DE102015104236B4 - Photovoltaic solar cell - Google Patents
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Abstract
Photovoltaische Solarzelle,mit mindestens einer Halbleiterschicht (1), mindestens einer elektrisch isolierenden Isolierungsschicht (4) und mindestens einer metallischen Kontaktierungsstruktur (5, 5', 5''),wobei die Isolierungsschicht (4) zwischen Halbleiterschicht (1) und Kontaktierungsstruktur (5, 5', 5'') angeordnet ist unddie Isolierungsschicht (4) eine Mehrzahl von Kontaktierungsausnehmungen (6) aufweist, an welchen die Kontaktierungsstruktur (5, 5', 5'') mit der Halbleiterschicht (1) in einem Kontaktierungsbereich (10) einen elektrischen Kontakt ausbildet undwobei in der Halbleiterschicht (1) zumindest an den Kontaktierungsbereichen (10) jeweils ein Dotierbereich durch Dotieren der Halbleiterschicht (1) mit einem Metall ausgebildet ist, aus welchem Metall die Kontaktierungsstruktur (5, 5', 5'') zumindest teilweise ausgebildet ist,dadurch gekennzeichnet,dass die Kontaktierungsstruktur (5, 5', 5'') eine Mehrzahl von Kontaktfingern aufweist,welche Kontaktfinger (9, 9', 9'', 9''') sich jeweils über mehrere Kontaktierungsbereiche (10) und/oder entlang mehrerer Kontaktierungsbereiche (10) erstrecken, wobei die Kontaktfinger (9, 9', 9'', 9''') an den Kontaktierungsbereichen (10) eine lokale Querschnittsflächenerhöhung aufweisen und zwischen benachbarten lokalen Querschnittsflächenerhöhungen entlang eines Kontaktfingers keine Kontaktierungsbereiche (10) ausgebildet sind und/oder die Kontaktfinger an den Kontaktierungsbereichen (10) elektrisch parallel geschaltete metallische Leitungsstrukturen aufweisen, welche die Kontaktierungsbereiche (10) nicht überdecken.Photovoltaic solar cell, with at least one semiconductor layer (1), at least one electrically insulating insulation layer (4) and at least one metallic contact structure (5, 5 ', 5' '), the insulation layer (4) between the semiconductor layer (1) and the contact structure (5 , 5 ', 5' ') and the insulation layer (4) has a plurality of contacting recesses (6) on which the contacting structure (5, 5', 5 '') with the semiconductor layer (1) in a contacting area (10) forms an electrical contact and wherein in the semiconductor layer (1) at least one doping area is formed at least on the contacting areas (10) by doping the semiconductor layer (1) with a metal, from which metal the contacting structure (5, 5 ', 5' ') is at least is partially formed, characterized in that the contacting structure (5, 5 ', 5 ") has a plurality of contact fingers, which contact fingers (9, 9', 9", 9 "') sic h each extend over several contacting areas (10) and / or along several contacting areas (10), the contact fingers (9, 9 ', 9' ', 9' '') having a local increase in cross-sectional area at the contacting areas (10) and between adjacent local cross-sectional area increases along a contact finger no contact areas (10) are formed and / or the contact fingers on the contact areas (10) have metallic line structures that are electrically connected in parallel and do not cover the contact areas (10).
Description
Die Erfindung betrifft eine photovoltaische Solarzelle gemäß Oberbegriff des Anspruchs 1.The invention relates to a photovoltaic solar cell according to the preamble of
Photovoltaische Solarzellen dienen zum Umwandeln der Energie einfallender Photonen in elektrische Energie. Hierzu weisen typische Solarzellen eine Halbleiterschicht, eine elektrisch isolierende Isolierungsschicht sowie eine metallische Kontaktierungsstruktur auf.Photovoltaic solar cells are used to convert the energy of incident photons into electrical energy. For this purpose, typical solar cells have a semiconductor layer, an electrically insulating insulation layer and a metallic contact-making structure.
Die in der Halbleiterschicht absorbierten Photonen erzeugen Ladungsträgerpaare, welche an einem pn-Übergang getrennt werden. Die metallische Kontaktierungsstruktur ist mit dem p- oder mit dem n-dotierten Bereich verbunden, so dass Ladungsträger abgeführt werden können. Über eine weitere metallische Kontaktierungsstruktur oder auch über eine ganzflächige, rückseitige Metallisierung werden entsprechend Ladungsträger des Bereiches der Halbleiterstruktur mit dem entgegengesetzten Dotierungstyp abgeführt.The photons absorbed in the semiconductor layer generate charge carrier pairs which are separated at a pn junction. The metallic contact structure is connected to the p- or to the n-doped region, so that charge carriers can be removed. Charge carriers of the area of the semiconductor structure with the opposite doping type are correspondingly removed via a further metallic contact-making structure or via a full-area, rear-side metallization.
Die Isolierungsschicht ist zwischen Halbleiterschicht und Kontaktierungsstruktur angeordnet, um unter anderem Verluste aufgrund von Rekombination der Minoritätsladungsträger an der Metall/Halbleiter-Grenzfläche und hieraus resultierende Verluste zu verringern. Die Isolierungsschicht weist eine Mehrzahl von Kontaktierungsausnehmungen auf, an welchen die Kontaktierungsstruktur mit der Halbleiterschicht in einem Kontaktierungsbereich einen elektrischen Kontakt ausbildet.The insulation layer is arranged between the semiconductor layer and the contacting structure in order, among other things, to reduce losses due to recombination of the minority charge carriers at the metal / semiconductor interface and the losses resulting therefrom. The insulation layer has a plurality of contact-making recesses, on which the contact-making structure forms an electrical contact with the semiconductor layer in a contact-making region.
Eine solche photovoltaische Solarzelle ist aus
Weiterhin ist es bekannt, zur Verringerung der Minoritätsladungsträgerrekombination an der verbleibenden Grenzfläche zwischen Metall und Halbleiter in der Halbleiterschicht an den Kontaktierungsbereichen jeweils einen Dotierbereich durch Dotieren der Halbleiterschicht mit einem Metall vorzusehen, welches Metall Bestandteil der Kontaktierungsstruktur ist.Furthermore, it is known to reduce the minority charge carrier recombination at the remaining interface between metal and semiconductor in the semiconductor layer at the contacting regions by doping the semiconductor layer with a metal, which metal is part of the contacting structure.
Hierdurch kann in einfacher Weise im Herstellungsprozess der Solarzelle das Metall der metallischen Kontaktierungsstruktur zum Ausbilden so genannter lokalen Hochdotierungsbereiche an den Kontaktierungsbereichen in der Halbleiterschicht verwendet werden und so in kostengünstiger Weise die vorgenannte Reduzierung der Minoritätsladungsträgerrekombination in diesen Bereichen erzielt werden.As a result, the metal of the metallic contacting structure can be used in a simple manner in the production process of the solar cell to form so-called local high doping areas on the contacting areas in the semiconductor layer and the aforementioned reduction in minority charge carrier recombination in these areas can be achieved in a cost-effective manner.
