DE4009336A1 - Solarzelle - Google Patents
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Description
Die Erfindung betrifft eine Solarzelle bestehend aus einem
Halbleiterkörper mit pn-Übergang, einem auf der Rückseite
des Halbleiterkörpers vorgesehenen Rückseitenkontakt und
einem Kontaktfingersystem, das auf der für die Lichtein
strahlung vorgesehenen Oberflächenseite des Halbleiterkör
pers zwischen einer ersten und zweiten Antireflexschicht
angeordnet ist.
Silizium-Solarzellen werden zur Erhöhung ihres Umwandlungs
wirkungsgrades mit einer Antireflexschicht auf der für
den Lichteinfall vorgesehenen Oberflächenseite versehen.
Diese reflexionsmindernde Schicht besteht aus einem iso
lierenden Material und darf daher bei bekannten Solarzellen
anordnungen den für die Weiterverbindung zu anderen Zellen
vorgesehenen Vorderseitenkontakt nicht bedecken. Die Dicke
der reflexionsmindernden Schicht wird so gewählt, daß das
Reflexionsminimum bei einer Wellenlänge von ca. 600 nm auf
tritt. Es handelt sich hierbei um eine λ/4-Schicht mit
einem Brechungsindex von 1,4 bis 2,4. Die reflexionsmin
dernde Schicht vermindert die Reflexionen an der Solar
zellenoberfläche von ca. 30% auf weniger als 3% im Reflexi
onsminimum, so daß der Solarzellenwirkungsgrad erheblich
ansteigt. Zwei oder mehrere aufeinander abgestimmte Anti
reflexschichten können das Reflexionsverhalten weiter ver
bessern.
Aus der DE-OS 29 44 185 ist bereits eine Solarzelle bekannt,
bei der die reflexionsmindernde Schicht die Metallisierung
des Vorderseitenkontaktes an der Solarzelle vollständig be
deckt und die Verbindung zwischen diesem Vorderseitenkontakt
und weiterführenden Zuleitungen durch Ultraschallschweißen
herbeigeführt wird, wobei die zwischen den Kontaktstellen
liegende reflexionsmindernde Schicht beim Schweißvorgang
lokal beseitigt wird.
Weiterhin ist aus der DE-PS 35 16 117 eine Solarzelle be
kannt, bei der sich auf einem Halbleiterkörper mit einem
pn-Übergang ein Rückseitenkontakt befindet. Der Halblei
terkörper ist auf der für die Lichteinstrahlung vorgesehe
nen Oberflächenseite mit einer reflexionsmindernden Schicht
versehen. Mindestens ein Vorderseitenkontakt ist direkt auf
einer isolierenden Schicht aufgebracht, so daß die Ladungs
träger vom Halbleiterkörper zum Vorderseitenkontakt durch
Durchtunnelung der isolierenden Schicht gelangen. Die iso
lierende Schicht bildet zugleich die reflexionsmindernde
λ/4-Schicht und kann aus TiO bestehen und ca. 0,07 µm
dick sein. Der Vorderseitenkontakt kann über einem unter
der reflexionsmindernden Schicht liegenden zusätzlichen
ohmschen Metallanschlußkontakt, der die Oberflächenschicht
des Halbleiterköpers kontaktiert, angeordnet sein und aus
Leitklebern, aufgeklebten Leitbahnen oder aufgeklebten
Drähten bestehen.
Solarzellen mit leitfähigen Antireflexschichten, auf denen
die vorderseitigen Kontaktfinger angeordnet sind, sind eben
falls bekannt. So ist z. B. in der DE-OS 33 40 874 ein Ver
fahren zur Herstellung einer derartigen Solarzelle be
schrieben, bei dem der pn-Übergang durch Diffusion von Stör
stellen aus einer Dotierschicht hergestellt wird. Auf einen
Halbleiterkörper wird eine erste Schicht aufgebracht, die
als Diffusionsquelle für die Herstellung des pn-Übergangs
sowie zur Dotierung der Antireflexschicht dient. Auf die
erste Schicht wird dann eine zweite Schicht für die Her
stellung der Antireflexschicht aufgebracht. Es wird ein
Temperprozeß durchgeführt, bei dem der pn-Übergang herge
stellt, aus den beiden Schichten die Antireflexschicht ge
bildet und die Antireflexschicht dotiert und dadurch gut
leitfähig wird.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Solarzelle
der eingangs genannten Art zu schaffen, bei der eine lokale
ohmsche Verbindung zwischen den Kontaktfingern des Finger
systems und dem Emitter des Halbleiters vorhanden ist.
