DE202013104648U9

DE202013104648U9 - Solarzellenkontaktstruktur

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Publication number: DE202013104648U9
Application number: DE202013104648.5U
Authority: DE
Original assignee: SolarWorld Industries America Inc
Current assignee: Maxeon Solar Pte Ltd Sg
Priority date: 2013-10-15
Filing date: 2013-10-15
Publication date: 2015-01-29
Anticipated expiration: 2023-10-16
Also published as: DE202013104648U1

Abstract

Eine Solarzelle, umfassend: – ein Solarzellewafersubstrat aus Silizium, das überwiegend eine monokristalline Struktur mit einer {111} Kristallebene parallel zu einer Waferkante aufweist; – eine dielektrische Schicht, die über der Rückseite des Solarzellenwafersubstrats angeordnet ist; – eine Vielzahl von Kontaktöffnungen, die sich durch die dielektrische Schicht bis zum Solarzellenwafersubstrat erstrecken; – eine Vielzahl von Metallkontakten, die in einer Vielzahl von Kontaktöffnungen ausgebildet sind; und – eine Metallschicht, die über der dielektrischen Schicht angeordnet ist; wobei die Metallschicht elektrisch mit dem Solarzellenwafersubstrat mittels der Vielzahl von Kontaktöffnungen gekoppelt ist; wobei mindestens eine Kontaktöffnung der Vielzahl von Kontaktöffnungen nicht parallel zur {111} Kristallebene verläuft.

Description

Technische Gebiet
Verschiedene Ausführungsformen beziehen auf die Kontaktierung von Solarzellen.
Hintergrund
Wie in 1A dargestellt, sind die lokalen Kontaktöffnungslinien (LCO) 102 auf der Rückseite des Solarzellensubstrats einer Solarzelle ausgebildet. Eine Solarzelle hat ein PERC (passivierter Emitter und Rückkontakt) Zelldesign, ein LFC (Laser Fired Contact) Zelldesign oder ein bifaziales Zelldesign mit Rückkontaktgitter. Die LCO-Linien sind mit einem Laser ausgeschnittene GräbenGräben, die direkt im Solarzellensubstrat oder einer Zwischenschicht ausgebildet werden, die üblicherweise aus Aluminiumoxid, Siliziumnitrid, Silizium-Oxinitrid oder einem anderen passivierenden Material besteht. Die Gräben werden mit einem Metall, in der Regel Aluminium, gefüllt. Die Metallisierung der Gräben kann mit einer siebgedruckten metallhaltigen Paste gebildet werden. Die Solarzelle mit der Paste wird eingebrannt, um ein Metall in den Gräben zu bilden. Das geschmolzene Aluminium kann bis zum Ende der Gräben fließen und Aluminiumperlen gebilden. Diese Perlen können auf jeder Laserlinie gebildet werden. Bisher gibt es keine bekannte Lösung, um die Bildung dieser Perlen zu verhindern. Die Unebenheiten und Punktlasten dieser Perlen können zu einer Erhöhung der Bruchrate der Solarzelle führen. Dies kann Brüche und Risse der Solarzellen verursachen und somit die Lebensdauer von Solarmodulen verringern.
Alternativ kann die Metallisierung der LCO-Gräben unter Verwendung einer der folgenden Beispiele: Galvanisierung, Aufdampfungstechniken (z. B. PVD, CVD) und Atomlagenabscheidung (ALD), erreicht werden.
Bei einer herkömmlichen Solarzelle werden die LCO-Linien 102 parallel zu mindestens einem Rand des Solarzellensubstrats ausgebildet. Außerdem ist ein herkömmliches Solarzellensiliziumsubstrat so ausgebildet, dass die {110} Kristallorientierung parallel zur ebenen Oberfläche des Solarzellensubstrats verläuft. Daher verläuft die energetisch bevorzugte {111} Ausrichtung der Kristallrichtung 112 der Solarzellensiliziumsubstrate nichtparallel zu LCO-Linien 102.
Die periodische Ausrichtung der LCO-Linien und auch der Ag-Padstrukturen, Gitterstrukturen, Laserkontakten der Solarzelle, die parallel zu einer Kristallorientierung der Solarzellensubstrate verlaufen, z. B. parallel zur {110} Kristallorientierung in einer quasi-monokristallinen PERC-Zelle, kann das Risswachstum im Solarzellensubstrat unterstützen, z. B. in die {111} Richtung 112 des Solarzellensubstrats. Typischerweise werden die Kontaktstrukturen kontinuierlich oder diskontinuierlich parallel zur Risswachstumsrichtung im kristallinen Solarzellensubstrat verlaufen. Lokale mechanische Spannungen dieser sich periodisch wiederholenden kontinuierlichen Strukturen können zu größeren linearen Spannungslinien in der Richtung einer Kristallorientierung des Solarzellsubstrats beitragen. Diese linearen Spannungslinien können sich wie eine Perforation des Solarzellensubstrats verhalten und die Stabilität der Solarzelle parallel zu LCO-Linien oder Lötpads reduzieren. Daher kann ein Riss sich nahezu ungehindert entlang der Spannungslinie ausbreiten, ohne dass dieser die energetisch bevorzugte Richtung verlässt, z. B. energetisch bevorzugte {111} Richtung 112 des Solarzellensubstrats. Mit anderen Worten, die periodische Wiederholung der Kontaktstrukturen, z. B. Stromschienen, Lötpads, Gitterfinger, LCO-Linien auf einer Solarzelle kann zu einer Überlagerung der Spannungsfelder einzelner Kontaktstrukturen führen und somit die Spannungslinien bilden. Die Erweiterung dieser Spannungslinien kann eine bevorzugte Richtung im Solarzellensubstrat aufweisen, da dies anisotrop ist. Bei einigen Solarzellenkonzepten kann die Richtung der Spannungslinien parallel zur {111} Hauptrichtung des Risswachstums in einer Kristallrichtung eines Siliziumsubstrats verlaufen.
Ferner wird bei der Verarbeitung und Prüfung eines herkömmlichen Solarzellenmoduls eine Erhöhung der Bruchrate und die Wahrscheinlichkeit der Bildung von Rissen aufgrund der Abnahme der Dicke des Solarzellensubstrats, der Kristallorientierung des Solarzellensubstrats und der neuen Solarzellenkonzepte beobachtbar, z. B. in die {110} quasi-monokristallinen PERC-Zellen. Solarzellen sind während der Verarbeitung in der Regel verschiedenen Spannungsfaktoren ausgesetzt, z. B. Temperaturspannung während des Lötens, Aufbringen von Solarzellenverbindern an eine Solarzelle mit einem anderen Wärmeausdehnungskoeffizienten als dem des Solarzellensubstrats; der Transport und die Handhabung von gelöteten Solarzellen, Strings, Laminaten und Modulen, die Laminierung einer Solarzelle oder eines Solarzellenmoduls durch Druck- und Temperaturspannung. Weitere Spannungsfaktoren können während der Betriebszeit auf eine Solarzelle oder ein Solarzellenmodul einwirkenen, z. B. Änderung der Umgebungstemperatur, wetterbedingte mechanische Spannungen, z. B. durch Wind und Schnee. Diese Spannungsfaktoren können teilweise bei der Verarbeitung durch ausgleichende Mittel reduziert werden, z. B. durch die Änderung der Verarbeitungsbedingungen, z. B. des Laminierungsprozesses, der Anpassung der Positionen von Lötspitzen, der Verwendung von doppellagigen Ethylen-Vinylacetat(EVA)-Verkapselungen. Allerdings könnte eine vollständige Reduktion von Spannungsfaktoren bei der Verarbeitung und während der Betriebszeit der Solarzelle und des Solarzellenmoduls aufgrund des Solarzellendesigns unmöglich sein. Die Reduzierung der Bruchrate kann unzureichend sein, und die erwähnten Lösungen zur Reduzierung der Bruchrate können kostenintensiv und zeitaufwändig sein.
Darüber hinaus können die oben beschriebenen Wirkungen kritisch werden, wenn mehrere LCO-Linien beeinträchtigt werden. Dies kann die Wahrscheinlichkeit der Rissbildung der Solarzelle, z. B. in der {110} quasi-monokristallinen Solarzellen und {110} quasi-monokristallinen PERC-Zellen erhöhen. In diesem Fall kann die Hauptrichtung des Risswachstums parallel zur Richtung der sich periodisch wiederholenden Kontaktstrukturen oder zur Richtung der Erweiterung der linienförmigen Kontaktstrukturen verlaufen.