Trotz der Erfolge hinsichtlich der Verringerung der Herstellungskosten und/oder Erhöhung des Wirkungsgrades von photovoltaischen Solarzellen besteht auf dem Markt weiterhin ein hoher Kostendruck. Darüber hinaus finden photovoltaische Solarzellen inzwischen in breit gefächerten Anwendungen Verwendung, so dass nicht immer eine optimale Anordnung hinsichtlich der Strahlungsquelle, beispielsweise der Sonne, gewährleistet ist.Despite the successes in reducing the production costs and / or increasing the efficiency of photovoltaic solar cells, there is still high cost pressure on the market. In addition, photovoltaic solar cells are now used in a wide variety of applications, so that an optimal arrangement with regard to the radiation source, for example the sun, is not always guaranteed.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine photovoltaische Solarzelle mit einer Isolierungsschicht und Kontaktierungsstruktur wie zuvor beschrieben zu verbessern, indem der Wirkungsgrad aufgrund einer erzielten Verringerung von Verlusten erhöht wird.The invention is therefore based on the object of improving a photovoltaic solar cell with an insulation layer and contacting structure as described above by increasing the efficiency due to a reduction in losses achieved.
Gelöst ist diese Aufgabe durch eine photovoltaische Solarzelle gemäß Anspruch 1. Vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen photovoltaischen Solarzelle finden sich in den Ansprüchen 2 bis 15.This object is achieved by a photovoltaic solar cell according to
Die vorliegende Erfindung ist in der Erkenntnis begründet, dass speziell bei Solarzellen mit einer Kontaktierungsstruktur wie eingangs beschrieben ein Verlust in der Kontaktierungsstruktur im Bereich der Kontaktierungsausnehmungen begründet ist:
- Wie zuvor beschrieben, wird das Metall der Kontaktierungsstruktur verwendet, um lokale Dotierbereiche an den Kontaktierungsausnehmungen in der Halbleiterschicht zu erzeugen. Hierdurch erfolgt jedoch nicht nur eine lokale Dotierung der Halbleiterschicht durch das Metall, ebenso wird typischerweise Halbleitermaterial in die metallische Kontaktierungsstruktur integriert. Hierdurch verringert sich die Leitfähigkeit der Kontaktierungsstruktur in diesem Bereich.
- As described above, the metal of the contact-making structure is used to produce local doping regions at the contact-making recesses in the semiconductor layer. However, this not only results in local doping of the semiconductor layer by the metal, but also typically semiconductor material is integrated into the metallic contact-making structure. This reduces the conductivity of the contact structure in this area.
Untersuchungen haben gezeigt, dass insbesondere bei Ausbildung der Kontaktierungsstruktur unter Verwendung von an sich bekannten Kontaktfingern der Leitungswiderstand der Kontaktfinger bei vorbekannten Solarzellenstrukturen im Bereich der Kontaktierungsausnehmungen durch das im Kontaktfinger eingelagerte Halbleitermaterial derart ansteigt, dass aufgrund des erhöhten elektrischen Leitungswiderstandes und entsprechender ohmscher Leistungsverluste signifikante Verringerungen des Gesamtwirkungsgrades der photovoltaischen Solarzelle auftreten.Investigations have shown that, particularly when the contacting structure is formed using contact fingers known per se, the line resistance of the contact fingers in known solar cell structures in the area of the contacting recesses due to the semiconductor material embedded in the contact finger increases in such a way that, due to the increased electrical line resistance and corresponding ohmic power losses, significant reductions in the Overall efficiency of the photovoltaic solar cell occur.
Die erfindungsgemäße photovoltaische Solarzelle führt zu einer Vermeidung oder zumindest Verringerung dieser Verluste:
- Die erfindungsgemäße photovoltaische Solarzelle weist mindestens eine Halbleiterschicht, mindestens eine elektrisch isolierende Isolierungsschicht und mindestens eine metallische Kontaktierungsstruktur auf. Die Isolierungsschicht ist zwischen Halbleiterschicht und Kontaktierungsstruktur angeordnet.
- The photovoltaic solar cell according to the invention has at least one semiconductor layer, at least one electrically insulating insulation layer and at least one metallic contact-making structure. The insulation layer is arranged between the semiconductor layer and the contact-making structure.
Um eine elektrische Kontaktierung der Halbleiterschicht mittels der Kontaktierungsstruktur auszubilden weist die Isolierungsschicht eine Mehrzahl von Kontaktierungsausnehmungen auf, an welchen die Kontaktierungsstruktur mit der Halbleiterschicht in einem Kontaktierungsbereich einen elektrischen Kontakt ausbildet.In order to form electrical contacting of the semiconductor layer by means of the contacting structure, the insulation layer has a plurality of contacting recesses, at which the contacting structure forms an electrical contact with the semiconductor layer in a contacting region.
Weiterhin ist - wie eingangs beschrieben - in der Halbleiterschicht zumindest an den Kontaktierungsbereichen jeweils ein Dotierbereich durch Dotieren der Halbleiterschicht mit einem Metall ausgebildet, welches Metall vollständiger oder teilweiser Bestandteil der metallischen Kontaktierungsstruktur ist. Hierdurch können wie eingangs beschrieben Verluste aufgrund von Oberflächenrekombination der Ladungsträger in der Halbleiterschicht an den Kontaktierungsbereichen verringert werden.Furthermore, as described at the outset, a doping region is formed in the semiconductor layer at least on the contacting regions by doping the semiconductor layer with a metal, which metal is a complete or partial component of the metallic contacting structure. As a result, as described above, losses due to surface recombination of the charge carriers in the semiconductor layer at the contacting regions can be reduced.
Wesentlich ist, dass die Kontaktierungsstruktur eine Mehrzahl von Kontaktfingern aufweist, welche Kontaktfinger sich jeweils über mehrere Kontaktierungsbereiche und/oder entlang mehrerer Kontaktierungsbereiche erstrecken, wobei die Kontaktfinger an den Kontaktierungsbereichen eine lokale Querschnittsflächenerhöhung aufweisen und zwischen benachbarten lokalen Querschnittsflächenerhöhungen entlang eines Kontaktfingers keine Kontaktierungsbereiche ausgebildet sind.It is essential that the contacting structure has a plurality of contact fingers, which contact fingers each extend over several contacting areas and / or along several contacting areas, the contact fingers having a local increase in cross-sectional area at the contacting areas and no contacting areas being formed between adjacent local increases in cross-sectional area along a contact finger.
Diese Ausgestaltung ist in der Erkenntnis begründet, dass ein Bedarf an einer Kontaktierungsstruktur, welche die zuvor beschriebenen lokalen Dotierbereiche überdeckt, besteht, welche Kontaktierungsstruktur keine vollflächige Metallisierung, wie beispielsweise vorbekannte vollflächige Rückseitenmetallisierungen ist. Es besteht Bedarf an einer solchen Kontaktierungsstruktur, welche aufgrund der nicht ganzflächigen Bedeckung der Oberfläche durch eine Metallschicht zumindest teilweise transparent für einfallende Photonen ist. Mittels einer solchen Kontaktierungsstruktur mit einer Mehrzahl von Kontaktfingern ist somit die Verwendung solch einer Kontaktierungsstruktur an einer bei Verwendung der Solarzelle der Lichtquelle zugewandten Vorderseite der Solarzelle möglich. Ebenso ist die Verwendung an der Rückseite einer Solarzelle möglich, beispielsweise um eine bifaciale photovoltaische Solarzelle auszubilden, wie nachfolgend näher erläutert wird.This refinement is based on the knowledge that there is a need for a contacting structure which covers the local doping regions described above, which contacting structure is not a full-area metallization, such as, for example, previously known full-area rear-side metallizations. There is a need for such a contacting structure which is at least partially transparent to incident photons because the surface is not covered over the entire area by a metal layer. By means of such a contacting structure with a plurality of contact fingers, it is thus possible to use such a contacting structure on a front side of the solar cell facing the light source when the solar cell is used. It is also possible to use it on the back of a solar cell, for example to form a bifacial photovoltaic solar cell, as will be explained in more detail below.
