DE3031907A1 - Solarzelle und solarzellenverbund sowie verfahren zu ihrer herstellung. - Google Patents

Solarzelle und solarzellenverbund sowie verfahren zu ihrer herstellung.

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Description

UNISEARCH LIMITED, 221-227 Anzac Parade, Kensington, New South Wales, Australia
Solarzelle und Solarzellenverbund sowie Verfahren zu ihrer Herstellung
Die Erfindung betrifft eine Solarzelle mit einer Platte aus halbleitendem Material und ein Verfahren zur Herstellung derselben sowie integrierte Anordnungen einer Vielzahl von Solarzellen und Verfahren zu deren Herstellung.
Solarzellen verwandeln unter Ausnutzung des Fotoeffektes in einem Halbleiter Sonnenlicht direkt in elektrische Energie. Sie liefern im wesentlichen hohe Ströme bei geringen Spannungen und müssen deshalb in einer Vielzahl hintereinandergeschaltet werden, um brauchbare Spannungen zu erzeugen.
710
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BOEHMERT & BOEHMEKΓ
Eine Fehlanpassung der Eigenschaften der so verbundenen Solarzellen kann Betriebsprobleme in einer derartigen Anordnung von Solarzellen verursachen. Eine solche Fehlanpassung kann z.B. durch physikalische Unterschiede der einzelnen Solarzellen bedingt sein, die sich während des Herstellungsprozesses nicht vermeiden lassen, oder auch durch den Defekt einer Solarzelle. Aber auch durch Vorgänge außerhalb der Solarzellen sind Fehlanpassungen möglich; z.B. durch eine teilweise Abschattung «ines Solarzellenverbundes durch gefallene Blätter oder Vogelmist.
Unabhängig vom Ursprung kann eine solche Fehlanpassung zweierlei unerwünschte Auswirkungen nach sich ziehen. Der Ausgangsstrom einer Reihe von verbundenen Solarzellen wird durch die schwächste Zelle bestimmt. Das bedeutet, daß durch eine Fehlanpassung ein Teil der Stromerzeugungskapazität der verbundenen Zellen vergeudet wird. Darüber hinaus werden Reihen von hintereinandergeschalteten Solarzellen häufig mit geringen Ausgangsspannungen betrieben, z.B. bei einigen Spannungs- Steuerungsanordnungen oder während der Wartung der Solarzellenanordnung. In diesen Fällen wird praktisch die gesamte durch die Anordnung erzeugte Leistung in der schwächsten Zelle verbraucht, wodurch eine lokale Überhitzung und ein Bruch der Solarzellenummantelung verursacht werden kann.
Die erwähnten unerwünschten Wirkungen einer Fehlanpassung der Solarzellen können durch Parallelschaltung einer Nebenschluß- Diode zu jeder Solarzelle,bzw. zu einer kleinen Gruppe von Solarzellen,vermieden werden. Eine solche Diode kann entweder eine getrennte Vorrichtung sein oder, auch in die Solarzellenstruktur integriert sein.
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Die Solarzellen können eine Vielzahl von Strukturen aufweisen, z.B. kann es sich um eine herkömmliche pn-übergangsstruktur oder um eine MIS-Struktur handeln.
Die große Mehrzahl der zur Zeit gefertigten Solarzellen verwendet Silizium und weist pn-übergänge auf. Es handelt sich dabei um Dioden mit großflächigen Sperrschichten, deren Struktur zur bestmöglichen Ausnutzung des Sonnenlichtes optimiert ist. üblicherweise wird bei der Herstellung eines solchen pn-Überganges von einer dünnen Siliziumscheibe ausgegangen, deren Durchmesser etwa 50-125 mm und deren Stärke etwa 0,25 - 0,6 mm beträgt. Diese Scheibe wird üblicherweise mit p-leitenden Fremdatomen (wie z.B. Bor) dotiert. In die Oberfläche der Scheibe werden bei hohen Temperaturen Störstellenatome (üblicherweise Phosphor) mit η-leitenden Eigenschaften diffundiert. Dadurch wird eine sehr dünne n-leitende Schicht von etwa 0,2 - 0,5 /im und damit ein pn-übergang geschaffen. Die gesamte rückwärtige Oberfläche der Solarzelle wird mittels einer aufgetragenen Metallschicht mit einem Ohmschen Kontakt versehen, der üblicherweise erhitzt wird, um durch eine darunterliegende dünne Oxidschicht oder einen Diffusionsbereich einen guten elektrischen Kontakt sicherzustellen. Mittels eines Metallnetzes wird die Diffusionsschicht im Oberteil der Solarzelle mit einem Ohmschen Kontakt versehen. Das Netz hält den Reihenwiderstand gering und schattet nur einen geringen Teil der Sonnenzellenoberflache gegen einfallendes Licht ab. Optische Verluste werden durch Auftragung einer"Viertel- Wellenllänge"Antireflexionsbeschichtung auf das Oberteil der Solarzelle oder durch chemische Ätzung zu einem früheren Zeitpunkt des Herstellungsverfahrens, bzw. durch eine Kombination dieser
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beiden Verfahren,verringert.
