EP2232573A2 - Solarzelle und verfahren zur herstellung einer solarzelle - Google Patents

Solarzelle und verfahren zur herstellung einer solarzelle

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EP2232573A2
EP2232573A2 EP08871544A EP08871544A EP2232573A2 EP 2232573 A2 EP2232573 A2 EP 2232573A2 EP 08871544 A EP08871544 A EP 08871544A EP 08871544 A EP08871544 A EP 08871544A EP 2232573 A2 EP2232573 A2 EP 2232573A2
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
metallization
region
base
emitter
solar cell
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP08871544A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Oliver Schultz-Wittmann
Filip Granek
Martin Hermle
Jan Benick
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Albert Ludwigs Universitaet Freiburg
Fraunhofer Gesellschaft zur Foerderung der Angewandten Forschung eV
Original Assignee
Albert Ludwigs Universitaet Freiburg
Fraunhofer Gesellschaft zur Foerderung der Angewandten Forschung eV
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Albert Ludwigs Universitaet Freiburg, Fraunhofer Gesellschaft zur Foerderung der Angewandten Forschung eV filed Critical Albert Ludwigs Universitaet Freiburg
Publication of EP2232573A2 publication Critical patent/EP2232573A2/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10FINORGANIC SEMICONDUCTOR DEVICES SENSITIVE TO INFRARED RADIATION, LIGHT, ELECTROMAGNETIC RADIATION OF SHORTER WAVELENGTH OR CORPUSCULAR RADIATION
    • H10F10/00Individual photovoltaic cells, e.g. solar cells
    • H10F10/10Individual photovoltaic cells, e.g. solar cells having potential barriers
    • H10F10/14Photovoltaic cells having only PN homojunction potential barriers
    • H10F10/146Back-junction photovoltaic cells, e.g. having interdigitated base-emitter regions on the back side
    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10FINORGANIC SEMICONDUCTOR DEVICES SENSITIVE TO INFRARED RADIATION, LIGHT, ELECTROMAGNETIC RADIATION OF SHORTER WAVELENGTH OR CORPUSCULAR RADIATION
    • H10F71/00Manufacture or treatment of devices covered by this subclass
    • H10F71/121The active layers comprising only Group IV materials
    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10FINORGANIC SEMICONDUCTOR DEVICES SENSITIVE TO INFRARED RADIATION, LIGHT, ELECTROMAGNETIC RADIATION OF SHORTER WAVELENGTH OR CORPUSCULAR RADIATION
    • H10F77/00Constructional details of devices covered by this subclass
    • H10F77/20Electrodes
    • H10F77/206Electrodes for devices having potential barriers
    • H10F77/211Electrodes for devices having potential barriers for photovoltaic cells
    • H10F77/219Arrangements for electrodes of back-contact photovoltaic cells
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
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    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/50Photovoltaic [PV] energy
    • Y02E10/547Monocrystalline silicon PV cells
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02PCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P70/00Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
    • Y02P70/50Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product

Definitions

  • the invention relates to a solar cell according to the preamble of claim 1 and to a method for producing the solar cell according to claim 9.
  • Typical solar cells have a front surface for coupling in electromagnetic radiation and a back side. They comprise at least one base metallization and at least one emitter metallization as well as a semiconductor structure which has at least one base region of a first doping type and at least one emitter region of a second doping type.
  • Base region and emitter region are arranged at least partially adjacent to one another, so that a pn junction is formed between the base and emitter.
  • Doping types are the n-type doping and the opposite p-type doping.
  • the base metallization is electrically conductively connected to the base region and the emitter metallization to the emitter region, so that charge carriers from the base region or the emitter region can be supplied and removed via the respective metallization.
  • the term “electrically conductively connected” neglects those currents or recombination effects which occur at or via a pn junction.
  • the emitter and base are thus not electrically conductively connected via the pn junction and accordingly, the emitter metallization is not electrically connected to the base region and the base metallization is not electrically connected to the emitter region.
  • the invention relates to such solar cells, in the base and Emittermetallmaschine either both at the front or both at the
  • CONFIRMATION COPY Rear side of the solar cell are arranged.
  • the side of the solar cell on which both metallizations are arranged is referred to below as the metallization side.
  • the arrangement of base and emitter metallization on the metallization side of the solar cell has various advantages: If the metallization side, for example, the back of the solar cell, the coupling of electromagnetic radiation is not limited by a metallization on the front. Furthermore, the arrangement of the two metallizations on the metallization side enables the contacting of the solar cell only via one side, so that, in particular, a simpler module connection of such solar cells is possible.
  • the metallization side In the case of one-sided contactable solar cells, it is typical for the metallization side to be arranged laterally next to one another in an alternating sequence
  • Base regions the sizes of the overlying metallizations and excessive reduction, for example, of the base region on the metallization surface leads to a reduction of the base metallization, in particular with regard to the width and thus to increased line resistances, which in turn reduce the efficiency of the solar cell.
  • the invention is therefore based on the object to provide a solar cell in which at least one base metallization and at least one emitter metallization are arranged on a metallization side of the solar cell and at the same time a high efficiency of the solar cell is ensured, reducing the risk of short-circuit currents.
  • the solar cell according to the invention has a front side for coupling in electromagnetic radiation and a rear side.
