EP2301077A2 - Solarzelle und verfahren zur herstellung einer solarzelle - Google Patents

Solarzelle und verfahren zur herstellung einer solarzelle

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EP2301077A2
EP2301077A2 EP09777120A EP09777120A EP2301077A2 EP 2301077 A2 EP2301077 A2 EP 2301077A2 EP 09777120 A EP09777120 A EP 09777120A EP 09777120 A EP09777120 A EP 09777120A EP 2301077 A2 EP2301077 A2 EP 2301077A2
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EP
European Patent Office
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solar cell
contact structure
connection
region
connection structure
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP09777120A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Florian Clement
Daniel Biro
geb. LUTSCH Michael MENKÖ
Tim Kubera
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Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Original Assignee
Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
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Filing date
Publication date
Application filed by Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV filed Critical Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Publication of EP2301077A2 publication Critical patent/EP2301077A2/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • H01L31/04—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof adapted as photovoltaic [PV] conversion devices
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    • H01L31/05—Electrical interconnection means between PV cells inside the PV module, e.g. series connection of PV cells
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    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
    • Y02P70/50—Manufacturing 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 a solar cell according to the preamble of claim 10.
  • Solar cells according to the preamble of claim 1 are also referred to as one-sided contactable solar cells. Such solar cells have both the positive and the negative contact on a metallization side of the solar cell, so that an interconnection of the solar cell takes place, for example, in a solar cell module only via the metallization side.
  • Typical known solar cell structures having both contacts on one side are the MWT solar cell (EP985233), the EWT solar cell (US5468652), the RSK solar cell (US5053058) and the PUM solar cell (JH Bultmann, "Interconnection through vias for improved effciency and easy module manufacturing of crystalline silicon solar cells "published in 2001 in Solar Energy Materials & Solar Cells 65 (2001) 339-345).
  • Rear side of the metallization for the positive and the metallization for the negative contact performed such that at two opposite edge regions each have a broad metallization on the one hand the positive and on the other side of the negative contact
  • BESTATIGUNGSKOPIE Solar cell can be arranged.
  • adjacent solar cells in the solar cell module can be electrically connected to one another by strip-type cell connectors and a desired series connection or series connection of the solar cell can be realized.
  • a problem with the known solutions is that the metallization structures on the metallization side of the solar cells must be optimized simultaneously for the solar cell structure itself and for the removal of the charge carriers and the interconnection of the solar cells in the module.
  • the present invention is therefore based on the object to provide a solar cell and a method for producing a solar cell, in which for one-side contactable solar cells, the optimization potential in terms of efficiency is better exploitable, taking into account a cost effective and efficient interconnection of the solar cell in a solar cell module.
  • the solar cell according to the invention comprises a semiconductor substrate having a front and a rear side and a first and at least one second metallic contact structure.
  • the semiconductor substrate has at least one first doping region of a first doping type and at least one second doping region of a second doping type opposite to the first doping type.
  • Doping types here are the n-doping and the p-doping opposite thereto.
  • the first and second doping types are arranged at least partially adjacent to each other, to form a pn junction.
  • the first doping region is n-doped and the second doping region is p-doped.
  • it is also an interchange of doping types within the scope of the invention.
  • Both contact structures are arranged on a metallization side of the semiconductor substrate.
  • the metallization side is the front or the back of the solar cell.
  • the first contact structure is electrically conductively connected to the first doping region and, correspondingly, the second contact structure to the second doping region.
  • the term “electrically conductively connected” neglects those currents or recombinations which occur at or via a pn junction
  • the two doping regions are not electrically conductively connected via the pn junction and Accordingly, the first contact structure is not electrically conductively connected to the second doping region and the second contact structure is not electrically conductively connected to the first doping region.
  • the solar cell further comprises a first and at least one second electrically conductive connection structure, both of which are arranged on the metallization side of the solar cell.
  • the first contacting structure is at least partially covered by an electrically non-conductive insulating layer, and this insulating layer is in turn at least partially covered by the first connecting structure.
  • the second contacting structure is at least partially covered by an electrically non-conductive insulating layer, which in turn is at least partially covered by the second connecting structure.
  • the first connection structure is electrically conductively connected to the first contact structure and the second connection structure is electrically conductively connected to the second contact structure.
  • the solar cell according to the invention has a layer system on the metallization, which in a first layer, the two contact structures, an intermediate insulating layer and arranged above the two connection structures has.
  • the insulating layer covers the metallization of the solar cell not over the entire surface, so that at the not covered by the insulating layer parts, the electrical connection between the contact structure and connection structure consists.
  • the insulating layer is designed as a layer with recesses.
  • the insulating layer (which optionally consists of a plurality of insulating layers arranged side by side), the first and the second connection structure are thus an integral part of the solar cell.
  • the solar cell according to the invention differs from known solar cell structures in which a metallic interconnection structure is part of a solar cell module, ie. H. covers the surface of a plurality of solar cells and individual solar cells are applied to this component of the solar cell module.
  • the solar cell according to the invention has on its metallization side as an integral constituent the layer structure contact structure / insulation layer / connection structure described above.
  • the insulation layer, the first and the second connection structure do not extend substantially parallel to the metallization side beyond the dimensions of the solar cell, in particular the insulation layer, the first and the second connection structure thus span a surface which is at most 1.5 times the area the metallization is, preferably less than or equal to the area of the metallization side.
  • the contacting structures are substantially completely covered with insulating layer, except for hole-like recesses of the insulating layer.
  • the connection structures directly adjoin the respectively assigned contacting structures, to form an electrically conductive connection.
  • connection structures are designed in such a way that they have a cross-sectional area that increases and decreases in opposite directions parallel to the metallization side. Starting from a first edge region of the solar cell, the cross-sectional area of the first connection structure decreases to a second edge region of the solar cell opposite the first edge region, whereas the cross-sectional area of the second connection structure increases from the first edge region to the second edge region.
  • the edge regions are designed such that they are suitable for applying a known cell connector.
  • a significant advantage of the solar cell structure according to the invention is in this case that the arrangement and configuration of the connection structures is independent of the arrangement and design of the contact structures selectable. It thus, the contact structure with regard to the arrangement and design of the doping regions of the solar cell can be optimized and, independently of this, the connection structure can be optimized for lossless transfer of charge carriers to contacting points, such as the aforementioned edge regions. In this way, in comparison with the previously known solar cell structures, in particular a further reduction of series resistance losses can be achieved, so that the efficiency of the solar cell is increased.
  • connection structure to at least one solder pad and this contact structure is covered with insulation layer such that the insulation layer in the region of the solder pad has a recess, so that the associated connection structure is immediately adjacent to the solder pad.
  • the solar cell has the structural basic structure of a known MWT solar cell, as described for example in EP 985233.
  • the semiconductor substrate has through metallizations which electrically conductively connect the metallization side to the opposite side of the solar cell by means of a metallic through-connection.
  • the first contact structure is covered with insulation layer in such a way that the insulation layer has a recess in the area where the through-connection adjoins the contact structure.
  • the first contact structure realized together with the through metallization, such that in a process step starting from the metallization the first contact structure is generated and at the same time the holes for the
  • the invention further comprises a method for producing a solar cell according to claim 10.
  • the inventive method comprises a method step A, in which a first and at least one second metallic contact structure is applied to a metallization side of a semiconductor substrate.
  • the semiconductor substrate has at least one first doping region of a first doping type and at least one second doping region of a second doping type opposite to the first doping type.
  • the first and second doping types are at least partially adjacent to each other to form a pn junction.
  • step B of the method according to the invention an electrically conductive connection of the first contact structure with the first doping region and the second contact structure with the second doping region is produced.
  • an electrically non-conductive insulating layer is applied, which at least partially covers the first contact structure and on this insulating layer, an electrically conductive first connection structure is applied, which in turn covers the insulation layer at least partially.
  • an electrically non-conductive insulating layer is applied to the second contact structure, which covers the second contact structure at least partially, and an electrically conductive second connecting structure is applied to this insulating layer, which in turn at least partially covers this insulating layer.
  • the first connection structure is electrically conductively connected to the first contact structure and the second connection structure is electrically conductively connected to the second contact structure.
  • the insulation layer, the first and the second connection structure do not extend significantly beyond the dimensions of the solar cell in terms of their dimensions.