Der andere oben erwähnte Typ von Solarzellen verwendet eine MIS-Technik. Solche Vorrichtungen zeigen ähnliche elektronische Eigenschaften wie ideale pn-übergangs- Dioden und sind deshalb in der Lage, ähnliche Konversionswirkungsgrade zu erreichen.
Ein bevorzugtes Verfahren, solche MIS-Solarzellen herzustellen verläuft folgendermaßen. Mit p-leitenden Störstellen dotiertes Silizium wird als Grundmaterial verwendet. Nach der chemischen Reinigung wird eine dünne Oxidschicht auf der oberen und der unteren Oberfläche geformt; z.B. durch Erhitzung in Luft oder in einem anderen oxidierenden Milieu. Im nächsten Schritt wird ein Metallkontakt am Boden des Silizium- Grundmaterials ausgeformt. Zu diesem Zweck wird eine geeignete Metallschicht (z.B. Aluminium) auf die Rückseite gebracht und für ein kurzes Zeitintervall (z.B. 15 Min.) bei etwa 500° C gesintert, so daß das Metall einen nicht gleichrichtenden Kontakt durch die dünne Oxidschicht erzeugt. Danach wird der Metallkontakt am Oberteil des Grundmaterial angebracht. Die unterliegende Schicht dieses Metallkontaktes weist vorzugsweise Aluminium, Magnesium, Titan oder einen ähnlichen Leiter mit geringer Austrittsarbeit für p-leitendes Grundmaterial auf. Der Oberteil des Kontaktes besteht aus einem feinen Gitter, das z.B. durch eine Metallmaske oder durch fotolitographische Methoden erzeugt wird. Abschließend wird zwecks Reduzierung der Reflektion eine Antireflektionsbeschichtung (z.B. aus SiO) auf die Oberfläche der Vorrichtung aufgetragen. Eine solche Antireflektionsbeschichtung dient auch zur Passivierung der Oberfläche des darunter-
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BOEHMERT & BOEHMERT
liegenden Siliziums.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine neue Anordnung für eine Nebenschluß- Diode einer Solarzelle zu schaffen, durch die die Toleranz einer Anordnung von Solarzellen gegenüber Fehlanpassungen der Zellen erhöht wird. Dabei sollen bei Verwendung der Erfindung nur die üblichen Solarzellen- Verbindungen erforderlich sein.
Eine Aufgabe der Erfindung liegt darin, ein Verfahren zur Herstellung einer Vielzahl von verbundenen Solarzellen mittels einer einstückigen Platte aus halbleitendem Material (wie z.B. Silizium) zu schaffen, wodurch sowohl die Herstellungskosten als auch die Betriebssicherheit eines in Reihe geschalteten Verbundes von Solarzellen verbessert werden.
Ein weiteres Ziel der Erfindung ist es, einen Verbund von Solarzellen zu schaffen, wobei jeder einzelnen Solarzelle eine Diode parallelgeschaltet ist. Eine solche Anordnung hat alle erwähnten Vorteile und kann darüber hinaus Solarzellen, die schon seit ihrer Herstellung unbrauchbar sind, aufnehmen, ohne daß die Leistungsfähigkeit der gesamten Anordnung wesentlich beeinträchtigt wird.
Erfindungsgemäß werden die obengenannten Aufgaben gelöst durch eine integral ausgeformte Nebenschluß- Diode; Boden- und Oberteilkontakte, die zumindest teilweise entweder einen direkten elektrischen Kontakt oder einen indirekten elektrischen Kontakt durch eine zwischenliegende anders dotierte Schicht oder eine Isolationsschicht mit dem halbleitenden Material haben; und eine Unterteilung der Solarzelle in drei benachbarte Bereiche; eine Nebenschluß- Diode, eine Hauptzelle und einen dazwischenliegenden, isolierenden Abschnitt, wobei die Hauptzelle
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aus einem Teil des halbleitenden Materials besteht und Boden- und Oberteilkontakte aufweist, von denen einer direkten oder indirekten elektrischen Kontakte mit dem halbleitenden Material hat, während der andere davon durch eine dazwischenliegende andere dotierte oder isolierende Schicht getrennt ist; der isolierende Abschnitt aus einem Teil des halbleitenden Materials besteht und sowohl vom Boden- als auch vom Oberteilkontakt durch eine dazwischenliegenden anders dotierte oder eine isolierende Schicht getrennt ist; die Nebenschluß- Diode aus einem Teil des halbleitenden Materials besteht und einer ihrer Boden- bzw. Oberteilkontakte in direktem oder indirektem elektrischen Kontakt mit dem halbleitenden Material steht, während der andere Kontakt durch eine dazwischenliegende anders dotierte oder isolierende Schicht getrennt ist; und die Nebenschluß- Diode durch eine elektrische Leitung mit der Hauptzelle verbunden ist.
Daneben offenbart die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung einer solchen Solarzelle und gibt darüber hinaus an, wie eine Vielzahl solcher Solarzellen zu einem integrierten Verbund angeordnet werden können.
