DE102021004707A1 - solar cell contact arrangement - Google Patents

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Abstract

Solarzellenkontaktanordnung, aufweisend eine Halbleiterkörper mit einer Oberseite, einer Unterseite, wobei die Halbleiterkörper mehrere Solarzellenstapel aufweist und an der Unterseite ein Trägersubstrat umfasst, und jeder Solarzellenstapel mindestens zwei auf dem Trägersubstrat angeordnete III-V-Teilzellen und mindestens einen von der Oberseite bis zu der Unterseite der Halbleiterkörper reichender Durchgangskontakt mit zusammenhängender Seitenwand aufweist, wobei der Durchgangskontakt an der Oberseite einen ersten Randbereich und an der Unterseite einen zweiten Randbereich aufweist, und der erste Randbereich einen ersten Abschnitt und einen zweiten metallischen Abschnitt aufweist, und der zweite Randbereich einen ersten Abschnitt und einen zweiten Abschnitt aufweist, wobei die jeweiligen zweiten Abschnitte die jeweiligen ersten Abschnitte vollständig umschließen, und eine Isolationsschicht, wobei die Isolationsschicht bei dem ersten Randbereich auf dem ersten Abschnitt, der Seitenwand und bei dem zweiten Randbereich auf dem ersten Abschnitt und dem zweiten Abschnitt ausgebildet ist, eine wenigstens teilweise auf der Isolationsschicht angeordnete elektrisch leitfähige Schicht.

Figure DE102021004707A1_0000
Solar cell contact arrangement, comprising a semiconductor body with a top side, a bottom side, the semiconductor body having a plurality of solar cell stacks and a carrier substrate on the bottom side, and each solar cell stack at least two III-V partial cells arranged on the carrier substrate and at least one from the top side to the bottom side the semiconductor body has a through contact with a continuous side wall that reaches far, wherein the through contact has a first edge region on the upper side and a second edge region on the underside, and the first edge region has a first section and a second metallic section, and the second edge region has a first section and a second section, wherein the respective second sections completely enclose the respective first sections, and an insulating layer, wherein the insulating layer at the first edge area on the first section, the side wall and formed on the first section and the second section in the second edge region is an electrically conductive layer which is at least partially arranged on the insulating layer.
Figure DE102021004707A1_0000

Description

Die Erfindung betrifft eine Solarzellenkontaktanordnung.The invention relates to a solar cell contact arrangement.

Um die Abschattung der Vorderseite einer Solarzelle zu reduzieren, ist es möglich, sowohl die positive als auch die negative externe Kontaktfläche auf der Rückseite anzuordnen. Bei sogenannten Metal Wrap Through (MWT) - Solarzellen wird die Solarzellenvorderseite beispielsweise durch eine Durchgangskontaktöffnung von der Rückseite aus kontaktiert.In order to reduce shading on the front of a solar cell, it is possible to arrange both the positive and the negative external contact area on the back. In the case of so-called Metal Wrap Through (MWT) solar cells, the front side of the solar cell is contacted, for example, through a through contact opening from the rear side.

Es sind unterschiedliche Verfahren zur Herstellung eines Lochs bzw. einer Durchgangskontaktöffnung durch eine Solarzelle bekannt. Die durch die Durchgangsöffnung verlaufende Metallisierung wird mittels einer Isolationsschicht gegenüber den Schichten des Solarzellenstapels isoliert.Various methods are known for producing a hole or a through-contact opening through a solar cell. The metallization running through the through opening is insulated from the layers of the solar cell stack by means of an insulating layer.

Beispielsweise ist aus der US 9,680,035 B1 eine Solarzellenkontaktanordnung mit einem Solarzellenstapel umfassend mehrere III-V-Teilzellen auf einem GaAs-Substrat mit rückseitenkontaktierter Vorderseite bekannt. Hierbei wird ein von der Oberseite der Solarzelle durch die Teilzellen bis in eine noch nicht gedünnte Substratschicht hineinreichendes Loch mittels eines nasschemischen Ätzprozesses erzeugt. Eine Passivierung und Metallisierung der Vorderseite und des Lochs wird vor dem Dünnen der Substratschicht durchgeführt.For example, from the US 9,680,035 B1 a solar cell contact arrangement with a solar cell stack comprising a plurality of III-V partial cells on a GaAs substrate with a front side contacted on the back is known. In this case, a hole extending from the top of the solar cell through the sub-cells into a substrate layer that has not yet been thinned is produced by means of a wet-chemical etching process. Passivation and metallization of the front side and the hole is performed before thinning the substrate layer.

Vor diesem Hintergrund besteht die Aufgabe der Erfindung den Stand der Technik weiterzubilden.Against this background, the object of the invention is to develop the prior art.

Die Aufgabe wird durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand von Unteransprüchen.The object is achieved by a device having the features of patent claim 1. Advantageous configurations of the invention are the subject matter of dependent claims.

Gemäß dem Gegenstand der Erfindung wird eine Solarzellenkontaktanordnung bereitgestellt.According to the subject matter of the invention, a solar cell contact arrangement is provided.

Die Solarzellenkontaktanordnung umfasst einen Halbleiterkörper mit einer Oberseite und einer Unterseite.The solar cell contact arrangement comprises a semiconductor body with a top and a bottom.

Der Halbleiterkörper umfasst an der Oberseite wenigstens einen Solarzellenstapel und an der Unterseite ein Trägersubstrat.The semiconductor body comprises at least one solar cell stack on the top and a carrier substrate on the bottom.

Jeder Solarzellenstapel umfasst mindestens zwei auf dem Trägersubstrat angeordnete III-V-Teilzellen und mindestens einen von der Oberseite bis zu der Unterseite der Halbleiterkörper reichender Durchgangskontakt.Each solar cell stack comprises at least two III-V sub-cells arranged on the carrier substrate and at least one via contact extending from the top to the bottom of the semiconductor body.

Der Durchgangskontakt weist eine zusammenhängende Seitenwand mit einen an der Oberseite ausgebildeten ersten Randbereich und an der Unterseite ausgebildeten zweiten Randbereich auf.The via contact has a continuous side wall with a first edge area formed on the upper side and a second edge area formed on the underside.

Der erste Randbereich weist einen ersten Abschnitt und einen zweiten metallischen Abschnitt und der zweite Randbereich einen ersten Abschnitt und einen zweiten Abschnitt auf.The first edge area has a first section and a second metal section and the second edge area has a first section and a second section.

Des Weiteren ist eine Isolationsschicht bei dem ersten Randbereich auf dem ersten Abschnitt, der Seitenwand und bei dem zweiten Randbereich auf dem ersten Abschnitt und dem zweiten Abschnitt ausgebildet.Furthermore, an insulating layer is formed on the first portion at the first edge region, on the side wall and on the first portion and the second portion at the second edge region.

Die Isolationsschicht weist eine Dicke zwischen 5 µm und 200 µm auf.The insulating layer has a thickness between 5 μm and 200 μm.

Auch ist eine elektrisch leitfähige Schicht bei dem ersten Randbereich auf dem ersten Abschnitt und dem zweiten Abschnitt, an der Seitenwand und bei dem zweiten Randbereich auf dem ersten Abschnitt ausgebildet, wobei die elektrisch leitfähige Schicht wenigstens teilweise auf der Isolationsschicht angeordnet ist.An electrically conductive layer is also formed at the first edge region on the first section and the second section, at the side wall and at the second edge region on the first section, the electrically conductive layer being at least partially arranged on the insulating layer.

Die elektrisch leitfähige Schicht ist als heterogene Schicht mit Gaseinschlüssen ausgebildet und weist eine Dicke zwischen 5 µm bis 200 µm auf.The electrically conductive layer is designed as a heterogeneous layer with gas inclusions and has a thickness of between 5 μm and 200 μm.

Es sei angemerkt, dass die Gaseinschlüsse wenigstens ein Volumenprozent und höchstens vierzig Volumenprozent des gesamten Volumens der elektrisch leitfähigen Schicht aufweisen oder die elektrisch leitfähige Schicht Gaseinschlüsse zwischen zwei und zehn Volumenprozent umfasst.It should be noted that the gas inclusions comprise at least one volume percent and at most forty volume percent of the total volume of the electrically conductive layer, or the electrically conductive layer comprises gas inclusions between two and ten volume percent.

Auf der Oberseite ist die elektrisch leitfähige Schicht bei dem ersten Randbereich über den ersten Abschnitt zumindest teilweise darüber hinaus ausgebildet, um eine vorderseitige Metallstruktur zu kontaktieren.On the upper side, the electrically conductive layer is formed at least partially beyond the first section in the first edge region in order to contact a metal structure on the front.