Bei einer herkömmlichen Solarzellenstruktur werden LCO-Linien 102 mit einer flächendeckenden rückseitigen Metallisierungsschicht 114, die typischerweise aus Aluminium besteht, kombiniert. Lötpads 116 können elektrisch mit dem Solarzellensubstrat gekoppelt werden, um einen elektrischen Verbindungszugang zu der Solarzelle durch das Bedrucken dieser Pads mit einbrennender Lötpaste bereitzustellen. Alternativ können Lötpads 116 mit nichteinbrennender Paste bedruckt werden. Diese Pads bleiben auf der dielektrischen Schicht. Die metallgefüllten Gräben 102 stellen einen Kontakt zwischen dem Solarzellensubstrat (Zellbasis) und den Lötpads 116 der Solarzelle bereit. Lötpads 116 werden aus, auf oder in der rückseitigen Metallisierungsschicht 114 auf der LCOs 102 ausgebildet. Ferner kann eine herkömmliche Solarzelle Solarzellen-Stromschienen auf dem Solarzellensubstrat umfassen, um die Stromverteilung im Solarzellensubstrat zu erhöhen. Die herkömmliche LCO-Linien 102 verlaufen senkrecht zur Solarzellen-Stromschienen und Lötpads 116 (wie in 1B dargestellt).
Alternativ könnte das Lötpad, z. B. unter Verwendung einer der folgenden Abscheideverfahren: Galvanisieerung, Aufdampfung (z. B. CVD, PVD) und Atomlagenabscheidung (ALD) erfolgen.
Ein Nachteil dieser Konstruktion ist in der Regel ein Leistungsabfall, z. B. in der PERC-Technologie, und zwar aufgrund der Deaktivierung des Lötpads 116, wenn eine LCO Linie 102 unterbrochen ist oder die Verbindung zum Lötpunkt 116 verloren geht. Der Zellstrom muss durch das Silizium-Basismaterial zur nächsten LCO-Linie 102 fließen, was zu einem höheren Serienwiderstand und einem Stromverlust der Zelle führt. Ferner kann sich der Serienwiderstand während eines Temperaturwechsels bei der Verarbeitung der Solarzellen erhöhen. Darüber hinaus kann die vollflächige rückseitige Metallisierungsschicht 114 zur Wölbung der Solarzelle nach dem Einbrennen und Abkühlen der Solarzelle führen. Die Wölbung kann auf die innere Spannung zwischen den Schichten zurückgeführt werden, z. B. zwischen Lötpads 116 aus Silber, die in einer Metallisierungsschicht 114 aus Aluminium hergestellt sind. Die Spannung kann durch deutlich unterschiedliche Wärmeausdehnungskoeffizienten gegenüber dem Solarzellensubstrat (CTE(Al): 23.1 ppm/K, CTE(Ag): 18.9 ppm/K, CTE(Si): 2.6 pp/K) verursacht werden. Die Spannung, die durch eine vollflächige rückseitige Metallisierungsschicht 114 verursacht wurde, kann die Wahrscheinlichkeit erhöhen, dass eine LCO-Linie 102 beeinträchtigt wird wie oben beschrieben. Ferner können die Spannungen die Rissbildung innerhalb des Solarzellensubstrats fördern, z. B. in Solarzellensubstraten, die aus einem spröden Material, z. B. Silizium gebildet worden sind.
Zusammenfassung
In verschiedenen Ausführungsformen kann eine Solarzelle ein Solarzellenwafersubstrat aus Silizium mit einer Kristallorientierung, eine dielektrische Schicht, die über dem Solarzellenwafersubstrat angeordnet ist, eine Vielzahl von Kontaktöffnungen, die sich durch die dielektrische Schicht zum Solarzellenwafersubstrats erstrecken, eine Vielzahl von Metallkontakten, die in der Vielzahl von Kontaktöffnungen ausgebildet sind und eine Metallschicht, die über der dielektrischen Schicht angeordnet ist, umfassen, wobei die Metallschicht elektrisch mit dem Solarzellenwafersubstrat mittels der Vielzahl von Metallkontakten gekoppelt ist, wobei mindestens eine Kontaktöffnung einer Vielzahl von Kontaktöffnungen in einem Winkel in Bezug auf die Kristallorientierung verläuft.
Kurze Beschreibung der Figuren
In den Zeichnungen bezeichnen gleiche Bezugszeichen in der Regel die gleichen Teile in den verschiedenen Ansichten. Die Zeichnungen sind nicht notwendigerweise maßstabsgetreu, wobei stattdessen der Schwerpunkt in der Regel auf der Veranschaulichung der Prinzipien der Erfindung liegt. In der folgenden Beschreibung werden verschiedene Ausführungsformen der Erfindung unter Bezugnahme auf die folgenden Zeichnungen beschrieben, in denen:
1 und 1B schematisch verschiedene Perspektiven einer gemeinsamen Kontaktstruktur zeigen;
2A und 2B die Kontaktstrukturen nach verschiedenen Ausführungsformen zeigen;
3A und 3B die Kontaktstrukturen nach verschiedenen Ausführungsformen zeigen; und
4A bis 4F die Kontaktstrukturen nach verschiedenen Ausführungsformen zeigen.
Beschreibung
Die folgende detaillierte Beschreibung bezieht sich auf die beigefügten Zeichnungen, die durch die Veranschaulichung spezifische Details und Ausführungsformen zeigen, bei denen die Erfindung praktisch angewandt werden kann.
Das Wort ”beispielhaft” wird hier im Sinne von ”als ein Beispiel, ein Fall oder Veranschaulichung dienend” verwendet. Jede Ausführungsform oder Konzept, das hier als ”beispielhaft” beschrieben wird, ist nicht notwendigerweise als bevorzugt oder vorteilhaft gegenüber anderen Ausführungsformen oder Konzepten auszulegen.
Das Wort ”über”, das in Bezug auf ein aufgetragenes Material gebildet ”über” einer Seite oder Oberfläche verwendet wird, kann hier verwendet werden, um wiederzugeben, dass aufgetragenes Material ”direkt” gebildet werden kann, z. B. in direktem Kontakt mit der besagten Seite oder Fläche. Das Wort ”über”, das in Bezug auf ein aufgetragenes Material gebildet ”über” einer Seite oder Oberfläche verwendet wird, kann hier verwendet werden, um wiederzugeben, dass das aufgetragene Material ”indirekt” auf der besagten Seite oder Oberfläche gebildet werden kann, wobei eine oder mehrere zusätzliche Schichten zwischen der besagten Seite oder Oberfläche und des aufgetragenen Materials angeordnet sein kann.
Die Solarzelle kann ein Typ der Siliziumsolarzelle aus einer Gruppe der folgenden Typen der Solarzellen sein: eine kristalline Siliziumsolarzelle, eine Dünnschicht-Solarzelle, zum Beispiel aus Silizium oder anderen Verbindungen, eine Konzentrator-Solarzelle, eine Multisolarzelle, eine elektrochemische Farbstoff-sensibilisierte Solarzelle, eine organische Solarzelle, eine Hybrid-Solarzelle, eine Fluoreszenz-Solarzelle, oder eine thermische Photovoltaik-Solarzelle. Die Solarzelle kann in der Form einer der folgenden Arten ausgebildet werden: Aluminium plus Solarzelle (Alu + Zelle), mit einer oberen Phosphor-Solarzelle mit Aluminium-Rücksperrschichtfeld und rückseitiger (n-Typ), n-Typ Solarzelle mit einer besiebdruckten Solarzelle mit Frontanschluss (n-Typ), auf allen Seiten mit H-struktierten Solarzellen (PASHA) passiviert, mit vorder- und rückseitigen elektrisch leitfähigen Finger- und Stromschienenstrukturen und ohne Kappenöffnung und Kontaktöffnung der Rückseite; passivierte Emitter- und Rückseitensolarzelle (PERC), und/oder passivierte Emitter rückseitige lokal diffundierte Zelle (PERL).
In verschiedenen Ausführungsformen kann die Solarzelle eine erste Elektrode, eine zweite Elektrode und einen optisch aktiven Bereich zwischen der ersten Elektrode und der zweiten Elektrode umfassen. Die erste Elektrode kann direkt auf dem optisch aktiven Bereich ausgebildet werden, d. h. auf der Vorderseite, im Strahlengang der resorbierbaren elektromagnetischen Strahlung. Die elektromagnetische Strahlung wird in eine elektrische Spannung und/oder elektrische Leistung in dem optisch aktiven Bereich umgewandelt werden.