  • the solar cell comprises at least one base metallization and at least one emitter metallization as well as a semiconductor structure which has at least one base region of a first doping type and at least one emitter region of a second doping type for forming a pn junction between base and emitter.
  • the first doping type is opposite to the second doping type.
  • the base metallization is electrically connected to the base region and the emitter metallization to the emitter region. Furthermore, base metallization and emitter metallization are both disposed on a metallization side of the solar cell, with the metallization side being either the front or the back of the solar cell.
  • the emitter region of the solar cell extends at least partially along the metallization side of the solar cell.
  • the emitter region extends at least partially in the area of the metallization side covered by the base metallization, and that the semiconductor structure additionally has an insulation region of the first doping type which extends at least partially between the base metallization and the emitter region along the metallization side of the solar cell.
  • the solar cell according to the invention thus has an overlap between base metalization and emitter region, wherein the separation between base metallization and emitter region is not effected by an insulating layer but by an isolation region of the first doping type.
  • the isolation region extends at least along that region of the metallization side which is covered by the metallization.
  • the semiconductor structure of the solar cell is formed in a semiconductor substrate, in particular advantageously in a silicon wafer.
  • the metallization surface is in this case a surface of the semiconductor substrate and the emitter region is layered on the metallization surface and substantially parallel to the
  • the isolation region is also formed on the metallization surface in the semiconductor substrate.
  • the isolation region is formed by overcompensation of the emitter region by means of diffusion.
  • This allows a simple production of the solar cell according to the invention, by initially formed as previously known, an emitter on the metallization of the solar cell which extends substantially over the entire metallization surface of the solar cell and then by overcompensation at the desired areas of the metallization one or more isolation regions are generated.
  • the semiconductor structure of the solar cell is formed in a semiconductor substrate, wherein the
  • Metallleitersober Design is a surface of the semiconductor substrate.
  • the emitter region is formed in layers on the metallization surface and substantially parallel to it in the semiconductor substrate, as described above.
  • the insulation region is formed as a separate semiconductor layer in this advantageous embodiment.
  • This semiconductor layer is disposed on the metallization surface of the semiconductor substrate, wherein the base metallization is formed on the semiconductor layer.
  • the solar cell is formed, as known, by forming an emitter in a semiconductor substrate on the metallization surface of the semiconductor substrate and then one or more semiconductor layers, which represent the isolation regions, are first applied to the metallization surface in one or more desired regions are accordingly doped according to the first doping type. Subsequently, the base metallization is disposed on the metallization side of the solar cell so as to be applied to the isolation region, which is formed in this case as a semiconductor layer.
  • base and emitter metallization are at least partially designed as line-like metallizations.
  • the base and emitter metallization are at least partially embodied as parallel line-type metallization fingers.
  • Emitter metallization has a width in the range of 100 microns to 2000 microns. In particular, it is advantageous if the metallization fingers have a width of about 1000 ⁇ m.
  • the distance between the metallization fingers is advantageously in the range of 100 microns to 500 microns.
  • the insulation region is electrically conductively connected to the base region. This is achieved, in particular, advantageously in that the insulation region is at least partially directly adjacent to the base region.
  • the electrically conductive connection between the base metallization and the base region can be realized, for example, by electrically grounding the base metalization to the insulation region and in turn to the base region.
  • the above-described solar cell according to the invention is produced according to a method according to claim 9 from a semiconductor substrate.
  • a base region of a first doping type and an emitter region of a second doping type adjoining at least partially to the base region are produced, wherein the first doping type is opposite to the second doping type.
  • the emitter region extends at least partially along a metallization surface of the semiconductor substrate.
  • a step B an isolation region of the first doping type is generated, which extends at least partially between the metallization surface and the emitter region.
  • a base metallization is applied to the metallization surface of the semiconductor substrate, wherein the base metallization at least partially covers the metallization surface in the region in which the isolation region extends. The isolation region is thus at least partially covered by the base metallization.
  • an emitter metallization is applied to the metallization surface of the semiconductor substrate, the emitter metallization at least partially covering the metallization surface in the region in which the emitter region extends. The emitter region is thus at least partially covered by the emitter metallization.
  • step B the isolation region is generated by means of diffusion of dopants.
  • the isolation region is generated by means of diffusion of dopants.
  • Isolation area is generated by over-compensation of the emitter.
  • step B the isolation region is produced by depositing a semiconductor layer on the metallization surface of the semiconductor substrate, the semiconductor layer being a layer of the first doping type.
  • step D the base metallization is applied to the insulating region formed as a semiconductor layer.
  • step B the insulation region is produced in such a way that first the emitter region is partially removed and subsequently the insulation region is produced in a diffusion process.
  • the emitter is partially removed up to a predetermined depth.
  • the predefined depth corresponds approximately to the depth of the pn junction starting from the metallization surface, minus the depth of the insulation region which has diffused in the diffusion process.
  • the isolation region provides electrical isolation between base metallization and emitter region.
  • the emitter region is partially removed by means of laser ablation.
  • Figure 1 is a schematic representation of a solar cell according to the invention in cross section.
  • the front side for coupling electromagnetic radiation is arranged at the bottom and the back accordingly above.