Die Aufgabe wird erfindungegemäß dadurch gelöst, daß die
erste auf der Emitterschicht des Halbleiterkörpers liegende
Antireflexschicht Fensteröffnungen in Form feiner Linien
strukturen aufweist, zu denen die Kontaktfinger quer verlau
fen, und daß die Kontaktfinger derart in Bereiche der Fen
steröffnungen eingreifen, daß eine lokale ohmsche Kontak
tierung zwischen den Kontaktfingern und der Emitterschicht
des Halbleiterkörpers besteht. Vorzugsweise schließen die
Fensterlinien und Kontaktfinger gemäß einer Ausgestaltung
der Erfindung einen Winkel von etwa 90° ein. Erfindungsgemäß
können die Fensterlinien von einer Zellenkante zur gegen
überliegenden Zellenkante geführt oder zwischen den Kontakt
fingern unterbrochen sein. Die Fensterlinien sind vorzugs
weise durch Ätzen über einen Photolackprozeß hergestellt
und weisen eine Linienbreite von 0,01 mm bis 0,03 mm auf.
Durch die isolierende erste Antireflexschicht, beispiels
weise eine Siliziumnidridschicht, ist die Kontaktfläche
zwischen der Metallisierung und dem Emitter bzw. der Basis
stark vermindert, so daß die Oberflächenrekombination der
Minoritätsladungsträger stark reduziert werden kann. Dies
führt zu einer Verbesserung der elektrischen Kennwerte der
Solarzelle, insbesondere der Leerlaufspannung und des Kurz
schlußstromes.
Ein wesentlicher Vorteil besteht bei der Solarzelle mit
einer ersten Antireflexschicht darin, daß eine Justage
der Kontaktfinger in die Fensteröffnungen nicht er
forderlich ist.
Von Vorteil ist auch, daß gemäß einer Weiterbildung der Er
findung durch die zweite Antireflexschicht eine Reflexmin
derung der Emitterschicht des Halbleiterkörpers in den
Fensteröffnungen erfolgt.
Eine Weiterbildung der Erfindung geht dahin, daß der Halb
leiterkörper linienförmige hochdotierte Zonen aufweist, die
mittig zu den linienförmigen Fensteröffnungen liegen.
In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel nach der Er
findung dargestellt, und zwar zeigen:
Fig. 1 einen Teilquerschnitt durch zwei Solarzellen,
Fig. 2 ein Schema zur Erläuterung der Lage von Kontakt
fingern zu in einer ersten Antireflexschicht ange
ordneten Fensteröffnungen,
Fig. 3 Teildarstellungen zur Erläuterung des Herstellungs
prozesses einer Solarzelle mit aufgedampften Kontakt
fingern, und
Fig. 4 Teildarstellungen zur Erläuterung des Herstellungs
vorganges einer Solarzelle mit siebgedruckten Kon
taktfingern.
In der Fig. 1 weisen beide Solarzellen 1 bzw. 2 einen einen
pn-Übergang enthaltenden Halbleiterkörper 3 bzw. 4 auf, vor
zugsweise Silizium-Halbleiterkörper, wobei der zugehörige
Rückseitenkontakt jeweils mit 5 bezeichnet ist. Auf den
Emittern (n± Schichten) ist jeweils eine erste Antireflex
schicht 6 aufgetragen, z. B. eine Siliziumnitrid-Beschich
tung durch eine plasmaunterstützte CVD-Abscheidung. Diese
erste Antireflexschicht weist Fensteröffnungen 7 auf, die in
Form einer Linienstruktur ausgebildet, und photolithogra
phisch, mittels Siebdruckmaske oder Laser herstellbar sind.
Die Fensteröffnungen 7 haben beispielsweise eine Breite von
30 µm, wobei der Abstand zwischen zwei parallel verlaufen
den Fensteröffnungen etwa 1 mm betragen kann. Auf der ersten
Antireflexschicht 6 sind die Kontaktfinger 8 eines Kontakt
fingersystems aufgebracht, beispielsweise durch Aufdampfen.
Die Kontaktfinger 8 verlaufen quer zu den Fensteröffnungen
7, vorzugsweise unter einem Winkel von 90° (vgl. Fig. 2)
und greifen derart in Bereiche der Fensteröffnungen 7 ein,
daß angenähert punktförmige ohmsche Verbindungen zwischen
den Kontaktfingern 8 und den Emittern der Halbleiterkörper
3 bzw. 4 bestehen. Auf dem Kontaktfingersystem ist eine
zweite Antireflexschicht 9 aufgetragen, vorzugsweise eine
AL2O3 -Schicht. Diese zweite Antireflexschicht 9 überdeckt
auch die Emitterschicht der Halbleiter 3 und 4 in den Be
reichen der Fensteröffnungen 7, die durch die Kontaktfin
ger 8 nicht abgedeckt sind.
