DE202015004065U1

DE202015004065U1 - Solarzellenanordnung

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Publication number: DE202015004065U1
Application number: DE202015004065.9U
Authority: DE
Original assignee: SolarWorld Innovations GmbH
Current assignee: SolarWorld Innovations GmbH
Priority date: 2015-06-09
Filing date: 2015-06-09
Publication date: 2015-07-30
Anticipated expiration: 2025-06-10
Also published as: DE102016206798A1; CN106252443A; CN106252443B; US20160365469A1

Abstract

Solarzellenanordnung (21) aus mehreren, in einem Halbleiterkörper (10) vorgesehenen bifazialen PERC-Solarzellen, welche miteinander mittels Zellverbinder (32) elektrisch leitend verbunden sind, wobei auf einer rückseitigen Oberfläche (12a) des Halbleiterkörpers (10) eine strukturierte Passivierungsschicht (18) aufgebracht ist, auf welcher den Halbleiterkörper (10) kontaktierende Stromsammelschienen (30) und Kontaktfinger (31) vorgesehen sind, wobei ein jeweiliger Zellverbinder (32) zumindest abschnittsweise entlang einer Längsausrichtung (X) zumindest einer Stromsammelschiene (30) verläuft und diese über eine Lötverbindung (34) an zumindest einer Lötkontaktfläche (33) elektrisch leitend kontaktiert, wobei eine laterale Breite (B2, B2a) einer Stromsammelschiene (30) zumindest abschnittsweise größer ist als eine laterale Breite (B3) des diese Stromsammelschiene (30) überdeckenden Zellverbinders (32).

Description

GEBIET DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Solarzellenanordnung.
TECHNISCHER HINTERGRUND
Die vorliegende Erfindung befindet sich im Umfeld so genannter bifazialer Solarzellen. Bifaziale Solarzellen sind Solarzellen, bei denen sowohl deren Vorderseite wie auch die Rückseite zur Stromerzeugung nutzbar sind. Solche Solarzellen kommen bevorzugt dann zum Einsatz, wenn die Solarzellenrückseite durch Streulicht beleuchtet wird und somit die Stromerzeugung aus Streulicht erzeugt.
PERC (Passivated Emitter and Rear Cell) bezeichnet eine neuartige Solarzellentechnologie, mit welcher deutlich höhere Wirkungsgrade erzielt werden können. Bei einer PERC-Solarzelle weist der Halbleiterkörper eine strukturierte Passivierungsschicht auf der Rückseite des Halbleiterkörpers auf, die dazu vorgesehen ist, Rekombinationsverluste am Rückseitenkontakt der Solarzelle zu verringern. Die dazugehörige Kontaktstruktur ist auf der Passivierungsschicht angeordnet und kontaktiert die rückseitige Oberfläche des Halbleiterkörpers in lokaler Weise über die in der Passivierungsschicht vorhandenen Kontaktöffnungen.
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Solarzellenanordnung mit einer solchen bifazialen PERC-Solarzellen-Topographie, welche z. B. in der DE 20 2015 101 360 U1 beschrieben ist.
Die rückseitige Kontaktstruktur wird über so genannte Zellverbinder an entsprechenden Lötkontaktflächen kontaktiert. Dabei können die Rückseitenkontakte bevorzugt als Aluminiumkontakte ausgebildet sein, welche vielfach als Aluminium-Paste im Siebdruckverfahren aufgetragen wird. Problematisch ist, dass diese Aluminium-Paste eine geringe Haftung zur Rückseiten-Passivierung von PERC-Solarzellen aufweist, da die Aluminium-Paste möglichst keine aggressiven Glasfritten enthalten sollte, um die Rückseiten-Passivierung nicht zu beeinträchtigen. Diese geringe Haftung der Aluminium-Paste wird zum Beispiel bei dem so genannten Bändchen-Abzugstest des Zellverbinders deutlich, bei welchem bei einem Abziehversuch des bändchenartigen Zellverbinders bisweilen ungewollt auch die Aluminium-Paste im Bereich der Stromsammelschiene mit abgezogen wird. Die Haftung der Aluminium-Paste der Stromsammelschiene zum Zellverbinder ist also größer als zur Passivierschicht. Im realen Betrieb der Solarzelle könnte dies dazu führen, dass im Falle mechanischer Belastungen, wie etwa Temperaturwechsel oder Wind- und Schneelasten, Rissbildung im Aluminiumkontakt der Stromsammelschiene oder der umgebenden Kontaktfinger entstehen, da der Zellverbinder und die Solarzelle bzw. die Aluminiumkontakte unterschiedliche Ausdehnungskoeffizienten besitzen. Die Risse bei den Kontaktfingern entstehen typischerweise parallel zur Stromsammelschiene.
Während bei monofazialen PERC-Solarzellen in einem solchen Fall der Stromtransport zur Lötkontaktfläche und anschließend in den Zellverbinder trotzdem gewährleistet wird, da der rückseitige Aluminiumkontakt ganzflächig ausgebildet ist und der Strom daher nach wie vor lateral frei fließen kann, ist dies bei bifazialen PERC-Solarzellen nicht mehr unbedingt gegeben. Bei bifazialen PERC-Solarzellen besteht vielmehr die Gefahr, dass bei einem Abreißen des Zellverbinders die damit verbundene Stromsammelschiene sowie einige der damit verbundenen Kontaktfinger mit abgerissen werden. Damit würden aber ganze Bereiche der Solarzelle nicht mehr elektrisch angeschlossen sein und könnten damit – insbesondere dauerhaft – nicht mehr zur Stromerzeugung beitragen.