Auch für eine solche integrierte Anordnung einer Vielzahl von Solarzellen wird ein Herstellungsverfahren angegeben.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen und aus der nachfolgenden Beschreibung, in der ein Ausführungsbeispiel anhand der Zeichnung im einzelnen erläutert ist. Dabei zeigt bzw. zeigen:
Fig. 1a eine erfindungsgemäße Solarzelle mit
einer Nebenschluß- Diode, die integral in der Solarzelle ausgeformt ist;
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Fig. 1b ein,Ersatzschaltbild der in Fig. 1a gezeigten Anordnung;
Fig. 2 eine halbkreisförmige Anordnung für eine integrierte Nebenschluß- Diode;
Fig.3a,3b,3c'p3d schematisch drei verschiedene Herstellungsverfahren zur Herstellung der Nebenschluß- Diode;
Fig. 4 die Dunkelstromcharakteristik einer Solarzelle mit pn-übergang und einer integrierten Nebenschluß- Diode (diese Ausführung der Nebenschluß- Diode wird mit "BD3" bezeichnet);
Fig. 5 eine graphische Darstellung der Ausgangs- Charakteristik einer Solarzelle mit pn-übergang und integrierter Nebenschluß- Diode - als BD3 bezeichnet - bei Beleuchtung im Vergleich mit der Ausgangs-Charakteristik einer Solarzelle - mit C6 bezeichnet -, die vergleichbar»aber ohne Nebenschluß- Diode hergestellt ist;
Fig. 6 eine graphische Darstellung der Ausgangsspannung der gleichen Zelle mit einer integrierten Nebenschluß- Diode (BD3), die mit anderen Zellen in Reihe geschaltet ist, bei unterschiedlich abgeschatteten Beleuchtungen;
Fig. 7 einen schematischen Schnitt durch eine Anordnung von integrierten Solarzellen;
Fig. 8a,8b eine Draufsicht bzw. eine Seitenansicht • einer in Reihe geschalteten Anordnung von Mis-Solarzellen;
Fig. 9 die Strom- Spannungscharakteristik sowohl einer einzelnen MIS-Solarzelle als auch von zwei auf demselben Grundmaterial miteinander verbundenen MIS-Solarzellen;
Fig. 10 schematisch eine Reihenschaltung von
Solarzellen, wobei jede Solarzelle mit einer Nebenschluß- Diode versehen ist;und
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Fig.11ä,11b schematische Ansichten einer integrierten Solarzelle mit Nebenschluß-Diode von oben bzw. von unten.
Fig. 1a zeigt eine erfindungsgemäße Solarzelle mit einer Nebenschluß- Diode. Die Solarzelle weist eine mit p-leitenden Fremdatomen dotierte Siliziumplatte 1 auf, die oben und unten mit η-leitenden oder isolierenden Schichten 2 und 3 versehen ist, auf denen ein oberer bzw. ein unterer metallischer Kontakt 4 und 5 angebracht sind. Eine Diode mit der Solarzelle entgegengesetzter Polarität ist in die Solarzellenstruktur integriert und von der Hauptzelle durch den Lateralwiderstand des Zellenkörpers isoliert. Gemäß Fig. la ist die Solarzelle in drei Bereiche unterteilt: eine Hauptzelle 1, einen isolierenden Abschnitt 7 und eine Nebenschluß- Diode 6.
Das Ersatzschaltbild einer solchen Struktur ist in Fig. 1b gezeigt. Im Ersatzschaltbild ist nicht nur die Nebenschluß- Diode 6 hinzugefügt, sondern auch ein parasitärer Reihenwiderstand R5 und ein parasitärer Parallelwiderstand R3J1" hinzugefügt. Durch Wahl der Fläche der Nebenschluß-Diode sowie der Breite des isolierenden Abschnittes 7 ist es möglich, die Größe der parasitären Widerstände zu bestimmen und die Solarzelle den gegebenen Anforderungen anzupassen.
Der Parallelwiderstand bewirkt bei Normalbetrieb der Solarzelle einen zusätzlichen Leistungsverlust, wohingegen der Reihenwiderstand einen Leistungsverlust bei Betrieb der Nebenschluß- Diode verursacht. Darüberhinaus geht die für die Nebenschluß- Diode 6 und einen Teil des isolierenden Abschnittes 7 erforderliche Fläche für die Spannungserzeugung
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mittels Fotoeffekt verloren. Die Nebenschluß- Diode 6 ist so ausgeformt, daß solche Verluste möglichst gering bleiben. Für Solarzellen nach dem gegenwärtigen Stand der Technik können solche Verluste vernachlässigbar klein gehalten werden;Z*B· kann für eine Solarzelle mit 100 mm Durchmesser der Gesamtverlust durch die Nebenschluß-Diode 6 unterhalb von 3 % der gesamten Solarzellenleistung gehalten werden. Weiterhin ist es möglich, die Nebenschluß- Diode 6 unter Kontaktstreifen oder Zuleitungsschienen zu plazieren, um zusätzlich die durch die Nebenschluß- Diode 6 beanspruchte wirksame Fläche der Solarzelle zu reduzieren.
Die günstigste Geometrie der Nebenschluß- Diode 6 hängt von der speziellen Konstruktion der Solarzelle ab. Eine für den allgemeinen Gebrauch günstige Geometrie der Nebenschluß- Diode ist durch die Halbkreisform gemäß Fig. 2 gegeben, wobei die Hauptzelle 8 durch einen isolierenden Abschnitt 9 von der Nebenschluß- Diode 10 in einer durch die Radien r-j und r2 bestimmten Weise getrennt ist.