Hier ergaben Untersuchungen, dass im Gegensatz zu einer ganzflächigen Metallisierung die Ausbildung der Kontaktierungsstruktur mit einer Mehrzahl von Kontaktfingern jedoch das Risiko der zuvor erwähnten ohmschen Leistungsverluste aufgrund der lokalen Erhöhung des Leitungswiderstandes in den Kontaktfingern birgt.Here, studies have shown that, in contrast to a full-area metallization, the formation of the contact structure with a plurality of contact fingers carries the risk of the aforementioned ohmic power losses due to the local increase in the line resistance in the contact fingers.
Bei der erfindungsgemäßen photovoltaischen Solarzelle erstrecken sich die Kontaktfinger jeweils über mehrere Kontaktierungsbereiche und/oder entlang mehrerer Kontaktierungsbereiche, wobei die Kontaktfinger an den Kontaktierungsbereichen eine lokale Querschnittsflächenerhöhung aufweisen und zwischen benachbarten lokalen Querschnittsflächenerhöhungen entlang eines Kontaktfingers keine Kontaktierungsbereiche ausgebildet sind und/oder die Kontaktfinger an den Kontaktierungsbereichen elektrisch parallel geschaltete Leitungsstrukturen aufweisen, welche die Kontaktierungsbereiche nicht überdecken. In the photovoltaic solar cell according to the invention, the contact fingers each extend over several contact areas and / or along several contact areas, the contact fingers having a local increase in cross-sectional area at the contact areas and no contact areas formed between adjacent local cross-sectional area increases along a contact finger and / or the contact fingers on the contact areas have line structures connected electrically in parallel which do not cover the contacting areas.
Durch eine lokale Querschnittsflächenerhöhung kann somit die lokale Erhöhung des spezifischen Leitungswiderstandes der Kontaktfinger an den Kontaktierungsausnehmungen kompensiert oder zumindest verringert werden. Im Ergebnis erfolgt durch eine solche Ausbildung der Kontaktfinger mit lokalen Querschnittsflächenerhöhungen an den Kontaktierungsbereichen eine Vermeidung oder zumindest Verringerung der vorgenannten ohmschen Leistungsverluste.The local increase in the specific line resistance of the contact fingers at the contact-making recesses can thus be compensated for or at least reduced by a local increase in cross-sectional area. As a result, such a design of the contact fingers with local increases in cross-sectional area at the contacting areas results in an avoidance or at least a reduction of the aforementioned ohmic power losses.
Vorzugsweise weisen die Kontaktfinger an den Kontaktierungsbereichen eine Verbreiterung parallel zu der Oberfläche der Isolierungsschicht und senkrecht zu einer Längserstreckung des Kontaktfingers auf.The contact fingers at the contacting areas preferably have a widening parallel to the surface of the insulation layer and perpendicular to a longitudinal extension of the contact finger.
Hierdurch wird somit in einfacher und insbesondere technisch unaufwändig realisierbarer Weise eine lokale Querschnittsflächenerhöhung durch zumindest lokale Verbreiterung des Kontaktfingers an den Kontaktierungsbereichen erzielt.In this way, a local increase in cross-sectional area is achieved in a simple and, in particular, technically uncomplicated manner by at least local widening of the contact finger at the contacting areas.
Besonders vorteilhaft ist es hierbei, dass die Kontaktfinger an den Kontaktierungsbereichen die Isolierungsschicht überlappend ausgebildet sind. Hierdurch wird ein zweifacher Effekt zur Verringerung der vorgenannten ohmschen Leistungsverluste erzielt:
- Einerseits erfolgt durch die Verbreiterung an den Kontaktierungsbereichen eine Querschnittflächenerhöhung, so dass aufgrund der Querschnittsflächenerhöhung der Durchleitungswiderstand im Kontaktfinger sinkt, verglichen mit einem Kontaktfinger ohne Querschnittsflächenerhöhung. Darüber hinaus wird in den Bereichen des Kontaktfingers, welche die Isolierungsschicht überlappen, kein oder nur geringfügig Halbleitermaterial eingelagert, da diese Bereiche nicht oder zumindest nicht unmittelbar im Herstellungsprozess in Kontakt mit der Halbleiterschicht stehen. Im Ergebnis ist somit der spezifische Leitungswiderstand in den Bereichen des Kontaktfingers, welche die Isolierungsschicht überlappen, geringer (aufgrund der geringeren Einlagerung von Halbleitermaterial) gegenüber den Bereichen unmittelbar an oder über den Kontaktierungsflächen (aufgrund der höheren Einlagerung von Halbleitermaterial). Im Ersatzschaltbild kann somit von einer Parallelschaltung eines Kontaktfingerbereiches mit höherem spezifischen Widerstand und geringerem spezifischen Widerstand ausgegangen werden, so dass insgesamt keine oder eine nur geringfügige Erhöhung des Leitungswiderstandes im Kontaktfinger aufgrund der Einlagerung von Halbleitermaterial erfolgt und somit diesbezügliche Wirkungsgradverluste vermieden oder zumindest verringert werden.
- On the one hand, the widening at the contacting areas results in an increase in cross-sectional area, so that, due to the increase in cross-sectional area, the conduction resistance in the contact finger decreases compared to a contact finger without an increase in cross-sectional area. In addition, no or only slightly semiconductor material is embedded in the areas of the contact finger which overlap the insulation layer, since these areas are not or at least not directly in contact with the semiconductor layer during the manufacturing process. As a result, the specific line resistance in the areas of the contact finger which overlap the insulation layer is lower (due to the lower incorporation of semiconductor material) compared to the areas directly on or above the contacting surfaces (due to the higher storage of semiconductor material). In the equivalent circuit diagram, a parallel connection of a contact finger area with a higher specific resistance and a lower specific resistance can be assumed, so that there is no or only a slight increase in the line resistance in the contact finger due to the inclusion of semiconductor material and the associated efficiency losses are avoided or at least reduced.
In einer besonders vorteilhaften Ausführungsform überdecken hierbei die Kontaktfinger in einem den Kontaktierungsbereich umlaufenden Bereich die Isolierungsschicht. Hierdurch wird einerseits der vorbeschriebene Effekt der Parallelschaltung verstärkt. Darüber hinaus ist bei der Herstellung der Solarzelle eine geringere Prozessierungsgenauigkeit notwendig, da umlaufend um die Kontaktierungsfläche eine Überlappung der Isolierungsschicht durch den Metallisierungsfinger vorliegt und somit höhere Toleranzen hinsichtlich von Justierungenauigkeiten gegeben sind.In a particularly advantageous embodiment, the contact fingers cover the insulation layer in an area surrounding the contacting area. As a result, on the one hand, the above-described effect of the parallel connection is increased. In addition, a lower processing accuracy is necessary in the production of the solar cell, since there is an overlap of the insulation layer all around the contacting surface by the metallization finger and thus higher tolerances with regard to adjustment inaccuracies are given.
Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe wird ebenfalls gelöst, indem die Kontaktfinger an den Kontaktierungsbereichen elektrisch parallel geschaltete metallische Leitungsstrukturen aufweisen, welche die Kontaktierungsbereiche nicht überdecken. Diese elektrisch parallel geschalteten metallischen Leitungsstrukturen weisen somit keine oder nur geringfügige Einlagerungen von Halbleitermaterial auf, da sie die Kontaktierungsbereiche nicht überdecken. Aufgrund der Parallelschaltung des Bereiches des Kontaktfingers, welcher die Kontaktierungsbereiche überdeckt, mit den vorgenannten elektrischen metallischen Leitungsstrukturen werden Erhöhungen im Leitungswiderstand aufgrund von Einlagerungen von Halbleitermaterial durch die elektrisch parallel geschalteten metallischen Leitungsstrukturen somit kompensiert oder zumindest verringert. Es liegt hierbei im Rahmen der Erfindung, alternativ lokale Querschnittsflächenerhöhungen oder elektrisch parallel geschaltete metallische Leitungsstrukturen vorzusehen. Ebenso liegt es im Rahmen der Erfindung, sowohl lokale Querschnittsflächenerhöhungen, als auch elektrisch parallel geschaltete metallische Leitungsstrukturen vorzusehen.The object on which the invention is based is also achieved in that the contact fingers on the contacting areas have metallic line structures that are electrically connected in parallel and that do not cover the contacting areas. These metallic line structures, which are connected electrically in parallel, therefore have no or only slight deposits of semiconductor material, since they do not cover the contact-making areas. Due to the parallel connection of the area of the contact finger that covers the contacting areas with the aforementioned electrical metallic line structures, increases in the line resistance due to the inclusion of semiconductor material are compensated or at least reduced by the electrically parallel connected metallic line structures. It is within the scope of the invention to alternatively provide local increases in cross-sectional area or metallic line structures connected electrically in parallel. It is also within the scope of the invention to provide both local increases in cross-sectional area and metallic line structures connected electrically in parallel.
Die elektrisch parallel geschalteten metallischen Leitungsstrukturen sind vorzugsweise als lokale, parallele Nebenfinger ausgebildet. Diese Nebenfinger sind Bestandteil eines Fingers, verlaufen jedoch im Bereich der Kontaktierungsbereiche parallel zu einem Hauptast des Kontaktfingers und beabstandet zu diesen. Vor und/oder nach, bevorzugt vor und nach den Kontaktierungsbereichen sind die Nebenfinger elektrisch leitend und insbesondere bevorzugt stoffschlüssig mit dem Hauptast des Kontaktfingers verbunden.The metallic line structures connected electrically in parallel are preferably designed as local, parallel secondary fingers. These secondary fingers are part of a finger, but in the area of the contacting areas they run parallel to a main branch of the contact finger and are spaced apart from them. Before and / or after, preferably before and after the contacting areas, the secondary fingers are electrically conductively and particularly preferably materially connected to the main branch of the contact finger.
Hierbei ist es insbesondere vorteilhaft, wenn der Hauptast die Kontaktierungsbereiche nicht überdeckt und somit lediglich die Nebenfinger die Kontaktierungsbereiche überdecken. Hierdurch ergibt sich einerseits der Vorteil, dass der Stromfluss im Hauptast nicht oder nur geringfügig durch Einlagerungen von Halbleitermaterial beeinträchtigt wird. Darüber hinaus sind die Nebenfinger im Bereich der Kontaktierungsbereiche von dem Hauptast beabstandet, so dass auch bei Herstellung eines solchen Kontaktfingers Halbleitermaterial, welches im Metall der Nebenfinger eingelagert ist, nicht oder nur geringfügig - aufgrund der räumlichen Beabstandung - in das Material des Hauptastes des Kontaktfingers gelangen kann.It is particularly advantageous here if the main branch does not cover the contacting areas and thus only the secondary fingers cover the contacting areas. This has the advantage, on the one hand, that the current flow in the main branch is not or only slightly impaired by the inclusion of semiconductor material. In addition, the secondary fingers are spaced apart from the main branch in the area of the contacting areas, so that even when such a contact finger is manufactured, semiconductor material which is embedded in the metal of the secondary finger does not get into the material of the main branch of the contact finger, or only slightly - due to the spatial spacing can.
Vorzugsweise sind die Kontaktierungsausnehmungen paarweise angeordnet, wobei die einem Paar zugeordneten Kontaktierungsausnehmungen auf gegenüberliegenden Seiten des Kontaktfingers angeordnet sind.The contacting recesses are preferably arranged in pairs, the contacting recesses assigned to a pair being arranged on opposite sides of the contact finger.
In dieser vorteilhaften Ausführungsform verläuft somit eine Hauptlinie oder ein Hauptast des Kontaktfingers zwischen dem Paar von Kontaktierungsausnehmungen hindurch, wobei im Bereich der Kontaktierungsausnehmungen der Kontaktfinger eine Verbreiterung aufweist, so dass er zumindest die Kontaktierungsausnehmungen überdeckt.In this advantageous embodiment, a main line or a main branch of the contact finger thus runs between the pair of contacting recesses, the contact finger being widened in the area of the contacting recesses so that it at least covers the contacting recesses.
Der Kontaktfinger weist somit einen Hauptast auf, welcher zwischen den beiden ein Paar bildenden Kontaktierungsausnehmungen hindurch verläuft. Der Hauptast des Kontaktfingers weist im Bereich der Kontaktierungsausnehmungen eine Verbreiterung in Form von Seitenästen oder seitlich angefügten Erweiterungen auf, welche zumindest die Kontaktierungsausnehmungen überdecken.The contact finger thus has a main branch which runs between the two contacting recesses that form a pair. The main branch of the contact finger has a widening in the area of the contacting recesses in the form of side branches or laterally attached extensions which at least cover the contacting recesses.
Der Hauptast des Kontaktfingers ist somit zwischen den Kontaktierungsausnehmungen auf der Isolierungsschicht geführt und weist somit in diesem Bereich keine oder nur vergleichsweise geringfügige Einlagerungen von Halbleitermaterial und entsprechend keine oder nur eine vergleichsweise geringe Erhöhung des spezifischen elektrischen Leitungswiderstandes auf. Aufgrund der Überdeckung der Kontaktierungsausnehmungen werden somit Ladungsträger seitlich an den Hauptast des Kontaktfingers herangeführt. Die Gesamtstromdichte bei dieser seitlichen Heranführung ist jedoch vergleichsweise gering, da lediglich die Ladungsträger aus den jeweils zugeordneten Kontaktierungsausnehmungen innerhalb dieser Bereiche dem Hauptast des Kontaktfingers zugeführt werden müssen. Die Ladungsträger von benachbarten Paaren von Kontaktierungsausnehmungen fließen hingegen durch den Hauptast des Kontaktfingers, welcher wie zuvor beschrieben nicht oder nur geringfügig durch Einlagerungen von Halbleitermaterial beeinträchtigt ist.The main branch of the contact finger is thus guided between the contacting recesses on the insulation layer and thus has no or only comparatively slight deposits of semiconductor material in this area and accordingly no or only a comparatively small increase in the specific electrical line resistance. Due to the overlap of the contacting recesses, charge carriers are thus brought laterally to the main branch of the contact finger. However, the total current density with this lateral approach is comparatively low, since only the charge carriers from the respectively assigned contact-making recesses within these areas have to be fed to the main branch of the contact finger. The charge carriers from adjacent pairs of contacting recesses, on the other hand, flow through the main branch of the contact finger, which as described above is not or only slightly impaired by the inclusion of semiconductor material.
Alternativ und/oder zusätzlich zur Ausbildung einer lokalen Querschnittsflächenerhöhung durch lokale Verbreiterung des Kontaktfingers weist der Kontaktfinger an den Kontaktierungsbereichen eine lokale Dickenerhöhung auf. Hierbei kann bei konstanter Breite ausschließlich durch eine Dickenerhöhung eine lokale Querschnittsflächenerhöhung erzielt werden, um die ohmschen Leistungsverluste wie zuvor beschrieben zu verringern.As an alternative and / or in addition to the formation of a local increase in cross-sectional area through local widening of the contact finger, the contact finger has a local increase in thickness at the contacting areas. In this case, with a constant width, a local increase in cross-sectional area can be achieved solely by increasing the thickness, in order to reduce the ohmic power losses as described above.
