DE19651655C2 - Verschaltete Solarzellen, insbesondere seriell verschaltete Dünnschicht-Solarmodule, und Verfahren zu ihrer Herstellung - Google Patents

Verschaltete Solarzellen, insbesondere seriell verschaltete Dünnschicht-Solarmodule, und Verfahren zu ihrer Herstellung

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Description

Die Erfindung bezieht sich auf verschaltete Solarzellen, insbesondere seriell verschaltete Dünnschicht-Solarmodule, wobei jede Solarzelle zumindest eine erste elektrisch leitende Schicht, eine erste Halbleiterschicht eines ersten Leitungstyps, eine auf dieser angeordnete zweite Halbleiterschicht eines zweiten Leitungstyps oder eine auf dieser angeordnete Isolatorschicht, sowie einen zweiten elektrischen Leiter umfaßt, der gegenüberliegend zur ersten elektrisch leitenden Schicht verläuft, wobei zumindest die Halbleiterschicht bzw. Isolatorschicht benachbarter Solarzellen zueinander beabstandet sind.
Solarzellen aus z. B. polykristallinem Silizium müssen in etwa 10 × 10 cm2 große Scheiben zersägt und anschließend mittels Leitern, wie Metallbändern, in Reihe oder auch parallel ver­ schaltet werden, um die gewünschten Anschlußwerte im Modul zu erreichen. So ist z. B. aus der EP 0 232 749 A2 ein Verfahren zur Herstellung von Dünnschicht-Solarzellen bekannt, bei dem zur Verschaltung Trenngräben in einer auf einem mit Frontelektroden versehenen Substrat aufgebrachten Dünnschicht dadurch erzeugt werden, daß vor dem Aufbringen der Metallelek­ trodenschicht ein Streifenmuster aus Kunststoff aufgebracht wird, anschließend neben dem Streifenmuster die Trenngräben auf mechanischem Wege erzeugt werden, sodann die Trenngräben mit Metall aufgefüllt und die Metallelektrodenschicht niedergeschlagen wird, um anschließend durch Abhebetechnik das Streifenmuster wieder zu entfernen, wobei die Metallelektrodenstruktur gebildet wird.
Aus der DE 37 27 825 A1 ist ein seriell verschaltetes Dünnschicht-Solarmodul aus kristallinem Silizium bekannt, wobei eine Trennung ebenfalls auf mechanischem Wege erfolgt. So werden schmale, bereits auf einem Substrat vorgesehene Stege, die durch Herausarbeiten von Material aus einem Glassubstrat entstehen, für die Trennung streifenförmiger Einzelsolarzellen verwendet. Im Siebdruckverfahren werden sodann Front-Elektroden hergestellt, über die die Serienverschaltung über Kontaktgräben erfolgt.
Die bekannten Verfahren haben den Nachteil, daß aufwendige Wasch- und Schleifprozesse durchgeführt werden müssen. Zusätzlich sind Ätzprozesse erforderlich, um beim Schleifen entstehende Defekte zu beseitigen.
Aus der EP 0 334 111 A1 ist ein Verfahren zur integrierten Serienverschaltung von aus polykristallinem Silizium bestehenden Teilzellen bekannt, wobei ein Streifenmuster im Siebdruckverfahren auf eine strukturierte Grundelektrode aufgebracht wird, um in einem späteren Schritt das Streifenmuster wieder durch Abhebetechnik zu entfernen, nachdem die weiteren Schichten aufgebracht worden sind.
Bei all den bekannten Verfahren sind mechanische Trennverfahren erforderlich, die ins­ besondere den Nachteil zeigen, daß eine genaue Überprüfung der fertigen Solarmodule erfolgen muß, um sicherzustellen, daß bei dem mechanischen Nachbearbeiten keine z. B. zu Kurzschluß führende mechanische Defekte entstanden sind. Ein weiterer Nachteil ist, daß die Schichten einzeln nacheinander strukturiert werden müssen. Dies ist insbesondere bei einkristallinem Silizium nachteilig, da sich zwischen den einzelnen Schichten ein Naturoxid bilden und es zu Verunreinigungen im pn-Übergang kommen kann.
