DE102016210910A1 - Process for interconnecting solar cells having aluminum foil as back contact - Google Patents
Process for interconnecting solar cells having aluminum foil as back contact Download PDFInfo
- Publication number
- DE102016210910A1 DE102016210910A1 DE102016210910.3A DE102016210910A DE102016210910A1 DE 102016210910 A1 DE102016210910 A1 DE 102016210910A1 DE 102016210910 A DE102016210910 A DE 102016210910A DE 102016210910 A1 DE102016210910 A1 DE 102016210910A1
- Authority
- DE
- Germany
- Prior art keywords
- zinc
- aluminum foil
- metallic
- solar cell
- coated
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Withdrawn
Links
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 221
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 217
- 239000011888 foil Substances 0.000 title claims abstract description 107
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 44
- 230000008569 process Effects 0.000 title claims description 16
- 239000011701 zinc Substances 0.000 claims abstract description 289
- HCHKCACWOHOZIP-UHFFFAOYSA-N Zinc Chemical compound [Zn] HCHKCACWOHOZIP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 141
- 229910052725 zinc Inorganic materials 0.000 claims abstract description 139
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 claims abstract description 60
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims abstract description 57
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims abstract description 53
- 239000012736 aqueous medium Substances 0.000 claims abstract description 29
- 238000005476 soldering Methods 0.000 claims abstract description 26
- 230000005855 radiation Effects 0.000 claims abstract description 16
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims description 43
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 33
- 239000002609 medium Substances 0.000 claims description 28
- 239000010949 copper Substances 0.000 claims description 20
- 229910000679 solder Inorganic materials 0.000 claims description 17
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 claims description 16
- 238000000151 deposition Methods 0.000 claims description 16
- -1 iron cations Chemical class 0.000 claims description 16
- 230000008021 deposition Effects 0.000 claims description 15
- 239000000853 adhesive Substances 0.000 claims description 9
- 230000001070 adhesive effect Effects 0.000 claims description 9
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N nickel Substances [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 8
- 239000007788 liquid Substances 0.000 claims description 7
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N iron Substances [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- 150000001768 cations Chemical class 0.000 claims description 5
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 claims description 5
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 238000001035 drying Methods 0.000 claims description 2
- 230000003746 surface roughness Effects 0.000 claims description 2
- 238000004026 adhesive bonding Methods 0.000 abstract description 9
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 11
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 10
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 10
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 10
- HEMHJVSKTPXQMS-UHFFFAOYSA-M Sodium hydroxide Chemical compound [OH-].[Na+] HEMHJVSKTPXQMS-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 9
- 238000001878 scanning electron micrograph Methods 0.000 description 7
- 229910000838 Al alloy Inorganic materials 0.000 description 6
- BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N Silver Chemical compound [Ag] BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 229910052709 silver Inorganic materials 0.000 description 6
- 239000004332 silver Substances 0.000 description 6
- 229910001128 Sn alloy Inorganic materials 0.000 description 5
- PTFCDOFLOPIGGS-UHFFFAOYSA-N Zinc dication Chemical compound [Zn+2] PTFCDOFLOPIGGS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 5
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 5
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 5
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 4
- 230000004907 flux Effects 0.000 description 4
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 4
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 4
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 4
- 230000008018 melting Effects 0.000 description 4
- 238000002844 melting Methods 0.000 description 4
- NWONKYPBYAMBJT-UHFFFAOYSA-L zinc sulfate Chemical compound [Zn+2].[O-]S([O-])(=O)=O NWONKYPBYAMBJT-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 4
- 229910018072 Al 2 O 3 Inorganic materials 0.000 description 3
- 230000002411 adverse Effects 0.000 description 3
- 230000002902 bimodal effect Effects 0.000 description 3
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 3
- 238000004070 electrodeposition Methods 0.000 description 3
- 210000004197 pelvis Anatomy 0.000 description 3
- 235000011121 sodium hydroxide Nutrition 0.000 description 3
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 3
- ATJFFYVFTNAWJD-UHFFFAOYSA-N Tin Chemical compound [Sn] ATJFFYVFTNAWJD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000005275 alloying Methods 0.000 description 2
- 229910021417 amorphous silicon Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910052797 bismuth Inorganic materials 0.000 description 2
- JCXGWMGPZLAOME-UHFFFAOYSA-N bismuth atom Chemical compound [Bi] JCXGWMGPZLAOME-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000002800 charge carrier Substances 0.000 description 2
- 238000011109 contamination Methods 0.000 description 2
- 238000007796 conventional method Methods 0.000 description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- 238000011156 evaluation Methods 0.000 description 2
- 238000001465 metallisation Methods 0.000 description 2
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 description 2
- 230000009972 noncorrosive effect Effects 0.000 description 2
- 230000006798 recombination Effects 0.000 description 2
- 238000005215 recombination Methods 0.000 description 2
- 230000000284 resting effect Effects 0.000 description 2
- 238000007650 screen-printing Methods 0.000 description 2
- 238000005507 spraying Methods 0.000 description 2
- 230000007704 transition Effects 0.000 description 2
- 229910052723 transition metal Inorganic materials 0.000 description 2
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000007704 wet chemistry method Methods 0.000 description 2
- BUHVIAUBTBOHAG-FOYDDCNASA-N (2r,3r,4s,5r)-2-[6-[[2-(3,5-dimethoxyphenyl)-2-(2-methylphenyl)ethyl]amino]purin-9-yl]-5-(hydroxymethyl)oxolane-3,4-diol Chemical compound COC1=CC(OC)=CC(C(CNC=2C=3N=CN(C=3N=CN=2)[C@H]2[C@@H]([C@H](O)[C@@H](CO)O2)O)C=2C(=CC=CC=2)C)=C1 BUHVIAUBTBOHAG-FOYDDCNASA-N 0.000 description 1
- 229910001316 Ag alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000004645 aluminates Chemical class 0.000 description 1
- 239000007864 aqueous solution Substances 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 238000005219 brazing Methods 0.000 description 1
- DQXBYHZEEUGOBF-UHFFFAOYSA-N but-3-enoic acid;ethene Chemical compound C=C.OC(=O)CC=C DQXBYHZEEUGOBF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 description 1
- 230000008859 change Effects 0.000 description 1
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 1
- 229910021419 crystalline silicon Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000006731 degradation reaction Methods 0.000 description 1
- 238000013461 design Methods 0.000 description 1
- 238000000454 electroless metal deposition Methods 0.000 description 1
- 238000009713 electroplating Methods 0.000 description 1
- 239000005038 ethylene vinyl acetate Substances 0.000 description 1
- 238000011049 filling Methods 0.000 description 1
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 1
- 238000007654 immersion Methods 0.000 description 1
- 238000010348 incorporation Methods 0.000 description 1
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 1
- 239000000155 melt Substances 0.000 description 1
- 229910021421 monocrystalline silicon Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 1
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 1
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 1
- 238000005240 physical vapour deposition Methods 0.000 description 1
- 229920001200 poly(ethylene-vinyl acetate) Polymers 0.000 description 1
- 229910021420 polycrystalline silicon Inorganic materials 0.000 description 1
- 229920000573 polyethylene Polymers 0.000 description 1
- 230000000717 retained effect Effects 0.000 description 1
- 238000010079 rubber tapping Methods 0.000 description 1
- 238000007669 thermal treatment Methods 0.000 description 1
- 238000009834 vaporization Methods 0.000 description 1
- 230000008016 vaporization Effects 0.000 description 1
- 150000003751 zinc Chemical class 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
- H01L31/02—Details
- H01L31/0224—Electrodes
- H01L31/022408—Electrodes for devices characterised by at least one potential jump barrier or surface barrier
- H01L31/022425—Electrodes for devices characterised by at least one potential jump barrier or surface barrier for solar cells
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
- Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- Sustainable Development (AREA)
- Sustainable Energy (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Computer Hardware Design (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Photovoltaic Devices (AREA)
- Electroplating Methods And Accessories (AREA)
Abstract
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Verschaltung von Solarzellen, wobei (a) eine Aluminium-Folie einseitig mit einem alkalischen, wässrigen Medium, das Zn2+ enthält, behandelt wird, so dass sich auf der behandelten Seite der Aluminium-Folie metallisches Zink unter Ausbildung einer einseitig Zn-beschichteten Aluminium-Folie abscheidet, (b) die einseitig Zn-beschichtete Aluminium-Folie über ihre unbehandelte Seite auf der Rückseite eines Halbleiterbauelements einer ersten Solarzelle aufgebracht und lokal mit Laserstrahlung erhitzt wird, so dass sich die Aluminium-Folie mit der Rückseite des Halbleiterbauelements verbindet und ein Zn-beschichteter Aluminium-Rückkontakt erhalten wird, (c) der Zn-beschichtete Aluminium-Rückkontakt durch einen metallischen Verbinder mit einem Metallkontakt einer zweiten Solarzelle verbunden wird, wobei der metallische Verbinder auf dem Zn-beschichteten Aluminium-Rückkontakt durch Löten oder Kleben befestigt wird.The present invention relates to a method for interconnecting solar cells, wherein (a) an aluminum foil is treated on one side with an alkaline, aqueous medium containing Zn 2+, so that on the treated side of the aluminum foil metallic zinc to form a (b) the one-sided Zn-coated aluminum foil is applied over its untreated side on the back of a semiconductor component of a first solar cell and locally heated with laser radiation, so that the aluminum foil with the back (c) the Zn-coated aluminum back contact is connected by a metal connector to a metal contact of a second solar cell, the metal connector on the Zn-coated aluminum back contact Soldering or gluing is attached.
Description
Solarzellen enthalten üblicherweise ein Halbleiterbauelement, das ein erstes Halbleitermaterial, ein zweites Halbleitermaterial und einen zwischen diesen beiden Halbleitermaterialien liegenden Übergangsbereich (z.B. auch als pn-Übergang bezeichnet) umfasst. Eines der Halbleitermaterialien oder auch jedes der Halbleitermaterialien kann dotiert sein. Über einen ersten Metallkontakt, der mit dem ersten Halbleitermaterial elektrisch verbunden ist, und einen zweiten Metallkontakt, der mit dem zweiten Halbleitermaterial elektrisch verbunden ist, kann die in einer Solarzelle erzeugte Spannung abgegriffen werden. Solar cells typically include a semiconductor device comprising a first semiconductor material, a second semiconductor material, and a transition region (e.g., also referred to as a pn junction) between these two semiconductor materials. One of the semiconductor materials or even each of the semiconductor materials may be doped. Via a first metal contact, which is electrically connected to the first semiconductor material, and a second metal contact, which is electrically connected to the second semiconductor material, the voltage generated in a solar cell can be tapped.
Einer der Metallkontakte kann auf der Vorder- bzw. Frontseite der Solarzelle angebracht sein (häufig auch als Frontkontakt bezeichnet), während sich der andere Metallkontakt auf der Rückseite der Elementarzelle befindet (häufig auch als Rückkontakt bezeichnet). Alternativ sind auch Solarzellen bekannt, bei denen die Metallkontakte ausschließlich auf der Rückseite der Solarzelle vorliegen, z.B. in Form einer kammartigen Interdigitalstruktur. In solchen ausschließlich rückkontaktieren Solarzellen können Abschattungseffekte minimiert werden. One of the metal contacts may be mounted on the front or front side of the solar cell (often referred to as a front contact), while the other metal contact is located on the back of the unit cell (often referred to as the back contact). Alternatively, solar cells are also known in which the metal contacts are present exclusively on the back of the solar cell, e.g. in the form of a comb-like interdigital structure. Shading effects can be minimized in such exclusively back-contacted solar cells.
Der elektrische Kontakt auf der Rückseite von Solarzellen wie z.B. Silizium-Solarzellen (Rückkontakt) wird häufig großflächig mittels Siebdruck von Aluminiumpaste aufgebracht. Zur Verschaltung (z.B. in Form einer elektrischen Serienschaltung) von mehreren Solarzellen werden zusätzlich auf der Rückseite Lötpads aus Silberpaste aufgedruckt, auf die Verbinder gelötet werden. Das überstehende andere Ende der Verbinder wird auf die Vorderseite von benachbarten Solarzellen gelötet, so dass sich eine Serienschaltung von Solarzellen zu so genannten Solarzellstrings ergibt. The electrical contact on the backside of solar cells, e.g. Silicon solar cells (back contact) is often applied over a large area by screen printing of aluminum paste. For interconnection (for example in the form of an electrical series connection) of a plurality of solar cells, solder pads made of silver paste are additionally printed on the rear side, to which connectors are soldered. The overhanging other end of the connector is soldered to the front of adjacent solar cells, resulting in a series connection of solar cells to so-called solar cell strings.
Ein kostengünstigerer Rückkontakt kann hergestellt werden, indem eine Metallfolie über der Rückseite der Solarzelle positioniert und anschließend mittels Laserstrahlung lokal aufgeschmolzen wird, wobei sich die Metallfolie mit der Siliziumsolarzelle in diesen Bereichen verbindet. In einer in
Die elektrische Serienschaltung der Solarzellen mit Aluminiumfolien-Rückkontakt zu Solarzellstrings, wie sie zur Herstellung von Solarmodulen nötig ist, ist jedoch eine Herausforderung, weil die Verbinder wegen einer sich sehr schnell auf dem Aluminium bildenden Al2O3-Schicht nicht konventionell auf das Aluminium gelötet werden können. The electrical series connection of the solar cells with aluminum foil back contact to solar cell strings, as it is necessary for the production of solar modules, but is a challenge, because the connectors because of a very fast on the aluminum-forming Al 2 O 3 layer is not conventionally soldered to the aluminum can be.
