DE3044780C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine fotoelektrische Einrichtung der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Art.

Durch die US-PS 34 27 797 ist bereits eine derartige Ein­ richtung bekannt, bei der die Elemente auf einem als ebene Platte ausgebildeten Substrat angeordnet sind. Die Anschlüsse der plättchenförmigen Elemente befinden sich dort sämtlich auf der dem Substrat zugewandten Seite und sind als kürzere oder längere Anschlußstifte ausgebildet, die durch Bohrungen im Substrat hindurchgefädelt werden müssen und mit Leiter­ bahnen oder ähnlichen Anschlußmitteln auf dessen Außensei­ te elektrisch leitend und sie mechanisch tragend durch Weichlöten verbunden werden. Um eine elektrisch leitende Verbindung zwischen einem Teil der Anschlußstifte und der Vorderseite der Elemente herzustellen, sind die Diffusionsschichten von der Rückseite der Elemente auf deren Vorderseite geführt, wozu eine Diffusionsschicht um die Außenwand des betreffenden Elements oder um die Innen­ wand von Bohrungen in dem betreffenden Element ausgebildet werden muß. Dies erfordert daher die Ausdehnung wenigstens der einen Diffusionsschicht über die Dicke des Elements hinweg, was fertigungstechnisch einen erheblichen Aufwand erfordert und außerdem die Gefahr von kristallinen Stör­ stellen beinhaltet, durch die der Übergangswiderstand un­ vorhersehbar geändert werden kann. Das Verlöten erfordert ein sorgfältiges Einfädeln und Haltern der Elemente und läßt sich daher fertigungstechnisch nur mit erheblichem Aufwand durchführen.

Die US-PS 34 83 038 offenbart eine ähnliche fotoelektrische Ein­ richtung, bei der jedoch die elektrisch in Serie zueinander ge­ schalteten fotoelektrischen Zellen nicht radialstrahlenförmig, sondern parallel zueinander angeordnet sind. Das Substrat trägt eine entsprechende Zahl von Metallisierungsmustern, die außerhalb der fotoelektrischen Zellen liegende Zuleitungsabschnitte auf­ weisen, und jede fotoelektrische Zelle ist an seiner rückseitigen Elektrode mit einem Metallisierungsmuster und an seiner vordersei­ tigen Elektrode mit dem Zuleitungsabschnitt des nächstbenachbarten Metallisierungsmusters verbunden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Einrichtung der eingangs vorausgesetzten Art so auszugestalten, daß sie einfach hergestellt werden kann und eine fertigungstechnisch einfach und elektrisch sichere Verbindung zwischen den in Serie geschal­ teten fotoelektrischen Elementen ermöglicht.

Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Patent­ anspruchs 1 gelöst.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteran­ sprüchen gekennzeichnet.

Die Erfindung ermöglicht einen einfachen Aufbau der fotoelektri­ schen Elemente, eine maschinell durchzuführende Kontaktierung derselben, außerdem aber auch eine maschinell durchzuführende Montage und schließlich ein maschinell durchzuführendes und elektrisch sicheres Verlöten der montierten Einrichtung an den mit Weichlot beschichteten und einander gegenüberliegenden Anschlußstellen in einem einzigen Arbeitsgang.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nun anhand der Zeichnungen erläutert. Es zeigt

Fig. 1 den Aufbau eines fotoelektrischen Elements aus einem Halbleiter mit zwei Halbleiterschichten entgegengesetzten Leitfähigkeitstyps und den zugehörigen Elektroden auf einem Substrat aus Iso­ liermaterial,

Fig. 2 eine Draufsicht auf ein mit vier foto­ elektrischen Elementen bestücktes ge­ öffnetes Gehäuse von der Oberseite her,

Fig. 3 eine Draufsicht auf die Abdeckung des in Fig. 2 dargestellten Gehäuses von unten her und

Fig. 4 eine Querschnittsansicht des mit foto­ elektrischen Elementen bestückten Ge­ häuses nach Fig. 2 und der davon abge­ hobenen Abdeckung nach Fig. 3.