Dies ist ein Zustand, den es zu vermeiden gilt.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Vor diesem Hintergrund liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine verbesserte bifaziale PERC-Solarzellenanordnung bereitzustellen.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch eine Solarzellenanordnung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und 4 gelöst.
Demgemäß ist vorgesehen:

– Eine Solarzellenanordnung aus mehreren, in einem Halbleiterkörper vorgesehenen bifazialen PERC-Solarzellen, welche miteinander mittels Zellverbinder elektrisch leitend verbunden sind, wobei auf einer rückseitigen Oberfläche des Halbleiterkörpers eine strukturierte Passivierungsschicht aufgebracht ist, auf welcher den Halbleiterkörper kontaktierende Stromsammelschienen und Kontaktfinger vorgesehen sind, wobei ein jeweiliger Zellverbinder zumindest abschnittsweise entlang einer Längsausrichtung zumindest einer Stromsammelschiene verläuft und diesen über eine Lötverbindung an zumindest einer Lötkontaktfläche elektrisch leitend kontaktiert, wobei eine laterale Breite einer Stromsammelschiene zumindest abschnittsweise größer ist als eine laterale Breite des diese Stromsammelschiene überdeckenden Zellverbinders.
– Eine Solarzellenanordnung aus mehreren, in einem Halbleiterkörper vorgesehenen bifazialen PERC-Solarzellen, welche miteinander mittels Zellverbinder elektrisch leitend verbunden sind, wobei auf einer rückseitigen Oberfläche des Halbleiterkörpers eine strukturierte Passivierungsschicht aufgebracht ist, auf welcher den Halbleiterkörper kontaktierende Stromsammelschienen, Redundanzfinger und Kontaktfinger vorgesehen sind, wobei ein jeweiliger Redundanzfinger mehrere Kontaktfinger, vorzugsweise alle Kontaktfinger einer Solarzelle, miteinander elektrisch leitend verbindet und dazu ausgebildet ist, im Betrieb der Solarzelle den Strom zusätzlich oder ergänzend zu den Stromsammelschienen zu einer Lötkontaktfläche zu leiten, wobei ein jeweiliger Zellverbinder zumindest abschnittsweise entlang einer Längsausrichtung zumindest einer Stromsammelschiene verläuft und diesen über eine Lötverbindung an zumindest einer Lötkontaktfläche elektrisch leitend kontaktiert, wobei eine laterale Breite einer Stromsammelschiene zumindest abschnittsweise kleiner ist als eine laterale Breite des diese Stromsammelschiene überdeckenden Zellverbinders.

Die Idee der vorliegenden Erfindung besteht darin, die Stromsammelschienen einer bifazialen PERC-Solarzellenanordnung derart auszubilden, dass bei einem Abreißen eines Zellverbinders und damit einhergehend der entsprechenden, darunter liegenden Stromsammelschienen die Funktion der Solarzellenanordnung mehr oder weniger vollständig erhalten bleibt, sodass damit ein zuverlässiger Stromtransport der Kontaktfinger in die Lötkontaktflächen gewährleistet bleibt.
Gemäß einem ersten Erfindungsaspekt wird dies dadurch realisiert, dass die Stromsammelschiene im Mittel breiter als der Zellverbinder ausgebildet ist. Im Mittel bedeutet in diesem Zusammenhang, dass auch nach einem Abreißen Abschnitte vorhanden sein können, in denen der Zellverbinder breiter als die darunter liegende Stromsammelschiene ist, jedoch die Abschnitte, in denen die Stromsammelschiene breiter ist als der entsprechende Zellverbinder, insgesamt überwiegen. Bei einem Abreißen eines Zellverbinders würde aufgrund der im Mittel größeren Breite der Stromsammelschiene in diesem Falle immer ein Teil dieser Stromsammelschiene stehen bleiben und könnte damit weiterhin zum Stromtransport beitragen. Die größere Breite der rückseitigen Stromsammelschiene verringert zwar den Wirkungsgrad der bifazialen Solarzelle geringfügig, jedoch wird dies durch die dadurch gewonnene erhöhte Zuverlässigkeit in Kauf genommen.
Gemäß einem zweiten Erfindungsaspekt wird dies dadurch realisiert, dass die Stromsammelschiene schmaler als der Zellverbinder ausgebildet ist und zusätzliche Redundanzfinger mehr oder weniger parallel zu den Stromsammelschienen angeordnet sind. Würden bei einem Abreißen eines Zellverbinders z. B. mehrere Kontaktfinger von der Stromsammelschiene getrennt werden, könnte der Stromfluss dennoch über diese Redundanzlinien zu den Lötkontaktflächen abgeführt werden. Die rückseitigen Stromsammelschienen könnten so bezogen auf deren Fläche, im Hinblick auf den Wirkungsgrad bei gleichzeitig hoher Zuverlässigkeit optimiert werden
Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen ergeben sich aus den weiteren Unteransprüchen sowie aus der Beschreibung unter Bezugnahme auf die Figuren der Zeichnung.