  • the solar cell includes a base metallization 3 and an emitter metallization 6. Further, the solar cell includes a semiconductor structure formed in a silicon wafer. An n-doped base region 1 and a p-doped emitter region 2, which thus has a doping type opposite to the base region, are formed in the silicon wafer.
  • a pn junction results, for charge carrier separation of the free charge carriers generated by the coupled-in electromagnetic radiation.
  • Base metallization 3 and emitter metallization 6 are arranged on the upper side of the solar cell in FIG. 1, the rear side is thus the metallization side of the solar cell.
  • the emitter region extends at least partially into the region of the metallization side covered by the base metallization. This area is identified by way of example in FIG. Furthermore, the semiconductor structure has an insulation region 4 which extends along the Metallleitersseite the solar cell partially between base metallization and the emitter region extends.
  • the isolation region 4 is also n-doped like the base.
  • the base metallization 3 is electrically conductively connected to the insulation region 4 and the insulation region 4 is electrically conductively connected to the base region 1, so that the base metallization 3 is also electrically conductively connected to the base region 1.
  • the emitter region 2 is electrically conductively connected to the emitter metallization 6.
  • the base metallization 3 extends over the metallization surface, but at the same time the emitter region 2 extends along the metallization side in this region A, the insulation region 4 being arranged between emitter region 2 and base metallization 3.
  • a pn junction is formed, so that in particular the base metalization 3 is electrically separated from emitter region 2 in region A.
  • Emitter metallization 6 corresponds. Emitter metallization and base metallization are linear, with the lines in Figure 1 perpendicular to the plane.
  • the emitter region 2 is guided in an overlapping manner under the base metalization 3, resulting in an increase in efficiency of the solar cell and, at the same time, ensuring sufficiently strong metallization by the base metalization 3, so that losses due to ohmic resistances of the base metallization 3 are also minimized.
  • the emitter region 2 was produced by diffusion starting from an n-doped silicon wafer. Subsequently, at the location marked by the dashed arrow 5, the silicon wafer was partially removed starting from the metallization side and thus the emitter region 2.
  • the isolation region 4 was generated by diffusion. Because the penetration depth of the diffused insulation region is greater than the remaining thickness of the emitter region in the region in which the emitter region has been partially removed, an electrically conductive connection between insulation region 4 and base region 1 is formed at the point identified by reference numeral 5 in FIG. This ensures that, on the one hand, the base metalization 3 is electrically conductively connected to the base region 1 via the insulation region 4 and beyond
  • the isolation region 4 shields the emitter region 2 from the base metallization 3.

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  • Photovoltaic Devices (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Solarzelle mit einer Vorderseite zum Einkoppeln elektromagnetischer Strahlung und einer Rückseite, umfassend mindestens eine Basismetallisierung (3) und mindestens eine Emittermetallisierung (6) sowie eine Halbleiterstruktur, welche mindestens einen Basisbereich (1 ) eines ersten Dotierungstyps und mindestens einen Emitterbereich (2) eines zweiten, zum ersten Dotierungstyp entgegengesetzten Dotierungstyps aufweist, zur Ausbildung eines pn-Übergangs zwischen Basis und Emitter, wobei die Basismetallisierung (3) mit dem Basisbereich (1 ) und die Emittermetallisierung (6) mit dem Emitterbereich (2) elektrisch leitend verbunden sind, die Basismetallisierung (3) und die Emittermetallisierung (6) beide an einer Metallisierungsseite der Solarzelle angeordnet sind, welche die Vorderseite oder die Rückseite der Solarzelle ist und der Emitterbereich (2) sich zumindest teilweise entlang der Metallisierungsseite der Solarzelle erstreckt. Wesentlich ist, dass der Emitterbereich (2) sich zumindest teilweise in den von der Basismetallisierung (3) bedeckten Bereich der Metallisierungsseite erstreckt und dass die Halbleiterstruktur zusätzlich einen Isolierungsbereich (4) des ersten Dotierungstyps aufweist, welcher sich entlang der Metallisierungsseite der Solarzelle zumindest teilweise zwischen der Basismetallisierung (3) und dem Emitterbereich (2) erstreckt. Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zur Herstellung einer Solarzelle.

Description

Solarzelle und Verfahren zur Herstellung einer Solarzelle
Die Erfindung betrifft eine Solarzelle gemäß Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie ein Verfahren zur Herstellung der Solarzelle gemäß Anspruch 9.
Typische Solarzellen weisen eine Vorderseite zum Einkoppeln elektromagnetischer Strahlung und eine Rückseite auf. Sie umfassen mindestens eine Basismetallisierung und mindestens eine Emittermetallisierung sowie eine Halbleiterstruktur, welche mindestens einen Basisbereich eines ersten Dotierungstyps und mindestens einen Emitterbereich eines zweiten Dotierungstyps aufweist.
Basisbereich und Emitterbereich sind zumindest teilweise aneinandergrenzend angeordnet, so dass sich zwischen Basis und Emitter ein pn-Übergang ausbildet. Dotierungstypen sind der n-Dotierungstyp und der hierzu entgegengesetzte p-Dotierungstyp.
Die Basismetallisierung ist mit dem Basisbereich und die Emittermetallisierung mit dem Emitterbereich elektrisch leitend verbunden, so dass über die jeweilige Metallisierung Ladungsträger aus dem Basisbereich bzw. dem Emitterbereich zu- und abgeführt werden können.
