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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Solarzelle, aufweisend ein Halbleitersubstrat mit einer ersten und zweiten Seite, eine im Bereich der ersten Seite des Halbleitersubstrats angeordnete und das Halbleitersubstrat kontaktierende erste Kontaktstruktur, eine auf der zweiten Seite des Halbleitersubstrats angeordnete Passivierungsschicht mit Öffnungen, und eine auf der Passivierungsschicht angeordnete zweite Kontaktstruktur, welche das Halbleitersubstrat über die Öffnungen der Passivierungsschicht lokal kontaktiert.
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Solarzellen werden dazu eingesetzt, um elektromagnetische Strahlungsenergie, insbesondere Sonnenlicht, in elektrische Energie umzuwandeln. Die Energieumwandlung basiert darauf, dass Strahlung in einer Solarzelle einer Absorption unterliegt, wodurch positive und negative Ladungsträger (Elektron-Loch-Paare) erzeugt werden. Die erzeugten freien Ladungsträger werden ferner voneinander getrennt, um zu getrennten Kontakten abgeleitet zu werden.
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Gängige Solarzellen weisen ein Halbleitersubstrat auf, in welchem zwei Bereiche mit unterschiedlicher Leitfähigkeit bzw. Dotierung ausgebildet sind. Zwischen den beiden Bereichen, welche auch als Basis und Emitter bezeichnet werden, besteht ein p-n-Übergang. Hiermit verbunden ist das Vorliegen eines inneren elektrischen Feldes, welches die Trennung der durch Strahlung erzeugten Ladungsträger bewirkt.
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Zum Abgreifen der Ladungsträger weisen Solarzellen metallische Kontaktstrukturen an der Vorder- und Rückseite des Halbleitersubstrats auf. Üblicherweise befinden sich vorderseitig streifenförmige Anschlusselemente und Kontaktfinger, und rückseitig flächige Anschlusselemente und eine die Anschlusselemente umgebende metallische Schicht. Die vorder- und rückseitigen Anschlusselemente dienen zum Anschließen von Zellverbindern.
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Bei einer als PERC-Solarzelle (Passivated Emitter and Rear Cell) bezeichneten Bauform weist das Halbleitersubstrat eine Passivierungsschicht mit Öffnungen auf der Rückseite auf. Die dazugehörige Kontaktstruktur ist auf der Passivierungsschicht angeordnet und kontaktiert das Halbleitersubstrat in lokaler Weise über die Öffnungen der Passivierungsschicht.
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Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Lösung für eine verbesserte Solarzelle anzugeben.
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Diese Aufgabe wird durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche gelöst. Weitere vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
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Gemäß einem Aspekt der Erfindung wird eine Solarzelle vorgeschlagen. Die Solarzelle weist ein Halbleitersubstrat mit einer ersten und zweiten Seite, eine im Bereich der ersten Seite des Halbleitersubstrats angeordnete und das Halbleitersubstrat kontaktierende erste Kontaktstruktur, eine auf der zweiten Seite des Halbleitersubstrats angeordnete Passivierungsschicht mit Öffnungen, und eine auf der Passivierungsschicht angeordnete zweite Kontaktstruktur auf. Die zweite Kontaktstruktur kontaktiert das Halbleitersubstrat lokal über die Öffnungen der Passivierungsschicht. Die erste Kontaktstruktur weist ein streifenförmiges Anschlusselement und mit dem Anschlusselement verbundene Kontaktfinger auf. Die Passivierungsschicht weist in einem Bereich unterhalb des streifenförmigen Anschlusselements der ersten Kontaktstruktur ein sich längs des Anschlusselements erstreckendes öffnungsfreies Gebiet auf.
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Bei der Solarzelle liegt zugrunde, dass der Bereich unterhalb des streifenförmigen Anschlusselements der ersten Kontaktstruktur abgeschattet sein kann. Folglich können im Betrieb der Solarzelle in diesem Bereich keine oder im Wesentlichen keine Ladungsträger durch Strahlungsabsorption erzeugt werden, und erfolgt an dieser Stelle keine bzw. im Wesentlichen keine Stromerzeugung. Dementsprechend weist die Passivierungsschicht unterhalb des Anschlusselements der ersten Kontaktstruktur ein sich längs des Anschlusselements erstreckendes öffnungsfreies Gebiet auf, also ein Gebiet ohne Öffnungen. Das öffnungsfreie Gebiet kann wie das Anschlusselement streifenförmig bzw. rechteckförmig sein.
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Bei dieser Ausgestaltung wird der Bereich unterhalb des Anschlusselements der ersten Kontaktstruktur nicht für eine Kontaktierung des Halbleitersubstrats und nicht für eine elektrische Stromableitung durch die zweite Kontaktstruktur genutzt. Hierdurch ist eine effiziente Passivierung des Halbleitersubstrats durch die Passivierungsschicht möglich. Mit Hilfe der Passivierungsschicht können u.a. eine Rekombination von Ladungsträgern an der Oberfläche des Substrats und hiermit verbundene Ausbeuteverluste unterdrückt werden. Da in dem Bereich unterhalb des Anschlusselements der ersten Kontaktstruktur keine bzw. im Wesentlichen keine Ladungsträger erzeugt werden, bewirkt die geschlossene Ausgestaltung der Passivierungsschicht in diesem Bereich auch keine oder lediglich eine geringe bzw. zu vernachlässigende Erhöhung des Serienwiderstands.
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Im Folgenden werden weitere mögliche Details und Ausführungsformen der Solarzelle näher beschrieben.
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Das streifenförmige Anschlusselement der ersten Kontaktstruktur, welches auch als Busbar bezeichnet werden kann, kann zum Anschließen eines Zellverbinders genutzt werden. Ein solcher Zellverbinder kann in Form eines bandförmigen elektrischen Leiters, beispielsweise in Form eines verzinnten Kupferbands, ausgebildet sein, und durch Löten an das Anschlusselement angeschlossen werden. Hierfür kann das Anschlusselement bzw. kann die erste Kontaktstruktur aus einem lötfähigen metallischen Material, zum Beispiel Silber, ausgebildet sein. Das Anschließen des Zellverbinders kann im Rahmen einer Herstellung eines Photovoltaikmoduls erfolgen. Über den Zellverbinder kann die Solarzelle elektrisch mit einer weiteren Solarzelle oder einem Querverbinder des Photovoltaikmoduls verbunden werden. Hierbei kann die oben erwähnte Abschattung in dem Bereich unterhalb des Anschlusselements verursacht sein durch das Anschlusselement und den an dem Anschlusselement angeschlossenen Zellverbinder.
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Die zweite Kontaktstruktur kann die gesamte Passivierungsschicht bedecken. Hierbei ist die zweite Kontaktstruktur über die Öffnungen der Passivierungsschicht lokal an das Halbleitersubstrat angeschlossen. Die zweite Kontaktstruktur kann eine Anschlussstruktur zum Anschließen eines (weiteren) Zellverbinders aufweisen, welche ebenfalls aus einem lötfähigen metallischen Material wie zum Beispiel Silber ausgebildet sein kann. Die Anschlussstruktur kann in dem Bereich unterhalb des streifenförmigen Anschlusselements der ersten Kontaktstruktur angeordnet sein. Ferner kann die zweite Kontaktstruktur eine die Anschlussstruktur umgebende metallische Schicht aus einem weiteren bzw. anderen metallischen Material, zum Beispiel Aluminium, aufweisen. Mögliche Details hierzu werden weiter unten noch näher erläutert.