In einer bevorzugten Ausgestaltung ist die Stromsammelschiene über deren gesamte Länge, also nicht nur abschnittsweise, breiter als die jeweiligen Zellverbinder. Die Stromsammelschiene ist dabei insbesondere auch im Bereich außerhalb der Lötkontaktflächen breiter als der Zellverbinder.
In einer bevorzugten Ausgestaltung ist zumindest ein Redundanzfinger je Solarzelle vorgesehen. Ein Redundanzfinger, der bisweilen auch als Redundanzlinie oder Redundanzsammelschiene bezeichnet wird, bezeichnet eine elektrisch leitende Kontaktstruktur, die mehrere Kontaktfinger, vorzugsweise alle Kontaktfinger einer Solarzelle, miteinander elektrisch leitend verbindet und die zudem dazu ausgebildet ist, im Betrieb der Solarzelle zusätzlich oder ergänzend zu den Stromsammelschienen den Strom zu einer Lötkontaktfläche zu leiten. Ein solcher Redundanzfinger bildet damit gewissermaßen eine redundante Stromsammelschiene, ohne aber – wie etwa die Stromsammelschiene – über Lötkontakte elektrisch kontaktiert zu werden und über diese Lötkontaktflächen direkt mit den Zellverbindern verbunden zu sein. Diese Redundanzfinger verbessern die Zuverlässigkeit der Solarzellenanordnung zusätzlich.
In einer bevorzugten Ausgestaltung ist die Stromsammelschiene zumindest im Bereich der Lötkontaktflächen aufgeweitet. Insbesondere ist es vorteilhaft, wenn die laterale Breite einer Stromsammelschiene entlang deren Längsausrichtung zu einer solchen aufgeweiteten Lötkontaktfläche kontinuierlich zunimmt. Dies trägt der höheren Stromdichte im Bereich der Lötkontaktfläche Rechnung. Zudem reduziert diese Maßnahme aufgrund der schmaleren Stromsammelschiene außerhalb der Lötkontaktfläche sowohl die dortigen Abschattungsverluste als auch den Materialverbrauch für die dortige Stromsammelschiene.
In einer bevorzugten Ausgestaltung sind die Stromsammelschienen entlang deren gesamten Längsausrichtung, also auch im Bereich der Lötkontaktflächen, konstant breit.
In einer bevorzugten Ausgestaltung ist ein Redundanzfinger zumindest abschnittsweise entlang deren Längsausrichtung einer Stromsammelschiene angeordnet. Vorzugsweise ist ein Redundanzfinger vollständig parallel zu einer Stromsammelschiene angeordnet und kontaktiert damit die entsprechende Stromsammelschiene nicht direkt, sondern nur indirekt über die Kontaktfinger.
In einer bevorzugten Ausgestaltung sind mehrere Redundanzfinger je Solarzelle vorgesehen, die im Wesentlichen parallel zueinander verlaufen. Dadurch wird die Zuverlässigkeit zusätzlich gesteigert und die Leitungsverluste werden verringert. Zudem kann auf diese Weise die Fläche von Redundanzfinger und Stromsammelschienen im Hinblick auf den Wirkungsgrad bei gleichzeitig hoher Zuverlässigkeit optimiert werden.
In einer bevorzugten Ausgestaltung weist ein Redundanzfinger zumindest einen Verbindungsabschnitt auf, über welchen der Redundanzfinger mit der Stromsammelschiene elektrisch leitend verbunden ist. Vorzugsweise ist dieser Redundanzfinger im Bereich der Lötkontaktfläche mit der Stromsammelschiene elektrisch leitend verbunden. Im Falle eines Ausfalls oder Abrisses einer oder mehrerer Kontaktfinger wird aufgrund dieses direkten Kontaktes dennoch gewährleistet, dass der von diesen Kontaktfingern gesammelte Strom über die Redundanzfinger dennoch zur Stromerzeugung beiträgt. Vorzugsweise führt ein Redundanzfinger im Bereich des Verbindungsabschnitts radial, d. h. auf direktem Weg, zu der Stromsammelschiene bzw. deren Lötkontaktfläche hin. Besonders bevorzugt ist es, wenn ein Redundanzfinger im Bereich des Verbindungsabschnitts in einem Bogen, also gekrümmt, zu der Stromsammelschiene bzw. der Lötkontaktfläche hinführt. Der Redundanzfinger kann auf diese Weise eine größere Anzahl an Kontaktfingern miterfassen.
In einer bevorzugten Ausgestaltung ist zumindest ein Redundanzfinger vorgesehen, der zwischen einer Stromsammelschiene und einem Zellrand einer jeweiligen Solarzelle angeordnet ist. In diesem Fall wäre ein Ausfallen oder Abreißen der Verbindung von Kontaktfingern zur Stromsammelschiene am gravierendsten, da damit der Strom nicht durch eine andere benachbarte Stromsammelschiene aufgefangen werden könnte. Mittels der Redundanzfinger wird dies effektiv verhindert.