Aus der JP 7-15023 A ist es bekannt, zur Verschaltung von Solarzellen Halbleiterschichten in isolierendes Material umzuwandeln.
Aus der DE 37 27 826 A1 ist ein serienverschaltetes Dünnschicht-Solarzellenmodul aus kristallinem Silizium bekannt. Um auf einem gemeinsamen großflächigen Substrat aufgebrachte Schichten zu trennen, werden in dieses insbesondere durch Laserscribing, Fräsen oder selektives Ätzen Gräben eingebracht.
Der vorliegenden Erfindung liegt das Problem zugrunde, verschaltete Solarzellen, insbesondere seriell verschaltete Dünnschicht-Solarmodule der eingangs genannten Art, so weiterzubilden, daß auf einfache Weise eine Verschaltung möglich ist, ohne daß aufwendige mechanische Bearbeitungsschritte erforderlich sind. Auch soll sichergestellt sein, daß die zum Verschalten erforderlichen Verfahrensschritte grundsätzlich derart durchgeführt werden können, daß mechanische Defekte der einzelnen Solarzellen ausgeschlossen sind, so daß großtechnisch reproduzierbare Solarzellenmodule zur Verfügung stehen.
Das Problem wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß zumindest die jeweiligen ersten Halbleiterschichten benachbarter Zellen in ihren aneinander grenzenden Bereichen in einen gemeinsamen Abschnitt übergehen, der aus aus den ersten Halbleiterschichten umgewandeltem isolierenden Material besteht. Insbesondere sind bei verschalteten pn-Solarzellen mit Silizium enthaltender erster elektrisch leitender Schicht, vorzugsweise einer SiC-Schicht, sowohl die elektrisch leitende Schicht als auch die Halbleiterschichten benachbarter Solarzellen ursprüng­ lich aneinander übergehend ausgebildet und durch Umwandlung von in ihren aneinander grenzenden Bereichen vorhandenem Material in isolierendes Material gegeneinander isoliert.
Insbesondere handelt es sich bei dem isolierenden Material um poröses Silizium, welches oxidiert sein kann, um eine Verfestigung zu erzielen.
Benachbarte pn-Solarzellen sind über den zweiten elektrisch leitenden Kontakt miteinander verbunden, der von der ersten Halbleiterschicht einer Zelle zu der zweiten Halbleiterschicht der anderen Solarzelle führt.
Insbesondere sind die Halbleiterschichten sowie die erste elektrisch leitende Schicht benach­ barter Solarzellen durch von der zweiten Halbleiterschicht oberflächenseitig ausgehende Materialumwandlung gegeneinander isoliert. Dabei kann es sich um eine isotrope Material­ umwandlung handeln, so daß der umgewandelte Bereich im Schnitt eine Art Trapezform mit gegebenenfalls nach innen gekrümmten Seitenschenkeln aufweist, betrachtet vom Ausgangs­ punkt der Materialumwandlung.
In weiterer hervorzuhebender Ausgestaltung der Erfindung sind die erste und die zweite Halbleiterschicht in ihrem Übergang ausgehend von der durch Materialumwandlung herge­ stellten Isolierschicht gegeneinander passiviert, wobei insbesondere die parallel zu den Schichten verlaufende Passivierung eine Erstreckung aufweisen kann, die vorzugsweise größer ist als der durch den von der zweiten Halbleiterschicht ausgehenden zweiten elektrischen Leiter abgeschatteter Bereich.
Allgemein ausgedrückt können einzelne Solarzellen Abschnitte einer gemeinsamen ersten elek­ trisch leitenden Schicht, einer gemeinsamen ersten Halbleiterschicht und einer gemeinsamen zweiten Halbleiterschicht sein, wobei die Abschnitte gegeneinander durch Materialumwandlung der zwischen diesen verlaufenden Bereiche der Solarzellen in isolierendes Material elektrisch getrennt sind.
Bei einer Verschaltung von MIS-Inversionsschicht-Solarzellen ist vorgesehen, daß benachbarte Zellen durch Materialumwandlung von ursprünglich ineinander übergehender erster elektrisch leitender Schicht und auf dieser angeordneter Halbleiterschicht in isolierendes Material gegeneinander isoliert sind.