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Die erste Seite des Halbleitersubstrats kann eine Vorderseite, und die zweite Seite des Halbleitersubstrats kann eine Rückseite sein. Die Vorderseite des Halbleitersubstrats und damit die entsprechende Solarzellenvorderseite können im Betrieb der Solarzelle einer Lichtstrahlung (Sonnenlicht) zugewandt sein.
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In diesem Zusammenhang kann die Solarzelle ferner eine Antireflexionsschicht auf der ersten Seite des Halbleitersubstrats aufweisen, um eine Strahlungseinkopplung in das Halbleitersubstrat zu begünstigen. Hierbei kann sich die erste Kontaktstruktur bzw. können sich zumindest die Kontaktfinger durch die Antireflexionsschicht hindurch zu dem Halbleitersubstrat erstrecken und das Substrat kontaktieren.
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Des Weiteren kann die Solarzelle eine sogenannte PERC-Solarzelle (Passivated Emitter and Rear Cell) sein.
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Das Halbleitersubstrat kann ein Siliziumsubstrat sein. Das Halbleitersubstrat kann eine Basis-Emitter-Struktur bzw. einen p-n-Übergang aufweisen, wodurch im Betrieb der Solarzelle eine Trennung von in dem Substrat durch Strahlungsabsorption erzeugten Ladungsträgern hervorgerufen werden kann.
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In einer weiteren Ausführungsform sind die Öffnungen der Passivierungsschicht in einem Linienraster aus parallel verlaufenden Linien angeordnet, so dass die zweite Kontaktstruktur das Halbleitersubstrat in linienförmigen Kontaktierungsbereichen lokal kontaktiert. Diese Ausgestaltung macht eine einfache Herstellung der Solarzelle möglich. Die Öffnungen der Passivierungsschicht können zum Beispiel mit Hilfe eines Lasers in die zuvor ganzflächig auf dem Halbleitersubstrat ausgebildete Passivierungsschicht eingebracht werden. Ferner ermöglicht die Anordnung der Öffnungen der Passivierungsschicht in einem Linienraster eine homogene lokale Kontaktierung des Halbleitersubstrats durch die zweite Kontaktstruktur.
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In dem öffnungsfreien Gebiet der Passivierungsschicht sind die Öffnungen und damit die linienförmigen Kontaktierungsbereiche ausgespart. Es ist möglich, dass linienförmige Kontaktierungsbereiche beidseitig des öffnungsfreien Gebiets angeordnet sind bzw. beidseitig hieran angrenzen.
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In einer weiteren Ausführungsform sind die Öffnungen der Passivierungsschicht in Form von durchgehenden Linienstrukturen und/oder in Form von Liniensegmenten ausgebildet. Hierdurch kann eine homogene lokale Kontaktierung des Halbleitersubstrats durch die zweite Kontaktstruktur begünstigt werden.
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Das sich längs des Anschlusselements der ersten Kontaktstruktur erstreckende öffnungsfreie Gebiet der Passivierungsschicht kann eine Breite im Bereich von einem Millimeter oder eine Breite im niedrigen einstelligen Millimeterbereich aufweisen. Möglich ist zum Beispiel eine Breite in einem Bereich von einem Millimeter bis drei Millimetern.
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Eine Größe bzw. Breite des öffnungsfreien Gebiets der Passivierungsschicht kann auf eine Breite des streifenförmigen Anschlusselements der ersten Kontaktstruktur abgestimmt sein. Hierbei kann ein Überdeckungsbereich berücksichtigt werden, in welchem die Passivierungsschicht von dem streifenförmigen Anschlusselement der ersten Kontaktstruktur überdeckt ist. Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist hierzu vorgesehen, dass die Öffnungen der Passivierungsschicht beabstandet zu dem Überdeckungsbereich des Anschlusselements angeordnet sind. Diese Ausführungsform, in welcher das öffnungsfreie Gebiet eine größere Breite aufweist als der Überdeckungsbereich des Anschlusselements, begünstigt eine zuverlässige Passivierung des Halbleitersubstrats durch die Passivierungsschicht.
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Bei einer Ausgestaltung der Solarzelle mit linienförmigen Kontaktierungsbereichen können in entsprechender Weise linienförmige Kontaktierungsbereiche in einem Abstand zu dem Überdeckungsbereich des Anschlusselements angeordnet sein.
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In einer weiteren Ausführungsform sind die Öffnungen der Passivierungsschicht zum Teil innerhalb des Überdeckungsbereichs des Anschlusselements angeordnet. Hierbei weist das öffnungsfreie Gebiet eine kleinere Breite auf als der Überdeckungsbereich. Diese Ausführungsform basiert auf der möglichen Gegebenheit, dass in dem Überdeckungsbereich des Anschlusselements zumindest am Rand keine vollständige Abschattung vorliegt, und somit im Betrieb der Solarzelle an dieser Stelle Ladungsträger erzeugt werden können. Diese Ladungsträger können über die zum Teil innerhalb des Überdeckungsbereichs vorhandenen Öffnungen der Passivierungsschicht und damit die das Halbleitersubstrat an dieser Stelle lokal kontaktierende zweite Kontaktstruktur abgegriffen werden.
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Bei einer Ausgestaltung der Solarzelle mit linienförmigen Kontaktierungsbereichen können in entsprechender Weise linienförmige Kontaktierungsbereiche zum Teil innerhalb des Überdeckungsbereichs des Anschlusselements angeordnet sein.
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Es kann ferner eine Ausgestaltung in Betracht kommen, in welcher Öffnungen der Passivierungsschicht bzw. linienförmige Kontaktierungsbereiche an den Überdeckungsbereich des Anschlusselements heranreichen. Hierbei können der Überdeckungsbereich und das öffnungsfreie Gebiet zueinander deckungsgleich sein.
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In einer weiteren Ausführungsform weist die zweite Kontaktstruktur eine Anschlussstruktur mit mehreren Anschlusssegmenten und eine die Anschlusssegmente der Anschlussstruktur lateral umgebende metallische Schicht auf. Die Anschlussstruktur mit den Anschlusssegmenten kann in dem Bereich unterhalb des streifenförmigen Anschlusselements der ersten Kontaktstruktur angeordnet sein. Die Anschlussstruktur weist ein erstes metallisches Material auf, welches lötfähig ist. Die metallische Schicht weist ein zweites metallisches Material auf. Lediglich die metallische Schicht kontaktiert das Halbleitersubstrat lokal über die Öffnungen der Passivierungsschicht.
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Die vorgenannte Ausführungsform, in welcher lediglich die metallische Schicht das Halbleitersubstrat lokal kontaktiert, und somit die Passivierungsschicht unterhalb der Anschlussstruktur bzw. unterhalb der Anschlusssegmente ungeöffnet ist, ermöglicht einen geringen Kontaktwiderstand. Der segmentierte Aufbau der Anschlussstruktur bietet ferner die Möglichkeit, die Anschlussstruktur mit einem geringen Anteil des ersten metallischen Materials zu verwirklichen, und dadurch eine Kosteneinsparung zu erzielen. Der Kostenvorteil kann sich zum Beispiel bemerkbar machen, wenn das erste metallische Material Silber ist. Das zweite metallische Material kann ein kostengünstigeres Material wie zum Beispiel Aluminium sein.
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Sofern die Solarzelle linienförmige Kontaktierungsbereiche aufweist bzw. die Öffnungen der Passivierungsschicht in einem Linienraster aus parallel verlaufenden Linien angeordnet sind, können die Anschlusssegmente der Anschlussstruktur zwischen den Linien des Linienrasters angeordnet sein.