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Verschaltung von Solarzellen über ein Verfahren, mit dem sich möglichst einfach und effizient Solarzellen-Verbinder auf den Metallkontakten der Solarzellen befestigen lassen. Eine weitere Aufgabe ist die Bereitstellung von verschalteten Solarzellen, die eine hohe Haftkraft zwischen Metallkontakt der Solarzelle und Solarzellen-Verbinder aufweisen. Die Verbesserung der Haftkraft sollte möglichst nicht zu Lasten anderer Eigenschaften wie dem Wirkungsgrad der Solarzelle gehen. An object of the present invention is the interconnection of solar cells via a method with which solar cell connectors can be fastened on the metal contacts of the solar cells as simply and efficiently as possible. Another object is to provide interconnected solar cells having high adhesion between metal contact of the solar cell and solar cell connectors. The improvement of the adhesive force should preferably not be at the expense of other properties such as the efficiency of the solar cell.
Gelöst wird die Aufgabe durch ein Verfahren zur Verschaltung von Solarzellen, wobei
- (a) eine Aluminium-Folie einseitig mit einem alkalischen, wässrigen Medium, das Zn2+ enthält, behandelt wird, so dass sich auf der behandelten Seite der Aluminium-Folie metallisches Zink unter Ausbildung einer einseitig Zn-beschichteten Aluminium-Folie abscheidet,
- (b) die einseitig Zn-beschichtete Aluminium-Folie über ihre unbehandelte Seite auf der Rückseite eines Halbleiterbauelements einer ersten Solarzelle aufgebracht und lokal mit Laserstrahlung erhitzt wird, so dass sich die Aluminium-Folie mit der Rückseite des Halbleiterbauelements verbindet und ein Zn-beschichteter Aluminium-Rückkontakt erhalten wird,
- (c) der Zn-beschichtete Aluminium-Rückkontakt durch einen metallischen Verbinder mit einem Metallkontakt einer zweiten Solarzelle verbunden wird, wobei der metallische Verbinder auf dem Zn-beschichteten Aluminium-Rückkontakt durch Löten oder Kleben befestigt wird.
- (a) an aluminum foil is unilaterally treated with an alkaline, aqueous medium containing Zn 2+ so that metallic zinc is deposited on the treated side of the aluminum foil to form a one-sided Zn-coated aluminum foil,
- (b) the unilaterally Zn-coated aluminum foil is deposited over its untreated side on the backside of a semiconductor device of a first solar cell and locally heated with laser radiation so that the aluminum foil bonds to the backside of the semiconductor device and a Zn-coated aluminum Return contact is obtained,
- (c) bonding the Zn-coated aluminum back contact to a metal contact of a second solar cell through a metallic connector, wherein the metallic connector is attached to the Zn-coated aluminum back contact by soldering or gluing.
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung wurde erkannt, dass das über ein nasschemisches Verfahren erhaltene Zink-beschichtete Aluminium ein sehr effektives Substrat für die Befestigung des metallischen Verbinders (wie z.B. eines Kupferbändchens) darstellt. Es lassen sich hohe Haftfestigkeiten des Verbinders auf dem metallischen Kontakt der Solarzelle realisieren. Das Aufbringen weiterer metallischer Schichten auf dem verzinkten Aluminium (z.B. durch Galvanisieren) vor dem Anlöten des Verbinders entfällt. Vielmehr stellt bereits das Zn-beschichtete Aluminium ein geeignetes Substrat für das Verlöten oder Aufkleben des Verbinders dar. Das Aufbringen des metallischen Verbinders mittels konventionellem Weichlöten ist sehr gut möglich, wobei hohe Haftkräfte sowie geringe elektrische Kontaktübergangswiderstände zwischen Verbinder und Aluminiumfolie erhalten werden. Auch das Aufkleben des Verbinders (z.B. mittels elektrisch leitfähigem Kleber) liefert hohe Haftkräfte sowie geringe elektrische Kontaktübergangswiderstände. In the context of the present invention, it has been recognized that the zinc-coated aluminum obtained by a wet-chemical process is a very effective substrate for the attachment of the metallic connector (such as a copper ribbon) represents. It can be realized high adhesion of the connector on the metallic contact of the solar cell. The application of further metallic layers on the galvanized aluminum (eg by electroplating) before soldering the connector is eliminated. Rather, the Zn-coated aluminum is already a suitable substrate for the soldering or gluing of the connector. The application of the metallic connector by means of conventional soldering is very possible, whereby high adhesive forces and low electrical contact resistance between connector and aluminum foil are obtained. Even sticking the connector (eg by means of electrically conductive adhesive) provides high adhesive forces and low electrical contact resistance.
Die Anwesenheit einer metallischen Zinkschicht wirkt sich nicht nachteilig auf die Halbleitermaterialien und den Wirkungsgrad der Solarzelle aus. Werden jedoch Aluminiumfolien, die mit anderen Metallen als Zink beschichtet sind, zur Herstellung des Aluminium-Rückkontakts verwendet, so zeigte sich, dass der Wirkungsgrad der Solarzellen im Vergleich zur unbeschichteten Aluminiumfolie reduziert wird, vermutlich aufgrund von Einbau dieser Metalle in die lokal hochdotierten Bereiche. Überraschender Weise wurde gefunden, dass diese Verschlechterung der Halbleitermaterialeigenschaften (z.B. der Eigenschaften des Siliziums) mit dem erfindungsgemäßen Verfahren nicht auftritt. Ein möglicher Grund hierfür könnte sein, dass das abgeschiedene Zink in den mit Laserstrahlung beaufschlagten Bereichen verdampft, bevor sich die erhitzten Bereiche der Aluminiumfolie mit der Rückseite der Solarzelle verbinden. Auf diese Weise wird Zink nicht oder nur in einer vernachlässigbar kleinen Konzentration in das Halbleiterbauteil der Solarzelle eingebaut. The presence of a metallic zinc layer does not adversely affect the semiconductor materials and the efficiency of the solar cell. However, when aluminum foils coated with metals other than zinc are used to make the aluminum back contact, it has been found that the efficiency of the solar cells is reduced compared to the uncoated aluminum foil, presumably due to the incorporation of these metals in the locally highly doped regions. Surprisingly, it has been found that this degradation of semiconductor material properties (e.g., the properties of silicon) does not occur with the process of the present invention. One possible reason for this could be that the deposited zinc evaporates in the areas exposed to laser radiation before the heated areas of the aluminum foil connect to the back of the solar cell. In this way, zinc is not incorporated or only in a negligible concentration in the semiconductor device of the solar cell.
Wie bereits oben erwähnt, enthält eine Solarzelle ein Halbleiterbauelement, das ein erstes Halbleitermaterial, ein zweites Halbleitermaterial und einen zwischen diesen beiden Halbleitermaterialien liegenden Übergangsbereich (z.B. auch als pn-Übergang bezeichnet) umfasst. Eines der Halbleitermaterialien oder auch jedes der Halbleitermaterialien kann dotiert sein. Über einen ersten Metallkontakt, der mit dem ersten Halbleitermaterial elektrisch verbunden ist, und einen zweiten Metallkontakt, der mit dem zweiten Halbleitermaterial elektrisch verbunden ist, kann die in einer Solarzelle erzeugte Spannung abgegriffen werden. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung stellt der Zn-beschichtete Aluminium-Rückkontakt einen dieser Metallkontakte dar. As already mentioned above, a solar cell includes a semiconductor device comprising a first semiconductor material, a second semiconductor material, and a transition region (e.g., also referred to as a pn junction) between these two semiconductor materials. One of the semiconductor materials or even each of the semiconductor materials may be doped. Via a first metal contact, which is electrically connected to the first semiconductor material, and a second metal contact, which is electrically connected to the second semiconductor material, the voltage generated in a solar cell can be tapped. In the context of the present invention, the Zn-coated aluminum back contact represents one of these metal contacts.
In Abhängigkeit von der Art der Solarzelle (z.B. kristalline oder amorphe Silizium-Solarzelle) ist dem Fachmann grundsätzlich bekannt, wie das Halbleiterbauelement ausgestaltet sein muss (d.h. Art der zu verwendenden Halbleitermaterialien, Dotierung, etc.). Depending on the type of solar cell (e.g., crystalline or amorphous silicon solar cell), one skilled in the art will know in principle how to design the semiconductor device (i.e., type of semiconductor materials to be used, doping, etc.).
Bei der Solarzelle handelt es sich bevorzugt um eine Silizium-Solarzelle, beispielsweise eine monokristalline Silizium-Solarzelle, eine polykristalline Silizium-Solarzelle oder eine amorphe-Silizium-Solarzelle. Das erfindungsgemäße Verfahren ist jedoch auch für die Verschaltung anderer Solarzellen geeignet, z.B. von III-V-Halbleiter-Solarzellen, II-VI-Halbleiter-Solarzellen, I-III-VI-Halbleiter-Solarzellen oder organischen Solarzellen. The solar cell is preferably a silicon solar cell, for example a monocrystalline silicon solar cell, a polycrystalline silicon solar cell or an amorphous silicon solar cell. However, the method according to the invention is also suitable for the interconnection of other solar cells, e.g. of III-V semiconductor solar cells, II-VI semiconductor solar cells, I-III-VI semiconductor solar cells or organic solar cells.
Wie dem Fachmann allgemein bekannt ist, werden bei der Verschaltung von Solarzellen diese über einen metallischen Verbinder miteinander kontaktiert. Der metallische Verbinder wird dabei jeweils auf einem der Metallkontakte der benachbarten Solarzellen befestigt. Bei der Verschaltung kann es sich um eine Reihenschaltung oder auch eine Parallelschaltung handeln. Auch eine Kombination von Reihen- und Parallelschaltung der Solarzellen ist möglich. As is well known to those skilled in the art, in the interconnection of solar cells, these are contacted with each other via a metallic connector. The metallic connector is in each case attached to one of the metal contacts of the adjacent solar cells. The interconnection can be a series connection or a parallel connection. A combination of series and parallel connection of the solar cells is possible.
Wie oben ausgeführt, wird in Schritt (a) des erfindungsgemäßen Verfahrens eine Aluminium-Folie einseitig mit einem alkalischen, wässrigen Medium, das Zn2+ enthält, behandelt, so dass sich auf der behandelten Seite der Aluminium-Folie metallisches Zink unter Ausbildung einer einseitig Zn-beschichteten Aluminium-Folie abscheidet. As stated above, in step (a) of the process according to the invention, an aluminum foil is treated on one side with an alkaline, aqueous medium containing Zn 2+ , so that metallic zinc forms on the treated side of the aluminum foil, forming a single-sided Zn-coated aluminum foil separates.
Die Dicke der Aluminium-Folie liegt beispielsweise im Bereich von 0,5 µm bis 50 µm, bevorzugter im Bereich von 2 µm bis 20 µm. Solche Aluminium-Folien sind kommerziell erhältlich. The thickness of the aluminum foil is, for example, in the range of 0.5 μm to 50 μm, more preferably in the range of 2 μm to 20 μm. Such aluminum foils are commercially available.
Die Aluminium-Folie enthält bevorzugt Aluminium in einem Anteil von mindestens 80 Gew%, bevorzugter mindestens 90 Gew%. Es kann sich um reines metallisches Aluminium oder auch um eine Aluminiumlegierung handeln. Die Reinheit des metallischen Aluminiums kann über einen breiten Bereich variieren, sofern die elektrische Leitfähigkeit und/oder mechanischen Eigenschaften nicht nachteilig beeinflusst werden. Beispielsweise enthält das Aluminium weitere metallische Elemente in einem Gesamtanteil von weniger als 1 Gew%, bevorzugter weniger als 0,1 Gew% oder weniger als 0,01 Gew%. Ist die Aluminium-Folie aus einer Aluminiumlegierung gefertigt, so weist diese bevorzugt einen Anteil von Aluminium von mindestens 80 Gew%, bevorzugter mindestens 90 Gew% auf. Geeignete metallische Elemente, die mit dem Aluminium legiert werden können, sind dem Fachmann bekannt. The aluminum foil preferably contains aluminum in an amount of at least 80% by weight, more preferably at least 90% by weight. It may be pure metallic aluminum or an aluminum alloy. The purity of the metallic aluminum may vary over a wide range, provided that the electrical conductivity and / or mechanical properties are not adversely affected. For example, the aluminum contains further metallic elements in a total proportion of less than 1% by weight, more preferably less than 0.1% by weight or less than 0.01% by weight. If the aluminum foil is made of an aluminum alloy, it preferably has a proportion of aluminum of at least 80% by weight, more preferably at least 90% by weight. Suitable metallic elements that can be alloyed with the aluminum are known to those skilled in the art.
Bevorzugt weist das wässrige Medium, mit dem der Aluminium-Rückkontakt behandelt wird, eine relativ hohe Konzentration an Zn2+ auf. In einer bevorzugten Ausführungsform beträgt die Zn2+-Konzentration in dem alkalischen, wässrigen Medium mindestens 1,5 Gew%, bevorzugter mindestens 2,0 Gew%, noch bevorzugter mindestens 3,0 Gew% oder sogar mindestens 4,0 Gew%. Preferably, the aqueous medium to which the aluminum back contact is treated has a relatively high concentration of Zn 2+ . In a preferred embodiment, the Zn is 2+ - Concentration in the alkaline aqueous medium at least 1.5% by weight, more preferably at least 2.0% by weight, even more preferably at least 3.0% by weight or even at least 4.0% by weight.
Zn2+ liegt in gelöster Form vor, beispielsweise indem eine Zn2+-Verbindung unter relativ alkalischen Bedingungen (d.h. relativ hohem pH-Wert) in dem wässrigen Medium gelöst wird. Zn2+ kann unter alkalischen Bedingungen beispielsweise als Zinkat (z.B. [Zn(II)(OH)4]2– oder ähnliche Zn2+-enthaltende Spezies) in dem wässrigen Medium vorliegen. Dies ist dem Fachmann grundsätzlich bekannt. Zn 2+ is in dissolved form, for example, by dissolving a Zn 2+ compound under relatively alkaline conditions (ie, relatively high pH) in the aqueous medium. For example, Zn 2+ may be present under alkaline conditions as a zincate (eg, [Zn (II) (OH) 4 ] 2- or similar Zn 2+ -containing species) in the aqueous medium. This is known in principle to the person skilled in the art.