Ein bevorzugtes Verfahren zur Herstellung von pn·-Übergangsund MIS-Solarzellen mit integrierter Nebenschluß- Diode sieht folgende Modifikationen der oben beschriebenen Verfahren vor: entsprechend Fig. 3a wird ein p-leitendes Material 11 beidseitig mit n-leitenden Schichten 12 und 13 oder dünnen isolierenden Schichten versehen. Gemäß Fig. 3a ist der rückwärtige Kontakt (Metallschicht 14) in einem bestimmten Bereich angebracht. Bevor der obere Kontakt angebracht wird, wird eine zusätzliche Metallschicht 15 in einem definierten Größenverhältnis in Bezug auf den schraffierten Kontakt 16, der sich gemäß Fig.3a auf der Rückseite der Platte befindet, auf dem Oberteil der Silizium-
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platte aufgetragen. Durch nachfolgendes Heizen des Materials wird diese Metallschicht 15 durch die dünne Diffusionsschicht oder dünne Oxidschicht 12 hindurch einen Ohmschen Kontakt mit dem darunterliegenden p-leitenden Material herstellen, wie bei 17 angedeutet. Entsprechend der herkömmlichen Anbringung des Oberteil- Kontaktes (Metallschicht 18) auf der Solarzelle wird der Boden-Kontakt (Metallschicht 19) auf der Unterseite der Solarzelle angebracht. Dieser steht mit der dünnen Diffusionsschicht in Verbindung oder wirkt als gleichrichtender MIS-Kontakt mittels der dünnen, darunterliegenden Oxidschichten 12 oder 13. Ein etwas raffinierteres Verfahren könnte eine örtlich begrenzte Heizung, z.B.durch Laser- oder Elektronenpulse, vorsehen, durch die Ohmschen Kontaktflächen definiert werden.
Ein anderes Verfahren zur Herstellung von Solarzellen, die keine Nebenschluß- Diode vorsehen, verwendet das obenbeschriebene Verfahren mit folgenden Modifikationen: die Schicht mit dotierten Fremdatomen oder die dünne Oxidschicht (20 und 21) wird selektiv gemäß Fig. 3b im halbleitenden Material 22 geformt. Dies kann durch selektive Maskierung vor der Bildung dieser Schicht oder durch selektive Abtragung nach der Bildung der Schicht erreicht werden.
Das weitere Herstellungsverfahren ist bekannt und besteht in der Aufbringung von Boden- und Oberteilkontakten 23 und 24.
Andere Verfahren, die die gleichrichtenden Eigenschaften von Metall- Halbleiterkontakten verwenden, sind in den Fig. 3c und 3d gezeigt, wobei eine Metall- Halbleiterschicht 25 selektiv in oder auf dem p-leitenden Material
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ausgeformt wird, nachdem die untere Metall- Kontaktschicht 26 angebracht ist.
Fig. 4 zeigt die Strom- Spannungskurve einer Solarzelle mit pn-übergang und integrierter Nebenschluß- Diode, die gemäß dem oben zuerst dargestellten Verfahren hergestellt ist. Der spezifische Widerstand dieser Solarzelle beträgt 1 ilcm, ihre Stärke beträgt 280 /um und der Durchmesser beträgt 50 mm. Es wurde eine halbkreisförmige Nebenschluß- Diode mit einem Radius von 3 mm benutzt, wobei der Radius des Isolationsabschnittes 10,5 mm beträgt. Diese Abmessungen sind nicht optimal. Fig. 4 zeigt eindeutig die erwartete Dioden- Charakteristik des Dunkelstroms der mit einer Nebenschluß- Diode versehenen Solarzelle.
Bei: Belichtung zeigt dieselbe Solarzelle die in Fig. 5 mit "BD3" bezeichnete Strom- Spannungscharakteristik. Bei gleicher Belichtung zeigt eine Vergleichs- Solarzelle, die nicht mit einer Nebenschluß- Diode versehen ist, die mit "C6" bezeichnete Charakteristik. Ein Verlust an Ausgangs-Spitzenleistung ist offenkundig, doch kann dieser Verlust durch eine optimale Konstruktion der Nebenschluß- Diode gering gehalten werden. Wenn eine Solarzelle mit einer integrierten Nebenschluß- Diode mit 18 herkömmlichen Solarzellen vergleichbarer Größe in Reihe geschaltet wird, ergibt sich die in Fig. 6 mit "Gesamtleistung" bezeichnete Kurve für die Strom- Spannungscharakeristik. Wird eine der herkömmlichen Solarzellen der Anordnung abgeschattet, so fällt die Leistung wie erwartet gemäß der gepunkteten Linie in Fig. 6 dramatisch ab. Andererseits ist im Falle einer vollständigen Abschattung der mit einer Nebenschluß-Diode versehenen Solarzelle wie erwartet nur ein gering-
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fügiger Verlust an Ausgangsleistung zu verzeichnen.