  • the method comprises a method step i) in which a perforated
  • Insulation layer is applied to the metallization of the solar cell.
  • the insulating layer covers the first and the second contact structure and is applied such that at least one perforation is in the region of the first contact structure and at least one second perforation is in the region of the second contact structure.
  • the first and the second connection structure are applied to the insulation layer in such a way that the connection structures penetrate through the insulation layer in the region of the perforations and directly adjoin the contacting structures.
  • the present invention it is thus possible for the first time, on the basis of a layer structure arranged on the metallization side of the solar cell, to optimize the contact structure with respect to the structure of the semiconductor substrate and, at the same time, to reduce the connection structure with regard to the discharge of the semiconductor substrate
  • the insulation layer and / or the connection structure is applied by means of a screen printing method known per se or by vapor deposition.
  • the solar cell advantageously has an edge length of between 1 and 50 cm, in particular an edge length of between 10 cm and 20 cm is advantageous in an approximately square configuration of the solar cell.
  • the thickness of the solar cell without insulation layer and connecting structures is advantageously between 50 ⁇ m and 500 ⁇ m, in particular about 100 ⁇ m to 300 ⁇ m.
  • the metallic contact structures advantageously have a thickness of 0.1 .mu.m to 100 .mu.m.
  • the insulating layer advantageously has a thickness of 1 ⁇ m to 1000 ⁇ m, in particular a thickness of between 10 ⁇ m and 100 ⁇ m.
  • the metallic interconnect structures advantageously have a thickness in the range of 1 .mu.m to 1000 .mu.m.
  • FIG. 6 shows a schematic representation of the connections of two solar cells according to the invention in a solar cell module by means of cell connectors
  • FIG. 7 shows a flowchart of a method according to the invention for producing a solar cell according to FIG Figures 1 to 5.
  • Figure 8 shows a schematic representation of a solar cell according to the invention, which is based on a back-side contact cell structure.
  • FIG. 1 shows a schematic view of the front side of the solar cell according to the invention.
  • the solar cell according to the invention comprises a semiconductor substrate 1. This is covered on the front side over its entire area by the first doping region, which is embodied as an n-doped emitter 2a.
  • the front side further comprises a front side contact structure 3a consisting of a plurality of metallization fingers. These metallization fingers are electrically connected to the emitter 2a, so that charge carriers the emitter 2a can be removed from the metallization fingers of the front-side contact structure 3a.
  • the dashed circles in FIG. 1 indicate holes in the semiconductor substrate 1 which, in FIG. 1, penetrate the semiconductor substrate 1 perpendicular to the plane of the drawing. In these holes are through-metallizations 7, which represent an electrical connection to the back of the solar cell according to the invention for each metallization finder of the front-side contact structure 3a.
  • Figure 2 shows a schematic representation of the back of the solar cell according to the invention, which is the side of the solar cell previously referred to as Metallleitersseite. Insulation layer and n- and p-connection structure are not shown in Figure 2.
  • the metallization side is covered centrally by a first contact structure, which is designed as a strip-shaped backside n-contact structure 3b.
  • the contact structure 3b is arranged such that it covers those areas where the through-metallizations 7 strike the back side of the solar cell, so that the rear-side n-contact structure 3b is electrically conductively connected via the through-metallization 7 to the metallization fingers of the front-side contact structure 3a and so that with the emitter 2a.
  • the remainder of the backside is substantially covered by a second contact structure, which is implemented as backside p-contact structures 3c.
  • an insulating layer 5 is arranged, as shown in Figure 3.
  • the insulating layer 5 covers substantially the entire back of the solar cell according to the invention, only at individual openings 9, the insulating layer has recesses.
  • the openings 9 are arranged in three rows, with the top and bottom rows (9a and 9b) of the openings 9 extending towards the contact structures 3c in FIG. 3, whereas the middle row (9c) of the openings 9 in FIG extend the contact structure 3b out.
  • a first connection structure is designed as an approximately triangular n-connection structure 4a.
  • This connection structure 4a is arranged so as to cover all the openings of the middle row (9c) of the insulation layer.
  • the n-type interconnect structure 4 a penetrates the openings of the middle row of the insulation layer and is thus electrically conductively connected to the backside n-type contact structure 3 b, and thus also to the emitter 2 a.
  • a second connection structure is implemented as a p-connection structure 4b.
  • This connection structure 4b covers approximately the remaining area of the rear side of the solar cell according to the invention, wherein between n and
  • Connection structure 4a and p-connection structure 4b remains a not covered by connecting structure gap, which ensures the electrical insulation between the connection structures 4a and 4b.
  • the p-junction structure 4b covers all the openings 9 of the upper and lower rows (9a and 9b) of the insulating layer 5.
  • the p-junction structure 4b also penetrates the openings 9 of the insulating layer 5 covered by it and is thus electrically conductively connected to the backside p-contact structures 3c and thus also to the base 2b.
  • solder pads are additionally applied to the connection structures 4a and 4b.
  • These solder pads are metallic surfaces, preferably approximately circular, which, due to their material properties, simplify the electrically conductive connection of the connection structures 4a and 4b via the solder pads with a cell connector.
  • FIG. 5 shows a section perpendicular to the plane of the drawing along the line A shown in dashed lines in FIG. 1.
  • the semiconductor substrate 1 is covered on the front side essentially over the entire area by the emitter 2a, with the exception of the holes in FIG the semiconductor substrate 1, which are filled by the through-metallizations 7.
  • the backside n-type contact structure 3b is disposed in the region where the through-metallization 7 meets the backside.
  • Rear side n contact structure 3b, through metallization 7 and front side n contact structure 3a directly adjoin each other and are electrically conductively connected.
  • the emitter 2a extends along the hole walls along the
  • Emitter 2a and base 2b directly adjoin one another, so that a pn junction is formed.
  • Rear side p-contact structures 3c are arranged on the rear side of the semiconductor substrate 1 and are electrically conductively connected to the base 2b.
  • connection structures 4a and 4b arranged above the insulation layer 5 are electrically conductively connected to the contact structures 3b and 3c.
  • the solar cell according to the invention it is thus possible, as illustrated for example in FIG. 5, to optimize the contact structures 3b and 3c such that an optimal collection of charge carriers takes place from the semiconductor substrate 1, ie from emitter 2a and base 2b.
  • the connecting structures 4a and 4b can be optimized, as shown for example in FIG. 4, for optimum derivation of the charge carriers collected in the contact structures 3b and 3c to the edges (in FIG. 4 the right and the left edge) of the solar cell.
  • FIG. 6 schematically shows the connection of the solar cell according to the invention shown in FIGS. 1 to 5 in a solar cell module.
  • d. H. shown from the metallization side
  • a side view is schematically shown, in which the metallization side is arranged below.
  • the solar cells according to the invention are connected on the rear side by means of cell connectors 10 such that an n-connection structure 4a of a solar cell is electrically conductively connected via cell connectors 10 to the p-connection structure 4b of a solar cell arranged next to it, so that the solar cells are connected in series in a desired manner. in particular over the edge region of the solar cell.
  • FIG. 6 The arrangement of the cell connectors illustrated in FIG. 6 represents a typical interconnection of solar cells by means of cell connectors already realized in industrial production, so that the solar cell according to the invention can be used directly in already existing industrial manufacturing processes without any need for modification.
  • FIG. 6 shows the cell connectors with a rectangular basic shape.
  • Figure 7 illustrates an embodiment of the method according to the invention, which is used for the production of the solar cell shown in Figures 1 to 6.
  • a step 2 the sawing damage which remains during the production of the semiconductor substrate is removed by means of an etching process and, if appropriate, a texture for increasing the light coupling is applied to the front side of the semiconductor substrate to be formed for the light coupling.
  • a texture for increasing the light coupling is applied to the front side of the semiconductor substrate to be formed for the light coupling.
  • the process for producing the solar cell can be simplified and / or the
  • Light-coupling properties of the solar cell can be improved.
  • the semiconductor substrate has a homogeneous p-type doping.
  • step 3 the diffusion of the emitter 2a takes place, which extends over the entire front side, over the hole walls and partly over the rear side.
  • the rear side of the semiconductor substrate is covered, as shown in FIG. 5, in the regions of the emitter 2a where the holes are located.
