DE102015110851B4

DE102015110851B4 - Solarzelle, Solarzellenstring und Solarzellenherstellungsverfahren

Info

Publication number: DE102015110851B4
Application number: DE102015110851.8A
Authority: DE
Inventors: Bernhard KLÖTER; Matthias Heimann; Andreas Mohr
Original assignee: Hanwha Q Cells GmbH
Current assignee: Hanwha Q Cells GmbH
Priority date: 2015-07-06
Filing date: 2015-07-06
Publication date: 2019-01-03
Anticipated expiration: 2035-07-07
Also published as: DE102015110851A1

Abstract

Solarzelle aufweisend:
- ein Halbleitersubstrat (1);
- eine auf einer rückseitigen Substratoberfläche (10) des Halbleitersubstrates (1) angeordnete Dielektrikschicht (2);
- eine auf der Dielektrikschicht (2) angeordnete Metallisierungsschicht (3);
- in der Dielektrikschicht (2) gebildete, sich von der Metallisierungsschicht (3) zu der rückseitigen Substratoberfläche (10) erstreckende, zueinander im Wesentlichen parallele Fingerelektroden (31), die sich linienförmig parallel zu einer Fingerelektrodenrichtung erstrecken und aus einem leitfähigen Material gebildet sind, und
- zumindest eine auf der rückseitigen Substratoberfläche (10) angeordnete Kontaktschicht (4), welche ausgebildet ist, mit einem Zellverbinder zum Zusammenschalten von Solarzellen zu einem Solarzellenstring elektrisch verbunden zu werden,
- wobei die Metallisierungsschicht (3) die rückseitige Substratoberfläche vollständig bedeckt, wobei Bereiche mit der Kontaktschicht (4) zumindest teilweise ausgespart sind,
und wobei
- in der Dielektrikschicht (2) zumindest eine Querfingerelektrode (32) gebildet ist, die sich linienförmig quer zu der Fingerelektrodenrichtung erstreckt und aus einem leitfähigen Material gebildet ist, und/oder
- eine Liniendichte der linienförmigen Fingerelektroden (31) entlang der Fingerelektrodenrichtung zur Kontaktschicht (4) hin ansteigt.

Description

Die Erfindung betrifft eine Solarzelle, ein Solarzellenstring und ein Solarzellenherstellungsverfahren. Bei der Solarzelle handelt es sich insbesondere um eine sogenannte PERC-Zelle (PERC - Passivated Emitter Rear Cell). Eine derartige Zelle ist rückseitig passiviert und verspiegelt. Eine PERC-Zelle ist ein Solarzellendesign mit hoher Leistung, weil sie eine hohe Lichtabsorption erzielen kann.
US 2015 / 0 047 700 A1 beschreibt eine Solarzelle mit einem Halbleitersubstrat, auf dessen rückseitiger Substratoberfläche eine Dielektrikschicht angeordnet ist, auf der eine Metallisierung in Form von sich parallel erstreckenden Fingerelektroden und dazu quer verlaufenden Querelektroden angeordnet ist.
EP 1 939 944 A1 beschreibt eine Solarzelle mit einem Halbleitersubstrat, einer darauf angeordneten ITO-Schicht und darauf angeordneten Elektroden in Form von Fingerelektroden und Busbars.
Da sich die Leistungsfähigkeit von Solarzellen und sie enthaltende Solarmodule im Einsatz über Jahre hinweg ändern kann, werden von Solarzellen- und Solarmodulherstellern Langzeittests durchgeführt, um diese Änderungen bestimmen zu können. Messresultate der Langzeittests und daraus gewonnene Erkenntnisse fließen in die Entwicklung neuer Produkte mit ein. So besteht ein stetiges Interesse, die Langzeitstabilität, Zuverlässigkeit, Sicherheit und Leistung von Solarzellen und Solarmodulen zu verbessern. Bei einem Langzeittest wird der langjährige Einsatz einer Solarzelle oder eines Solarmoduls in Klimakammern simuliert. Ein Klimakammertest findet bei trockenem Raumklima oder in Klimakammern mit vorbestimmter Temperatur und vorbestimmter Luftfeuchtigkeit statt. Dabei können die vorbestimmte Temperatur und/oder die vorbestimmte Luftfeuchtigkeit auch im Laufe des Tests variiert werden.
Ein Klimakammertest zum Testen der Zuverlässigkeit der Solarzelle sieht einen Temperaturwechseltest vor, bei dem die vorbestimmte Temperatur in Zyklen erhöht und erniedrigt wird. Dabei ist festgestellt worden, dass PERC-Zellen eine Degradation in der Leistung in Abhängigkeit der Zyklenanzahl zeigen. Somit ist die Langzeitstabilität derartiger PERC-Zellen gering.
Es ist eine Aufgabe der Erfindung, eine Solarzelle, ein Solarzellenstring und ein Solarzellenherstellungsverfahren bereitzustellen, die bzw. deren Solarzelle eine optimierte Zuverlässigkeit aufweist. Sie sollten weiterhin langzeitstabil sein.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch eine Solarzelle mit den Merkmalen des Anspruchs 1, einen Solarzellenstring mit den Merkmalen des Anspruchs 14 und ein Solarzellenherstellungsverfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 15 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen angegeben.
