oder in mehreren Winkeln zueinander angeordneten Liniensegmenten. Die Rückseitenkontakte können parallel oder teilweise parallel zueinander verlaufen, sie können jedoch auch in einem Winkel zueinander verlaufen, beispielsweise sternförmig ausgehend von einem vorgebbaren Bereich auf der Solarzellen-Rückseite. Ferner können die Rückseitenkontakte auch ringförmig oder bogenförmig verlaufen, beispielsweise können die Rückseitenkontakte mehrere Ringstrukturen aufweisen, die nebeneinander und/oder konzentrisch zueinander angeordnet sind. Weiterhin können die linienförmigen Rückseitenkontakte geradlinig oder bogenförmig auf der Solarzellen-Rückseite angeordnet sein.
  • In noch einer Ausgestaltung kann das Substrat mit p-Dotieratomen (beispielsweise Bor (B) oder Gallium (Ga) oder Aluminium (Al)) oder mit n-Dotieratomen (beispielsweise Phosphor (P) oder Arsen (As)) dotiert sein.
  • In noch einer Ausgestaltung kann die Rückseitenkontakt-Struktur Laser-gefeuerte Rückseitenkontakte aufweisen.
  • In noch einer Ausgestaltung kann die Passivierungsschicht Laser-ablatierte Bereiche aufweisen, in denen die Kontaktstruktur angeordnet ist.
  • In noch einer Ausgestaltung kann das Substrat einen dritten Bereich aufweisen, wobei der dritte Bereich mindestens eine dritte elektrische Leitfähigkeit aufweist, die größer ist als die zweite elektrische Leitfähigkeit. Ferner können zwei weitere Rückseitenkontakte in einem dritten Abstand zueinander in dem dritten Bereich angeordnet sein; wobei der dritte Abstand größer ist als der zweite Abstand. Weiterhin können noch weitere Bereiche in dem Substrat enthalten sein mit jeweils größerer elektrischer Leitfähigkeit, wobei jeweilige zusätzliche Rückseitenkontakte in einem jeweiligen Abstand zueinander in den Bereichen angeordnet sein können in einem jeweils ansteigenden Abstand zueinander.
  • Es ist darauf hinzuweisen, dass in verschiedenen Ausführungsformen die jeweiligen Bereiche fließend ineinander übergehen können, so dass eine (quasi-)kontinuierliche Veränderung der elektrischen Leitfähigkeit des Substrats vorhanden ist, und die Rückseitenkontakte dieser Variation in der elektrischen Leitfähigkeit durch einen variierten Abstand der Rückseitenkontakte zueinander Rechnung tragen.
  • In noch einer Ausgestaltung kann die Rückseitenpassivierung ein elektrisch isolierendes Material aufweisen, beispielsweise Nitrid und/oder Oxid, wobei das Nitrid Siliziumnitrid aufweisen kann; und/oder wobei das Oxid Siliziumoxid aufweisen kann und/oder wobei das isolierende Material Siliziumoxynitrid aufweisen kann und/oder wobei das isolierende Material Aluminiumoxid aufweisen kann.
  • In noch einer Ausgestaltung kann die Rückseitenkontakt-Struktur Metall, beispielsweise Aluminium oder Silber, aufweisen.
  • In verschiedenen Ausführungsformen wird ein Verfahren zum Herstellen einer Solarzelle bereitgestellt. Das Verfahren kann aufweisen ein Ermitteln einer ersten elektrischen Leitfähigkeit in einem ersten Bereich eines Substrats; ein Ermitteln einer zweiten elektrischen Leitfähigkeit in einem zweiten Bereich des Substrats, wobei die zweite elektrische Leitfähigkeit größer ist als die erste elektrische Leitfähigkeit; ein Bilden einer Rückseitenpassivierung auf der Rückseite des Substrats; ein Bilden einer Rückseitenkontakt-Struktur auf der Rückseite des Substrats, wobei die Rückseitenkontakt-Struktur eine Vielzahl von Rückseitenkontakten aufweist, die voneinander mittels der Rückseitenpassivierung getrennt sind, wobei Abstände der Rückseitenkontakte voneinander bestimmt werden abhängig von der ersten elektrischen Leitfähigkeit und der zweiten elektrischen Leitfähigkeit.
  • In einer Ausgestaltung kann das Substrat eine {100}-Kristallorientierung aufweisen. Beispielsweise kann das Substrat ein quasi-monokristallines Substrat sein, beispielsweise ein quasi-monokristallines Silizium-Substrat.
  • In noch einer Ausgestaltung kann in der Rückseitenpassivierung eine Vielzahl von Öffnungen gebildet werden; wobei ein jeweiliger Rückseitenkontakt in einer jeweiligen Öffnung der Rückseitenpassivierung gebildet wird derart, dass der jeweilige Rückseitenkontakt die Rückseite des Substrats elektrisch kontaktiert.
  • In noch einer Ausgestaltung können die Rückseitenkontakte als Laser-gefeuerte Rückseitenkontakte gebildet werden.
  • In noch einer Ausgestaltung kann die Passivierungsschicht mittels Laser-Ablation strukturiert werden.
  • In noch einer Ausgestaltung kann das Substrat mit einem Dotierprofil dotiert werden, das sich entlang der Substratrückseiten-Oberfläche verändert. So kann das Dotierprofil derart gebildet werden, dass es von einer Kante des Substrats zu einer gegenüberliegenden Kante des Substrats entlang der Substratrückseiten-Oberfläche monoton steigt oder fällt, beispielsweise streng monoton steigt oder fällt.
  • In noch einer Ausgestaltung kann das Substrat mit p-Dotieratomen (beispielsweise Bor (B) oder Gallium (Ga) oder Aluminium (Al)) oder mit n-Dotieratomen (beispielsweise Phosphor (P) oder Arsen (As)) dotiert werden.
  • In noch einer Ausgestaltung kann in der Rückseitenpassivierung eine Vielzahl von Öffnungen gebildet werden; wobei ein jeweiliger Rückseitenkontakt in einer jeweiligen Öffnung der Rückseitenpassivierung gebildet wird derart, dass der jeweilige Rückseitenkontakt die Rückseite des Substrats elektrisch kontaktiert.
  • In noch einer Ausgestaltung kann die Rückseitenpassivierung ein elektrisch isolierendes Material aufweisen, beispielsweise Nitrid und/oder Oxid, wobei das Nitrid Siliziumnitrid aufweisen kann; und/oder wobei das Oxid Siliziumoxid aufweisen kann und/oder wobei das isolierende Material Siliziumoxynitrid aufweisen kann und/oder wobei das isolierende Material Aluminiumoxid aufweisen kann.
  • In noch einer Ausgestaltung kann die Rückseitenkontakt-Struktur Metall, beispielsweise Aluminium oder Silber, aufweisen.