In Weiterbildung ist vorgesehen, daß die Solarzellen Abschnitte eines durchgehenden Silizium- Wafers, umfassend eine erste (untere) und eine zweite (obere) Halbleiterschicht unterschiedli­ chen Leitungstyps, sind, die durch bereichsweises Umwandeln von Siliziumwafermaterial in isolierendes Material elektrisch gegeneinander getrennt sind, und daß benachbarte, jedoch gegeneinander isolierte untere und obere Schichten durch elektrisch leitendes Material seriell oder parallel verschaltet sind.
Der Erfindung liegt eine Verschaltungstechnik zugrunde, die auf der Umwandlung eines elektrisch leitenden Materials, wie Silizium oder Siliziumcarbid, in ein elektrisch isolierendes Material, wie poröses Silizium bzw. poröses Siliziumcarbid, an ausgewählten Stellen beruht. Die umgewandelten Bereiche bewirken eine elektrische Unterbrechung der durchgehenden Schichten des Schichtsystems.
Abweichend vom vorbekannten Stand der Technik erfolgt die für die Verschaltung notwendige Unterbrechung nicht durch mechanisches Entfernen. Vielmehr kann ein Dünnschicht-System vollständig gefertigt werden, um sodann durch Materialumwandlung die erforderliche elektrische Trennung einzelner Bereiche, wie Streifen, sicherzustellen. Anschließend können die so hergestellten einzelnen Bereiche, wie Streifen, mit metallischen Verbindern, wie Al- Barren, in Reihe verschaltet werden.
Durch die Materialumwandlung ergibt sich zusätzlich der Vorteil, daß bei pn-Solarzellen der pn-Übergang passiviert wird, wodurch Kurzschlüsse vermieden werden, die im Kantenbereich auftreten könnten, wenn ein pn-Übergang gestört wird.
Die erfindungsgemäßen Maßnahmen sind insbesondere für solche Systeme mit Schichten im Dickenbereich < 1-5 µm, vorzugsweise < 5 µm, geeignet.
Verfahren zum Verschalten von Solarzellen ergeben sich aus den Ansprüchen 12 bis 14.
Herstellungstechnisch kann zur Gewinnung integriert verschalteter Solarzellen folgende Vor­ gehensweise gewählt werden. Bei einem fertigen Halbleiterschichtsystem mit pn-Übergang, bestehend aus einem Substrat, das ein Isolator ist oder mit einem isolierenden Material beschichtet ist, Rückkontaktschicht und Halbleiterschicht, wird in schmalen streifenförmigen Bereichen Material umgewandelt. Dabei muß die Umwandlung bis hin zu dem Substrat, also zu dem Isolator erfolgen, um eine vollständige Unterbrechung sicherzustellen. Dies kann durch einen selektiven Prozeß, wie Ätzprozeß, erfolgen, bei dem der Halbleiter Silizium in einen Isolator in Form von porösem Silizium umgewandelt wird.
Die Erfindung wird anhand der nachfolgenden Beschreibung von der Zeichnung zu entnehmen­ den bevorzugten Ausführungsbeispielen näher erläutert.
Es zeigen:
Fig. 1 eine Prinzipdarstellung verschalteter Solarzellen,
Fig. 2 verschaltete MIS-Inversionsschicht-Solarzellen,
Fig. 3 seriell verschaltete Solarzellen aus einem Si-Wafer und
Fig. 4 seriell verschaltete Dünnschicht-Solarzellen.
Das in Fig. 1 im Ausschnitt dargestellte, aus integriert verschalteten Solarzellen 10, 12 bestehende Solarzellenmodul 14 umfaßt ein als Substrat bezeichneten Träger 16 aus isolieren­ dem Material oder aus einem mit einer isolierenden Schicht versehenen Material, auf dem zunächst durchgehend eine elektrisch leitende Schicht 18 als Rückkontakt, sodann eine erste Halbleiterschicht 20 in Form einer p-Silizium-CVD-Schicht und schließlich eine zweite Halbleiterschicht 22 entgegengesetzten Leitungstyps in Form einer n-Schicht aufgebracht sind. Auch kann die p-Si-Schicht 20 durch ein Schichtsystem p+/p-Si ersetzt werden, um die Ladungsträgerrekombination an der Rückseite möglichst gering zu halten.