  • the diffusion is performed bilaterally (i.e., at the front and back) and over the entire surface.
  • the diffusion can be effected by per se known diffusion from the gas phase after applying a masking layer on the back, wherein the masking layer is applied by means of photolithography, but preferably by means of screen printing technology. In this case step 9 (edge and contact isolation) is not necessary.
  • an anti-reflection layer is applied to the front of the
  • a step 5 the metallization of the through-metallizations 7 and of the back-side n-contact structure 3b takes place.
  • a step 6 the metallization of the p-contact is carried out, i. H. the backside p-contact structure 3c is applied by means of techniques known per se, preferably by screen printing.
  • a step 7 the metallization of the front-side contact structure 3a takes place.
  • known metallization techniques can be used, advantageous is the use of the known screen printing technique.
  • a so-called “contact sintering” is performed by means of a temperature step, that is to say the electrical contact between the applied metallizations and the adjacent doping regions of the semiconductor substrate is produced.
  • a step 9 the edges are isolated to achieve electrical isolation of the defects often present at the edges, such as short circuits or recombination centers. Also, in this step, a contact isolation is performed on the metallization side. In this step, the emitter is electrically disconnected from the p-contact.
  • the insulation is effected by means of a so-called "laser insulation", ie the emitter regions are linearly removed by means of a laser in order to achieve an electrical insulation of the emitter regions on these lines.
  • the insulation layer 5 according to FIGS. 1 to 5 is applied.
  • the insulation layer can be applied, for example by means of screen printing technology, in such a way that it has the desired recesses.
  • n-connection structure 4a and the p-connection structure 4b are applied by one of the methods described above, preferably by screen printing or vapor deposition.
  • step 5 it is also within the scope of the invention to integrate step 5 in step 11.
  • the rear-side n-contact structure 3b and the through-metallization 7 are thus also produced in step 11 when the n-connection structure 4a is applied via the openings 9.
  • an electrically conductive contact of the through-metallization 7 with the front-side contact structure 3a is generated.
  • Step 5 is omitted in this embodiment of the method according to the invention.
  • FIG. 8 shows a section perpendicular to the front side of a further exemplary embodiment of a solar cell according to the invention, which is based on a structure known per se of a rear-side contact cell.
  • the basic structure of this solar cell corresponds to the structure of the solar cell shown in FIGS. 1 to 6, and corresponding reference numerals likewise designate the same elements.
  • the solar cell structure shown in Fig. 8 has an emitter 2a only at the back side, and accordingly, the front side contact pattern 3a, the holes, and the through metallization 7 and the corresponding n-type doping regions are missing at the front and at the hole walls.
  • the structure shown in FIG. 8 is likewise produced by a method according to the invention according to FIG. 7, with step 1 and step 7 omitted.
  • the solar cell structure according to FIG. 8 has the advantage that it is less complex compared with the solar cell structure illustrated in FIGS. 1 to 6 and can therefore be produced more economically and thus more cost-effectively.
  • the disadvantage is that there are only n-doped regions on the backside. This can lead to a lower efficiency compared to the solar cell structure shown in FIGS. 1 to 6.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Solarzelle und ein Verfahren zur Herstellung dieser Solarzelle. Die Solarzelle umfasst ein Halbleitersubstrat mit dotierten Bereichen (2a, 2b). Auf einer Seite des Halbleitersubstrats befinden sich Kontaktstrukturen (3b, 3c), die mit den dotierten Bereichen (2a, 2b) verbunden sind, und Verbindungsstrukturen (4a, 4b) die übereinander angeordnet sind. Die Verbindungsstrukturen (4a, 4b) sind durch Öffnungen (9) in einer zwischenliegenden Isolierungsschicht (5) mit den Kontaktstrukturen (3b, 3c) verbunden.

Description

Solarzelle und Verfahren zur Herstellung einer Solarzelle
Die Erfindung betrifft eine Solarzelle gemäß Oberbegriff des Anspruchs 1 , sowie ein Verfahren zur Herstellung einer Solarzelle gemäß Oberbegriff des Anspruchs 10.
Solarzellen gemäß Oberbegriff des Anspruchs 1 werden auch als einseitig kontaktierbare Solarzellen bezeichnet. Solche Solarzellen weisen sowohl den positiven, als auch den negativen Kontakt an einer Metallisierungsseite der Solarzelle auf, sodass eine Verschaltung der Solarzelle beispielsweise in einem Solarzellenmodul lediglich über die Metallisierungsseite erfolgt.
Dies weist insbesondere dann Vorteile auf, wenn die Metallisierungsseite die Rückseite der Solarzelle ist, da auf diese Weise Abschattungen aufgrund der zur elektrischen Verschaltung notwendigen Metallisierungen nicht auf der zur Einkopplung von elektromagnetischer Strahlung ausgebildeten Vorderseite der Solarzelle notwendig sind und somit die Effizienz der Solarzelle aufgrund geringerer Abschattungsverluste erhöht wird.
Typische bekannte Solarzellenstrukturen, die beide Kontakte auf einer Seite aufweisen, sind die MWT-Solarzelle (EP985233), die EWT-Solarzelle (US5468652), die RSK-Solarzelle (US5053058) und die PUM-Solarzelle (J. H. Bultmann, „Interconnection through vias for improved effciency and easy module manufactoring of crystalline Silicon solar cells" erschienen 2001 in Solar Energy Materials & Solar Cells 65 (2001 ) 339-345).
Zur Verschaltung dieser bekannten Solarzellenstrukturen in einem Modul sind unterschiedliche Vorgehensweisen bekannt. Typischerweise wird an der
Rückseite die Metallisierung für den positiven und die Metallisierung für den negativen Kontakt derart ausgeführt, dass an zwei einander gegenüberliegenden Randbereichen jeweils eine breite Metallisierungsfläche einerseits des positiven und auf der anderen Seite des negativen Kontakts der
BESTATIGUNGSKOPIE Solarzelle angeordnet werden. Hierdurch können im Solarzellenmodul nebeneinander liegende Solarzellen durch streifenartige Zellverbinder elektrisch miteinander verbunden werden und eine gewünschte Hintereinanderschaltung oder Reihenschaltung der Solarzelle realisiert werden.
Problematisch bei den bekannten Lösungen ist, dass die Metallisierungsstrukturen auf der Metallisierungsseite der Solarzellen gleichzeitig für die Solarzellenstruktur an sich und für die Abführung der Ladungsträger und die Verschaltung der Solarzellen im Modul optimiert werden müssen.
Da hierbei jedoch teilweise gegensätzliche Optimierungsbedingungen vorliegen, treten typischerweise in der Halbleiterstruktur und/oder der Metallisierungsstruktur der Solarzelle Verluste, insbesondere Serienwiderstandsverluste auf, die zu einer Verringerung der Effizienz der Solarzelle führen.
Der vorliegenden Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, eine Solarzelle und ein Verfahren zur Herstellung einer Solarzelle zu schaffen, bei der für einseitig kontaktierbare Solarzellen das Optimierungspotential hinsichtlich der Effizienz besser ausnutzbar ist unter Berücksichtigung einer kostengünstigen und effizienten Verschaltung der Solarzelle in einem Solarzellenmodul.
Gelöst ist diese Aufgabe durch eine Solarzelle gemäß Anspruch 1 und ein Verfahren zur Herstellung einer Solarzelle gemäß Anspruch 10. Vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Solarzelle finden sich in den Ansprüchen 2 bis 9; eine vorteilhafte Ausbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens findet sich in den Ansprüchen 11 und 13.
Die erfindungsgemäße Solarzelle umfasst ein Halbleitersubstrat mit einer Vorder- und einer Rückseite sowie eine erste und mindestens eine zweite metallische Kontaktstruktur. Das Halbleitersubstrat weist mindestens einen ersten Dotierbereich eines ersten Dotierungstyps und mindestens einen zweiten Dotierbereich eines zweiten, zum ersten Dotierungstyp entgegengesetzten Dotierungstyps auf. Dotierungstypen sind hierbei die n-Dotierung und die hierzu entgegengesetzte p-Dotierung. Der erste und der zweite Dotierungstyp sind zumindest teilweise aneinandergrenzend angeordnet, zur Ausbildung eines pn- Übergangs.