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Die segmentierte Anschlussstruktur der zweiten Kontaktstruktur kann zum Anschließen eines Zellverbinders mittels Löten genutzt werden. Bei dem Lötprozess kann eine Vorrichtung zum Einsatz kommen, welche mehrere Spitzen bzw. Lötpins zum Andrücken des Zellverbinders an die Anschlussstruktur aufweist. Hierbei kann sich die segmentierte Ausgestaltung der Anschlussstruktur ebenfalls als vorteilhaft erweisen. Es kann in Betracht kommen, die Anschlussstruktur derart auszubilden, dass die Anschlusssegmente und die Lötpins hinsichtlich deren Lage aufeinander abgestimmt sind, so dass sich die Anschlusssegmente in dem Lötprozess jeweils an entsprechenden Stellen unterhalb der Lötpins befinden können. Dies ermöglicht es, den Zellverbinder zuverlässig und mit einer hohen Festigkeit der Lötverbindung an die Anschlussstruktur anzuschließen.
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In einer weiteren Ausführungsform weist die segmentierte Anschlussstruktur voneinander getrennte Anschlusssegmente auf. Hierdurch kann eine materialsparende und dadurch kostengünstige Ausgestaltung der Anschlussstruktur begünstigt werden.
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In einer weiteren Ausführungsform weist die segmentierte Anschlussstruktur miteinander verbundene Anschlusssegmente auf. Hierbei können zwei bzw. jeweils zwei Anschlusssegmente der Anschlussstruktur durch einen ebenfalls das erste metallische Material aufweisenden Verbindungssteg miteinander verbunden sein. Im Bereich bzw. unterhalb eines solchen Verbindungsstegs kann die Passivierungsschicht, wie auch unterhalb der Anschlusssegmente, ungeöffnet sein. Die verbundene Ausgestaltung von Anschlusssegmenten der Anschlussstruktur bietet die Möglichkeit, einen Zellverbinder auch zwischen den Anschlusssegmenten an die Anschlussstruktur anzuschließen.
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Abweichend von den vorgenannten Ausgestaltungen kann die Solarzelle auch derart ausgebildet sein, dass die zum Anschließen eines Zellverbinders genutzte und von der metallischen Schicht umgebene Anschlussstruktur der zweiten Kontaktstruktur nicht als segmentierte Struktur, sondern in Form eines flächigen Anschlusselements verwirklicht ist.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird eine Anordnung aus einer Solarzelle und einem Zellverbinder vorgeschlagen. Die Solarzelle weist den oben beschriebenen Aufbau bzw. einen Aufbau entsprechend einer oder mehrerer der vorstehend beschriebenen Ausführungsformen auf. Der Zellverbinder ist an das streifenförmige Anschlusselement der ersten Kontaktstruktur angeschlossen.
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Die vorgenannte Anordnung kann Teil eines Photovoltaikmoduls sein. Über den Zellverbinder kann die Solarzelle elektrisch mit einer weiteren Solarzelle oder einem Querverbinder des Moduls verbunden sein. Aufgrund des streifenförmigen Anschlusselements der ersten Kontaktstruktur bzw. des hieran angeschlossenen Zellverbinders kann der Bereich unterhalb des Anschlusselements abgeschattet sein, so dass im Betrieb der Solarzelle an dieser Stelle keine oder im Wesentlichen keine Ladungsträger erzeugt werden. Hieran angepasst weist die Passivierungsschicht der Solarzelle in dem abgeschatteten Bereich ein öffnungsfreies Gebiet auf, wodurch eine effiziente Passivierung des Halbleitersubstrats erreicht werden kann.
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Für das Festlegen einer Größe bzw. Breite des öffnungsfreien Gebiets der Passivierungsschicht kann ein Überdeckungsbereich berücksichtigt werden, in welchem die Passivierungsschicht von dem Zellverbinder überdeckt ist. Gemäß einer Ausführungsform ist in dieser Hinsicht vorgesehen, dass die Öffnungen der Passivierungsschicht beabstandet zu dem Überdeckungsbereich des Zellverbinders angeordnet sind. Diese Ausführungsform, in welcher das öffnungsfreie Gebiet eine größere Breite aufweist als der Überdeckungsbereich des Zellverbinders, begünstigt eine zuverlässige Passivierung des Halbleitersubstrats durch die Passivierungsschicht.
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Bei einer Ausgestaltung der Solarzelle mit linienförmigen Kontaktierungsbereichen können in entsprechender Weise linienförmige Kontaktierungsbereiche in einem Abstand zu dem Überdeckungsbereich des Zellverbinders angeordnet sein.
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In einer weiteren Ausführungsform sind die Öffnungen der Passivierungsschicht zum Teil innerhalb des Überdeckungsbereichs des Zellverbinders angeordnet. Hierbei weist das öffnungsfreie Gebiet eine kleinere Breite auf als der Überdeckungsbereich. Diese Ausführungsform basiert auf der möglichen Gegebenheit, dass in dem Überdeckungsbereich des Zellverbinders zumindest am Rand keine vollständige Abschattung vorliegt, und somit im Betrieb der Solarzelle an dieser Stelle Ladungsträger erzeugt werden können. Diese Ladungsträger können über die zum Teil innerhalb des Überdeckungsbereichs vorhandenen Öffnungen der Passivierungsschicht und damit die das Halbleitersubstrat an dieser Stelle lokal kontaktierende zweite Kontaktstruktur abgegriffen werden.
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Bei einer Ausgestaltung der Solarzelle mit linienförmigen Kontaktierungsbereichen können in entsprechender Weise linienförmige Kontaktierungsbereiche zum Teil innerhalb des Überdeckungsbereichs des Zellverbinders angeordnet sein.
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Darüber hinaus ist eine Ausgestaltung denkbar, in welcher Öffnungen der Passivierungsschicht bzw. linienförmige Kontaktierungsbereiche an den Überdeckungsbereich des Zellverbinders heranreichen. Hierbei können der Überdeckungsbereich und das öffnungsfreie Gebiet zueinander deckungsgleich sein.
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Der Zellverbinder und damit der Überdeckungsbereich des Zellverbinders können zum Beispiel eine Breite in einem Bereich von einem bis zwei Millimetern aufweisen.
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Für die Solarzelle sowie die Anordnung aus Solarzelle und Zellverbinder können weitere Ausführungsformen in Betracht kommen. Beispielsweise kann ein weiterer Zellverbinder an die zweite Kontaktstruktur bzw. an deren Anschlussstruktur angeschlossen sein. Ferner kann die Solarzelle derart ausgebildet sein, dass an die erste und zweite Kontaktstruktur jeweils mehrere Zellverbinder anschließbar sind.
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Hierfür kann die erste Kontaktstruktur mehrere streifenförmige Anschlusselemente aufweisen. Die mehreren Anschlusselemente können zueinander parallel verlaufend ausgebildet sein, und können mit Kontaktfingern verbunden sind.
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In entsprechender Weise kann die Passivierungsschicht der Solarzelle hieran angepasst mehrere öffnungsfreie Gebiete unterhalb der mehreren Anschlusselemente der ersten Kontaktstruktur aufweisen. Jedes öffnungsfreie Gebiet kann sich unterhalb eines entsprechenden Anschlusselements befinden und sich hierzu längs erstrecken.
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In Bezug auf die zweite Kontaktstruktur kann eine Ausgestaltung mit mehreren, gegebenenfalls segmentiert ausgebildeten Anschlussstrukturen und einer die Anschlussstrukturen umgebenden metallischen Schicht in Betracht kommen. Hierbei kann die Solarzelle beispielsweise eine Reihe aus nebeneinander angeordneten Anschlussstrukturen aufweisen, an welche ein einzelner Zellverbinder angeschlossen werden kann. Zum Anschließen von mehreren Zellverbindern kann die Solarzelle mit mehreren parallelen Reihen aus Anschlussstrukturen ausgebildet sein.