  • In noch einer Ausgestaltung können die Rückseitenkontakte zumindest teilweise linienförmig und/oder zumindest teilweise punktförmig ausgebildet sein. Allgemein könnten die Rückseitenkontakte jedoch eine beliebige Form aufweise, so können sie beispielsweise auch mäanderförmig, wellenlinienförmig oder teilweise linienförmig, unterbrochen von Punktkontakten ausgebildet sein, alternativ mit mehreren in einem Winkel oder in mehreren Winkeln zueinander angeordneten Liniensegmenten. Die Rückseitenkontakte können parallel oder teilweise parallel zueinander verlaufen, sie können jedoch auch in einem Winkel zueinander verlaufen, beispielsweise sternförmig ausgehend von einem vorgebbaren Bereich auf der Solarzellen-Rückseite. Ferner können die Rückseitenkontakte auch ringförmig verlaufen, beispielsweise können die Rückseitenkontakte mehrere Ringstrukturen aufweisen, die nebeneinander und/oder konzentrisch zueinander angeordnet sind. Weiterhin können die linienförmigen Rückseitenkontakte geradlinig oder bogenförmig auf der Solarzellen-Rückseite angeordnet sein.
  • Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Figuren dargestellt und werden im Folgenden näher erläutert.
  • Es zeigen
  • 1 eine Querschnittansicht einer Solarzelle gemäß verschiedenen Ausführungsbeispielen;
  • 2 ein Diagramm, in dem der spezifische elektrische Widerstand dargestellt ist abhängig von dem Ort innerhalb des Substrats;
  • 3 ein Diagramm, in dem die Nettodotierung gegen die Ingothöhe dargestellt ist, bei einem Ingot, der mittels Nachdosierung des Dotierstoffs während der Kristallisationsphase hergestellt wurde;
  • 4 eine Ansicht von unten auf die Rückseite auf die Solarzelle gemäß verschiedenen Ausführungsbeispielen;
  • 5 eine Ansicht von unten auf die Rückseite auf die Solarzelle gemäß verschiedenen Ausführungsbeispielen;
  • 6 eine Ansicht von unten auf die Rückseite auf die Solarzelle gemäß verschiedenen Ausführungsbeispielen;
  • 7 eine Ansicht von unten auf die Rückseite auf die Solarzelle gemäß verschiedenen Ausführungsbeispielen;
  • 8 eine Ansicht von unten auf die Rückseite auf die Solarzelle gemäß verschiedenen Ausführungsbeispielen;
  • 9 eine Ansicht von unten auf die Rückseite auf die Solarzelle gemäß verschiedenen Ausführungsbeispielen; und
  • 10 ein Ablaufdiagramm, in dem ein Verfahren zum Herstellen einer Solarzelle gemäß verschiedenen Ausführungsbeispielen dargestellt ist.
  • In der folgenden ausführlichen Beschreibung wird auf die beigefügten Zeichnungen Bezug genommen, die Teil dieser bilden und in denen zur Veranschaulichung spezifische Ausführungsformen gezeigt sind, in denen die Erfindung ausgeübt werden kann. In dieser Hinsicht wird Richtungsterminologie wie etwa „oben”, „unten”, „vorne”, „hinten”, „vorderes”, „hinteres”, usw. mit Bezug auf die Orientierung der beschriebenen Figur(en) verwendet. Da Komponenten von Ausführungsformen in einer Anzahl verschiedener Orientierungen positioniert werden können, dient die Richtungsterminologie zur Veranschaulichung und ist auf keinerlei Weise einschränkend. Es versteht sich, dass andere Ausführungsformen benutzt und strukturelle oder logische Änderungen vorgenommen werden können, ohne von dem Schutzumfang der vorliegenden Erfindung abzuweichen. Es versteht sich, dass die Merkmale der hierin beschriebenen verschiedenen beispielhaften Ausführungsformen miteinander kombiniert werden können, sofern nicht spezifisch anders angegeben. Die folgende ausführliche Beschreibung ist deshalb nicht in einschränkendem Sinne aufzufassen, und der Schutzumfang der vorliegenden Erfindung wird durch die angefügten Ansprüche definiert.
  • Im Rahmen dieser Beschreibung werden die Begriffe ”verbunden”, ”angeschlossen” sowie ”gekoppelt” verwendet zum Beschreiben sowohl einer direkten als auch einer indirekten Verbindung, eines direkten oder indirekten Anschlusses sowie einer direkten oder indirekten Kopplung. In den Figuren werden identische oder ähnliche Elemente mit identischen Bezugszeichen versehen, soweit dies zweckmäßig ist.
  • In verschiedenen Ausführungsbeispielen wird beispielsweise bei senkrecht gesägten Solarzellen-Wafern, beispielsweise bei senkrecht gesägten Quasi-Mono-Solarzellen-Wafern (beispielsweise n-dotiert oder p-dotiert) eine Reduktion der Widerstandsverluste auf der Rückseite der aus solchen Wafern gebildeten Solarzellen erreicht.
  • Wie im Folgenden noch näher erläutert wird, wird dies in verschiedenen Ausführungsbeispielen erreicht beispielsweise durch eine Variation des Abstandes (beispielsweise des so genannten Pitches (Mitte-zu-Mitte-Abstand)) der lokalen Rückseitenkontakte voneinander über der Waferfläche entsprechend dem jeweiligen lokalen Wert des spezifischen Widerstands.
  • 1 zeigt eine Querschnittansicht einer Solarzelle 100 gemäß verschiedenen Ausführungsbeispielen.
  • In verschiedenen Ausführungsbeispielen wird unter einer Solarzelle eine Einrichtung verstanden, die Strahlungsenergie von überwiegend sichtbarem Licht (beispielsweise zumindest ein Teil des Lichts im sichtbaren Wellenlängenbereich von ungefähr 300 nm bis ungefähr 1150 nm; es ist anzumerken, dass zusätzlich auch Ultraviolett(UV)-Strahlung und/oder Infrarot(IR)-Strahlung umgewandelt werden kann), beispielsweise von Sonnenlicht, direkt in elektrische Energie umwandelt mittels des so genannten photovoltaischen Effekts.
  • In verschiedenen Ausführungsbeispielen wird unter einem Solarmodul eine elektrisch anschlussfähige Einrichtung verstanden mit mehreren Solarzellen (die miteinander in Serie und/oder parallel verschaltet sind), und optional mit einem Witterungsschutz (beispielsweise Glas), einer Einbettung und einer Rahmung.
  • Die Solarzelle 100 kann einen homogenen Emitter aufweisen oder einen selektiven Emitter.
  • In verschiedenen Ausführungsbeispielen wird eine Solarzelle bereitgestellt, die auf ihrer Vorderseite (auch bezeichnet als Sonnenseite) einen homogenen Emitter oder selektiven Emitter aufweist, der mit einem Frontkontakt versehen ist, der die Aufgabe eines Metallisierungsnetzes einer Solarzelle übernimmt und die (von der Solarzelle erzeugten) elektrischen Ladungsträger einsammelt.
  • 1 zeigt ein Ausgangssubstrat dargestellt, beispielsweise in Form eines Wafers, der, wie an sich üblich, bis zur Phosphordiffusion prozessiert wurde. Dies bedeutet, dass der Wafer ein Substrat 102 aufweist.