Die beiden Solarzellen 1 und 2 unterscheiden sich im we
sentlichen durch ihre Herstellungsprozesse, wobei der Her
stellungsprozeß von Solarzelle 1 aus Fig. 3 und derjenige
von Solarzelle 2 aus Fig. 4 ersichtlich ist. Beide Dar
stellungen zeigen die einzelnen Verfahrensschritte zur Auf
bringung der Kontaktfingersysteme sowohl an der Vorder- als
auch an der Rückseite der Halbleiterkörper 3 und 4. Hierbei
unterliegt der Halbleiterköper 3 bei der Herstellung von
Solarzelle 1 zunächst allgemein bekannten Reinigungs-,
Diffusions- und Beschichtungsprozessen, durch die der Halb
leiterkörper 3 mit einem pn- Übergang und einer ersten Anti
reflexschicht 6 versehen wird. Anschließend werden die lini
enförmigen Fensteröffnungen 7 beispielsweise durch einen
Fotolithographieprozeß herstellt. Es erfolgt dann die Auf
bringung des Kontaktfingersystems durch einen Metall-Auf
dampfungsvorgang und zum Abschluß das Auftragen der zweiten
Antireflexschicht 9 durch einen Plasmaprozeß.
Zur Herstellung der Solarzelle 2 werden nach dem Reinigungs
prozeß des Halbleiterkörpers drei zusätzliche Verfahrens
schritte eingefügt. Eine SiO2-Diffusionsmaske mit Linien
struktur auf einer Zellenseite dient zur Durchführung einer
lokal tiefen Diffusion, um linienförmige hochdotierte Zonen
10 im Halbleiterkörper 4 zu erzeugen. Nach einem SiO2-Ätz
vorgang an der Vorderseite des Halbleiterkörpers 4 wird der
oben beschriebene Diffusionsvorgang zur Herstellung einer
flachen Diffusion 12 und anschließend der Beschichtungs
prozeß zur Aufbringung der ersten Antireflexschicht 6 durch
geführt. Abschließend werden dieselben Verfahrensschritte
wie bei der Herstellung von Solarzelle 1 durchgeführt, mit
der Besonderheit, daß die linienförmigen Fensteröffnungen 7
zu den hochdotierten Zonen 10 mittig angeordnet sind.
Claims (7)
1. Solarzelle (1, 2) bestehend aus einem Halbleiterkörper (3,
4) mit pn-Übergang, einem auf der Rückseite des Halbleiter
körpers vorgesehenen Rückseitenkontakt (5) und einem Kon
taktfingersystem (8), das auf der für die Lichteinstrahlung
vorgesehenen Oberflächenseite des Halbleiterkörpers zwischen
einer ersten und einer zweiten Antireflexschicht (6, 9) ange
ordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß die erste auf der
Emitterschicht des Halbleiterkörpers (3, 4) liegende Anti
reflexschicht (6) Fensteröffnungen (7) in Form feiner Lini
enstrukturen aufweist, zu denen die Kontaktfinger (8) quer
verlaufen, und daß die Kontaktfinger (8) derart in Bereiche
der Fensteröffnungen (7) eingreifen, daß eine lokale ohmsche
Kontaktierung zwischen den Kontaktfingern (8) und der Emit
terschicht des Halbleiterkörpers (3, 4) besteht.
2. Solarzelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
die Fensterlinien (7) und Kontaktfinger (8) einen Winkel
von etwa 90° einschließen.
3. Solarzelle nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet,
daß die Fensterlinien (7) von einer Zellenkante zur gegen
überliegenden Zellenkante geführt sind oder zwischen den
Kontaktfingern (8) unterbrochen sind.
4. Solarzelle nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekenn
zeichnet, daß die Fensterlinien (7) vorzugsweise durch
Ätzen über einen Photolackprozeß hergestellt sind.
5. Solarzelle nach Anspruch 1, 2, 3 oder 4, gekennzeichnet
durch eine Linienbreite von 0,01 mm bis 0,03 mm.
6. Solarzelle nach Anspruch 1, 2, 3, 4 oder 5, dadurch ge
kennzeichnet, daß die von den Kontaktfingern (8) unbedeckten
Bereiche der Fensterlinien (7) der Halbleiter (3, 4) eine
zweite die Kontaktfinger (8) bedeckende Antireflexschicht
(9) besitzen.
7. Solarzelle nach Anspruch 1, 2, 3, 4, 5 oder 6, dadurch
gekennzeichnet, daß der Halbleiterkörper (3, 4) linienförmi
ge hochdotierte Zonen (10) aufweist, die mittig zu den lini
enförmigen Fensteröffnungen (7) liegen.
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