Ein geeigneter pH-Wert des alkalischen, wässrigen Mediums ist beispielsweise ≥ 10, bevorzugter ≥ 13. A suitable pH of the alkaline aqueous medium is, for example, ≥ 10, more preferably ≥ 13.
Optional kann das alkalische wässrige Medium noch weitere Übergangsmetall-Kationen, bevorzugt Eisen-Kationen, Nickel-Kationen oder Kupfer-Kationen oder eine Kombination aus mindestens zwei dieser Kationen, enthalten. In einer bevorzugten Ausführungsform enthält das alkalische, wässrige Medium noch Fe-Kationen in einer Konzentration von mindestens 0,0003 Gew%, bevorzugter mindestens 0,001 Gew%, z.B. im Bereich von 0,0003–30 Gew%. Sofern das alkalische, wässrige Medium Nickel-Kationen enthält, können diese beispielsweise in einer Konzentration von 0,1–5 Gew%, bevorzugter 0,5–3 Gew% vorliegen. Sofern das alkalische, wässrige Medium Kupfer-Kationen enthält, können diese beispielsweise in einer Konzentration von 0,01–1 Gew%, bevorzugter 0,05–0,5 Gew% vorliegen. Optionally, the alkaline aqueous medium may contain further transition metal cations, preferably iron cations, nickel cations or copper cations or a combination of at least two of these cations. In a preferred embodiment, the alkaline aqueous medium still contains Fe cations in a concentration of at least 0.0003% by weight, more preferably at least 0.001% by weight, e.g. in the range of 0.0003-30% by weight. If the alkaline, aqueous medium contains nickel cations, these may be present for example in a concentration of 0.1-5% by weight, more preferably 0.5-3% by weight. If the alkaline, aqueous medium contains copper cations, these may be present, for example, in a concentration of 0.01-1% by weight, more preferably 0.05-0.5% by weight.
Bevorzugt erfolgt die einseitige Abscheidung des metallischen Zinks aus dem Zn2+-haltigen wässrigen Mediums auf der Aluminium-Folie stromlos. Unter einer stromlosen Metallabscheidung versteht man ein Beschichtungsverfahren, das ohne Anwendung einer äußeren Stromquelle abläuft. The unilateral deposition of the metallic zinc from the Zn 2+ -containing aqueous medium on the aluminum foil preferably takes place without current. Electroless metal deposition is a coating process that operates without the use of an external power source.
Eine stromlose Abscheidung von metallischem Zink auf ein Aluminium-Substrat unter Verwendung einer alkalischen Zn2+-Lösung ist dem Fachmann an sich bekannt. Bei diesem Prozess wird zunächst eine auf dem Aluminium vorhandene Al2O3-Schicht gelöst. Freigelegtes Aluminium wird oxidiert und geht als Aluminat in Lösung. Zn2+ (z.B. in Form von Zinkat) wird zu metallischen Zn reduziert, welches sich auf dem noch vorhandenen Aluminium abscheidet. Electroless deposition of metallic zinc onto an aluminum substrate using an alkaline Zn 2+ solution is well known to those skilled in the art. In this process, an Al 2 O 3 layer present on the aluminum is first dissolved. Exposed aluminum is oxidized and goes into solution as aluminate. Zn 2+ (eg in the form of zincate) is reduced to metallic Zn, which is deposited on the remaining aluminum.
Eine zu dünne Zinkschicht kann eine schlechte Haftung aufgelöteter oder aufgeklebter Verbinder zur Folge haben. Außerdem kann für zu dünne Zinkschichten ein hoher Kontaktübergangswiderstand zwischen Verbinder und Aluminium-Rückkontakt vorliegen. Andererseits könnten zu dicke Zinkschichten nicht genügend auf der Aluminium-Folie haften. Bevorzugt weist die auf der Aluminium-Folie abgeschiedene Zn-Schicht eine Dicke im Bereich von 0,1 µm bis 5 µm, bevorzugter 0,3 µm bis 2,5 µm auf. Too thin a zinc layer can result in poor adhesion of soldered or glued connectors. In addition, for too thin zinc layers there may be a high contact resistance between connector and aluminum back contact. On the other hand, too thick zinc layers could not adhere enough to the aluminum foil. Preferably, the Zn layer deposited on the aluminum foil has a thickness in the range of 0.1 μm to 5 μm, more preferably 0.3 μm to 2.5 μm.
Üblicherweise wird die Dicke der Aluminium-Folie während des Zn-Abscheidungsschritts (a) um einen Wert reduziert, der in etwa der Dicke der abgeschiedenen Zn-Schicht entspricht. Usually, the thickness of the aluminum foil is reduced by a value approximately equal to the thickness of the deposited Zn layer during the Zn deposition step (a).
Die Dauer der Behandlung der Aluminium-Folie mit dem alkalischen, wässrigen Zn2+-enthaltenden Medium in Schritt (a) beträgt beispielsweise 15 s bis 250 s. The duration of the treatment of the aluminum foil with the alkaline, aqueous Zn 2+ -containing medium in step (a) is, for example, 15 seconds to 250 seconds.
Der Zinkabscheidungsschritt (a) wird bevorzugt bei einer Temperatur im Bereich von 5–60°C, bevorzugter 5–45°C durchgeführt. The zinc deposition step (a) is preferably carried out at a temperature in the range of 5-60 ° C, more preferably 5-45 ° C.
In Schritt (a) wird die Aluminium-Folie einseitig mit dem Zn2+-haltigen wässrigen Medium behandelt. Dies bedeutet, dass nur eine Seite der Aluminium-Folie mit dem Zn2+-haltigen Medium in Kontakt gebracht und mit einer metallischen Zn-Schicht versehen wird, während auf der unbehandelten Seite der Folie nach Schritt (a) keine metallische Zn-Schicht vorliegt. Wie nachfolgend noch eingehender erläutert, wird die Folie in Schritt (b) über diese unbehandelte, d.h. keine Zn-Schicht aufweisende Seite an der Rückseite des Halbleiterbauelements der Solarzelle befestigt. In step (a), the aluminum foil is treated on one side with the Zn 2+ -containing aqueous medium. This means that only one side of the aluminum foil is brought into contact with the Zn 2+ -containing medium and provided with a metallic Zn-layer, while on the untreated side of the foil after step (a) there is no metallic Zn-layer , As explained in more detail below, the film in step (b) via this untreated, ie no Zn layer having side attached to the back of the semiconductor device of the solar cell.
Aluminiumfolien können herstellungsbedingt eine raue und eine glatte Seite aufweisen. Eine verbesserte Lichtausbeute der Solarzellen hat sich ergeben, wenn die raue Seite der Aluminiumfolie mit Zink beschichtet wird und die glatte Seite auf der Rückseite des Halbleiterbauelements aufliegt. In einer bevorzugten Ausführungsform wird daher die Seite der Aluminium-Folie mit dem wässrigen Zn2+-haltigen Medium behandelt, deren mittlere Oberflächenrauigkeit im Vergleich zur gegenüberliegenden Seite größer ist. Aluminum foils can have a rough and a smooth side due to their production. An improved light output of the solar cells has resulted when the rough side of the aluminum foil is coated with zinc and the smooth side rests on the back of the semiconductor device. Therefore, in a preferred embodiment, the side of the aluminum foil with the aqueous Zn 2+ -containing medium is treated, the average surface roughness is greater in comparison to the opposite side.
In einer bevorzugten Ausführungsform wird die Aluminium-Folie während des Zinkabscheidungsschritts (a) in einer im Wesentlichen horizontalen Position gehalten, wobei die mit metallischem Zink zu beschichtende Seite nach unten weist und mit dem Zn2+ enthaltenden wässrigen Medium in Kontakt gebracht wird. Im Wesentlichen horizontal bedeutet, dass die Folie maximal 20%, bevorzugter maximal 10% von einer idealen horizontalen Lage abweicht. Das alkalische, wässrige Zn2+-enthaltende Medium befindet sich dabei unterhalb der zu beschichtenden Seite der Aluminium-Folie und kann über gängige Methoden mit dieser Seite der Aluminium-Folie in Kontakt gebracht werden, z.B. durch Bespritzen oder Bespülen. Beispielsweise befindet sich das Zn2+-enthaltende Medium in einem oben offenen Behälter und die Aluminium-Folie wird über diesen Behälter bewegt, wobei das Zn2+-haltige Medium mit der Aluminium-Folie nur einseitig von unten in Kontakt kommt. In a preferred embodiment, the aluminum foil is held in a substantially horizontal position during the zinc deposition step (a) with the side to be coated with metallic zinc facing down and brought into contact with the aqueous medium containing Zn 2+ . Substantially horizontal means that the film deviates at most 20%, more preferably at most 10% from an ideal horizontal position. The alkaline, aqueous Zn 2+ -containing medium is below the side of the aluminum foil to be coated and can be brought into contact with this side of the aluminum foil by conventional methods, for example by spraying or rinsing. For example, the Zn 2+ -containing medium is in an open-topped container and the aluminum foil is placed over this container moved, wherein the Zn 2+ -containing medium with the aluminum foil only on one side from below into contact.
Diese horizontale Positionierung der Aluminium-Folie in Schritt (a) und die dabei erfolgende Beschichtung der nach unten weisenden Seite der Aluminium-Folie hat einen positiven Einfluss auf die Mikrostruktur der abgeschiedenen metallischen Zinkschicht und führt zu einer weiteren Verbesserung der Haftkraft zwischen dem Aluminium-Rückkontakt und dem darauf befestigten Solarzellen-Verbinder. This horizontal positioning of the aluminum foil in step (a) and the resulting coating of the downwardly facing side of the aluminum foil has a positive influence on the microstructure of the deposited metallic zinc layer and leads to a further improvement of the adhesion between the aluminum back contact and the solar cell connector mounted thereon.
Alternativ ist es auch möglich, dass die Aluminium-Folie in Schritt (a) im Wesentlichen senkrecht positioniert ist. Prinzipiell ist aber auch jede andere Positionierung (z.B. in schräger Ausrichtung) des Halbleiterbauelements in Schritt (a) möglich. Alternatively, it is also possible that the aluminum foil is positioned substantially vertically in step (a). In principle, however, any other positioning (for example in an oblique orientation) of the semiconductor component in step (a) is also possible.
In einer bevorzugten Ausführungsform wird die Aluminium-Folie während des Zinkabscheidungsschritts (a) relativ zum Zn2+-haltigen Medium bewegt. Bevorzugt beträgt die Relativgeschwindigkeit zwischen der Aluminium-Folie und dem wässrigen Zn2+-haltigen Medium mindestens 0,1 m/min, bevorzugter mindestens 0,2 m/min. Wie bereits oben erwähnt, kann diese Relativbewegung realisiert werden, indem die Unterseite der Aluminium-Folie über ein ruhendes Zn2+-haltiges Medium bewegt wird oder indem ein strömendes Zn2+-Medium über eine ruhende Unterseite der Aluminium-Folie strömt oder durch eine Kombination dieser beiden Varianten. Beispielsweise lässt sich die Relativbewegung der Aluminium-Folie zu dem wässrigen Zn2+-haltigen Medium durch ein Rolle-zu-Rolle-Verfahren realisieren. Die Relativbewegung zwischen der Aluminium-Folie und dem wässrigen Zn2+-haltigen Medium während der Zn-Abscheidung in Schritt (a) hat einen positiven Einfluss auf die Mikrostruktur der abgeschiedenen metallischen Zinkschicht und führt zu einer weiteren Verbesserung der Haftkraft zwischen dem Aluminium-Rückkontakt und dem darauf befestigten Solarzellen-Verbinder. In a preferred embodiment, during the zinc deposition step (a), the aluminum foil is moved relative to the Zn 2+ -containing medium. The relative speed between the aluminum foil and the aqueous Zn 2+ -containing medium is preferably at least 0.1 m / min, more preferably at least 0.2 m / min. As already mentioned above, this relative movement can be realized by moving the underside of the aluminum foil over a stationary Zn 2+ -containing medium or by flowing a flowing Zn 2+ medium over a resting underside of the aluminum foil or through a Combination of these two variants. For example, the relative movement of the aluminum foil to the aqueous Zn 2+ -containing medium can be realized by a roll-to-roll process. The relative movement between the aluminum foil and the aqueous Zn 2+ -containing medium during the Zn deposition in step (a) has a positive influence on the microstructure of the deposited metallic zinc layer and leads to a further improvement of the adhesion between the aluminum back contact and the solar cell connector mounted thereon.
Wie nachfolgend noch eingehender diskutiert wird, hat es sich für die Haftfestigkeit eines durch Löten oder Kleben auf dem Zn-beschichteten Aluminium-Rückkontakt befestigten metallischen Verbinders als besonders vorteilhaft erwiesen, wenn die in Schritt (a) abgeschiedene metallische Zinkschicht als geschlossene Schicht vorliegt, wobei außerdem an der Oberfläche der geschlossenen Zinkschicht Zink-Kristallite mit einem Durchmesser von mehr als 2,0 µm in einer Anzahldichte von ≥ 5000 pro mm2, bevorzugter ≥ 10000 pro mm2, noch bevorzugter 5000–60000 pro mm2 oder 10000–50000 pro mm2 vorliegen; und/oder wobei mindestens 1,5%, bevorzugter mindestens 3,0%, noch bevorzugter 1,5–18,0% oder 3,0–15,0% der Oberfläche der geschlossenen Zinkschicht durch Zink-Kristallite mit einem Durchmesser von mehr als 2,0 µm belegt ist. As will be discussed in more detail below, it has been found to be particularly advantageous for the adhesion of a metallic connector secured by soldering or bonding to the Zn-coated aluminum back contact when the metallic zinc layer deposited in step (a) is present as a closed layer in addition, on the surface of the closed zinc layer, zinc crystallites having a diameter of more than 2.0 μm in a number density of ≥ 5000 per mm 2 , more preferably ≥ 10000 per mm 2 , still more preferably 5000-60000 per mm 2 or 10000-50000 per mm 2 are present; and / or wherein at least 1.5%, more preferably at least 3.0%, even more preferably 1.5-18.0% or 3.0-15.0% of the surface of the closed zinc layer is by zinc crystallites having a diameter of more is occupied as 2.0 microns.