Ebenso kann durch eine Kombination von Verbreiterung und Dickenerhöhung eine vergleichsweise stärkere Querschnittsflächenerhöhung und entsprechend stärkere Verringerung des Durchleitungswiderstandes erzielt werden.A comparatively greater increase in cross-sectional area and a correspondingly greater reduction in the transmission resistance can also be achieved by a combination of widening and increasing the thickness.
Vorzugsweise umfasst die Kontaktierungsstruktur eine Mehrzahl von Kontaktfingern und mindestens einen Busbar, wobei die Kontaktfinger bevorzugt stoffschlüssig und elektrisch leitend mit dem Busbar verbunden sind.The contacting structure preferably comprises a plurality of contact fingers and at least one busbar, the contact fingers preferably being connected to the busbar in a materially and electrically conductive manner.
Ein Busbar stellt hierbei einen Teilbereich der Kontaktierungsstruktur dar, welcher Ladungsträger von der Mehrzahl von Kontaktfingern einsammelt und zu einem Anschluss wie beispielsweise einem Zellverbinder oder einem Lötpad zum Verbinden mit einem externen Stromkreis bzw. Zellverbinder weiterleitet.A busbar represents a partial area of the contacting structure which collects charge carriers from the plurality of contact fingers and forwards them to a connection such as a cell connector or a soldering pad for connection to an external circuit or cell connector.
Vorzugsweise überdeckt der Busbar keine Kontaktierungsbereiche, d. h. der Busbar ist ausschließlich über die Kontaktfinger und die von diesen überdeckten Kontaktflächen elektrisch leitend mit der Halbleiterstruktur verbunden. Hierdurch ergibt sich der Vorteil, dass keine Verringerung der Leitfähigkeit im Busbar aufgrund der Einlagerung von Halbleitermaterial erfolgt.The busbar preferably does not cover any contacting areas, i. H. the busbar is connected to the semiconductor structure in an electrically conductive manner exclusively via the contact fingers and the contact surfaces covered by them. This has the advantage that there is no reduction in the conductivity in the busbar due to the inclusion of semiconductor material.
Kontaktfinger und Busbar können die Struktur an sich bekannter Kontaktierungsgitter aufweisen, insbesondere kammartiger oder doppelkammartiger Kontaktgitter. Vorzugsweise erstrecken sich die Kontaktfinger parallel und der Busbar erstreckt sich senkrecht zu den Kontaktfingern. Hierdurch kann somit hinsichtlich Busbar und Kontaktfinger (bzw. hinsichtlich Busbar und Hauptast der Kontaktfinger bei einer bevorzugten Ausgestaltung wie zuvor beschrieben) auf an sich bekannte Geometrien und Herstellungsmethoden im Wesentlichen zurückgegriffen werden.Contact fingers and busbar can have the structure of known contact grids, in particular comb-like or double-comb-like contact grids. The contact fingers preferably extend parallel and the busbar extends perpendicular to the contact fingers. As a result, with regard to the busbar and contact finger (or with regard to the busbar and main branch, the contact finger in a preferred embodiment as described above), geometries and manufacturing methods known per se can essentially be used.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform umfasst die Kontaktierungsstruktur eine Mehrzahl von Kontaktfingern, wobei die Kontaktfinger untereinander keine metallisch elektrisch leitende Verbindung aufweisen. Eine elektrisch leitende Verbindung der Kontaktfinger besteht somit allenfalls über die Halbleiterschicht oder über nachträglich durch einen externen Stromkreis oder beispielsweise bei Fertigstellung des Solarzellenmoduls und Verschaltung der Solarzelle mit mehreren benachbarten Solarzellen über zusätzliche Komponenten.In a further preferred embodiment, the contacting structure comprises a plurality of contact fingers, the contact fingers not having any metallic, electrically conductive connection to one another. An electrically conductive connection of the contact fingers thus exists at best via the semiconductor layer or via subsequently via an external circuit or, for example, when the solar cell module is completed and the solar cell is connected to several adjacent solar cells via additional components.
Hierdurch ergibt sich eine kostengünstige Herstellung, da keine Busbars als Bestandteil der Solarzelle, welche Kontaktfinger verbinden, ausgebildet werden.This results in a cost-effective production, since no busbars, which connect contact fingers, are formed as part of the solar cell.
Bevorzugt weist zumindest eine Teilmenge der Kontaktierungsflächen, insbesondere bevorzugt alle Kontaktierungsflächen eine längliche Streckung auf, wobei die Kontaktierungsflächen senkrecht zu einer Längserstreckung des Kontaktfingers angeordnet sind. Bei dieser vorteilhaften Ausgestaltung kann der Kontaktfinger somit als aus einem Hauptast bestehend angesehen werden, an welchem Hauptast seitlich die Kontaktierungsflächen angeordnet sind, welche sich bevorzugt in etwa senkrecht zu dem Hauptast des Kontaktfingers erstrecken. Auch hier überdeckt der Kontaktfinger zumindest die Kontaktierungsflächen, vorzugsweise zusätzlich einen die Kontaktierungsflächen umgebenden Bereich der Isolierungsschicht. Hinsichtlich der elektrischen Leitungswege können die Kontaktierungsflächen aufgrund ihrer länglichen Erstreckung und die diese Kontaktierungsflächen bedeckenden Bereiche des Kontaktfingers somit als „Mikro-Finger“ angesehen werden, welche Ladungsträger dem Hauptast des Kontaktfingers zuführen.Preferably, at least a subset of the contacting surfaces, particularly preferably all of the contacting surfaces, have an elongate extension, the contacting surfaces being arranged perpendicular to a longitudinal extension of the contact finger. In this advantageous embodiment, the contact finger can thus be viewed as consisting of a main branch, on which main branch the contacting surfaces are arranged laterally, which preferably extend approximately perpendicular to the main branch of the contact finger. Here, too, the contact finger covers at least the contacting surfaces, preferably additionally a region of the insulation layer surrounding the contacting surfaces. With regard to the electrical conduction paths, the contacting surfaces due to their elongated extension and the areas of the contact finger covering these contacting surfaces can thus be viewed as “micro-fingers” which feed charge carriers to the main branch of the contact finger.
Hierdurch ergibt sich der bereits zuvor ausgeführte Vorteil, dass in dem Hauptast des Kontaktfingers kein oder nur eine geringfügige Erhöhung des Leitungswiderstandes aufgrund einer Einlagerung von Halbleitermaterial erfolgt. Darüber hinaus bietet die längliche Erstreckung der Kontaktierungsflächen die Möglichkeit einer guten Abdeckung der Halbleiterschicht durch Kontaktierungsflächen, womit zusätzlich Verluste aufgrund des Leitungswiderstandes in der Halbleiterschicht, so genannte Serienwiderstandsverluste innerhalb der Halbleiterschicht aufgrund kürzerer Flusswege der Majoritätsladungsträger in der Halbleiterschicht verringert werden.This results in the previously mentioned advantage that there is no or only a slight increase in the line resistance in the main branch of the contact finger due to the inclusion of semiconductor material. In addition, the elongated extension of the contacting surfaces offers the possibility of good coverage of the semiconductor layer by contacting surfaces, which also reduces losses due to the conduction resistance in the semiconductor layer, so-called series resistance losses within the semiconductor layer due to shorter flow paths of the majority charge carriers in the semiconductor layer.