Das in Fig. 1 im Schnitt dargestellte fotoelektrische Ele­ ment ist eine Solarbatteriezelle, die in der Einrichtung bevorzugt verwendet wird. Dabei umfaßt die Solarbatterie­ zelle ein p-leitendes Siliciumsubstrat 71 mit einem spezifischen Widerstand von etwa 0,5 bis 10 Ωcm. Durch Diffusion einer der Gruppe V des periodi­ schen Systems angehörenden Verunreinigung wie Phosphor wird eine n-leitende Diffusionsschicht 70 im Oberflächen­ bereich des p-leitenden Substrats 71 gebildet, so daß ein p-n-Übergang 72 gebildet ist. Auf der Oberfläche der n-lei­ tenden Diffusionsschicht 70 ist eine Gitterelektrode 73 durch Vakuumverdampfen eines Metalls wie Ti, Ni oder Ag und anschließendes Aufbringen einer Weichlotschicht auf­ gebracht. Beim dargestellten Aufbau ist das Material der Gitterelektrode 73 eine Ti-Ag-Zusammensetzung. Auf der Rückseite des p- leitenden Siliciumsubstrats 71 ist eine Metallschicht 74, z. B. eine Al-Legierungsschicht, aufgebracht und von einer Rückelektrode 75 bedeckt. Das Material der Rückelektrode 75 ist eine Ti-Ag-Ni-Zusammensetzung und bedeckt die ge­ samte Rückfläche. Ein Substrat 76 aus Keramik oder einem ähnlichen Isolierstoff ist auf seiner einen Oberfläche mit einer Metallisierungsschicht 77 aus Metall, z. B. aus Kupfer, versehen, und diese Metallisierungsschicht 77 wird mit der Rückelektrode 75 durch eine Weichlotschicht 78 fest verbunden. Die Vorderfläche der Solarbatteriezelle ist von einem reflexionsmindernden Film 79 aus SiO₂ oder aus einem ähnlichen Material bedeckt, dessen Dicke so optimiert ist, daß eine Reflexion von einfallendem Licht vermindert wird.

Der Werkstoff für die Rückelektrode 75 sowie für die Gitterelektrode 73 ist nicht auf die vorstehend ange­ gebenen Werkstoffe beschränkt und kann irgendeine andere Metallzusammensetzung einschließlich Ti-Ni-Ag und Cr-Ni-Ag sein. Außerdem kann die Rückelektrode 75 auch gitterför­ mig, siebförmig oder in Form verstreuter Punkte vorgesehen sein.

Gemäß Fig. 2 sind bei dem in Fig. 2 bis 4 dargestellten Ausführungsbeispiel der Erfindung vier im wesentlichen dreieckige Solarbatteriezellen 81 radial angeordnet und isoliert voneinander in einem Gehäuse 82 fest­ gelegt. Das Gehäuse 82, das aus einem keramischen oder aus einem ähnlichen wärmefesten Isolierstoff besteht, enthält Anschlußstreifen 83 zur elektrischen Verbindung mit den Rückflächen der Solarbatteriezellen 81 und metallisierte Schichtabschnitte 85 zum elektrischen Verbinden der ein­ zelnen Anschlußstreifen 83 mit zugehörigen Anschlußstellen 84, die von der Außenumfangsfläche des Gehäuses 82 stift­ artig vorspringen. Die Oberseiten der Solarbatteriezellen 81 weisen jeweils eine Anschlußstelle 86 auf. Vor dem Einsetzen der Solarbatteriezellen 81 in das Gehäuse 82 wird auf deren Rückflächen sowie auf die Anschlußstreifen 83 und auf die Anschlußstellen 84 und 86 Weichlot aufge­ bracht.

Gemäß Fig. 3 wird eine Abdeckung 90 in Verbindung mit dem Gehäuse 82 verwendet. Auf der Abdeckung 90 sind Anschluß­ stellen 94 und 96 gegenüber den Anschlußstellen 84 und 86 vorgesehen, und Metallisierungsschichtabschnitte 95 stel­ len elektrische Verbindungen zwischen den Anschlußstellen 94 und 96 der jeweiligen Paare her. Auch auf diese Anschlußstellen 94 und 96 ist Weichlot aufgebracht.

Wie aus Fig. 4 hervorgeht, wird die Abdeckung 90 von Fig. 3 auf das die Solarbatteriezellen 81 enthaltende Gehäuse 82 von Fig. 2 in einer solchen Lagebeziehung aufgesetzt, daß die zusammengehörenden Anschlußstellen 84 und 94 bzw. 86 und 96, die mit Lotwarzen 101 versehen sind, einander gegenüberliegen, woraufhin eine Wärmebeaufschlagung er­ folgt, bis der Schmelzpunkt des Lots erreicht wird und eine Verbindung durch Fließlöten erfolgt.