Die Solarzelle weist ein Halbleitersubstrat, eine auf einer rückseitigen Substratoberfläche des Halbleitersubstrates angeordnete Dielektrikschicht, eine auf der Dielektrikschicht angeordnete Metallisierungsschicht, in der Dielektrikschicht gebildete, sich von der Metallisierungsschicht zu der Substratoberfläche erstreckende, zueinander im Wesentlichen parallele Fingerelektroden, die sich linienförmig parallel zu einer Fingerelektrodenrichtung erstrecken und aus einem leitfähigen Material gebildet sind, und zumindest eine auf der Substratoberfläche angeordnete Kontaktschicht auf, welche ausgebildet ist, mit einem Zellverbinder zum Zusammenschalten von Solarzellen zu einem Solarzellenstring elektrisch verbunden zu werden. Die Metallisierungsschicht bedeckt die rückseitige Substratoberfläche vollständig, wobei Bereiche mit der Kontaktschicht zumindest teilweise ausgespart sind. In der Dielektrikschicht ist zumindest eine Querfingerelektrode gebildet, die sich linienförmig quer zu der Fingerelektrodenrichtung erstreckt und aus einem leitfähigen Material gebildet ist. Alternativ oder zusätzlich steigt eine Liniendichte der linienförmigen Fingerelektroden entlang der Fingerelektrodenrichtung zur Kontaktschicht hin an.
Zu den Fingerelektroden auf der Rückseite der Solarzelle gibt es mindestens eine berührende oder schneidende Querfingerelektrode und/oder die Anzahl an Fingerelektroden in Richtung der Kontaktschicht ist erhöht. Durch die Wahl der Kontaktgeometrie kann die Zuverlässigkeit der Solarzelle verbessert werden. Das Kontaktdesign des Rückseitenkontakts ist für eine PERC-Zelle optimiert.
Die Solarzelle weist ein Halbleitersubstrat beispielsweise ein Siliziumsubstrat auf. Auf der rückseitigen Substratoberfläche des Halbleitersubstrates ist eine Dielektrikschicht angeordnet. Die Dielektrikschicht ist vorzugsweise vollflächig auf der Rückseitenoberfläche der Solarzelle angeordnet, wobei sie mittels eines Lasers erzeugte Öffnungen aufweist, die beispielsweise nach dem LCO-(Laser Contact Opening) Verfahren hergestellt sind. In der Dielektrikschicht erstrecken sich zueinander im Wesentlichen parallele Fingerelektroden linienförmig parallel zu einer Fingerelektrodenrichtung. Die Fingerelektroden sind in den Öffnungen der Dielektrikschicht angeordnet, die mittels des Lasers linienförmig ausgebildet sind.
Die Fingerelektroden weisen ein leitfähiges Material wie beispielsweise Aluminium auf. Auf der Dielektrikschicht ist eine Metallisierungsschicht wie beispielweise eine Aluminiumschicht angeordnet. Die Fingerelektroden erstrecken sich von der Metallisierungsschicht zu der Substratoberfläche durch die Öffnungen in der Dielektrikschicht hindurch. Auf der Substratoberfläche ist zumindest eine Kontaktschicht angeordnet, die ausgebildet ist, mit einem Zellverbinder zum Zusammenschalten von Solarzellen zu einem Solarzellenstring elektrisch verbunden zu werden.
Die Erfindung basiert auf der Erkenntnis, dass der Leistungsabfall der Solarzellen und Solarzellenstrings auf eine Verringerung der Leitfähigkeit der Metallisierungsschicht zurückzuführen ist. Diese Leitfähigkeitsverringerung wurde mittels einer 4-Punkte-Messung an einer Kontaktschicht während eines Temperaturwechseltests ermittelt. Es stellt sich heraus, dass die linienförmigen Fingerelektroden im Vergleich zu der Metallisierungsschicht beim Temperaturwechseltest ihre Leitfähigkeit besser beibehalten. Dies liegt möglicherweise daran, dass das Material der linienförmigen Fingerelektroden eine Legierung aus dem Metall der Metallisierungsschicht und dem Halbleiter des Halbleitersubstrates umfasst, welche gegenüber Temperaturzyklen stabil ist. Das Vorsehen der zumindest einen Querfingerelektrode und/oder das Steigern der Liniendichte der linienförmigen Fingerelektroden zur Kontaktschicht hin führt dazu, dass die Leitfähigkeit und somit die Langzeitstabilität der Leitfähigkeit der Fingerelektroden bzw. der Querfingerelektrode eine größere Rolle für den Wirkungsgrad der Solarzelle spielt. Somit wird der Einfluss der Degradation der Metallisierungsschicht auf die Langzeitstabilität der Solarzelle verringert.
Die Kontaktschicht kann unmittelbar auf der Substratoberfläche des Halbleitersubstrats angeordnet sein. Alternativ ist die Kontaktschicht mittelbar auf der Substratoberfläche angeordnet, d.h. zwischen der Substratoberfläche des Halbleitersubstrats und der Kontaktschicht ist eine Zwischenschicht oder sind mehrere Zwischenschichten angeordnet. Beispielsweise ist die Dielektrikschicht zwischen der Kontaktschicht und der Substratoberfläche des Halbleitersubstrats angeordnet. Auch die Metallisierungsschicht kann sich zwischen der Kontaktschicht und der Substratoberfläche des Halbleitersubstrats befinden. Die mindestens eine Kontaktschicht ist vorzugsweise punkt- und/oder strichförmig bzw. linienförmig ausgebildet, wobei die Größe des Punktes oder Strichs bzw. der Linie frei wählbar ist. Die Kontaktschicht stellt beispielsweise ein Lötpad dar. Vorzugsweise weist die Solarzelle mehrere Kontaktschichten auf, die als eine Mehrzahl von Lötpads ausgebildet sind, die in vorbestimmten Abständen in einer Kontaktschichtrichtung angeordnet sind, welche sich linienförmig erstreckt. Die Mehrzahl an Lötpads erstreckt sich dann als durchbrochene Linie auf der Substratoberfläche. Die Kontaktschichtrichtung ist vorzugsweise senkrecht oder im Wesentlichen senkrecht parallel oder im Wesentlichen parallel zu der Fingerelektrodenrichtung. Die Kontaktschicht ist bevorzugt aus Metall ausgebildet, bevorzugter aus Silber. Die Metallisierungsschicht bedeckt die Rückseitenoberfläche der Solarzelle vollständig, wobei Bereiche mit der Kontaktschicht, d.h. die Lötpads, zumindest teilweise ausgespart sind.
