DE2318053A1 - Sonnenzelle - Google Patents

Description

PATENTANWÄLTE

DIPL.-ING. LEO FLEUCHAUS DR.-ING. HANS LEYH 2318053

München 71,

Melchlorstr. 42

Unser Zeichen:

^: A 12 63O

PERRANTI LIMITED Hollinwood-Lancashire

England

Sonnenzelie

Die Erfindung betrifft Sonnenhellen und insbesondere Kontakte für Sonnenseilen, die einen strahlungsempfindlichen PN-Übergang in einem Halbleiterkörper aufweisen.

Der Ausgang einer Sonnenzelle wird geringer wenn der innere Reihenwiderstand in der Zelle zunimmt. Um den Innenwiderstand so nieder wie raöglch zu halten ist es wesentlich, den Kontakt der Zelle an der Strahlungseinfallfläche möglichst nahe bei jeden Teil der strahlungsempfindlichen PN-übergangszone anzuordnen, entsprechend einer vorgegebenen Tiefe des PN-Übergangs in dem Halbleiterkörper, wobei notwendigerweise ein Teil des PN-Übergangs gegen die auf die Zelle auftreffende Strahlung abgedeckt wird. Dieser Kontakt soll daher eine möglichst kleine Fläche haben, um den Ausgang der Zelle nicht nachteilig zu beeinflussen .

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Gewöhnlich ist eine Sonnenzelle in einem Halbleiterkörper angeordnet, der rechteckig oder quadratisch ausgebildet ist. Der strahlungsenpfindliche PN-Übergang liegt parallel zu der rechteckigen oder quadratischen Haupt-Strahlungs-Einfallfläche des Halbleiterkörpers und erstreckt sich zu den Seitenwänden des letzteren. Der nahe bei dem PN-Übergang angeordnete Kontakt ist auf der Strahlungs-Einfallsfläche vorgesehen und gewöhnlich ist er in Form einer Gitter-Struktmr ausgebildet, die etwa 2% der Fläche des PN-übergangea abdeckt. Das Gitter umfaßt eine Sammelleitung parallel zu und angrenzend an einen Rand der Strahlungseinfallfläche, wobei die Sammelleitung sich im wesentlichen über die gesamte Länge des Randes erstreckt. Einstückig mit der Samrelleitung und rechtwinkelig zu ihr verlaufend sind eine Vielzahl von Kontaktfingern angeordnet, die gleichmäßig über die gesamte Länge der Sammelleitung verteilt sind, wobei jeder Kontaktfinger sich bis zu einem Punkt in der Nähe des Randes erstreckt, der entgegengesetzt zu der Sammelleitung liegt. Bei einem Kontakt mit einer Gitterstruktur dieser Art ist der innere Reihenwiderstand der Zelle relativ klein.

Jeder Kontaktfinger kann sich hinsichtlich seiner Breite verjüngen, wobei er angrenzend an die Sammelleitung am breitesten ist, er kann jedoch so angesehen werden, als habe er eine wirksame Breite die gleich seiner mittleren Breite ist.

Von M. Wolf wurde in einem Artikel "Limitations and Possibilities for Improvements of Photovoltaic Solar Energy Converters", Proceedings of the I.R.E., Juli 1960, Seiten 1246 bis 1263, eine Kontakt-Gitterstruktur vorgeschlagen. In dem fraglichen Artikel werden Gleichungen angegeben, durch die optimale Werte für die Breite der Kontaktfinger und für den Zwischenraum zwischen benachbarten Kontaktfingern bezogen auf einen gegebenen Zellenaufbau bestimmt werden können, um einen maximalen Leistungsausgang

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der Zelle zu erhalten· Der optimale Abstand zwischen benachbarten Kontaktfingern wird mit 0,4 esa angegeben.

Wenn der Abstand zwischen benachbarten Kontaktfingern and die maximale prozentuale Fläche des PN-Überganges, die durch die Kontaktgitterstruktur abgedeckt wird, feste Werte sind, kann die mittlere Breite jedes Kontaktfingers bestimmt werden. Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Sonnenseile zu schaf .'en, die einen höheren Ausgang bzw. einen besseren Wirkungsgrad als die bisher bekannten Seilen hat.

Erfindungsgemäße wird dies dadurch erreicht, daß das Kontaktgitter etwa 0,7 bis etwa 2,51 der Fläche der strahlungsempfiitdlichen PN-tfber gangs zone abdeckt, und das der Abstand zwischen benachbarten Kontaktfingern des Gitters höchstens 0,2 cm beträgt.