In einer bevorzugten Ausgestaltung weist eine Stromsammelschiene entlang deren Längsausrichtung mehrere Lötkontaktflächen zur elektrischen Kontaktierung der Zellverbinder auf. Dadurch werden die Stromdichten entlang der Stromsammelschiene gleichmäßiger verteilt und Leitungsverluste verringert.
In einer bevorzugten Ausgestaltung ist zumindest eine Stromsammelschiene zwischen zwei Lötkontaktflächen zumindest abschnittsweise ausgespart und/oder unterbrochen. Zusätzlich sind dabei die Redundanzfinger dazu ausgebildet und derart angeordnet, um den Stromtransport zu den Lötkontaktflächen zumindest teilweise, insbesondere vollständig, zu übernehmen.
Stromsammelschienen aus Aluminium lassen sich besonders kostengünstig herstellen, beispielsweise mittels einer Aluminium-Paste. Allerdings weist Aluminium eine geringe Haftung auf der Passivierung auf. Dieser geringen Hafteigenschaften wirkt nun die vorliegende Erfindung besonders effektiv entgegen. Die vorliegende Erfindung ist daher besonders vorteilhaft bei Stromsammelschienen aus Aluminium oder einer Aluminium enthaltenden Legierung.
In einer bevorzugten Ausgestaltung weist die Lötkontaktflächen ein lötbares Metall auf. Vorzugsweise ist das lötbare Metall Silber oder eine Silber aufweisende Legierung.
Vorteilhafterweise werden die Stromsammelschienen und/oder Redundanzfinger und/oder Kontaktfinger zumindest teilweise, insbesondere vollständig, mittels eines Siebdruckverfahrens und/oder Extrusionsdruckverfahrens und/oder Ink-Jet-Verfahrens und/oder Plating-Verfahrens auf die Solarzelle aufgebracht. Die Verwendung derartiger Verfahren hat sich als besonders effizient und kostengünstig erwiesen.
In einer bevorzugten Ausgestaltung weist zumindest ein Redundanzfinger eine zu den Lötkontaktflächen hin zunehmende Breite aufweist.
Die obigen Ausgestaltungen und Weiterbildungen lassen sich, sofern sinnvoll, beliebig miteinander kombinieren. Weitere mögliche Ausgestaltungen, Weiterbildungen und Implementierungen der Erfindung umfassen auch nicht explizit genannte Kombinationen von zuvor oder im Folgenden bezüglich der Ausführungsbeispiele beschriebenen Merkmalen der Erfindung. Insbesondere wird dabei der Fachmann auch Einzelaspekte als Verbesserungen oder Ergänzungen zu der jeweiligen Grundform der vorliegenden Erfindung hinzufügen.
INHALTSANGABE DER ZEICHNUNG
Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend anhand der in den schematischen Figuren der Zeichnungen angegebenen Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigen dabei:
1 eine Querschnittsdarstellung einer erfindungsgemäßen bifazialen PERC-Solarzellenanordnung;
2 ausschnittsweise eine Draufsicht auf die Rückseite einer erfindungsgemäßen PERC-Solarzelle gemäß einem ersten, allgemeinen Ausführungsbeispiel;
3–9 ausschnittsweise Draufsichten auf die Rückseite einer erfindungsgemäßen PERC-Solarzelle gemäß weiteren Ausführungsbeispielen.
Die beiliegenden Zeichnungen sollen ein weiteres Verständnis der Ausführungsformen der Erfindung vermitteln. Sie veranschaulichen Ausführungsformen und dienen im Zusammenhang mit der Beschreibung der Erklärung von Prinzipien und Konzepten der Erfindung. Andere Ausführungsformen und viele der genannten Vorteile ergeben sich im Hinblick auf die Zeichnungen. Die Elemente der Zeichnungen sind nicht notwendigerweise maßstabsgetreu zueinander gezeigt.
In den Figuren der Zeichnung sind gleiche, funktionsgleiche und gleich wirkende Elemente, Merkmale und Komponenten – sofern nichts Anderes ausführt ist – jeweils mit denselben Bezugszeichen versehen.
DETAILLIERTERE BESCHREIBUNG DER FIGUREN
1 zeigt zunächst eine Querschnittsdarstellung einer erfindungsgemäßen bifazialen PERC-Solarzellenanordnung.
Mit Bezugszeichen 10 ist ein Halbleiterkörper, beispielsweise aus einkristallinem Silizium, bezeichnet. Der p-dotierte Halbleiterkörper 10 weist eine Vorderseite 11 und eine Rückseite 12 auf.
An der Vorderseite 11 ist ein n-dotierter Frontseitenemitter 13 im Halbleiterkörper 10 eingebracht, auf dem auf einer vorderseitigen Oberfläche 11a eine amorphe Siliziumnitridschicht 14 als Antireflexschicht aufgebracht ist. Ferner ist auf der Vorderseite 11 eine Frontseitenkontaktanordnung 15 vorgesehen. Die Frontseitenkontaktanordnung 15 umfasst eine Vielzahl von hier nicht näher dargestellten Stromsammelschienen, Zellverbindern und Kontaktfingern. Die Frontseitenkontaktanordnung 15 ist über Öffnungen 16 in der Siliziumnitridschicht 14 mit dem Frontseitenemitter 13 verbunden. Für eine gute elektrisch leitende Verbindung weist der Frontseitenemitter 13 im Bereich unterhalb der Öffnungen 16 hochdotierte n-Kontaktbereiche 17 auf.