  • Das Substrat 102 kann aufweisen oder bestehen aus mindestens einer Photovoltaikschicht. Alternativ kann mindestens eine Photovoltaikschicht auf oder über dem Substrat 102 angeordnet sein. Die Photovoltaikschicht kann aufweisen oder bestehen aus Halbleitermaterial (wie beispielsweise Silizium), einem Verbundhalbleitermaterial (wie beispielsweise einem III-V-Verbundhalbleitermaterial (wie beispielsweise GaAs), einem II-VI-Verbundhalbleitermaterial (wie beispielsweise CdTe), einem I-III-V-Verbundhalbleitermaterial (wie beispielsweise Kupfer-Indium-Disulfid)). In verschiedenen Ausführungsbeispielen kann das Silizium aufweisen oder bestehen aus so genanntem blockgegossenem quasi-monokristallinem Silizium (im Folgenden auch bezeichnet als quasi-mono Silizium). In verschiedenen Ausführungsbeispielen kann die Photovoltaikschicht aufweisen oder bestehen aus einer Halbleiter-Übergangsstruktur wie beispielsweise einer pn-Übergangsstruktur, einer pin-Übergangsstruktur, einer Schottky-artigen Übergangsstruktur, und dergleichen. Das Substrat 102 und/oder die Photovoltaikschicht können/kann mit einer Grunddotierung eines ersten Leitungstyps versehen werden.
  • Bei Wafern aus quasi-mono Silizium tritt ein (beispielsweise linearer) Gradient der Dotierstoff-Konzentration auf, wenn diese senkrecht, d. h. parallel zur Kristallisationsrichtung, aus einem Siliziumblock gesägt werden. Dies führt dazu, dass sich der spezifische Widerstand entlang der Oberfläche des Wafers ändert. Dies tritt vor allem bei n-Typ Wafern (d. h. bei n-dotierten Wafern) auf und bei p-Typ-Wafern (d. h. bei p-dotierten Wafern) die auf UMG-Rohstoff (UMG: Upgraded metallurgical-grade; Deutsch: aufgewerteter metallurgischer Grad) basieren und deshalb auch Phosphor enthalten.
  • Das Substrat kann in verschiedenen Ausführungsbeispielen ein quasi-mono Silizium-Substrat sein, das beispielsweise n-dotiert sein kann oder p-dotiert (in diesem Fall kann das Substrat auf UMG-Rohstoff basieren.
  • In verschiedenen Ausführungsbeispielen kann die Grunddotierung in dem Solarzellen-Substrat 102 eine Dotierkonzentration (beispielsweise einer Dotierung des ersten Leitungstyps, beispielsweise einer Dotierung mit Bor (B))) aufweisen in einem Bereich von ungefähr 1013 cm–3 bis 1018 cm–3, beispielsweise in einem Bereich von ungefähr 1014 cm–3 bis 1017 cm–3, beispielsweise in einem Bereich von ungefähr 1015 cm–3 bis 2·1016 cm–3.
  • Das Solarzellen-Substrat 102 kann aus einem Solarzellen-Wafer hergestellt werden und kann beispielsweise eine runde Form wie beispielsweise eine Kreisform oder eine Ellipsenform aufweisen oder eine Polygonform wie beispielsweise eine quadratische Form. In verschiedenen Ausführungsbeispielen können die Solarzellen des Solarmoduls jedoch auch eine nicht-quadratische Form aufweisen. In diesen Fällen können die Solarzellen des Solarmoduls beispielsweise durch Trennen (beispielsweise Schneiden) und damit Teilen einer oder mehrerer (in ihrer Form auch als Standard-Solarzelle bezeichneten) Solarzelle(n) zu mehreren nicht-quadratischen oder quadratischen Solarzellen gebildet werden. In verschiedenen Ausführungsbeispielen kann es in diesen Fällen vorgesehen sein, Anpassungen der Kontaktstrukturen in der Standard-Solarzelle vorzunehmen, beispielsweise können Rückseitenquerstrukturen zusätzlich vorgesehen sein.
  • In verschiedenen Ausführungsbeispielen kann die hergestellte Solarzelle die folgenden Dimensionen aufweisen: eine Breite in einem Bereich von ungefähr 5 cm bis ungefähr 50 cm, eine Länge in einem Bereich von ungefähr 5 cm bis ungefähr 50 cm, und eine Dicke in einem Bereich von ungefähr 100 μm bis ungefähr 300 μm.
  • In verschiedenen Ausführungsbeispielen kann, wie oben beschrieben worden ist, ein Basisbereich 104 in der Photovoltaikschicht gebildet werden, beispielsweise dotiert mit Dotierstoff eines ersten Dotierungstyps (auch bezeichnet als erster Leitungstyp), beispielsweise mit Dotierstoff vom p-Dotierungstyp, beispielsweise mit Dotierstoff der III. Hauptgruppe des Periodensystems, beispielsweise mit Bor (B) oder Gallium (Ga).
  • Ferner kann in verschiedenen Ausführungsbeispielen ein Emitterbereich 106 gebildet werden, dotiert mit Dotierstoff eines zweiten Dotierungstyps (auch bezeichnet als zweiter Leitungstyp), wobei der zweite Dotierungstyp entgegengesetzt zum ersten Dotierungstyp ist, beispielsweise mit Dotierstoff vom n-Dotierungstyp, beispielsweise mit Dotierstoff der V. Hauptgruppe des Periodensystems, beispielsweise mit Phosphor (P).
  • Alternativ kann der Basisbereich mit Dotierstoff des zweiten Dotierungstyps, beispielsweise mit Dotierstoff vom n-Dotierungstyp, dotiert sein, beispielsweise mit Dotierstoff der V. Hauptgruppe des Periodensystems, beispielsweise mit Phosphor (P). In diesem Fall kann der Emitterbereich 106 mit Dotierstoff des ersten Dotierungstyps, beispielsweise mit Dotierstoff vom p-Dotierungstyp, dotiert sein, beispielsweise mit Dotierstoff der III. Hauptgruppe des Periodensystems, beispielsweise mit Bor (B).
  • Weiterhin kann in verschiedenen Ausführungsbeispielen optional in dem Emitterbereich 106 ein erster Emitterbereich 108 gebildet werden mit relativ niedriger Dotierstoffkonzentration des Dotierstoffs des zweiten Dotierungstyps und ein zweiter Emitterbereich 110 mit relativ zu der Dotierstoffkonzentration des Dotierstoffs des zweiten Dotierungstyps in dem ersten Emitterbereich 108 erhöhter Dotierstoffkonzentration des Dotierstoffs des zweiten Dotierungstyps. Wie im Folgenden noch näher erläutert wird, werden aus dem zweiten Emitterbereich die Bereiche des selektiven Emitters gebildet. Der Emitterbereich 106 bildet mit dem Basisbereich 104 beispielsweise einen pn-Übergang. In verschiedenen Ausführungsbeispielen ist der zweite Emitterbereich 110 in körperlichem Kontakt zu den Kontaktfingern 112 angeordnet.
  • In verschiedenen Ausführungsbeispielen kann optional eine Antireflektionsschicht (beispielsweise aufweisend oder bestehend aus Siliziumnitrid) auf die freiliegende obere Oberfläche des Emitterbereichs 106, aufgebracht werden).
  • In verschiedenen Ausführungsbeispielen können die Bereiche mit erhöhter Dotierstoffkonzentration dotiert werden mit einem geeigneten Dotierstoff wie beispielsweise Phosphor. In verschiedenen Ausführungsbeispielen kann der zweite Leitungstyp ein p-Leitungstyp sein und der erste Leitungstyp kann ein n-Leitungstyp sein. Alternativ kann in verschiedenen Ausführungsbeispielen der zweite Leitungstyp ein n-Leitungstyp sein und der erste Leitungstyp kann ein p-Leitungstyp sein.