Es wurde festgestellt, das je kleiner der Abstand zwischen benachbarten Kontaktfingern und damit je größer die Anzahl an Kontaktfingern ist, die für eine gegebene prozentuale Fläche vorgesehen ist, um die die PN-Ubergangssone durch das Kontaktgitter abgedeckt wird, der Ausgang der Sonnenzelle ustso höher ist.

Vorzugsweise ist das Kontaktgitter so ausgebildet, daß etwa 1,5% des Bereichs der strahlungsempfindlichen PN-Ubergangszone abgedunkelt werden.

Eine beispielsweise AusfOhrungsform der Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnung erläutert, in der

Fig. 1 scheaatisch in Draufsicht eine Sonnenzelle alt einem

Kontaktgitter auf der Strahlungs-Elnfallflache der Zelle zeigt·

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Fig. 2 zeigt in Form eines Schaubildes den prozentualen Anteil der strahlungsempfindlichen PN-Übergangszone, der durch das Kontaktgitter abgedeckt wird, bezogen auf den gesamten Leistungsverlust, der aufgrund des Innenwiderstandee einer im übrigen theoretisch perfekten Sonnenzelle und aufgrund der Abdeckung von Teilen des PN-Ubergangs durch das Kontaktgitter entsteht.

Die dargestellte Sonnenzelle 10 ist in einem quadratischen HaIbleiterplättchen 11 aus Silicium ausgebildet und sie hat zunächst insgesamt P-Leitfähigkeit und den hohen spezifischen Widerstand von 10 Ohm-Zentimeter. Durch Diffusion wird ein Bereich mit N-Leitfähigkeit gebildet, der nahe bei einer Hauptfläche 12 und über deren gesamte Ausdehnung sich erstreckt, Wodurch ein strahlungsempfindlicher PN-Übergang (nicht gezeigt) in einer gegebenen Tiefe unter der Fläche 12 in dem Halbleiterkörper ausgebildet wird. Beim Betrieb der Zelle fällt die Strahlung auf die Fläche 12 und die PN-Übergangszone erstreckt sich parallel zu dieser Fläche zwischen den Seitenwänden des Halbleiterkörpers. Ein nicht gezeigter Kontakt ist an der Hauptfläche in einem Bereich des Halbleiterkörpers 11 vorgesehen, der P-Leitfähigkeit hat und ein Kontakt 13 aus Kupfer ist auf der Fläche 12 des Bereichs mit N-Leitfähigkeit ausgebildet. Der Kontakt 13 hat die Form eines Gitters mit einer Sammelleitung 14 an einem Rand 15 der Fläche 12. Einstückig mit der Sammelleitung 14 ist eine Vielzahl von Kontaktfingern 16 ausgebildet, die sich über die Hauptfläche 12 des Plättchens rechtwinkelig zu der Sammelleitung 14 erstrecken. Jeder Kontaktfinger 16 verjüngt sich hinsichtlich seiner Breite, wobei er an der Sammelleitung am breitesten ist und er erstreckt sich bis zu einem Punkt 17 nahe bei dem Rand 18 der Fläche 12, der der Sammelleitung 14 gegenüberliegt. Damit liegt für eine gegebene Tiefe des PN-Überganges in dem Halbleiterkörper jeder Teil der PN-übergangszone zu einem Kontaktfinger benachbart, womit der Innen-Reihenwiderstand in der Zelle klein ist.

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Be wurde nun gefunden, daft je kleiner der Abstand zwischen benachbarten Kontaktfingern bei einer gegebenen prozentualen Fläche de* PM-Obarganges, die durch das Eontaktgitter abgedeckt wird, der Aasgang der Sonnenseile umso gröfer ist. 0er Abstand «wissen benachbarten Kontaktfingern 16 betragt daher rorteilhafterweise höchsten« O,2 ob. Aue Gründen der Übersichtlichkeit ist in Flg. die Breite «ad der Verjüngungewinkel der Kontaktfinger Übertrieben dargestellt.

Bei eine« gegebenen Abstand zwischen benachbarten Xontaktfingern and bei eines gegebenen prozentualen Anteil der Fliehe des PH-überganges, die durch das Xontaktgitter abgedeckt wird, kann die Mittlere Breite jedes Kontaktfingers bestinat werden· Aas Gründen der Eersteilung sollte jedoch die mittlere Breite nicht kleiner eis 10 Mikron sein.