Typischerweise ist der erste Dotierbereich n-dotiert und der zweite Dotierbereich p-dotiert. Ebenso liegt jedoch auch eine Vertauschung der Dotierungstypen im Rahmen der Erfindung.
Beide Kontaktstrukturen sind an einer Metallisierungsseite des Halbleitersubstrats angeordnet. Die Metallisierungsseite ist die Vorder- oder die Rückseite der Solarzelle.
Die erste Kontaktstruktur ist mit dem ersten Dotierbereich elektrisch leitend verbunden und entsprechend die zweite Kontaktstruktur mit dem zweiten Dotierbereich.
Im Sinne der vorliegenden Anmeldung werden bei der Bezeichnung „elektrisch leitend verbunden" solche Ströme oder Rekombinationen vernachlässigt, die an oder über einen pn-Übergang auftreten. Im Sinne der vorliegenden Anmeldung sind somit die beiden Dotierbereiche nicht über den pn-Übergang elektrisch leitend verbunden und entsprechend ist die erste Kontaktstruktur nicht mit dem zweiten Dotierbereich und die zweite Kontaktstruktur nicht mit dem ersten Dotierbereich elektrisch leitend verbunden.
Wesentlich ist, dass die Solarzelle weiterhin eine erste und mindestens eine zweite elektrisch leitende Verbindungsstruktur umfasst, die beide an der Metallisierungsseite der Solarzelle angeordnet sind.
Die erste Kontaktierungsstruktur ist zumindest teilweise von einer elektrisch nicht leitenden Isolierungsschicht bedeckt und diese Isolierungsschicht ist wiederum zumindest teilweise von der ersten Verbindungsstruktur bedeckt. Ebenso ist die zweite Kontaktierungsstruktur zumindest teilweise von einer elektrisch nicht leitenden Isolierungsschicht bedeckt, welche wiederum zumindest teilweise von der zweiten Verbindungsstruktur bedeckt ist. Die erste Verbindungsstruktur ist mit der ersten Kontaktstruktur elektrisch leitend verbunden und die zweite Verbindungsstruktur ist mit der zweiten Kontaktstruktur elektrisch leitend verbunden.
Ein wesentlicher Unterschied zu den bekannten Solarzellenstrukturen besteht somit darin, dass die erfindungsgemäße Solarzelle an der Metallisierungsseite ein Schichtsystem aufweist, welches in einer ersten Schicht die beiden Kontaktstrukturen, eine zwischengelagerte Isolierungsschicht und darüber angeordnet die beiden Verbindungsstrukturen aufweist..Die Isolierungsschicht bedeckt die Metallisierungsseite der Solarzelle nicht ganzflächig, sodass an den nicht durch die Isolierungsschicht bedeckten Teilen die elektrische Verbindung zwischen Kontaktstruktur und Verbindungsstruktur besteht.
Vorteilhafterweise ist die Isolierungsschicht als eine Schicht mit Ausnehmungen ausgeführt. Ebenso liegt es jedoch auch im Rahmen der Erfindung, mehrere Isolierungsschichten an der Metallisierungsseite der Solarzelle anzuordnen, sodass der Kontakt zwischen Verbindungsstruktur und Kontaktstruktur zwischen den Grenzen der Isolierungsschichten erfolgt und/oder die Isolierungsschichten Ausnehmungen aufweisen, zum Verbinden von Kontaktstruktur und Verbindungsstruktur.
Die Isolierungsschicht (welche gegebenenfalls aus mehreren nebeneinander angeordneten Isolierungsschichten besteht), die erste und die zweite Verbindungsstruktur sind somit integraler Bestandteil der Solarzelle.
Hierdurch unterscheidet sich die erfindungsgemäße Solarzelle von bekannten Solarzellenstrukturen, bei denen eine metallische Verschaltungsstruktur Teil eines Solarzellenmoduls ist, d. h. die Fläche einer Vielzahl von Solarzellen abdeckt und einzelne Solarzellen auf diesen Bestandteil des Solarzellenmoduls aufgebracht werden.
Die erfindungsgemäße Solarzelle weist hingegen an ihrer Metallisierungsseite als integralen Bestandteil die oben beschriebene Schichtstruktur Kontaktstruktur / Isolierungsschicht / Verbindungsstruktur auf. Vorteilhafterweise gehen die Isolierungsschicht, die erste und die zweite Verbindungsstruktur ihren Abmessungen parallel zur Metallisierungsseite nicht wesentlich über die Abmessungen der Solarzelle hinaus, insbesondere überspannen die Isolierungsschicht, die erste und die zweite Verbindungsstruktur somit eine Fläche, die maximal das 1 ,5-fache der Fläche der Metallisierungsseite beträgt, vorzugsweise kleiner oder gleich der Fläche der Metallisierungsseite ist.
In einer vorzugsweisen Ausführungsform sind die Kontaktierungsstrukturen im Wesentlichen vollständig mit Isolierungsschicht bedeckt, bis auf lochartige Ausnehmungen der Isolierungsschicht. In den lochartigen Ausnehmungen grenzen die Verbindungsstrukturen unmittelbar an die jeweils zugeordneten Kontaktierungsstrukturen an, zur Ausbildung einer elektrisch leitenden Verbindung.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform sind die Verbindungsstrukturen derart ausgeführt, dass sie eine parallel zur Metallisierungsseite gegenläufig zu- und abnehmende Querschnittsfläche aufweisen. Ausgehend von einem ersten Randbereich der Solarzelle nimmt die Querschnittsfläche der ersten Verbindungsstruktur zu einem dem ersten Randbereich gegenüberliegenden zweiten Randbereich der Solarzelle ab, wohingegen die Querschnittsfläche der zweiten Verbindungsstruktur ausgehend von dem ersten Randbereich zu dem zweiten Randbereich hin zunimmt.
Insbesondere ist es vorteilhaft, wenn die Änderung der Querschnittsfläche linear mit dem Abstand von dem Randbereich zu- bzw. abnimmt.
Vorteilhafterweise sind die Randbereiche derart ausgeführt, dass sie zum Aufbringen eines an sich bekannten Zellverbinders geeignet sind. In dieser vorteilhaften Ausführungsform ist es somit möglich, die erfindungsgemäße Solarzelle mit bereits bekannten Verschaltungsverfahren zu einem Solarzellenmodul zusammenzufassen.
Ein wesentlicher Vorteil der erfindungsgemäßen Solarzellenstruktur ist hierbei, dass die Anordnung und Ausgestaltung der Verbindungsstrukturen unabhängig von der Anordnung und Ausgestaltung der Kontaktstrukturen wählbar ist. Es kann somit die Kontaktstruktur hinsichtlich der Anordnung und Ausgestaltung der Dotierbereiche der Solarzelle optimiert werden und unabhängig hiervon die Verbindungsstruktur zur möglichst verlustfreien Abführung von Ladungsträgern zu Kontaktierungspunkten wie beispielsweise den zuvor genannten Randbereichen optimiert werden. Hierdurch ist gegenüber den vorbekannten Solarzellenstrukturen insbesondere eine weitere Verringerung von Serienwiderstandsverlusten erzielbar, sodass die Effizienz der Solarzelle gesteigert wird.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung weist mindestens eine
Kontaktstruktur zu mindest ein Lötpad auf und diese Kontaktstruktur ist derart mit Isolierungsschicht bedeckt, dass die Isolierungsschicht im Bereich des Lötpads eine Ausnehmung aufweist, sodass die zugeordnete Verbindungsstruktur unmittelbar an dem Lötpad angrenzt. Hierdurch ist eine einfache und dauerhafte elektrisch leitende Verbindung zwischen Verbindungsstruktur und Kontaktstruktur herstellbar.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung weist die Solarzelle den strukturellen Grundaufbau einer an sich bekannten MWT-Solarzelle auf, wie beispielsweise in EP 985233 beschrieben. Hierbei weist das Halbleitersubstrat Durchmetallisierungen auf, welche die Metallisierungsseite mittels einer metallischen Durchverbindung mit der gegenüberliegenden Seite der Solarzelle elektrisch leitend verbinden. Hierdurch ist es somit möglich, Ladungsträger beispielsweise von der Vorderseite der Solarzelle über die Durchmetallisierung zur als Metallisierungsseite ausgeführten Rückseite der Solarzelle zu führen und dort über eine an die Durchmetallisierung angrenzende erste Kontaktstruktur und die zugeordnete Verbindungsstruktur abzuleiten.