  • In verschiedenen Ausführungsbeispielen können die Bereiche mit erhöhter Dotierstoffkonzentration (d. h. beispielsweise der zweite Emitterbereich 110) hoch dotiert werden mit Dotierstoff zum Dotieren mit dem zweiten Leitungstyp mit einer Oberflächen-Dotierkonzentration in einem Bereich von ungefähr 1018 cm–3 bis ungefähr 1022 cm–3, beispielsweise mit einer Dotierkonzentration in einem Bereich von ungefähr 1019 cm–3 bis ungefähr 1022 cm–3, beispielsweise mit einer Dotierkonzentration in einem Bereich von ungefähr 1020 cm–3 bis ungefähr 2·1021 cm–3. Der Schichtwiderstand in den hochdotierten Bereichen mit dem zweiten Leitungstyp liegt im Bereich von ungefähr 10 Ohm/sq bis ungefähr 80 Ohm/sq, beispielsweise in einem Bereich von ungefähr 30 Ohm/sq bis ungefähr 60 Ohm/sq, beispielsweise in einem Bereich von ungefähr 35 Ohm/sq bis ungefähr 50 Ohm/sq.
  • Ferner kann in verschiedenen Ausführungsbeispielen der andere Emitterbereich, d. h. beispielsweise der erste Emitterbereich 108, mit dem zweiten Leitungstyp niedrig dotiert werden mit Dotierstoff zum Dotieren mit dem zweiten Leitungstyp mit einer Oberflächen-Dotierkonzentration in einem Bereich von ungefähr 1018 cm–3 bis ungefähr 2·1021 cm–3, beispielsweise mit einer Dotierkonzentration in einem Bereich von ungefähr 1019 cm–3 bis ungefähr 1021 cm–3, beispielsweise mit einer Dotierkonzentration in einem Bereich von ungefähr 5·1019 cm–3 bis ungefähr 5·1020 cm–3. Der Schichtwiderstand in den niedrigdotierten Bereichen, d. h. beispielsweise dem ersten Emitterbereich 108, liegt in einem Bereich von ungefähr 60 Ohm/sq bis ungefähr 300 Ohm/sq, beispielsweise in einem Bereich von ungefähr 70 Ohm/sq bis ungefähr 200 Ohm/sq, beispielsweise in einem Bereich von ungefähr 80 Ohm/sq bis ungefähr 150 Ohm/sq.
  • Auf diese Weise wird anschaulich, wie im Folgenden noch näher erläutert wird, ein selektiver Emitter zumindest auf der Vorderseite der Photovoltaikschicht gebildet.
  • Nach der Dotierung des Emitterbereichs 104 durch z. B. eine Gasphasendiffusion kann das Phosphorsilikatglas im Falle einer Phosphordiffusion mittels einer PSG-Ätze in beispielsweise einer 2,5% bis 25% HF-Lösung entfernt werden.
  • Nach dem Durchführen der Dotierung kann in verschiedenen Ausführungsbeispielen ein möglichst ohmscher Halbleiter/Metall-Kontakt auf dem Emitter 106, d. h. beispielsweise auf der oberen freiliegenden Oberfläche des zweiten Emitterbereichs 110, erzeugt werden, beispielsweise ein Silizium/Metall-Kontakt.
  • Dies kann in verschiedenen Ausführungsbeispielen erfolgen in Form eines Kontaktgrids (allgemein eine Metallisierungsstruktur, beispielsweise in Form eines Metallisierungsgitters), das mittels eines Druckverfahrens (beispielsweise mittels eines Siebdruckverfahrens) oder beispielsweise mittels eines physikalischen Abscheideverfahrens aus der Gasphase, beispielsweise mittels Sputterns, gebildet wird. Das Kontaktgrid kann eine Mehrzahl separater Metallbereiche, beispielsweise eine Mehrzahl von Kontaktlinien oder Kontaktpunkte, beispielsweise eine Mehrzahl von Kontaktfingern 112, aufweisen. Die Kontaktfinger 112 können beispielsweise in einem Abstand zueinander und parallel zueinander angeordnet sein oder werden.
  • Somit wird anschaulich in verschiedenen Ausführungsbeispielen eine Metallisierungsstruktur 112 auf einem hochdotierten Bereich (beispielsweise dem zweiten Emitterbereich 110) einer Solarzelle 100 gebildet. In verschiedenen Ausführungsbeispielen kann die Metallisierungsstruktur 112 (auch bezeichnet als Kontaktstruktur 112) aufgedampft oder aufgesputtert werden, beispielsweise unter Verwendung einer Schattenmaske. Optional kann in verschiedenen Ausführungsbeispielen die aufgebrachte Metallisierungsstruktur 112 nachfolgend, beispielsweise elektrochemisch, verstärkt werden.
  • Optional kann in verschiedenen Ausführungsbeispielen unterhalb der Metallisierungsstruktur 112 ein Kontaktsilizid (nicht dargestellt) gebildet werden.
  • In verschiedenen Ausführungsbeispielen ist die Solarzelle 100 als so genannte PERC (PERC: passivated emitter and rearside solar cell; Deutsch: Solarzelle mit passiviertem Emitter und passivierter Rückseite Solarzelle mit quasi-mono Substrat, beispielsweise quasi-mono Silizium, ausgebildet. Das bedeutet, dass auf der Rückseite des Substrats 102, also beispielsweise auf der freiliegenden unteren Oberfläche des Basisbereichs 104 eine Passivierungsschicht-Struktur (im Folgenden auch bezeichnet als Rückseitenpassivierung) 114 vorgesehen ist, die lokal geöffnet ist. Die Passivierungsschicht-Struktur 114 kann eine oder mehrere dielektrische Schichten, beispielsweise eine oder mehrere Oxidschichten und/oder eine oder mehrere Nitridschichten, aufweisen. So kann die Passivierungsschicht-Struktur 114 eine erste Passivierungsschicht aufweisen, beispielsweise aus einem thermischen Siliziumoxid (das in körperlichem Kontakt sein kann mit dem Substrat) oder aus Siliziumnitrid oder aus Aluminiumoxid, und eine auf der ersten Passivierungsschicht aufgebrachte zweite Passivierungsschicht aus einem anderen Material, beispielsweise aus Siliziumnitrid.
  • 2 zeigt ein Diagramm 200, in dem die Nettodotierung und der spezifische elektrische Widerstand 202 gegen die Ingothöhe dargestellt ist, bei einem Ingot, der mittels Kompensation des Dotierstoffs ohne Nachdosierung während der Kristallisationsphase hergestellt wurde. Wenn aus diesem Ingot Wafer in Richtung der Kristallisationsrichtung gesägt werden, tritt derselbe Verlauf des spezifischen elektrischen Widerstands 202 abhängig vom Ort auf dem Substrats 102 auf, ausgehend von einer seitlichen Oberfläche 104 des Substrats 102. 2 zeigt das Diagramm 200 für einen nominellen p-Typ Siliziumblock aus phosphorhaltigem Rohstoff ohne Nachdosierung des Dotierstoffs.