Im Sinne der vorliegenden Anmeldung werden bei der Bezeichnung „elektrisch leitend verbunden" solche Ströme oder Rekombinationseffekte vernachlässigt, die am oder über einen pn-Übergang auftreten. Im Sinne der vorliegenden Anmeldung sind somit Emitter und Basis nicht über den pn-Übergang elektrisch leitend verbunden und dementsprechend ist die Emittermetallisierung nicht mit dem Basisbereich und die Basismetallisierung nicht mit dem Emitterbereich elektrisch leitend verbunden.
Die Erfindung betrifft solche Solarzellen, bei der Basis- und Emittermetallisierung entweder beide an der Vorder- oder beide an der
BESTÄTIGUNGSKOPIE Rückseite der Solarzelle angeordnet sind. Die Seite der Solarzelle, an der beide Metallisierungen angeordnet sind, wird im Folgenden als Metallisierungsseite bezeichnet.
Die Anordnung von Basis- und Emittermetallisierung an der Metallisierungsseite der Solarzelle weist verschiedene Vorteile auf: Ist die Metallisierungsseite beispielsweise die Rückseite der Solarzelle, so wird an der Vorderseite die Einkopplung elektromagnetischer Strahlung nicht durch eine Metallisierung eingeschränkt. Weiterhin ermöglich die Anordnung beider Metallisierungen an der Metallisierungsseite die Kontaktierung der Solarzelle lediglich über eine Seite, so dass insbesondere eine einfachere Modulverschaltung solcher Solarzellen möglich ist.
Typischerweise sind bei einseitig kontaktierbaren Solarzellen an der Metallisierungsseite lateral nebeneinanderliegend in abwechselnder Folge
Emitter- und Basisbereiche angeordnet. Dies führt zu gegenläufigen Effekten bei der Optimierung der Effizienz der Solarzelle: Zum einen ist es wünschenswert, möglichst viel der Metallisierungsoberfläche durch den Emitterbereich zu bedecken, um eine effiziente Einsammlung von Minoritätsladungsträgern zu ermöglichen. Zum anderen definieren die Größen der Emitter- und
Basisbereiche die Größen der darüberliegenden Metallisierungen und eine zu starke Reduktion beispielsweise des Basisbereiches an der Metallisierungsoberfläche führt zu einer Reduzierung der Basismetallisierung, insbesondere hinsichtlich der Breite und damit zu erhöhten Leitungswiderständen, welche wiederum die Effizienz der Solarzelle verringern.
Es ist bekannt, eine überlappende Metallisierung vorzusehen, beispielsweise indem die Basismetallisierung sich über den Bereich der Metallisierungsoberfläche hin erstreckt, der von dem Emitterbereich bedeckt ist und zwischen Basismetallisierung und Emitterbereich ist auf der
Metallisierungsoberfläche eine isolierende Schicht aufgebracht, die einen Kurzschluss verhindert. In der Praxis weisen solche isolierenden Schichten jedoch häufig ungewollte kleine Öffnungen (pinholes) auf, so dass Kurzschlussströme fließen, welche die Effizienz der Solarzelle herabsetzen. Diese Problematik ergibt sich insbesondere bei großflächigen Solarzellen. Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Solarzelle zu schaffen, bei der mindestens eine Basismetallisierung und mindestens eine Emittermetallisierung auf einer Metallisierungsseite der Solarzelle angeordnet sind und gleichzeitig eine hohe Effizienz der Solarzelle gewährleistet ist, bei Verringerung der Gefahr von Kurzschlussströmen.
Gelöst ist diese Aufgabe durch eine Solarzelle gemäß Anspruch 1 sowie durch ein Verfahren zur Herstellung einer Solarzelle gemäß Anspruch 9. Vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Solarzelle finden sich in den Ansprüchen 2 - 8, vorteilhafte Ausbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens finden sich in den Ansprüchen 10 bis 13.
Die erfindungsgemäße Solarzelle weist wie vorhergehend beschrieben eine Vorderseite zum Einkoppeln elektromagnetischer Strahlung und eine Rückseite auf. Die Solarzelle umfasst mindestens eine Basismetallisierung und mindestens eine Emittermetallisierung sowie eine Halbleiterstruktur, welche mindestens einen Basisbereich eines ersten Dotierungstyps und mindestens einen Emitterbereich eines zweiten Dotierungstyps zur Ausbildung eines pn- Übergangs zwischen Basis und Emitter aufweist. Der erste Dotierungstyp ist zu dem zweiten Dotierungstyp entgegengesetzt.
Die Basismetallisierung ist mit dem Basisbereich und die Emittermetallisierung mit dem Emitterbereich elektrisch leitend verbunden. Weiterhin sind Basismetallisierung und Emittermetallisierung beide an einer Metallisierungsseite der Solarzelle angeordnet, wobei die Metallisierungsseite entweder die Vorderseite oder die Rückseite der Solarzelle ist.
Der Emitterbereich der Solarzelle erstreckt sich zumindest teilweise entlang der Metallisierungsseite der Solarzelle.