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Bei solchen Ausgestaltungen der Solarzelle können die oben zu einem öffnungsfreien Gebiet sowie zu einem Anschlusselement bzw. zu einer Anschlussstruktur genannten Merkmale und Details in entsprechender Weise zur Anwendung kommen.
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Die vorstehend erläuterten Merkmale und/oder die in den Unteransprüchen wiedergegebenen vorteilhaften Aus- und Weiterbildungen der Erfindung können – außer zum Beispiel in Fällen eindeutiger Abhängigkeiten oder unvereinbarer Alternativen – einzeln oder aber auch in beliebiger Kombination miteinander zur Anwendung kommen.
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Die Erfindung wird im Folgenden anhand der schematischen Figuren näher erläutert. Es zeigen:
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1 eine Aufsichtsdarstellung einer Vorderseite einer Solarzelle mit einer vorderseitigen Kontaktstruktur, welche Anschlusselemente und Kontaktfinger aufweist;
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2 eine Aufsichtsdarstellung einer Rückseite der Solarzelle mit einer rückseitigen Kontaktstruktur, welche Anschlussstrukturen und eine metallische Schicht aufweist;
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3 eine Aufsichtsdarstellung einer rückseitigen Passivierungsschicht der Solarzelle mit Öffnungen, welche in einem Linienraster angeordnet sind, so dass linienförmigen Kontaktierungsbereiche vorliegen, wobei die Passivierungsschicht auf die Anschlusselemente der vorderseitigen Kontaktstruktur abgestimmte öffnungsfreie Gebiete aufweist;
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4 eine seitliche Schnittdarstellung der Solarzelle;
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5 und 6 Ausgestaltungen von Öffnungen der Passivierungsschicht der Solarzelle;
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7 eine Aufsichtsdarstellung von linienförmigen Kontaktierungsbereichen, welche beabstandet zu einem Überdeckungsbereich angeordnet sind;
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8 eine Aufsichtsdarstellung von linienförmigen Kontaktierungsbereichen, welche zum Teil innerhalb eines Überdeckungsbereichs angeordnet sind;
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9 eine Aufsichtsdarstellung eines an ein Anschlusselement der vorderseitigen Kontaktstruktur angeschlossenen Zellverbinders;
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10 eine Aufsichtsdarstellung von linienförmigen Kontaktierungsbereichen, welche zum Teil innerhalb eines Überdeckungsbereichs angeordnet sind, einschließlich einer Darstellung einer an der Rückseite der Solarzelle angeordneten segmentierten Anschlussstruktur mit separaten Anschlusssegmenten;
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11 eine seitliche Schnittdarstellung der Solarzelle im Bereich der segmentierten Anschlussstruktur;
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12 eine Aufsichtsdarstellung von linienförmigen Kontaktierungsbereichen, welche beabstandet zu einem Überdeckungsbereich angeordnet sind, einschließlich einer Darstellung einer an der Rückseite der Solarzelle angeordneten segmentierten Anschlussstruktur;
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13 eine Aufsichtsdarstellung von linienförmigen Kontaktierungsbereichen, welche zum Teil innerhalb des Überdeckungsbereichs angeordnet sind, einschließlich einer Darstellung einer an der Rückseite der Solarzelle angeordneten segmentierten Anschlussstruktur mit verbundenen Anschlusssegmenten; und
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14 eine Aufsichtsdarstellung von linienförmigen Kontaktierungsbereichen, welche beabstandet zu einem Überdeckungsbereich angeordnet sind, einschließlich einer Darstellung eines an der Rückseite der Solarzelle angeordneten Anschlusselements.
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Anhand der folgenden schematischen Figuren werden mögliche Ausgestaltungen einer Solarzelle 100 beschrieben. Die Solarzelle 100 zeichnet sich durch eine zuverlässige Rückseitenpassivierung aus. Es wird darauf hingewiesen, dass die Figuren lediglich schematischer Natur sind und nicht maßstabsgetreu sind. In diesem Sinne können in den Figuren gezeigte Komponenten und Strukturen zum besseren Verständnis übertrieben groß oder verkleinert, sowie gegebenenfalls in einer von einer tatsächlichen Anzahl abweichenden Anzahl, dargestellt sein. In gleicher Weise ist es möglich, dass die Solarzelle 100 zusätzlich zu gezeigten und beschriebenen Komponenten und Strukturen weitere Komponenten und Strukturen aufweist.
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Die Figuren umfassen Aufsichtsdarstellungen, in welchen anhand von mit x, y bezeichneten und rechtwinklig orientierten Richtungspfeilen ein zweidimensionales Koordinatensystem angedeutet ist (vgl. 1). Dieses wird zum Teil zur Beschreibung geometrischer Gegebenheiten verwendet.
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1 zeigt eine Aufsichtsdarstellung einer Vorderseite einer Solarzelle 100. Die Vorderseite ist im Betrieb der Solarzelle 100 einer Lichtstrahlung (Sonnenlicht) zugewandt. Die Solarzelle 100 weist vorderseitig eine metallische Kontaktstruktur 130 auf. Die Kontaktstruktur 130 umfasst mehrere bzw. gemäß der hier gezeigten Ausgestaltung vier streifenförmige Anschlusselemente 131 und eine Mehrzahl an Kontaktfingern 135, welche mit den Anschlusselementen 131 verbunden sind. Die Anschlusselemente 131, welche auch als Busbars bezeichnet werden können, erstrecken sich parallel zueinander entlang der y-Richtung. Die Kontaktfinger 135 verlaufen hierzu senkrecht entlang der x-Richtung.
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Weitere Details zur vorderseitigen Kontaktstruktur 130 und zum übrigen Aufbau der Solarzelle 100 werden anhand der seitlichen Schnittdarstellung von 4 deutlich. Die Schnittebene von 4 bezieht sich auf die in 1 und die in den weiteren 2, 3 angedeuteten Schnittlinien.
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Wie in 4 gezeigt ist, weist die Solarzelle 100 ein Halbleitersubstrat 110 mit zwei entgegen gesetzten Seiten, d.h. eine Vorderseite 115 und eine Rückseite 116, auf. Die vorderseitige Kontaktstruktur 130 ist dazu ausgebildet, das Halbleitersubstrat 110 an der Vorderseite 115 zu kontaktieren. Hierfür sind zumindest die Kontaktfinger 135 an das Halbleitersubstrat 110 angeschlossen.
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In 4 ist dargestellt, dass die Solarzelle 100 auf der Vorderseite 115 des Halbleitersubstrats 110 zusätzlich eine dielektrische Antireflexionsschicht 120 aufweist. Die Kontaktfinger 135 erstrecken sich durch die Antireflexionsschicht 120 hindurch zu der Vorderseite 115 des Halbleitersubstrats 110, so dass die Kontaktfinger 135 das Halbleitersubstrat 110 kontaktieren können.
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Die in 1 gezeigten Anschlusselemente 131 der vorderseitigen Kontaktstruktur 130 können sich ebenfalls durch die Antireflexionsschicht 120 hindurch zu dem Substrat 110 erstrecken und dadurch das Substrat 110 kontaktieren. In einer alternativen Ausgestaltung befinden sich die Anschlusselemente 131 ausschließlich auf der Antireflexionsschicht 120, und wird das Halbleitersubstrat 110 lediglich durch die Kontaktfinger 135 kontaktiert (jeweils nicht dargestellt).