Vorteilhafterweise ist hierbei die erste Kontaktstruktur derart mit Isolierungsschicht bedeckt, dass die Isolierungsschicht eine Ausnehmung in dem Bereich aufweist, an dem die Durchverbindung an die Kontaktstruktur angrenzt.
Hierdurch ist eine direkte und mit nur geringen Serienwiderstandsverlusten versehene Ableitung der Ladungsträger aus der Durchverbindung gewährleistet. Vorteilhafterweise wird bei der vorgenannten vorteilhaften Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Solarzelle mit dem Grundaufbau einer MWT-Solarzelle die erste Kontaktstruktur zusammen mit der Durchmetallisierung realisiert, derart, dass in einem Verfahrensschritt ausgehend von der Metallisierungsseite die erste Kontaktstruktur erzeugt wird und gleichzeitig die Löcher für die
Durchmetallisierungen mit dem Material der ersten Kontaktstruktur gefüllt werden.
Die Erfindung umfasst ferner ein Verfahren zur Herstellung einer Solarzelle gemäß Anspruch 10.
Das erfindungsgemäße Verfahren umfasst einen Verfahrensschritt A, in dem eine erste und mindestens eine zweite metallische Kontaktstruktur auf eine Metallisierungsseite eines Halbleitersubstrates aufgebracht wird. Das Halbleitersubstrat weist wie vorhergehend beschrieben mindestens einen ersten Dotierbereich eines ersten Dotierungstyps und mindestens einen zweiten Dotierbereich eines zweiten, zum ersten Dotierungstyp entgegengesetzten Dotierungstyps auf. Der erste und der zweite Dotierungstyp grenzen zumindest teilweise aneinander, zur Ausbildung eines pn-Übergangs.
In einem Verfahrensschritt B des erfindungsgemäßen Verfahrens wird eine elektrisch leitende Verbindung der ersten Kontaktstruktur mit dem ersten Dotierbereich und der zweiten Kontaktstruktur mit dem zweiten Dotierbereich erzeugt.
Wesentlich ist, dass auf der ersten Kontaktstruktur eine elektrisch nicht leitende Isolierungsschicht aufgebracht wird, welche die erste Kontaktstruktur zumindest teilweise bedeckt und auf dieser Isolierungsschicht eine elektrisch leitende erste Verbindungsstruktur aufgebracht wird, die wiederum die Isolierungsschicht zumindest teilweise bedeckt. Ebenso wird auf der zweiten Kontaktstruktur eine elektrisch nicht leitende Isolierungsschicht aufgebracht, welche die zweite Kontaktstruktur zumindest teilweise bedeckt und auf dieser Isolierungsschicht wird eine elektrisch leitende zweite Verbindungsstruktur aufgebracht, welche wiederum diese Isolierungsschicht zumindest teilweise bedeckt. Die erste Verbindungsstruktur wird mit der ersten Kontaktstruktur elektrisch leitend verbunden und die zweite Verbindungsstruktur wird mit der zweiten Kontaktstruktur elektrisch leitend verbunden.
Vorteilhafterweise gehen die Isolierungsschicht, die erste und die zweite Verbindungsstruktur in ihren Abmessungen nicht wesentlich über die Abmessungen der Solarzelle hinaus.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens umfasst das Verfahren einen Verfahrensschritt i) in dem eine perforierte
Isolierungsschicht auf die Metallisierungsseite der Solarzelle aufgebracht wird. Die Isolierungsschicht bedeckt die erste und die zweite Kontaktstruktur und wird derart aufgebracht, dass sich mindestens eine Perforierung im Bereich der ersten Kontaktstruktur und mindestens eine zweite Perforierung im Bereich der zweiten Kontaktstruktur befindet.
In einem Verfahrensschritt ii) wird die erste und die zweite Verbindungsstruktur auf die Isolierungsschicht derart aufgebracht, dass die Verbindungsstrukturen im Bereich der Perforierungen durch die Isolierungsschicht hindurchdringen und unmittelbar an die Kontaktierungsstrukturen angrenzen.
Mit der vorliegenden Erfindung ist es somit erstmals möglich aufgrund einer an der Metallisierungsseite der Solarzelle angeordneten Schichtstruktur die Kontaktstruktur hinsichtlich des Aufbaus des Halbleitersubstrates zu optimieren und gleichzeitig die Verbindungsstruktur hinsichtlich der Abführung der
Ladungsträger zu den Kontaktierungspunkten mit einem externen Stromkreis insbesondere innerhalb eines Solarzellenmoduls zu optimieren.
Vorteilhafterweise wird die Isolierungsschicht und/oder die Verbindungsstruktur mittels eines an sich bekannten Siebdruckverfahrens oder mittels Aufdampfen aufgebracht.
Vorteilhafte Abmessungen der erfindungsgemäßen Solarzellenstruktur sind wie folgt: Die Solarzelle weist vorteilhafterweise eine Kantenlänge zwischen 1 und 50 cm auf, insbesondere ist eine Kantenlänge zwischen 10 cm und 20 cm bei in etwa quadratischer Ausgestaltung der Solarzelle vorteilhaft.
Die Dicke der Solarzelle ohne Isolierungsschicht und Verbindungsstrukturen liegt vorteilhafterweise zwischen 50 μm und 500 μm, insbesondere bei etwa 100 μm bis 300 μm.
Die metallischen Kontaktstrukturen weisen vorteilhafterweise eine Dicke von 0, 1 μm bis 100 μm auf. Die Isolierungsschicht weist vorteilhafterweise eine Dicke von 1 μm bis 1000 μm auf, insbesondere eine Dicke zwischen 10 μm und 100 μm. Die metallischen Verbindungsstrukturen weisen vorteilhafterweise eine Dicke im Bereich von 1 μm bis 1000 μm auf.
Weitere Merkmale und vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Solarzelle und des erfindungsgemäßen Verfahrens werden im Folgenden anhand von Ausführungsbeispielen und den Figuren erläutert. Dabei zeigen die Figuren 1 bis 5 schematische Darstellungen einer erfindungsgemäßen Solarzelle, die auf einer MWT-Struktur basiert, die Figur 6 eine schematische Darstellung der Verbindungen zweier erfindungsgemäßer Solarellen in einem Solarzellenmodul mittels Zellverbinder und Figur 7 ein Ablaufdiagramm eines erfindungsgemäßen Verfahrens zur Herstellung einer Solarzelle gemäß der Figuren 1 bis 5. Die Figur 8 zeigt eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Solarzelle, die auf einer Rückseitenkontaktzellen-Struktur basiert.
Figur 1 zeigt eine schematische Ansicht der Vorderseite der erfindungsgemäßen Solarzelle.
Die erfindungsgemäße Solarzelle umfasst ein Halbleitersubstrat 1. Dieses ist an der Vorderseite ganzflächig durch den ersten Dotierbereich bedeckt, der als n- dotierter Emitter 2a ausgeführt ist.
Die Vorderseite weist ferner eine aus mehreren Metallisierungsfingern bestehende Vorderseiten-Kontaktstruktur 3a auf. Diese Metallisierungsfinger sind mit dem Emitter 2a elektrisch leitend verbunden, sodass Ladungsträger aus dem Emitter 2a von den Metallisierungsfingern der Vorderseiten-Kontaktstruktur 3a abgeführt werden können.
Die gestrichelten Kreise in Figur 1 deuten Löcher in dem Halbleitersubstrat 1 an, welche in Figur 1 senkrecht zur Zeichenebene das Halbleitersubstrat 1 durchdringen. In diesen Löchern befinden sich Durchmetallisierungen 7, welche für jeden Metallisierungsfinder der Vorderseitenkontaktstruktur 3a eine elektrische Verbindung zur Rückseite der erfindungsgemäßen Solarzelle darstellen.