Wesentlich ist, dass der Emitterbereich sich zumindest teilweise in den von der Basismetallisierung bedeckten Bereich der Metallisierungsseite erstreckt und dass die Halbleiterstruktur zusätzlich einen Isolierungsbereich des ersten Dotierungstyps aufweist, welcher sich entlang der Metallisierungsseite der Solarzelle zumindest teilweise zwischen der Basismetallisierung und dem Emitterbereich erstreckt. Die erfindungsgemäße Solarzelle weist somit eine Überlappung zwischen Basismetallisierung und Emitterbereich auf, wobei die Trennung zwischen Basismetallisierung und Emitterbereich nicht durch eine isolierende Schicht, sondern durch einen Isolierungsbereich des ersten Dotierungstyps erfolgt.
Hierdurch ergibt sich der Vorteil, dass sich zwischen Isolierungsbereich und Emitterbereich ebenfalls ein pn-Übergang ausbildet, der somit den Isolierungsbereich von dem Emitterbereich elektrisch abschirmt. Ebenso ist die Basismetallisierung durch den Isolierungsbereich und den sich zwischen
Isolierungsbereich und Emitterbereich ausbildenden pn-Übergang elektrisch von dem Emitterbereich abgeschirmt, so dass insbesondere Kurzschlussströme zwischen Basismetallisierung und Emitterbereich vermieden werden.
Vorteilhafterweise erstreckt sich der Isolierungsbereich mindestens entlang desjenigen Bereiches der Metallisierungsseite, welcher von der Metallisierung bedeckt ist.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung ist die Halbleiterstruktur der Solarzelle in einem Halbleitersubstrat ausgebildet, insbesondere vorteilhafterweise in einem Siliziumwafer.
Die Metallisierungsoberfläche ist hierbei eine Oberfläche des Halbleitersubstrates und der Emitterbereich ist schichtartig an der Metallisierungsoberfläche und im Wesentlichen parallel zu der
Metallisierungsoberfläche in dem Halbleitersubstrat ausgebildet. Der pn- Übergang zwischen Basis und Emitter verläuft somit in etwa parallel zu der Metallisierungsoberfläche des Halbleitersubstrates.
Weiterhin ist der Isolierungsbereich ebenfalls an der Metallisierungsoberfläche in dem Halbleitersubstrat ausgebildet.
Vorteilhafterweise wird der Isolierungsbereich durch Überkompensation des Emitterbereiches mittels Diffusion ausgebildet. Dies ermöglicht eine einfache Herstellung der erfindungsgemäßen Solarzelle, indem zunächst wie bisher bekannt ein Emitter an der Metallisierungsoberfläche der Solarzelle ausgebildet wird, der sich im Wesentlichen über die gesamte Metallisierungsoberfläche der Solarzelle erstreckt und anschließend mittels Überkompensation an den gewünschten Bereichen der Metallisierungsoberfläche ein oder mehrere Isolierungsbereiche erzeugt werden.
Es ist bekannt, eine Überkompensation beispielsweise mittels Diffusion von Dotierstoffen zu erzeugen.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist die Halbleiterstruktur der Solarzelle in einem Halbleitersubstrat ausgebildet, wobei die
Metallisierungsoberfläche eine Oberfläche des Halbleitersubstrates ist. Der Emitterbereich ist schichtartig an der Metallisierungsoberfläche und im Wesentlichen parallel zu dieser in dem Halbleitersubstrat ausgebildet, wie zuvor beschrieben. Im Gegensatz zu der zuvor beschriebenen vorteilhaften Ausgestaltung ist bei dieser vorteilhaften Ausgestaltung der Isolierungsbereich als eigene Halbleiterschicht ausgebildet. Diese Halbleiterschicht ist auf der Metallisierungsoberfläche des Halbleitersubstrates angeordnet, wobei die Basismetallisierung auf der Halbleiterschicht ausgebildet ist.
Diese Ausgestaltung weist den Vorteil auf, dass die Solarzelle wie bekannt durch Ausbildung eines Emitters in einem Halbleitersubstrat an der Metallisierungsoberfläche des Halbleitersubstrates ausgebildet wird und anschließend auf die Metallisierungsoberfläche zunächst in einem oder mehreren gewünschten Bereichen eine oder mehrere Halbleiterschichten aufgetragen werden, welche die Isolierungsbereiche darstellen und entsprechend gemäß des ersten Dotierungstyps dotiert sind. Anschließend wird die Basismetallisierung derart an der Metallisierungsseite der Solarzelle angeordnet, dass sie auf den Isolierungsbereich, der in diesem Fall als Halbleiterschicht ausgebildet ist, aufgebracht wird.
Vorteilhafterweise sind Basis- und Emittermetallisierung zumindest teilweise als linienartige Metallisierungen ausgeführt. Insbesondere ist es vorteilhaft, dass Basis- und Emittermetallisierung zumindest teilweise als parallel verlaufende linienartige Metallisierungsfinger ausgeführt sind. Insbesondere ist es vorteilhaft, Basis- und Emittermetallisierung in an sich bekannter Weise als kammartige ineinandergreifende Metallisierungen auszuführen.
Vorteilhafterweise weisen die Metallisierungsfinger von Basis- und
Emittermetallisierung eine Breite im Bereich von 100 μm bis 2000 μm auf. Insbesondere ist es vorteilhaft, wenn die Metallisierungsfinger eine Breite von etwa 1000 μm aufweisen.