Mit dieser Methode kann die für das Zusammenschalten einer Vielzahl von Solarbatteriezellen und für deren Unterbrin­ gung in einem Gehäuse aufzuwendende Zeit erheblich vermin­ dert werden. Somit ist die Erfindung in bezug auf eine großtechnische Fertigung äußerst vorteilhaft, da keine ge­ sonderten Arbeitsschritte für die Unterbringung und elek­ trische Verbindung der einzelnen Solarbatteriezellen er­ forderlich sind.

Die Abdeckung 90 des fotoelektrischen Teils des darge­ gestellten Ausführungsbeispiels der Erfindung ist zwar mit einer Öffnung 91 dargestellt, durch die das Licht zu den fotoelektrischen Elementen gelangen kann. Diese Öffnung 91 kann aber durchaus mit einem lichtdurchlässigen Werkstoff, wie Glas, abgedeckt sein. Wenn der Umfangsbereich der Einrichtung luftdicht verschlossen sein soll, können auf den Umfangsflächen des Gehäuses 82 und der Abdeckung 90 isolierte Metallisierungsschichten vorgesehen werden, so daß die Umfangsfläche der Einrichtung luftdicht verschlos­ sen wird, wenn die Abdeckung 90 auf das Gehäuse 82 aufge­ setzt und mit diesem durch Fließlöten fest verbunden wird.

Das Ausführungsbeispiel ist zwar mit nur vier fotoelektrischen Elementen und/oder Sperrschicht-Fo­ toelementen dargestellt, doch ist die Erfindung in glei­ cher Weise auch anwendbar in fotoelektrischen Einrichtun­ gen mit nicht mehr Elementen und/oder Sperrschicht-Fotoele­ menten.

Claims (3)

1. Fotoelektrische Einrichtung mit einer Mehrzahl von auf einem isolierenden Substrat radialstrahlenförmig neben­ einander angeordneten und elektrisch in Serie zueinander geschalteten fotoelektrischen Elementen für eine Umwand­ lung von Lichtenergie in elektrische Energie, von denen jedes eine erste und eine zweite Elektrode als elektri­ sche Verbindung zu einer rückseitigen Halbleiterschicht eines Leitfähigkeitstyps bzw. zu einer vorderseitigen Halbleiterschicht entgegengesetzten Leitfähigkeitstyps aufweist, wobei an den Elektroden Anschlußstellen vorge­ sehen sind, dadurch gekennzeichnet,
daß die Elektroden (75, 73) der fotoelektrischen Elemente (81) deren Vorderseite bzw. deren Rückseite überdecken und die Anschlußstellen (86) auf der Vorderseite über­ stehen,
daß das in Form eines die fotoelektrischen Elemente (81) aufnehmenden Gehäuses (82) ausgebildete Substrat auf seiner die fotoelektrischen Elemente (81) tragenden Ober­ fläche eine entsprechende Anzahl von mit den rückseitigen Elektroden (75) der fotoelektrischen Elemente (81) ver­ löteten Anschlußstreifen (83) sowie von elektrisch damit verbundenen und am Umfangsteil des Gehäuses (82) nach oben vorstehenden Anschlußstellen (84) aufweist und daß mit dem Gehäuse (82) auf der Vorderseite der fotoelek­ trischen Elemente (81) eine Abdeckung (90) mit einer lichtdurchlässigen Öffnung (91) kombiniert ist, die in ihrer dem Gehäuse (82) zugewandten Oberfläche eine der Anzahl der fotoelektrischen Elemente (81) entsprechende Anzahl von paarweise miteinander verbundenen Anschluß­ stellen (94, 96) aufweist, von denen jeweils eine An­ schlußstelle (96) jeden Paares der Anschlußstelle (86) auf der Vorderseite eines der beiden benachbarten foto­ elektrischen Elemente (81) zugeordnet und damit verlötet ist, während seine andere Anschlußstelle (94) der mit dem Anschlußstreifen (83) für die rückseitige Elektrode (75) des jeweils anderen der benachbarten fotoelektrischen Elemente (81) verbundenen Anschlußstelle (84) im Gehäuse (82) zugeordnet und damit verlötet ist.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Anschlußstreifen (83) und die Anschlußstellen (84) im Gehäuse (82) über darin aus­ gebildete metallisierte Schichten (85) und die Anschluß­ stellen (94, 96) für jedes Paar an der Abdeckung (90) über je eine darin ausgebildete metallisierte Schicht (95) elektrisch miteinander verbunden sind.

3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Öffnung (91) in der Abdeckung (90) mit einem transparenten Material überdeckt ist.