Figur 2 zeigt eine schematische Darstellung der Rückseite der erfindungsgemäßen Solarzelle, welche die vorhergehend als Metallisierungsseite bezeichnete Seite der Solarzelle ist. Isolierungsschicht sowie n- und p-Verbindungsstruktur sind in Figur 2 nicht dargestellt. Die Metallisierungsseite ist mittig durch eine erste Kontaktstruktur bedeckt, die als streifenförmige Rückseiten-n-Kontaktstruktur 3b ausgeführt ist. Die Kontaktstruktur 3b ist derart angeordnet, dass sie diejenigen Bereiche abdeckt, an denen die Durchmetallisierungen 7 auf die Rückseite der Solarzelle treffen, sodass die Rückseiten-n-Kontaktstruktur 3b über die Durchmetallisierung 7 mit den Metallisierungsfingern der Vorderseiten-Kontaktstruktur 3a elektrisch leitend verbunden ist und damit auch mit dem Emitter 2a.
Die restliche Rückseite ist im Wesentlichen durch eine zweite Kontaktstruktur bedeckt, welche als Rückseiten-p-Kontaktstrukturen 3c ausgeführt ist.
Auf den in Figur 2 dargestellten Kontaktstrukturen 3b und 3c ist eine Isolierungsschicht 5 angeordnet, wie in Figur 3 dargestellt. Die Isolierungsschicht 5 bedeckt im Wesentlichen die gesamte Rückseite der erfindungsgemäßen Solarzelle, lediglich an einzelnen Öffnungen 9 weist die Isolierungsschicht Ausnehmungen aus.
Die Öffnungen 9 sind in drei Reihen angeordnet, wobei in Figur 3 die oberste und die untere Reihe (9a und 9b) der Öffnungen 9 sich zu den Kontaktstrukturen 3c hin erstrecken, wohingegen die in Figur 3 mittlere Reihe (9c) der Öffnungen 9 sich zu der Kontaktstruktur 3b hin erstrecken. Auf der in Figur 3 dargestellten Isolierungsschicht sind bei der erfindungsgemäßen Solarzelle Verbindungsstrukturen angeordnet, wie in Figur 4 schematisch dargestellt.
Hierbei ist eine erste Verbindungsstruktur als in etwa dreiecksförmige n- Verbindungsstruktur 4a ausgeführt. Diese Verbindungsstruktur 4a ist derart angeordnet, dass sie sämtliche Öffnungen der mittleren Reihe (9c) der Isolierungsschicht bedeckt. Die n-Verbindungsstruktur 4 a durchdringt dabei die Öffnungen der mittleren Reihe der Isolierungsschicht und ist somit mit der Rückseiten-n-Kontaktstruktur 3b elektrisch leitend verbunden und damit auch mit dem Emitter 2a.
Eine zweite Verbindungsstruktur ist als p-Verbindungsstruktur 4b ausgeführt. Diese Verbindungsstruktur 4b bedeckt in etwa den restlichen Bereich der Rückseite der erfindungsgemäßen Solarzelle, wobei zwischen n-
Verbindungsstruktur 4a und p-Verbindungsstruktur 4b ein nicht durch Verbindungsstruktur bedeckter Spalt verbleibt, der die elektrische Isolierung zwischen den Verbindungsstrukturen 4a und 4b gewährleistet.
Die p-Verbindungsstruktur 4b bedeckt insbesondere sämtliche Öffnungen 9 der oberen und der unteren Reihe (9a und 9b) der Isolierungsschicht 5.
Wie auch die n-Verbindungsstruktur, so durchdringt auch die p- Verbindungsstruktur 4b die von ihr bedeckten Öffnungen 9 der Isolierungsschicht 5 und ist somit mit den Rückseiten-p-Kontaktstrukturen 3c elektrisch leitend verbunden und hierdurch ebenso mit der Basis 2b.
Vorteilhafterweise werden auf den Verbindungsstrukturen 4a und 4b zusätzlich so genannte „Lötpads" aufgebracht. Diese Lötpads sind metallische Flächen, vorzugsweise etwa kreisförmig, welche aufgrund ihrer Materialeigenschaft das elektrisch leitende Verbinden der Verbindungsstrukturen 4a und 4b jeweils über die Lötpads mit einem Zellverbinder vereinfachen.
Figur 5 zeigt einen Schnitt senkrecht zur Zeichenebene entlang der in Figur 1 gestrichelt dargestellten Linie A. Das Halbleitersubstrat 1 ist an der Vorderseite im Wesentlichen ganzflächig durch den Emitter 2a bedeckt, bis auf die Löcher in dem Halbleitersubstrat 1 , welche von den Durchmetallisierungen 7 ausgefüllt sind. Über der Durchmetallisierung 7 ist ein Metallisierungsfinger der Vorderseiten-n-Kontaktstruktur 3a im Längsschnitt dargestellt. An der Rückseite des Halbleitersubstrats 1 ist die Rückseiten-n-Kontaktstruktur 3b in dem Bereich angeordnet, in dem die Durchmetallisierung 7 auf die Rückseite trifft.
Rückseiten-n-Kontaktstruktur 3b, Durchmetallisierung 7 und Vorderseiten-n- Kontaktstruktur 3a grenzen unmittelbar aneinander an und sind elektrisch leitend verbunden.
Der Emitter 2a erstreckt sich an den Lochwänden entlang der
Durchmetallisierung 7 zur Rückseite des Halbleitersubstrats 1 und bedeckt die Rückseite in einem Bereich, der geringfügig größer ist als der durch die Rückseiten-n-Kontaktstruktur 3b bedeckte Bereich.
Diejenigen Bereiche des Halbleitersubstrats 1 , die nicht n-dotiert sind, d. h. nicht als Emitter 2a ausgeführt sind, stellen p-dotierte Bereiche dar und bilden somit die Basis 2b.
Emitter 2a und Basis 2b grenzen unmittelbar aneinander an, sodass sich ein pn- Übergang ausbildet.
An der Rückseite des Halbleitersubstrates 1 sind Rückseiten-p- Kontaktstrukturen 3c angeordnet, welche mit der Basis 2b elektrisch leitend verbunden sind.
Wesentlich ist nun, dass die Kontaktstrukturen 3b und 3c durch die Isolierungsschicht 5 bedeckt sind, welche Ausnehmungen 9 aufweist.
Durch diese Ausnehmungen stehen die über der Isolierungsschicht 5 angeordneten Verbindungsstrukturen 4a und 4b mit den Kontaktstrukturen 3b und 3c elektrisch leitend in Verbindung.
Bei der erfindungsgemäßen Solarzelle ist es somit möglich, wie beispielsweise in Figur 5 dargestellt, die Kontaktstrukturen 3b und 3c dahingehend zu optimieren, dass eine optimale Einsammlung von Ladungsträgern aus dem Halbleitersubstrat 1 , d. h. aus Emitter 2a und Basis 2b erfolgt. Die Verbindungsstrukturen 4a und 4b können demgegenüber, wie beispielsweise in Figur 4 dargestellt, darauf optimiert werden, dass eine optimale Ableitung der in den Kontaktstrukturen 3b und 3c gesammelten Ladungsträgern zu den Rändern (in Figur 4 der rechte und der linke Rand) der Solarzelle erfolgt.
Durch die erfindungsgemäße Solarzelle können somit zwei Optimierungen unabhängig voneinander durchgeführt werden, sodass insgesamt die Effizienz der Solarzelle steigt.
In Figur 6 ist die Verbindung der in den Figuren 1 bis 5 dargestellten erfindungsgemäßen Solarzelle in einem Solarzellenmodul schematisch dargestellt. Im oberen Bereich ist hierbei eine Ansicht von unten, d. h. von der Metallisierungsseite her gezeigt und im unteren Bereich der Figur 6 ist eine Seitenansicht schematisch dargestellt, bei der die Metallisierungsseite unten angeordnet ist.
Die erfindungsgemäßen Solarzellen werden auf der Rückseite mittels Zellverbindern 10 derart verbunden, dass eine n-Verbindungsstruktur 4a einer Solarzelle über Zellverbinder 10 mit der p-Verbindungsstruktur 4b einer daneben angeordneten Solarzelle elektrisch leitend verbunden werden, sodass die in einem Modul gewünschte Serienverschaltung der Solarzellen erfolgt, insbesondere über den Randbereich der Solarzelle.