Der Abstand zwischen den Metallisierungsfingern liegt vorteilhafterweise im Bereich von 100 μm bis 500 μm.
Vorteilhafterweise ist der Isolierungsbereich mit dem Basisbereich elektrisch leitend verbunden. Dies wird insbesondere vorteilhafterweise dadurch erreicht, dass der Isolierungsbereich zumindest teilweise unmittelbar an den Basisbereich angrenzt.
Hierdurch kann die elektrisch leitende Verbindung zwischen Basismetallisierung und Basisbereich beispielsweise dadurch realisiert werden, dass die Basismetallisierung mit dem Isolierungsbereich und dieser wiederum mit dem Basisbereich elektrisch leitend verbunden ist.
Vorteilhafterweise wird die zuvor beschriebene erfindungsgemäße Solarzelle gemäß einem Verfahren nach Anspruch 9 aus einem Halbleitersubstrat hergestellt.
Hierbei wird in einem Schritt A ein Basisbereich eines ersten Dotiertyps und ein zumindest teilweise an den Basisbereich angrenzender Emitterbereich eines zweiten Dotiertyps erzeugt, wobei der erste Dotiertyp zu dem zweiten Dotiertyp entgegengesetzt ist. Der Emitterbereich erstreckt sich zumindest teilweise entlang einer Metallisierungsoberfläche des Halbleitersubstrates.
In einem Schritt B wird ein Isolierungsbereich des ersten Dotiertyps erzeugt, der sich zumindest teilweise zwischen der Metallisierungsoberfläche und dem Emitterbereich erstreckt. In einem Schritt C wird eine Basismetallisierung auf die Metallisierungsoberfläche des Halbleitersubstrates aufgebracht, wobei die Basismetallisierung zumindest teilweise die Metallisierungsoberfläche in dem Bereich bedeckt, in dem sich der Isolierungsbereich erstreckt. Der Isolierungsbereich ist somit zumindest teilweise von der Basismetallisierung bedeckt.
In einem Schritt D wird eine Emittermetallisierung auf die Metallisierungsoberfläche des Halbleitersubstrates aufgebracht, wobei die Emittermetallisierung zumindest teilweise die Metallisierungsoberfläche in dem Bereich bedeckt, in dem sich der Emitterbereich erstreckt. Der Emitterbereich ist somit zumindest teilweise von der Emittermetallisierung bedeckt.
Vorteilhafterweise wird in Schritt B der Isolierungsbereich mittels Diffusion von Dotierstoffen erzeugt. Insbesondere ist es vorteilhaft, dass der
Isolierungsbereich mittels Überkompensation des Emitters erzeugt wird.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird in Schritt B der Isolierungsbereich durch Aufbringen einer Halbleiterschicht auf die Metallisierungsoberfläche des Halbleitersubstrates erzeugt, wobei die Halbleiterschicht eine Schicht des ersten Dotiertyps ist. In Schritt D wird die Basismetallisierung auf den als Halbleiterschicht ausgebildeten Isolierungsbereich aufgebracht.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird in Schritt B der Isolierungsbereich derart erzeugt, dass zunächst der Emitterbereich teilweise entfernt wird und anschließend in einem Diffusionsvorgang der Isolierungsbereich erzeugt wird. Vorteilhafterweise wird der Emitter hierbei bis zu einer vorgegebenen Tiefe teilweise entfernt. Insbesondere ist es vorteilhaft, wenn die vorgegebene Tiefe in etwa der Tiefe des pn-Übergangs ausgehend von der Metallisierungsoberfläche entspricht, abzüglich der Tiefe des in dem Diffusionsvorgang eindiffundierten Isolierungsbereiches.
Denn hierdurch wird in dem Bereich, in dem der Emitter teilweise entfernt wurde, ein Kontakt zwischen Isolierungsbereich und Basis geschaffen, so dass Basismetallisierung und Basisbereich elektrisch leitend verbunden sind. In den Bereichen, in denen der Isolierungsbereich per Diffusion erzeugt wurde, jedoch der Emitter nicht teilweise entfernt wurde, stellt der Isolierungsbereich wie zuvor beschrieben eine elektrische Isolierung zwischen Basismetallisierung und Emitterbereich dar.
Vorteilhafterweise wird der Emitterbereich mittels Laserablation teilweise entfernt.
Weitere Merkmale und vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung werden im Folgenden anhand einer Zeichnung erläutert. Dabei zeigt:
Figur 1 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Solarzelle im Querschnitt.
Bei der in Figur 1 dargestellten erfindungsgemäßen Solarzelle ist die Vorderseite zum Einkoppeln elektromagnetischer Strahlung unten angeordnet und die Rückseite entsprechend oben. Die Solarzelle umfasst eine Basismetallisierung 3 und eine Emittermetallisierung 6. Ferner umfasst die Solarzelle eine Halbleiterstruktur, welche in einem Siliziumwafer ausgebildet ist. In dem Siliziumwafer ist ein n-dotierter Basisbereich 1 und ein p-dotierter Emitterbereich 2, der somit einen zum Basisbereich entgegengesetzten Dotierungstyp aufweist, ausgebildet.
Zwischen Basisbereich 1 und Emitterbereich 2 ergibt sich ein pn-Übergang, zur Ladungsträgertrennung der durch die eingekoppelte elektromagnetische Strahlung erzeugten freien Ladungsträger.