Unter dem Ausdruck, dass in der Dielektrikschicht zumindest eine Querfingerelektrode gebildet ist, die sich linienförmig quer zu der Fingerelektrodenrichtung erstreckt, ist zu verstehen, dass die Querfingerelektrode in einer Querfingerelektrodenrichtung nicht parallel zu der Fingerelektrodenrichtung ausgerichtet ist. Vielmehr erstreckt sich die mindestens eine Querfingerelektrode senkrecht und/oder schräg d.h. winkelig zu den Fingerelektroden. Die Querfingerelektrode ist vorzugsweise in einer Öffnung angeordnet, die mittels eines Lasers in der Dielektrikschicht erzeugt ist und die sich bis zur Substratoberfläche erstreckt, so dass die Querfingerelektrode das Halbleitersubstrat kontaktiert. Unter der Querfingerelektrodenrichtung bzw. Fingerelektrodenrichtung ist die jeweilige Richtung der linienförmigen Elektrodenerstreckung zu verstehen.
Die mindestens eine Querfingerelektrode ist beispielsweise senkrecht oder im Wesentlichen senkrecht zu den Fingerelektroden angeordnet, wenn die Solarzelle mehrere Kontaktschichten in vorbestimmten Abständen entlang der Kontaktschichtrichtung aufweist, die senkrecht oder im Wesentlichen senkrecht zu der Fingerelektrodenrichtung ist. Die mindestens eine Querfingerelektrode ist vorzugsweise entlang der Kontaktschichtrichtung zwischen den Kontaktschichten angeordnet, so dass sie diese verbindet. Die mindestens eine Querfingerelektrode ist dann daher parallel oder im Wesentlichen parallel zur Kontaktschichtrichtung angeordnet. Wenn die Kontaktschichtrichtung parallel oder im Wesentlichen parallel zu der Fingerelektrodenrichtung ist, ist die mindestens eine Querfingerelektrode, beispielsweise drei Querfingerelektroden, in weiteren Ausführungsformen senkrecht oder im Wesentlichen senkrecht zu der Kontaktschichtrichtung zwischen den Kontaktschichten angeordnet, so dass sie jeweils alle Fingerelektroden kontaktiert.
Weiterhin kann eine Fingerelektrode an mindestens einem ihrer beiden Enden mit mindestens einer Querfingerelektrode verbunden sein. Diese mindestens eine Querfingerelektrode kann ausgebildet sein, die Kontaktschicht oder eine weitere Querfingerelektrode zu kontaktieren. In diesem Fall stellt die Querfingerelektrode ein Verbindungsstück zwischen der Fingerelektrode und der Kontaktschicht oder der Fingerelektrode und einer weiteren Querfingerelektrode dar. Die mindestens eine Querfingerelektrode ist winkelig bzw. schräg zu der jeweiligen Fingerelektrode angeordnet.
Unter dem Ausdruck, dass eine Liniendichte der linienförmigen Fingerelektroden entlang der Fingerelektrodenrichtung zur Kontaktschicht hin ansteigt, ist zu verstehen, dass zur Kontaktschicht hin mehr Fingerelektroden vorhanden sind als in einem von der Kontaktschicht entfernteren Bereich. Beispielsweise erstrecken sich von der Kontaktschicht Fingerelektroden mit variierender Erstreckungslänge in der Fingerelektrodenrichtung weg. Z.B. weist eine Fingerelektrode eine vorbestimmte Erstreckungslänge in der Fingerelektrodenrichtung auf, und eine weitere Fingerelektrode weist eine weitere, von der vorstehenden verschiedene Erstreckungslänge in der Fingerelektrodenrichtung auf.
Die Metallisierungsschicht, die Fingerelektroden und die Querfingerelektrode(n), wenn vorhanden, sind vorzugsweise aus dem gleichen Material gebildet. Vorzugsweise ist das Material Aluminium. Wenn das Halbleitersubstrat ein Siliziumhalbleitersubstrat ist, ist vorzugsweise ein Aluminium-Silizium-Eutektikum zwischen dem Aluminium-Material und dem Silizium-Material ausgebildet. Dies kann beispielsweise durch Sintern der Solarzelle gebildet werden.
In einer bevorzugten Ausführungsform berührt oder kreuzt die Querfingerelektrode zumindest eine Fingerelektrode. Dadurch wird ein elektrischer Kontakt zwischen ihnen bereitgestellt. Vorzugsweise verbindet die Querfingerelektrode zwei Fingerelektroden miteinander elektrisch. Die Querfingerelektrode kreuzt die Fingerelektrode vorzugsweise, wenn sie senkrecht zur Fingerelektrodenrichtung angeordnet ist. Sie berührt die Fingerelektrode vorzugsweise, wenn sie schräg bzw. winkelig zu ihr angeordnet ist.