Die erste Elektrode kann als Vorderseitenkontakt oder Vorderseitenmetallisierung ausgebildet werden. Die vordere Kontaktstruktur kann über dem optisch aktiven Bereich beispielsweise als fingerförmige Metallisierung oder in Form eines selektiven Emitters oder als eine Kombination der beiden ausgebildet werden. Eine struktierte Vorderseitenmetallisierung wird im Wesentlichen nur auf dem optisch aktiven Bereich (außer für elektrische Querverbindungen) ausgebildet.
Der optisch aktive Bereich der Solarzelle kann ein elektrisch leitendes und/oder halbleitendes Material beinhalten, beispielsweise ein dotiertes Silizium, beispielsweise ein p-dotiertes Silizium (p-Typ), dotiert mit Bor, Gallium und/oder Indium, zum Beispiel, oder ein n-dotiertes Silizium (n-Typ), das beispielsweise mit Phosphor, Arsen und/oder Antimon dotiert ist. Der optisch aktive Bereich kann einen ersten Bereich umfassen, der mit einem anderen Dotierstoff als der zweite Bereich dotiert sein kann, und einen physischen Kontakt mit diesem aufweisen. Zum Beispiel kann der erste Bereich ein p-Typ-Bereich sein (dotiert mit p-Dotierstoff) und der zweite Bereich ein n-Typ-Bereich (dotiert mit n-Dotierstoff) und umgekehrt. An der Schnittstelle zwischen dem ersten Bereich und zweiten Bereich wird ein pn-Übergang ausgebildet, der Elektronen-Loch-Paare erzeugen kann. Der optisch aktive Bereich kann elektromagnetische Strahlung absorbieren und daraus einen Photostrom erzeugen. Der optisch aktive Bereich kann eine Vielzahl von pn-Übergängen umfassen, die beispielsweise nebeneinander und/oder übereinander angeordnet sind. Die elektromagnetische Strahlung kann einen Wellenlängenbereich der Röntgenstrahlung, UV-Strahlung (A bis C), von sichtbarem Licht und/oder der Infrarot-Strahlung einschließlich (A bis C) aufweisen.
Auf der abgeschirmten Seite der Solarzelle kann eine rückseitige Kontaktstruktur ausgebildet werden. Die rückseitige Kontaktstruktur kann die zweite Elektrode und eine dielektrische Schicht umfassen. Die dielektrische Schicht kann als eine Passivierungsschicht ausgebildet werden.
Die dielektrische Schicht kann Kontaktöffnungen umfassen. Eine Kontaktöffnung kann als lokale Kontaktöffnung der dielektrischen Schicht ausgebildet werden.
Kontaktpads können auf der Oberseite der Kontaktöffnungen auf der dielektrischen Schicht ausgebildet werden. Kontaktpads können elektrisch mit der zweiten Elektrode durch die Kontaktöffnungen gekoppelt werden.
In verschiedenen Ausführungen (wie z. B. in 2A und 2B und 3A und 3B dargestellt) umfasst eine Solarzelle ein Solarzellenwafersubstrat 208 mit einer Kristallorientierung 210. Das Solarzellenwafersubstrat 208 kann mindestens ein monokristallines Siliziumsubstrat und ein quasi-monokristallines Siliziumsubstrat umfassen. Das Solarzellenwafersubstrat 208 kann eine {100}, {110} oder {111} Kristallorientierung aufweisen. Die Kristallorientierung 210 der ebenen Oberfläche des Solarzellenwafersubstrats kann eine {100}, {110} oder {111} Kristallorientierung sein. In einer Ausführungsform kann das Solarzellenwafersubstrat 208 aus Silizium mit einem großen Anteil von monokristallinen Strukturen mit einer {111} Kristallebene hergestellt werden, die parallel zu einer Waferkante verläuft. Die Hauptrichtung des Risswachstums des Solarzellenwafersubstrats können parallel zu oder entlang der {111} Richtung des Solarzellensubstrats 208 verlaufen.
Eine dielektrische Schicht 206 kann über dem Solarzellenwafersubstrat 208 angeordnet sein. Die dielektrische Schicht 206 kann über der Rückseite des Solarzellenwafersubstrats 208 angeordnet werden, z. B. wenn die Kontaktstruktur auf der Rückseite der Solarseite ausgebildet ist. Die dielektrische Schicht 206 kann eine Passivierungsschicht sein und ein dielektrisches Material umfassen, z. B. Aluminiumoxid, Siliziumoxid, Silizium-Oxynitrid oder Siliziumnitrid.
Eine Vielzahl von Kontaktöffnungen 202 erstreckt sich über die dielektrische Schicht 206 bis zum Solarzellenwafersubstrat 208. Mindestens eine Kontaktöffnung 202 der Vielzahl von Kontaktöffnungen kann sich nicht-parallel zur {111} Kristallebene (als Ausführungsformen 200A bis 200K in 2A und 2B dargestellt) erstrecken. Mit anderen Worten, mindestens eine Kontaktöffnung 202 der Vielzahl von Kontaktöffnungen kann sich in einem Winkel in Bezug auf einen Rand des Solarzellenwafersubstrat 208 erstrecken. Der Erstreckung in einem Winkel kann von der Art der Orientierung und/oder Form von Kontaktöffnungen 202 der Vielzahl von Kontaktöffnungen in Bezug auf den Rand des Solarzellensubstrats 208 sein. In einem Aspekt kann mindestens eine Kontaktöffnung 202 der Vielzahl von Kontaktöffnungen eine Kontaktlinie 202 bilden. Mindestens eine Kontaktöffnung 202 der Vielzahl von Kontaktöffnungen erstreckt sich in einem Winkel in Bezug auf die Kristallorientierung des Solarzellensubstrats 208, z. B. die Kristallorientierung der ebenen Oberfläche des Solarzellensubstrats 208 und/oder der Hauptrichtung des Risswachstums des Solarzellensubstrats 208, z. B. die {111} Kristallrichtung des Solarzellen-Siliziumsubstrats 208. In einem Aspekt erstrecken sich mindestens zwei Kontaktöffnungen 202 der Vielzahl von Kontaktöffnungen in einem Winkel in Bezug zueinander und/oder zu einem Rand des Solarzellenwafersubstrats 208.
Die Kontaktlinie 202 kann sich in einem Winkel von etwa 45° in Bezug auf den Rand des Solarzellenwafersubstrats 208 erstrecken, wie in den Ausführungsformen 200B, 200E, 200F, 200J dargestellt. Ferner können die Kontaktöffnungslinien sich in einem Winkel in Bezug auf die Hauptrichtung des Risswachstums des Solarzellenwafersubstrats erstrecken, z. B. die {111} Richtung in einer Kristallorientierung des Silizium-basierten Solarzellenwafersubstrats. Der Winkel kann in einem Bereich von etwa 0° bis etwa 90°, z. B. etwa 45° liegen. In einem Aspekt kann die Kontaktlinie sich mit einem Winkel von etwa 45° in Bezug auf die {111} Kristallebene erstrecken.
In einem Aspekt kann mindestens eine Kontaktöffnung 202 der Vielzahl von Kontaktöffnungen als kontinuierlich, unterbrochene oder gepunktete Kontaktlinie ausgebildet werden.
Die Kontaktlinie 202 kann mindestens einem Linienabschnitt umfassen, der eine Wellenlinieform umfasst – wie in der Ausführungsform 200J dargestellt. Eine Wellenlinienform kann auch ähnlich einer Zick-Zack-Form ausgebildet werden. Eine Wellenlinienform kann in der Regel als eine Linienform mit einer periodischen oder aperiodischen Änderung des Richtungskurses der Kontaktöffnungslinie beschrieben werden.
Die Kontaktlinie 202 kann mindestens einem Linienabschnitt umfassen, der eine kreisförmige Linienform umfasst – als die Ausführungsformen 200C, 200D, 200G, 200H; auch als die Ausführungsform 400A in 4A, die Ausführungsformen 400K, 400M in 4F dargestellen. Eine kreisförmige Linienform kann in der Regel als eine Form mit einer geschlossenen umlaufenden Linie beschrieben werden.
Eine Kontaktlinie 202 kann mindestens einem Linienabschnitt mit einer gestrichelten Linie umfassen – wie in der Ausführungsform 200D dargestellt; auch in den Ausführungsformen 400B, 400C in 4B, in der Ausführungsform 400D in 4C und in der Ausführungsform 400J in 4F dargestellt.
Eine Kontaktlinie 202 kann mindestens einem Linienabschnitt mit einer gekreuzten Linie umfassen – wie in den Ausführungsformen 200C, 200E, 200G, 200H dargestellt.