An der Unterseite ist die elektrische leitfähige Schicht bei dem zweiten Randbereich innerhalb des ersten Abschnitts und nicht auf dem zweiten Abschnitt ausgebildet. Anders ausgedrückt die elektrisch leitfähige Schicht liegt bei dem zweiten Randbereich vollständig auf der Isolationsschicht.On the underside, the electrically conductive layer is formed in the second edge region within the first section and not on the second section. In other words, the electrically conductive layer lies completely on the insulating layer in the second edge region.

Die elektrisch leitfähige Schicht weist organische Bestandteile auf. In einer Weiterbildung durchläuft die elektrische Schicht einen Temperprozess von wenigstens 200°C und einer Dauer von wenigstens 5 min.The electrically conductive layer has organic components. In one development, the electrical layer goes through an annealing process of at least 200° C. and a duration of at least 5 minutes.

Vorzugsweise ist der Halbleiterkörper als Halbleiterscheibe ausgebildet. In einer Weiterbildung umfasst der Halbleiterkörper mehrere Solarzellenstapel. Vorzugsweise sind auf der Halbleiterscheibe genau zwei Solarzellenstapel ausgebildet.The semiconductor body is preferably in the form of a semiconductor wafer. In one development, the semiconductor body includes a plurality of solar cell stacks. Precisely two solar cell stacks are preferably formed on the semiconductor wafer.

Vorzugsweise ist elektrisch leitfähige Schicht bei dem zweiten Randbereich ausschließlich auf dem ersten Abschnitt ausgebildet.In the case of the second edge region, an electrically conductive layer is preferably formed exclusively on the first section.

Vorzugsweise überdeckt die elektrisch leitfähige Schicht den ersten Abschnitt bei dem zweiten Randbereich wenigstens teilweise oder vollständig.The electrically conductive layer preferably at least partially or completely covers the first section in the second edge area.

Vorzugsweise ist die Isolationsschicht bei dem ersten Randbereich ausschließlich auf dem ersten Abschnitt ausgebildet.In the case of the first edge region, the insulation layer is preferably formed exclusively on the first section.

Es versteht sich, dass die elektrisch leitfähige Schicht, sofern die Isolationsschicht ausgebildet ist, auf der Isolationsschicht angeordnet ist.It goes without saying that the electrically conductive layer is arranged on the insulating layer if the insulating layer is formed.

Vorzugsweise besteht zwischen der Isolationsschicht und der elektrischen Schicht eine stoffschlüssige Verbindung.There is preferably a material connection between the insulation layer and the electrical layer.

Es sei angemerkt, dass die Isolationsschicht die Seitenwand, d.h. die zu der Oberfläche senkrecht ausgebildete Fläche des Durchgangskontakts vollständig bedeckt.It should be noted that the insulating layer completely covers the sidewall, i.e. the surface of the via formed perpendicularly to the surface.

Vorzugsweise werden von der Isolationsschicht bei dem ersten Randbereich der erste Abschnitt und bei dem zweiten Randbereich der erste Abschnitt und der zweite Abschnitt jeweils wenigstens teilweise oder vollständig überdeckt.The insulation layer preferably covers the first section in the first edge area and the first section and the second section in the second edge area in each case at least partially or completely.

Es sei angemerkt, dass mit dem Begriff „Isolationsschicht“ insbesondere auch ein die Isolationsschicht umfassendes dielektrisches Schichtsystem verstanden wird. Des Weiteren wird mit dem Begriff Randbereich jeweils ein unmittelbar an die Durchgangsöffnung angeordneter Bereich auf der Oberseite und auf der Unterseite bezeichnet.It should be noted that the term “insulation layer” also means in particular a dielectric layer system that includes the insulation layer. Furthermore, the term edge area designates an area on the upper side and on the underside arranged directly on the through-opening.

Es sei angemerkt, dass eine Einstrahlung von Licht auf die Oberseite des Halbleiterkörpers erfolgt. Um möglichst wenig von der Oberseite abzuschatten ist die Oberseite mittels einer metallischen Fingerstruktur elektrisch angeschlossen.It should be noted that light is irradiated onto the upper side of the semiconductor body. In order to shade as little as possible from the top, the top is electrically connected by means of a metallic finger structure.

Vorzugsweise nimmt die Bandlücke der III-V Teilzellen von der Oberseite in Richtung des Trägersubstrats von Teilzelle zu Teilzelle ab.The band gap of the III-V sub-cells preferably decreases from sub-cell to sub-cell from the upper side in the direction of the carrier substrate.

Im Allgemeinen weisen die Teilzellen des jeweiligen Solarzellenstapels eine n auf p Anordnung aus. Es versteht sich, dass zwischen zwei Teilzellen jeweils eine Tunneldiode ausgebildet ist, um die einzelnen Teilzelle aus elektrischer Sicht in Serie zu verschalten. Insbesondere umfasst die oberste Teilzelle eine Verbindung aus InGaP und weist eine Bandlücke größer als 1,7 eV auf.In general, the sub-cells of the respective solar cell stack have an n-on-p arrangement. It goes without saying that a tunnel diode is formed between two sub-cells in order to connect the individual sub-cells in series from an electrical point of view. In particular, the top sub-cell comprises an InGaP compound and has a band gap greater than 1.7 eV.

Es versteht sich, dass auf der Oberseite eine im Allgemeinen fingerförmig ausgeführte Oberseitenmetallisierung angeordnet ist, um die Vorderseite elektrisch anzuschließen. Nachfolgend wird die Oberseitenmetallisierung auch als Metallstruktur bezeichnet.It goes without saying that a generally finger-shaped upper-side metallization is arranged on the upper side in order to electrically connect the front side. The top-side metallization is also referred to below as a metal structure.

Es versteht sich das bei jedem Solarzellenstapel mittels einer oder mehrere Durchgangsöffnungen die Oberseite von der Rückseite elektrisch angeschlossen ist.It goes without saying that with each solar cell stack, the top side is electrically connected from the rear side by means of one or more through-openings.

Vorzugsweise wird vor der Ausbildung der Durchgangsöffnung der Halbleiterkörper, der beispielsweise als Halbleiterscheibe ausgebildet ist und vorzugsweise einen Durchmesser von 100 mm oder 150 mm aufweist, auf die gewünschte Enddicke gedünnt. Hierzu wird auf der Rückseite Trägersubstrat abgetragen.Before the through-opening is formed, the semiconductor body, which is formed, for example, as a semiconductor disk and preferably has a diameter of 100 mm or 150 mm, is preferably thinned to the desired final thickness. For this purpose, the carrier substrate is removed from the back.

Des Weiteren sei angemerkt, dass der in einer Weiterbildung als Halbleiterscheibe ausgebildete Halbleiterkörper mehrere nicht vereinzelte Solarzellenstapel aufweist, wobei das Trägersubstrat die Unterseite der Halbleiterkörper ausbildet. Es versteht sich, dass der Solarzellenstapel auch 3 oder 4 oder 5 oder maximal 6 Teilzellen aufweist.Furthermore, it should be noted that the semiconductor body embodied as a semiconductor wafer in a development has a plurality of solar cell stacks that have not been isolated, with the carrier substrate forming the underside of the semiconductor body. It goes without saying that the solar cell stack also has 3 or 4 or 5 or a maximum of 6 sub-cells.

In einer Weiterbildung ist hierbei jeweils genau eine der mehreren Teilzellen als Ge-Teilzelle ausgebildet.In one development, exactly one of the several sub-cells is designed as a Ge sub-cell.

Ein Vorteil der Solarzellenkontaktanordnung besteht darin, dass mittels des Durchgangskontakts eine an der Oberseite ausgebildete Vorderseite des Solarzellenstapels von der Unterseite angeschlossen ist. Anders ausgedrückt, der Solarzellenstapel ist elektrisch ausschließlich von der Rückseite angeschlossen. Es erübrigt sich auf der Vorderseite die Ausbildung von Metallflächen, d.h. Pads. Die Empfangsfläche auf der Vorderseite vergrößert sich und die Effizienz der Anordnung steigt.One advantage of the solar cell contact arrangement is that a front side of the solar cell stack formed on the top side is connected from the bottom side by means of the via contact. In other words, the solar cell stack is electrically connected from the rear only. There is no need to form metal surfaces, i.e. pads, on the front side. The receiving area on the front increases and the efficiency of the arrangement increases.