In einer bevorzugten Ausführungsform erstreckt sich die Querfingerelektrode im Wesentlichen senkrecht zu der Fingerelektrodenrichtung. Dadurch können alle Fingerelektroden mittels der Querfingerelektrode alleine oder mittels der Querfingerelektrode in Kombination mit der Kontaktschicht von dieser bzw. diesen elektrisch kontaktiert werden.
Die mindestens eine Querfingerelektrode und die Fingerelektroden sind aus einem leitfähigen Material gebildet. Vorzugsweise sind die Fingerelektroden und die Querfingerelektrode aus einem gleichen Material gebildet. Dies vereinfacht ein Solarzellenherstellungsverfahren, da die Querfingerelektroden und Fingerelektroden in einem Schritt herstellbar sind. Vorzugsweise weist das Material Metall wie Aluminium auf.
In einer bevorzugten Ausführungsform sind die Fingerelektroden und/oder die Querfingerelektrode aus einem Metall-Halbleiter-Eutektikum gebildet. Das Metall-Halbleiter-Eutektikum ist vorzugsweise ein Aluminium-Silizium-Eutektikum. Wenn das Halbleitersubstrat als Halbleiter beispielsweise Silizium aufweist und als zur Herstellung der Elektroden vorgesehene Metallpaste beispielsweise eine Aluminiumpaste eingesetzt wird, kann das Aluminium-Silizium-Eutektikum durch Tempern der Solarzelle bei vorbestimmten Temperaturen erzeugt werden.
Vorzugsweise ist die Dielektrikschicht als Passivierschicht ausgebildet. Damit ist ein besserer Gesamtwirkungsgrad erzielbar. Als Material für die Passivierschicht kommen beispielsweise Siliziumoxid, Siliziumnitrid, Aluminiumoxid, Aluminiumnitrid, Aluminiumoxynitrid oder dergleichen in Frage.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist die Kontaktschicht aus einem anderen Material gebildet, als die Metallisierungsschicht. Vorzugsweist ist das Material der Kontaktschicht Silber. Bei der Herstellung der Kontaktschicht kann eine Silberpaste auf die Dielektrikschicht aufgebracht werden, die ausgebildet ist, sich durch die Dielektrikschicht hindurch zu fressen oder nicht. Je nachdem ob eine sich durchfressende Silberpaste zur Herstellung der Solarzelle eingesetzt wird oder nicht und ob Öffnungen für die Kontaktschicht in der Dielektrikschicht vorgesehen sind oder nicht, ist die Kontaktschicht unmittelbar auf der Substratoberfläche des Halbeitersubstrats oder zumindest teilweise unmittelbar auf der Dielektrikschicht angeordnet. Die Metallisierungsschicht kann derart angrenzend zur Kontaktschicht auf der Dielektrikschicht angeordnet sein, dass sie die Kontaktschicht umgibt. Alternativ ist die Metallisierungsschicht derart angeordnet, dass sie die Kontaktschicht zumindest teilweise bedeckt, beispielsweise Randbereiche der Kontaktschicht.
In einer bevorzugten Ausführungsform verlaufen die Querfingerelektrode und/oder zumindest eine Fingerelektrode unterhalb der Kontaktschicht. Diese Ausführungsform ist vorteilhaft, wenn die Solarzelle mehrere Kontaktschichten aufweist, die in der Kontaktschichtrichtung in Abständen und parallel zu den Querfingerelektroden und/oder Fingerelektroden angeordnet ist, d.h. die Kontaktschichtrichtung gleich der Querfingerelektrodenrichtung und/oder Fingerelektrodenrichtung ist. In diesem Fall ist die Kontaktschicht oberhalb der jeweiligen Elektrode angeordnet, so dass sie mit dem Zellverbinder zum Zusammenschalten von Solarzellen zu einem Solarzellenstring elektrisch verbunden kann.
In einer bevorzugten Ausführungsform weisen benachbarte Fingerelektroden einen Abstand zwischen 0,5 mm und 2 mm oder zwischen 0,8 mm und 1,7 mm auf. Beim Anstieg der Liniendichte zur Kontaktschicht hin sinkt vorzugsweise der Abstand benachbarter Fingerelektroden an der Kontaktschicht auf zwischen 0,2 mm und 1,2 mm oder auf zwischen 0,5 mm und 1,0 mm.
In einer bevorzugten Ausführungsform sind mehrere Kontaktschichten entlang der Kontaktschichtrichtung parallel oder senkrecht zu der Fingerelektrodenrichtung derart angeordnet, dass ein Zellverbinder zum elektrischen Verbinden zweier oder mehrerer Solarzellen entlang der Kontaktschichtrichtung anordenbar und auf jedem der mehreren Kontaktschichten lötbar ist. Wenn mehrere Kontaktschichten entlang der Kontaktschichtrichtung angeordnet sind, stellen sie einen Kontaktschichtstreifen dar, welcher entlang der Kontaktschichtrichtung beabstandet voneinander mehrere Kontaktschichten aufweist. Die Solarzelle kann mehrere parallel zueinander angeordnete Kontaktstreifen aufweisen. Die Anzahl der Kontaktschichten ist vorzugsweise zwischen zwei und fünf, bevorzugter drei. Der Zellverbinder ist vorzugsweise als Lötbändchen ausgebildet.
Die Erfindung betrifft weiterhin einen Solarzellenstring, der mehrere Solarzellen aufweist, wobei zumindest eine der Solarzellen gemäß einer oder mehrerer der vorangehenden Ausführungsformen ausgebildet ist. Weiterhin weist der Solarzellenstring einen Zellverbinder auf, der auf der Kontaktschicht der mindestens einen Solarzelle gelötet ist und zumindest zwei der mehreren Solarzellen miteinander elektrisch verbindet.