An der Rückseite 12 ist eine großflächige Passivierungsschicht 18 auf den Halbleiterkörper 10 aufgebracht. Diese Passivierungsschicht 18 ist dazu vorgesehen, Rekombinationsverluste am Rückseitenkontakt der Solarzelle zu verringern. Die dazugehörige Aluminium-Kontaktstruktur 19 ist auf der Passivierungsschicht 18 aufgebracht und kontaktiert die rückseitige Oberfläche 12a des Halbleiterkörpers in lokaler Weise, indem sie sich durch in der Passivierungsschicht 18 vorhandene Kontaktöffnungen 20 hindurch bis an die Oberfläche 12a erstreckt. Diese Aluminium-Kontaktstruktur 19 umfasst eine Vielzahl von hier nicht näher dargestellten Stromsammelschienen, Zellverbindern, Kontaktfingern, etc., deren genaue Anordnung nachfolgend anhand der 2 bis 8 noch detailliert erläutert wird. Für eine gute elektrisch leitende Verbindung können die Bereiche unterhalb der Kontaktöffnungen 20 lokal diffundierte, hochdotierte p-Kontaktbereiche (nicht gezeigt) aufweisen.
Der besseren Übersichtlichkeit halber ist die genaue Ausgestaltung der Emitterstrukturen und dergleichen in 1 nicht näher dargestellt, da diese nicht den Kerngedanken der vorliegenden Erfindung darstellen.
2 zeigt ausschnittsweise eine Draufsicht auf die Rückseite einer PERC-Solarzelle einer erfindungsgemäßen PERC-Solarzellenanordnung gemäß einem ersten, allgemeinen Ausführungsbeispiel. Die PERC-Solarzellenanordnung ist hier mit Bezugszeichen 21 bezeichnet.
Auf der Rückseite des Halbleiterkörpers ist eine Aluminium-Kontaktstruktur vorgesehen, die in an sich bekannter Weise Stromsammelschienen 30 und Kontaktfinger 31 aufweist.
Die Kontaktfinger 31 sind im gezeigten Beispiel im Wesentlichen parallel zueinander angeordnet und bilden einen direkten Metall-Halbleiter-Kontakt zu der rückseitigen Oberfläche des Halbleiterkörpers aus. Diese Kontaktfinger 31 dienen der Aufnahme von Ladungsträgern, die bei einfallendem Licht aufgrund des photovoltaischen Effektes im Halbleiterkörper erzeugt werden.
Jeder der Kontaktfinger 31 ist mit zumindest einer Stromsammelschiene 30 elektrisch leitend verbunden. Diese Stromsammelschienen 30, die häufig auch als Busbar bezeichnet werden und in der Regel auch parallel zueinander angeordnet sind, sind im gezeigten Beispiel nichtmit der rückseitigen Oberfläche des Halbleiterkörpers kontaktiert. Es ist aber ebenso gut möglich, auch unter den Stromsammelschienen die Passivierungsschicht zu öffnen, so dass diese über einen Metall-Halbleiter-Kontakt direkt mit der rückseitigen Oberfläche des Halbleiterkörpers verbunden sind und somit ebenfalls der Aufnahme von Ladungsträgern aus dem Halbleiterkörper dienen. Die Stromsammelschienen 30 nehmen auch den über die verschiedenen Kontaktfinger 31 aufgenommenen Ladungsstrom auf. Die Stromsammelschienen 30 und Kontaktfinger 31 dienen somit dem Sammeln und Zusammenführen der im Halbleiterkörper 10 generierten Ladungsträger.
Um die so gesammelten Ladungsträger abzuleiten und darüber hinaus auch ein Verschalten von verschiedenen Solarzellen zu ermöglichen, sind so genannte Zellverbinder 32, die häufig auch als Serienverbinder bezeichnet werden, vorgesehen. Diese Zellverbinder 32, die typischerweise nicht Bestandteil der eigentlichen Solarzelle, sondern des Solarmoduls sind, sind zumindest teilweise auf den Stromsammelschienen 30 angeordnet und mit diesen stoffschlüssig verbunden. Beispielsweise können diese Zellverbinder 32 für die stoffschlüssige Verbindung auf der jeweiligen Stromsammelschiene 30 aufgelötet, aufgeklebt oder aufgepresst sein.
Zur Bereitstellung eines definierten elektrischen Kontakts umfasst eine Stromsammelschiene 30 zumindest eine Lötkontaktfläche 33. Dabei ist der Zellverbinder 32 an der Lötkontaktfläche 33 mit der jeweiligen Stromsammelschiene 30 über eine Lötverbindung 34 elektrisch leitend verbunden.
Im gezeigten Beispiel sind die Zellverbinder 32 entlang derselben Längsrichtung X der Stromsammelschienen 30 und unmittelbar oberhalb der Stromsammelschienen 30 angeordnet. Die Kontaktfinger 31 sind demgegenüber im gezeigten Beispiel orthogonal zu den Stromsammelschienen 30 entlang einer Richtung Y ausgerichtet.