Neben den relativ großen Zn-Kristalliten (d.h. > 2,0 µm) enthält die metallische Zinkschicht bevorzugt noch deutlich kleinere Zink-Kristallite mit einem Durchmesser von weniger als 1,0 µm, wobei bevorzugt ein relativ großer Teil der Oberfläche (z.B. mehr als 40% oder mehr als 50% oder sogar mehr als 60%) der geschlossenen Zinkschicht durch diese kleineren Zink-Kristallite mit einem Durchmesser von weniger als 1,0 µm belegt ist. Bevorzugt belegen die Zink-Kristallite mit einem Durchmesser von mehr als 2,0 µm und die Zink-Kristallite mit einem Durchmesser von weniger als 1,0 µm gemeinsam mindestens 90%, bevorzugter mindestens 95% der Oberfläche der geschlossenen Zinkschicht. Die Partikelgrößenverteilung der Zink-Kristallite an der Oberfläche der geschlossenen Zinkschicht kann beispielsweise bimodal sein. In addition to the relatively large Zn crystallites (ie> 2.0 microns), the metallic zinc layer preferably contains significantly smaller zinc crystallites having a diameter of less than 1.0 microns, preferably a relatively large part of the surface (eg more than 40 % or more than 50% or even more than 60%) of the closed zinc layer is occupied by these smaller zinc crystallites having a diameter of less than 1.0 μm. Preferably, the zinc crystallites with a diameter of more than 2.0 microns and the zinc crystallites with a diameter of less than 1.0 microns collectively occupy at least 90%, more preferably at least 95% of the surface of the closed zinc layer. The particle size distribution of the zinc crystallites on the surface of the closed zinc layer may be, for example, bimodal.
Eine solche geschlossene metallische Zinkschicht mit einer relativ hohen Anzahldichte größerer Kristallite ist in
Sofern die Befestigung des metallischen Verbinders auf der Zinkschicht durch Löten erfolgt, bleibt diese spezifische Struktur mit einer relativ hohen Dichte größerer Kristallite zumindest in den nicht gelöteten Bereichen erhalten. Sofern die Befestigung über Kleben erfolgt, kann die spezifische Struktur der metallischen Zinkschicht auch in den geklebten Bereichen erhalten bleiben. Provided the attachment of the metallic connector to the zinc layer is by soldering, this specific structure with a relatively high density of larger crystallites remains at least in the non-soldered areas. If the attachment is made by gluing, the specific structure of the metallic zinc layer can also be retained in the glued areas.
In einer bevorzugten Ausführungsform wird die in Schritt (a) erhaltene Zn-Beschichtung vor dem Schritt (b) mindestens einmal mit einer Spülflüssigkeit gespült. Zumindest für eine erste Spülung und optional auch für weitere Spülungen des Zn-beschichteten Aluminium-Rückkontakts vor dem Schritt (b) wird bevorzugt eine wässrige Spülflüssigkeit mit pH > 8,5, bevorzugter pH > 13 verwendet. In a preferred embodiment, the Zn coating obtained in step (a) is rinsed at least once with a rinsing liquid before step (b). At least for a first rinse, and optionally also for further rinsing of the Zn-coated aluminum back contact before step (b), an aqueous rinsing liquid with pH> 8.5, more preferably pH> 13, is preferably used.
Bevorzugt wird die einseitig Zn-beschichtete Aluminium-Folie vor Schritt (b) einer Trocknung unterzogen, beispielsweise durch geeignete thermische Behandlung. The unilaterally Zn-coated aluminum foil is preferably subjected to drying before step (b), for example by suitable thermal treatment.
Gegebenenfalls kann der Schritt (a) zumindest einmal wiederholt werden, bevor Schritt (b) durchgeführt wird. Unter Berücksichtigung der Prozesseffizienz ist es jedoch bevorzugt, Schritt (a) nur einmal durchzuführen. Optionally, step (a) may be repeated at least once before step (b) is performed. However, considering the process efficiency, it is preferable to perform step (a) only once.
Wie oben ausgeführt, wird in Schritt (b) des erfindungsgemäßen Verfahrens die einseitig Zn-beschichtete Aluminium-Folie über ihre unbehandelte Seite auf der Rückseite eines Halbleiterbauelements einer ersten Solarzelle aufgebracht und lokal mit Laserstrahlung erhitzt wird, so dass sich die Aluminium-Folie mit der Rückseite des Halbleiterbauelements verbindet und ein Zn-beschichteter Aluminium-Rückkontakt erhalten wird. As stated above, in step (b) of the process according to the invention, the unilaterally Zn-coated aluminum foil is over its untreated Side is applied to the back of a semiconductor device of a first solar cell and locally heated with laser radiation, so that the aluminum foil connects to the back of the semiconductor device and a Zn-coated aluminum back contact is obtained.
In Übereinstimmung mit dem üblichen Verständnis des Fachmanns ist die Rückseite der Halbleiterbauelements diejenige Seite, die im Betrieb der Solarzelle der bestrahlten Seite (d.h. der Vorderseite) gegenüberliegt, die also die dem Licht abgewandte Seite darstellt. Der auf der Rückseite einer Solarzelle vorliegende Metallkontakt wird üblicherweise auch als Rückkontakt bezeichnet. In accordance with the conventional understanding of those skilled in the art, the back side of the semiconductor device is the side which in use opposes the solar cell to the irradiated side (i.e., the front side), which is the side facing away from the light. The present on the back of a solar cell metal contact is commonly referred to as back contact.
Geeignete Verfahrensbedingungen zur Befestigung einer Aluminium-Folie auf der Rückseite eines Halbleiterbauelements einer Solarzelle unter Verwendung von Laserstrahlung sind dem Fachmann bekannt. In diesem Zusammenhang kann auf das in der
Bevorzugt erfolgt die lokale Erhitzung so, dass in diesem Bereich möglichst viel des abgeschiedenen metallischen Zinks verdampft und die Aluminium-Folie zumindest kurzzeitig aufschmilzt. Durch das Aufschmelzen kommt es in diesem lokalen Bereich zu einer effektiven Verbindung zwischen der Aluminium-Folie und der Rückseite des Halbleiterbauteils. Da Zink verdampft, wird in diesem lokalen Verbindungsbereich eine störende Verunreinigung des Halbleiterbauteils minimiert oder sogar vollständig vermieden. In den benachbarten Bereichen der Aluminium-Folie, die keiner lokalen Erhitzung mittels Laserstrahlung unterzogen wurden, ist die metallische Zink-Beschichtung weiterhin vorhanden und kann in Schritt (c) für die Befestigung des metallischen Verbinders durch Löten oder Kleben genutzt werden. Preferably, the local heating takes place in such a way that as much as possible of the deposited metallic zinc evaporates in this area and melts the aluminum foil, at least for a short time. As a result of the melting, an effective connection between the aluminum foil and the rear side of the semiconductor component occurs in this local area. Since zinc evaporates, disturbing contamination of the semiconductor device is minimized or even completely avoided in this local connection region. In the adjacent regions of the aluminum foil which have not been subjected to local heating by means of laser radiation, the metallic zinc coating is still present and can be used in step (c) for the attachment of the metallic connector by soldering or gluing.
Bevorzugt erfolgt das lokale Erhitzen mittels Laserstrahlung mit mehreren Laserpulsen pro Laserpunkt. Dies begünstigt das Verdampfen der metallischen Zinkschicht in dem lokal erhitzten Bereich und minimiert die Gefahr einer unerwünschten Verunreinigung des Halbleiterbauteils. The local heating preferably takes place by means of laser radiation with a plurality of laser pulses per laser point. This promotes vaporization of the metallic zinc layer in the locally heated area and minimizes the risk of unwanted contamination of the semiconductor device.
Eine vorteilhafte Ausbildung des Verfahrens ist, dass die Aluminium-Folie in Schritt (b) mittels Laserstrahlung umlaufend am Rand des Halbleiterbauteils derart lokal erhitzt wird, dass die Aluminium-Folie durchtrennt wird. Dadurch verbessert sich die Haftung der Folie auf dem Halbleiterbauteil. An advantageous embodiment of the method is that the aluminum foil is locally heated in step (b) by means of laser radiation circumferentially on the edge of the semiconductor device such that the aluminum foil is severed. This improves the adhesion of the film to the semiconductor device.
Ferner ist es vorteilhaft, wenn die Haftung der Aluminium-Folie speziell unter den aufgebrachten Verbindern hoch ist. Dies wird beispielsweise dadurch erreicht, dass in Verfahrensschritt (b) der mit Laserstrahlung bestrahlte Flächenanteil der Aluminium-Folie in dem Bereich unter und in der Nähe der in Verfahrensschritt (c) aufgebrachten Verbinder größer ist als im restlichen Bereich der Aluminium-Folie. Furthermore, it is advantageous if the adhesion of the aluminum foil is high, especially under the applied connectors. This is achieved, for example, in that, in method step (b), the area of the aluminum foil irradiated with laser radiation is greater in the area below and in the vicinity of the connector applied in method step (c) than in the remaining area of the aluminum foil.
Nach der Befestigung der einseitig Zn-beschichteten Aluminium-Folie auf der Rückseite des Halbleiterbauteils kann diese als Zn-beschichteter Aluminium-Rückkontakt der Solarzelle fungieren. After attaching the one-sided Zn-coated aluminum foil on the back side of the semiconductor device, it may function as the Zn-coated aluminum back contact of the solar cell.
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung ist es möglich, dass die Solarzelle neben dem Aluminium-Rückkontakt noch einen metallischen Frontkontakt auf der Vorderseite der Solarzelle aufweist. Dieser Frontkontakt kann in bekannter Weise ausgestaltet sein. Beispielsweise kann der Frontkontakt eine Gitterstruktur aufweisen. Der Frontkontakt kann beispielsweise aus Silber oder einer Silberlegierung gefertigt sein. Der Frontkontakt kann bereits auf dem Halbleiterbauelement vorliegen, wenn in Schritt (b) der Aluminium-Rückkontakt angebracht wird. Alternativ kann der Frontkontakt gleichzeitig mit dem Aluminium-Rückkontakt oder auch nach dem Anbringen des Aluminium-Rückkontakts auf das Halbleiterbauelement aufgebracht werden. In the context of the present invention, it is possible for the solar cell, in addition to the aluminum back contact, to still have a metallic front contact on the front side of the solar cell. This front contact can be configured in a known manner. For example, the front contact may have a grid structure. The front contact may be made of silver or a silver alloy, for example. The front contact may already be present on the semiconductor device if the aluminum back contact is applied in step (b). Alternatively, the front contact may be applied to the semiconductor device simultaneously with the aluminum back contact or after attaching the aluminum back contact.
Um Beschattungseffekte zu minimieren, ist es alternativ auch möglich, dass die Solarzelle ausschließlich rückkontaktiert ist, also nur auf der Rückseite des Halbleiterbauelements metallische Kontakte zum Abgreifen der Spannung vorliegen. In order to minimize shading effects, it is alternatively also possible that the solar cell is exclusively back contacted, ie metallic contacts for tapping the voltage are present only on the rear side of the semiconductor component.
Wie nachfolgend noch eingehender beschrieben wird, erfolgt in Schritt (c) die Befestigung des metallischen Verbinders auf dem Zn-beschichteten Aluminium-Rückkontakt, insbesondere durch Löten. Daher kann in einer optionalen Ausführungsform bereits vor Schritt (c) ein Lotmaterial auf die metallische Zn-Schicht des Aluminium-Rückkontakts aufgebracht werden. Bevorzugt wird das Lotmaterial zumindest in den Bereichen auf die Zn-Schicht aufgebracht, in denen der metallische Verbinder befestigt werden soll. Geeignete Lotmaterialien sind dem Fachmann bekannt und werden nachfolgend noch eingehender beschrieben. As will be described in more detail below, in step (c), the attachment of the metallic connector on the Zn-coated aluminum back contact, in particular by soldering. Therefore, in an optional embodiment, a solder material may already be applied to the metallic Zn layer of the aluminum back contact prior to step (c). The brazing material is preferably applied to the Zn layer at least in those areas in which the metallic connector is to be fastened. Suitable solder materials are known in the art and will be described in more detail below.
Wie oben ausgeführt, wird in Schritt (c) des erfindungsgemäßen Verfahrens der Zn-beschichtete Aluminium-Rückkontakt durch einen metallischen Verbinder mit einem Metallkontakt einer zweiten Solarzelle verbunden wird, wobei der metallische Verbinder auf dem Zn-beschichteten Aluminium-Rückkontakt der ersten Solarzelle durch Löten oder Kleben befestigt wird. As stated above, in step (c) of the method of the invention, the Zn-coated aluminum back contact is connected by a metal connector to a metal contact of a second solar cell, wherein the metallic connector on the Zn-coated aluminum back contact of the first solar cell by soldering or sticking is attached.
Metallische Verbinder zum Verschalten von Solarzellen sind dem Fachmann allgemein bekannt. Geeignete metallische Verbinder sind kommerziell erhältlich oder lassen sich über gängige Verfahren herstellen. Metallic connectors for interconnecting solar cells are well known to those skilled in the art. Suitable metallic connectors are commercially available or can be prepared by conventional methods.