Weiterhin betrifft die Erfindung ein Solarzellenherstellungsverfahren, umfassend die folgenden Schritte: Bereitstellen eines Halbleitersubstrates; Aufbringen einer Dielektrikschicht auf eine rückseitige Substratoberfläche des Halbleitersubstrates; Erzeugen von sich bis zu der Substratoberfläche erstreckenden, zueinander im Wesentlichen parallelen Fingeröffnungen, die sich linienförmig parallel zu einer Fingerelektrodenrichtung erstrecken, in der Dielektrikschicht; Auftragen zumindest einer Kontaktschichtpaste auf die Substratoberfläche; Auftragen einer Metallisierungspaste auf die Dielektrikschicht derart, dass die Metallisierungspaste in die Fingeröffnungen eindringt; und Tempern des Halbleitersubstrates derart, dass sich aus der Kontaktschichtpaste eine Kontaktschicht bildet, aus der Metallisierungspaste eine Metallisierungsschicht bildet und in den Fingeröffnungen in der Dielektrikschicht Fingerelektroden aus einem leitfähigen Material erzeugt werden.
Beim Erzeugen der linienförmigen Fingeröffnungen wird in der Dielektrikschicht zumindest eine Querfingeröffnung erzeugt, welche aufgrund des Temperns des Halbleitersubstrates eine Querfingerelektrode bildet, die sich linienförmig quer zu der Fingerelektrodenrichtung erstreckt. Alternativ oder kumulativ werden die linienförmigen Fingeröffnungen in der Dielektrikschicht derart erzeugt, dass bei der fertigen Solarzelle eine Liniendichte der linienförmigen Fingerelektroden entlang der Fingerelektrodenrichtung zur Kontaktschicht hin ansteigt.
Das Erzeugen von sich bis zu der Substratoberfläche erstreckenden, zueinander im Wesentlichen parallelen Fingeröffnungen, die sich linienförmig parallel zu einer Fingerelektrodenrichtung erstrecken, in der Dielektrikschicht, wird mithilfe eines Lasers durchgeführt. Dabei wird die Dielektrikschicht mittels des Lasers linienförmig geöffnet. Ein derartiges Verfahren zum Öffnen der Dielektrikschicht wird auch LCO-Verfahren (LCO - Laser Contact Opening) genannt. Beim Erzeugen der linienförmigen Fingeröffnungen in der Dielektrikschicht wird zumindest eine Querfingeröffnung erzeugt, die sich linienförmig quer zu der Fingerelektrodenrichtung erstreckt und/oder die linienförmigen Fingeröffnungen in der Dielektrikschicht werden derart erzeugt, dass bei der fertigen Solarzelle eine Liniendichte der linienförmigen Fingerelektroden entlang der Fingerelektrodenrichtung zur Kontaktschicht hin ansteigt. Während dieses Schrittes können mittels des Lasers weiterhin Öffnungen für die Kontaktschicht erzeugt werden, wenn diese in der fertigen Solarzelle das Halbleitermaterial kontaktieren soll.
Das Auftragen einer Kontaktschichtpaste auf die Substratoberfläche und das Auftragen einer Metallisierungspaste auf die Dielektrikschicht derart, dass die Metallisierungspaste in die Fingeröffnungen eindringt, können in dieser oder in umgekehrter Reihenfolge erfolgen. Das Auftragen der Kontaktschichtpaste umfasst vorzugsweise das Aufbringen einer Metallpaste vorzugsweise einer Silberpaste unmittelbar auf das Halbleitersubstrat oder unmittelbar auf die Dielektrikschicht. Die Metallisierungspaste ist vorzugsweise eine Aluminiumpaste. Wenn die fertige Solarzelle Querfingerelektroden aufweist, umfasst das Auftragen der Metallisierungspaste ebenfalls ein Eindringen der Metallisierungspaste in die bereits erzeugten Querfingerelektrodenöffnungen.
Das Tempern des Halbleitersubstrates derart, dass sich aus der Kontaktschichtpaste eine Kontaktschicht bildet, aus der Metallisierungspaste eine Metallisierungsschicht bildet und in den Fingeröffnungen in der Dielektrikschicht Fingerelektroden aus einem leitfähigen Material und ggf. in den Querfingeröffnungen in der Dielektrikschicht Querfingerelektroden aus einem leitfähigen Material erzeugt werden, umfasst das Aufheizen des Halbleitersubstrats samt darauf erzeugtem Schichtstapel auf eine vorbestimmte Temperatur. Die vorbestimmte Temperatur ist vorzugsweise derart gewählt, dass sich ein Halbleiter-Metall-Eutektikum bildet. Wenn der Halbleiter Silizium ist und Aluminiumpaste als Metallisierungspaste und Silberpaste zur Ausbildung der Kontaktschicht verwendet werden, werden bei dem Tempern in einem Bereich, in dem der Halbleiter die Aluminiumpaste kontaktiert, ein Aluminium-Silizium-Eutektikum ausgebildet und ein einem Bereich, in dem der Halbleiter Silberpaste kontaktiert, ein Silber-Silizium-Eutektikum ausgebildet.