Die Solarzellen können gemäß Fig. 7 auf einem einzigen Stück halbleitenden Materials ausgeformt sein. Diese Technik ist insbesondere dann von Vorteil, wenn das Material einstückig produziert wird, wie es z.B. für Siliziumstreifen der Fall ist. Die einzelnen Solarzellen in der Anordnung (die Hauptzelle ist in Fig. 7 mit dem Bezugszeichen 31 bezeichnet) sind mittels der "Kurzschluß-Bereiche" 29 gemäß Fig. 7 in Reihe geschaltet. Aufeinanderfolgende Solarzellen sind durch den Lateralwiderstand des isolierenden Bereiches 30 voneinander isoliert. Durch den Innenwiderstand des Kurzschluß- Bereiches 29 wird ein parasitärer Reihenwiderstand in die Reihenschaltung eingeführt, während durch den Lateralwiderstand des isolierenden Bereiches 30 ein parasitärer Parallelwiderstand bewirkt wird. Diese Widerstände können durch Wahl der Abmessungen der entsprechenden Bereiche beeinflußt werden. In einer jeden Anordnung von derart in Reihe geschalteten Solarzellen wird die in Fig. 7 gezeigte Abfolge eines isolierenden Bereiches 30, der eine Hauptzelle 31 und einen Kurzschluß- Bereich 29 trennt, entsprechend der Gesamtzahl von Solarzellen in der Anordnung wiederholt.
Ein bevorzugtes Verfahren zur Herstellung einer in Reihe geschalteten Anordnung von MIS-SolarzelLen besteht in der Verwendung des beschriebenen Herstellungsverfahrens für einzelne Solarzellen unter Berücksichtigung folgender Modifikationen: die Vielfachkontakte 37 und 35 werden gemäß der in den Fig. 8a und 8b gezeigten räumlichen Aufteilung angeordnet. Dabei wird vor der Anbringung des oberen Vielfachkontaktes ein zusätzlicher Verfahrenschritt eingeführt, durch den eine zusätzliche Metallschicht 34
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in der Fig. 8b angedeuteten Weise auf dem Oberteil des Siliziununaterials 22 angebracht wird. Nachfolgend wird das Material geheizt, so daß diese Metallschicht 34 in gutem Ohmschen Kontakt durch die dünne Oxidschicht 33 hindurch mit dem darunterliegenden Material 22 kommt. In einem etwas eleganteren Verfahren könnte dieser Schritt durch selektive Heizung, z.B. durch Laser- oder Elektronenpulse, ohne die zusätliche Metallbeschichtung durchgeführt werden. Auf ähnliche Weise wird durch die dünne Oxidschicht ein Ohmscher Kontakt zwischen dem unteren Vielfachkontakt 35 und dem darüberliegenden Halbleiter 36 erzeugt, wie bei 36 in Fig. 8b gezeigt ist.
Ein ähnliches Verfahren kann auch der Herstellung von miteinander verbundenen Solarzellen mit pn-Übergängen dienen, obwohl in diesem Falle ein zusätzlicher parasitärer Parallelwiderstand durch den Lateralwiderstand der dünnen Störstellenschicht in den Bereichen 38 und 39 von Fig. 8b eingeführt wird. In diesem Falle besteht das bevorzugte Verfahren darin, selektiv die Bereiche zu bestimmen, in denen die n-leitenden Störstellen lokalisiert sind. Dies kann entweder durch selektive Maskierung vor der Dotierung oder durch selektive Entfernung nach der Dotierung mittels chemischer Ätzung in bestimmten Bereichen geschehen.
In Fig. 8b stellt die Breite "a" die Verbindungsfläche j
zwischen benachbarten Zellen dar und bestimmt den parasitären I Reihenwiderstand. Die Breite "b" stellt die Isoliereung zwischen benachbarten Zellen dar und bestimmt den parasitären Parallelwiderstand. I
Im Idealfall ist der parasitäre Parallelwiderstand I
ι maximiert, während der parasitäre Reihenwiderstand minimiert j
ist. Durch die Wahl von "a" und "b" können die parasitären j
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INSPECTED
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Widerstände den Anforderungen an die Solarzelle angepaßt werden.
Durch das beschriebene Verfahren können miteinander verbundene MIS-Solarzellen auf einer einzigen Halbleiterplatte hergestellt werden. In einem Ausführungsbeispiel ist die Siliziumplatte 10 cm lang und 300 yum stark. Zwei Solarzellen sind miteinander verbunden und nehmen eine Totalfläche von 5,7 cm2 ein. In Fig. 9 ist die Strom- Spannungskurve einer einzelnen Solarzelle bei Beleuchtung gezeigt. Die ebenfalls in Fig. 9 gezeigte Kurve für die zwei verbundenen MIS-Solarzellen zeigt, daß der Ausgangsstrom gleich bleibt, während erwartungsgemäß die Ausgangsspannung verdoppelt wird.