Ein jeweiliger Kontaktfinger 31 weist eine Breite B1 und einen Abstand A1 zu einem benachbarten Kontaktfingern 16 auf. Erfindungsgemäß ist die Breite B2 einer Stromsammelschiene 30 im gezeigten Beispiel entlang der gesamten Längsrichtung X breiter als die Breite B3 eines darauf angeordneten Zellverbinders 33.
Als Material für die Kontaktfinger 31 und Stromsammelschienen 30 können vergleichsweise kostengünstige Materialien, wie Aluminium, Nickel und dergleichen, oder vergleichsweise hochleitende Materialien, wie etwa Silber, verwendet werden. Als Lötverbindung 34 wird vorzugsweise ein gut lötbares Material, wie etwa Silber oder eine geeignete Silber-Legierung, verwendet.
Die Kontaktfinger 31 und Stromsammelschienen 30 werden in der Regel durch eine im Siebdruckverfahren aufgetragene streifenförmige Leitpaste, z. B. Aluminium-Leitpaste und Sintern dieser aufgetragenen Leitpaste hergestellt. Alternativ kann auch ein Extrusionsverfahren eingesetzt werden. Die Zellverbinder 32 werden in der Regel durch punktuelles Auflöten im Bereich der Lötverbindung 34 auf die Stromsammelschiene 30 aufgebracht.
Die 3 und 4 zeigen ausschnittsweise Draufsichten auf die Rückseite einer erfindungsgemäßen PERC-Solarzelle gemäß zwei weiteren Ausführungsbeispielen. Im Unterschied zum Ausführungsbeispiel in 2 ist die Stromsammelschiene 30 hier im Bereich der Lötkontaktfläche 33 aufgeweitet. In diesem aufgeweiteten Bereich 30a weist die Stromsammelschiene 30 eine größere Breite B2a auf als in den übrigen Bereichen 30b außerhalb der Lötkontaktfläche 33.
Im Beispiel der 3 ist der Übergang von dem Bereich 30b zu dem aufgeweiteten Bereich 30a gestuft.
Im Beispiel der 4 erfolgt demgegenüber von dem Bereich 30b bis zu dem aufgeweiteten Bereich 30a eine kontinuierliche Verbreiterung der Stromsammelschiene 30, während die Breite B2a im Bereich der Lötkontaktfläche 33 dann konstant bleibt.
5 zeigt eine ausschnittsweise Draufsicht auf die Rückseite einer erfindungsgemäßen PERC-Solarzelle gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel. Hier sind zwei parallel verlaufende Stromsammelschienen 30 gezeigt, welche über orthogonal dazu verlaufende Kontaktfinger 31 kontaktiert sind. Im Unterschied zum Ausführungsbeispiel in 3 sind hier jeweils vollständig parallel zu den Stromsammelschienen 30 verlaufende Redundanzfinger 35 vorgesehen, welche somit ebenfalls die Kontaktfinger 31 kreuzen und welche über diese Kontaktfinger 31 indirekt mit einer Stromsammelschiene 30 verbunden sind. Diese Redundanzfinger 35 sind dazu ausgebildet, im Betrieb der Solarzelle zusätzlich oder ergänzend zu den Stromsammelschienen den Strom zu den Lötkontaktflächen 33 zu leiten.
B4 bezeichnet die Breite eines Redundanzfingers 35. Die Redundanzfingers 35 können konstant breit sein oder auch variabel, z. B. eine zu den Lötkontaktflächen 33 hin zunehmende breite B4 (hier nicht gezeigt).
Die 6 und 7 zeigen ausschnittsweise Draufsichten auf die Rückseite einer erfindungsgemäßen PERC-Solarzelle gemäß zwei weiteren Ausführungsbeispielen. Im Unterschied zum Ausführungsbeispiel in 5 sind hier die Redundanzfinger 35 nicht vollständig parallel zu den Stromsammelschiene 30. Vielmehr weisen hier die Redundanzfinger 35 Abschnitte 35a auf, über welche die Redundanzfinger 35 direkt mit der jeweiligen Stromsammelschiene 30 und dabei insbesondere im Bereich der Lötkontaktflächen 33 verbunden sind.
Im Beispiel der 6 führt ein jeweiliger Redundanzfinger 35 im Abschnitt 35a direkt auf die Lötkontaktfläche 33 hin.
Im Beispiel der 7 führt ein jeweiliger Redundanzfinger 35 im Abschnitt 35a in einem Bogen, also gekrümmt auf die Lötkontaktfläche 33 hin.
8 zeigt eine ausschnittsweise Draufsicht auf die Rückseite einer erfindungsgemäßen PERC-Solarzelle gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel. Im Unterschied zu dem Ausführungsbeispiel in 2 ist hier die Breite B2 der Stromsammelschiene 30 kleiner als die Breite B3 des Zellverbinders 32, welcher hier zur besseren Übersichtlichkeit gestrichelt dargestellt ist. Im Ausführungsbeispiel in 8 übernehmen parallel verlaufenden Redundanzfinger 35 einen Teil der Stromsammelfunktion der Stromsammelschiene 30.