  • Der Verlauf des spezifischen Widerstands 202 und der Dotierstoffkonzentration 206 sind in 2 gezeigt für einen Block mc Si mit Dotierstoff-Kompensation. Durch den schlechteren Einbau des Dotierstoffs (beispielsweise Phosphor (P)) in das erstarrte Silizium des Substrats 102 steigt die relative Dotierstoff-Konzentration (beispielsweise P-Konzentration) zur Kristalloberfläche (Höhe 100%) an und der Widerstand steigt. Bei senkrechtem Sägen von Wafern zum Bilden des Substrats 102 aus dem Bereich 50–90% der Höhe würde wie dargestellt der spezifische elektrische Materialwiderstand auf jedem Wafer beispielsweise zwischen 1,5 Ohmcm und 3 Ohmcm variieren.
  • In dem Diagramm 200 sind folgende Kennlinien dargestellt:
    • – eine erste Kennlinie 208, die den Verlauf des spezifischen elektrischen Widerstands darstellt;
    • – eine zweite Kennlinie 210, die den Verlauf der Nettodotierung (auch bezeichnet als Grunddotierung) darstellt;
    • – eine dritte Kennlinie 212, die den Verlauf einer p-Dotierstoff-Konzentration (beispielsweise Bor (B)) darstellt; und
    • – eine vierte Kennlinie 214, die den Verlauf einer n-Dotierstoff-Konzentration (beispielsweise Phosphor (P)) darstellt.
  • 3 zeigt ein zweites Diagramm 300, in dem die Nettodotierung 302 gegen die Ingothöhe 304 in einer Kennlinie 306 dargestellt ist, bei einem Ingot, der mittels Nachdosierung des Dotierstoffs während der Kristallisationsphase hergestellt wurde.
  • Bei diesem Beispiel eines p-dotierten- und n-dotierten Blocks wurde während der Kristallisation schubweise p-Dotierstoff zugeführt, um das Abfallen der Netto-Dotierstoffkonzentration, d. h. das Ansteigen des spezifischen Widerstands, auszugleichen. Trotzdem schwankt der Widerstand über die Blockhöhe zwischen 0,5 und etwa 2,5 Ohmcm (siehe Kennlinie 306). Beim senkrechten Sägen von Wafern in Kristallisationsrichtung tritt diese Variation über den Wafer, anders ausgedrückt entlang der Waferrückseitenoberfläche, auf.
  • Die Anreicherung von beispielsweise Phosphor (P) in der Schmelze im Verlauf der Kristallisation tritt in besonderem Maße bei n-Typ Blöcken auf.
  • Ein variierender Widerstandsverlauf kann auch bei konventionell gesägten Wafern auftreten, wenn die Phasengrenzfläche bei der Kristallisation nicht horizontal verläuft. Sowohl eine konvexe Phasengrenzform als auch eine konkave Phasengrenzform führen zu einem Basiswiderstandsgradienten über die Waferfläche.
  • Somit sind die Ausführungsbeispiele nicht auf eine quasi-mono-Solarzelle beschränkt, sondern können auf jedes Solarzellen-Substrat angewendet werden, bei dem ein Gradient der elektrischen Leitfähigkeit des Substrats entlang der unteren Oberfläche des Basisbereichs 104 vorhanden ist. Beispielsweise kann das Substrat eine {100}-Kristallorientierung aufweisen.
  • Somit weisen in verschiedenen Ausführungsbeispielen somit mehrere Bereiche unterschiedliche Leitfähigkeiten auf, beispielsweise einen ersten Bereich und einen zweiten Bereich, wobei der erste Bereich mindestens eine erste elektrische Leitfähigkeit aufweist und der zweite Bereich mindestens eine zweite elektrische Leitfähigkeit aufweist, die größer ist als die erste elektrische Leitfähigkeit.
  • Wiederum bezugnehmend auf 1 ist bei der Solarzelle 100 eine Vielzahl von Durchgangsöffnungen (auch bezeichnet als Durchgangslöcher) durch die Passivierungsschicht-Struktur 114 gebildet und die Durchgangsöffnungen sind gefüllt mit einem elektrisch leitfähigen Material, beispielsweise einem Metall-enthaltenden Material, beispielsweise einem Silber und/oder Aluminium-enthaltenden Material. So können beispielsweise die Durchgangsöffnungen mit einer Silber und/oder Aluminium-enthaltenden Siebdruckpaste gefüllt werden und ausgehärtet werden. Somit werden lokale Rückseitenkontakte 116, 118, 120, 122, 124, gebildet, die jeweils voneinander elektrisch isoliert sein können, beispielsweise mittels der Passivierungsschicht-Struktur 114. Optional können die lokalen Rückseitenkontakte 116, 118, 120, 122, 124 durch eine Metallschicht auf der Passivierungsschicht 114 elektrisch miteinander verbunden sein. Die Rückseitenkontakte 116 bilden gemeinsam anschaulich eine Rückseitenkontakt-Struktur auf der Rückseite des Substrats 102. Die Rückseitenkontakte 116 in einer jeweiligen Öffnung der Rückseitenpassivierung sind derart vorgesehen, dass der jeweilige Rückseitenkontakt 116, 118, 120, 122, 124 die Rückseite des Substrats 102 elektrisch kontaktiert.
  • Die Durchgangsöffnungen bzw. Durchgangslöcher und damit auch die Rückseitenkontakte 116, 118, 120, 122, 124 können grundsätzlich eine beliebige Form aufweisen, beispielsweise zumindest teilweise linienförmig und/oder zumindest teilweise punktförmig ausgebildet sein. Die linienförmigen Rückseitenkontakte 116, 118, 120, 122, 124 können geradlinig oder bogenförmig angeordnet sein. Weiterhin können die linienförmigen Rückseitenkontakte 116, 118, 120, 122, 124 parallel oder strahlenförmig angeordnet sein.
  • Die Rückseitenkontakte 116, 118, 120, 122, 124 sind jeweils in einem Abstand zueinander angeordnet. So können beispielsweise ein erster Rückseitenkontakt 116 und ein zweiter Rückseitenkontakt 118 in einem ersten Abstand 126 (beispielsweise in einem Abstand (beispielsweise Pitch) von ungefähr 50 μm) zueinander angeordnet sein. Ferner können beispielsweise der zweite Rückseitenkontakt 118 und ein dritter Rückseitenkontakt 120 in einem zweiten Abstand 128 (beispielsweise in einem Abstand (beispielsweise Pitch) von ungefähr 500 μm) zueinander angeordnet sein. Ferner können beispielsweise der dritte Rückseitenkontakt 120 und ein vierter Rückseitenkontakt 122 in einem dritten Abstand 130 (beispielsweise in einem Abstand (beispielsweise Pitch) von ungefähr 1 mm) zueinander angeordnet sein. Schließlich können beispielsweise der vierte Rückseitenkontakt 122 und ein fünfter Rückseitenkontakt 124 in einem vierten Abstand 132 (beispielsweise in einem Abstand (beispielsweise Pitch) von ungefähr 5 mm) zueinander angeordnet sein.
  • Allgemein können die jeweiligen Abstände zwischen zwei jeweiligen Rückseitenkontakten gewählt werden in einem Bereich von beispielsweise ungefähr 50 μm (in einem Bereich einer geringen elektrischen Leitfähigkeit des Basisbereichs) bis ungefähr 5 mm (in einem Bereich einer hohen elektrischen Leitfähigkeit des Basisbereichs), beispielsweise in einem Bereich von ungefähr 50 μm bis ungefähr 3 mm, beispielsweise in einem Bereich von ungefähr 100 μm bis ungefähr 2 mm, beispielsweise in einem Bereich von ungefähr 300 μm bis ungefähr 2 mm. Die Rückseitenkontakte können (beispielsweise wenn sie linienförmig ausgebildet sind) eine Linienbreite aufweisen in einem Bereich von ungefähr 10 μm bis ungefähr 200 μm, beispielsweise in einem Bereich von ungefähr 30 μm bis ungefähr 100 μm, beispielsweise in einem Bereich von ungefähr 50 μm bis ungefähr 70 μm.