Um den elektrischen Kontakt zusammen den Halbleiterschichten 20, 22 zur Gewinnung der einzelnen Solarzellen 10, 12 zu unterbrechen, wird ein gemeinsamer Bereich 24 der Schichten 18, 20, 22 in einer senkrecht zum Substrat 16 verlaufenden Ebene zu isolierendem Material umgewandelt, und zwar im Ausführungsbeispiel das n-leitende kristalline Silizium 22 und das p-leitende kristalline Silizium der Schicht 20 und das elektrisch p- oder n-leitende SiC des Rückkontakts 18 in poröses Silizium bzw. poröses SiC.
Um sodann die Solarzelle 12 mit der Solarzelle 10 seriell zu verschalten, wird ein Bereich der n-leitenden Schicht 22 der Solarzelle 10 entfernt (Bereich 26), um sodann die freigelegte p- Schicht 20 mittels eines zweiten elektrischen Leiters in Form eines Barrens 28 aus z. B. Aluminium mit der n-Schicht 22 der Solarzelle 12 zu verbinden.
Anstelle der Unterbrechung 26 kann auch ein Bereich, der von dem Metallbarren 28 selbst­ verständlich nicht überbrückt werden darf, z. B. ein Streifen der n-Schicht 22 der Solarzelle 10, durch Materialumwandlung in seinen elektrischen Eigenschaften derart verändert werden, daß die gewünschte Verschaltung der Solarzellen 12 und 10 erfolgt. Alternativ kann ein Bereich einer nicht unterbrochenen n-Schicht 22 bereichsweise entsprechend dem Bereich 26 durch Materialumwandlung in poröses Si umgewandelt und zusammen mit aufgebrachtem Material, wie Al, lokal erhitzt werden, so daß sich eine Metall-Silizium-Legierung ausbildet.
Hierdurch erübrigt sich ein bereichsweises Abtragen der Schicht 22 zur Ausbildung des Bereichs 26.
Fertigungstechnisch geht man zur Herstellung des Solarzellenmoduls 14 mit pn-Übergang wie folgt vor. Zunächst wird auf den Träger 16 der Rückkontakt 18 in Form von SiC abgeschieden, um sodann die Halbleiterschicht 20 aus p- oder n-leitendem kristallinem Silizium ebenfalls durch Abscheiden aufzubringen. Auf die Halbleiterschicht 20 wird sodann frontseitig die Halbleiterschicht 22 entgegengesetzten Leitungstyps ausgebildet, entweder durch Abscheiden der Schicht oder durch Eindiffusion entgegengesetzter Dotierung.
Sodann wird ein Streifen 24 einer Breite von 50 bis 200 µm in dem in zuvor beschriebener Art hergestellten Dünnschichtsystem mit einem Flußsäure-/Wassergemisch in Kontakt gebracht und ein elektrischer Strom derart angelegt, daß sich entlang des Streifens 24 von der Oberfläche der Schicht 22 ausgehend bis hin zum Substrat 16 eine Materialumwandlung vollzieht, durch den die erforderliche elektrische Trennung in den Schichten 18, 20, 22 zur Ausbildung der Teilsolarzellen 10 und 12 erfolgt ist. Simultan oder anschließend wird sodann die Halbleiterschicht 22 der Zelle 10 durch Ätzen oder Umwandlung in poröses Silizium in dem Bereich 26 unterbrochen. Anschließend wird der zweite elektrische Leiter in Form des Metallbarrens 28 derart aufgebracht, daß die obere Halbleiterschicht 22 der Solarzelle 12 mit der Halbleiterschicht 20 der Solarzelle 10 verbunden wird, wodurch die durch den Bereich 24 elektrisch isolierten Solarzellen 10, 12 in Serie verschaltet werden. Hierzu wird der Bereich 26 zusammen mit dem Metallbarren 28 lokal erhitzt, um die leitende Verbindung in Form einer Metall-Silizium-Legierung zu der Halbleiterschicht 20 zur Verfügung zu stellen.