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Die vorderseitige Kontaktstruktur 130 kann erzeugt werden, indem eine metallische Paste auf das mit der Antireflexionsschicht 120 versehene Halbleitersubstrat 110 aufgedruckt wird. In einem als Feuern bezeichneten Hochtemperaturprozess kann die Paste verfestigt und elektrisch mit dem Substrat 110 verbunden werden. Durch ätzende Zusätze in der Paste kann in diesem Prozess ein Durchätzen der Antireflexionsschicht 120 bewirkt werden, wodurch die Kontaktstruktur 130 durch die Antireflexionsschicht 120 hindurch an das Substrat 110 angebunden wird. Sofern dies lediglich für die Kontaktfinger 135 vorgesehen ist, kann eine Paste mit ätzenden Zusätzen für die Kontaktfinger 135 und eine weitere Paste ohne ätzende Zusätze für die Anschlusselemente 131 aufgedruckt werden.
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Bei dem Halbleitersubstrat 110 der Solarzelle 100 kann es sich um ein Siliziumsubstrat bzw. um einen Siliziumwafer handeln. Wie in 4 gezeigt ist, weist das Halbleitersubstrat 110 zwei Bereiche 111, 112 mit unterschiedlicher Dotierung und infolgedessen einen p-n-Übergang auf. Hiermit verbunden ist das Vorliegen eines inneren elektrischen Feldes, welches im Betrieb der Solarzelle 100 für eine Trennung von in dem Substrat 110 durch Strahlungsabsorption erzeugten Ladungsträgern sorgt. Die unterschiedlich dotierten Bereiche werden als Basis 111 und Emitter 112 bezeichnet. Beispielsweise kann die Basis 111 p-dotiert, und kann der vorderseitig ausgebildete und durch die Kontaktstruktur 130 bzw. deren Kontaktfinger 135 kontaktierte Emitter 112 n-dotiert sein.
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Die in 1 gezeigten Anschlusselemente 131 der vorderseitigen Kontaktstruktur 130 dienen zum Anschließen von Zellverbindern (vgl. 9 mit dem Zellverbinder 170). An die vier Anschlusselemente 131 können vier und ebenfalls entlang der y-Richtung verlaufende Zellverbinder angeschlossen werden. Auf diese Weise kann die Solarzelle 100 in einem Photovoltaikmodul elektrisch mit einer weiteren Solarzelle oder auch einem Querverbinder des Moduls verbunden sein (nicht dargestellt). Die vorderseitige Kontaktstruktur 130 ist zu diesem Zweck aus einem lötfähigen metallischen Material wie zum Beispiel Silber ausgebildet. Auf diese Weise können die Zellverbinder mittels Löten an die Anschlusselemente 131 angeschlossen werden. Als Zellverbinder können zum Beispiel verzinnte Kupferbänder zum Einsatz kommen.
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Zur rückseitigen Kontaktierung des Halbleitersubstrats 110 bzw. von dessen Basis 111 weist die Solarzelle 100 eine weitere metallische Kontaktstruktur 150 auf. 2 zeigt in diesem Zusammenhang eine Aufsichtsdarstellung einer der Vorderseite entgegen gesetzten Rückseite der Solarzelle 100. Die hier veranschaulichte rückseitige Kontaktstruktur 150 weist mehrere Anschlussstrukturen 151 und eine die Anschlussstrukturen 151 lateral umgebende metallische Schicht 157 auf. Die Anschlussstrukturen 151 können segmentiert ausgebildet sein, wie weiter unten noch näher erläutert wird (vgl. zum Beispiel 10).
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Die Anschlussstrukturen 151 der rückseitigen Kontaktstruktur 150 dienen wie die vorderseitigen Anschlusselemente 131 zum Anschließen von Zellverbindern, um in einem Photovoltaikmodul eine elektrische Verbindung zu einer weiteren Solarzelle oder einem Querverbinder herstellen zu können (nicht dargestellt). Zu diesem Zweck sind die Anschlussstrukturen 151 ebenfalls aus einem lötfähigen metallischen Material bzw. aus Silber ausgebildet. Die metallische Schicht 157 ist aus einem anderen bzw. kostengünstigeren metallischen Material wie zum Beispiel Aluminium ausgebildet.
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Wie in 2 gezeigt ist, weist die Solarzelle 100 mehrere parallele und sich entlang der y-Richtung erstreckende Reihen aus jeweils mehreren bzw. zehn nebeneinander angeordneten Anschlussstrukturen 151 auf. An jede der Reihen aus Anschlussstrukturen 151 kann ein entlang der y-Richtung verlaufender Zellverbinder angeschlossen werden (nicht dargestellt). Gemäß der hier gezeigten Ausgestaltung weist die Solarzelle 100, entsprechend der vier vorderseitigen Anschlusselemente 131, vier Reihen aus Anschlussstrukturen 151 auf, wodurch in entsprechender Weise vier Zellverbinder hieran angeschlossen werden können. Die Anschlussstrukturen 151 sind bezüglich der Lage auf die vorderseitigen Anschlusselemente 131 abgestimmt und derart angeordnet, dass sich die Reihen aus Anschlussstrukturen 151 jeweils in Bereichen unterhalb der Anschlusselemente 131 befinden.
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In 4 ist des Weiteren dargestellt, dass die Solarzelle 100 eine Passivierungsschicht 140 auf der Rückseite 116 des Halbleitersubstrats 110 aufweist. Mit Hilfe der Passivierungsschicht 140 ist es möglich, eine Rekombination von Ladungsträgern an der Oberfläche des Halbleitersubstrats 110 zu reduzieren. Die Passivierungsschicht 140 kann einschichtig aus einem dielektrischen Material ausgebildet sein. Möglich ist auch eine mehrschichtige Ausgestaltung der Passivierungsschicht 140, in welcher die Passivierungsschicht 140 einen Stapel aus Schichten aus unterschiedlichen dielektrischen Materialien aufweist (nicht dargestellt).
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Die Passivierungsschicht 140 weist, wie in 4 dargestellt ist, eine Mehrzahl an Öffnungen 141, 142 auf. Bei einer Herstellung der Solarzelle 100 können die Öffnungen 141, 142 mit Hilfe eines Lasers in die zuvor ganzflächig auf dem Halbleitersubstrat 110 ausgebildete Passivierungsschicht 140 eingebracht werden. Die rückseitige Kontaktstruktur 150 befindet sich auf der Passivierungsschicht 140 und kontaktiert das Substrat 110 lokal über die Öffnungen 141, 142 der Passivierungsschicht 140. Daher können die Öffnungen 141, 142 auch als lokale Kontaktöffnungen (LCO, Local Contact Opening) bezeichnet werden.
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In 4 ist diese Gegebenheit für die metallische Schicht 157 der Kontaktstruktur 150 veranschaulicht. Hierbei kann die Solarzelle 100 herstellungsbedingt in das Substrat 110 einlegierte Kontaktstellen 158 aufweisen, in deren Bereich die metallische Schicht 157 das Substrat 110 kontaktiert. Die Kontaktstellen 158 können wenigstens teilweise eine eutektische Aluminium-Silizium-Legierung aufweisen. Im Bereich der Kontaktstellen 158 können ferner lokale Rückseitenfelder (BSF, Back Surface Field) vorliegen.
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In Bezug auf die in 2 gezeigten Anschlussstrukturen 151 der rückseitigen Kontaktstruktur 150 kann die Solarzelle 100 derart ausgebildet sein, dass die Anschlussstrukturen 151 lediglich auf der Passivierungsschicht 140 angeordnet sind und das Substrat 110 nicht direkt kontaktieren, und eine Kontaktierung des Substrats 110 lediglich über die metallische Schicht 157 erfolgt (vgl. die 10, 11). Hierauf wird weiter unten noch näher eingegangen.