Nachfolgend wird die Erfindung unter Bezugnahme auf Zeichnungen detaillierter erläutert. Es zeigen:

1a-1e schematisch die Herstellung einer Solarzelle gemäß einer bevorzugten Ausführungsform anhand von Zwischenzuständen;
2 eine schematische Rückseitenansicht einer Solarzelle mit Metallisierung gemäß Stand der Technik;
3 eine schematische Rückseitenansicht einer Solarzelle mit Metallisierung gemäß einer bevorzugten Ausführungsform;
4 eine schematische Rückseitenansicht einer Solarzelle mit Metallisierung gemäß weiterem Stand der Technik;
5 eine schematische Rückseitenansicht einer Solarzelle mit Metallisierung gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform;
6 eine Detailansicht auf eine Umgebung einer Kontaktschicht mit Fingerelektroden mit erhöhter Liniendichte; und
7 eine Detailansicht auf eine Umgebung einer Kontaktschicht mit Fingerelektroden und Querfingerelektroden.

1a-1e zeigen schematisch die Herstellung einer Solarzelle gemäß einer bevorzugten Ausführungsform anhand von Zwischenzuständen. In 1a ist ein Halbleitersubstrat 1 bereitgestellt. Das Halbleitersubstrat 1 weist eine Substratoberfläche 10 auf, die eine rückseitige Substratoberfläche darstellt. In 1b ist auf der rückseitigen Substratoberfläche 10 des Halbleitersubstrats 1 eine Dielektrikschicht aufgebracht. In 1c sind sich bis zu der Substratoberfläche 10 erstreckende, zueinander im Wesentlichen parallele Fingeröffnungen 21 in der Dielektrikschicht 2 erzeugt, von denen eine gezeigt ist. Die Fingeröffnungen 21 erstrecken sich linienförmig parallel zu einer Fingerelektrodenrichtung (nicht gezeigt). In 1d ist eine Kontaktschichtpaste 41 auf die Dielektrikschicht 2 aufgetragen, so dass sie diese teilweise bedeckt.
Anschließend wird eine Metallisierungspaste auf die Dielektrikschicht 2 derart aufgetragen, dass die Metallisierungspaste in die Fingeröffnungen eindringt und wird Halbleitersubstrat 1 derart getempert, dass sich aus der Kontaktschichtpaste 41 die Kontaktschicht 4, aus der Metallisierungspaste eine Metallisierungsschicht 3 bildet und in den Fingeröffnungen (nicht gezeigt) in der Dielektrikschicht 2 Fingerelektroden 31 aus einem leitfähigen Material erzeugt werden, wie in 1e gezeigt ist. Das Verfahren ist derart ausgestaltet, dass beim Erzeugen der linienförmigen Fingeröffnungen 21 in der Dielektrikschicht 2, wie in 1c gezeigt, zumindest eine Querfingeröffnung (nicht gezeigt) erzeugt wird, welche aufgrund des Temperns des Halbleitersubstrates 1 eine Querfingerelektrode (nicht gezeigt) bildet, die sich linienförmig quer zu der Fingerelektrodenrichtung erstreckt, und/oder dass die linienförmigen Fingeröffnungen 21 in der Dielektrikschicht 2 derart, wie in 1c gezeigt, erzeugt werden, dass bei der fertigen Solarzelle eine Liniendichte der linienförmigen Fingerelektroden 31 entlang der Fingerelektrodenrichtung zur Kontaktschicht 4 hin ansteigt.
2 zeigt eine schematische Rückseitenansicht einer Solarzelle mit Metallisierung gemäß Stand der Technik. Die Solarzelle weist ein Halbleitersubstrat 1 mit einer rückseitigen Substratoberfläche (nicht gezeigt) auf, auf der eine Dielektrikschicht (nicht gezeigt) angeordnet ist. Die Dielektrikschicht (nicht gezeigt) weist Fingeröffnungen (nicht gezeigt) auf, die sich bis zur Substratoberfläche (nicht gezeigt) des Halbleitersubstrats 1 erstrecken und die sich linienförmig parallel zu einer Fingerelektrodenrichtung (nicht gezeigt) erstrecken und in denen Fingerelektroden 31 angeordnet sind. Die Dielektrikschicht (nicht gezeigt) kann weiterhin Löcher (nicht gezeigt) aufweisen, in denen Kontaktschichten 4 entlang einer Kontaktschichtrichtung (nicht gezeigt) voneinander beabstandet angeordnet sind oder die Kontaktschichten 4 sind entlang der Kontaktschichtrichtung voneinander beabstandet auf der Dielektrikschicht angeordnet, so dass sie mindestens einen Kontaktstreifen mit voneinander beabstandeten Lötpads als Kontaktschicht ausbilden. Die Solarzelle weist drei parallel zueinander angeordnete Kontaktstreifen auf. Die Kontaktschichtrichtung ist senkrecht zur Fingerelektrodenrichtung. Auf der Dielektrikschicht ist weiterhin eine Metallisierungsschicht 3 angeordnet, die die Fingerelektroden 31 bedeckt und die Kontaktschichten 4 umgibt.
3 zeigt eine schematische Rückseitenansicht einer Solarzelle mit Metallisierung gemäß einer bevorzugten Ausführungsform. Die in 3 gezeigte Rückseitenansicht der Solarzelle mit Metallisierung gemäß einer bevorzugten Ausführungsform entspricht der in 2 gezeigten Rückseitenansicht mit dem Unterschied, dass die Dielektrikschicht (nicht gezeigt) Querfingerfingeröffnungen (nicht gezeigt) aufweist, die sich bis zur Substratoberfläche (nicht gezeigt) des Halbleitersubstrats 1 erstrecken und die sich senkrecht zur den Fingerelektrodenöffnungen (nicht gezeigt) erstrecken und in denen Querfingerelektroden 32 angeordnet sind. Die Querfingerelektroden 32 weisen eine Querfingerelektrodenrichtung auf, die senkrecht zur Fingerelektrodenrichtung ist. Die Querfingerelektroden 32 sind entlang der Kontaktschichtrichtung zwischen den Kontaktschichten 4 angeordnet und verbinden die Kontaktschichten 4 jeweils einen Kontaktstreifens miteinander. Die Querfingerelektroden 32 kreuzen Fingerelektroden 31, die senkrecht zu ihnen verlaufen. Die Metallisierungsschicht 3 bedeckt die Querfingerelektroden 32.