Durch Prozeßsteuerung kann des weiteren erreicht werden, daß gleichzeitig mit der Um­ wandlung der Schichten 20, 22 in poröses Silizium bzw. poröses Siliziumcarbid 18 eine Um­ wandlung des kristallinen Materials in poröses Material im pn-Übergang ausgehend von dem Bereich 24 derart erfolgt, daß sich eine Passivierung des pn-Überganges ergibt. Diese Bereiche sind in der Fig. 1 mit dem Bezugszeichen 30 und 32 versehen. Dieses Passivieren erfolgt dadurch, daß die Umwandlung des kristallinen Materials in poröses Material zwischen den Schichten 20 und 22 quasi hineinkriecht. Durch die Ausbildung der porösen Siliziumschichten 30, 32 wird ein direkter Kurzschluß über die Grenzschicht zwischen den Halbleiterschichten 20, 22 verhindert.
Die Materialumwandlung zum Verschalten von Solarzellen zu Solarmodulen ist auch bei MIS- Inversionsschicht-Solarzellen möglich, wie dies anhand der Fig. 2 verdeutlicht wird.
Zur Herstellung eines entsprechenden Moduls 34 wird in einem fertiggestellten Schichtsystem, bestehend aus einem aus isolierendem Material bestehenden Träger 36, einem elektrisch leitenden Rückkontakt 38 und einer p-Si-Schicht 40, ein Teilbereich 42 sowohl des Rück­ kontaktes 38 als auch der p-Si-Halbleiterschicht 40 durch Materialumwandlung in poröses Silizium bzw. poröses SiC elektrisch unterbrochen. Anschließend werden die zur Herstellung von MIS-Inversionsschicht-Solarzellen üblichen Verfahrensschritte durchgeführt. So erfolgt ein Aufdampfen eines frontseitigen elektrisch leitenden Kontakts 44 in Form eines Verbindungs­ barrens aus Aluminium als Ohmscher Kontakt, der die p-leitende Si-Schicht 40 elektrisch kontaktiert und der auf dem elektrisch isolierenden und aus porösem Silizium bestehenden Bereich 42 endet. Sodann wird auf die p-Si-Schicht 40 eine Isolatorschicht in Form von Tunneloxid 46 in einem Ofen ausgebildet, wobei gleichzeitig der Ohmsche Kontakt 44 einlegiert wird. Auf die Oxidschicht 46 wird ein metallisches Frontgitter 48 aufgebracht, welches sich im Ausführungsbeispiel von dem im rechten Bereich vorhandenen Tunneloxid 46 bis hin zum Metallbarren 44 erstreckt. Das Gitter der Nachbarzelle endet vor dem nächsten Metallbarren - im Bild gekennzeichnet durch eine Unterbrechung 50'. Diese Unterbrechung wird in Aufdampf-Maskentechnik hergestellt. Schließlich erfolgt bekannterweise eine Cs- Belegung und eine Plasmaabscheidung einer Siliziumnitrid-Schicht.
Zur Isolation kann anstelle des porösen Siliziums auch oxidiertes poröses Silizium und oxidiertes poröses Siliziumcarbid verwendet werden. Die Umwandlung des zur Isolation und Passivierung benutzten porösen Siliziums in Siliziumdioxid erfolgt durch kurzes Aufheizen auf ca. 1000° bis 1200°C in einer sauerstoffhaltigen Atmosphäre. Dieses kurze Aufheizen dauert einige Sekunden bis Minuten.
Der Fig. 3 ist eine integrierte Serienverschaltung aus einem Si-Wafer 52 zu entnehmen, der nach einer Diffussion aus einer unteren p-leitenden Schicht 54 und einer oberen n-leitenden Schicht 56 besteht. Senkrecht zu den Schichten 54, 56 verlaufen durchgehend Isolierstreifen 58, 60, die aus den Schichten 54, 56 durch Materialumwandlung, also Um­ wandlung in poröses Silizium bzw. oxidiertes poröses Silizium, elektrisch isolierend geworden sind. Der Wafer 52 bleibt durch das stehenbleibende poröse Skelett zusammenhängend, wobei durch den Oxidationsschritt von porösem Silizium in oxidiertes poröses Silizium eine weitere Verfestigung erfolgen kann.