Schraffierte Strukturen; netzförmige-, dreieckige-, wabenförmige- oder gitterförmige Strukturen können so ausgebildet sein, dass diese Strukturen (im Wesentlichen) frei von periodischen Wiederholungen in der Hauptrichtung des Risswachstums im Solarzellensubstrat sind, z. B. in der {111} Richtung des Silizium-basierten Solarzellenwafersubstrats. Die Stabilität der Solarzelle kann durch die Unterbrechung kontinuierlich ausgebildeter und gekreuzter Kontaktöffnungen von schraffierten-Strukturen; netzförmige-, dreieckige-, wabenförmige- oder gitterförmige Strukturen so erhöht werden, dass sie Unterbrechungen der Kontaktöffnungslinien umfassen können, z. B. mit gerundeten oder gekrümmten Enden der Kontaktöffnungen. Die Unterbrechungen können in den Bereichen, die parallel zur Hauptrichtung des Risswachstums verlaufen, auftreten – wie in in der Ausführungsform 400E in Bezug auf die Ausführungsform 200C dargestellt. Weiterhin kann die Stabilität der Solarzelle durch eine Verringerung der periodischen Wiederholung der unterbrochenen Gittern in der Hauptrichtung des Risswachstums erhöht werden – wie in der Ausführungsform 400C in Bezug auf die Ausführungsform 400E dargestellt. Ferner kann die Stabilität der Solarzelle durch Kontaktöffnungen 202, die in abgerundeten oder gekrümmten Formen ausgebildet werden, erhöht werden. Der Krümmungsradius sollte ausreichend groß sein, um lokalisierte mechanische Spannungen in der Peripherie der Kontaktöffnungen zu reduzieren.
Die Kontaktlinie 202 kann mindestens einem Linienabschnitt mit einer Polygon-Linienform umfassen – wie in den Ausführungsformen 200G, 200H dargestellt.
In verschiedenen Ausführungsformen kann wenigstens eine Kontaktöffnung 202 der Vielzahl von Kontaktöffnungen vor dem Rand des Solarzellenwafersubstrats 208 stoppen – wie in den Ausführungsformen 200A bis 200E dargestellt.
In verschiedenen Ausführungsformen kann wenigstens eine Kontaktöffnung 202 der Vielzahl von Kontaktöffnungen von einer Gräbenstruktur 204 umgeben sein – wie in den Ausführungsformen 200A bis 200E dargestellt. Die Vielzahl von Kontaktöffnungen kann von einer einzelnen Gräbenstruktur 204 umgeben sein – z. B. wie in den Ausführungsformen 200A bis 200E; 2A dargestellt. Einzelne Kontaktöffnungen 202 mit Metallkontakten innerhalb der Kontaktöffnungen 202 können von einer Gräbenstruktur 204 umgeben sein, die durch eine größere Erstreckung einer Kontaktöffnung 202 in Bezug auf die Erstreckung eines Metallkontakts, wie in 3B dargestellt, ausgebildet wird.
In 3A ist die Kontaktstruktur einer Solarzelle mit Kontaktöffnungen 202 in einer dielektrischen Schicht 206 dargestellt. Die Kontaktöffnungen sind zumindest teilweise mit einem Metall gefüllt, z. B. mittels einer besiebdruckten metallhaltigen Paste 302 in den Kontaktöffnungen 202 – wie in 3B dargestellt. Die metallhaltige Paste kann in Metallkontakten durch das Brennen des Solarzellenwafersubstrats reduziert werden, z. B. um organische Komponenten der Paste, z. B. Bindemittel zu entfernen. Somit kann eine Vielzahl von Metallkontakten (wie in 3B dargestellt) in der Vielzahl von Kontaktöffnungen 202 ausgebildet werden.
Eine Metallschicht kann über der dielektrischen Schicht 206 angeordnet werden. Die Metallschicht wird elektrisch mit dem Solarzellenwafersubstrat 208 durch die Vielzahl von Metallkontakten gekoppelt werden.
Eine Metallschicht kann eine Vielzahl von Kontaktöffnungen 202 der Vielzahl von Kontaktöffnungen abdecken. In einem Aspekt kann sich die Metallschicht über die Vielzahl von Kontaktöffnungen 202 erstrecken. In verschiedenen Ausführungsformen kann die Metallschicht zwei oder mehr getrennte Metallschichten umfassen. Getrennte Metallschichten können so breit sein, um mehrere Kontaktöffnungen 202 abzudecken, oder sie können so schmal sein wie eine einzelne Kontaktöffnung 202. Die verringerte Menge der Metallschicht auf der Rückseite des Solarzellensubstrats 208 durch getrennte Metallschichten kann die Wölbung des Solarzellensubstrats 208 reduzieren. Ferner können zwei oder mehr getrennte Metallschichten mehrere Optionen für die Ausrichtung der Solarzelle ermöglichen. In verschiedenen Ausführungsformen können Lötkontakte oben oder in der Metallisierungsschicht oder von den Metallkontakten ausgebildet werden. Die Solarzelle kann elektrisch durch die Bildung einer gelöteten elektrischen Verbindung mit den Lötkontakten gekoppelt werden. Mit anderen Worten, die Metallisierung auf der Rückseite des Solarzellenwafersubstrats 208 kann so modifiziert werden, dass sie aus Metallstreifen besteht, die der Anordnung der Kontaktöffnungen 202 entsprechen. Jeder Metallstreifen kann eine oder mehrere Kontaktöffnungen 202 abdecken, z. B. Kontaktöffnungslinien. Die Raster für den Siebdruck für das Metallisierungsverfahren können modifiziert werden, um die gewünschte Anordnung bereitzustellen. Wenn ein Verfahren ohne Siebdruck verwendet wird (z. B. Beschichtung, CVD, PVD, ALD), kann eine geeignete Maske verwendet werden, um die gewünschte Anordnung bereitzustellen. Eine schraffierte Metallisierung kann konzipiert werden, um einen metallfreien Bereich neben den Lötpads in Richtung der Zellstromschienen zu erreichen, um einen robusten Lötvorgang zu ermöglichen.
Ferner kann das abgewinkelte und schraffierte Kontaktöffnungs-Design viele redundante Strompfade zwischen den Lötpads bereitstellen, wenn ein Teil einer Kontaktöffnungslinie ausfallen sollte. Diese Redundanz ist eine Besonderheit des Zelldesigns, die die Stabilität und Zuverlässigkeit der Solarzelle erhöht. Diese Redundanz ist gleichermaßen anwendbar auf kristallinen und nicht-kristallinen Solarzellen, unabhängig von der Kristallorientierung. Eine gestreifte Rückseitenmetallisierung kann die erforderliche Mindestanzahl der Strompfade zur Zelle bereitstellen. Es kann einen Kostenvorteil durch einen reduzierten Verbrauch an Paste bereitstellen und es kann die Spannung der Zelle reduzieren, was zu einer geringeren Zellwölbung führt.
In verschiedenen Ausführungsformen ist die Vielzahl von Kontaktöffnungen so angeordnet, dass sie eine Anordnung der Kontaktöffnungen ausbildet, die sich in einem Winkel in Bezug auf die Kristallausrichtung erstrecken – wie in 4A bis 4F dargestellt. Mit anderen Worten, die Kontaktöffnungslinien können Unterbrechungen in der Öffnung der dielektrischen Schicht umfassen, so dass die getrennte Segmente von Kontaktöffnungen 202 ausgebildet sind. In einem Aspekt kann sich die Anordnung der Kontaktöffnungen nicht parallel zur {111} Kristallebene erstrecken. Ähnlicherweise können auch Kontaktpads, Kontaktstellen, Kontaktflächen die Unterbrechungen umfassen. Die Unterbrechungen können derart ausgebildet sein, dass die Enden einer Kontaktöffnung gekrümmte oder abgerundete Ecken aufweisen, z. B. knickfrei.
Die Anordnung der Kontaktöffnungen kann eine Verteilung von getrennten Kontaktöffnungen sein. Die Anordnung der Kontaktöffnungen ist derart ausgebildet, dass ein Riss 402 sich im Solarzellenwafersubstrat 208 nur ausbreiten kann bis er eine Kontaktöffnung erreicht – wie in 4A dargestellt. Die Kontaktöffnungen sind so ausgebildet, dass ein Riss 402 von der Hauptrichtung des Risswachstums 210 umgeleitet werden kann. Der Riss 402 kann entlang der Form einer Kontaktöffnung 202 geleitet werden und die weitere Verbreitung stoppen, sobald die mechanische Spannung entlastet wird. Somit kann die Stabilität der Solarzelle durch die Anordnung der Kontaktöffnungen erhöht werden.