4 zeigt eine schematische Rückseitenansicht einer Solarzelle mit Metallisierung gemäß weiterem Stand der Technik. Die in 4 gezeigte Rückseitenansicht der Solarzelle mit Metallisierung gemäß dem Stand der Technik entspricht der in 2 gezeigten Rückseitenansicht mit dem Unterschied, dass die drei Kontaktstreifen, die jeweils mehrere Kontaktschichten 4 entlang der Kontaktschichtrichtung (nicht gezeigt) beanstandet voneinander aufweisen eine Kontaktschichtrichtung aufweisen, die parallel zu den Fingerelektrodenrichtung ist. Jede Kontaktschicht 4 ist auf einer Fingerelektrode 31 angeordnet.
5 zeigt eine schematische Rückseitenansicht einer Solarzelle mit Metallisierung gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform. Die in 5 gezeigte Rückseitenansicht der Solarzelle mit Metallisierung gemäß einer bevorzugten Ausführungsform entspricht der in 4 gezeigten Rückseitenansicht mit dem Unterschied, dass die Dielektrikschicht (nicht gezeigt) drei Querfingerfingeröffnungen (nicht gezeigt) aufweist, die sich bis zur Substratoberfläche (nicht gezeigt) des Halbleitersubstrats 1 erstrecken und die sich senkrecht zur den Fingerelektrodenöffnungen (nicht gezeigt) erstrecken und in denen Querfingerelektroden 32 angeordnet sind. Die Querfingerelektroden 32 weisen eine Querfingerelektrodenrichtung auf, die senkrecht zur Fingerelektrodenrichtung ist. Die Querfingerelektroden 32 kreuzen die Fingerelektroden 31, sodass die Querfingerelektroden 32 die Fingerelektroden 31 miteinander elektrisch verbinden. Die Metallisierungsschicht 3 bedeckt die Querfingerelektroden 32.
6 zeigt eine Detailansicht auf eine Umgebung einer Kontaktschicht mit Fingerelektroden mit erhöhter Liniendichte. Die Fingerelektroden 31 erstrecken sich linienförmig parallel zueinander in einer Fingerelektrodenrichtung (nicht gezeigt). Eine Kontaktschichtrichtung der Kontaktschicht 4 ist senkrecht zu der Fingerelektrodenrichtung. Zwischen den Fingerelektroden 31 und parallel zu diesen verlaufend sind weitere Fingerelektroden 311 angeordnet, sodass die Liniendichte der linienförmigen Fingerelektroden 31, 311 entlang der Fingerelektrodenrichtung zur Kontaktschicht 4 hin ansteigt. Die weiteren Fingerelektroden 311 weisen eine geringere Länge entlang der Fingerelektrodenrichtung auf als die Fingerelektroden 31. Optional ist die Kontaktschicht 4 mit Querfingerelektroden 32 verbunden, die sich senkrecht zu den Fingerelektroden 31 und weiteren Fingerelektroden 311 d.h. entlang der Kontaktschichtrichtung erstrecken. Die Fingerelektroden 31 und weiteren Fingerelektroden 311 berühren die Kontaktschicht 4 bzw. die optionalen Querfingerelektroden 32 und erstrecken sich von ihr oder ihnen weg.
7 zeigt eine Detailansicht auf eine Umgebung einer Kontaktschicht mit Fingerelektroden und Querfingerelektroden. Die Fingerelektroden 31 erstrecken sich linienförmig parallel zueinander in einer Fingerelektrodenrichtung (nicht gezeigt). Eine Kontaktschichtrichtung (nicht gezeigt) der Kontaktschicht 4 ist senkrecht zu der Fingerelektrodenrichtung. Optional ist die Kontaktschicht 4 mit Querfingerelektroden 32 verbunden, die sich senkrecht zu den Fingerelektroden 31 d.h. entlang der Kontaktschichtrichtung erstrecken. Die Fingerelektroden 31 berühren an ihrem einem Ende jeweils zwei Querfingerelektroden 32, die quer d.h. schräg bzw. winkelig zu den Fingerelektroden 31 angeordnet sind. Die quer zu den Fingerelektroden 31 angeordneten Querfingerelektroden 32 verbinden die Kontaktschicht 4 bzw. die optionalen senkrecht zur Fingerelektrodenrichtung angeordneten Querelektroden 32 mit den Fingerelektroden 31.