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3 zeigt eine Aufsichtsdarstellung der lokal geöffneten Passivierungsschicht 140 der Solarzelle 100, anhand welcher weitere Details deutlich werden. Die Kontaktöffnungen 141, 142 der Passivierungsschicht 140 sind in einem Linienraster aus parallel verlaufenden und gleich beabstandeten Linien angeordnet, so dass die rückseitige Kontaktstruktur 150 bzw. die metallische Schicht 157 das Halbleitersubstrat 110, wie in 3 anhand von gestrichelten Linien angedeutet ist, in linienförmigen Kontaktierungsbereichen 145 lokal kontaktiert. Vorliegend verlaufen die Kontaktierungsbereiche 145 entlang der x-Richtung, also senkrecht zu den in y-Richtung orientierten Reihen aus Anschlussstrukturen 151 (vgl. 2). Entsprechend der oben angegebenen Abkürzung LCO für die Öffnungen 141, 142 der Passivierungsschicht 140 können die Kontaktierungsbereiche 145 auch als LCO-Linien bezeichnet werden.
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In Bezug auf die Öffnungen 141, 142 der Kontaktierungsbereiche 145 können unterschiedliche Ausgestaltungen in Betracht kommen. Es ist zum Beispiel möglich, dass Öffnungen 141 in Form von Liniensegmenten ausgebildet sind, wie es in 5 ausschnittsweise für einen Kontaktierungsbereich 145 veranschaulicht ist. In 3 ist eine solche Ausgestaltung anhand der gestrichelten Linien für die Kontaktierungsbereiche 145 angedeutet. In einer weiteren möglichen und in 6 ausschnittsweise für einen Kontaktierungsbereich 145 dargestellten Ausgestaltung sind Öffnungen 142 in Form von durchgehenden Linienstrukturen ausgebildet.
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Die Aufsichtsdarstellung der Passivierungsschicht 140 von 3 zeigt ein weiteres Merkmal der Solarzelle 100. Die Passivierungsschicht 140 weist jeweils in einem Bereich unterhalb eines Anschlusselements 131 der vorderseitigen Kontaktstruktur 130 ein sich längs des betreffenden Anschlusselements 131, also in der y-Richtung, erstreckendes öffnungsfreies Gebiet 180 auf. Hierbei handelt es sich jeweils um ein streifenförmiges bzw. rechteckförmiges Gebiet 180, in welchem die Passivierungsschicht 140 ohne Öffnungen 141, 142 ausgebildet ist. An den öffnungsfreien Gebieten 180 enden daher jeweils beidseitig linienförmige Kontaktierungsbereiche 145.
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Die geschlossene Ausgestaltung der Passivierungsschicht 140 unterhalb der Anschlusselemente 131 der vorderseitigen Kontaktstruktur 130 berücksichtigt den Umstand, dass diese Bereiche im Betrieb der Solarzelle 100 in einem Photovoltaikmodul einer Abschattung unterliegen. Dies ergibt sich aufgrund der Anschlusselemente 131 und der an die Anschlusselemente 131 angeschlossenen Zellverbinder. In den abgeschatteten Bereichen werden keine oder im Wesentlichen keine Ladungsträger durch Strahlungsabsorption in dem Halbleitersubstrat 110 erzeugt, und wird daher auch kein bzw. im Wesentlichen kein Strom generiert. Hieran angepasst weist die Passivierungsschicht 140 an diesen Stellen jeweils ein öffnungsfreies Gebiet 180 auf, welches sich längs des entsprechenden Anschlusselements 131 erstreckt. Auf diese Weise werden die abgeschatteten Bereiche nicht für eine Kontaktierung des Halbleitersubstrats 110 und eine elektrische Stromableitung genutzt. Diese Ausgestaltung ermöglicht eine effiziente Passivierung des Halbleitersubstrats 110 durch die Passivierungsschicht 140.
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Die öffnungsfreien Gebiete 180 der Passivierungsschicht 140 können zum Beispiel eine Breite im Bereich von 1mm oder eine Breite im niedrigen einstelligen Millimeterbereich aufweisen.
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Möglich ist zum Beispiel eine Breite in einem Bereich von 1mm bis 3mm.
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Eine Breite der öffnungsfreien Gebiete 180 kann zum Beispiel im Hinblick auf eine Breite der vorderseitigen Anschlusselemente 131 abgestimmt sein. Die vorderseitigen Anschlusselemente 131 können zum Beispiel eine Breite von 1,4mm aufweisen. In diesem Zusammenhang kann ein Überdeckungsbereich 183 berücksichtigt werden, in welchem die Passivierungsschicht 140 jeweils von einem vorderseitigen Anschlusselement 131 überdeckt ist. Hierbei können im Folgenden beschriebene Ausgestaltungen für die öffnungsfreien Gebiete 180 der Passivierungsschicht 140 der Solarzelle 100 in Betracht kommen.
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7 zeigt eine Aufsichtsdarstellung im Bereich eines öffnungsfreien Gebiets 180. Anhand von gestrichelten Linien ist ein Überdeckungsbereich 183 angedeutet, welcher von einem vorderseitigen Anschlusselement 181 herrührt. Gemäß 7 sind die beidseitig des öffnungsfreien Gebiets 180 vorhandenen Öffnungen 141, 142 der Passivierungsschicht 140 und damit die linienförmigen Kontaktierungsbereiche 145 in einem Abstand zu dem Überdeckungsbereich 183 angeordnet. Dementsprechend weist das öffnungsfreie Gebiet 180 eine Breite 190 auf, welche größer ist als eine Breite 193 des Überdeckungsbereichs 183. Diese Ausgestaltung begünstigt eine zuverlässige Passivierung des Halbleitersubstrats 110 durch die Passivierungsschicht 140.
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Die Aufsichtsdarstellung im Bereich eines öffnungsfreien Gebiets 180 von 8 zeigt eine weitere mögliche Ausgestaltung. Hierbei sind die Öffnungen 141, 142 der Passivierungsschicht 140 und damit die Kontaktierungsbereiche 145 zum Teil innerhalb eines entsprechenden Überdeckungsbereichs 183 eines Anschlusselements 181 angeordnet. Daher ist eine Breite 190 des öffnungsfreien Gebiets 180 kleiner als eine Breite 193 des Überdeckungsbereichs 183. Diese Ausgestaltung basiert auf der möglichen Gegebenheit, dass in dem Überdeckungsbereich 183 zumindest am Rand keine vollständige Abschattung besteht und dadurch an dieser Stelle Ladungsträger erzeugt werden können. Diese Ladungsträger können über die teilweise innerhalb des Überdeckungsbereichs 183 vorhandenen Kontaktierungsbereiche 145 abgeleitet werden.
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Eine Breite der öffnungsfreien Gebiete 180 kann auch im Hinblick auf eine Breite der zum Anschließen an die vorderseitigen Anschlusselemente 131 vorgesehenen Zellverbinder abgestimmt sein. In der Aufsichtsdarstellung von 9 ist zur Veranschaulichung ausschnittsweise ein an ein vorderseitiges Anschlusselement 131 angeschlossener Zellverbinder 170 angedeutet. Der Zellverbinder 170, welcher in Form eines verzinnten Kupferbands verwirklicht und durch Löten an das Anschlusselement 131 angeschlossen sein kann, weist eine größere Breite als das Anschlusselement 131 auf. Die Breite des Zellverbinders 170 kann zum Beispiel 1,7mm betragen.