Ein weiteres, hier nicht gezeigtes Ausführungsbeispiel sieht vor, dass die Stromsammelschienen 35 vollständig unterbrochen sind oder zumindest ausgespart sind. Die Stromsammelfunktion wird hier weitgehend oder sogar komplett von den Redundanzfingern 35 übernommen.
9 zeigt eine ausschnittsweise Draufsicht auf die Rückseite einer erfindungsgemäßen PERC-Solarzelle gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel. Im Unterschied zu den vorstehenden Ausführungsbeispielen der 2 bis 8 wird hier auf eine Stromsammelschiene im herkömmlichen Sinn vollständige (oder etwa auch nur abschnittsweise) verzichtet. Die Stromsammelfunktion wird hier weitestgehend oder sogar komplett von den Redundanzfingern 35 übernommen, sodass keine oder nur abschnittsweise vorhandene Stromsammelschienen unter den Zellverbindern 32 vorgesehen sind.
Obwohl die vorliegende Erfindung anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele vorstehend vollständig beschrieben wurde, ist sie darauf nicht beschränkt, sondern auf vielfältige Art und Weise modifizierbar.
In den gezeigten Beispielen verlaufen sowohl die verschiedenen Kontaktfinger wie auch die verschiedenen Stromsammelschienen und/oder Redundanzfinger zueinander parallel, jedoch ist dies nicht zwingend erforderlich. Auch sind in den gezeigten Beispielen die Stromsammelschienen senkrecht zu den jeweiligen Kontaktfingern angeordnet, was jedoch auch nicht zwingend ist.
Insbesondere sei die Erfindung auch nicht auf die genannten Materialien beschränkt, auch wenn sie bisweilen, wie etwa die Verwendung von Aluminium, vorteilhaft sind.
In gleicher Weise sei die vorliegende Erfindung auch nicht auf die Verwendung von p- oder n-leitende Halbleitermaterialien bzw. p- oder n-Typ Solarzellen beschränkt. Es versteht sich von selbst, dass bei geeigneter Variation auch andere Leitungstypen und Dotierungskonzentrationen verwendet werden können.
Auch die angegebenen Herstellungsverfahren dienen lediglich der Erläuterung von Vorteilen bei der Herstellung, sollen die Erfindung allerdings nicht dahingehend beschränken.
Oberhalb und unterhalb bedeutet im Kontext der vorliegenden Erfindung weg von der jeweiligen Oberfläche des Halbleiterkörpers bzw. hin zur jeweiligen Oberfläche des Halbleiterkörpers. Die Breiten- und Abstandsangaben beziehen sich auf die Projektion der jeweiligen Draufsicht.
Bezugszeichenliste

10: Halbleiterkörper
11: Vorderseite
11a: vorderseitige Oberfläche
12: Rückseite
12a: rückseitige Oberfläche
13: Frontseitenemitter
14: Siliziumnitridschicht, Antireflexschicht
15: Frontseitenkontaktanordnung
16: Öffnung
17: Kontaktbereich
18: Passivierungsschicht
19: (Aluminium-)Kontaktstruktur
20: Kontaktöffnung
21: Solarzellenanordnung mit bifazialen PERC-Solarzellen
30: Stromsammelschiene, Busbar
30a: aufgeweiteter Bereich der Stromsammelschiene
30b: Bereich der Stromsammelschiene
31: Kontaktfinger
32: Zellverbinder, Serienverbinder
33: Lötkontaktfläche
34: Lötverbindung
35: Redundanzfinger
35a: Abschnitt des Redundanzfingers
X: Längsrichtung
Y: (zur Längsrichtung orthogonale) Richtung
A1: Abstand benachbarter Kontaktfinger
B1: Breite eines Kontaktfingers
B2: Breite einer Stromsammelschiene
B2a: aufgeweitete Breite einer Stromsammelschiene
B3: Breite eines Zellverbinders
B4: Breite eines Redundanzfingers

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 202015101360 U1 [0004]

Claims

Solarzellenanordnung (21) aus mehreren, in einem Halbleiterkörper (10) vorgesehenen bifazialen PERC-Solarzellen, welche miteinander mittels Zellverbinder (32) elektrisch leitend verbunden sind, wobei auf einer rückseitigen Oberfläche (12a) des Halbleiterkörpers (10) eine strukturierte Passivierungsschicht (18) aufgebracht ist, auf welcher den Halbleiterkörper (10) kontaktierende Stromsammelschienen (30) und Kontaktfinger (31) vorgesehen sind, wobei ein jeweiliger Zellverbinder (32) zumindest abschnittsweise entlang einer Längsausrichtung (X) zumindest einer Stromsammelschiene (30) verläuft und diese über eine Lötverbindung (34) an zumindest einer Lötkontaktfläche (33) elektrisch leitend kontaktiert, wobei eine laterale Breite (B2, B2a) einer Stromsammelschiene (30) zumindest abschnittsweise größer ist als eine laterale Breite (B3) des diese Stromsammelschiene (30) überdeckenden Zellverbinders (32).
Solarzellenanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Stromsammelschiene (30) über deren gesamte Länge breiter ist als der jeweilige Zellverbinder (32).