Die Anordnung der Kontaktöffnungen kann sich in einem Winkel in Bezug auf einen Rand des Solarzellenwafersubstrats erstrecken. Die Erstrekung kann in einer Art der Ausrichtung der Kontaktöffnungen in der Anordnung sein – wie in den Ausführungsformen 400C, 400F, 400H, 400J dargestellt; die Gestalt oder die Form der Anordnung der Kontaktöffnungen, wie in den Ausführungsformen 400A bis 400M dargestellt, und/oder die Gestalt oder die Form der Kontaktöffnungen, wie in den Ausführungsformen 400A, 400E bis 400H, 400K bis 400M dargestellt. In einem Aspekt erstreckt sich die Anordnung der Kontaktöffnungen in einem Winkel in Bezug auf einen Rand des Solarzellenwafersubstrats, z. B. wie in der Ausführungsform 400H in Form einer erstrekten gestrichelten oder gepunkteten Linie 202 dargestellt. Die Anordnung der Kontaktöffnungen kann eine Kontaktlinienanordnung bilden. Die Anordnung der Kontaktöffnungen, z. B. die Kontaktlinienanordnung kann sich in einem Winkel von etwa 45° in Bezug auf den Rand des Solarzellenwafersubstrats erstrecken. In einem Aspekt kann die Kontaktlinienanordnung mindestens zwei Kontaktlinien umfassen, die sich in einem Winkel zueinander und/oder zum Rand des Solarzellenwafersubstrats 208 hin kreuzen.
In einem Aspekt kann die Kontaktlinienanordnung eine aperiodische Anordnung bilden – wie in den Ausführungsformen 400A, 400K dargestellt. Mit anderen Worten kann die Kontaktlinienanordnung eine aperiodische Anordnung der Kontaktöffnungen bilden. Die aperiodische Anordnung kann eine aperiodische Verteilung der Kontaktöffnungen 202 umfassen.
In einem Aspekt kann die Kontaktlinienanordnung eine periodische Anordnung bilden – wie in den Ausführungsformen 400B bis 400J, 400M dargestellt. Die periodische Anordnung kann eine periodische Verteilung der Kontaktöffnungen 202 umfassen.
Die Anordnung der Kontaktöffnungen, z. B. die Kontaktlinienanordnung und/oder die Kontaktöffnungen 202 der Anordnung der Kontaktöffnungen kann mindestens einem Linienabschnitt mit einer wellenlinienförmigen Anordnung umfassen.
Die Anordnung der Kontaktöffnungen und/oder die Kontaktöffnungen 202 der Anordnung der Kontaktöffnungen können mindestens über einen Linienabschnitt mit einer Anordnung der kreisförmigen Linienform verfügen – wie in den Ausführungsformen 400A, 400G, 400H, 400K und 400M dargestellt.
Die Anordnung der Kontaktöffnungen und/oder die Kontaktöffnungen 202 der Anordnung der Kontaktöffnungen können mindestens über einen Linienabschnitt mit einer Anordnung der Polygon-Linienform verfügen.
Die Anordnung der Kontaktöffnungen und/oder die Kontaktöffnungen 202 der Anordnung der Kontaktöffnungen können mindestens über einen Linienabschnitt mit einer Anordnung der gestrichelten Linienform verfügen – wie in den Ausführungsformen 400B bis 400F, 400J dargestellt.
Die Anordnung der Kontaktöffnungen und/oder die Kontaktöffnungen 202 der Anordnung der Kontaktöffnungen können mindestens über einen Leitungsabschnitt mit einer Anordnung der Kreuzlinienform verfügen – wie in den Ausführungsformen 400E, 400F dargestellt.
Die Anordnung der Kontaktöffnungen und/oder die Kontaktöffnungen 202 der Anordnung der Kontaktöffnungen können mindestens über einen Leitungsabschnitt mit einer Anordnung der gepunkteten Linienform verfügen – wie in den Ausführungsformen 400B bis 400F, 400J dargestellt.
Die Anordnung der Kontaktöffnungen kann vor dem Rand des Solarzellenwafersubstrats stoppen.
In verschiedenen Ausführungsformen kann die Anordnung der Kontaktöffnungen von einer Gräbenstruktur 204 umgeben sein. In einem Aspekt kann die Vielzahl von Kontaktöffnungen 202 von einer Gräbenstruktur 204 umgeben sein, z. B. eine Gräbenstruktur 204 ausgebildet als eine rahmenartige Öffnungsstruktur. In verschiedenen Ausführungsformen kann die Metallschicht eine Vielzahl von Kontaktöffnungen 202 der Anordnung der Kontaktöffnungen abdecken. In einem Aspekt kann sich die Anordnung der Kontaktöffnungen mit einer Gräbenstruktur überkreuzen.
Eine gestrichelte Linien Anordnung der Kontaktöffnungen 202, z. B. wie in 4B und 4C dargestellt, kann einen Raum 406 zwischen benachbarten Kontaktöffnungen 202 im Bereich von etwa 100 μm bis etwa 1500 μm; die Länge 410 einer Kontaktöffnung 202 im Bereich von etwa 100 μm bis etwa 1500 μm; die Breite 408 einer Kontaktöffnung 202 im Bereich von etwa 25 μm bis etwa 150 μm; und einen Abstand 404 von benachbarten Kontaktöffnungen 202 im Bereich von etwa 0,5 mm bis etwa 2 mm aufweisen. Die Kontaktöffnungen 202 können in der Form eines Rechtecks angeordnet werden, z. B. in einem Quadrat – wie in der Ausführungsform 400B dargestellt; in der Form eines verschobenen Rechtecks, z. B. in einem verschobenen Quadrat – wie im Ausführungsform 400C dargestellt; oder einer Kombination davon angeordnet werden. In verschiedenen Ausführungsformen können die Kontaktöffnungen 202 parallel angeordnet sein oder um etwa 90° in Bezug auf die Kontaktfingern der Vorderseite des Kontakts der Solarzelle gedreht sein. Eine gestrichelte Linienanordnung der Kontaktöffnungen 202 kann die Kontaktöffnungen 202 umfassen, die als Layout-Linien ausgebildet sind, z. B. wie in 4C dargestellt. In verschiedenen Ausführungsformen kann die Anordnung der Kontaktöffnungen mit den Kontaktöffnungen 202 ausgebildet als Layout-Linien und gestrichelte Linien, gedreht um etwa 90° in Bezug auf die Kontaktfingern der Vorderseite des Kontakts der Solarzelle, ausgebildet werden. Die Kontaktöffnungen 202 mit gestrichelten Kontaktöffnungen (400B bis 400D) können so angeordnet werden, dass sich ein Abstand im Bereich von etwa 0,5 mm bis etwa 2,0 mm in Bezug auf den Rand des Solarzellenwafersubstrats 208 ausgebildet wird.
Die Anordnung der Kontaktöffnungen kann die Kontaktöffnungen 202 in Form eines Kreuzes in einer Anordnung der gestrichelten Kontaktöffnungen umfassen, z. B. wie in 4D dargestellt. Die Kreuzförmige Kontaktöffnungen 202 können eine horizontale Länge 412 einer Kontaktöffnung 202 im Bereich von etwa 100 μm bis etwa 500 μm; eine vertikale Länge 418 einer Kontaktöffnung 202 im Bereich von etwa 100 μm bis etwa 500 μm; einen horizontalen Abstand 416 (Mittenabstand) von benachbarten Kontaktöffnungen im Bereich von etwa 500 μm bis etwa 1500 μm; einen vertikalen Abstand 414 (Mittenabstand) von benachbarten Kontaktöffnungen 202 im Bereich von etwa 500 μm bis etwa 1500 μm; und eine Breite 408 einer Kontaktöffnung im Bereich von etwa 25 μm bis etwa 150 μm aufweisen. Die Kontaktöffnungen 202 können in der Form eines Rechtecks, z. B. in einem Quadrat – wie in der Ausführungsform 400E dargestellt; in Form eines verschobenen Rechtecks, z. B. in einem verschobenen Quadrat – wie in Ausführungsform 400F dargestellt; oder einer Kombination davon angeordnet werden. Die Kontaktöffnungen mit kreuzförmigen Kontaktöffnungen (400E, 400F) können so angeordnet werden, dass ein Abstand im Bereich von etwa 0,5 mm bis etwa 2,0 mm in Bezug auf den Rand des Solarzellenwafersubstrats 208 ausgebildet wird.