Eine weitere Verringerung von ohmschen Leistungsverlusten in der Kontaktierungsstruktur wird hierbei in einer weiter bevorzugten Ausführungsform erzielt, bei welcher der Kontaktfinger an den Kontaktierungsflächen mit länglicher Erstreckung eine entlang der länglichen Erstreckung in Richtung des Kontaktfingers zunehmende Querschnittsfläche, insbesondere bevorzugt eine zunehmende Breite aufweist. Die vorgenannten Mikro-Finger sind somit in der an sich bekannten Form eines „tapered finger“ ausgebildet. Hierbei wird berücksichtigt, dass über die gesamte Kontaktierungsfläche Ladungsträger in die die Kontaktierungsfläche bedeckende Metallisierung eintreten und somit entlang einer Stromhauptflussrichtung in der Kontaktierungsstruktur entlang der Kontaktierungsfläche der Gesamtstrom ansteigt. Eine kontinuierliche oder stufenartig quasi kontinuierliche zunehmende Querschnittsfläche entlang dieser Hauptstromrichtung, vorliegend somit in Richtung des Hauptastes des Kontaktfingers, führt somit insofern zu einer Optimierung, dass einerseits die Stromdichte aufgrund der zunehmenden Querschnittsfläche nicht oder nur geringfügig ansteigt und andererseits dennoch die Abschattung der Oberfläche der Solarzelle aufgrund der Kontaktierungsstruktur möglichst gering gehalten werden kann.A further reduction in ohmic power losses in the contacting structure is achieved in a further preferred embodiment in which the contact finger on the contacting surfaces with an elongated extension has a cross-sectional area that increases along the elongated extension in the direction of the contact finger, particularly preferably an increasing width. The aforementioned micro-fingers are thus designed in the form of a “tapered finger”, which is known per se. It is taken into account here that charge carriers enter the contacting area over the entire contacting area Metallization occur and thus the total current increases along a main current flow direction in the contacting structure along the contacting surface. A continuous or step-like quasi-continuously increasing cross-sectional area along this main flow direction, in this case in the direction of the main branch of the contact finger, thus leads to an optimization in that on the one hand the current density does not or only slightly increases due to the increasing cross-sectional area and on the other hand the shading of the surface of the solar cell is nonetheless can be kept as low as possible due to the contact structure.
Wie zuvor ausgeführt führen die Herstellungsverfahren, welche bei solchen Kontaktierungsstrukturen eine lokale Dotierung im Bereich der Kontaktierungsflächen mit einem Metall, welches einziger oder teilweiser Bestandteil der Metallisierungsstruktur ist, ebenso zu einer Einlagerung von Halbleitermaterial in der Metallisierungsstruktur im Bereich der Kontaktierungsflächen. Die Kontaktfinger können somit im Kontaktierungsbereich Halbleitermaterials der Halbleiterschicht enthalten.As stated above, the production methods which, in such contacting structures, involve local doping in the area of the contacting areas with a metal that is the sole or partial component of the metallization structure, also lead to an embedding of semiconductor material in the metallization structure in the area of the contacting areas. The contact fingers can thus contain semiconductor material of the semiconductor layer in the contacting region.
Die vorbeschriebene Kontaktierungsstruktur ist insbesondere zur Anordnung an der Rückseite der Solarzelle geeignet. Hierdurch kann die an sich bekannte und favorisierte Struktur einer lokalen Kontaktierung (durch die lokalen Ausnehmungen in der Isolierungsschicht zur Ausbildung der Kontaktierungsflächen) und die lokale Hochdotierung in der Halbleiterschicht im Bereich der Kontaktierungsflächen aufrechterhalten werden und gleichzeitig eine bifaciale Solarzelle ausgebildet werden:
- Aufgrund der Ausbildung der Kontaktierungsstruktur mit einer Mehrzahl von Kontaktfingern ist es nicht notwendig, eine ganzflächige Metallisierung der Rückseite vorzusehen. An den nicht durch die Kontaktierungsstruktur bedeckten Bereichen der Rückseite können somit Photonen in die Halbleiterschicht eindringen und zur Ladungsträgergeneration beitragen. Vorteilhafterweise wird die erfindungsgemäße photovoltaische Solarzelle somit als bifaciale Solarzelle ausgebildet, so dass sowohl von der Vorderseite, als auch von der Rückseite auf die Solarzelle auftreffende Photonen zur Stromerzeugung beitragen können.
- Due to the formation of the contacting structure with a plurality of contact fingers, it is not necessary to provide an all-over metallization of the rear side. In the areas of the rear side not covered by the contacting structure, photons can thus penetrate into the semiconductor layer and contribute to the generation of charge carriers. The photovoltaic solar cell according to the invention is thus advantageously designed as a bifacial solar cell, so that photons striking the solar cell from both the front and the rear can contribute to the generation of electricity.
Die Kontaktierungsstruktur wird vorteilhafterweise zur Kontaktierung eines p-dotierten Bereiches verwendet: Ein typisches Metall zur Ausbildung der Kontaktierungsstruktur ist beispielsweise Aluminium. Mittels dieser Metalle kann wie zuvor beschrieben die lokale Hochdotierung in p-dotierten Bereichen der Solarzelle erfolgen, nicht jedoch in den hierzu entgegengesetzt dotierten Bereichen, den n-dotierten Bereichen.The contacting structure is advantageously used to contact a p-doped region: a typical metal for forming the contacting structure is, for example, aluminum. By means of these metals, as described above, the local high doping can take place in p-doped regions of the solar cell, but not in the regions doped in the opposite direction to this, the n-doped regions.
Die Mehrzahl der aktuell produzierten Solarzellen weisen n-dotierte Emitter und entsprechend eine p-dotierte Basis auf. Vorteilhafterweise wird daher die Kontaktierungsstruktur zur Kontaktierung der Basis der Solarzelle verwendet.The majority of the solar cells currently produced have n-doped emitters and a corresponding p-doped base. The contacting structure is therefore advantageously used to contact the base of the solar cell.
Zunehmend sind jedoch aufgrund verbesserter Materialeigenschaften Solarzellen von Interesse, welche eine n-dotierte Basis aufweisen. Bei solchen Solarzellen wird entsprechend vorteilhafterweise die Kontaktierungsstruktur zur Kontaktierung des p-dotierten Emitters verwendet, beispielsweise bei Verwendung eines mittels Aluminium p-dotierten Emitters.However, due to improved material properties, solar cells which have an n-doped base are increasingly of interest. In solar cells of this type, the contacting structure is advantageously used to contact the p-doped emitter, for example when using an emitter p-doped by means of aluminum.
Besonders vorteilhaft ist die photovoltaische Solarzelle als PERC-Solarzelle ausgebildet. Die Grundstruktur einer solchen Solarzelle ist in
Die lokale Querschnittsflächenerhöhung ist vorzugsweise derart ausgebildet, dass die Querschnittsfläche im Bereich der Kontaktierungsbereiche mit mindestens einen Faktor 1,2, vorzugsweise mit mindestens einem Faktor 1,5, insbesondere mit mindestens einem Faktor 2 erhöht ist, verglichen mit der Querschnittsfläche derjenigen Bereiche der Kontaktfinger, welche von den Kontaktierungsbereichen in Hauptstromflussrichtung beabstandet sind.The local increase in cross-sectional area is preferably designed in such a way that the cross-sectional area in the area of the contacting areas is increased by at least a factor of 1.2, preferably by at least a factor of 1.5, in particular by at least a factor of 2, compared to the cross-sectional area of those areas of the contact fingers, which are spaced from the contact areas in the main current flow direction.