Durch Kombination der Eigenschaften einer Reihenschaltung von Solarzellen mit einer erfindungsgemäßen Nebenschluß-Diode für jede ZeJLIe ergibt sich die in Fig. 10 dargestellte Anordnung, ödr'ch die dort gezeigte spezifische Anordnung von oberen und unteren metallischen Kontakten 40, 41 und n-leitenden Bereichen auf der halbleitenden Platte werden die unterschiedlichen Bereiche, nämlich der Kurzschluß- Bereich 42, die Nebenschluß- Diode 43, die Isolierung 44 und die Hauptzelle 45,geschaffen. Auch wenn eine Zelle in dieser Anordnung abgedunkelt ist, wird die Gesamtstromleistung der Anordnung nicht beeinträchtigt. Darüber hinaus können aufgrund der durch die Nebenschluß- Diode erzeugten Redundanz schon nach der Herstellung defekte Solarzellen in die Reihenschaltung aufgenommen werden, ohne daß die Leistung reduziert wird. Wie aus Fig. 10 ersichtlich ist, ist nur ein isolierender Bereich 44 erforderlich, um sowohl die Reihenschaltung als auch die Nebenschluß- Sicherung zu erreichen.
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Durch die in den Fig. 11a und 11b gezeigten Ansichten einer mit einer Nebenschluß- Diode versehenen Solarzelle von unten bzw. von oben wird eine mögliche Geometrie einer Nebenschluß- Diode dargestellt. Die Netz- Kontakte und der Kurzschlußbügel 46 auf dem halbleitenden Material 47 sind in der in Fig. 11a gezeigten Draufsicht zu erkennen, während die in Fig. 11b gezeigte Ansicht von unten den durch den isolierenden Bereich 50 von der benachbarten Nebenschluß- Diode 51 bis auf eine schmale leitende Verbindung 49 getrennten unteren Kontakt 48 zeigt.
Ein bevorzugtes Verfahren zur Herstellung einer Serienschaltung von Solarzellen mit Nebenschluß- Dioden besteht in einer Kombination der oben beschriebenen Einzelverfahren.
Zwar ist in den vorstehenden Ausführungen p-leitendes Grund- Material mit n-leitenden Schichten verwendet, doch versteht sich, daß umgekehrte Anordnungen möglich sind.
Die in der vorstehenden Beschreibung, der Zeichnung sowie in den Ansprüchen offenbarten Merkmale der Erfindung können sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombination für die Verwirklichung der Erfindung in ihren verschiedenen Aus führungsformen wesentlich sein.
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BOEHMERT *k BOEHMERf
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BEZUGSZEICHENLISTE (LIST OF REFERENCE NUMERALS)
1 Hauptzelle 1
? Isolierende Schicht (η-Typ) ?
3 Isolierende Schicht (n-Typ)
4 Kontakt 4
5 Kontakt 5
6 Nebenschluß- Diode 6
7 Isolierender Abschnitt 7
8 Hauptzelle 8
9- Isolierender Abschnitt 9
10 Nebenschluß- Diode 10
11 Material (p-Typ) 11
12 Schicht (n-Typ) 12
13 Schicht (n-Typ) 13
14 Metallschicht 14
15 Metallschicht 15
16 Kontakt 16
17 Position 17
18 Metallschicht 18
19 Metallschicht 19
20 Oxidschicht 20
21 Oxidschicht 21
22 Halbleitermaterial 22
25 Kontakt 23
24 Kontakt 24
25 Metall- Halbleiterschicht 25
Metall- Knntaktsnhinht 26
27 Kontakt 27
28 Kontakt 28
29 Kurzschluß- Bereich 29
30 Isolierender Bereich 30
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BOEHMERl' & BOEiIMERT
Hauptzelle -z*
32 Oxidschicht 32
33 Metallschicht 33
34 Vi e1fachkontakt 34
35 Position 35
36 Vielfachkontakt 36
37 Bereich 37
38 Bereich 38
39 . Metallkontakt 39
40 Metallkontakt 40
41 Kurzschluß 41
42 Nebenschluß- Diode 42
45 Isolation 43
44 Hauptzelle 44
4? Kurzschluß- 45
46 Material 46
47 Kontakt 47
48 Leitung 48
49 Isolierender Bereich 49
^o Nebenschluß- Diode 50
51
52 52
55 53
54-
?5 551
56 56
?7 57
58 58
5? 59
60 60
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62 62
&? 63
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ORIGINAL INSPECTED
-XS-
e e r s e
ite

Claims (6)

  1. UX 152
    Ansprüche
    1/ Solarzelle mit einer Platte aus halbleitendem Material, gekennzeichnet durch eine integral ausgeformte Nebenschluß-Diode (6); Boden- und Oberteilkontakte (4, 5), die zumindest teilweise entweder einen direkten elektrischen Kontakt oder einen indirekten elektrischen Kontakt durch eine zwischenliegende anders dotierte Schicht oder eine Isolationsschicht (2, 3) mit dem halbleitenden Material haben; und eine Unterteilung der Solarzelle in drei benachbarte Bereiche: eine Nebenschluß- Diode (6), eine Hauptzelle (8) und einen dazwischenliegenden, isolierenden Abschnitt (7), wobei die Hauptzelle (8) aus einem Teil des halbleitenden Materials besteht und Boden- und Oberteilkontakte (4, 5) aufweist, von denen einer direkten oder indirekten elektrischen Kontakt mit dem halbleitenden Material
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    hat, während der andere davon durch eine dazwischenliegende anders dotierte oder isolieren* Schicht getrennt ist; der isolierende Abschnitt (7) aus einem Teil des halbleitenden Materials besteht und sowohl vom Boden- als auch vom Oberteilkontakt durch eine dazwischenliegende anders dotierte oder eine isolierende Schicht (2, 3) getrennt ist; die Nebenschluß- Diode (6) aus einem Teil des halbleitenden Materials besteht und von ihren Boden- bzw. Oberteilkontakten (4, 5) einer in direktem oder indirektem elektrischen Kontakt mit dem halbleitenden Material steht, während der andere Kontakt durch eine dazwischenliegende anders dotierte oder isolierende Schicht (2, 3) getrennt ist; und die Nebenschluß-Diode (6) durch eine elektrische Leitung mit der Hauptzelle (8) verbunden ist.