Basismetallsierung 3 und Emittermetallisierung 6 sind an der in Figur 1 obenliegenden Rückseite der Solarzelle angeordnet, die Rückseite ist somit die Metallisierungsseite der Solarzelle.
Wesentlich ist, dass der Emitterbereich sich zumindest teilweise in den von der Basismetallisierung bedeckten Bereich der Metallisierungsseite erstreckt. Dieser Bereich ist in Figur 1 durch A beispielhaft gekennzeichnet. Weiterhin weist die Halbleiterstruktur einen Isolierungsbereich 4 auf, der sich entlang der Metallisierungsseite der Solarzelle teilweise zwischen Basismetallisierung und dem Emitterbereich erstreckt. Der Isolierungsbereich 4 ist wie die Basis ebenfalls n-dotiert.
Die Basismetallisierung 3 ist mit dem Isolierungsbereich 4 elektrisch leitend verbunden und der Isolierungsbereich 4 ist mit dem Basisbereich 1 elektrisch leitend verbunden, so dass auch die Basismetallisierung 3 mit dem Basisbereich 1 elektrisch leitend verbunden ist.
Ebenso ist der Emitterbereich 2 mit der Emittermetallisierung 6 elektrisch leitend verbunden.
Wesentlich ist, dass in dem mit A beispielhaft gekennzeichneten Bereich sich zwar die Basismetallisierung 3 über die Metallisierungsoberfläche erstreckt, gleichzeitig jedoch in diesen Bereich A sich der Emitterbereich 2 entlang der Metallisierungsseite erstreckt, wobei zwischen Emitterbereich 2 und Basismetallisierung 3 der Isolierungsbereich 4 angeordnet ist.
Zwischen Isolierungsbereich 4 und Emitterbereich 2 bildet sich ein pn-Übergang aus, so dass insbesondere die Basismetallisierung 3 von dem Emitterbereich 2 in dem Bereich A elektrisch getrennt ist.
Bei der erfindungsgemäßen Solarzelle ist es somit möglich, die Basismetallisierung 3 großflächig auszuführen, insbesondere in dem in Figur 1 dargestellten Schnittbild mit einer Breite zu versehen, die der Breite der
Emittermetallisierung 6 entspricht. Emittermetallisierung und Basismetallisierung sind linienartig ausgeführt, wobei die Linien in Figur 1 senkrecht zur Zeichenebene verlaufen.
Gleichzeitig ist der Emitterbereich 2 überlappend unter die Basismetallisierung 3 geführt, so dass sich eine Effizienzsteigerung der Solarzelle ergibt und gleichzeitig eine ausreichend starke Metallisierung durch die Basismetallisierung 3 gewährleistet ist, so dass darüber hinaus Verluste durch Ohmsche Widerstände der Basismetallisierung 3 minimiert sind. Zur Herstellung der in Figur 1 dargestellten Solarzelle wurde ausgehend von einem n-dotierten Siliziumwafer der Emitterbereich 2 mittels Diffusion erzeugt. Anschließend wurde an der durch den gestrichelten Pfeil 5 markierten Stelle der Siliziumwafer ausgehend von der Metallisierungsseite und damit der Emitterbereich 2 teilweise abgetragen.
In einem folgenden Schritt wurde der Isolierungsbereich 4 mittels Diffusion erzeugt. Dadurch, dass die Eindringtiefe des eindiffundierten Isolierungsbereiches größer ist als die verbleibende Restdicke des Emitterbereiches in dem Bereich, in dem der Emitterbereich teilweise abgetragen wurde, entsteht an der mit Bezugszeichen 5 in Figur 1 gekennzeichneten Stelle eine elektrisch leitende Verbindung zwischen Isolierungsbereich 4 und Basisbereich 1. Hierdurch ist gewährleistet, dass einerseits die Basismetallisierung 3 über den Isolierungsbereich 4 elektrisch leitend mit dem Basisbereich 1 verbunden ist und darüber hinaus
(beispielsweise in dem mit A gekennzeichneten Bereich) der Isolierungsbereich 4 den Emitterbereich 2 von der Basismetallisierung 3 abschirmt.

Claims

P a t e n t a n s p r ü c h e
1. Solarzelle mit einer Vorderseite zum Einkoppeln elektromagnetischer Strahlung und einer Rückseite, umfassend mindestens eine Basismetallisierung (3) und mindestens eine
Emittermetallisierung (6) sowie eine Halbleiterstruktur, welche mindestens einen Basisbereich (1 ) eines ersten Dotierungstyps und mindestens einen Emitterbereich (2) eines zweiten, zum ersten
Dotierungstyp entgegengesetzten Dotierungstyps aufweist, zur
Ausbildung eines pn-Übergangs zwischen Basis und Emitter, wobei die Basismetallisierung (3) mit dem Basisbereich (1 ) und die
Emittermetallisierung (6) mit dem Emitterbereich (2) elektrisch leitend verbunden sind, die Basismetallisierung (3) und die Emittermetallisierung (6) beide an einer Metallisierungsseite der Solarzelle angeordnet sind, welche die
Vorderseite oder die Rückseite der Solarzelle ist und der Emitterbereich (2) sich zumindest teilweise entlang der
Metallisierungsseite der Solarzelle erstreckt, dadurch gekennzeichnet, dass der Emitterbereich (2) sich zumindest teilweise in den von der
Basismetallisierung (3) bedeckten Bereich der Metallisierungseite erstreckt und dass die Halbleiterstruktur zusätzlich einen Isolierungsbereich (4) des ersten Dotierungstyps aufweist, welcher sich entlang der
Metallisierungseite der Solarzelle zumindest teilweise zwischen der
Basismetallisierung (3) und dem Emitterbereich (2) erstreckt.
