DE3106212A1

DE3106212A1 - "waermeableitkoerper fuer eine halbleiterzelle, insbesondere eine solarzelle"

Info

Publication number: DE3106212A1
Application number: DE19813106212
Authority: DE
Inventors: Keith A. 85257 Scottsdale Ariz. Kingston
Original assignee: Motorola Inc
Current assignee: Motorola Solutions Inc
Priority date: 1980-03-31
Filing date: 1981-02-19
Publication date: 1982-02-25
Also published as: JPS56152279A

Description

Beschreibung
Die Erfindung betrifft einen Wärmeableitkörper für eine Halbleiterzelle, insbesondere eine photovoltaische Solarzelle, sowie ein Verfahren zu dessen Herstellung.
Übliche Italbleiter-Befestigungsverfahren wurden bisher zur Anbringung photovoltaischer Zellen verwendet. Üblicherweise bestehen diese aus einem ietallsubstrat, einem keramischen Isolator, der an dem Substrat angelötet ist, einem metallischen Leiter auf dem Isolator, und der photovoltaischen Zelle, die auf der metallisch leitenden Schicht aufgelötet ist. Da das Ausgangssignal photovoltaischer Zellen unter anderem eine Punktion der Zellenoberfläche ist, wurde versucht die Flächen zu vergrößern, was größere keramische Elemente und Substrate erforderlich machte. Derartig große Flächen bringen jedoch größere Schwierigkeiten bei der Her stellung fek ~rfreier Verbindungen zwischen den verschiedenen Schichten nit sich.
Die Dicke des - rnmischen Isolators ist umgekehrt proportional zur Wärmeleitfähigkeit der keramischen Schicht.
Das relativ < e plättchen aus keramischem Material, das für Wärmeableitkörper erforderlich ist, die aus miteinander verbundenen Schichten aus vorgefertigten Stoffen bestehen, steht im Gegensatz zu der erforderlichen guten Wärmeleitfähigkeit.
Auch sind vorgefertigte Anordnungen zeit- und materialkostenaufwendig.
Die vorstehend angegebenen und weitere Probleme werden gemäß der vorliegenden Erfindung durch Ablagerung des keramischen Stoffes in Form einer dünnen Schicht auf dem Substrat mittels eines Blnmm- oder Plasmasprühverfahrens sowie durch Ablagern der metallischen Schicht auf der Keramikschicht mittels Vakuumablagerung, Zerstäubung oder eines Blnmm- oder Plasmasprüverfahrens gelöst. Diese Techniken ergeben bessere Warmeübergangsstellen und eine Reduzierung der Herstellungskosten.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist deshalb, die Verbesserung der Leitfähigkeit eines Wärmeableitkörpers für eine Solarzelle durch Verwendung einer verhältnismäßig dünnen Schicht aus keramischem Isolationsmaterial.
Ferner wird die Wärmeleitfähigkeit in einer Solarzellenhalterung durch nacheinander erfolgendes Diffundieren oder andeities Ablagern von Schichten eines keramischen Isolators und eines metallischen Leiters auf dem Wärmeableitsubstrat verbessert.
Eine Kostenreduzierung für eine Solarzellenhalterung wird durch nacheinander erfolgendes Ablagern von Eeramik- und Metallschichten auf einem Wärmeableitsubstrat mittels eines Blamm- oder Flasmasprühverfahrens erzielt.
Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung unter Bezugnahme auf die Zeichnung. Es zeigen Fig. 1 einen typischen Querschnitt durch den Wärmeableitkörper gemäß der Erfindung, und Fig. 2 ein typisches Flußdiagramm für das erfindungsgemäß Verfahren zur Eerstellung von Wärmeableitkörpern.
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist es möglich, ein verbessertes Wärmeableit- und Befestigungssystem für eine photovoltaische Solarzelle zu schaffen.
Ein Substrat 10 ist aus einem geeigneten Metall, etwa Aluminium. Eine Isolierschicht 12 wird flammgesprüht oder plasmagesprüht auf eine Halterungsstirnfläche des Substrats 10, wodurch die Zelle 16 von dem Substrat elektrisch isoliert wird, während eine relativ gute Wärmeableitung durch sie erhalten bleibt. Die hohe Wärmeableitfähigkeit ergibt sich infolge des äußerst guten Wärmeübergangs zwischen dem Substrat 10 und der keramischen Isolatorschicht 12, da letztere, verglichen mit vorgefertigten bekannten Anordnungen, sehr dünn sein kann. Die keramische Schicht 12 kann aus Aluminium-, Beryllium- oder einem anderen geeigneten Metalloxyd oder Isoliermaterial bestehen. Es ist zwar bekannt derartige Stoffe zu verwenden, der gemäß der Erfindung angewandte Ablagerungsvorgang bringt jedoch verschiedene Vorteile: Die Isolierschicht kann dünner sein, und es ist kein geber oder anderes Verbindungsmaterial erforderlich; es ist auch nicht notwendig, den Isolator 12 gegen das Substrat 10 zu klemmen; ferner bereiten unübliche Stirnflächenformen keine besonderen Probleme. Letzteres ist insofern wichtig, da bei einigen Solarenergie-Eollektorsystemen es von Vorteil ist, zur Halterung der Zellen unebene Flächen zu verwenden. Auch ist es bei einigen Anwendungen von Vorteil, Zugriffslöcher in dem Substrat für die Verdrahtung der nicht gezeigten Sonnenzelle vorzusehen. Bei dem erfindungsgemäßen System können diese Löcher ohne weiteres mit dem gleichen Isoliermaterial in dem gleichen Vorgang beschichtet werden, als bei der Ablagerung der keramischen Schicht 12 auf dem Substrat 10 verwendet wird.
Die leitende Schicht 14 kann aus einem geeigneten Metall, beispielsweise Kupfer, bestehen. Die leitende Schicht 14 kann ebenfalls mit einem Verfahren, etwa Flamm- oder Plasmasprühen abgelagert werden. Andererseits ist es auch möglich, die Ablagerung der metallisch leitenden Schicht 14 mittels einer Verdampfungstechnik oder durch Zerstäuben aufzubringen. Die Ablagerung der metallisch leitenden Schicht 14 kann unter Verwendung bekannter Maskierungstechniken erfolgen mit dem Vorteil, daß ungewöhnliche Leitungsmuster erzielt werden können. Da die leitende Schicht 14 dazu verwendet wird, nicht gezeigte elektrische Verbindungen zu der Solarzelle 16 herzustellen, können mit Maskierungsverfahren Metallisierungsmuter aufgebracht werden, die für eine Reihen- oder eine Reihen-Parallel-Schaltung vieler Solarzellen geeignet ist. Eine derartige Flexibilität ist von Vorteil, da hierfür lediglich die Masken geändert werden müssen.
Die Zelle 16 kann mit der leitenden Schicht 14 verlötet werden und zw mittels eines vorgeformten Lötmittels 18, oder mittels eines auf der Metallschicht 14 durch Zerstäuben, Verdampfen, oder Flamm- oder Plasmasprühen aufgebrachten Lötmittels 18. Nach der Ablagerung des Lötmittels auf der eitenden Schicht 14 kann die Zelle 16 in Kontakt mit dem schichtförmigen Aufbau aus Substrat 10, Isolierschicht 12, Metallschicht 14 und Lötschicht 18 gebracht werden; unter Anwendung geeigneter Wärme und möglicherweise mechanischem Druck kann die Zelle 10 mit der gesamten Schichtung verbunden bzw. gebondet werden, so daß sie Teil dieser Schichtung wird.
Die keramische Isolationsschicht stellt einen guten mechanischen Puffer zwischen dem Wärmeableitkörper-Substrat 10 und der Zelle 16 dar und dient dazu, die Isolation der Zelle 16 vor Abmessungsänderungen im Substrat 10 infolge von Wärmeausdehnung und/oder -zusammenziehung zu isolieren.
Temperaturbeanspruchungen, die sonst die Arbeitsweise beeinträchtigen, oder sogar einen mechanischen Schaden hervorrufen können, werden somit von der Zelle 16 ferngehalten.
Figur 2 zeigt ein Flußdiagramm des verbesserten Verfahrens zur Herstellung des erfindungsgemäßen Wärmeableitkörpers.
Das verbesserte Verfahren gemäß dem Ausführungsbeispiel umfaßt folgende Schritte: a) Vorsehen eines Substrates (30), b) Blamm- oder Plasmasprühen eines keramischen Isolators auf dem Substrat (32), c) Blamm- oder Plasmasprühen oder anderweitiges Ablagern von Netallisierungen auf der Keramik (34), d) Zinumetallisierung mit Lötmittel (36), und e) Verbindung der (ggf. vorgezinnten) Solarzelle mit der Metallisation durch Anwenden von Hitze und mechanischem Druck (38).
Während die Erfindung insbesondere anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels gezeigt und beschrieben wurde, ist für den Fachmann klar, daß verschiedene andere Modifikationen und Änderungen der beschriebenen Grundgedanken der Erfindung vorgenommen werden können, ohne daß von dem Erfindungsgedanken und Schutzumfang abgewichen wird, der in dem beigefügten Patentansprüchen zum Ausdruck kommt. Die beigefügten Patentansprüche sollen somit auch alle äquivalenten Variationen umfassen, die in den Rahmen der beschriebenen Erfindung fallen.
Leerseite