Die Anordnung der Kontaktöffnungen kann die Kontaktöffnungen 202 in Form von Punkten, Kreisen, Ovalen oder Ringen in einer gestrichelten Anordnung der Kontaktöffnungen umfassen, z. B. wie in 4E dargestellt. Die punkt-, kreis- oder ringförmigen Kontaktöffnungen 202 können einen Durchmesser 422 im Bereich von etwa 80 μm bis etwa μm; einen horizontalen Raum 416 (Mittenanstand) von benachbarten Kontaktöffnungen im Bereich von etwa 400 μm bis etwa 1500 μm; einen vertikalen Raum 414 (Mittenabstand) von benachbarten Kontaktöffnungen im Bereich von etwa 400 μm bis etwa 1500 μm aufweisen. Die Kontaktöffnungen 202 können in der Form eines Rechtecks, z. B. in einem Quadrat – wie in Ausführungsform 400G dargestellt; in Form eines verschobenen Rechtecks, z. B. in einem verschobenen Quadrat – wie in Ausführungsform 400H dargestellt; oder einer Kombination davon angeordnet werden. Die Kontaktöffnungen mit einer Kreuzform können so angeordnet sein, dass ein Abstand im Bereich von etwa 0,5 mm bis etwa 2,0 mm in Bezug auf den Rand des Solarzellenwafersubstrats 208 ausgebildet wird. Die Kontaktöffnungen 202 in Form von Punkten, Kreisen, Ovalen oder Ringen können auf periodische oder aperiodische Weise verteilt oder strukturiert werden, z. B. statistisch verteilt. In einer Ausführungsform können die Kontaktöffnungen 202 in Form von Punkten, Kreisen, Ovalen oder Ringen an Schnittpunkten von Penrose Parkettierung ausgebildet werden.
Die Kontaktöffnungen 202 der Anordnung der Kontaktöffnungen können getrennt werden, z. B. wie in den Ausführungsformen 400G, 400M dargestellt; oder verbunden werden, z. B. wie in den Ausführungsformen 400K, 200A dargestellt.
Um eine redundante Anordnung der Kontaktöffnungen auf der Rückseite einer Solarzelle zu schaffen, wie oben beschrieben, kann das gemeinsame PERC-Kontaktöffnungs-Verfahren modifiziert werden, indem die Kontaktöffnungslinien 202 durch den Laser in einem Winkel, z. B. in einer 45° schraffierten-Anordnung, ausgeschnitten werden. Der Linienabstand kann optimiert werden, um die Widerstandsverluste zu reduzieren, die Passivierung der Rückseite und die Werkzeugkapazität zu maximieren. Die oben beschriebenen Kontaktöffnungen und/oder Anordnungen der Kontaktöffnungen können ein lineares Risswachstum im Solarzellenwafersubstrat 208 unterdrücken, da ihre Ausrichtung, Wiederholung und/oder Periodizität (und damit deren mechanisches Spannungsfeld) von der Hauptrichtung des Risswachstums zur {111} Richtung des Solarzellenwafersubstrats 208 umgeleitet wird. Dies kann die Stabilität der dünnen Solarzellen und quasi-monokristallinen PERC-Solarzellen erhöhen, da die Hauptrichtung des Risswachstums in diesen Solarzellen parallel zur Erstrekung der Lötpads und Kontaktöffnungsleitungen 202 ausgerichtet ist. Die aperiodische Anordnung der Kontaktöffnungen und/oder Kontaktöffnungen 202, z. B. Penrose Parkettierung oder statistische Formen und Anordnungen, können isotrop mechanische Spannungen verteilen. Ferner können periodische Anordnungen der Kontaktöffnungen und/oder Kontaktöffnungen 202, die sich in einem Winkel in Bezug auf die Kristallorientierung der ebenen Oberfläche des Solarzellenwafersubstrats erstrecken, auch isotrop mechanische Spannungen verteilen. Ein Riss 402 kann sich in Solarzellen mit einer oben beschriebenen Kontaktstruktur nur über eine kurze Strecke in die {111} Richtung ausbreiten, bis er das querliegende Spannungsfeld einer Kontaktöffnung 202 erreicht. Das querliegende Spannungsfeld kann den Riss aus der Ausbreitungsrichtung umleiten und seine weitere Ausbreitung stoppen. Eine aperiodische Anordnung der Kontaktöffnungen mit der Flächenabdeckung einer Seite der Solarzelle, z. B. Penrose-Parkettierungförmig, kann isotrop die mechanische Spannung in einem ebenen Bereich der Solarzelle verteilen. Somit können diese Anordnungen von Kontaktöffnungen frei von linearen Spannungslinien oder sich periodisch wiederholenden Spannungspunkten sein, die mit dem Risswachtum der Solarzellen entsprechen. Ein Riss 402 kann deshalb bei der Ausbreitung entlang der Spannungsspitzen in der Metallisierung oder entlang der Hauptrichtung des Risswachstums des Solarzellenwafersubstrats verhindert werden. Eine solche Ausbreitung würde eine Änderung der Richtung des Risswachstums verlangen. Daher wird das Risswachstum verringert und die Stabilität in der Solarzelle erhöht.
In verschiedenen Ausführungsformen werden die Kontaktöffnungen 202 und/oder die Anordnung der Kontaktöffnungen so ausgebildet, dass die Zahl der Strukturen reduziert wird, die eine ungehinderte Ausbreitung von Rissen im Solarzellenwafersubstrat 208 ermöglichen. Diese Strukturen können eine periodisch wiederholende Struktur; einen spitzen Winkel; oder kontinuerliche Kontaktöffnungslinien, die parallel zu der Kristallrichtung verlaufen, z. B. die Hauptrichtung des Risswachstums (die {111} Richtung im Silizium); aufweisen. Dies kann durch eine Abweichung von der Symmetrie der Metallisierungsstrukturen hinsichtlich der Kristallsymmetrie des Solarzellenwafersubstrats realisiert werden.
In verschiedenen Ausführungsformen werden die Kontaktstrukturen beschrieben, die die Stabilität von Solarzellen und Solarzellenmodulen erhöhen.
In verschiedenen Ausführungsformen kann eine Solarzelle ein Solarzellenwafersubstrat aus Silizium mit einem großen Anteil von monokristallinen Struktur mit einer {111} Kristallebene, die parallel zu einer Waferkante verlaüft; eine dielektrische Schicht, die über dem Solarzellenwafersubstrat angeordnet ist; eine Vielzahl von Kontaktöffnungen, die sich durch die dielektrische Schicht zum Solarzellenwafersubstrat erstrecken; eine Vielzahl von Metallkontakten, die in der Vielzahl von Kontaktöffnungen ausgebildet sind; und eine Metallschicht, die über der dielektrischen Schicht angeordnet ist, umfassen; wobei die Metallschicht elektrisch mit dem Solarzellenwafersubstrat mittels der Vielzahl von Metallkontakten gekoppelt ist; wobei mindestens eine Kontaktöffnung der Vielzahl von Kontaktöffnungen sich nicht parallel zur {111} Kristallebene erstreckt.
In verschiedenen Ausführungsformen kann die dielektrische Schicht über der Rückseite des Solarzellenwafersubstrats, z. B. als Teil der Rückseite der Kontaktstruktur des Solarzellenwafersubstrats angeordnet sein. In verschiedenen Ausführungsformen kann die dielektrische Schicht über der Vorderseite des Solarzellenwafersubstrats, z. B. als Teil der Vorderseite der Kontaktstruktur des Solarzellenwafersubstrats angeordnet sein.
In verschiedenen Ausführungsformen kann das Solarzellenwafersubstrat mindestens eines von monokristallinem Siliziumsubstrat und eines quasi-monokristalline Siliziumsubstrat umfassen. In verschiedenen Ausführungsformen kann das Solarzellenwafersubstrat eines der folgenden Materialien: Indium, Gallium, Arsen, Phosphor, Bor, Kohlenstoff umfassen oder daraus ausgebildet werden.
In verschiedenen Ausführungsformen kann das Solarzellenwafersubstrat eine {100}, {110} oder {111} Kristallorientierung umfassen. Die Kristallorientierung der ebenen Oberfläche des Solarzellenwafersubstrats kann {100}, {110} oder {111} sein.
In verschiedenen Ausführungsformen kann sich wenigstens eine Kontaktöffnung der Vielzahl von Kontaktöffnungen in einem Winkel in Bezug auf einen Rand des Solarzellenwafersubstrats, z. B. in Bezug auf die Kristallrichtung der ebenen Oberfläche des Solarzellenwafersubstrats oder in Bezug auf die Richtung des Risswachstums im Solarzellenwafersubstrat erstrecken. In verschiedenen Ausführungsformen können sich wenigstens zwei Kontaktöffnungen der Vielzahl von Kontaktöffnungen in einem Winkel in Bezug zueinander und/oder zu einem Rand des Solarzellenwafersubstrats erstrecken. Die Richtung des Risswachstums im Solarzellenwafersubstrat ist eine Richtung innerhalb des Solarzellenwafersubstrats, die die mechanische Spannung oder Streß des Substrats durch die Rissbildung Rissen entlang dieser Richtung freisetzen kann. Die Hauptrichtung des Risswachstums im Silizium ist die {111} Richtung. Die Ertreekung kann von der Art her die Orientierung und/oder die Form der Kontaktöffnungen der Vielzahl von Kontaktöffnungen sein.