Die lokale Querschnittsflächenerhöhung ist vorzugsweise derart ausgebildet, dass die Querschnittsfläche im Bereich der Kontaktierungsbereiche mit maximal einen Faktor 10, vorzugsweise mit maximal einem Faktor 7, insbesondere mit maximal einem Faktor 5 erhöht ist, verglichen mit der Querschnittsfläche derjenigen Bereiche der Kontaktfinger, welche von den Kontaktierungsbereichen in Hauptstromflussrichtung beabstandet sind.The local increase in cross-sectional area is preferably designed in such a way that the cross-sectional area in the area of the contacting areas is increased by a maximum of a factor of 10, preferably by a maximum of a factor of 7, in particular by a maximum of a factor of 5, compared to the cross-sectional area of those areas of the contact fingers which are affected by the contacting areas are spaced apart in the main flow direction.
In Hauptstromflussrichtung des Kontaktfingers bzw. eines Hauptastes des Kontaktfingers erstreckt sich die lokale Querschnittsflächenerhöhung vorzugsweise maximal um die doppelte Länge der Kontaktfläche in Hauptstromflussrichtung, vorzugsweise maximal um die einfache Länge der Kontaktfläche, insbesondere bevorzugt maximal um die Hälfte der Länge der Kontaktfläche.In the main current flow direction of the contact finger or a main branch of the contact finger, the local increase in cross-sectional area extends preferably a maximum of twice the length of the contact surface in the main current flow direction, preferably a maximum of the single length of the contact surface, particularly preferably a maximum of half the length of the contact surface.
Typischerweise weist der Kontaktfinger bzw. zumindest ein Hauptast des Kontaktfingers eine längliche Erstreckung auf. In diesem Fall verläuft die Hauptstromflussrichtung typischerweise entlang dieser länglichen Erstreckung.The contact finger or at least one main branch of the contact finger typically has an elongate extension. In this case, the main flow direction typically runs along this elongated extent.
Weitere bevorzugte Merkmale und Ausführungsformen werden im Folgenden anhand von Ausführungsbeispielen und den Figuren erläutert. Dabei zeigt:
-
1 ein erstes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen photovoltaischen Solarzelle, welche als PERC-Solarzelle ausgebildet ist in perspektivischer Darstellung; -
2 die Kontaktierungsstruktur der Solarzelle gemäß1 ; -
3 eine alternative Kontaktierungsstruktur gemäß eines zweiten Ausführungsbeispiels, welche Mikro-Finger umfasst; -
4 eine weitere alternative Ausführung einer Kontaktierungsstruktur gemäß eines dritten Ausführungsbeispiels, welche keine Busbars aufweist; -
5 ein viertes Ausführungsbeispiel in Schnittdarstellung, wobei die Schnittebene durch einen Kontaktfinger verläuft und -
6 ein fünftes Ausführungsbeispiel, bei welchem die Kontaktfinger an den Kontaktierungsbereichen elektrisch parallel geschaltete Leitungsstrukturen aufweisen, welche die Kontaktierungsbereiche nicht überdecken.
-
1 a first embodiment of a photovoltaic solar cell according to the invention, which is designed as a PERC solar cell, in a perspective view; -
2 the contacting structure of the solar cell according to1 ; -
3 an alternative contact structure according to a second exemplary embodiment, which comprises micro-fingers; -
4th a further alternative embodiment of a contacting structure according to a third exemplary embodiment, which has no busbars; -
5 a fourth exemplary embodiment in a sectional view, the sectional plane running through a contact finger and -
6th a fifth exemplary embodiment, in which the contact fingers on the contacting areas have line structures that are electrically connected in parallel and that do not cover the contacting areas.
Sämtliche Figuren zeigen schematische, nicht maßstabsgetreue Darstellungen. Gleiche Bezugszeichen in den
- Die Solarzelle weist eine Halbleiterschicht
1 auf, welche als p-dotierter Siliziumwafer ausgebildet ist. In der Darstellung gemäß1 ist die Rückseite der Solarzelle obenliegend und entsprechend die Vorderseite der Solarzelle untenliegend dargestellt.
- The solar cell has a
semiconductor layer 1 on, which is designed as a p-doped silicon wafer. In the representation according to1 the back of the solar cell is shown on top and correspondingly the front of the solar cell is shown on the bottom.
An der Vorderseite der Solarzelle ist ein n-dotierter Emitter
An der Rückseite der Solarzelle ist eine elektrisch isolierende Isolierungsschicht
Auf der Isolierungsschicht
Während der Herstellung wird in einem so genannten „Kontaktfeuern“ Halbleitermaterial der Halbleiterschicht
Die Kontaktierungsstruktur ist vorliegend aus Aluminium ausgebildet, so dass entsprechend die Dotierbereiche
Die Ausgestaltung der Kontaktierungsstruktur
- Die
2 bis 4 und6 zeigen jeweils Teilausschnitte von verschiedenen Kontaktierungsstrukturen jeweils in Draufsicht.2 zeigt hierbei dieKontaktierungsstruktur 5 der Solarzelle gemäß 1 .
- the
2 until4th and6th each show partial sections of various contacting structures, each in a plan view.2 shows thecontact structure 5 according to thesolar cell 1 .
Zusätzlich sind in den
Die in
Die Kontaktfinger erstrecken sich jeweils über mehrere Kontaktierungsbereiche
- Wie in der Ausschnittvergrößerung ersichtlich, durchgreift in
einer Kontaktierungsausnehmung 6 der Isolierungsschicht 4 der Kontaktfinger 9 die Isolierungsschicht 4 und bildet somit in diesem Bereich einen elektrischen Kontakt zur Halbleiterschicht1 aus. Es besteht somit eine Kontaktierungsfläche11 im Kontaktierungsbereich 10 , anwelcher Kontaktierungsfläche 11 die Kontaktierungsstruktur5 und dieHalbleiterschicht 1 unmittelbar aneinander angrenzen und einen elektrischen Kontakt ausbilden.
- As can be seen in the enlarged section, it reaches through in a contacting recess
6th the insulation layer4th thecontact finger 9 the insulation layer4th and thus forms an electrical contact to the semiconductor layer in thisarea 1 the end. There is thus a contacting surface11th in thecontact area 10 at which contact surface11th thecontact structure 5 and thesemiconductor layer 1 directly adjoin each other and form an electrical contact.
Wesentlich ist, dass die Kontaktfinger
- Wie in der Draufsicht gemäß
2 ersichtlich, weisen dieKontaktfinger 9 anden Kontaktierungsbereichen 10 jeweils eine lokale Verbreiterung parallel zu der Oberfläche der Isolierungsschicht4 auf. Die lokale Querschnittsflächenerhöhung ist somit eine Querschnittsflächenerhöhung desKontaktfingers 9 im Bereich der Kontaktierungsfläche11 gegenüber der Querschnittsfläche des Kontaktfingers im Verlauf vor und nach derKontaktierungsfläche 11 . Die Querschnittsfläche ist vorliegend im Bereich der Kontaktierungsfläche (Bereich „A1“) mit einem Faktor von etwa 1,7 erhöht, verglichen mit der Querschnittsfläche vor und hinter der Kontaktierungsfläche (Positionen „A2“ und „A3“). Vorzugsweise liegt eine Querschnittsflächenerhöhung mit einem 1,10Faktor im Bereich bis 3,insbesondere im Bereich 1,2 bis 2 vor. Die Finger haben vorliegend im Bereich außerhalb der Kontaktflächen (außerhalb der Querschnittsflächenerhöhung) eine Breite von etwa 300 µm, vorzugsweise liegt diese Breite etwa im Bereich (100 µm bis 500 µm). Im Bereich der Kontaktierungsflächen (im Bereich der Querschnittsflächenerhöhung) haben die Finger vorliegend einer Breite von etwa 500 µm. Vorzugsweise ist die Querschnittsflächenerhöhung in etwa auf den Bereich der Kontaktierungsfläche beschränkt. Ebenso kann die Querschnittsflächenerhöhung sich geringfügig vor und hinter der Kontaktierungsfläche weiter erstrecken, vorzugsweise jedoch weniger als die Hälfte der Länge der Kontaktierungsfläche. Die Bezeichnung „Länge“ bezieht sich auf die Erstreckung der Kontaktierungsfläche in Hauptstromflussrichtung.