2. Solarzelle nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass sich der Isolierungsbereich (4) mindestens entlang desjenigen Bereiches der Metallisierungseite erstreckt, welcher von der Basismetallisierung (3) bedeckt ist.
3. Solarzelle nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Halbleiterstruktur in einem Halbleitersubstrat ausgebildet ist, wobei die Metallisierungsoberfläche eine Oberfläche des Halbleitersubstrates ist, der Emitterbereich (2) schichtartig an der Metallisierungsoberfläche und im Wesentlichen parallel zu dieser in dem Halbleitersubstrat ausgebildet ist und der Isolierungsbereich (4) ebenfalls an der Metallisierungsoberfläche in dem Halbleitersubstrat ausgebildet ist, insbesondere durch Überkompensation des Emitterbereiches (2) mittels Diffusion.
4. Solarzelle nach einem der Ansprüche 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Halbleiterstruktur in einem Halbleitersubstrat ausgebildet ist, wobei die Metallisierungsoberfläche eine Oberfläche des Halbleitersubstrates ist, der Emitterbereich (2) schichtartig an der Metallisierungsoberfläche und im Wesentlichen parallel zu dieser in dem Halbleitersubstrat ausgebildet ist und der Isolierungsbereich (4) als eigene Halbleiterschicht ausgebildet ist, welche auf der Metallisierungsoberfläche des Halbleitersubstrates angeordnet ist, wobei die Basismetallisierung (3) auf der Halbleiterschicht ausgebildet ist.
5. Solarzelle nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Basis- und Emittermetallisierung (3, 6) zumindest teilweise als linienartige Metallisierungen ausgeführt sind, insbesondere, dass Basis- und Emittermetallisierung (3, 6) zumindest teilweise als parallel verlaufende linienartige Metallisierungsfinger ausgeführt sind.
6. Solarzelle nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Metallisierungsfinger von Basis- und Emittermetallisierung (3, 6) eine Breite im Bereich von 100 μm bis 2000 μm aufweisen, insbesondere in etwa 1000 μm.
7. Solarzelle nach einem der Ansprüche 4 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen den Metallisierungsfingern ein Abstand im Bereich von 100 μm bis 500 μm besteht.
8. Solarzelle nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Isolierungsbereich (4) mit Basisbereich (1 ) elektrisch leitend verbunden ist, insbesondere, dass der Isolierungsbereich (4) zumindest teilweise unmittelbar an den Basisbereich (1 ) angrenzt.
9. Verfahren zur Herstellung einer Solarzelle aus einem Halbleitersubstrat nach einem der vorangegangenen Ansprüche, folgende Verfahrensschritte umfassend:
A Erzeugen eines Basisbereiches (1 ) eines ersten Dotiertyps und eines zumindest teilweise daran angrenzenden Emitterbereiches (2) eines zweiten, zu dem ersten Dotiertyp entgegengesetzten Dotiertyps, wobei sich der Emitterbereich (2) zumindest teilweise entlang einer Metallisierungsoberfläche des Halbleitersubstrates erstreckt,
B Erzeugen eines Isolierungsbereiches (4) des ersten Dotiertyps, der sich zumindest teilweise zwischen der Metallisierungsoberfläche und dem Emitterbereich (2) erstreckt,
C Aufbringen einer Basismetallisierung (3) auf die
Metallisierungsoberfläche des Halbleitersubstrates, welche zumindest teilweise die Metallisierungsoberfläche in dem Bereich bedeckt, in dem sich der Isolierungsbereich (4) erstreckt und
D Aufbringen einer Emittermetallisierung (6) auf die
Metallisierungsoberfläche des Halbleitersubstrates, welche zumindest teilweise die Metallisierungsoberfläche in dem Bereich bedeckt, in dem sich der Emitterbereich (2) erstreckt.
10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass in Schritt B der Isolierungsbereich (4) mittels Diffusion von Dotierstoffen erzeugt wird, insbesondere, dass der Isolierungsbereich (4) mittels Überkompensation des Emitters erzeugt wird.
11. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass in Schritt B der Isolierungsbereich (4) durch Aufbringen einer Halbleiterschicht auf die Metallisierungsoberfläche des Halbleitersubstrates erzeugt wird und dass in Schritt D die Basismetallisierung (3) auf die Halbleiterschicht des Isolierungsbereiches (4) aufgebracht wird.
12. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 1 1 , dadurch gekennzeichnet, dass in Schritt B der Isolierungsbereich (4) derart erzeugt wird, dass zunächst der Emitterbereich (2) ausgehend von der Metallisierungsoberfläche teilweise entfernt wird.
13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Emitterbereich (2) mittels Laserablation teilweise entfernt wird.
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