Der in die einzelnen Streifen unterteilte Wafer 52 kann dann durch vorder- und rückseitiges Bedampfen mit gegebenenfalls zwei lichtdurchlässigen Kontaktgittern 62, 64 wahlweise seriell oder parallel verschaltet werden. Der elektrisch leitende Kontakt 64 dient der Verbesserung der Flächenleitfähigkeit der p-leitenden Basiszone. Er kann bei ausreichend schmalen Si-Streifen auch ganz entfallen. Die frontseitigen leitenden Kontakte 62 werden in einer Art verschaltet, wie dies den Fig. 1 und 2 zu entnehmen ist.
Eine weitere Möglichkeit zur Realisierung der erfindungsgemäßen Lehre ergibt sich aus der Fig. 4. Das Ausführungsbeispiel entspricht in etwa der Fig. 1. Auf dem fertig abgeschiedenen Schichtsystem, bestehend aus dem Substrat 16, der elektrisch leitfähigen Schicht 18, der ersten Halbleiterschicht 20 und darüber liegender zweiter Halbleiterschicht 22 entgegengesetzten Leitungstyps befinden sich in einem Abstand von 10 µm bis 1 mm, vorzugsweise 200 µm, zwei nebeneinander liegende, in elektrisch isolierendes Material umgewandelte Bereiche 66 und 76, wobei der Bereich 76 das gesamte elektrisch leitende Schichtsystem bis hin zum isolie­ renden Substrat unterbricht, während der Bereich 66 lediglich die zweite Halbleiterschicht voll­ ständig, die erste Halbleiterschicht aber nicht vollständig unterbricht. Ein Leiterbalken 50 aus Aluminium wird zwischen die isolierenden Bereiche so gesetzt, daß seine Ränder nicht die benachbarte zweite Halbleiterschicht 22 berühren. Durch Erhitzen des Metallbalkens wird eine elektrische Verbindung zur ersten Halbleiterschicht 20 hergestellt. Die elektrische Verbindung zwischen der zweiten Halbleiter-Schicht 22 und dem Metall-Balken 50 wird entweder durch eine lichtdurchlässige Frontelektrode 70, die ein metallisches Frontgitter oder ein als Antireflexionsschicht ausgelegtes transparentes leitfähiges Oxid TCO ist, hergestellt. Diese Anordnung erlaubt die Erwärmung des gesamten Metallbalkens, ohne daß ein Kurzschluß zur zweiten Halbleiterschicht 22 entstehen kann. Im Beispiel der Fig. 1 darf auf der Seite der Solarzelle 10 der Balken nur lokal erhitzt werden, da andernfalls ein Kurzschluß zur zweiten Halbleiterschicht auf der Seite der Solarzelle 12 entsteht. Durch den Metallbalken 50, der im Siebdruck aufgebracht werden kann, wird die Frontelektrode der ersten Solarzelle mit der p-leitenden Halbleiterschicht der zweiten Solarzelle in Serie verschaltet.
Eine weitere Möglichkeit ergibt sich bei isotroper Materialätzung, da die elektrisch isolierende Zone durch das Ätzverfahren so in poröses Silicium umgewandelt wird, daß eine im Quer­ schnitt näherungsweise trapezförmige Zone des elektrisch isolierenden Materials entsteht. Ein Metallbalken 51 wird so positioniert, daß bei der Erhitzung Metall durch das poröse Si hindurch mit der ersten Halbleiterschicht 20 legiert, so daß eine direkte Verbindung zur ersten Halbleiter- Schicht erzeugt wird. Nach oder während der Behandlung kann gleichzeitig die poröse Si- Schicht oxidiert werden (z. B. durch Erhitzen an Sauerstoff oder Luft), so daß ein stabiler elektrisch isolierender Bereich hergestellt wird.