Claims

Wärmeableitkörper für eine Halbleiterzelle, insbesondere eine Solarzelle P a t e n t a n s p r ü c h e 1. Wärmeableitkörper für eine Halbleiterzelle (16), g e -k e n n z e i c h n e t durch ein Substrat (1()) mit einer hohen Wärmeleitfähigkeit, einer abgelagerten keramischen elektrisch isolierenden Schicht (12), die auf dem Substrat (10) abgelagert ist, eine abgelagerte Metallschicht (14), die auf der keramischen Schicht (1) abgelagert ist, und durch ein Lötmittel (18), das die Halbleiterzelle (16) mit der Metallschicht (14) veroindet und zumindest eine Wärme brücke zwischen ihnen herstellt.
2. Verfahren zur Herstellung eines verbesserten Wärmeableitkörpers für eine Halbleiterzelle, insbesondere eine photovoltaische Solarzelle, dadurch g e k e n n -z e i c h n e t , daß ein Substrat (10) mit einer Befestigungsfläche hergestellt (30), eine keramische Isolierschicht auf der Befestiungsfläche des Substrats, und eine Netallisierungsschicht auf der keramischen Isolierschicht abgelagert werden (32, 34) und eine Solarzelle mit der Metallisierungsschicht mittels eines Verbindungsmediums verbunden wird (36, 38).