  2. 2. Verfahren zur Herstellung einer Solarzelle, dadurch gekennzeichnet, daß auf einer Platte aus halbleitendem Material metallische Boden- und Oberteilkontakte geformt werden, die zumindest teilweise entweder direkt oder indirekt durch dazwischenliegende anders dotierte oder isolierende Schichten in elektrischem Kontakt mit dem halbleitenden Material stehen, wobei die. Bildung der metallischen Kontakte und der anders dotierten oder isolierenden Schichten derart gesteuert wird, daß die Solarzelle in drei benachbarte Bereiche unterteilt wird, die eine Nebenschluß- Diode, eine Hauptzelle und einen dazwischenliegenden isolierenden Abschnitt aufweisen, wobei die Hauptzelle aus einem Teil des halbleitenden Materials besteht und Boden- und Oberteilkontakte aufweist, von denen einer direkten oder indirekten elektrischen Kontakt mit dem halbleitenden Material hat, während der andere davon durch eine dazwischenliegende anders dotierte oder eine isolierende Schicht getrennt ist; der isolierende
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    Abschnitt aus einem Teil des halbleitenden Materials
    besteht, der sowohl vom Boden- als auch vom Oberteilkontakt durch eine dazwischenliegende anders dotierte oder eine isolierende Schicht getrennt ist; die Nebenschluß- Diode
    aus einem Teil des halbleitenden Materials besteht und
    einer ihrer Boden- bzw. Oberteilkontakte in direktem
    oder indirektem elektrischen Kontakt mit dem halbleitenden Material steht, während der andere Kontakt durch
    eine dazwischenliegende anders dotierte oder isolierende Schicht getrennt ist; und die Nebenschluß- Diode durch j
    eine elektrische Leitung mit der Hauptzelle verbunden
    ist. ι
  3. 3. Integrierte Anordnung einer Vielzahl von Solarzellen, dadurch gekennzeichnet, daß die Solarzellen aus ■ einer einstückigen Platte aus halbleitendem Material gebildet sind, die mit Boden- und Oberteilkontakten (27,
    28) versehen ist, welche in Interallen abschnittweise in einem direkten oder indirekten elektrischen Kontakt durch eine zwischenliegende anders dotierte Schicht (2, 3)
    oder eine Isolationsschicht mit dem halbleitenden Material stehen, wobei jede Solarzelle in drei Bereiche
    unterteilt ist: einen Kurzschluß- Bereich (29) , eine Hauptzelle (31) und einen dazwischenliegenden isolierenden Bereich (30), wobei die Hauptzelle (31) aus einem Teil des halbleitenden Materials besteht, mit metallischen Boden- und Oberteilkontakten (27, 28) versehen ist, von denen
    einer durch eine anders dotierte oder isolierende Schicht vom halbleitenden Material getrennt ist und an den Kurzschluß-Bereich der benachbarten Solarzelle angrenzt; der an die Hauptzelle (31) angrenzende isolierende Bereich (30) aus einem Teil des halbleitenden Materials besteht und mit nur einem Kontakt (27) und einer dazwischenliegenden anders dotier-
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    ORfGINAL INSPECTED
    BOEHMERT & BOEHMEKT
    ten oder isolierenden Schicht versehen ist, die beide einstückig mit dem Kontakt (27) und der anders dotierten bzw. isolierenden Schicht der angrenzenden Hauptzelle (31) ausgebildet sind; und der Kurzschlußbereich (29) ebenfalls aus einem Teil des halbleitenden Materials besteht und in direkten Kontakt mit Boden- und Oberteilkontakten (27, 28) steht, von denen einer auch mit der Hauptzelle (31) der benachbarten Solarzelle verbunden ist.
  4. 4. Verfahren zur Herstellung einer integrierten Anordnung einer Vielzahl von Solarzellen, dadurch gekennzeichnet, daß auf einer einstückigen Platte aus halbleitendem Material metallische Boden- und Oberteilkonakte ausgeformt werden, die zumindest teilweise in Intervallen abschnittweise direkt oder .indirekt durch eine zwischenliegende anders - dotierte oder^isolierende Schicht in Kontakt mit dem halbleitenden Material stehen, wobei die BJldung der metallischen Kontakte und der anders dotierten oder isolierenden Schichten derart gesteuert wird, daß jede Solarzelle in drei.benachbarte Bereiche unterteilt wird: einen Kurzschluß- Bereich, eine Hauptzelle und einen dazwischenliegenden isolierenden Bereich , wobei die Hauptzelle aus einem Teil des halbleitenden Materials besteht, mit metallischen Boden- und Oberteilkontakten, versehen ist, von denen einer durch eine anders dotierte oder isolierende Schicht vom halbleitenden Material getrennt ist und an den Kurzschlußbereich der benachbarten Solarzelle angrenzt; der an die Hauptzelle angrenzende isolierende Bereich aus einem Teil des halbleitenden Materials besteht und mit nur einem Kontakt und einer dazwischenliegenden anders dotierten oder isolierenden Schicht versehen ist.# „die beide einstückig mit dem Kontakt und der anders dotierten bzw.