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Bei einer Auslegung der öffnungsfreien Gebiete 181 in Bezug auf Zellverbinder können die 7, 8 in entsprechender Weise zur Anwendung kommen. In dieser Hinsicht bezieht sich der dargestellte Überdeckungsbereich 183 nunmehr auf einen entsprechend 9 an ein vorderseitiges Anschlusselement 131 angeschlossenen Zellverbinder 170. Es ist möglich, dass die Kontaktierungsbereiche 145 beabstandet zu dem Überdeckungsbereich 183 des Zellverbinders 170 ausgebildet sind (vgl. 7) oder dass die Kontaktierungsbereiche 145 sich teilweise in den Überdeckungsbereich 183 hinein erstreckend ausgebildet sind (vgl. 8). Die erste Variante, in welcher eine Breite 190 des öffnungsfreien Gebiets 180 eine Breite 193 des Überdeckungsbereichs 183 übersteigt, begünstigt eine zuverlässige Passivierung des Halbleitersubstrats 110. Die zweite Variante, in welcher die Breite 190 kleiner ist als die Breite 193, berücksichtigt den Umstand einer nur teilweisen Abschattung am Rand des Überdeckungsbereichs 183.
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Anhand der folgenden Figuren werden mögliche Ausgestaltungen beschrieben, welche für die in 2 dargestellten Anschlussstrukturen 151 der rückseitigen Kontaktstruktur 150 in Betracht kommen können. Die Anschlussstrukturen 151 dienen wie die vorderseitigen Anschlusselemente 131 zum Anschließen von Zellverbindern. Es wird darauf hingewiesen, dass übereinstimmende Aspekte sowie gleiche und gleich wirkende Strukturen und Komponenten im Folgenden nicht erneut detailliert beschrieben werden. Für Details hierzu wird stattdessen auf die vorstehende Beschreibung Bezug genommen. Des Weiteren können Aspekte und Details, welche in Bezug auf eine der folgenden Ausgestaltungen genannt werden, auch bei einer anderen Ausgestaltung zur Anwendung kommen bzw. ist es möglich, Merkmale von mehreren Ausgestaltungen zu kombinieren.
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Wie oben angedeutet wurde, können die Anschlussstrukturen 151 segmentiert ausgebildet sein. In diesem Sinne zeigt 10 eine Aufsichtsdarstellung im Bereich eines öffnungsfreien Gebiets 180, wobei entsprechend 8 linienförmige Kontaktierungsbereiche 145 teilweise innerhalb eines Überdeckungsbereichs 183 angeordnet sind. 10 zeigt ferner eine mögliche Ausgestaltung, welche für die Anschlussstrukturen 151 der Solarzelle 100 vorgesehen sein kann. Die hier dargestellte Anschlussstruktur 151 weist einen segmentierten Aufbau mit vier voneinander getrennten Anschlusssegmenten 152 auf. Die Anschlusssegmente 152 besitzen einen streifenförmigen bzw. rechteckigen Umriss, und sind in der y-Richtung in einer Reihe nebeneinander angeordnet.
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Die Anschlusssegmente 152 besitzen eine (auf die x-Richtung bezogene) Länge, welche eine Breite des öffnungsfreien Gebiets 180 und eine Breite des Überdeckungsbereichs 183 übersteigt. Des Weiteren befinden sich die Anschlusssegmente 152 in Bereichen zwischen den Kontaktierungsbereichen 145 bzw. zwischen nicht dargestellten Linien des zugrundeliegenden Linienrasters der Kontaktierungsbereiche 145. Auf diese Weise befinden sich die Anschlusssegmente 152 der Anschlussstruktur 151 ausschließlich auf der Passivierungsschicht 140. Dieser Aufbau wird auch anhand von 11 deutlich, in welcher eine seitliche Schnittdarstellung der Rückseite der Solarzelle 100 im Bereich der segmentierten Anschlussstruktur 151 von 10 gezeigt ist. Die Schnittebene bezieht sich auf die in 10 angedeutete Schnittlinie. Details zur Vorderseite sind in 11 weggelassen.
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In 11 sind ferner Überlappbereiche 159 zwischen den Anschlusssegmenten 152 und der die Anschlussstruktur 151 bzw. deren Anschlusssegmente 152 lateral umgebenden metallischen Schicht 157 angedeutet. In den Überlappbereichen 159 können die unterschiedlichen metallischen Materialien der Anschlusssegmente 152 der Anschlussstruktur 151 und der metallischen Schicht 157, also Silber und Aluminium, in durchmischter Form bzw. wenigstens teilweise in Form einer Legierung vorliegen.
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Bei einer solchen Ausgestaltung der Anschlussstrukturen 151 der Solarzelle 100, bei welcher die Anschlussstrukturen 151 ausschließlich auf der Passivierungsschicht 140 angeordnet sind, wird das Halbleitersubstrat 110 lediglich über die metallische Schicht 157 der rückseitigen Kontaktstruktur 150 lokal kontaktiert. Hierdurch kann die Solarzelle 100 rückseitig einen geringen Kontaktwiderstand aufweisen. Die Verwendung von segmentierten Anschlussstrukturen 151 macht es ferner möglich, die Anschlussstrukturen 151 mit einem geringen Silberanteil auszubilden. Auf diese Weise kann eine Kosteneinsparung erzielt werden.
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Ein weiterer Vorteil ist in Bezug auf ein Anschließen von Zellverbindern mittels Löten möglich. Hierbei kann eine Vorrichtung eingesetzt werden, welche mehrere Spitzen bzw. Lötpins zum Andrücken eines Zellverbinders an eine Anschlussstruktur 151 aufweist (nicht dargestellt). Die Anschlussstrukturen 151 können in diesem Zusammenhang derart ausgebildet sein, dass die Anschlusssegmente 152 und die Lötpins bezüglich der Lage und Anordnung aufeinander abgestimmt sind, und sich somit in einem Lötprozess die Anschlusssegmente 152 an entsprechenden Stellen unterhalb der Lötpins befinden können. Dies macht es möglich, einen Zellverbinder zuverlässig und mit einer hohen mechanischen Festigkeit der Lötverbindung an eine Anschlussstruktur 151 anzuschließen.
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Der in den 10, 11 sowie den 2, 3 gezeigte rückseitige Aufbau der Solarzelle 100 kann wie folgt verwirklicht werden. Das mit der Passivierungsschicht 140 versehene Halbleitersubstrat 110 kann einem Laserprozess unterzogen werden, in welchem die Öffnungen 141, 142 mit Hilfe eines Laserstrahls in die Passivierungsschicht 140 eingebracht werden. Anschließend können in aufeinanderfolgenden Druckprozessen eine Ag-haltige Paste für die Anschlussstrukturen 151 und danach eine Al-haltige Paste für die metallische Schicht 157 rückseitig auf das Substrat 110 mit der geöffneten Passivierungsschicht 140 aufgebracht werden. Hierbei kann die gedruckte metallische Schicht 157 die gedruckten Anschlussstrukturen 151 bzw. deren Anschlusssegmente 152 am Rand überlappen. In dem oben erwähnten Hochtemperaturprozess (Feuern) können die Pasten verfestigt und kann die Schicht 157 elektrisch mit dem Substrat 110 verbunden werden. Bei diesem Prozess auftretende Diffusions- und Durchmischungsprozesse führen zum Ausbilden der Kontaktstellen 158 und Überlappbereiche 159.