  • Allgemein kann die Rückseitenkontakt-Struktur somit eine Vielzahl von Rückseitenkontakten 116, 118, 120, 122, 124 aufweisen, wobei (mindestens) zwei Rückseitenkontakte (beispielsweise erster Rückseitenkontakt 116 und zweiter Rückseitenkontakt 118) in einem Abstand (beispielsweise dem ersten Abstand 126) zueinander in dem ersten Bereich angeordnet sind, und wobei zwei weitere Rückseitenkontakte (beispielsweise dritter Rückseitenkontakt 120 und vierter Rückseitenkontakt 122) in einem anderen Abstand (beispielsweise dem dritten Abstand 130) zueinander in dem zweiten Bereich angeordnet sind. Der andere Abstand zwischen den weiteren Rückseitenkontakten des zweiten Bereichs ist größer als der Abstand zwischen den Rückseitenkontakten des ersten Bereichs.
  • Das Substrat 102 kann allgemein eine beliebige Anzahl von Bereichen unterschiedlicher elektrischer Leitfähigkeit aufweisen und die Abstände der Rückseitenkontakte können abhängig von den jeweiligen elektrischen Leitfähigkeiten gewählt werden oder sein. So kann das Substrat 102 beispielsweise einen dritten Bereich aufweisen, wobei der dritte Bereich mindestens eine dritte elektrische Leitfähigkeit aufweist, die größer ist als die zweite elektrische Leitfähigkeit, und es können noch zwei weitere Rückseitenkontakte in einem dritten Abstand zueinander in dem dritten Bereich angeordnet sein. Der dritte Abstand kann größer sein als der zweite Abstand.
  • Somit kann die Solarzelle in verschiedenen Ausführungsbeispielen als PERC-Solarzelle 100 ausgebildet sein.
  • Bei einer PERC-Solarzelle 100 mit punkt- oder streifenförmigen lokalen Rückseitenkontakten 116, 118, 120, 122, 124 hängt in verschiedenen Ausführungsbeispielen der optimale Abstand der Kontaktstrukturen (pitch) unter anderem vom spezifischen elektrischen Widerstand des Wafers ab. Bei kleinem spezifischem elektrischem Widerstand kann ein größerer Abstand zwischen jeweils zwei Rückseitenkontakten 116, 118, 120, 122, 124 gewählt werden, ohne dass der laterale elektrische Widerstand des Wafermaterials den Wirkungsgrad limitiert.
  • Wenn eine PERC Solarzellen-Struktur auf einem quasi-mono Wafer mit (näherungsweise) linearem Verlauf des spezifischen elektrischen Widerstands prozessiert wird und wie herkömmlicherweise ein fester (d. h. immer gleicher) Pitch der Rückseitenkontakte gewählt wird, gibt es immer Bereiche auf dem Wafer, für deren lokalen spezifischen Widerstand der Pitch nicht optimal ist und daher Verluste des Wirkungsgrads hingenommen werden müssen.
  • Es wurde erkannt, dass diese Verluste bei einer Solarzelle auf einem quasi-mono Wafer mit (näherungsweise) linearem Verlauf des spezifischen Widerstands, reduziert werden können, indem bei den Rückseitenkontakten der Solarzelle der Pitch (allgemein der Abstand) der lokalen Rückseitenkontakte über den Wafer variiert wird, so dass der Pitch (allgemein der Abstand) für einen jeweiligen lokalen spezifischen Materialwiderstand optimal eingestellt ist. Zur Herstellung einer solchen Solarzelle wird zunächst der Verlauf des elektrischen Widerstands (bzw. der elektrischen Leitfähigkeit) des Wafers gemessen und (beispielsweise über ein Modell) der optimierte Abstand (beispielsweise Pitch) als Funktion des Widerstands bzw. der Leitfähigkeit ermittelt. Dann werden die geeigneten Werte für den Abstand (beispielsweise Pitch) in ein Layout für die Anordnung der lokalen Kontakte übertragen. In einem folgenden Schritt wird die Passivierungsschicht auf der Rückseite entsprechend diesem Layout mit dem Laser geöffnet und dann die Rückseitenkontakte 116, 118, 120, 122, 124 gebildet. Somit kann die Passivierungsschicht 114 Laser-ablatierte Bereiche aufweisen, in denen die Rückseitenkontakt-Struktur angeordnet ist.
  • Alternativ kann die Rückseitenkontakt-Struktur nach dem Aufbringen einer Metallisierungsschicht mit einem Laserprozess, beispielsweise mittels Laser-gefeuerter Rückseitenkontakte, unter Verwendung des geeigneten Layouts für die Anordnung der Kontakte prozessiert werden.
  • 4 zeigt eine Ansicht 400 von unten auf die Rückseite auf die Solarzelle 100 gemäß 1 gemäß verschiedenen Ausführungsbeispielen, wobei mehr linienförmige Rückseitenkontakte 116, 118, 120, 122, 124, 402, 404, 406, 408, 410, 412, 414, 416 in 4 dargestellt sind als in 1; allgemein kann eine beliebige Anzahl von Rückseitenkontakten 116, 118, 120, 122, 124, 402, 404, 406, 408, 410, 412, 414, 416 auf der Rückseite einer Solarzelle gemäß verschiedenen Ausführungsbeispielen vorgesehen sein.
  • Die Rückseitenkontakte 116, 118, 120, 122, 124, 402, 404, 406, 408, 410, 412, 414, 416 können, wie in 4 dargestellt, parallel zueinander angeordnet sein, alternativ können sie jedoch auch in einem Winkel zueinander angeordnet sein. Auch können sie wellenförmig oder krumm oder gezackt ausgebildet sein.
  • 5 zeigt eine Ansicht 500 von unten auf die Rückseite auf eine andere Solarzelle gemäß verschiedenen Ausführungsbeispielen. Bis auf die Form der Rückseitenkontakte 502, die in diesem Fall punktförmig (beispielsweise also kreisförmig oder ellipsenförmig oder mit anderer runder oder abgerundeter Form) ausgebildet sein können, können die anderen Elemente der Solarzelle in gleicher Weise ausgebildet sein wie diejenigen der Solarzelle 100 gemäß 1. Allgemein können die Rückseitenkontakte 502 in einem regelmäßigen Muster oder in einem unregelmäßigen Muster angeordnet sein, wobei jedoch auch in diesen Ausführungsbeispielen die Abstände zwischen den Rückseitenkontakten 502 variieren können, beispielsweise abhängig von der elektrischen Leitfähigkeit des Substrats, beispielsweise des Basisbereichs der Solarzelle. Die punktförmigen Rückseitenkontakte 502 können alle gleich groß ausgebildet sein oder auch teilweise mit unterschiedlichen Größen.