Typische Abmessung erfindungsgemäßer integriert verschalteter Solarzellen können folgende sein. Das Substrat 16 kann eine Dicke von 1-5 mm aufweisen. Der Rückkontakt 18, der im Ausführungsbeispiel aus n-SiC besteht, kann eine Dicke von 10-100 µm aufweisen. Auf diese wird sodann eine p+-Si-Schicht einer Dicke 1-100 µm, vorzugsweise 1-30 µm, als Keim­ schicht aufgebracht. Die anschließende p-Si-Schicht kann eine Dicke von 5-100 µm, vorzugs­ weise 5-30 µm, aufweisen. Schließlich kann die n-Si-Schicht als äußere Schicht eine Dicke von in etwa 0,1-10 µm, vorzugsweise 0,3 µm, besitzen. Die Breite des Isolierstreifens beträgt in etwa 50-500 µm, vorzugsweise 200 µm, wobei sich von der Außenfläche der Schicht ausgehend eine im Schnitt trapezförmige Geometrie hin zu dem Isolator bzw. Substrat ergibt. Die Breite des Metallbarrens kann etwa 200 bis 500 µm betragen.

Claims (14)

1. Verschaltete Solarzellen (10, 12), insbesondere seriell verschaltete Dünnschicht- Solarmodule, wobei jede Solarzelle zumindest eine erste elektrisch leitende Schicht (18), eine erste Halbleiterschicht (20) eines ersten Leitungstyps, eine auf dieser angeord­ nete zweite Halbleiterschicht (22) eines zweiten Leitungstyps oder eine auf dieser angeordnete Isolatorschicht (46) sowie einen zweiten elektrischen Leiter (28, 44) umfaßt, der gegenüberliegend zur ersten elektrisch leitenden Schicht verläuft, wobei zumindest die Halbleiterschichten bzw. die Isolatorschicht benachbarter Solarzellen zueinander beabstandet sind, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest die jeweiligen ersten Halbleiterschichten (20, 40) benachbarter Zellen (10, 12) in ihren aneinandergrenzenden Bereichen in einen gemeinsamen Abschnitt (24, 42) übergehen, der aus aus den ersten Halbleiterschichten umgewandeltem isolierenden Material besteht.
2. Verschaltete Solarzellen nach Anspruch 1 in Form von pn-Solarzellen (10, 12), dadurch gekennzeichnet, daß sowohl die erste elektrisch leitende Schicht (18), welche Si enthält und vorzugsweise aus SiC besteht, als auch die Halbleiterschichten (20, 22) benachbarter Solarzellen (10, 12) ursprünglich aneinander übergehend ausgebildet werden und durch Umwandlung von in ihren aneinander grenzenden Bereichen (24) vorhandenem Material in isolierendes Material gegeneinander isoliert sind.
3. Verschaltete Solarzellen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Solarzellen (10, 12) Abschnitte einer gemeinsamen ersten elektrisch leitenden Schicht (18), einer gemeinsamen ersten Halbleiterschicht (20) und einer gemeinsamen zweiten Halbleiterschicht (22) sind, wobei die Abschnitte gegeneinander durch Materialumwandlung der zwischen diesen verlaufenden Bereiche (24) der Solarzellen in isolierendes Material elektrisch getrennt sind.
4. Verschaltete Solarzellen nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß benachbarte pn-Solarzellen (10, 12) über den zweiten elektrischen Leiter (28) miteinander verbunden sind, der von der ersten Halbleiterschicht (20) einer Zelle (10) zu der zweiten Halbleiterschicht (22) der anderen Solarzelle (12) führt.
5. Verschaltete Solarzellen nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die ersten und zweiten Halbleiterschichten (20, 22) benachbarter Solarzellen (10, 12) sowie ihre erste elektrisch leitende Schicht (18) durch von den zweiten Halblei­ terschichten oberflächenseitig ausgehende Materialumwandlung gegeneinander isoliert sind.
6. Verschaltete Solarzellen nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die durch Materialumwandlung hergestellte isolierende Trennschicht (24) im Schnitt eine Art Trapezform mit gegebenenfalls nach innen gekrümmten Seitenschenkeln aufweist.