Der metallische Verbinder ist bevorzugt band- oder drahtförmig, wobei andere Formen aber prinzipiell auch möglich sind. Bevorzugt ist der metallische Verbinder bandförmig. The metallic connector is preferably ribbon or wire, but other forms are also possible in principle. Preferably, the metallic connector is band-shaped.
Sofern der metallische Verbinder durch Löten auf dem Zn-beschichteten Aluminium-Rückkontakt befestigt wird, kann der metallische Verbinder mit einem Lotmaterial, beispielsweise mit Zinn oder einer Zinn-Legierung, beschichtet sein. Dadurch entfällt das separate Zuführen des Lotmaterials. Als Lotmaterial geeignete Zinn-Legierungen sind allgemein bekannt. Diese enthalten als Legierungselemente beispielsweise Blei, Silber und/oder Wismut. If the metallic connector is fixed to the Zn-coated aluminum back contact by soldering, the metal connector may be coated with a solder material such as tin or a tin alloy. This eliminates the separate feeding of the solder material. As solder material suitable tin alloys are well known. These contain as alloying elements, for example, lead, silver and / or bismuth.
Das Lotmaterial weist bevorzugt eine Schmelztemperatur im Bereich von 180°C bis 245°C auf. The solder material preferably has a melting temperature in the range of 180 ° C to 245 ° C.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist der metallische Verbinder ein Kupferband, bevorzugter ein mit Zinn oder einer Zinn-Legierung beschichtetes Kupferband. Solche „verzinnten“ Kupferbänder sind kommerziell erhältlich. In a preferred embodiment, the metallic connector is a copper tape, more preferably a tin or tin alloy coated copper tape. Such "tin-plated" copper strips are commercially available.
Das Löten wird bevorzugt bei einer Temperatur von weniger als 450°C durchgeführt. Dies wird üblicherweise auch als Weichlöten bezeichnet. Bevorzugter liegt die Löttemperatur im Bereich von 175°C bis 400°C oder 175°C bis 300°C. The soldering is preferably carried out at a temperature of less than 450 ° C. This is commonly referred to as soft soldering. More preferably, the soldering temperature is in the range of 175 ° C to 400 ° C or 175 ° C to 300 ° C.
Im Lötprozess werden übliche, bevorzugt nicht korrosive („no clean“) Flussmittel verwendet. Das Flussmittel kann auf die mit dem Lotmaterial beschichteten metallischen Verbinder (z.B. die verzinnten Kupferbändchen) und/oder auf die abgeschiedene Zinkschicht aufgebracht werden. The soldering process uses conventional, preferably non-corrosive, fluxes. The flux may be applied to the solder-coated metallic connectors (e.g., the tinned copper tapes) and / or to the deposited zinc layer.
Erfolgt die Befestigung des metallischen Verbinders auf dem Zn-beschichteten Aluminium-Rückkontakt durch Kleben, so wird bevorzugt ein elektrisch leitfähiger Kleber verwendet. Solche Kleber sind dem Fachmann bekannt und kommerziell erhältlich. If the attachment of the metallic connector on the Zn-coated aluminum back contact by gluing, so an electrically conductive adhesive is preferably used. Such adhesives are known to those skilled in the art and commercially available.
Bevorzugt handelt es sich bei der zweiten Solarzelle, die mit der ersten Solarzelle verschaltet wird, ebenfalls um eine Solarzelle, auf der gemäß dem oben beschriebenen Verfahren ein Zn-beschichteter Aluminium-Rückkontakt angebracht wurde. Hinsichtlich der Metallkontakte dieser zweiten Solarzelle (z.B. Rückkontakt und Frontkontakt oder alternativ ausschließlich Rückkontakte) kann somit auf die obigen Ausführungen verwiesen werden. The second solar cell, which is connected to the first solar cell, is preferably also a solar cell on which a Zn-coated aluminum back contact has been attached according to the method described above. With regard to the metal contacts of this second solar cell (for example back contact and front contact or alternatively only back contacts), reference may therefore be made to the above statements.
Weiterhin betrifft die vorliegende Erfindung einen Solarzellenstring, der mindestens zwei über einen metallischen Verbinder verschaltete Solarzellen umfasst, wobei mindestens eine Solarzelle einen mit metallischem Zink beschichteten Aluminium-Rückkontakt aufweist und der metallische Verbinder direkt auf diesen Zn-beschichteten Aluminium-Rückkontakt aufgelötet oder aufgeklebt ist. Furthermore, the present invention relates to a solar cell string comprising at least two solar cells interconnected via a metallic connector, wherein at least one solar cell has a metallic zinc coated aluminum back contact and the metallic connector is soldered or bonded directly to this Zn coated aluminum back contact.
Bevorzugt weisen mindestens zwei, noch bevorzugter jede der Solarzellen einen mit metallischem Zink beschichteten Aluminium-Rückkontakt auf und auf jeden dieser Zn-beschichteten Aluminium-Rückkontakte ist jeweils ein metallischer Verbinder direkt aufgelötet oder aufgeklebt. Preferably, at least two, more preferably each of the solar cells has an aluminum back contact coated with metallic zinc, and each of these Zn-coated aluminum back contacts has a respective metal connector directly soldered or bonded thereto.
Bevorzugt ist der Solarzellenstring nach dem oben beschriebenen Verfahren erhältlich. Preferably, the solar cell string is obtainable by the method described above.
Somit weist bevorzugt zumindest eine der im Solarzellenstring miteinander verschalteten Solarzellen einen Zn-beschichteten Aluminium-Rückkontakt auf, der nach dem oben beschriebenen Verfahren hergestellt wurde. Bevorzugt weisen alle im Solarzellenstring verschalteten Solarzellen einen derart hergestellten Zn-beschichteten Aluminium-Rückkontakt auf. Thus, at least one of the solar cells interconnected in the solar cell string preferably has a Zn-coated aluminum back contact, which was produced by the method described above. Preferably, all solar cells connected in the solar cell string have a Zn-coated aluminum back contact produced in this way.
Bevorzugt weist der Zn-beschichtete Aluminium-Rückkontakt der Solarzelle einen oder mehrere Bereiche auf, in denen eine geschlossene Schicht aus metallischem Zink vorliegt, wobei außerdem an der Oberfläche der geschlossenen Zinkschicht Zink-Kristallite mit einem Durchmesser von mehr als 2,0 µm in einer Anzahldichte von ≥ 5000 pro mm2, bevorzugter ≥ 10000 pro mm2, noch bevorzugter 5000–60000 pro mm2 oder 8000–55000 pro mm2 oder 10000–50000 pro mm2 vorliegen; und/oder wobei mindestens 1,5%, bevorzugter mindestens 3,0%, noch bevorzugter 1,5–30,0% oder 1,5–18,0% oder 3,0–15,0% der Oberfläche der geschlossenen Zinkschicht durch Zink-Kristallite mit einem Durchmesser von mehr als 2,0 µm belegt ist. Preferably, the Zn-coated aluminum back contact of the solar cell has one or more areas in which a closed layer of metallic zinc is present, wherein also on the surface of the closed zinc layer zinc crystallites with a diameter of more than 2.0 microns in a Number density of ≥ 5000 per mm 2 , more preferably ≥ 10000 per mm 2 , more preferably 5000-60000 per mm 2 or 8000-55000 per mm 2 or 10000-50000 per mm 2 ; and / or wherein at least 1.5%, more preferably at least 3.0%, even more preferably 1.5-30.0% or 1.5-18.0% or 3.0-15.0% of the surface of the closed zinc layer is occupied by zinc crystallites with a diameter of more than 2.0 microns.
Neben den relativ großen Zn-Kristalliten (d.h. > 2,0 µm) enthält die metallische Zinkschicht bevorzugt noch deutlich kleinere Zink-Kristallite mit einem Durchmesser von weniger als 1,0 µm, wobei bevorzugt ein relativ großer Teil der Oberfläche (z.B. mehr als 40% oder mehr als 50% oder sogar mehr als 60%) der geschlossenen Zinkschicht durch diese kleineren Zink-Kristallite mit einem Durchmesser von weniger als 1,0 µm belegt ist. Bevorzugt belegen die Zink-Kristallite mit einem Durchmesser von mehr als 2,0 µm und die Zink-Kristallite mit einem Durchmesser von weniger als 1,0 µm gemeinsam mindestens 90%, bevorzugter mindestens 95% der Oberfläche der geschlossenen Zinkschicht. Die Partikelgrößenverteilung der Zink-Kristallite an der Oberfläche der geschlossenen Zinkschicht kann beispielsweise bimodal sein. In addition to the relatively large Zn crystallites (ie> 2.0 microns), the metallic zinc layer preferably contains significantly smaller zinc crystallites having a diameter of less than 1.0 microns, preferably a relatively large part of the surface (eg more than 40 % or more than 50% or even more than 60%) of the closed zinc layer is occupied by these smaller zinc crystallites having a diameter of less than 1.0 μm. Preferably, the zinc crystallites with a diameter of more than 2.0 microns and the zinc crystallites with a diameter of less than 1.0 microns collectively occupy at least 90%, more preferably at least 95% of the surface of the closed zinc layer. The particle size distribution of the zinc crystallites on the surface of the closed zinc layer may be, for example, bimodal.
Kristallitdurchmesser, Anzahldichte der Zn-Kristallite mit einem Durchmesser von mehr als 2,0 µm bzw. weniger als 1,0 µm an der Oberfläche der Zn-Schicht und die jeweilige relative Oberflächenbelegung durch diese Zn-Kristallite werden über rasterelektronenmikroskopische Aufnahmen (REM-Aufnahmen) der Zn-Schicht (in Draufsicht) sowie die Auswertung der Aufnahmen durch geeignete Bildauswertungssoftware bestimmt. Der Durchmesser eines Kristallits ist der Durchmesser eines Kreises, der in seiner Fläche der Projektionsfläche des Kristallits in der REM-Aufnahme entspricht. Crystallite diameter, number density of the Zn crystallites with a diameter of more than 2.0 microns and less than 1.0 microns at the surface of Zn layer and the respective relative surface coverage by these Zn crystallites are determined by scanning electron micrographs (SEM images) of the Zn layer (in plan view) and the evaluation of the images by suitable image analysis software. The diameter of a crystallite is the diameter of a circle, which corresponds in its area to the projection surface of the crystallite in the SEM image.
Wenn beispielsweise etwa 5% der Oberfläche der geschlossenen Zinkschicht durch Zink-Kristallite mit einem Durchmesser von mehr als 2,0 µm belegt ist, bedeutet dies, dass etwa 5% der in der REM-Aufnahme in Draufsicht gezeigten Oberfläche der Zn-Schicht durch diese Zink-Kristallite mit einem Durchmesser von mehr als 2,0 µm belegt ist. For example, when about 5% of the surface of the closed zinc layer is occupied by zinc crystallites having a diameter larger than 2.0 μm, it means that about 5% of the surface of the Zn layer shown in the SEM photograph in plan view Zinc crystallites with a diameter of more than 2.0 microns is occupied.
Beispielsweise können mindestens 90%, bevorzugter mindestens 97% der Oberfläche des Zn-beschichteten Aluminium-Rückkontakts eine solche Struktur aufweisen, d.h. eine geschlossene Schicht aus metallischem Zink, wobei an der Oberfläche der geschlossenen Zinkschicht Zink-Kristallite mit einem Durchmesser von mehr als 2,0 µm in einer Anzahldichte von ≥ 5000 pro mm2, bevorzugter ≥ 10000 pro mm2, noch bevorzugter 5000–60000 pro mm2 oder 10000–50000 pro mm2 vorliegen; und/oder wobei mindestens 1,5%, bevorzugter mindestens 3,0%, noch bevorzugter 1,5–18,0% oder 3,0–15,0% der Oberfläche der geschlossenen Zinkschicht durch Zink-Kristallite mit einem Durchmesser von mehr als 2,0 µm belegt ist. For example, at least 90%, more preferably at least 97%, of the surface of the Zn-coated aluminum back contact may have such a structure, ie a closed metallic zinc layer, with zinc crystallites having a diameter greater than 2 at the surface of the closed zinc layer. 0 μm in a number density of ≥ 5000 per mm 2 , more preferably ≥ 10000 per mm 2 , even more preferably 5000-60000 per mm 2 or 10000-50000 per mm 2 ; and / or wherein at least 1.5%, more preferably at least 3.0%, even more preferably 1.5-18.0% or 3.0-15.0% of the surface of the closed zinc layer is by zinc crystallites having a diameter of more is occupied as 2.0 microns.
Sofern der metallische Verbinder über Löten auf dem Zn-beschichteten Aluminium-Rückkontakt befestigt wurde, können diese Bereiche mit hoher Anzahldichte großer Zink-Kristallite dort vorliegen, wo kein metallischer Verbinder befestigt wurde. If the metallic connector has been soldered to the Zn-coated aluminum back contact, these high density, large area zinc crystallite areas may be where no metal connector has been attached.
Wird beispielsweise eine Sn-Legierung als Lot verwendet, liegt in einem Bereich, wo ein metallischer Verbinder an den Zn-beschichteten Aluminium-Rückkontakt angelötet wurde, zwischen dem Metall des Verbinders (z.B. Cu) und dem Aluminium oder der Aluminiumlegierung eine Schicht vor, die eine Sn-Matrix mit darin dispergierten Zn-Partikeln aufweist. For example, when an Sn alloy is used as a solder, in a region where a metal connector is soldered to the Zn-coated aluminum back contact, there is a layer between the metal of the connector (eg, Cu) and the aluminum or aluminum alloy has an Sn matrix with dispersed therein Zn particles.
Sofern der metallische Verbinder über Kleben auf dem Zn-beschichteten Aluminium-Rückkontakt befestigt wurde, können diese Bereiche mit hoher Anzahldichte großer Zink-Kristallite zusätzlich auch dort vorliegen, wo ein metallischer Verbinder befestigt wurde. Additionally, if the metallic connector has been adhesively attached to the Zn-coated aluminum back contact, these high density, high density zinc crystallite regions may also be present where a metal connector has been attached.