  • 6 zeigt eine Ansicht 600 von unten auf die Rückseite auf eine andere Solarzelle gemäß verschiedenen Ausführungsbeispielen. Bis auf die Anordnung der Rückseitenkontakte 602, die in diesem Fall sternförmig (und linienförmig) ausgebildet sein können, wobei in diesen Ausführungsbeispielen die einzelnen Rückseitenkontakte 602 von der linken oberen Ecke 604 ausgehen (alternativ von jeder anderen beliebigen Ecke 606, 608, 610 oder auch von dem Rand (beispielsweise einer Mitte einer Seitenkante 704, 706, 708, 710), wie bei den Rückseitenkontakten der Ansicht 700 auf einer Solarzelle gemäß verschiedenen Ausführungsbeispielen) können die anderen Elemente der Solarzelle in gleicher Weise ausgebildet sein wie diejenigen der Solarzelle 100 gemäß 1. Auch in diesen Ausführungsbeispielen können die Abstände zwischen den Rückseitenkontakten 602, 702 variieren, beispielsweise abhängig von der elektrischen Leitfähigkeit des Substrats, beispielsweise des Basisbereichs der Solarzelle.
  • 8 zeigt eine Ansicht 800 von unten auf die Rückseite auf eine andere Solarzelle gemäß verschiedenen Ausführungsbeispielen. Bis auf die Anordnung der Rückseitenkontakte 802, die in diesem Fall bogenförmig (und beispielsweise näherungsweise konzentrisch zueinander) ausgebildet sein können, können die anderen Elemente der Solarzelle in gleicher Weise ausgebildet sein wie diejenigen der Solarzelle 100 gemäß 1. Auch in diesen Ausführungsbeispielen können die Abstände zwischen den Rückseitenkontakten 802 variieren, beispielsweise abhängig von der elektrischen Leitfähigkeit des Substrats, beispielsweise des Basisbereichs der Solarzelle. In diesem Fall kann das Zentrum der bogenförmigen (beispielsweise kreisbogenförmigen) Rückseitenkontakte 802 an einer Seitenkante (beispielsweise einer Mitte einer Seitenkante 804, 806, 808, 810) vorgesehen sein. Es ist darauf hinzuweisen, dass die Rückseitenkontakte 802 auch gewellt verlaufen können.
  • 9 zeigt eine Ansicht 900 von unten auf die Rückseite auf eine andere Solarzelle gemäß verschiedenen Ausführungsbeispielen. Bis auf die Anordnung der Rückseitenkontakte 902, die in diesem Fall bogenförmig (und beispielsweise näherungsweise konzentrisch zueinander) ausgebildet sein können, können die anderen Elemente der Solarzelle in gleicher Weise ausgebildet sein wie diejenigen der Solarzelle 100 gemäß 1. Auch in diesen Ausführungsbeispielen können die Abstände zwischen den Rückseitenkontakten 902 variieren, beispielsweise abhängig von der elektrischen Leitfähigkeit des Substrats, beispielsweise des Basisbereichs der Solarzelle. In diesem Fall kann das Zentrum der bogenförmigen (beispielsweise kreisbogenförmigen) Rückseitenkontakte 902 an einer Ecke 904, 906, 908, 910 des Substrats vorgesehen sein. Es ist darauf hinzuweisen, dass die Rückseitenkontakte 902 auch gewellt verlaufen können.
  • In den dargestellten Ausführungsbeispielen wird jeweils ohne Einschränkung der Allgemeingültigkeit angenommen, dass der jeweils linke Bereich der Solarzelle ein Bereich geringer elektrischer Leitfähigkeit (und damit relativ hoher Dichte (geringer gegenseitiger Abstand) der Rückseitenkontakte) vorhanden ist und die elektrische Leitfähigkeit in Richtung nach rechts ansteigt, beispielsweise monoton (beispielsweise streng monoton), und somit die Dichte der Rückseitenkontakte zunimmt (d. h. der Abstand zwischen den Rückseitenkontakten abnimmt).
  • 10 zeigt ein Ablaufdiagramm 1000, in dem ein Verfahren zum Herstellen einer Solarzelle gemäß verschiedenen Ausführungsbeispielen dargestellt ist.
  • Das Verfahren kann aufweisen, in 1002, ein Ermitteln einer ersten elektrischen Leitfähigkeit in einem ersten Bereich eines Substrats, und, in 1004, ein Ermitteln einer zweiten elektrischen Leitfähigkeit in einem zweiten Bereich des Substrats, wobei angenommen wird, dass die zweite elektrische Leitfähigkeit größer ist als die erste elektrische Leitfähigkeit. Ferner wird in 1006 eine Rückseitenpassivierung auf der Rückseite des Substrats gebildet. Weiterhin wird in 1008 eine Rückseitenkontakt-Struktur auf der Rückseite des Substrats gebildet, wobei die Rückseitenkontakt-Struktur eine Vielzahl von Rückseitenkontakten aufweist, die von Bereichen – der Rückseitenpassivierung umgeben sind, wobei Abstände der Rückseitenkontakte voneinander bestimmt werden abhängig von der ersten elektrischen Leitfähigkeit und der zweiten elektrischen Leitfähigkeit.
  • Wie oben beschrieben worden ist, kann das Verfahren beispielsweise für linienförmige (Rückseiten-)Kontakte verwendet werden. In diesem Fall wird der Abstand der Kontaktstreifen über den Wafer variiert. Die Methode lässt sich beispielsweise einsetzen, wenn sich der spezifische Widerstand mit einem linearen Verlauf senkrecht zu den Kontaktlinien ändert.
  • Im Falle von punktförmigen Kontaktstrukturen (z. B. LFC-Kontakte) kann jede zweidimensionale Variation des Widerstands durch den optimalen Pitch in beiden Richtungen ausgeglichen werden.
  • Die folgende Tabelle zeigt ein Beispiel für die Abhängigkeit des optimalen Pitchs vom elektrischen Widerstand für eine PERC-Solarzelle mit LFC-Rückseitenkontakten:
    Figure DE102012107026A1_0002
  • In diesem Beispiel würde sich der Wirkungsgrad um 0,3% abs. verringern, wenn man für den kleinsten Widerstand (beispielsweise 0,5 Ohmcm) den kleinsten Pitch der Tabelle (beispielsweise 407 μm) verwenden würde.
  • In verschiedenen Ausführungsbeispielen wird eine PERC-Solarzelle auf einem quasi-mono Wafer mit einem Verlauf des spezifischen Widerstands parallel zu einer Waferkante und linienförmigen Rückkontakten bereitgestellt. Das Herstellen der PERC-Solarzelle kann aufweisen ein Bestimmen des Materialwiderstands als eine Funktion des Abstands von einer Referenzkante; ein Berechnen des optimalen Linienabstands der rückseitigen Kontaktstruktur als Funktion des Materialwiderstands; und ein Lasern von linienförmigen Öffnungen der Passivierschicht mit einem jeweiligen Abstand, der dem optimalen Pitch als Funktion des Abstands zu der Referenzkante entspricht.
  • In verschiedenen Ausführungsbeispielen wird ferner eine PERC-Solarzelle auf einem quasi-mono Wafer mit beliebiger Variation des spezifischen Materialwiderstands und punktförmigen Rückkontakten (z. B. LFC-Kontakte) bereitgestellt. Das Herstellen der PERC-Solarzelle kann aufweisen ein Bestimmen des Materialwiderstands als eine Funktion der Position auf dem Wafer; ein Berechnen des optimalen Pitches der rückseitigen Kontaktstruktur als Funktion des Materialwiderstands; ein Erstellen eines Layouts von Punktkontakten mit einem jeweiligen Abstand, der dem optimalen ortsaufgelösten Pitch entspricht; und ein Lasern der Punkt-Struktur in die Passivierungsschicht.