Die Ausbildung der Durchkontaktierung, d.h. die Ausbildung eines elektrischen Anschlusses der Vorderseite von der Rückseite vereinfacht den elektrischen Anschluss des Solarzellenstapels. Ein weiterer Vorteil ist, dass sich beide Kontakte, d.h. der n-Kontakt und der p-Kontakt beispielsweise mit einem einzigen Lötprozessschritt rückseitig anschließen lassen. Hierdurch lässt sich die Ausbeute und die Zuverlässigkeit erhöhen.The formation of the via, i.e. the formation of an electrical connection of the front from the rear, simplifies the electrical connection of the solar cell stack. Another advantage is that both contacts, i.e. the n-contact and the p-contact, can be connected on the back with a single soldering process step, for example. This allows the yield and reliability to be increased.

Es wird angemerkt, dass die Ausbildung der Solarzellenkontaktanordnung vorzugsweise unter einer oder mehrfachen Anwendung eines Druckverfahren erfolgt. Vorzugsweise wird mittels eines ersten Druckverfahrens die Oberseite und die Rückseite mit der Isolationsschicht und mittels eines zweiten Druckverfahrens die Vorderseite und die Rückseite mit der elektrischen Schicht beschichtet.It is noted that the solar cell contact arrangement is preferably formed using one or multiple application of a printing process. The top side and the rear side are preferably coated with the insulating layer by means of a first printing process and the front side and the rear side with the electrical layer by means of a second printing process.

Hierbei umfasst das erste Druckverfahren und das zweite Druckverfahren jeweils einen oder mehrere Prozessschritte.In this case, the first printing method and the second printing method each comprise one or more process steps.

Beispielsweise wird jeweils in einem ersten Prozessschritt jeweils nur eine Seite des Halbleiterkörpers und die Durchgangsöffnung bedruckt und anschließend jeweils in einem zweiten Prozessschritt die andere Seite des Halbleiterkörpers und die Durchgangsöffnung oder unter Ausschluss der Durchgangsöffnung bedruckt.For example, only one side of the semiconductor body and the through-opening is printed in each case in a first process step and then the other side of the semiconductor body and the through-opening or excluding the through-opening are printed in each case in a second process step.

Alternativ umfasst das erste Druckverfahren und / oder das zweite Druckverfahren nur jeweils einen einzigen Druckschritt bei dem jeweils beide Seiten des Halbleiterkörpers bedruckt werden.Alternatively, the first printing method and/or the second printing method comprises only a single printing step in each case in which both sides of the semiconductor body are printed.

In einer Weiterbildung werden bei dem ersten Prozessschritt und / oder dem zweiten Prozessschritt bei der Durchführung des jeweilig einzigen Druckschritts eine Seite des Halbleiterkörpers mittels eines durch die Durchgangsöffnung hindurch geführten Materials bedruckt.In one development, in the first process step and/or the second process step, when the respective single printing step is carried out, one side of the semiconductor body is printed using a material guided through the through-opening.

In dem mittels des Druckverfahrens die jeweiligen Schichten strukturiert aufbringen lassen, erübrigen sich photolithographische Prozessschritte. Anders ausgedrückt, sowohl die Isolationsschicht als auch die elektrisch leitfähige Schicht lassen sich strukturiert zuverlässig und kostengünstig aufbringen.Since the respective layers can be applied in a structured manner using the printing process, photolithographic process steps are no longer necessary. In other words, both the insulating layer and the electrically conductive layer can be applied in a structured manner, reliably and cost-effectively.

Ein Vorteil des Druckverfahrens liegt weiterhin darin, dass sich die vorgenannten Schichten ohne weiteres auch bei großen Unterschieden in der Topographie zuverlässig aufbringen lassen. Teure und aufwändige Maskenschritte werden vermieden. Auch lässt sich ein zuverlässiger Schutz der Isolationsschicht im Bereich der Durchgangsöffnung ausbilden. Insbesondere sind der zeitliche und technische Aufwand sowie der Materialverbrauch im Vergleich zum Stand der Technik mittels Lackmasken gering. Zuverlässigkeit und Ausbeute lassen sich hierdurch erhöhen.Another advantage of the printing process is that the above-mentioned layers can be reliably applied without further ado, even if there are large differences in the topography. Expensive and time-consuming masking steps are avoided. Reliable protection of the insulation layer in the area of the through opening can also be provided. In particular, the time and technical effort and the material consumption are low compared to the prior art using lacquer masks. Reliability and yield can be increased as a result.

Vorzugsweise werden die Durchgangsöffnung und die an die Durchgangsöffnung angrenzenden Bereiche auf der Oberseite und auf der Unterseite werden ausschließlich mittels des Druckverfahrens bedeckt. Mit dem Verfahren lassen sich auf einfache und kostengünstige Weise hocheffiziente und zuverlässige Mehrfach-Solarzellen herstellen, deren Vorderseite elektrisch an der Rückseite angeschlossen ist.The through-opening and the areas on the upper side and on the underside adjoining the through-opening are preferably covered exclusively by means of the printing process. The method can be used to produce highly efficient and reliable multi-junction solar cells in a simple and cost-effective manner, the front of which is electrically connected to the rear.

In einer Weiterbildung ist an der Unterseite des Trägersubstrats in einem ersten Kontaktbereich die elektrisch leitfähige Schicht ausgebildet. Hierdurch lässt sich die Oberseite der Halbleiterscheibe, also die Vorderseite des Solarzellenstapels auf der Rückseite elektrisch anschließen.In one development, the electrically conductive layer is formed on the underside of the carrier substrate in a first contact area. This allows the top side of the semiconductor wafer, ie the front side of the solar cell stack, to be electrically connected to the back.

In einer anderen Weiterbildung ist an der Unterseite des Trägersubstrats ein zweiter Kontaktbereich ausgebildet. Die Unterseite des elektrisch leitfähigen Trägersubstrats lässt sich mittels des zweiten Kontaktbereichs elektrisch anschließen. Vorzugsweise ist der erste Kontaktbereich als n-Kontakt und der zweite Kontaktbereich als p-Kontakt ausgebildet. Es versteht sich, dass die beiden Kontaktbereiche an der Unterseite zueinander beabstandet sind, um eine elektrische Isolation zu gewährleisten.In another development, a second contact area is formed on the underside of the carrier substrate. The underside of the electrically conductive carrier substrate can be electrically connected by means of the second contact area. The first contact area is preferably in the form of an n-contact and the second contact area is in the form of a p-contact. It goes without saying that the two contact areas on the underside are spaced apart from one another in order to ensure electrical insulation.

In einer anderen Weiterbildung sind beide Kontaktbereiche planar ausgebildet und umfassen jeweils eine Größe von wenigstens 1,0 mm2. In einer Ausführungsform weisen beide Kontaktbereiche wenigstens teilweise die gleiche Höhe auf. Anders ausgedrückt, die Oberflächen der beiden Kontaktbereiche sind von der Unterseite des Trägersubstrats gleich weit entfernt. Ein Vorteil ist, dass sich die beiden Kontaktbereiche beispielsweise gleichzeitig mittels eine sogenannten Reflow-Lötschrittes mit einer Unterlage verbinden lassen.In another development, both contact areas are of planar design and each have a size of at least 1.0 mm 2 . In one embodiment, both contact areas have at least partially the same height. In other words, the surfaces of the two contact areas are equidistant from the underside of the carrier substrate. One advantage is that the two contact areas can be connected to a base at the same time, for example by means of a so-called reflow soldering step.

In einer Ausführungsform weist der erste Kontaktbereich, d.h. die elektrisch leitfähige Schicht eine stoffschlüssige Verbindung mit der darunterliegenden Isolationsschicht auf. Insbesondere ist die elektrische Schicht eine vollständige stoffschlüssige Verbindung mit der Isolationsschicht in dem ersten Kotaktbereich auf.In one embodiment, the first contact area, i.e. the electrically conductive layer, has a material connection with the underlying insulating layer. In particular, the electrical layer has a complete material connection with the insulation layer in the first contact area.

In einer anderen Ausführungsform ist der Durchmesser der Durchgangsöffnung in dem Trägersubstrat von der Oberseite in Richtung der Unterseite in erster Näherung gleich oder genau gleich ist oder bildet einen konischen Verlauf nach.In another embodiment, the diameter of the through-opening in the carrier substrate is, in a first approximation, the same or exactly the same from the top side in the direction of the bottom side, or simulates a conical shape.