Wie oben erläutert, stellt das über ein nasschemisches Verfahren erhaltene Zinkbeschichtete Aluminium ein sehr effektives Substrat für die Befestigung eines weiteren Metalls durch Löten oder Kleben dar. In den oben beschriebenen Ausführungsformen handelte es sich bei dem Substrat um den Aluminium-Rückkontakt der Solarzelle, an dem bei der Verschaltung mit anderen Solarzellen ein metallischer Verbinder durch Löten oder Kleben zu befestigen ist. As discussed above, the zinc-coated aluminum obtained by a wet chemical process is a very effective substrate for the attachment of another metal by soldering or gluing. In the embodiments described above, the substrate was the aluminum back contact of the solar cell on which when connecting to other solar cells, a metallic connector is to be attached by soldering or gluing.
Prinzipiell bekannt ist, dass Aluminiumbändchen als metallische Verbinder bei der Verschaltung eingesetzt werden können. Auch hier stellt sich das Problem der Bildung einer Al2O3-Schicht auf dem metallischen Aluminium, wodurch ein konventionelles Auflöten des Aluminiumbändchens auf dem Metallkontakt einer Solarzelle erschwert oder sogar verhindert wird. It is known in principle that aluminum strips can be used as metallic connectors in the interconnection. Again, the problem arises of the formation of an Al 2 O 3 layer on the metallic aluminum, whereby a conventional soldering of the aluminum strip on the metal contact of a solar cell is difficult or even prevented.
Daher betrifft die vorliegende Erfindung außerdem ein Verfahren zur Verschaltung von Solarzellen, wobei
- (i) ein draht- oder bandförmiges Aluminium-Substrat mit einem alkalischen, wässrigen Medium, das Zn2+ enthält, behandelt wird, so dass sich auf dem Aluminium-Substrat metallisches Zink unter Ausbildung eines Zn-beschichteten Aluminium-Substrats abscheidet,
- (ii) ein Metallkontakt eines Halbleiterbauelements einer ersten Solarzelle mit einem Metallkontakt eines Halbleiterbauelements einer zweiten Solarzelle durch das Zn-beschichtete Aluminium-Substrat miteinander verbunden werden, wobei das Zn-beschichtete Aluminium-Substrat jeweils durch Löten oder Kleben auf den Metallkontakten befestigt wird.
- (i) treating a wire or ribbon aluminum substrate with an alkaline, aqueous medium containing Zn 2+ such that metallic zinc is deposited on the aluminum substrate to form a Zn-coated aluminum substrate,
- (ii) bonding a metal contact of a semiconductor device of a first solar cell to a metal contact of a semiconductor device of a second solar cell through the Zn-coated aluminum substrate, wherein the Zn-coated aluminum substrate is fixed to the metal contacts by soldering or bonding, respectively.
Draht- oder bandförmige Aluminiummaterialien (z.B. Aluminiumbändchen) zum Verschalten von Halbleiterbauteilen sind allgemein bekannt und kommerziell erhältlich. Wire or tape-shaped aluminum materials (e.g., aluminum ribbons) for interconnecting semiconductor devices are well known and commercially available.
Das Aluminium-Substrat kann aus metallischem Aluminium oder einer Aluminium-Legierung gefertigt sein. Hinsichtlich der Eigenschaften des Aluminiums (insbesondere Reinheit) und der Aluminium-Legierung (insbesondere Aluminium-Gehalt) kann auf die obigen Ausführungen verwiesen werden. Die Reinheit des Aluminiums kann über einen breiten Bereich variieren, sofern die elektrische Leitfähigkeit und/oder mechanischen Eigenschaften nicht nachteilig beeinflusst werden. Beispielsweise enthält das Aluminium weitere metallische Elemente in einem Gesamtanteil von weniger als 1 Gew%, bevorzugter weniger als 0,1 Gew% oder weniger als 0,01 Gew%. Ist das Aluminium-Substrat aus einer Aluminiumlegierung gefertigt, so weist diese bevorzugt einen Anteil von Aluminium von mindestens 80 Gew%, bevorzugter mindestens 90 Gew% auf. Geeignete metallische Elemente, die mit dem Aluminium legiert werden können, sind dem Fachmann bekannt. The aluminum substrate may be made of metallic aluminum or an aluminum alloy. With regard to the properties of the aluminum (in particular purity) and the aluminum alloy (in particular aluminum content), reference may be made to the above statements. The purity of the aluminum can vary over a wide range, provided that the electrical conductivity and / or mechanical properties are not adversely affected. For example, the aluminum contains further metallic elements in a total proportion of less than 1% by weight, more preferably less than 0.1% by weight or less than 0.01% by weight. If the aluminum substrate is made of an aluminum alloy, it preferably has a proportion of aluminum of at least 80% by weight, more preferably at least 90% by weight. Suitable metallic elements that can be alloyed with the aluminum are known to those skilled in the art.
Hinsichtlich der bevorzugten Bedingungen für den Zinkabscheidungsschritt (i) kann auf die oben gemachten Ausführungen verwiesen werden (siehe Zinkabscheidungsschritt (a)). Es ist also bevorzugt, dass das wässrige Medium, mit dem das Aluminium-Substrat behandelt wird, eine relativ hohe Konzentration an Zn2+ aufweist. In einer bevorzugten Ausführungsform beträgt die Zn2+-Konzentration in dem alkalischen, wässrigen Medium mindestens 1,5 Gew%, bevorzugter mindestens 2,0 Gew%, noch bevorzugter mindestens 3,0 Gew% oder sogar mindestens 4,0 Gew%. In einer bevorzugten Ausführungsform enthält das wässrige Medium Zn2+ in einer Konzentration von 1,5 Gew% bis 12,0 Gew%, bevorzugter 2,0 Gew% bis 10,0 Gew%, noch bevorzugter 3,0 Gew% bis 8,0 Gew% oder 4,0 Gew% bis 8,0 Gew%. With regard to the preferred conditions for the zinc deposition step (i), reference may be made to the above statements (see Zinc deposition step (a)). It is thus preferred that the aqueous medium with which the aluminum substrate is treated has a relatively high concentration of Zn 2+ . In a preferred embodiment, the Zn 2+ concentration in the alkaline aqueous medium is at least 1.5% by weight, more preferably at least 2.0% by weight, even more preferably at least 3.0% or even at least 4.0% by weight. In a preferred embodiment, the aqueous medium contains Zn 2+ in a concentration of 1.5% by weight to 12.0% by weight, more preferably 2.0% by weight to 10.0% by weight, more preferably 3.0% by weight to 8, 0 wt% or 4.0 wt% to 8.0 wt%.
Ein geeigneter pH-Wert des alkalischen, wässrigen Mediums ist beispielsweise ≥ 10, bevorzugter ≥ 13. A suitable pH of the alkaline aqueous medium is, for example, ≥ 10, more preferably ≥ 13.
Optional kann das alkalische wässrige Medium noch weitere Übergangsmetall-Kationen, bevorzugt Eisen-Kationen, Nickel-Kationen oder Kupfer-Kationen oder eine Kombination aus mindestens zwei dieser Kationen, enthalten. In einer bevorzugten Ausführungsform enthält das alkalische, wässrige Medium noch Fe-Kationen in einer Konzentration von mindestens 0,0003 Gew%, bevorzugter mindestens 0,001 Gew%, z.B. im Bereich von 0,0003–30 Gew% oder von 0,0003–0,1 Gew%. Sofern das alkalische, wässrige Medium Nickel-Kationen enthält, können diese beispielsweise in einer Konzentration von 0,1–5 Gew%, bevorzugter 0,5–3 Gew% vorliegen. Sofern das alkalische, wässrige Medium Kupfer-Kationen enthält, können diese beispielsweise in einer Konzentration von 0,01–1 Gew%, bevorzugter 0,05–0,5 Gew% vorliegen. Optionally, the alkaline aqueous medium may contain further transition metal cations, preferably iron cations, nickel cations or copper cations or a combination of at least two of these cations. In a preferred embodiment, the alkaline aqueous medium still contains Fe cations in a concentration of at least 0.0003% by weight, more preferably at least 0.001% by weight, e.g. in the range of 0.0003-30% by weight or 0.0003-0.1% by weight. If the alkaline, aqueous medium contains nickel cations, these may be present for example in a concentration of 0.1-5% by weight, more preferably 0.5-3% by weight. If the alkaline, aqueous medium contains copper cations, these may be present, for example, in a concentration of 0.01-1% by weight, more preferably 0.05-0.5% by weight.
Bevorzugt erfolgt die Abscheidung des metallischen Zinks aus dem Zn2+-haltigen wässrigen Mediums auf das Aluminium-Substrat stromlos. The deposition of the metallic zinc from the Zn 2+ -containing aqueous medium onto the aluminum substrate preferably takes place without current.
Bevorzugt weist die auf dem Aluminium-Substrat abgeschiedene Zn-Schicht eine Dicke im Bereich von 0,1 µm bis 5 µm, bevorzugter 0,3 µm bis 2,5 µm auf. Preferably, the Zn layer deposited on the aluminum substrate has a thickness in the range of 0.1 μm to 5 μm, more preferably 0.3 μm to 2.5 μm.
Die Dauer der Behandlung des Aluminium-Substrats mit dem alkalischen, wässrigen Zn2+-enthaltenden Mediums in Schritt (i) beträgt beispielsweise 15 s bis 250 s. Der Zinkabscheidungsschritt (i) wird bevorzugt bei einer Temperatur im Bereich von 5–60°C, bevorzugter 5–45°C durchgeführt. The duration of the treatment of the aluminum substrate with the alkaline aqueous Zn 2+ -containing medium in step (i) is, for example, 15 seconds to 250 seconds. The zinc deposition step (i) is preferably carried out at a temperature in the range of 5-60 ° C, more preferably 5-45 ° C.
Die Behandlung des Aluminium-Substrats kann beispielsweise durch Eintauchen in das Zn2+-haltige Medium oder durch Spülen oder Bespritzen mit dem Zn2+-haltigen Medium erfolgen. The treatment of the aluminum substrate, for example, by immersion in the Zn 2+ -containing medium or by rinsing or spraying with the Zn 2+ -containing medium.
Das Aluminium-Substrat (insbesondere ein Aluminiumband) kann in Schritt (i) beispielsweise im Wesentlichen horizontal positioniert sein. Alternativ ist es auch möglich, dass das Aluminium-Substrat während Schritt (i) im Wesentlichen senkrecht positioniert ist. Prinzipiell ist aber auch jede andere Positionierung (z.B. in schräger Ausrichtung) in Schritt (i) möglich. The aluminum substrate (in particular an aluminum strip) may, for example, be positioned substantially horizontally in step (i). Alternatively, it is also possible that the aluminum substrate is positioned substantially vertically during step (i). In principle, however, any other positioning (for example in an oblique orientation) in step (i) is also possible.
In einer bevorzugten Ausführungsform wird das Aluminium-Substrat während des Zinkabscheidungsschritts (i) relativ zum Zn2+-haltigen Medium bewegt. Bevorzugt beträgt die Relativgeschwindigkeit zwischen dem Aluminium-Rückkontakt und dem wässrigen Zn2+-haltigen Medium mindestens 0,1 m/min, bevorzugter mindestens 0,2 m/min. Diese Relativbewegung kann z.B. realisiert werden, indem das Aluminium-Substrat über ein ruhendes Zn2+-haltiges Medium bewegt wird oder indem ein strömendes Zn2+-Medium über ein ruhendes Aluminium-Substrat strömt oder durch eine Kombination dieser beiden Varianten. Die Strömungsgeschwindigkeit des Zn2+-haltigen Mediums (und damit die Relativgeschwindigkeit gegenüber dem (bewegten oder ruhenden) Aluminium-Substrat) kann z.B. über die Pumpenleistung eingestellt werden. Durch die Relativbewegung zwischen dem Aluminium-Substrat und dem wässrigen Zn2+-haltigen Medium während der Zn-Abscheidung in Schritt (i) kann eine weitere Verbesserung der Haftkraft zwischen dem Metallkontakt einer Solarzelle und dem darauf befestigten Aluminium-Substrat (z.B. Aluminiumbändchen) erzielt werden. In a preferred embodiment, the aluminum substrate is moved relative to the Zn 2+ -containing medium during the zinc deposition step (i). The relative speed between the aluminum back contact and the aqueous Zn 2+ -containing medium is preferably at least 0.1 m / min, more preferably at least 0.2 m / min. This relative movement can be realized, for example, by moving the aluminum substrate over a quiescent Zn 2+ -containing medium or by flowing a flowing Zn 2+ medium over a resting aluminum substrate or by a combination of these two variants. The flow rate of the Zn 2+ -containing medium (and thus the relative speed with respect to the (moving or stationary) aluminum substrate) can be adjusted for example via the pump power. By the relative movement between the aluminum substrate and the aqueous Zn 2+ -containing medium during the Zn deposition in step (i), a further improvement of the adhesion between the metal contact of a solar cell and the aluminum substrate (eg aluminum strip) mounted thereon can be achieved become.
Bevorzugt wird das Zn-beschichtete Aluminium-Substrat mindestens einmal mit einer Spülflüssigkeit gespült. Hinsichtlich geeigneter Spülflüssigkeiten und Spülbedingungen kann auf die obigen Ausführungen verwiesen werden. Preferably, the Zn-coated aluminum substrate is rinsed at least once with a rinsing liquid. With regard to suitable rinsing liquids and rinsing conditions, reference may be made to the above statements.
Bevorzugt wird das Zn-beschichtete Aluminium-Substrat vor Schritt (ii) getrocknet. Preferably, the Zn-coated aluminum substrate is dried before step (ii).