In verschiedenen Ausführungsformen kann wenigstens eine Kontaktöffnung der Vielzahl von Kontaktöffnungen eine Kontaktlinie ausbilden. In verschiedenen Ausführungsformen kann wenigstens eine Kontaktöffnung der Vielzahl von Kontaktöffnungen eine kontinuerliche, unterbrochene oder gepunktete Kontaktlinie ausbilden. Die Kontaktlinie kann sich in einem Winkel von etwa 45° in Bezug auf den Rand des Solarzellenwafersubstrats und/oder einer {111} Kristallebene erstrecken. Die Kontaktlinie kann mindestens einem Linienabschnitt mit einer Linienform gewählt aus den folgenden Linienformen: eine wellenlinienform, eine kreislinienform und eine Polygon-Linienform umfassen. Diese Kontaktlinien können entweder mit einer flächendeckenden Metallisierung, z. B. eine flächendeckende Metallisierung der Rückseite oder dünne Metalllinien (Streifen) über der Oberseite der Kontaktöffnungen gepaart werden. In verschiedenen Ausführungsformen kann wenigstens eine Kontaktöffnung als eine aperiodische Struktur in der Passivierungsschicht oder im Solarzellensubstrat, z. B. ähnlich einem Mäander, in einer fraktalen oder zufälligen Form ausgebildet werden.
In verschiedenen Ausführungsformen kann wenigstens eine Kontaktöffnung der Vielzahl von Kontaktöffnungen vor dem Rand des Solarzellenwafersubstrats stoppen. Dies kann die Wahrscheinlichkeit des Eintritts eines Risses im Solarzellenwafersubstrat reduzieren. In verschiedenen Ausführungsformen kann die Vielzahl von Kontaktöffnungen vor dem Rand des Solarzellenwafersubstrats stoppen.
In verschiedenen Ausführungsformen wird mindestens eine Kontaktöffnung der Vielzahl von Kontaktöffnungen von einer Gräbenstruktur umgeben sein. Die Gräbenstruktur kann die Perlenbildung aus gebranntem Metall von den Kontaktöffnungen verhindern und somit kann die Stabilität der Solarzelle erhöhen. Der Gräbenstruktur kann als Nut, Rille, Graben, Loch oder als gerahmte Laserlinie ausgebildet sein. Die Gräbenstruktur kann als zusammengeführte Struktur ausgebildet sein, so dass das gebrannte Metall keine Perlen bilden, die in Bezug auf die Oberflächenebene der Passivierungsschicht; oder eine Schicht, die von Gräben umgeben ist, freigelegt werden. In einer Ausführungsform kann die Vielzahl von Kontaktöffnungen von einer einzelnen Gräbenstruktur umgeben sein. Die einzelne Gräbenstruktur kann die Enden von zwei oder mehr Kontaktöffnungen zusammenfügen. In einer Ausführungsform kann die Gräbenstruktur als rahmenförmige Kontaktöffnungsstruktur ausgebildet werden. In einer Ausführungsform kann die Vielzahl von Kontaktöffnungen von einer rahmenförmigen Öffnungsstruktur umgeben sein.
In verschiedenen Ausführungsformen kann die Metallschicht eine Vielzahl von Kontaktöffnungen der Vielzahl von Kontaktöffnungen abdecken. In verschiedenen Ausführungsformen kann die Metallschicht sich über eine Vielzahl von Kontaktöffnungen erstrecken.
In verschiedenen Ausführungsformen kann eine Solarzelle ein Solarzellenwafersubstrat aus Silizium mit einer Kristallorientierung; eine dielektrische Schicht, die über dem Solarzellenwafersubstrat angeordnet ist; eine Vielzahl von Kontaktöffnungen, die sich durch die dielektrische Schicht zum Solarzellenwafersubstrat erstrecken; eine Vielzahl von Metallkontakten, die in der Vielzahl von Kontaktöffnungen ausgebildet sind; und eine Metallschicht, die auf der dielektrischen Schicht angeordnet ist; umfassen; wobei die Metallschicht elektrisch mit dem Solarzellenwafersubstrat mittels der Vielzahl von Metallkontakten gekoppelt ist; wobei die Vielzahl von Kontaktöffnungen so angeordnet sind, dass sie die Anordnung der Kontaktöffnungen bilden, die sich in einem Winkel in Bezug auf die Kristallorientierung erstrecken.
In verschiedenen Ausführungsformen kann die Anordnung sich nicht parallel zu einer {111} Kristallebene erstrecken.
In verschiedenen Ausführungsformen kann die dielektrische Schicht über der Rückseite des Solarzellenwafersubstrats angeordnet sein, z. B. als Teil der Rückseite einer Kontaktstruktur eines Solarzellenwafersubstrats. In verschiedenen Ausführungsformen kann die dielektrische Schicht über der Vorderseite des Solarzellenwafersubstrats angeordnet sein, z. B. als Teil der Vorderseite einer Kontaktstruktur eines Solarzellenwafersubstrats.
In verschiedenen Ausführungsformen kann das Solarzellenwafersubstrat mindestens eines von monokristalline Siliziumsubstrat und eines quasi-monokristalline Siliziumsubstrat umfassen. In verschiedenen Ausführungsformen kann das Solarzellenwafersubstrat eines der folgenden Materialien: Indium, Gallium, Arsen, Phosphor, Bor, Kohlenstoff umfassen; oder daraus gebildet werden.
In verschiedenen Ausführungsformen kann das Solarzellenwafersubstrat eine {100}, {110} oder {111} Kristallorientierung umfassen. Die Kristallorientierung der ebenen Oberfläche des Solarzellenwafersubstrats kann {100}, {110} oder {111} sein.
In verschiedenen Ausführungsformen kann die Anordnung der Kontaktöffnungen sich in einem Winkel in Bezug auf den Rand des Solarzellenwafersubstrats erstreken. Die Erstrekung kann von der Art der Ausrichtung und/oder der Form der Anordnung der Kontaktöffnungen sein.
In einem Aspekt erstreckt sich die Anordnung der Kontaktöffnungen in einem Winkel in Bezug auf den Rand des Solarzellenwafersubstrats, z. B. in Bezug auf die Kristallrichtung der ebenen Oberfläche des Solarzellenwafersubstrats oder in Bezug auf eine Richtung des Risswachstums im Solarzellenwafersubstrat. Die Anordnung der Kontaktöffnungen kann eine Kontaktlinienanordnung bilden. Die Anordnung der Kontaktöffnungen, z. B. die Anordnung der Kontaktlinien kann sich in einem Winkel von etwa 45° in Bezug auf den Rand des Solarzellenwafersubstrats erstreken. In verschiedenen Ausführungsformen kann die Anordnung der Kontaktlinien mindestens zwei Kontaktlinien umfassen, die sich in einem Winkel zueinander und/oder zum Rand des Solarzellenwafersubstrats kreuzen.
In verschiedenen Ausführungsformen kann die Anordnung der Kontaktlinien eine aperiodische Anordnung bilden. Die aperiodische Anordnung kann eine aperiodische Verteilung der Kontaktöffnungen umfassen. Diese aperiodische Anordnung und/oder Kontaktöffnungsformen können die mechanischen Spannungen homogen in verschiedene Richtungen verteilen oder sie können die Spannungsfelder, die nicht-parallel zu mindestens einer bevorzugten Richtung des Risswachstums im Solarzellenwafersubstrat verlaufen, erzeugen. In verschiedenen Ausführungsformen kann die Anordnung der Kontaktlinien eine aperiodische Anordnung der Kontaktöffnungen bilden. In verschiedenen Ausführungsformen können die Kontaktöffnungen als aperiodische Gitter in der Passivierungsschicht; oder im Solarzellensubstrat, z. B. Penrose Parkettierung oder eine statistische Verteilung ausgebildet werden. Die Anordnung der Kontaktöffnungen kann in kontunuerlichen Linien, Netzen, Gittern und/oder diskontinuierlichen Linien ausgebildet werden. In verschiedenen Ausführungsformen kann die Anordnung der Kontaktöffnungen ringförmige Kontaktöffnungen umfassen. Die Kontaktöffnungen können voneinander isoliert ausgebildet werden. Berührungslosen oder mechanische nicht-wechselwirkende Kontaktöffnungen können eine punktweise Übertragung von Spannung oder Streß im Solarzellensubstratwafer verhindern. Darüber hinaus können aperiodische Anordnungen eine statistisch lokale parallele Ausrichtung zur eine Kristallorientierung eines multikristallinen Substrats, z. B. {111} Richtung des kristallinen Solarzellenwafersubstrats verhindern.