In einer Weiterbildung ist nach der Ausbildung der leitfähigen Schicht die Durchgangsöffnung teilweise oder vollständig geschlossen oder die Durchgangsöffnung weist noch ein durchgehendes Loch auf.In one development, after the formation of the conductive layer, the through-opening is partially or completely closed, or the through-opening still has a through hole.

In einer Ausführungsform weist der erste Randbereich an der Oberseite einen anderen, insbesondere kleineren Durchmesser als der zweite Randbereich an der Unterseite auf.In one embodiment, the first edge area on the upper side has a different, in particular smaller, diameter than the second edge area on the underside.

In einer anderen Ausführungsform sind der erste Randbereich und der zweite Randbereich jeweils als ein vollständig um die Durchgangsöffnung umlaufender Randbereich ausgebildet. Vorzugsweise weist der jeweilige Randbereich parallel zur Halbleiterkörper einen Durchmesser von wenigstens 10 µm und höchstens 3,0 mm auf. Alternativ weist der jeweilige Randbereich parallel zur Halbleiterkörper einen Durchmesser von wenigstens 100 µm und höchstens 1,0 mm auf.In another embodiment, the first edge area and the second edge area are each formed as an edge area running completely around the through-opening. The respective edge region parallel to the semiconductor body preferably has a diameter of at least 10 μm and at most 3.0 mm. Alternatively, the respective edge region parallel to the semiconductor body per a diameter of at least 100 µm and at most 1.0 mm.

In einer anderen Weiterbildung weist die Durchgangsöffnung der Halbleiterkörper eine Gesamthöhe von höchstens 500 µm und von mindestens 30 µm oder von höchstens 200 µm und von mindestens 50 µm auf.In another development, the through opening of the semiconductor body has a total height of at most 500 μm and at least 30 μm or at most 200 μm and at least 50 μm.

In einer Ausführungsform weist die Durchgangsöffnung im Querschnitt einen ovalen Umfang, insbesondere einen runden Umfang auf. Vorzugsweise weist die Durchgangsöffnung vor der Anwendung des ersten Druckverfahrens d.h. ohne eine Ausbildung der Isolationsschicht einen Durchmesser zwischen 25 µm und 1 mm auf. Alternativ liegt der Durchmesser der Durchgangsöffnung in einem Bereich zwischen 50 µm bis 300 µm.In one embodiment, the through-opening has an oval circumference, in particular a round circumference, in cross-section. Before the application of the first printing method, i.e. without forming the insulating layer, the through-opening preferably has a diameter of between 25 µm and 1 mm. Alternatively, the diameter of the through opening is in a range between 50 μm and 300 μm.

In einer anderen Weiterbildung ist das Trägersubstrat elektrisch leitfähig ausgebildet. Vorzugsweise umfasst das Trägersubstrat Germanium oder GaAs oder Silizium oder besteht aus einen der vorgenannten Materialien. Alternativ umfasst das Trägersubstrat eine Metallfolie oder umfasst einen elektrisch leitfähigen Kunststoff.In another development, the carrier substrate is designed to be electrically conductive. The carrier substrate preferably comprises germanium or GaAs or silicon or consists of one of the aforementioned materials. Alternatively, the carrier substrate includes a metal foil or includes an electrically conductive plastic.

In einer Ausführungsform ist die Durchgangsöffnung vorzugsweise oval ausgebildet. Vorliegend sind mit dem Begriff „oval“ auch runde insbesondere kreisförmige, eiförmige und elliptische Formen umfasst.In one embodiment, the through-opening is preferably of oval design. In the present case, the term "oval" also includes round, in particular circular, egg-shaped and elliptical shapes.

In einer anderen Ausführungsform ist die Durchgangsöffnung als viereckige oder quadratische Form mit abgerundeten Ecken ausgebildet.In another embodiment, the through-opening is designed as a quadrangular or square shape with rounded corners.

In einer Weiterbildung wird nach dem ersten Druckverfahren und vor der Durchführung des zweiten Druckverfahrens ein erster Ausheizschritt durchgeführt. In einer anderen Weiterbildung wird nach dem zweiten Druckverfahren ein zweiter Ausheizschritt durchgeführt. Mittels den Ausheizschritten werden die Isolationsschicht und die leitfähige Schicht jeweils konditioniert. Vorzugsweise werden die Ausheizschritte in einem Temperaturbereich zwischen 100°C und 450°C durchgeführt.In a further development, a first heating step is carried out after the first printing process and before the second printing process is carried out. In another development, a second heating step is carried out after the second printing process. The insulation layer and the conductive layer are each conditioned by means of the heating steps. The baking steps are preferably carried out in a temperature range between 100.degree. C. and 450.degree.

In einer Weiterbildung wird zur Ausbildung der Isolationsschicht eine Paste verwendet wird. Vorzugsweise umfasst die Paste organische Bestandteile.In a development, a paste is used to form the insulation layer. The paste preferably comprises organic components.

In einer anderen Weiterbildung wird zur Ausbildung der leitfähigen Schicht eine Metallpartikel enthaltene Paste verwendet.In another development, a paste containing metal particles is used to form the conductive layer.

In einer Ausführungsform wird das erste Druckverfahren und / oder das zweite Druckverfahren ausschließlich von der Vorderseite oder ausschließlich von der Rückseite durchgeführt. Alternativ wird das erste Druckverfahren und / oder das zweite Druckverfahren sowohl von der Vorderseite als auch von der Rückseite durchgeführt.In one embodiment, the first printing method and/or the second printing method is carried out exclusively from the front or exclusively from the back. Alternatively, the first printing process and/or the second printing process is carried out both from the front and from the back.

In einer anderen Ausführungsform weist die Durchgangsöffnung nach der Ausbildung der Isolationsschicht noch ein durchgehendes Loch auf. Alternativ wird die Durchgangsöffnung mittels eines Lasers in einem zentralen Bereich geöffnet.In another embodiment, the through opening also has a through hole after the insulation layer has been formed. Alternatively, the passage opening is opened in a central area by means of a laser.

Vorzugsweise besteht die leitfähige Schicht auf dem ersten Randbereich und in der Durchgangsöffnung und auf dem zweiten Randbereich aus dem gleichen Material. In einer alternativen Ausführungsform werden zur Ausbildung der leitfähigen Schicht auf der Oberseite und auf der Unterseite unterschiedliche Zusammensetzungen verwendet.Preferably, the conductive layer on the first edge area and in the through opening and on the second edge area consists of the same material. In an alternative embodiment, different compositions are used to form the conductive layer on the upper side and on the lower side.

Sofern die Durchgangsöffnung mittels der leitfähigen Schicht vollständig geschlossen ist, steht in einer Weiterbildung die leitfähige Schicht über die Oberseite und / oder an der Unterseite hinaus. Alternativ bildet die leitfähige Schicht an der Unterseite auf der Isolationsschicht mit der leitfähigen Schicht in dem Zentrum der Durchgangsöffnung eine in einer ersten Näherung planen Fläche aus.If the through-opening is completely closed by means of the conductive layer, in one development the conductive layer protrudes beyond the top and/or on the bottom. Alternatively, the conductive layer on the underside on the insulation layer forms what is, to a first approximation, a planar surface with the conductive layer in the center of the through-opening.

In einer Weiterbildung wird das Druckverfahren mittels ein Inkjet-Verfahrens oder einem Siebdruckverfahren oder mittels einem ein Dispens-Verfahren durchgeführt. Alternativ wird das Druckverfahren mittels eines Schablonendruckverfahrens durchgeführt. In einer anderen Weiterbildung werden wenigstens zwei der unterschiedlichen Druckverfahren kombiniert.In a development, the printing process is carried out using an inkjet process or a screen printing process or using a dispensing process. Alternatively, the printing process is carried out using a stencil printing process. In another development, at least two of the different printing methods are combined.

In einer Weiterbildung ist der Durchmesser der Durchgangsöffnung vor der Anwendung des Druckverfahrens in dem Trägersubstrat von Richtung Oberseite aus hin zur Unterseite in erster Näherung oder genau gleich.In a development, the diameter of the through-opening before the application of the printing process in the carrier substrate is approximately or exactly the same from the top side to the bottom side.