Bevorzugt wird auf das Zn-beschichtete Aluminium-Substrat vor Schritt (ii) ein Lotmaterial aufgebracht. Geeignete Lotmaterialien werden nachfolgend noch beschrieben. Preferably, a solder material is applied to the Zn-coated aluminum substrate prior to step (ii). Suitable solder materials will be described below.
Wie oben ausgeführt, wird in Schritt (ii) ein Metallkontakt eines Halbleiterbauelements einer ersten Solarzelle mit einem Metallkontakt eines Halbleiterbauelements einer zweiten Solarzelle durch das Zn-beschichtete Aluminium-Substrat verbunden, wobei das Zn-beschichtete Aluminium-Substrat jeweils durch Löten oder Kleben auf den Metallkontakten befestigt wird. As stated above, in step (ii), a metal contact of a semiconductor device of a first solar cell is connected to a metal contact of a semiconductor device of a second solar cell through the Zn-coated aluminum substrate, wherein the Zn-coated aluminum substrate is soldered or adhered to each of them Metal contacts is attached.
Für das Löten können gängige, dem Fachmann bekannte Lotmaterialien eingesetzt werden, z.B. Zinn-Legierungen. Diese enthalten als Legierungselemente beispielsweise Blei, Silber und/oder Wismut. Das Lotmaterial weist bevorzugt eine Schmelztemperatur im Bereich von 180°C bis 245°C auf. Das Löten wird bevorzugt bei einer Temperatur von weniger als 450°C durchgeführt. Dies wird üblicherweise auch als Weichlöten bezeichnet. Bevorzugter liegt die Löttemperatur im Bereich von 175°C bis 300°C. For soldering, it is possible to use common solder materials known to the person skilled in the art, for example tin alloys. These contain as alloying elements, for example, lead, silver and / or bismuth. The solder material preferably has a melting temperature in the range of 180 ° C to 245 ° C. The soldering is preferred at a temperature performed by less than 450 ° C. This is commonly referred to as soft soldering. More preferably, the soldering temperature is in the range of 175 ° C to 300 ° C.
Im Lötprozess werden übliche, bevorzugt nicht korrosive („no clean“) Flussmittel verwendet. The soldering process uses conventional, preferably non-corrosive, fluxes.
Erfolgt die Befestigung durch Kleben, so wird bevorzugt ein elektrisch leitfähiger Kleber verwendet. Solche Kleber sind dem Fachmann bekannt und kommerziell erhältlich. If the attachment by gluing, it is preferred to use an electrically conductive adhesive. Such adhesives are known to those skilled in the art and commercially available.
Bei den Metallkontakten, auf denen der metallische Verbinder befestigt wird, kann es sich um solche handeln, die üblicherweise für Solarzellen verwendet werden. Beispielsweise ist der Metallkontakt ein Silberkontakt (z.B. ein über Siebdruck hergestellter Silberkontakt), ein Ni/Cu/Ag-Kontakt (z.B. über galvanische Abscheidung hergestellt), ein Ni/Cu-Kontakt ((z.B. über galvanische Abscheidung hergestellt) oder ein Al-Kontakt (z.B. über Siebdruck hergestellt). Der Metallkontakt kann ein Rückkontakt oder auch ein Frontkontakt sein. The metal contacts to which the metal connector is attached may be those commonly used for solar cells. For example, the metal contact is a silver contact (eg, a silver-screened silver contact), a Ni / Cu / Ag contact (eg, made by electrodeposition), a Ni / Cu contact (eg, made by electrodeposition), or an Al contact (eg produced by screen printing) The metal contact can be a back contact or a front contact.
Weiterhin betrifft die vorliegende Erfindung ein Zn-beschichtetes draht- oder bandförmiges Aluminium-Substrat, das bevorzugt einen oder mehrere Bereiche aufweist, in denen eine geschlossene Schicht aus metallischem Zink auf dem Aluminium-Substrat vorliegt, wobei außerdem an der Oberfläche der geschlossenen Zinkschicht Zink-Kristallite mit einem Durchmesser von mehr als 2,0 µm in einer Anzahldichte von ≥ 5000 pro mm2, bevorzugter ≥ 10000 pro mm2, noch bevorzugter 5000–60000 pro mm2 oder 8000–55000 pro mm2 oder 10000–50000 pro mm2 vorliegen; und/oder wobei mindestens 1,5%, bevorzugter mindestens 3,0%, noch bevorzugter 1,5–30,0% oder 1,5–18,0% oder 3,0–15,0% der Oberfläche der geschlossenen Zinkschicht durch Zink-Kristallite mit einem Durchmesser von mehr als 2,0 µm belegt ist. Furthermore, the present invention relates to a Zn-coated wire or strip-shaped aluminum substrate, which preferably has one or more regions in which a closed layer of metallic zinc is present on the aluminum substrate, wherein, in addition, on the surface of the closed zinc layer Crystallites with a diameter of more than 2.0 μm in a number density of ≥ 5000 per mm 2 , more preferably ≥ 10000 per mm 2 , more preferably 5000-60000 per mm 2 or 8000-55000 per mm 2 or 10000-50000 per mm 2 available; and / or wherein at least 1.5%, more preferably at least 3.0%, even more preferably 1.5-30.0% or 1.5-18.0% or 3.0-15.0% of the surface of the closed zinc layer is occupied by zinc crystallites with a diameter of more than 2.0 microns.
Neben den relativ großen Zn-Kristalliten (d.h. > 2,0 µm) enthält die metallische Zinkschicht bevorzugt noch deutlich kleinere Zink-Kristallite mit einem Durchmesser von weniger als 1,0 µm, wobei bevorzugt ein relativ großer Teil der Oberfläche (z.B. mehr als 40% oder mehr als 50% oder sogar mehr als 60%) der geschlossenen Zinkschicht durch diese kleineren Zink-Kristallite mit einem Durchmesser von weniger als 1,0 µm belegt ist. Bevorzugt belegen die Zink-Kristallite mit einem Durchmesser von mehr als 2,0 µm und die Zink-Kristallite mit einem Durchmesser von weniger als 1,0 µm gemeinsam mindestens 90%, bevorzugter mindestens 95% der Oberfläche der geschlossenen Zinkschicht. Die Partikelgrößenverteilung der Zink-Kristallite an der Oberfläche der geschlossenen Zinkschicht kann beispielsweise bimodal sein. In addition to the relatively large Zn crystallites (ie> 2.0 microns), the metallic zinc layer preferably contains significantly smaller zinc crystallites having a diameter of less than 1.0 microns, preferably a relatively large part of the surface (eg more than 40 % or more than 50% or even more than 60%) of the closed zinc layer is occupied by these smaller zinc crystallites having a diameter of less than 1.0 μm. Preferably, the zinc crystallites with a diameter of more than 2.0 microns and the zinc crystallites with a diameter of less than 1.0 microns collectively occupy at least 90%, more preferably at least 95% of the surface of the closed zinc layer. The particle size distribution of the zinc crystallites on the surface of the closed zinc layer may be, for example, bimodal.
Kristallitdurchmesser, Anzahldichte der Zn-Kristallite mit einem Durchmesser von mehr als 2,0 µm bzw. weniger als 1,0 µm an der Oberfläche der Zn-Schicht und die jeweilige relative Oberflächenbelegung durch diese Zn-Kristallite werden über rasterelektronenmikroskopische Aufnahmen (REM-Aufnahmen) der Zn-Schicht (in Draufsicht) sowie die Auswertung der Aufnahmen durch geeignete Bildauswertungssoftware bestimmt. Der Durchmesser eines Kristallits ist der Durchmesser eines Kreises, der in seiner Fläche der Projektionsfläche des Kristallits in der REM-Aufnahme entspricht. Crystallite diameter, number density of Zn crystallites with a diameter of more than 2.0 microns or less than 1.0 microns at the surface of the Zn layer and the respective relative surface coverage by these Zn crystallites are recorded by scanning electron micrographs (SEM ) of the Zn layer (in plan view) and the evaluation of the images determined by suitable image evaluation software. The diameter of a crystallite is the diameter of a circle, which corresponds in its area to the projection surface of the crystallite in the SEM image.
Wenn beispielsweise etwa 5% der Oberfläche der Zinkschicht durch Zink-Kristallite mit einem Durchmesser von mehr als 2,0 µm belegt ist, bedeutet dies, dass etwa 5% der in der REM-Aufnahme in Draufsicht gezeigten Oberfläche der Zn-Schicht durch diese Zink-Kristallite mit einem Durchmesser von mehr als 2,0 µm belegt ist. For example, if about 5% of the surface area of the zinc layer is occupied by zinc crystallites more than 2.0 μm in diameter, this means that about 5% of the surface of the Zn layer shown in the SEM image in plan view will be due to this zinc -Crystallite is occupied with a diameter of more than 2.0 microns.
Beispielsweise können mindestens 70%, bevorzugter mindestens 90% der Oberfläche des Zn-beschichteten Aluminium-Substrats eine solche Struktur aufweisen, d.h. eine geschlossene Schicht aus metallischem Zink, wobei außerdem an der Oberfläche der geschlossenen Zinkschicht Zink-Kristallite mit einem Durchmesser von mehr als 2,0 µm in einer Anzahldichte von ≥ 5000 pro mm2, bevorzugter ≥ 10000 pro mm2, noch bevorzugter 5000–60000 pro mm2 oder 8000–55000 pro mm2 oder 10000–50000 pro mm2 vorliegen; und/oder wobei mindestens 1,5%, bevorzugter mindestens 3,0%, noch bevorzugter 1,5–30,0% oder 1,5–18,0% oder 3,0–15,0% der Oberfläche der geschlossenen Zinkschicht durch Zink-Kristallite mit einem Durchmesser von mehr als 2,0 µm belegt ist. For example, at least 70%, more preferably at least 90%, of the surface of the Zn-coated aluminum substrate may have such a structure, ie, a closed metallic zinc layer, with zinc crystallites having a diameter greater than 2 at the surface of the closed zinc layer , 0 microns in a number density of ≥ 5000 per mm 2, more preferably ≥ 10,000 are present per mm 2, more preferably from 5000 to 60000 per mm 2 or 8000 to 55000 per mm 2 or 10000-50000 per mm 2; and / or wherein at least 1.5%, more preferably at least 3.0%, even more preferably 1.5-30.0% or 1.5-18.0% or 3.0-15.0% of the surface of the closed zinc layer is occupied by zinc crystallites with a diameter of more than 2.0 microns.
Weiterhin betrifft die vorliegende Erfindung die Verwendung des oben beschriebenen band- oder drahtförmigen Zn-beschichteten Aluminium-Substrats zum Verschalten von Solarzellen bei der Herstellung von Solarzellenstrings. Furthermore, the present invention relates to the use of the above-described tape or wire-shaped Zn-coated aluminum substrate for interconnecting solar cells in the manufacture of solar cell strings.
Die Erfindung wird durch das nachfolgende Beispiel eingehender beschrieben. The invention will be described in more detail by the following example.
Beispiel example
Eine 9 µm dicke Aluminiumfolie mit einer Reinheit von 99 % wird von Rolle zu Rolle mit einer Geschwindigkeit von 1 m/min über 3 Becken geführt. Das erste Becken ist mit einer wässrigen Zn2+-haltigen Lösung enthaltend 4 Gewichtsprozent Zinkionen, 15 Gewichtsprozent NaOH und 0,001 Gewichtsprozent Eisenionen gefüllt. Das zweite Becken enthält 1%ige Natronlauge und das dritte Becken entmineralisiertes Wasser. Das erste Becken dient der Abscheidung des metallischen Zinks auf einer Seite der Aluminium-Folie, während mit den Becken 2 und 3 die Zn-beschichtete Aluminium-Folie gespült wird. Alle 3 Becken sind bis zum oberen Beckenrand gefüllt. Aufgrund der Oberflächenspannung wird die Aluminiumfolie von den Flüssigkeiten nach unten gezogen, so dass diese die Aluminiumfolie gut benetzen, und zwar nur auf der unteren Seite, d. h. einseitig. Auf diese Weise wird die Aluminiumfolie nur einseitig mit Zink beschichtet. Weil die Aluminiumfolie senkrecht zur Transportrichtung breiter als die Becken ist, werden die Becken von der Aluminiumfolie komplett abgedeckt und aufgrund der von der Oberflächenspannung ausgeübten Kraft von der Aluminiumfolie gut abgedichtet, so dass beim Transport der Aluminiumfolie über den Beckenrand die nasschemischen Lösungen am Beckenrand abgestreift und somit nur wenig verschleppt werden. Die Füllstände in den einzelnen Becken werden mit einer Genauigkeit von 3 mm oder besser durch automatisches Nachdosieren konstant gehalten. Aus Transportgeschwindigkeit und individueller Breite der Becken ergeben sich die Behandlungszeiten 90 s für Becken 1, das mit dem wässrigen Zn2+-haltigen Medium gefüllt ist, 20 s für Becken 2, das mit 1%iger Natronlauge gefüllt ist, und 20 s für Becken 3, das mit entmineralisiertem Wasser gefüllt ist. Nach der nasschemischen Behandlung wird die Aluminiumfolie mittels Infrarotstrahlung und warmem Luftstrom getrocknet und schließlich aufgerollt. In Rollenform ist die einseitig Zn-beschichtete Aluminium-Folie vor Oxidation der Zinkschicht geschützt und ohne negative Veränderung der Eigenschaften lange lagerfähig. A 9 μm thick aluminum foil with a purity of 99% is passed from roll to roll at a speed of 1 m / min over 3 tanks. The first basin is filled with an aqueous solution containing Zn 2+ containing 4% by weight of zinc ions, 15% by weight of NaOH and 0.001% by weight of iron ions. The second basin contains 1% caustic soda and the third basin contains demineralised water. The first basin is used to deposit the metallic zinc on one side of the aluminum foil, while with the tank 2 and rinsing the Zn-coated aluminum foil. All 3 pools are filled to the upper edge of the pool. Due to the surface tension, the aluminum foil is pulled down by the liquids so that they wet the aluminum foil well, only on the lower side, ie on one side. In this way, the aluminum foil is only coated on one side with zinc. Because the aluminum foil perpendicular to the transport direction is wider than the pelvis, the pelvis are completely covered by the aluminum foil and sealed well by the surface tension of the aluminum foil, so that when transporting the aluminum foil over the edge of the pool, the wet chemical solutions stripped on the edge of the pool and thus little be carried off. The levels in the individual basins are kept constant with an accuracy of 3 mm or better by automatic refilling. From transport speed and individual width of the pelvis, the treatment times are 90 s for tank 1, which is filled with the aqueous Zn 2+ -containing medium, 20 s for tank 2, which is filled with 1% sodium hydroxide solution, and 20 s for pool 3, which is filled with demineralized water. After the wet-chemical treatment, the aluminum foil is dried by means of infrared radiation and a warm air stream and finally rolled up. In roll form, the one-sided Zn-coated aluminum foil is protected against oxidation of the zinc layer and can be stored for long periods without a negative change in the properties.