- As in the top view according to
2 clearly show thecontact fingers 9 at thecontact areas 10 in each case a local widening parallel to the surface of the insulation layer4th on. The local increase in cross-sectional area is thus an increase in cross-sectional area of thecontact finger 9 in the area of the contact surface11th compared to the cross-sectional area of the contact finger in the course before and after the contacting area11th . In the present case, the cross-sectional area in the area of the contacting area (area “A1”) is increased by a factor of approximately 1.7 compared to the cross-sectional area in front of and behind the contacting area (positions “A2” and “A3”). There is preferably an increase in cross-sectional area by a factor in the range 1.10 to 3, in particular in the range 1.2 to 2. In the present case, the fingers have a width of about 300 µm in the area outside the contact areas (outside the increase in cross-sectional area), this width is preferably in the range (100 µm to 500 µm). In the area of the contacting areas (in the area of the increased cross-sectional area) the fingers have a width of approximately 500 μm in the present case. The increase in cross-sectional area is preferably limited approximately to the area of the contacting area. Likewise, the increase in cross-sectional area can extend slightly in front of and behind the contacting area, but preferably less than half the length of the contacting area. The term “length” refers to the extension of the contacting surface in the main current flow direction.
Da die Verbreiterung größer als die Breite der Kontaktierungsfläche
Bei Verwendung der Solarzelle erfolgt der Stromfluss in der Kontaktierungsstruktur
In den Kontaktfingern
Im Ergebnis werden Wirkungsgradverluste begründet in einer lokalen Erhöhung des Leitungswiderstandes der Kontaktierungsstruktur
Die Kontaktfinger
Entsprechend weisen auch die Kontaktierungsflächen
Auch bei der Kontaktierungsstruktur
In den Mikrofingern erfolgt der Stromfluss senkrecht zum Hauptast
Die Kontaktfinger
Darüber hinaus überdeckt der Hauptast
Diese Kontaktierungsstruktur
- Die Kontaktierungsstruktur
5'' weist eine Mehrzahl von Kontaktfingern9'' auf, welche sich mit einem Hauptast des Fingers jeweils entlang einer Mehrzahl von Kontaktierungsflächen11'' erstrecken. Die Kontaktierungsflächen11'' sind, wie auch in3 , paarweise angeordnet, wobei die einem Paar zugeordneten Kontaktierungsflächen (und entsprechend auch die zugeordneten Kontaktierungsausnehmungen in der Isolierungsschicht) auf gegenüberliegenden Seiten des Hauptastes des jeweiligen Kontaktfingers9'' ausgebildet sind. Die Ausschnittvergrößerung zeigt einen Kontaktfinger9'' mit einem Paar von Kontaktierungsflächen11'' , welche gegenüberliegend dem Hauptast12'' des Kontaktfingers9'' angeordnet sind. Ebenso liegt es im Rahmen der Erfindung, ein Paar von Kontaktierungsflächen jeweils durchgängig als eine Kontaktierungsfläche auszubilden, welche sich in diesem Fall somit auch unter den Hauptast des Kontaktierungsfingers erstreckt.
- The contact structure
5 '' has a plurality of contact fingers9 '' which is connected to a main branch of the finger along a plurality of contacting surfaces11 '' extend. The contact surfaces11 '' are, as well as in3 , arranged in pairs, the contacting surfaces assigned to a pair (and correspondingly also the assigned contacting recesses in the insulation layer) on opposite sides of the main branch of the respective contact finger9 '' are trained. The enlarged section shows a contact finger9 '' with a pair of contacting surfaces11 '' which is opposite the main branch12 '' of the contact finger9 '' are arranged. It is also within the scope of the invention to design a pair of contacting areas continuously as a contacting area, which in this case also extends under the main branch of the contacting finger.
Auch die Kontaktierungsstruktur
- Wie ebenfalls in der Ausschnittvergrößerung ersichtlich, sind seitlich an dem Hauptast
12'' des Kontaktfingers9'' jeweils Mikrofinger 13'' angeordnet, welche die Kontaktierungsflächen11'' vollständig überdecken. Darüber hinaus sind die Mikrofinger13' als „tapered fingers“ ausgebildet, indem die Breite der Mikro-Finger13' sich in Richtung des Hauptastes12'' erhöht.
- As can also be seen in the enlarged section, are on the side of the main branch
12 '' of the contact finger9 '' each microfinger 13 ″ arranged, which the contacting surfaces11 '' cover completely. In addition, the microfingers are13 ' formed as "tapered fingers" by increasing the width of the micro-fingers13 ' towards the main branch12 '' elevated.
Der Stromfluss in den Mikro-Fingern
Die Kontaktfinger
In
- Grundsätzlich kann das Ausführungsbeispiel gemäß
5 auf einer Solarzellenstruktur gemäß1 und auch auf einer Kontaktierungsstruktur in Draufsicht gemäß2 beruhend ausgebildet werden.Die Darstellung gemäß 5 zeigt einen Schnitt senkrecht zur Isolierungsschicht4 und entlang und in etwa mittig in einem Kontaktfinger9'' ' verlaufend. Die lokale Querschnittsflächenerhöhung des Kontaktfingers9'' ' wird vorliegend somit nicht nur durch eine lokale Verbreiterung gemäß2 erzielt, sondern zusätzlich durch eine lokale Dickenerhöhung gemäß5 . In einem alternativen Ausführungsbeispiel wird die lokale Querschnittsflächenerhöhung ausschließlich durch eine lokale Dickenerhöhung gemäß5 erzielt. Die Dicke erhöht sich vorliegend lokal etwa mit einem Faktor 2. Vorzugsweise erfolgt eine lokale Dickenerhöhung mit einemFaktor im Bereich 1, 2bis 4.
- In principle, the embodiment according to
5 on a solar cell structure according to1 and also on a contacting structure in plan view according to FIG2 be trained based. The representation according to5 shows a section perpendicular to the insulation layer4th and along and roughly in the middle of a contact finger9 '' 'trending. The local increase in cross-sectional area of the contact finger9 '' In the present case, 'is therefore not only in accordance with a local broadening2 achieved, but also by a local increase in thickness according to5 . In an alternative exemplary embodiment, the local increase in cross-sectional area is achieved exclusively by a local increase in thickness according to FIG5 achieved. In the present case, the thickness increases locally by approximately a factor of 2. There is preferably a local increase in thickness by a factor in therange 1, 2 to 4.
- Auch die in Teildarstellung in
6 dargestellte Kontaktierungsstruktur kann zur Kontaktierung einer PERC-Solarzelle gemäß 1 verwendet werden.
- The partial representation in
6th The contacting structure shown can be used for contacting a PERC solar cell according to FIG1 be used.
Auch hier gehen von einem Busbar 8''' mehrere Kontaktfinger
Hierdurch ergeben sich die Vorteile, dass bei Herstellung solch einer Kontaktierungsstruktur zwar Halbleitermaterial an den Kontaktierungsbereichen
Die Breite der Nebenfinger beträgt vorliegend etwa 75% der Breite des Haupastes. Vorliegend weist der Hauptast eine Breite von etwa 200 µm auf.The width of the secondary fingers is around 75% of the width of the main branch. In the present case, the main branch has a width of about 200 µm.
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