Die in Figur 6 dargestellte Anordnung der Zellverbinder stellt eine typische bereits in der industriellen Fertigung realisierte Verschaltung von Solarzellen mittels Zellverbindern dar, sodass die erfindungsgemäße Solarzelle unmittelbar in bereits bestehenden industriellen Fertigungsprozessen ohne Abänderungsbedarf verwendet werden kann. In Figur 6 sind die Zellverbinder mit rechteckiger Grundform dargestellt. Ebenso ist die Verwendung beliebiger anderer Zellverbinderformen denkbar, beispielsweise werden häufig Zellverbinder in Knochenform verwendet. Figur 7 stellt ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens dar, welches zur Herstellung der in den Figuren 1 bis 6 dargestellten Solarzelle dient.
Hierzu werden in einem Verfahrensschritt 1 zunächst Löcher in ein
Halbleitersubstrat gebohrt. Dies geschieht vorzugsweise mittels eines Lasers.
In einem Schritt 2 wird der Sägeschaden, der bei Herstellung des Halbleitersubstrates verbleibt, mittels eines Ätzvorgangs entfernt und gegebenenfalls wird an der für die Lichteinkopplung auszubildenden Vorderseite des Halbleitersubstrates eine Textur zur Erhöhung der Lichteinkopplung aufgebracht. Je nach verwendetem Prozess und je nach Anwendungsgebiet der Solarzelle kann es auch vorteilhaft sein, die Textur beidseitig, d. h. auf Vorder- und auf Rückseite aufzubringen. Hierdurch kann sich der Prozess zur Herstellung der Solarzelle vereinfachen und/oder die
Lichteinkopplungseigenschaften der Solarzelle können sich verbessern.
Das Halbleitersubstrat weist eine homogene p-Dotierung auf.
In einem Schritt 3 erfolgt die Diffusion des Emitters 2a, der sich über die gesamte Vorderseite, über die Lochwände und teilweise über die Rückseite erstreckt. Die Rückseite des Halbleitersubstrates ist wie in Figur 5 dargestellt in den Bereichen von dem Emitter 2a bedeckt, an denen sich die Löcher befinden. Typischerweise wird in Schritt 3 die Diffusion beidseitig (d. h. an Vorder- und Rückseite) und vollflächig ausgeführt.
Die Diffusion kann mittels an sich bekannter Diffusion aus der Gasphase nach Aufbringen einer Maskierungsschicht auf die Rückseite erfolgen, wobei die Maskierungsschicht mittels Photolithographie, vorzugsweise jedoch mittels Siebdrucktechnik aufgebracht wird. In diesem Fall ist Schritt 9 (Kanten- und Kontaktisolation) nicht notwendig.
Ebenso ist es jedoch auch möglich, die Diffusion mittels eines an sich bekannten Druckverfahrens einer Dotierungspaste und einem anschließenden Temperaturschritt durchzuführen, wobei die Dotierungspaste auf der Vorderseite ganzflächig und auf der Rückseite lediglich in den Bereichen wie in Figur 5 dargestellt aufgebracht wird. Bei dem Druckverfahren durchdringt die Dotierungspaste ebenso die Löcher, sodass gleichzeitig die Dotierung der Lochwände stattfindet.
In einem Schritt 4 wird eine Antireflexschicht auf die Vorderseite des
Halbleitersubstrates aufgebracht, welche zusätzlich die Lichteinkopplung erhöht.
In einem Schritt 5 erfolgt die Metallisierung der Durchmetallisierungen 7 sowie der Rückseiten-n-Kontaktstruktur 3b.
In einem Schritt 6 wird die Metallisierung des p-Kontaktes durchgeführt, d. h. die Rückseiten p-Kontaktstruktur 3c wird mittels an sich bekannter Techniken, vorzugsweise mittels Siebdruck aufgebracht.
In einem Schritt 7 erfolgt die Metallisierung der Vorderseiteri-Kontaktstruktur 3a. Auch hier können an sich bekannte Metallisierungstechniken angewendet werden, vorteilhaft ist die Verwendung der an sich bekannten Siebdrucktechnik.
Bezüglich der Schritte 5, 6 und 7 liegen auch andere Reihenfolgen dieser drei Verfahrensschritte im Rahmen der Erfindung.
In einem Schritt 8 wird mittels eines Temperaturschritts ein so genanntes „Kontaktsintern" durchgeführt, d. h. der elektrische Kontakt zwischen den aufgebrachten Metallisierungen und den angrenzenden Dotierbereichen des Halbleitersubstrates wird hergestellt.
In einem Schritt 9 werden die Kanten isoliert, um eine elektrische Isolierung der an den Kanten häufig vorliegenden Defekte wie Kurzschlüssen oder Rekombinationszentren zu erreichen. Ebenso wird in diesem Schritt eine Kontaktsisolation auf der Metallisierungsseite durchgeführt. In diesem Schritt wird der Emitter elektrisch vom p-Kontakt getrennt.
Vorzugsweise erfolgt die Isolierung mittels einer so genannten „Laserisolation", d. h. die Emitterbereiche werden linienartig mittels eines Lasers entfernt, um eine elektrische Isolierung der Emitterbereiche an diesen Linien zu erreichen. Wesentlich ist, dass in einem Verfahrensschritt 10 die Isolierungsschicht 5 gemäß den Figuren 1 bis 5 aufgebracht wird. Die Isolierungsschicht kann beispielsweise mittels Siebdrucktechnik derart aufgebracht werden, dass sie die gewünschten Ausnehmungen aufweist. Ebenso ist es denkbar, die Isolierungsschicht zunächst ganzflächig aufzubringen und anschließend an den Stellen, an denen Ausnehmungen gewünscht sind, die Isolierungsschicht wieder abzutragen, beispielsweise mittels eines Lasers.
In einem Schritt 1 1 werden die n-Verbindungsstruktur 4a und die p- Verbindungsstruktur 4b aufgebracht mit einem der vorhergehend beschriebenen Verfahren, vorzugsweise mittels Siebdruck oder Aufdampfen.
Zur Modulverschaltung wird in einem Schritt 12 schließlich mittels Zellverbindern wie in Figur 6 dargestellt, eine elektrische Verbindung benachbarter Zellen insbesondere über den Randbereich hergestellt.
Ebenso liegt es im Rahmen der Erfindung, Schritt 5 in Schritt 11 zu integrieren. In dieser Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens wird somit in Schritt 11 bei Aufbringen der n-Verbindungsstruktur 4a über die Öffnungen 9 auch die Rückseiten-n-Kontaktstruktur 3b und die Durchmetallisierung 7 erzeugt. Hierbei wird ein elektrisch leitender Kontakt der Durchmetallisierung 7 mit der Vorderseitenkontaktstruktur 3a erzeugt. Schritt 5 entfällt bei dieser Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens.
Die schematische Darstellung in Figur 8 zeigt einen Schnitt senkrecht zur Vorderseite eines weiteren Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Solarzelle, welche auf einer an sich bekannten Struktur einer Rückseitenkontaktzelle basiert.
Der Grundaufbau dieser Solarzelle entspricht dem Aufbau der in den Figuren 1 bis 6 dargestellten Solarzelle und entsprechend zeichnen auch gleiche Bezugszeichen gleiche Elemente. Die in Figur 8 dargestellte Solarzellenstruktur weist jedoch lediglich an der Rückseite einen Emitter 2a auf und entsprechend fehlen die Vorderseiten-Kontaktstruktur 3a, die Löcher und die Durchmetallisierung 7 und die entsprechenden n-Dotierbereiche an der Vorderseite und an den Lochwänden. Die in Figur 8 dargestellte Struktur wird ebenfalls mit einem erfindungsgemäßen Verfahren gemäß Figur 7 hergestellt, wobei Schritt 1 und Schritt 7 entfallen.
Die Solarzellenstruktur gemäß Figur 8 weist den Vorteil auf, dass sie weniger komplex verglichen mit der in den Figuren 1 bis 6 dargestellten Solarzellenstruktur ist und daher mit geringerem Aufwand und dadurch kostengünstiger herstellbar ist. Nachteilig ist, dass sich lediglich an der Rückseite n-dotierte Bereiche befinden. Dies kann zu einer geringeren Effizienz verglichen mit der in den Figuren 1 bis 6 dargestellten Solarzellenstruktur führen.