In verschiedenen Ausführungsformen kann die Anordnung der Kontaktlinien eine periodische Anordnung bilden. Die periodische Anordnung kann eine periodische Verteilung der Kontaktöffnungen umfassen.
In verschiedenen Ausführungsformen kann die Anordnung der Kontaktöffnungen, z. B. die Anordnung der Kontaktlinien mindestens einem Linienabschnitt mit eine Linienform gewählt aus einer der folgenden Anordnungen von Linienformen: eine Anordnung einer Wellenlinienform; eine Anordnung in kreislinienform; eine Anordnung in Polygon-Linienform; eine Anordnung in gestrichelter Linienform, eine Anordnung in Kreuzlinienform; und eine Anordnung in gepunkteter Linienform umfassen. Diese Anordnungen der Kontaktlinien können entweder mit einer flächendeckenden Metallisierung, z. B. eine flächendeckende Rückseitenmetallisierung, oder dünne Metalllinien (Streifen) über der Oberseite der Kontaktöffnungen gepaart werden.
In verschiedenen Ausführungsformen kann die Anordnung der Kontaktöffnungen vor dem Rand des Solarzellenwafersubstrats stoppen. In einem Aspekt kann die Vielzahl von Kontaktöffnungen 202 vor dem Rand des Solarzellenwafersubstrats 208 stoppen.
In verschiedenen Ausführungsformen kann die Anordnung der Kontaktöffnungen von einer Gräbenstruktur umgeben sein.
In verschiedenen Ausführungsformen kann die Metallschicht eine Vielzahl von Kontaktöffnungen der Vielzahl von Kontaktöffnungen abdecken.
In verschiedenen Ausführungsformen ist eine Solarzelle vorgesehen. Die Solarzelle kann das Solarzellenwafersubstrat aus Silizium; eine dielektrische Schicht, die über der Rückseite des Solarzellenwafersubstrats angeordnet ist; eine Vielzahl von Kontaktöffnungen, die sich durch die dielektrische Schicht des Solarzellenwafersubstrat erstrecken; eine Vielzahl von Metallkontakten, die in der Vielzahl von Kontaktlinien ausgebildet sind; und eine Metallschicht, die über der dielektrischen Schicht angeordnet ist, umfassen; wobei die Metallschicht elektrisch mit dem Solarzellenwafersubstrat mittels der Vielzahl von metallischen Kontakten gekoppelt ist; wobei die Vielzahl von Kontaktlinien so angeordnet sind, dass mindestens zwei Kontaktlinien sich kreuzen.
In verschiedenen Ausführungsformen können die mindestens zwei sich kreuzenden Kontaktlinien der Vielzahl von Kontaktlinien eine kontinuerliche, unterbrochene oder gepunktete Kontaktlinie bilden.
In verschiedenen Ausführungsformen kann das Solarzellenwafersubstrat aus kristallinem oder amorphem Substrat hergestellt werden.
In verschiedenen Ausführungsformen kann das Solarzellenwafersubstrat aus multikristallinem Silizium hergestellt werden.
In verschiedenen Ausführungsformen kann das Solarzellenwafersubstrat aus monokristallinem Silizium hergestellt werden.
Während die Erfindung insbesondere unter Bezugnahme von spezifischen Ausführungsformen gezeigt und beschrieben wurde, sollte der Fachmann verstehen, dass verschiedene Änderungen in Form und Detail vorgenommen werden können, ohne vom Sinn und Umfang der Erfindung, wie in den beigefügten Ansprüchen beschrieben ist, abzuweichen. Der Umfang der Erfindung wird daher durch die beigefügten Ansprüche angezeigt, und alle Änderungen, die innerhalb der Bedeutung und des Bereichs der Äquivalenz der Ansprüche fallen, sollen daher angenommen werden.

Claims

Eine Solarzelle, umfassend: – ein Solarzellewafersubstrat aus Silizium, das überwiegend eine monokristalline Struktur mit einer {111} Kristallebene parallel zu einer Waferkante aufweist; – eine dielektrische Schicht, die über der Rückseite des Solarzellenwafersubstrats angeordnet ist; – eine Vielzahl von Kontaktöffnungen, die sich durch die dielektrische Schicht bis zum Solarzellenwafersubstrat erstrecken; – eine Vielzahl von Metallkontakten, die in einer Vielzahl von Kontaktöffnungen ausgebildet sind; und – eine Metallschicht, die über der dielektrischen Schicht angeordnet ist; wobei die Metallschicht elektrisch mit dem Solarzellenwafersubstrat mittels der Vielzahl von Kontaktöffnungen gekoppelt ist; wobei mindestens eine Kontaktöffnung der Vielzahl von Kontaktöffnungen nicht parallel zur {111} Kristallebene verläuft.
Die Solarzelle nach Anspruch 1, wobei mindestens zwei Kontaktöffnungen der Vielzahl von Kontaktöffnungen in einem Winkel in Bezug zueinander und/oder zu einem Rand des Solarzellenwafersubstrats verlaufen.
Die Solarzelle nach Anspruch 1, wobei mindestens eine Kontaktöffnung der Vielzahl von Kontaktöffnungen eine kontinuerliche, unterbrochene oder gepunktete Kontaktlinie ausbildet.
Die Solarzelle nach Anspruch 1, wobei die Kontaktlinie in einem Winkel von etwa 45° zur {111} Kristallebene verläuft.
Die Solarzelle nach Anspruch 1, wobei die Kontaktlinie mindestens einem Linienabschnitt mit einer Linienform umfasst, die aus einer Gruppe der Linienformen: – eine wellenförmige Linie; – eine kreisförmige Linie, und – eine polygonförmige Linie gewählt ist.
Die Solarzelle nach Anspruch 1, wobei die Metallschicht sich über die Vielzahl von Kontaktöffnungen erstreckt.
Die Solarzelle nach Anspruch 1, wobei die Vielzahl von Kontaktöffnungen vor dem Rand des Solarzellewafersubstrats stoppt.
Die Solarzelle nach Anspruch 1, wobei die Vielzahl von Kontaktöffnungen von einer rahmenförmigen Öffnungsstruktur umgeben ist.
Die Solarzelle nach Anspruch 1, wobei die Vielzahl von Kontaktöffnungen so angeordnet sind, dass sie die Anordnung der Kontaktöffnungen bilden, die in einem Winkel in Bezug auf die {111} Kristallorientierung verläuft.
Die Solarzelle nach Anspruch 9, wobei die Anordnung der Kontaktlinien mindestens zwei Kontaktlinien umfasst, die sich in einem Winkel zueinander und/oder zum Rand des Solarzellenwafersubstrats hin kreuzen.
Die Solarzelle nach Anspruch 9, wobei die Anordnung der Kontaktlinien eine periodische Verteilung der Kontaktöffnungen ausbildet.
Die Solarzelle, umfassend: – ein Solarzellewafersubstrat aus Silizium; – eine dielektrische Schicht, die über die Rückseite des Solarzellenwafersubstrats angeordnet ist; – eine Vielzahl von Kontaktöffnungen, die sich durch die dielektrische Schicht bis zum Solarzellenwafersubstrats erstrecken; – eine Vielzahl von Metallkontakten, die in einer Vielzahl von Kontaktlinien ausgebildet sind; und – eine Metallschicht, die über der dielektrischen Schicht angeordnet ist; wobei die Metallschicht elektrisch mit dem Solarzellenwafersubstrat mittels der Vielzahl von Kontaktöffnungen gekoppelt ist; wobei die Vielzahl von Kontaktlinien so angeordnet sind, dass mindestens zwei Kontaktlinien sich kreuzen.
Die Solarzelle nach Anspruch 12, wobei die mindestens zwei sich kreuzenden Kontaktlinien der Vielzahl von Kontaktlinien eine kontinuerliche-, unterbrochene- oder gepunktete Kontaktlinie bilden.
Die Solarzelle nach Anspruch 12, wobei das Solarzellenwafersubstrat aus kristallinem oder amorphem Substrat hergestellt werden.
Die Solarzelle nach Anspruch 12, wobei das Solarzellenwafersubstrat aus multikristallinem Silizium hergestellt werden.
Die Solarzelle nach Anspruch 12, wobei das Solarzellenwafersubstrat aus monokristallinem Silizium hergestellt werden.