7. Verschaltete Solarzellen nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die erste und die zweite Halbleiterschicht (20, 22), ausgehend von der durch Materialumwandlung hergestellten isolierenden Trennschicht (24), gegeneinander durch Schichten (30, 32) elektrisch getrennt sind, wobei die parallel zu den Halbleiterschichten verlaufenden Schichten (30, 32) eine Erstreckung aufweisen.
8. Verschaltete Solarzellen nach Anspruch 1 in Form von MIS-Inversionsschicht-Solarzel­ len, dadurch gekennzeichnet, daß benachbarte Zellen durch Materialumwandlung von ursprünglich ineinander übergehender erster elektrisch leitender Schicht (38) und auf dieser angeordneter Halbleiterschicht durch eine elektrisch isolierende Trennschicht (42) getrennt sind, die durch Materialumwandlung von einem Abschnitt der ersten elektrisch leitenden Schicht und der auf dieser angeordneten Halbleiterschicht ausgebildet ist.
9. Verschaltete Solarzellen nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Solarzellen Abschnitte eines durchgehenden Silizium-Wafers (52), umfassend eine erste untere und eine zweite obere Halbleiterschicht (54, 56) unterschiedlichen Leitungstyps, sind, die durch bereichsweises Umwandeln von Silizium-Wafer-Material in isolierendes Material elektrisch voneinander getrennt sind, wobei benachbarte, jedoch gegeneinander isolierte untere bzw. obere Schichten durch elektrisch leitendes Material seriell verschaltet sind.
10. Verschaltete Solarzellen nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das umgewandelte isolierende Material poröses Silizium ist.
11. Verschaltete Solarzellen nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das umgewandelte isolierende Material oxidiertes poröses Silizium ist.
12. Verfahren zum Verschalten von Solarzellen, insbesondere in Form eines Dünnschicht- Solarmoduls, gekennzeichnet durch die Verfahrensschritte
  • - Aufbringen einer elektrisch leitfähigen Schicht auf ein Trägersubstrat,
  • - Abscheiden mindestens einer Halbleiterschicht auf die elektrisch leitfähige Schicht,
  • - Ausbilden einer zweiten Halbleiterschicht auf die erste Halbleiterschicht mit einem zu dieser entgegengesetzten Leitungstyp,
  • - Aufteilen des so gebildeten Schichtsystems in in Draufsicht streifen- oder rechteckförmige Teilbereiche durch Umwandeln von streifenförmig überein­ ander liegenden Bereichen der elektrisch leitfähigen Schicht, der ersten Halblei­ terschicht und der zweiten Halbleiterschicht bis hin zum Substrat in elektrisch isolierendes Material,
  • - serielles Verschalten der so gebildeten Teilbereiche über zweite sich entlang der oberen Halbleiterschicht erstreckende elektrische Leiter.
13. Verfahren nach Anspruch 12, gekennzeichnet durch die Verfahrensschritte
  • - Ausbilden eines halbleitenden Schichtsystems mit mindestens einem pn- Übergang auf einem Substrat,
  • - Umwandeln von halbleitendem Material in elektrisch isolierendes Material zur Aufteilung des Schichtsystems in elektrisch gegeneinander isolierte Teilberei­ che,
  • - Einlegieren von zweiten elektrischen Leitern auf der oberen Halbleiterschicht derart, daß der zweite elektrische Leiter mit einer oberen Halbleiterschicht einer Solarzelle und mit der unteren Halbleiterschicht der benachbarten Solarzelle kontaktiert wird, wobei das Kontaktieren zu der unteren Halbleiterschicht durch bereichsweise Umwandlung von Material der oberen Halbleiterschicht unterhalb des zweiten elektrischen Leiters jenseits der isolierenden Zone erfolgt.
14. Verfahren nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Materialumwandlung von Halbleiterschichtmaterial derart erfolgt, daß eine Passivierung im an die umgewandelte isolierte Schicht angrenzenden Bereich zwischen der ersten und zweiten Halbleiterschicht erfolgt.
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