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    isolierenden Schicht der angrenzenden Hauptzelle ausgebildet sind; und der Kurzschlußbereich ebenfalls aus einem Tsil des halbleitenden Materials besteht und in direktem) Kontakt mit Boden- und Oberteilkontakten steht, von denen einer auch mit der Hauptzelle der benachbarten Solarzelle verbunden ist.
  5. 5. Integrierte Anordnung einer Vielzahl von Solarzellen, dadurch gekennzeichnet, daß die Solarzellen aus einer einstückigen Platte aus halbleitendem Material gebildet sind ; daß jeder Solarzelle eine Nebenschluß-Diode (43) parallelgeschaltet ist; daß Boden- und Oberteilkontakte (40, 41) in Intervallen abschnittweise in einem direkten oder indirekten elektrischen Kontakt durch eine zwischenliegende anders dotierte isolierende Schicht mit dem halbleitendem Material stehen; und daß die Solarzelle in mehrere Bereiche unterteilt ist: eine Nebenschluß- Diode (43) , eine Hauptzelle (45) , einen zwischen beiden letztgenannten angeordneten Isolationsbereich (44) und einen getrennten Kurzschluß- Bereich, der unter Abstand und elektrisch isoliert von der Nebenschluß- Diode (43) angeordnet ist, wobei die Hauptzelle (45) aus einem Teil des halbleitendem Materials besteht, mit metallischen Boden- und Oberteilkontakten .(40, 41) versehen ist, von denen einer durch eine anders dotierte oder isolierende Schicht vom halbleitenden Material getrennt ist und an den Kurzschlußbereich der benachbarten Solarzelle angrenzt; der der Hauptzelle benachbarte Isolationsbereich (44) aus einem Teil des halbleitendem Materials besteht und die Boden.- und Oberteilkontakte (40, 41) durch zwischenliegende -anders dotierte oder isolierende Schichten vom halbleitendem Material isoliert sind; die Nebenschluß-Diode (43) aus einem Teil des halbleitenden Materials
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    besteht,über eine Leitung mit der Hauptzelle verbunden ist und einer ihrer Boden- bzw. Oberteilkontakte (4,5) in direktem oder indirektem elektrischen Kontakt mit dem halbleitenden Material steht, während der andere Kontakt durch eine dazwischenliegende anders dotierte oder isolierende Schicht getrennt ist; und der Kurzschluß- Bereich (42) aus einem Teil des halbleitenden Materials besteht und in Kontakt mit den Boden- und Oberteilkontakten (40, 41) steht, wobei einer der Kontakte auch mit der Hauptzelle (45) der benachbarten Solarzelle verbunden ist.
  6. 6. Verfahren zur Herstellung einer integrierten Anordnung einer Vielzahl von Solarzellen, dadurch gekennzeichnet, daß auf einer einstückigen Platte aus halbleitendem Material metallische Boden- und Oberteilkontakte ausgeformt werden, die in Intervalle abschnittweise direkt oder indirekt durch eine zwischenliegende anders dotierte oder isolierende Schicht in Kontakt mit dem halbleitenden Material stehen, wobei die Kontakte derart ausgeformt werden, daß jede Solarzelle in mehrere Bereiche unterteilt ist: eine Nebenschluß- Diode, eine Hauptzelle, einen zwischen beiden letztgenannten angeordneten Isolationsbereich und einen getrennten Kurzschluß- Bereich, der unter Abstand und elektrisch isoliert von der Nebenschluß- Diode angeordnet ist, wobei die Hauptzelle aus einem Teil des halbleitenden Materials besteht, mit metallischen Boden- und Oberteilkontakten versehen ist, von denen einer durch eine anders dotierte oder isolierende Schicht vom halbleitenden Material getrennt ist und an den Kurzschluß- Bereich der benachbarten Solarzelle angrenzt; der der Hauptzelle benachbarte Isolationsbereich aus einem Teil des halbleitenden Materials besteht und die Boden- und Oberteilkontakte durch zwischenliegende anders dotierte oder isolierende
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    Schichten vom halbleitenden Material isoliert sind; die Nehenschluß- Diode aus einem Teil des halbleitnden Materials besteht, über eine Leitung mit der Hauptzelle elektrisch verbunden ist und einer ihrer Boden- bzw. Oberteilkontakte in direktem oder indirektem elektrischen Kontakt mit dem halbleitenden Material steht, während der andere Kontakt durch eine dazwischenliegende anders dotierte oder isolierende Schicht getrennt ist; und der Kurzschluß- Bereich aus einem Teil des halbleitenden Materials besteht und in Kontakt mit den Boden- und Oberteilkontakten steht, wobei einer der Kontakte auch mit der Hauptzelle der benachbarten Solarzelle verbunden ist.
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