Bezugszeichenliste

1: Halbleitersubstrat
10: Substratoberfläche
2: Dielektrikschicht
21: Fingeröffnung
3: Metallisierungsschicht
31: Fingerelektrode
311: weitere Fingerelektrode
32: Querfingerelektrode
4: Kontaktschicht
41: Kontaktschichtpaste

Claims

Geänderte Patentansprüche:
Solarzelle aufweisend: - ein Halbleitersubstrat (1); - eine auf einer rückseitigen Substratoberfläche (10) des Halbleitersubstrates (1) angeordnete Dielektrikschicht (2); - eine auf der Dielektrikschicht (2) angeordnete Metallisierungsschicht (3); - in der Dielektrikschicht (2) gebildete, sich von der Metallisierungsschicht (3) zu der rückseitigen Substratoberfläche (10) erstreckende, zueinander im Wesentlichen parallele Fingerelektroden (31), die sich linienförmig parallel zu einer Fingerelektrodenrichtung erstrecken und aus einem leitfähigen Material gebildet sind, und - zumindest eine auf der rückseitigen Substratoberfläche (10) angeordnete Kontaktschicht (4), welche ausgebildet ist, mit einem Zellverbinder zum Zusammenschalten von Solarzellen zu einem Solarzellenstring elektrisch verbunden zu werden, - wobei die Metallisierungsschicht (3) die rückseitige Substratoberfläche vollständig bedeckt, wobei Bereiche mit der Kontaktschicht (4) zumindest teilweise ausgespart sind, und wobei - in der Dielektrikschicht (2) zumindest eine Querfingerelektrode (32) gebildet ist, die sich linienförmig quer zu der Fingerelektrodenrichtung erstreckt und aus einem leitfähigen Material gebildet ist, und/oder - eine Liniendichte der linienförmigen Fingerelektroden (31) entlang der Fingerelektrodenrichtung zur Kontaktschicht (4) hin ansteigt.
Solarzelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Querfingerelektrode (32) zumindest eine Fingerelektrode (31) berührt oder kreuzt.
Solarzelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Querfingerelektrode (32) zwei Fingerelektroden (31) miteinander elektrisch verbindet.
Solarzelle nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Querfingerelektrode (32) im Wesentlichen senkrecht zu der Fingerelektrodenrichtung erstreckt.
Solarzelle nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Fingerelektroden (31) und die Querfingerelektrode (32) aus einem gleichen Material gebildet sind.
Solarzelle nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Fingerelektroden (31) und/oder die Querfingerelektrode (32) aus einem Metall-Halbleiter-Eutektikum gebildet ist.
Solarzelle nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Metall-Halbleiter-Eutektikum ein Aluminium-Silizium-Eutektikum ist.
Solarzelle nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Dielektrikschicht (2) als Passivierschicht ausgebildet ist.
Solarzelle nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontaktschicht (4) aus einem anderen Material gebildet ist, als die Metallisierungsschicht (3), insbesondere aus Silber.
Solarzelle nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Querfingerelektrode (32) und/oder zumindest eine Fingerelektrode (31) unterhalb der Kontaktschicht (4) verläuft.
Solarzelle nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass benachbarte Fingerelektroden (31) einen Abstand zwischen 0,5 mm und 2 mm, oder zwischen 0,8 mm und 1,7 mm aufweisen.
Solarzelle nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass beim Anstieg der Liniendichte zur Kontaktschicht (4) hin der Abstand benachbarter Fingerelektroden (31) an der Kontaktschicht (4) auf zwischen 0,2 mm und 1,2 mm, oder auf zwischen 0,5 mm und 1,0 mm sinkt.
Solarzelle nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Kontaktschichten (4) entlang einer Kontaktschichtrichtung parallel oder senkrecht zu der Fingerelektrodenrichtung derart angeordnet sind, dass ein Zellverbinder zum elektrischen Verbinden zweier oder mehrerer Solarzellen entlang der Kontaktschichtrichtung anordenbar und auf jedem der mehreren Kontaktschichten (4) lötbar ist.
Solarzellenstring aufweisend mehrere Solarzellen, wobei zumindest eine der Solarzellen gemäß einem der vorangehenden Ansprüche ausgebildet ist, und einen Zellverbinder, welche auf der Kontaktschicht (4) der mindestens einen Solarzelle gelötet ist und zumindest zwei der mehreren Solarzellen miteinander elektrisch verbindet.
Solarzellenherstellungsverfahren, umfassend die folgenden Schritte: - Bereitstellen eines Halbleitersubstrates (1); - Aufbringen einer Dielektrikschicht (2) auf eine rückseitige Substratoberfläche (10) des Halbleitersubstrates (1); - Erzeugen von sich bis zu der rückseitigen Substratoberfläche (10) erstreckenden, zueinander im Wesentlichen parallelen Fingeröffnungen (21), die sich linienförmig parallel zu einer Fingerelektrodenrichtung erstrecken, in der Dielektrikschicht (2); - Auftragen zumindest einer Kontaktschichtpaste auf die rückseitige Substratoberfläche (10); - Auftragen einer Metallisierungspaste auf die Dielektrikschicht (2) derart, dass die Metallisierungspaste in die Fingeröffnungen (21) eindringt; und - Tempern des Halbleitersubstrates (1) derart, dass sich aus der Kontaktschichtpaste eine Kontaktschicht (4) bildet, aus der Metallisierungspaste eine Metallisierungsschicht (3) bildet, welche die rückseitige Substratoberfläche vollständig bedeckt, wobei Bereiche mit der Kontaktschicht (4) zumindest teilweise ausgespart sind, und in den Fingeröffnungen (21) in der Dielektrikschicht (2) Fingerelektroden (31) aus einem leitfähigen Material erzeugt werden; wobei - beim Erzeugen der linienförmigen Fingeröffnungen (21) in der Dielektrikschicht (2) zumindest eine Querfingeröffnung erzeugt wird, welche aufgrund des Temperns des Halbleitersubstrates (1) eine Querfingerelektrode (32) bildet, die sich linienförmig quer zu der Fingerelektrodenrichtung erstreckt, und/oder - die linienförmigen Fingeröffnungen (21) in der Dielektrikschicht (2) derart erzeugt werden, dass bei der fertigen Solarzelle eine Liniendichte der linienförmigen Fingerelektroden (31) entlang der Fingerelektrodenrichtung zur Kontaktschicht (4) hin ansteigt.