Anschließend wird die Rolle mit der zinkbeschichteten Aluminiumfolie in einem Folienabwickler des Lasersystems positioniert. Die Folie wird abgewickelt, mit der nicht mit Zink beschichteten Seite auf die Rückseite eines Halbleiterbauelements (Silizium-Substrat) einer Solarzelle (Silizium-Solarzelle) gelegt und dort mit Unterduck angesaugt. Die zinkbeschichtete Seite wird lokal mit Laserstrahlung beleuchtet. Dadurch wird zumindest die Zn-beschichtete Aluminiumfolie lokal erhitzt, so dass in diesen Bereichen kurzzeitig ein Aufschmelzen der Aluminiumfolie erfolgt, wobei sie sich mit der Rückseite des Halbleiterbauelements verbindet. Umlaufend am Rand des Halbleiterbauelements wird die Zn-beschichtete Aluminiumfolie mittels anderer Laserparameter derart gelasert, dass die Aluminiumfolie durchtrennt ist und die über den Rand des Halbleiterbauelements herausragende Folie gut entfernt werden kann. Subsequently, the roller with the zinc-coated aluminum foil is positioned in a film unwinder of the laser system. The film is unwound, placed with the non-zinc-coated side on the back of a semiconductor device (silicon substrate) of a solar cell (silicon solar cell) and sucked there with Unterduck. The zinc-coated side is locally illuminated with laser radiation. As a result, at least the Zn-coated aluminum foil is locally heated, so that melting of the aluminum foil occurs for a short time in these regions, whereby it bonds to the rear side of the semiconductor component. Surrounding the edge of the semiconductor device, the Zn-coated aluminum foil is lasered by means of other laser parameters such that the aluminum foil is severed and the protruding over the edge of the semiconductor device film can be easily removed.
Aluminiumfolie besitzt herstellungsbedingt eine raue und eine glatte Seite. Eine verbesserte Lichtausbeute der Solarzellen hat sich ergeben, wenn die raue Seite der Aluminiumfolie mit Zink beschichtet wird und die glatte Seite auf der Rückseite des Halbleiterbauelements aufliegt. Due to its production, aluminum foil has a rough and a smooth side. An improved light output of the solar cells has resulted when the rough side of the aluminum foil is coated with zinc and the smooth side rests on the back of the semiconductor device.
Wichtig ist, dass die Aluminiumfolie auf der Seite, mit der sie am Halbleiterbauelement der Solarzelle befestigt wird, nicht mit Zink beschichtet ist und sich dort auch keine angetrockneten Reste der zinkhaltigen nasschemischen Lösung befinden, weil sonst die Haftung der Aluminiumfolie nach dem Laserprozess schlecht ist und die lokalen hochdotierten Bereiche im Silizium eine erhöhte Shockley-Read-Hall-Rekombination von Überschussladungsträgern aufweisen. It is important that the aluminum foil on the side with which it is attached to the semiconductor component of the solar cell is not coated with zinc and there are no dried residues of the zinc-containing wet chemical solution, otherwise the adhesion of the aluminum foil after the laser process is poor and the local highly doped regions in the silicon have increased Shockley read-hall recombination of excess charge carriers.
Die durch Lasern am Halbleiterbauelement befestigte Zn-beschichtete Aluminium-Folie fungiert als Zn-beschichteter Aluminium-Rückkontakt. Auf diesem Zn-beschichteten Aluminium-Rückkontakt wird ein mit Lot belegtes Kupferbändchen (verzinntes Kupferbändchen) mittels Infrarotheizung bei 275 °C gelötet. Auf die Lötstelle wurde zuvor ein Flussmittel (Kester 952 s) gesprüht. The Zn-coated aluminum foil fastened by lasers to the semiconductor device functions as a Zn-coated aluminum back contact. On this Zn-coated aluminum back contact, a soldered copper ribbon (tinned copper ribbon) is soldered by infrared heating at 275 ° C. On the solder joint previously a flux (Kester 952 s) was sprayed.
Das Kupferbändchen zeigt eine gute Haftfestigkeit auf dem Rückkontakt der Solarzelle. The copper ribbon shows good adhesion on the back contact of the solar cell.
Das überstehende Ende des Verbinders wird in einem nachfolgenden Lötschritt in bekannter Weise auf die Vorderseite einer weiteren Solarzelle gelötet. Man erhält einen Solarzellenstring, in dem die Solarzellen in Serie verschaltet sind. Die Solarzellstrings werden mit Glas, Ethylenvinylacetat und Polymer-Rückseitenfolie in ein Modul laminiert. The protruding end of the connector is soldered in a subsequent soldering in a known manner to the front of another solar cell. This gives a solar cell string in which the solar cells are connected in series. The solar cell strings are laminated with glass, ethylene vinyl acetate and polymer backsheet into a module.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.This list of the documents listed by the applicant has been generated automatically and is included solely for the better information of the reader. The list is not part of the German patent or utility model application. The DPMA assumes no liability for any errors or omissions.
Zitierte PatentliteraturCited patent literature
- DE 102012214253 [0004] DE 102012214253 [0004]
- DE 102012214253 A1 [0043] DE 102012214253 A1 [0043]
Zitierte Nicht-PatentliteraturCited non-patent literature
- M. Kamp et. al., “Zincate processes for silicon solar cell metallization”, Solar Energy Materials & Solar Cells, 120, S. 332, 2014 [0006] M. Kamp et. al., "Zincate processes for silicon solar cell metallization", Solar Energy Materials & Solar Cells, 120, p. 332, 2014 [0006]
Claims (19)
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE102016210910.3A DE102016210910A1 (en) | 2016-06-19 | 2016-06-19 | Process for interconnecting solar cells having aluminum foil as back contact |
| CN201780037437.4A CN109417102A (en) | 2016-06-19 | 2017-06-16 | For connecting the method with aluminium film as the solar battery of back contact |
| PCT/EP2017/064800 WO2017220445A1 (en) | 2016-06-19 | 2017-06-16 | Method for interconnecting photovoltaic cells, which have aluminum foil as back contact |
| EP17735407.3A EP3472870A1 (en) | 2016-06-19 | 2017-06-16 | Method for interconnecting photovoltaic cells, which have aluminum foil as back contact |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE102016210910.3A DE102016210910A1 (en) | 2016-06-19 | 2016-06-19 | Process for interconnecting solar cells having aluminum foil as back contact |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| DE102016210910A1 true DE102016210910A1 (en) | 2017-12-21 |
Family
ID=59285151
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| DE102016210910.3A Withdrawn DE102016210910A1 (en) | 2016-06-19 | 2016-06-19 | Process for interconnecting solar cells having aluminum foil as back contact |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| EP (1) | EP3472870A1 (en) |
| CN (1) | CN109417102A (en) |
| DE (1) | DE102016210910A1 (en) |
| WO (1) | WO2017220445A1 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US11424217B2 (en) | 2019-08-01 | 2022-08-23 | Infineon Technologies Ag | Soldering a conductor to an aluminum layer |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2013096951A1 (en) * | 2011-12-23 | 2013-06-27 | Solexel, Inc. | High productivity spray processing for semiconductor metallization and interconnects |
| DE102012214253A1 (en) | 2012-08-10 | 2014-06-12 | Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. | Laser-based method and processing table for metallizing the rear side of a semiconductor device |
| US20140166098A1 (en) * | 2011-03-11 | 2014-06-19 | Avery Dennison Corporation | Sheet Assembly with Aluminum Based Electrodes |
Family Cites Families (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE102009010816B4 (en) * | 2009-02-27 | 2011-03-10 | Solarworld Innovations Gmbh | Method for producing a semiconductor device |
| US20120234593A1 (en) * | 2011-03-18 | 2012-09-20 | Applied Materials, Inc. | Conductive foils having multiple layers and methods of forming same |
| DE102011075352A1 (en) * | 2011-05-05 | 2012-11-08 | Solarworld Innovations Gmbh | A method of back contacting a silicon solar cell and silicon solar cell with such backside contacting |
| JP6141223B2 (en) * | 2013-06-14 | 2017-06-07 | 三菱電機株式会社 | Light receiving element module and manufacturing method thereof |
-
2016
- 2016-06-19 DE DE102016210910.3A patent/DE102016210910A1/en not_active Withdrawn
-
2017
- 2017-06-16 WO PCT/EP2017/064800 patent/WO2017220445A1/en unknown
- 2017-06-16 EP EP17735407.3A patent/EP3472870A1/en not_active Withdrawn
- 2017-06-16 CN CN201780037437.4A patent/CN109417102A/en active Pending
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20140166098A1 (en) * | 2011-03-11 | 2014-06-19 | Avery Dennison Corporation | Sheet Assembly with Aluminum Based Electrodes |
| WO2013096951A1 (en) * | 2011-12-23 | 2013-06-27 | Solexel, Inc. | High productivity spray processing for semiconductor metallization and interconnects |
| DE102012214253A1 (en) | 2012-08-10 | 2014-06-12 | Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. | Laser-based method and processing table for metallizing the rear side of a semiconductor device |
Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| GRAF, M.: Foil metallization process for PERC solar cells towards industrial feasibility. In: Proceeding of 31st EUPVEC, Hamburg, 2015, 386-389. * |
| M. Kamp et. al., "Zincate processes for silicon solar cell metallization", Solar Energy Materials & Solar Cells, 120, S. 332, 2014 |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US11424217B2 (en) | 2019-08-01 | 2022-08-23 | Infineon Technologies Ag | Soldering a conductor to an aluminum layer |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN109417102A (en) | 2019-03-01 |
| EP3472870A1 (en) | 2019-04-24 |
| WO2017220445A1 (en) | 2017-12-28 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| DE69330925T2 (en) | Photovoltaic device and its manufacturing process | |
| DE102010016476B4 (en) | Method for applying contact wires to a surface of a photovoltaic cell, photovoltaic cell, photovoltaic module, arrangement for applying contact wires to a surface of a photovoltaic cell | |
| DE112011102300B4 (en) | METHOD OF FORMING P-SEMICONDUCTOR LAYER FOR PHOTOVOLTAIC UNIT | |
| DE102010028189B4 (en) | solar cell | |
| DE102012103243B4 (en) | Method for changing the laser intensity over time during the scribing of a photovoltaic device | |
| DE102008062591A1 (en) | Semiconductor device | |
| DE2047175A1 (en) | The present invention relates to a semiconductor device and a method for manufacturing the same | |
| DE102011104159A1 (en) | METHOD FOR THE ELECTRICAL CONNECTION OF SEVERAL SOLAR CELLS AND PHOTOVOLTAIC MODULE | |
| DE102009041905A1 (en) | Serial interconnection of thin-film solar cells | |
| DE102011050089A1 (en) | Method for producing electrical contacts on a solar cell, solar cell and method for producing a back-side contact of a solar cell | |
| EP1784870B1 (en) | Semiconductor element with an electric contact arranged on at least one surface | |
| EP2561557A2 (en) | Method for producing a solar cell and solar cell produced according to this method | |
| DE3242791A1 (en) | METHOD FOR PRODUCING ELECTRICAL CONTACTS FORMING FINGER ELECTRODE STRUCTURES ON AMORPHOUS SILICON SOLAR CELLS | |
| EP2058870A2 (en) | Contacts and module switching from thin layer solar cells to polymer carriers | |
| DE102013220886A1 (en) | Method for producing a metallic contacting structure on a semiconductor substrate | |
| DE102011115581B4 (en) | Process for the production of a solar cell | |
| DE4333426C1 (en) | Method for metallising solar cells comprising crystalline silicon | |
| EP2786420A2 (en) | Solar cell and process for producing a solar cell | |
| WO2017220445A1 (en) | Method for interconnecting photovoltaic cells, which have aluminum foil as back contact | |
| DE102009053416A1 (en) | Method for producing and interconnecting solar cell arrangement to convert solar power into electricity, involves shifting front side back contact access to back side of solar cell and contacting front contact of another solar cell | |
| DE3006716A1 (en) | Electroplating of metal onto large photoelectric device - esp. onto silicon solar cell, where lamp generates voltage for electroplating one side of substrate | |
| DE102011052318B4 (en) | Solar module with contact foil and solar module manufacturing process | |
| DE102011086302A1 (en) | Method for producing contact grid on surface of e.g. photovoltaic solar cell for converting incident electromagnetic radiation into electrical energy, involves electrochemically metalizing contact region with metal, which is not aluminum | |
| EP3472869A1 (en) | Method for interconnecting solar cells | |
| DE102016110464A1 (en) | Solar cell structure and process for producing a solar cell structure |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| R012 | Request for examination validly filed | ||
| R016 | Response to examination communication | ||
| R082 | Change of representative |
Representative=s name: MAIWALD PATENTANWALTS- UND RECHTSANWALTSGESELL, DE |
|
| R119 | Application deemed withdrawn, or ip right lapsed, due to non-payment of renewal fee |