Bei einer bevorzugten AusfÜhrungsfor« der erfindungsgesdisen Solarseile 1st das Halbleiterplättehen quadratisch «it einer Seitenlange von 2 cw. Das Xontaktgitter aus Kupfer auf der Strahlungseinfallfläche des Plattchens hat 24 Kontaktfinger, die gleichförsdcf längs einer Saaeaelleitung verteilt sind« Die XoQtaktfinger verjüngen sieh in der Breite* jeder hat jedoch eine Mittlere Breite von 10 Mikron· Die Höhe der Kontaktfinger betrügt β Mikron end der Abstand zwischen benachbarten Kontaktfingern betragt 0,0t cm. Der Wirkungsgrad der Solarzelle beträgt etwa I2t und es werden etwa 1,51 der Fläche des FH-tfberganges dareil das Kostaktgittar abgedeckt.

Für eine Solarzelle dieser Art ist in dem Schaubild nach Fig. auf der X-Achse der Anteil der Fläche der strahluagsenpfindlichen PV-öbergangszone in Prozent aufgetragen, der durch das Kontaktgitter abgedeckt wird, während auf der T-Achse der gesamte Leistungsverlust aufgetragen ist, der sich aufgrund des Inneawideretanoes der Zelle, die im übrigen theoretisch als

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perfekt angesehen wird, und aufgrund der teilweisen Abdeckung des PN-Überganges durch das Kontaktgitter entsteht. Der gesamte Leistungsverlust ist in willkürlich gewählten Einheiten derart angegeben, das als Mindestverlust ICK) angenommen wird. Es wurde nun.festgestellt, daß der gesamte Leistungsverlust dann ein Mininun hat, wenn 1,5% der Fläche des strahlungserapfindlichen PN-Überganges durch das Kontaktgitter abgedeckt bzw. abgedunkelt werden. Liegt der abgedeckt· Bereich innerhalb von etwa 0,7 bis etwa 2,5/% der Fläche des PN-Überganges, so steigt der gesamte Leistungsverlust um 0,5% über den Mindestwert. Wenn jedoch beispielsweise der abgedeckte Bereich 3,5% der Fläche des PN-Überganges beträgt, so liegt der gesamte Leletungsverlust um 1% höher als der Mindestwert. Es ist daher erwünscht, daß der durch das Kontaktgitter abgedeckte Bereich «wischen etwa 0,7 und 2,5% und vorzugsweise bei 1,5% der Fläche der PN-Obergangszone liegt.

Die erfindungsgemäte Solarzelle, deren benachbarte Kontaktfinger •inen maximalen Abstand von 0,2 cm haben, hat einen höheren Ausgang bzw. «inen höheren wirkungsgrad als bekannte Solarzellen.

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Claims (4)

1. A 12 63O

   Ansprüche

   Solarzelle, bestehend aua einen rechteckigen Halbleiterkörper Bit einer rechteckigen Strahlungaeinfallfläche, unter der eine parallele strahlungsempfindlich« PH-Obergangszone liegt nit einem Kontaktgitter auf der Fliehe» : as eine Sammelleitung aufweist, die parallel xu und angrenzend an einen Rand der Fliehe angeordnet ist tmd die sich in wesentlichen Ober die gesamte Länge des Randes erstreckt, wobei einstückig mit der S amme lie !tun? und ist wesentlichen rechtwinkelig zu ihr verlaufend eine Vielzahl von Kontaktfingern an die Sammelleitung angeformt sind, die gleichmäßig in wesentlichen Über ihr· gesagte Läng· verteilt sind, wobei jeder Kontaktfinger sich bis zu einen Punkt nahe bei dem gegenüberliegenden Rand des Plättchens erstreckt, dadurch gekennzeichnet , daS das Kontaktgitter so ausgebildet 1st, daß es etwa 0,7 bis etwa 2,5% des Bereichs der strahlungsewpfindlichen PN-Übergangszone abdeckt und daß der Abstand zwischen benachbarten Kontaktfingern des Gitters höchstens etwa O,2 ca beträgt.
2. 2. Solarzelle nach Anspruch 1, dadurch .gekennzeichnet, daß das Kontaktgitter so ausgebildet ist, daB es etwa 1,5% des Bereichs der strahlungsempfindlich«» PH-Übergangazone abdeckt.
3. 3. Solarzelle nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet , daß der Abstand zwischen benachbarten Kontaktfingern etwa 0,08 cm beträgt.
4. 4. Solarzelle nach Anspruch 1,2 oder 3, dadurch gekennzeichnet , daß die mittler· Breite jedes Kontaktfingers nicht kleiner als etwa IO Mikron ist·

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