Alternativ wird der Durchmesser der Durchgangsöffnung von der Oberseite in Richtung zu der Unterseite kleiner, wobei die Verjüngung vorzugsweise stufenmäßig ausgebildet ist. In einer Weiterbildung weist die Durchgangsöffnung eine sanduhrförmige Ansicht in einem Querschnitt auf. Hierbei verjüngt sich der Querschnitte bis etwa zur Hälfte der Gesamtdicke.Alternatively, the diameter of the through-opening becomes smaller from the upper side towards the lower side, with the taper preferably being formed in steps. In a development, the passage opening has an hourglass-shaped view in a cross section. Here, the cross-section tapers down to about half of the total thickness.

In einer anderen Weiterbildung umfasst die Verjüngung in der Durchgangsöffnung genau eine vollständig umlaufende Stufe oder genau zwei vollständig umlaufende Stufen.In another development, the taper in the through-opening includes exactly one step that runs all the way around or exactly two steps that run all the way around.

Vorzugsweise weist die Halbleiterkörper oder das Trägersubstrat eine Größe von 100 mm oder 150 mm oder größer auf.The semiconductor body or the carrier substrate preferably has a size of 100 mm or 150 mm or larger.

Umfasst oder besteht das Trägersubstrat aus Germanium, bildet das Ge-Trägersubstrat die Unterseite der Halbleiterkörper aus. Vorzugsweise ist in dem Ge-Trägersubstrat auf der von der Unterseite abgewandten Seite eine erste Teilzelle als Ge-Teilzelle ausgebildet, wobei die Ge-Teilzelle die kleinste Bandlücke der Teilzellen des Solarzellenstapels aufweist.If the carrier substrate includes or consists of germanium, the Ge carrier substrate forms the underside of the semiconductor bodies. A first sub-cell is preferably formed as a Ge sub-cell in the Ge carrier substrate on the side facing away from the underside, the Ge sub-cell having the smallest band gap of the sub-cells of the solar cell stack.

Bei der Verwendung von Ge als Trägersubstrat ist eine erste Stufe an der Grenzfläche zwischen Ge-Teilzelle und den aufliegenden III-V Teilzellen ausgebildet. Eine zweite Stufe ist vorzugsweise zwischen der Ge-Teilzelle und dem Ge-Substrat ausgebildet.When Ge is used as the carrier substrate, a first step is formed at the interface between the Ge sub-cell and the overlying III-V sub-cells. A second stage is preferably formed between the Ge sub-cell and the Ge substrate.

Vorzugsweise verjüngt sich die Durchgangsöffnung auch innerhalb des Ge-Substrats. Die stufenförmige bzw. konische Ausführung der Durchgangsöffnung hat den Vorteil, dass sich insbesondere bei einer vorzugsweise konformen Abscheidung der Isolationsschicht und / oder weiteren aufzubringenden Schichten im Rahmen einer Metallisierung die Dicke der Schichten sind auf den Seitenflächen hinreichend ausbilden lässt.Preferably, the through hole also tapers inside the Ge substrate. The step-shaped or conical design of the through-opening has the advantage that the thickness of the layers can be formed sufficiently on the side surfaces, particularly with a preferably conformal deposition of the insulation layer and/or other layers to be applied as part of a metallization.

In einer Weiterbildung ist eine weitere Stufe an der Oberseite der Halbleiterkörper an der Grenzfläche zwischen Metallstruktur und der Oberseite der obersten III-V Teilzelle ausgebildet.In one development, a further step is formed on the upper side of the semiconductor bodies at the interface between the metal structure and the upper side of the uppermost III-V sub-cell.

In einer Ausführungsform weist der Solarzellenstapel eine Ge-Teilzelle auf. In Folge umfasst der Solarzellenstapel wenigstens 3 Teilzellen.In one embodiment, the solar cell stack includes a Ge sub-cell. As a result, the solar cell stack comprises at least 3 sub-cells.

In einer anderen Ausführungsform wird ein Teil der Isolationsschicht auf der Oberseite auf einer Metallfläche ausgebildet. Hierdurch lässt sich sicherstellen, dass auf der Oberseite die Metallstruktur, d.h. die Vorderseite des Solarzellenstapels angeschlossen wird.In another embodiment, part of the insulating layer is formed on top of a metal surface. This ensures that the metal structure, i.e. the front of the solar cell stack, is connected to the top.

Anders ausgedrückt, indem die leitfähige Schicht auf der Oberseite die Isolationsschicht übergreift und eine stoffschlüssige Verbindung mit einem Teil der Metallstruktur ausbildet und auf der Unterseite jedoch nur den unmittelbar an die Durchgangsöffnung angrenzenden Teil des zweiten Randbereichs bedeckt, wird hierdurch an der Unterseite einen Kontaktbereich für einen elektrischen Anschluss der Metallstruktur MV ausgebildet.In other words, since the conductive layer on the upper side overlaps the insulating layer and forms a material connection with a part of the metal structure and on the lower side only covers the part of the second edge area that is directly adjacent to the through-opening, this creates a contact area on the lower side for a electrical connection of the metal structure MV formed.

In einer Weiterbildung umschließen die jeweiligen zweiten Abschnitte die jeweiligen ersten Abschnitte vollständig.In a development, the respective second sections completely enclose the respective first sections.

In einer Ausführungsform liegt der Anteil der organischen Bestandteile in der elektrischen Schicht zwischen 0,1 und 5 Volumenprozent oder zwischen 0,2 und 2 Volumenprozent. Es versteht sich, dass die elektrische Schicht mittels des Druckverfahrens unter Verwendung einer metallorganischen Paste auf die Oberfläche aufgebracht wird.In one embodiment, the proportion of organic components in the electrical layer is between 0.1 and 5% by volume or between 0.2 and 2% by volume. It goes without saying that the electrical layer is applied to the surface by means of the printing process using a metal-organic paste.

In einer anderen Weiterbildung beträgt die Dicke des Teils der elektrischen Schicht unmittelbar an Kante des ersten Randbereichs hin zu der Durchgangsöffnung wenigstens die Hälfte der Dicke des auf dem zweiten Randbereich aufliegenden Teils der elektrischen Schicht.In another development, the thickness of the part of the electrical layer directly at the edge of the first edge area towards the through-opening is at least half the thickness of the part of the electrical layer resting on the second edge area.

In einer Weiterbildung ist die Durchgangsöffnung nach der Ausbildung der elektrischen Schicht vollständig ausgefüllt.In a further development, the through-opening is completely filled after the electrical layer has been formed.

In einer anderen Ausführungsform umfasst die Isolationsschicht organische Anteile. Vorzugsweise liegt der Anteil der organischen Anteile in einem Bereich zwischen 0,1 % bis 5 % Volumenprozent.In another embodiment, the insulating layer includes organic components. The proportion of the organic components is preferably in a range between 0.1% and 5% by volume.

In einer Weiterbildung weist die Isolationsschicht eine Dicke zwischen 5 µm und 200 µm oder zwischen 5 µm und 250 µm und / oder die elektrisch leitfähige Schicht eine Dicke zwischen 5 µm bis 500 µm auf. In einer anderen Weiterbildung liegt die Dicke der Isolationsschicht zwischen 10 µm bis 100 µm und / oder die Dicke der elektrisch leitfähigen Schicht zwischen 10 µm bis 200 µm.In a development, the insulating layer has a thickness of between 5 μm and 200 μm or between 5 μm and 250 μm and/or the electrically conductive layer has a thickness of between 5 μm and 500 μm. In another development, the thickness of the insulating layer is between 10 μm and 100 μm and/or the thickness of the electrically conductive layer is between 10 μm and 200 μm.

In einer Ausführungsform weist die elektrisch leitfähige Schicht einen Metallvolumenanteil von weniger als 99% und mehr als 50% auf.In one embodiment, the electrically conductive layer has a metal volume fraction of less than 99% and more than 50%.

In einer anderen Ausführungsform liegt elektrische Leitfähigkeit zwischen 30 % und 90% der Metall-Konduktivität einer homogen mit in einer ersten Näherung gleichen stofflichen Zusammensetzung ausgebildeten Metallschicht.In another embodiment, the electrical conductivity is between 30% and 90% of the metal conductivity of a metal layer formed homogeneously with the same material composition in a first approximation.

Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert. Hierbei werden gleichartige Teile mit identischen Bezeichnungen beschriftet. Die dargestellten Ausführungsformen sind stark schematisiert, d.h. die Abstände und die laterale und die vertikale Erstreckung sind nicht maßstäblich und weisen, sofern nicht anders angegeben, auch keine ableitbaren geometrischen Relationen zueinander auf. Darin zeigen, die

  • 1 eine Querschnittsansicht einer metallisierten Durchgangsöffnung in einer Ausführungsform,
  • 2 eine Querschnittsansicht einer metallisierten Durchgangsöffnung in einer weiteren Ausführungsform,
  • 3 eine Querschnittsansicht einer metallisierten Durchgangsöffnung in einer anderen Ausführungsform,
  • 4a eine Draufsicht auf die Oberseite der metallisierten Durchgangsöffnung entsprechend der Ausführungsform, dargestellt in Zusammenhang mit der Abbildung der 3,
  • 4b eine Draufsicht auf die Unterseite der metallisierten Durchgangsöffnung entsprechend der Ausführungsform, dargestellt in Zusammenhang mit der Abbildung der 3,
  • 5 eine Querschnittsansicht einer metallisierten Durchgangsöffnung mit einem ersten Kontaktbereich und einem zweiten Kontaktbereich.
  • 6 eine Draufsicht auf eine Halbleiterkörper mit zwei Solarzellenstapel.
The invention is explained in more detail below with reference to the drawings. Similar parts are labeled with identical designations. The illustrated embodiments are highly schematic, ie the distances and the lateral and vertical extent are not to scale and, unless otherwise stated, do not have any derivable geometric relationships to one another. In it show the
  • 1 a cross-sectional view of a metallized through hole in one embodiment,
  • 2 a cross-sectional view of a metallized through opening in a further embodiment,
  • 3 a cross-sectional view of a metallized through hole in another embodiment,
  • 4a 12 is a top plan view of the metallized through hole according to the embodiment shown in conjunction with FIG 3 ,
  • 4b 12 is a bottom plan view of the metallized through hole according to the embodiment shown in conjunction with FIG 3 ,
  • 5 a cross-sectional view of a metallized through hole with a first contact area and a second contact area.
  • 6 a top view of a semiconductor body with two solar cell stacks.

Die Abbildungen der 1 zeigt Querschnittsansicht einer metallisierten Durchgangsöffnung 22 einer Halbleiterkörper 10.The illustrations of 1 shows a cross-sectional view of a metallized through-opening 22 of a semiconductor body 10.

Es wird eine Halbleiterkörper 10 mit einer Oberseite 10.1, einer Unterseite 10.2 und einer von der Oberseite 10.1 bis zu der Unterseite 10.2 erstreckenden Durchgangsöffnung 22 mit einer zusammenhängenden Seitenwand 22.1 bereitgestellt.A semiconductor body 10 is provided with an upper side 10.1, an underside 10.2 and a through-opening 22 extending from the upper side 10.1 to the underside 10.2 with a continuous side wall 22.1.

Die Halbleiterkörper 10 umfasst mehrere noch nicht vereinzelte Solarzellenstapel 12, dargestellt ist vorliegend nur ein Solarzellenstapel 12, jeweils mit einer Schichtfolge aus einem die Unterseite 10.2 ausbildenden Trägersubstrat 14, einer ersten III-V-Teilzelle 18 und einer die Oberseite 10.1 ausbildenden zweiten III-V-Teilzelle 20.The semiconductor body 10 comprises a plurality of solar cell stacks 12 that have not yet been separated; only one solar cell stack 12 is shown here, each with a layer sequence comprising a carrier substrate 14 forming the underside 10.2, a first III-V partial cell 18 and a second III-V forming the upper side 10.1 -Part cell 20.

Auf der Oberseite 10.1 ist eine Metallstruktur MV ausgebildet. Die Metallstruktur MV ist fast ausschließlich als fingerförmige Struktur ausgebildet und weist insbesondere in dem ersten Randbereich 11.1 der Durchgangsöffnung 22 eine um vollständig um die Durchgangsöffnung 22 ausgebildete zusammenhängende Metallfläche aus.A metal structure MV is formed on the upper side 10.1. The metal structure MV is designed almost exclusively as a finger-shaped structure and has a continuous metal surface formed completely around the through-opening 22, particularly in the first edge region 11.1 of the through-opening 22.

Auf der Unterseite 10.2 ist eine ganzflächige Rückseitenmetallisierung MR ausgebildet, um das leitfähige Trägersubstrat 14 anzuschließen. Es versteht sich das mit den beiden Metallisierungen MV und MR der jeweilige Solarzellenstapel 12 elektrisch angeschlossen wird.A rear-side metallization MR covering the whole area is formed on the underside 10.2 in order to connect the conductive carrier substrate 14. It goes without saying that the respective solar cell stack 12 is electrically connected to the two metallizations MV and MR.

Die Durchgangsöffnung 22 weist an der Oberseite 10.1 einen ersten Randbereich 11.1 und an der Unterseite 10.2 einen zweiten Randbereich 11.2 auf. Der erste Randbereich 11.1 ist unmittelbar auf der Metallstruktur MV und der zweite Randbereich 11.2 ist unmittelbar auf der Rückseitenmetallisierung MR ausgebildet.The through-opening 22 has a first edge area 11.1 on the upper side 10.1 and a second edge area 11.2 on the underside 10.2. The first edge region 11.1 is formed directly on the metal structure MV and the second edge region 11.2 is formed directly on the rear-side metallization MR.

Der erste Randbereich 11.1 weist einen ersten Abschnitt 12.1 und einen zweiten metallischen Abschnitt 12.2 auf. Der zweite Randbereich 11.2 weist einen ersten Abschnitt 13.1 und einen zweiten Abschnitt 13.2 auf. Nachfolgend wird der erste Abschnitt 12.1 des ersten Randbereich 11.1 und der zweite Abschnitt 12.2. des ersten Randbereichs 11.1 auch als erster Teil bzw. als zweiten Teil des ersten Randbereichs bezeichnet.The first edge area 11.1 has a first section 12.1 and a second metal section 12.2. The second edge region 11.2 has a first section 13.1 and a second section 13.2. Subsequently, the first section 12.1 of the first edge region 11.1 and the second section 12.2. of the first edge area 11.1 also referred to as the first part or as the second part of the first edge area.

Entsprechend wird der erste Abschnitt 13.1 und der zweite Abschnitt 13.2 des zweiten Randbereichs 11.2 auch als erster Teil bzw. als zweiten Teil des zweiten Randbereichs 11.2 bezeichnet.Correspondingly, the first section 13.1 and the second section 13.2 of the second edge area 11.2 are also referred to as the first part or as the second part of the second edge area 11.2.

Ein unmittelbar um die Durchgangsöffnung 22 ausgebildeter Teil des ersten Randbereichs 11.1. und der gesamte zweite Randbereich 11.2 sowie die Seitenwand 22.1 der Durchgangsöffnung 22 sind mit einer Isolationsschicht 24 beschichtet, wobei die Isolationsschicht 24 mit einem ersten Druckverfahren ausgebildet wird. Es versteht sich, dass die Seitenwand 22.1 in der Durchgangsöffnung 22 vollständig von der Isolationsschicht 24 bedeckt ist.A part of the first edge region 11.1 formed directly around the through-opening 22. and the entire second edge region 11.2 and the side wall 22.1 of the through-opening 22 are coated with an insulation layer 24, with the insulation layer 24 being formed using a first printing method. It goes without saying that the side wall 22.1 in the through opening 22 is completely covered by the insulating layer 24.

Mittels eines zweiten Druckverfahrens wird eine leitfähige Schicht 32 auf das gesamte Gebiet des ersten Randbereich 11.1 und vollständig auf die gesamte Fläche der Seitenwand 22.1 und auf unmittelbar einen an die Durchgangsöffnung 22 angrenzenden Teil des zweiten Randbereich 11.2 aufgebracht. Vorliegend ist die Durchgangsöffnung 22 auch nach der Ausbildung der leitfähigen Schicht 32 noch offen.A conductive layer 32 is applied to the entire area of the first edge region 11.1 and completely to the entire surface of the side wall 22.1 and to a part of the second edge region 11.2 directly adjoining the through-opening 22 by means of a second printing process. In the present case, the through-opening 22 is still open even after the conductive layer 32 has been formed.

Indem die leitfähige Schicht 32 auf der Oberseite 10.1 die Isolationsschicht 24 übergreift und eine stoffschlüssige Verbindung mit einem Teil der Metallstruktur MV ausbildet und auf der Unterseite 10.2 jedoch nur den unmittelbar an die Durchgangsöffnung 22 angrenzenden Teil des zweiten Randbereich 11.2 bedeckt, wird hierdurch an der Unterseite 10.2 einen Kontaktbereich für einen Anschluss der Metallstruktur MV ausgebildet.Because the conductive layer 32 on the upper side 10.1 overlaps the insulating layer 24 and forms a material connection with a part of the metal structure MV and on the lower side 10.2, however, only covers that part of the second edge region 11.2 that is directly adjacent to the through-opening 22 10.2 formed a contact area for a connection of the metal structure MV.