Solarzellenanordnung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Redundanzfinger (35) vorgesehen ist, welcher mehrere Kontaktfinger (31), vorzugsweise alle Kontaktfinger (31) einer Solarzelle, miteinander elektrisch leitend verbindet und welcher dazu ausgebildet ist, im Betrieb der Solarzelle zusätzlich oder ergänzend zu den Stromsammelschienen (30) den Strom zu einer Lötkontaktfläche (33) zu leiten.
Solarzellenanordnung (21) aus mehreren, in einem Halbleiterkörper (10) vorgesehenen bifazialen PERC-Solarzellen, welche miteinander mittels Zellverbinder (32) elektrisch leitend verbunden sind, wobei auf einer rückseitigen Oberfläche (12a) des Halbleiterkörpers (10) eine strukturierte Passivierungsschicht (18) aufgebracht ist, auf welcher den Halbleiterkörper (10) kontaktierende Stromsammelschienen (30), Redundanzfinger (35) und Kontaktfinger (31) vorgesehen sind, wobei ein jeweiliger Redundanzfinger (35) mehrere Kontaktfinger (31), vorzugsweise alle Kontaktfinger (31) einer Solarzelle, miteinander elektrisch leitend verbindet und dazu ausgebildet ist, im Betrieb der Solarzelle den Strom zusätzlich oder ergänzend zu den Stromsammelschienen (30) zu einer Lötkontaktfläche (33) zu leiten, wobei ein jeweiliger Zellverbinder (32) zumindest abschnittsweise entlang einer Längsausrichtung (X) zumindest einer Stromsammelschiene (30) verläuft und diese über eine Lötverbindung (34) an zumindest einer Lötkontaktfläche (33) elektrisch leitend kontaktiert, wobei eine laterale Breite (B2, B2a) einer Stromsammelschiene (30) zumindest abschnittsweise kleiner ist als eine laterale Breite (B3) des diese Stromsammelschiene (30) überdeckenden Zellverbinders (32).
Solarzellenanordnung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die laterale Breite (B2a) einer Stromsammelschiene (30) zumindest im Bereich (30a) der Lötkontaktflächen (33) aufgeweitet ist.
Solarzellenanordnung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die laterale Breite (B2, B2a) einer Stromsammelschiene (30) entlang deren Längsausrichtung (X) zu einer Lötkontaktfläche (33) hin kontinuierlich zunimmt.
Solarzellenanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die laterale Breite (B2) zumindest einer Stromsammelschiene (30) entlang deren gesamten Längsausrichtung (X) konstant ist.
Solarzellenanordnung nach einem der Ansprüche 3 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Redundanzfinger (35) zumindest abschnittsweise entlang deren Längsausrichtung (X) einer Stromsammelschiene (30) angeordnet ist und vorzugsweise vollständig parallel zu einer Stromsammelschiene (30) angeordnet ist.
Solarzellenanordnung nach einem der Ansprüche 3 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Redundanzfinger (35) je Solarzelle vorgesehen sind.
Solarzellenanordnung nach einem der Ansprüche 3 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass ein Redundanzfinger (35) zumindest einen Verbindungsabschnitt (35a) aufweist, über welchen der Redundanzfinger (35) mit der Stromsammelschiene (30), vorzugsweise im Bereich der Lötkontaktfläche (33), elektrisch leitend verbunden ist.
Solarzellenanordnung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Redundanzfinger (35) im Bereich des Verbindungsabschnitts (35a) radial und auf direktem Weg oder in einem Bogen zu der Stromsammelschiene (30) bzw. deren Lötkontaktfläche (33) hinführt.
Solarzellenanordnung nach einem der Ansprüche 3 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass ein Redundanzfinger (35) zwischen einer Stromsammelschiene (30) und einem Zellrand einer jeweiligen Solarzelle angeordnet ist.
Solarzellenanordnung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Stromsammelschiene (30) zur elektrischen Kontaktierung der Zellverbinder (32) entlang deren Längsausrichtung (X) mehrere Lötkontaktflächen (33) aufweist.
Solarzellenanordnung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine Stromsammelschiene (30) zwischen zwei Lötkontaktflächen (33) zumindest abschnittsweise ausgespart und/oder unterbrochen ist und dass die Redundanzfinger (35) dazu ausgebildet und derart angeordnet sind, um den Stromtransport zu den Lötkontaktflächen (33) zumindest teilweise, insbesondere vollständig, zu übernehmen.
Solarzellenanordnung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Stromsammelschienen (30) und/oder Redundanzfinger (35) und/oder Kontaktfinger (31) aus Aluminium oder einer Aluminium enthaltende Legierung bestehen.
Solarzellenanordnung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Lötkontaktflächen (33) und/oder die Lötverbindungen (34) ein lötbares Metall, insbesondere Silber, aufweisen.
Solarzellenanordnung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Stromsammelschienen (30) und/oder Redundanzfinger (35) und/oder Kontaktfinger (31) zumindest teilweise, insbesondere vollständig, durch ein Siebdruckverfahren und/oder Extrusionsdruckverfahren und/oder Inkjet-Verfahren und/oder Plating-Verfahren hergestellt sind.
Solarzellenanordnung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Redundanzfinger (35) eine zu den Lötkontaktflächen (33) hin zunehmende Breite (B4) aufweist.