  • Anschaulich wird in verschiedenen Ausführungsbeispielen eine Solarzelle mit lokaler Rückkontakt-Struktur bereitgestellt, bei der der Abstand (beispielsweise Pitch) sich in Abhängigkeit der Position auf dem Wafer ändert. Die Solarzelle kann auf bzw. in einem quasi-mono Wafer gebildet werden mit einem spezifischen elektrischen Widerstand, der von der Position abhängt. Der spezifische Widerstand kann sich beispielsweise linear über den Wafer ändern. Ferner kann der Rückkontakt aus Linien bestehen oder Linien aufweisen, deren gegenseitiger Abstand von der Position auf dem Wafer abhängt. Der Rückkontakt (auch bezeichnet als Rückseitenkontakt) kann aus Punkten besteht oder Punkte aufweisen, deren gegenseitiger Abstand von der Position auf dem Wafer abhängt.
  • Ferner wird in verschiedenen Ausführungsbeispielen ein Verfahren zum Herstellen einer Solarzelle bereitgestellt, bei dem der spezifische Materialwiderstand eines Wafers in Abhängigkeit von der Position gemessen wird; bei dem (beispielsweise mit einem Simulationsmodell) ein optimierter Pitch in Abhängigkeit des Materialwiderstands für die jeweilige spezifische PERC-Solarzelle berechnet wird; bei dem ein Kontaktlayout erstellt wird, das den optimierten Pitch in Abhängigkeit des ortsaufgelösten Materialwiderstands enthält; und bei dem Rückkontakte mit diesem Kontaktlayout hergestellt werden.
  • Die Kontaktstruktur kann aus Linien bestehen oder Linien aufweisen, deren gegenseitiger Abstand variiert wird. Weiterhin kann die Kontaktstruktur aus Punkten bestehen oder Punkte aufweisen, deren gegenseitiger Abstand variiert wird.

Claims (13)

  1. Solarzelle (100), aufweisend: • ein Substrat (102) mit einem ersten Bereich und einem zweiten Bereich, wobei der erste Bereich mindestens eine erste elektrische Leitfähigkeit aufweist und der zweite Bereich mindestens eine zweite elektrische Leitfähigkeit aufweist, die größer ist als die erste elektrische Leitfähigkeit; und • eine Rückseitenpassivierung (114) auf der Rückseite des Substrats (102); • eine Rückseitenkontakt-Struktur auf der Rückseite des Substrats (102), wobei die Rückseitenkontakt-Struktur eine Vielzahl von Rückseitenkontakten (116, 118, 120, 122, 124) aufweist; • wobei zwei Rückseitenkontakte (116, 118, 120, 122, 124) in einem ersten Abstand (126, 128, 130, 132) zueinander in dem ersten Bereich angeordnet sind; • wobei zwei weitere Rückseitenkontakte (116, 118, 120, 122, 124) in einem zweiten Abstand (126, 128, 130, 132) zueinander in dem zweiten Bereich angeordnet sind; • wobei der zweite Abstand (126, 128, 130, 132) größer ist als der erste Abstand (126, 128, 130, 132).
  2. Solarzelle (100) gemäß Anspruch 1, wobei das Substrat (102) eine {100}-Kristallorientierung aufweist.
  3. Solarzelle (100) gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei das Substrat (102) ein Dotierprofil aufweist, das sich entlang der Substratrückseiten-Oberfläche verändert.
  4. Solarzelle (100) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, • wobei die Rückseitenpassivierung (114) eine Vielzahl von Öffnungen aufweist; • wobei ein jeweiliger Rückseitenkontakt (116, 118, 120, 122, 124) in einer jeweiligen Öffnung der Rückseitenpassivierung (114) vorgesehen ist derart, dass der jeweilige Rückseitenkontakt (116, 118, 120, 122, 124) die Rückseite des Substrats (102) elektrisch kontaktiert.
  5. Solarzelle (100) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Rückseitenkontakte (116, 118, 120, 122, 124) zumindest teilweise linienförmig und/oder zumindest teilweise punktförmig ausgebildet sind.
  6. Solarzelle (100) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Rückseitenkontakt-Struktur Laser-gefeuerte Rückseitenkontakte (116, 118, 120, 122, 124) aufweist.
  7. Solarzelle (100) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Passivierungsschicht (114) Laser-ablatierte Bereiche aufweist, in denen die Rückseitenkontakt-Struktur angeordnet ist.
  8. Solarzelle (100) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7, • wobei das Substrat (102) einen dritten Bereich aufweist, wobei der dritte Bereich mindestens eine dritte elektrische Leitfähigkeit aufweist, die größer ist als die zweite elektrische Leitfähigkeit; und • wobei zwei weitere Rückseitenkontakte (116, 118, 120, 122, 124) in einem dritten Abstand (126, 128, 130, 132) zueinander in dem dritten Bereich angeordnet sind; • wobei der dritte Abstand (126, 128, 130, 132) größer ist als der zweite Abstand (126, 128, 130, 132).
  9. Verfahren zum Herstellen einer Solarzelle (100), das Verfahren aufweisend: • Ermitteln einer ersten elektrischen Leitfähigkeit in einem ersten Bereich eines Substrats (102); • Ermitteln einer zweiten elektrischen Leitfähigkeit in einem zweiten Bereich des Substrats (102), wobei die zweite elektrische Leitfähigkeit größer ist als die erste elektrische Leitfähigkeit; • Bilden einer Rückseitenpassivierung (114) auf der Rückseite des Substrats (102); • Bilden einer Rückseitenkontakt-Struktur auf der Rückseite des Substrats (102), wobei die Rückseitenkontakt-Struktur eine Vielzahl von Rückseitenkontakten (116, 118, 120, 122, 124) aufweist, die von Bereichen des Substrats mit Rückseitenpassivierung (114) umgeben sind, wobei Abstände der Rückseitenkontakte (116, 118, 120, 122, 124) voneinander bestimmt werden abhängig von der ersten elektrischen Leitfähigkeit und der zweiten elektrischen Leitfähigkeit.
  10. Verfahren gemäß Anspruch 9, wobei das Substrat (102) eine {100}-Kristallorientierung aufweist.
  11. Verfahren gemäß Anspruch 9 oder 10, • wobei in der Rückseitenpassivierung (114) eine Vielzahl von Öffnungen gebildet wird; • wobei ein jeweiliger Rückseitenkontakt (116, 118, 120, 122, 124) in einer jeweiligen Öffnung der Rückseitenpassivierung (114) gebildet wird derart, dass der jeweilige Rückseitenkontakt (116, 118, 120, 122, 124) die Rückseite des Substrats (102) elektrisch kontaktiert.
  12. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 9 bis 11, wobei die Rückseitenkontakte (116, 118, 120, 122, 124) als Laser-gefeuerte Rückseitenkontakte (116, 118, 120, 122, 124) gebildet werden.
  13. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 9 bis 11, wobei die Passivierungsschicht (114) mittels Laser-Ablation strukturiert wird.
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