In der Abbildung der 2 ist eine weitere Ausführungsform dargestellt. Im Folgenden werden nur die Unterschiede zu der Abbildung der 1 erläutert.In the illustration of 2 another embodiment is shown. In the following, only the differences to the illustration of the 1 explained.

In der dargestellten Ausführungsform stößt die leitfähige Schicht 32 in der Mitte des Substrats 14 zusammen und bildet ein Profil in Form einer Sanduhr aus.In the illustrated embodiment, the conductive layer 32 meets at the center of the substrate 14 and forms an hourglass-shaped profile.

In der Abbildung der 3 ist eine andere Ausführungsform dargestellt. Im Folgenden werden nur die Unterschiede zu der Abbildung der 1 erläutert.In the illustration of 3 another embodiment is shown. In the following, only the differences to the illustration of the 1 explained.

In der dargestellten Ausführungsform wird die Durchgangsöffnung 22 vollständig von der leitfähigen Schicht 32 ausgefüllt und bildet eine aus Oberseite 10.1 und eine aus der Unterseite 10.2 hinausstehende Erhebung aus.In the illustrated embodiment, the through hole 22 is completely covered by the leitfä Higen layer 32 is filled and forms an elevation protruding from the top 10.1 and from the bottom 10.2.

In der Abbildung der 4a ist eine Draufsicht auf die Oberseite der metallisierten Durchgangsöffnung 22 entsprechend der Ausführungsform, dargestellt in Zusammenhang mit der Abbildung der 3, abgebildet.In the illustration of 4a FIG. 14 is a top plan view of the plated through hole 22 according to the embodiment shown in conjunction with FIG 3 , pictured.

Der erste Randbereich 11.1, als Teil des Metallstruktur MV, umschließt die Durchgangsöffnung 22 vollständig. Der mit der Isolationsschicht 24 bedeckte Teil des ersten Randbereichs 11.1 ist gestrichelt eingezeichnet. Es zeigt sich, dass die leitfähige Schicht 22 die Isolationsschicht 24 auf der Oberseite 10.1 vollständig überdeckt.The first edge area 11.1, as part of the metal structure MV, encloses the through-opening 22 completely. The part of the first edge region 11.1 covered with the insulation layer 24 is drawn in with dashed lines. It can be seen that the conductive layer 22 completely covers the insulating layer 24 on the upper side 10.1.

In der Abbildung der 4b ist eine Draufsicht auf die Unterseite der metallisierten Durchgangsöffnung 22 entsprechend der Ausführungsform, dargestellt in Zusammenhang mit der Abbildung der 3, abgebildet.In the illustration of 4b FIG. 14 is a bottom plan view of the plated through hole 22 according to the embodiment shown in conjunction with FIG 3 , pictured.

Der zweite Randbereich 11.2, als Teil der Rückseitenmetallisierung MR, umschließt die Durchgangsöffnung 22 vollständig. Der mit der Isolationsschicht 24 bedeckte Teil des zweiten Randbereichs 11.2 ist nunmehr größer als der Teil bedeckt mit der leitfähigen Schicht 22. Anders ausgedrückt die leitfähige Schicht 22 überdeckt die Isolationsschicht 24 auf der Unterseite 10.2 nur teilweise.The second edge region 11.2, as part of the rear-side metallization MR, encloses the through-opening 22 completely. The part of the second edge region 11.2 covered with the insulating layer 24 is now larger than the part covered with the conductive layer 22. In other words, the conductive layer 22 only partially covers the insulating layer 24 on the underside 10.2.

In der Abbildung der 5 eine weitere Querschnittsansicht einer metallisierten Durchgangsöffnung dargestellt. Im Folgenden werden nur die Unterschiede zu der Abbildung der 1 und der Abbildung der 4b erläutert.In the illustration of 5 Another cross-sectional view of a metallized through hole is shown. In the following, only the differences to the illustration of the 1 and the illustration of 4b explained.

An der Unterseite 10.2 ist der erste Abschnitt 13.1 des zweiten Randbereich 11.2 wenigstens auf der rechten Seite der Durchgangsöffnung 22 verbreitert, um einen ersten Kontaktbereich K1 auszubilden. Auf dem zweiten Abschnitt 13.2 des zweiten Randbereich 11.2 ist die Unterseite 10.2 nur mit der Isolationsschicht 24 bedeckt.On the underside 10.2, the first section 13.1 of the second edge area 11.2 is widened at least on the right-hand side of the through-opening 22 in order to form a first contact area K1. On the second section 13.2 of the second edge region 11.2, the underside 10.2 is only covered with the insulating layer 24.

An der Unterseite 10.2 ist anschließend an den zweiten Abschnitt 24 ein zweiter Kontaktbereich K2 als Teil der Rückseitenmetallisierung MR ausgebildet.On the underside 10.2, adjoining the second section 24, a second contact region K2 is formed as part of the rear-side metallization MR.

In einem Teil des zweiten Kontaktbereichs K2 ist auf der Unterseite 10.2 zur Justierung der Höhe des zweiten Kontaktbereichs K2 ebenfalls die Isolationsschicht 24 ausgebildet. Anders ausgedrückt die Rückseitenmetallisierung MR ist in dem zweiten Kontaktbereich K2 stoffschlüssig auf der Isolationsschicht 24 ausgebildet.In a part of the second contact area K2, the insulation layer 24 is also formed on the underside 10.2 to adjust the height of the second contact area K2. In other words, the rear-side metallization MR is formed in a materially bonded manner on the insulation layer 24 in the second contact region K2.

Hierdurch lassen sich die beiden Oberflächen des ersten Kontaktbereich K1 und des zweiten Kontaktbereichs K2 derart justieren, um beide Kontaktbereiche K1 und K2 gleichzeitig zu löten.As a result, the two surfaces of the first contact area K1 and the second contact area K2 can be adjusted in such a way that both contact areas K1 and K2 can be soldered at the same time.

In der Abbildung der 6 ist eine Draufsicht auf einen Halbleiterkörper 10 mit zwei Solarzellenstapel dargestellt. Vorliegend weist die Halbleiterkörper 10 genau zwei Solarzellenstapel 12 auf. Es versteht sich, dass in nicht dargestellten Ausführungsformen auch mehr als zwei Solarzellenstapel 12 auf der Halbleiterkörper 10 ausgebildet sind.In the illustration of 6 a plan view of a semiconductor body 10 with two solar cell stacks is shown. In the present case, the semiconductor body 10 has precisely two solar cell stacks 12 . It goes without saying that in specific embodiments that are not illustrated, more than two solar cell stacks 12 are also formed on the semiconductor body 10 .

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Zitierte PatentliteraturPatent Literature Cited

  • US 9680035 B1 [0004]US 9680035 B1 [0004]

Claims (17)