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Die Aufsichtsdarstellung im Bereich eines öffnungsfreien Gebiets 180 von 12 zeigt eine weitere mögliche Ausgestaltung, welche für die Solarzelle 100 vorgesehen sein kann. Hierbei sind die linienförmigen Kontaktierungsbereiche 145 entsprechend 7 beabstandet zu einem Überdeckungsbereich 183 angeordnet. Die in 12 gezeigte Anschlussstruktur 151 besitzt den zuvor erläuterten Aufbau mit separaten Anschlusssegmenten 152. Auch in dieser Ausgestaltung besitzen die Anschlusssegmente 152 eine Länge, welche eine Breite des öffnungsfreien Gebiets 180 bzw. eine Breite des Überdeckungsbereichs 183 übersteigt. Ferner befinden sich die Anschlusssegmente 152 in Bereichen zwischen nicht dargestellten Linien des zugrundeliegenden Linienrasters der Kontaktierungsbereiche 145, und damit ausschließlich auf der Passivierungsschicht 140.
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Die Aufsichtsdarstellung im Bereich eines öffnungsfreien Gebiets 180 von 13 zeigt eine weitere mögliche Ausgestaltung, welche für die Solarzelle 100 bzw. deren Anschlussstrukturen 151 in Betracht kommen kann. Hierbei sind die linienförmigen Kontaktierungsbereiche 145 entsprechend den 8, 10 teilweise innerhalb eines Überdeckungsbereichs 183 angeordnet. Möglich ist auch eine nicht dargestellte Ausgestaltung entsprechend den 7, 12.
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Die des Weiteren in 13 gezeigte Anschlussstruktur 151 weist erneut vier in der y-Richtung in einer Reihe angeordnete Anschlusssegmente 152 auf. Abweichend von den in den 10, 12 gezeigten Ausgestaltungen sind die Anschlusssegmente 152 der Anschlussstruktur 151 von 13 über mittig angeordnete Verbindungsstege 153 miteinander verbunden. Die Verbindungsstege 153 sind aus demselben Material wie die Anschlusssegmente 152, also aus Silber, ausgebildet. Dadurch ist es möglich, einen Zellverbinder auch zwischen den Anschlusssegmenten 152 an die Anschlussstruktur 151 bzw. an die hier vorliegenden Verbindungsstege 153 anzuschließen.
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Die Anschlussstruktur 151 von 13 befindet sich ebenfalls ausschließlich auf der Passivierungsschicht 140. Dies kann, wie in 13 gezeigt ist, verwirklicht sein, indem die Verbindungsstege 153 mit einer gegenüber dem öffnungsfreien Gebiet 180 kleineren Breite ausgebildet sind bzw. indem die linienförmigen Kontaktierungsbereiche 145 beidseitig der Verbindungsstege 153 in einem Abstand zu den Verbindungsstegen 153 enden.
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Die Solarzelle 100 bzw. deren rückseitige Kontaktstruktur 150 kann nicht nur mit segmentierten Anschlussstrukturen 151 verwirklicht werden. Möglich ist auch eine Ausgestaltung mit flächigen Strukturen bzw. Anschlussflächen.
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Zur Veranschaulichung einer solchen, für die Solarzelle 100 in Betracht kommenden Ausgestaltung zeigt 14 eine weitere Aufsichtsdarstellung im Bereich eines öffnungsfreien Gebiets 180. Hierbei sind die Öffnungen 141, 142 der Passivierungsschicht 140 und damit die linienförmigen Kontaktierungsbereiche 145 erneut entsprechend 7 beabstandet zu einem Überdeckungsbereich 183 angeordnet. Möglich ist auch eine nicht dargestellte Ausgestaltung entsprechend 8.
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In dem in 14 gezeigten Bereich weist die Solarzelle 100 eine zum Anschließen eines Zellverbinders verwendete Anschlussstruktur 151 in Form eines flächigen Anschlusselements 155 auf. Das Anschlusselement 155 kann, wie in 14 dargestellt ist, eine ovale bzw. elliptische Form aufweisen. Das Anschlusselement 155 ist ebenfalls aus einem lötfähigen metallischen Material bzw. Silber ausgebildet und von der metallischen Schicht 157 der rückseitigen Kontaktstruktur 150 lateral umgeben (nicht dargestellt). Sämtliche der in 2 angedeuteten Anschlussstrukturen 151 können entsprechend 14 in Form von solchen Anschlussflächen 155 ausgebildet sein.
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Wie in 14 gezeigt ist, können sich die linienförmigen Kontaktierungsbereiche 145 teilweise unterhalb des Anschlusselements 155 erstrecken. Hierdurch kann auch das Anschlusselement 155 das Halbleitersubstrat 110 der Solarzelle 100 kontaktieren. Alternativ können das Anschlusselement 155 und/oder die Kontaktierungsbereiche 145 derart ausgebildet sein, dass eine solche Kontaktierung nicht vorliegt und das Anschlusselement 155 lediglich auf der Passivierungsschicht 140 angeordnet ist (nicht dargestellt).
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Die anhand der Figuren erläuterten Ausführungsformen stellen bevorzugte bzw. beispielhafte Ausführungsformen der Erfindung dar. Neben den beschriebenen und abgebildeten Ausführungsformen sind weitere Ausführungsformen vorstellbar, welche weitere Abwandlungen und/oder Kombinationen von Merkmalen umfassen können.
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Beispielsweise ist es möglich, anstelle der oben angegebenen Materialien andere Materialien zu verwenden. Gleiches gilt für Zahlenangaben, zum Beispiel für in den Figuren gezeigte Anzahlen von Anschlusselementen 131, Anschlussstrukturen 151 und Anschlusssegmenten 152 von segmentierten Anschlussstrukturen 151, welche durch andere Anzahlen ersetzbar sind.
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Des Weiteren können segmentierte Anschlussstrukturen 151 mit von den Figuren abweichenden geometrischen Aufsichtsformen verwirklicht werden. Beispielsweise ist es möglich, anstelle von ausschließlich rechteckigen Anschlusssegmenten 152 auch Anschlusssegmente mit teilweise gekrümmten Konturen vorzusehen. Denkbar sind ferner gemischte Ausgestaltungen von segmentierten Anschlussstrukturen 151, welche sowohl verbundene als auch getrennte Anschlusssegmente 152 aufweisen.
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Andere geometrische Aufsichtsformen können auch für Anschlussstrukturen 151 in Form von flächigen Anschlusselementen 155 in Betracht kommen. Hierunter fallen zum Beispiel Anschlusselemente 155 mit einer Rechteckform.
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In Bezug auf Überdeckungsbereiche 183 sind Ausgestaltungen möglich, in welchen Öffnungen 141, 142 der Passivierungsschicht 140 bzw. linienförmige Kontaktierungsbereiche 145 jeweils an einen Überdeckungsbereich 183 heranreichend ausgebildet sind. Hierbei können der Überdeckungsbereich 183 und das entsprechende öffnungsfreie Gebiet 180 jeweils zueinander deckungsgleich sein und übereinstimmende Abmessungen bzw. Breiten aufweisen.
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Bezugszeichenliste
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- 100
- Solarzelle
- 110
- Substrat
- 111
- Basis
- 112
- Emitter
- 115
- Vorderseite
- 116
- Rückseite
- 120
- Antireflexionsschicht
- 130
- Kontaktstruktur
- 131
- Anschlusselement
- 135
- Kontaktfinger
- 140
- Passivierungsschicht
- 141
- Öffnung
- 142
- Öffnung
- 145
- Kontaktierungsbereich
- 150
- Kontaktstruktur
- 151
- Anschlussstruktur
- 152
- Anschlusssegment
- 153
- Verbindungssteg
- 155
- Anschlusselement
- 157
- Metallische Schicht
- 158
- Kontaktstelle
- 159
- Überlappbereich
- 170
- Zellverbinder
- 180
- Öffnungsfreies Gebiet
- 183
- Überdeckungsbereich
- 190
- Breite
- 193
- Breite
- x, y
- Richtung