Solarzellenkontaktanordnung, aufweisend - ein Halbleiterkörper (10) mit einer Oberseite (10.1), einer Unterseite (10.2), wobei der Halbleiterkörper (10) wenigstens ein Solarzellenstapel (12) aufweist und an der Unterseite ein Trägersubstrat (14) umfasst, - jeder Solarzellenstapel (12) mindestens zwei auf dem Trägersubstrat (14) angeordnete III-V-Teilzellen (18, 20) und mindestens einen von der Oberseite (10.1) bis zu der Unterseite (10.2) des Halbleiterkörpers (10) reichender Durchgangskontakt (22) mit zusammenhängender Seitenwand (22.1) aufweist, wobei der Durchgangskontakt (22) an der Oberseite (10.1) einen ersten Randbereich (11.1) und an der Unterseite (10.2) einen zweiten Randbereich (11.2) aufweist, und der erste Randbereich (11.1) einen ersten Abschnitt (12.1) und einen zweiten metallischen Abschnitt (12.2) aufweist, und der zweite Randbereich (11.2) einen ersten Abschnitt (13.1) und einen zweiten Abschnitt (13.2) aufweist, wobei - eine Isolationsschicht (24) mit einer Dicke von 5 µm bis 200 µm, wobei die Isolationsschicht (24) bei dem ersten Randbereich (11.1) auf dem ersten Abschnitt (12.1), der Seitenwand (22.1) und bei dem zweiten Randbereich (11.2) auf dem ersten Abschnitt (13.1) und dem zweiten Abschnitt (13.2) ausgebildet ist, - eine elektrisch leitfähige Schicht (32), wobei die elektrisch leitfähige Schicht (32) als heterogene Schicht mit Einschlüssen von Gas ausgebildet ist, und die elektrisch leitfähige Schicht eine Dicke zwischen 5 µm bis 200 µm aufweist, und die elektrisch leitfähige Schicht bei dem ersten Randbereich (11.1) auf dem ersten Abschnitt (12.1) und zumindest teilweise dem zweiten Abschnitt (12.2), an der Seitenwand (22.1) und bei dem zweiten Randbereich (11.2) die elektrisch leitfähige Schicht innerhalb des ersten Abschnittes (13.1) ausgebildet ist, und die elektrisch leitfähige Schicht (32) auf der Isolationsschicht (24) angeordnet ist.Solar cell contact arrangement comprising - a semiconductor body (10) with an upper side (10.1) and an underside (10.2), the semiconductor body (10) having at least one solar cell stack (12) and comprising a carrier substrate (14) on the underside, - each solar cell stack (12) has at least two III-V partial cells (18, 20) arranged on the carrier substrate (14) and at least one through contact (22 ) having a continuous side wall (22.1), wherein the through contact (22) has a first edge area (11.1) on the top side (10.1) and a second edge area (11.2) on the underside (10.2), and the first edge area (11.1) has a first section (12.1) and a second metal section (12.2), and the second edge region (11.2) has a first section (13.1) and a second section (13.2), wherein - an insulating layer (24) with a thickness of 5 µm to 200 µm, wherein the insulating layer (24) in the first edge area (11.1) on the first section (12.1), the side wall (22.1) and in the second edge area (11.2) is formed on the first section (13.1) and the second section (13.2), - An electrically conductive layer (32), wherein the electrically conductive layer (32) is designed as a heterogeneous layer with inclusions of gas, and the electrically conductive layer has a thickness between 5 µm and 200 µm, and the electrically conductive layer in the first edge region (11.1) on the first section (12.1) and at least partially on the second section (12.2), on the side wall (22.1) and in the second edge region (11.2), the electrically conductive layer is formed within the first section (13.1), and the electrically conductive layer (32) is arranged on the insulating layer (24). Solarzellenkontaktanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrisch leitfähige Schicht (32) an der Unterseite des Trägersubstrats (14) einen ersten Kontaktbereich (K1) ausbildet.Solar cell contact arrangement after claim 1 , characterized in that the electrically conductive layer (32) on the underside of the carrier substrate (14) forms a first contact region (K1). Solarzellenkontaktanordnung nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass an der Unterseite des Trägersubstrats (14) ein zweiter Kontaktbereich (K2) ausgebildet ist und mittels des zweiten Kontaktbereichs (K2) das Trägersubstrat (14) an der Unterseite (10.2) elektrisch angeschlossen ist.Solar cell contact arrangement after claim 1 or claim 2 , characterized in that a second contact area (K2) is formed on the underside of the carrier substrate (14) and the carrier substrate (14) is electrically connected to the underside (10.2) by means of the second contact area (K2). Solarzellenkontaktanordnung nach einem der Ansprüche 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Solarzellenstapel (12) elektrisch mittels des ersten Kontaktbereichs (K1) und mittels des zweiten Kontaktbereichs (K2) angeschlossen ist.Solar cell contact arrangement according to one of claims 2 or 3 , characterized in that the solar cell stack (12) is electrically connected by means of the first contact area (K1) and by means of the second contact area (K2). Solarzellenkontaktanordnung nach einem der Ansprüche 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Kontaktbereiche (K1, K2) planar ausgebildet sind und jeweils eine Größe von wenigstens 1,0 mm2 aufweisen.Solar cell contact arrangement according to one of claims 2 or 3 , characterized in that the two contact areas (K1, K2) are planar and each have a size of at least 1.0 mm 2 . Solarzellenkontaktanordnung nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass beide Kontaktbereiche (K1, K2) wenigstens teilweise die gleiche Höhe aufweisen.Solar cell contact arrangement according to one of claims 2 until 5 , characterized in that both contact areas (K1, K2) at least partially have the same height. Solarzellenkontaktanordnung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass nach der Ausbildung der leitfähigen Schicht (32) die Durchgangsöffnung teilweise oder vollständig geschlossen ist oder die Durchgangsöffnung noch ein durchgehendes Loch aufweist.Solar cell contact arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that after the formation of the conductive layer (32) the through opening is partially or completely closed or the through opening still has a through hole. Solarzellenkontaktanordnung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass erste Randbereich (11.1) einen kleineren Durchmesser als der zweite Randbereich (11.2) aufweist.Solar cell contact arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that the first edge area (11.1) has a smaller diameter than the second edge area (11.2). Solarzellenkontaktanordnung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Randbereich (11.1) und der zweite Randbereich (11.2) jeweils als ein vollständig um die Durchgangsöffnung (22) umlaufender Randbereich ausgebildet sind und der jeweilige Randbereich (11.1, 11.2) parallel zur Halbleiterkörper (10) einen Durchmesser von wenigstens 10 µm und höchstens 3,0 mm aufweist.Solar cell contact arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that the first edge area (11.1) and the second edge area (11.2) are each formed as an edge area running completely around the through-opening (22) and the respective edge area (11.1, 11.2) parallel to the semiconductor body (10) has a diameter of at least 10 µm and at most 3.0 mm. Solarzellenkontaktanordnung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass vor der Ausbildung der Isolationsschicht (24) und der leitfähigen Schicht (32) die Durchgangsöffnung (22) einen Durchmesser zwischen 25 µm und 1 mm aufweist.Solar cell contact arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that before the insulation layer (24) and the conductive layer (32) are formed, the through-opening (22) has a diameter of between 25 µm and 1 mm. Solarzellenkontaktanordnung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die jeweiligen zweiten Abschnitte (12.2, 13.2) die jeweiligen ersten Abschnitte (12.1, 13.1) vollständig umschließen.Solar cell contact arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that the respective second sections (12.2, 13.2) completely enclose the respective first sections (12.1, 13.1). Solarzellenkontaktanordnung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Anteil der organischen Bestandteile in der elektrischen Schicht (32) zwischen 0,1 und 5 Volumenprozent oder zwischen 0,2 und 2 Volumenprozent liegt.Solar cell contact arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that the proportion of organic components in the electrical layer (32) between 0.1 and 5% by volume or between 0.2 and 2% by volume. Solarzellenkontaktanordnung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Dicke des Teils der elektrischen Schicht unmittelbar an Kante des ersten Randbereichs (11.1) hin zu der Durchgangsöffnung (22) wenigstens die Hälfte der Dicke des auf dem zweiten Randbereich (11.2) aufliegenden Teil der elektrischen Schicht (32) beträgt.Solar cell contact arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that the thickness of the part of the electrical layer directly at the edge of the first edge area (11.1) towards the through-opening (22) is at least half the thickness of the part of the part lying on the second edge area (11.2). electrical layer (32) is. Solarzellenkontaktanordnung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Durchgangsöffnung nach der Ausbildung der elektrischen Schicht vollständig ausgefüllt ist.Solar cell contact arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that the passage opening is completely filled after the formation of the electrical layer. Solarzellenkontaktanordnung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Isolationsschicht (24) organische Anteile in einem Bereich zwischen 0,1 bis 5 Volumenprozent umfasst.Solar cell contact arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that the insulating layer (24) comprises organic components in a range between 0.1 and 5 percent by volume. Solarzellenkontaktanordnung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Isolationsschicht (24) eine Dicke zwischen 5 µm bis 250 µm und / oder die elektrisch leitfähige Schicht (32) eine Dicke zwischen 5 µm bis 500 µm aufweist.Solar cell contact arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that the insulating layer (24) has a thickness of between 5 µm and 250 µm and/or the electrically conductive layer (32) has a thickness of between 5 µm and 500 µm. Solarzellenkontaktanordnung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass und einen Metallvolumenanteil von weniger als 99% und mehr als 50% aufweist, und eine maximale elektrische Leitfähigkeit zwischen 30 % und 90% der Metall-Konduktivität einer homogen mit einer in erster Näherung gleichen stoffliche Zusammensetzung ausgebildeten Metallschicht.Solar cell contact arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that and has a metal volume fraction of less than 99% and more than 50%, and a maximum electrical conductivity between 30% and 90% of the metal conductivity of a homogeneous with a first approximation of the same material Composition formed metal layer.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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