Claims

P a t e n t a n s p r ü c h e
1 . Solarzelle, umfassend ein Halbleitersubstrat mit einer Vorder- und einer Rückseite, eine erste und mindestens eine zweite metallische Kontaktstruktur, wobei das Halbleitersubstrat mindestens einen ersten Dotierbereich eines ersten Dotierungstyps und mindestens einen zweiten Dotierbereich eines zweiten, zum ersten Dotierungstyp entgegengesetzten Dotierungstyps aufweist und der erste und der zweite Dotierungstyp zumindest teilweise aneinandergrenzend angeordnet sind, zur Ausbildung eines pn-Übergangs, wobei beide Kontaktstrukturen an einer Metallisierungsseite des Halbleitersubstrates angeordnet sind und die Metallisierungsseite die Vorder- oder die Rückseite der Solarzelle ist und wobei die erste Kontaktstruktur mit dem ersten Dotierbereich elektrisch leitend verbunden ist und die zweite Kontaktstruktur mit dem zweiten Dotierbereich elektrisch leitend verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Solarzelle weiterhin eine erste und mindestens eine zweite elektrisch leitende Verbindungsstruktur umfasst, die beide an der
Metallisierungsseite der Solarzelle angeordnet sind, wobei die erste Kontaktierungsstruktur zumindest teilweise von einer elektrisch nicht leitenden Isolierungsschicht bedeckt ist, welche zumindest teilweise von der ersten Verbindungsstruktur bedeckt ist und ebenso die zweite Kontaktierungsstruktur zumindest teilweise von einer elektrisch nicht leitenden Isolierungsschicht bedeckt ist, welche zumindest teilweise von der zweiten Verbindungsstruktur bedeckt ist, wobei die erste Verbindungsstruktur mit der ersten Kontaktstruktur und die zweite Verbindungsstruktur mit der zweiten Kontaktstruktur elektrisch leitend verbunden ist, und die Isolierungsschicht, die erste und die zweite Verbindungsstruktur integraler Bestandteil der Solarzelle sind.
2. Solarzelle nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Isolierungsschicht, die erste und die zweite Verbindungsstruktur in ihren Abmessungen parallel zur Metallisierungsseite nicht wesentlich über die Abmessungen der Solarzelle hinausgehen.
3. Solarzelle nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontaktierungsstrukturen im Wesentlichen vollständig mit
Isolierungsschicht bedeckt sind, bis auf lochartige Ausnehmungen und dass in den lochartigen Ausnehmungen die Verbindungsstrukturen unmittelbar an die jeweils zugeordneten Kontaktierungsstrukturen angrenzen, zur Ausbildung einer elektrisch leitenden Verbindung.
4. Solarzelle nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindungsstrukturen eine parallel zur Metallisierungsseite gegenläufig zu- und abnehmende Querschnittsflächen aufweisen, derart, dass ausgehend von einem ersten Randbereich der Solarzelle die Querschnittsfläche der ersten Verbindungsstruktur zu einem dem ersten
Randbereich gegenüberliegenden zweiten Randbereich der Solarzelle abnimmt und gegenläufig die Querschnittsfläche der zweiten Verbindungsstruktur ausgehend von dem ersten Randbereich zu dem zweiten Randbereich hin zunimmt, insbesondere, dass ausgehend von dem ersten Randbereich die
Querschnittsfläche der ersten Verbindungsstruktur zu dem zweiten Randbereich hin in etwa linear abnimmt und entsprechend die Querschnittsfläche der zweiten Verbindungsstruktur ausgehend von dem ersten Randbereich zu dem zweiten Randbereich hin in etwa linear zunimmt.
5. Solarzelle nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Randbereich und der zweite Randbereich jeweils zum Aufbringen eines Zellverbinders geeignet ausgebildet sind.
6. Solarzelle nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine Kontaktstruktur mindestens ein Lötpad aufweist, und diese Kontaktstruktur derart mit Isolierungsschicht bedeckt ist, dass die Isolierungsschicht im Bereich des Lötpad eine Ausnehmung aufweist, so dass die zugeordnete Verbindungsstruktur unmittelbar an dem Lötpad angrenzt, zu Ausbildung einer elektrisch leitenden Verbindung.
7. Solarzelle nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Solarzelle im Grundaufbau der Struktur einer an sich bekannten
MWT-Solarzelle entspricht, wobei das Halbleitersubstrat Durchmetallisierungen aufweist, welche die Metallisierungsseite mittels einer metallischen Durchverbindung mit der gegenüberliegenden Seite der Solarzelle elektrisch leitend verbinden und dass die erste Kontaktstruktur auf der Metallisierungsseite an die metallische
Durchverbindung angrenzt, zur Ausbildung einer elektrisch leitenden Verbindung, insbesondere, dass die erste Kontaktstruktur derart mit Isolierungsschicht bedeckt ist, dass die Isolierungsschicht eine Ausnehmung in dem Bereich aufweist, an dem die Durchverbindung an die Kontaktstruktur angrenzt.
8. Solarzelle nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet dass die erste Kontaktstruktur und die Durchverbindung in einem Verfahrensschritt hergestellt sind.
9. Solarzellenmodul, umfassend mindestens zwei Solarzellen, die jeweils beide elektrische Kontaktierungsbereiche auf einer Metallisierungsseite aufweisen, dadurch gekennzeichnet, dass die Solarzellen gemäß mindestens einem der Ansprüche 1 bis 7 ausgeführt sind und die mindestens zwei Solarzellen in dem Solarzellenmodul nebeneinander liegend angeordnet sind, wobei die aneinandergrenzenden Randbereiche der Solarzellen mittels eines Zellverbinders elektrisch leitend verbunden sind.
10.Verfahren zur Herstellung einer Solarzelle, folgende Verfahrensschritte umfassend:
A Aufbringen einer ersten und mindestens einer zweiten metallischen
Kontaktstruktur auf eine Metallisierungsseite eines Halbleitersubstrates, wobei das Halbleitersubstrat mindestens einen ersten Dotierbereich eines ersten Dotierungstyps und mindestens einen zweiten Dotierbereich eines zweiten, zum ersten Dotierungstyp entgegengesetzten Dotierungstyps aufweist und der erste und der zweite Dotierungstyp zumindest teilweise aneinandergrenzend angeordnet sind, zur Ausbildung eines pn-Übergangs,
B Erzeugen einer elektrisch leitenden Verbindung der ersten Kontaktstruktur mit dem ersten Dotierbereich und der zweiten Kontaktstruktur mit dem zweiten Dotierbereich, dadurch gekennzeichnet, dass auf der ersten Kontaktstruktur eine elektrisch nicht leitende
Isolierungsschicht aufgebracht wird, welche die erste Kontaktstruktur zumindest teilweise bedeckt und auf dieser Isolierungsschicht eine elektrisch leitende erste Verbindungsstruktur aufgebracht wird, welche die Isolierungsschicht zumindest teilweise bedeckt und ebenso auf der zweiten Kontaktstruktur eine elektrisch nicht leitende Isolierungsschicht aufgebracht wird, welche die zweite Kontaktstruktur zumindest teilweise bedeckt und auf dieser Isolierungsschicht eine elektrisch leitende zweite Verbindungsstruktur aufgebracht wird, welche die Isolierungsschicht zumindest teilweise bedeckt, wobei die erste Verbindungsstruktur mit der ersten Kontaktstruktur elektrisch leitend verbunden wird und die zweite Verbindungsstruktur mit der zweiten Kontaktstruktur elektrisch leitend verbunden wird und die Isolierungsschicht, die erste und die zweite Verbindungsstruktur integraler Bestandteil der Solarzelle sind.
1 1 . Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Isolierungsschicht, die erste und die zweite Verbindungsstruktur in Ihren Abmessungen nicht wesentlich über die Abmessungen der Solarzelle hinausgehen.
12. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 10 bis 1 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren folgende Verfahrensschritte umfasst: i) Aufbringen einer perforierten Isolierungsschicht auf die
Metallisierungsseite der Solarzelle, wobei die Isolierungsschicht die erste und die zweite Kontaktstruktur bedeckt und sich mindestens eine Perforierung im Bereich der ersten Kontaktstruktur und mindestens eine zweite Perforierung im Bereich der zweiten Kontaktstruktur befindet, ii) Aufbringen der ersten und der zweiten Verbindungsstruktur auf die Isolierungsschicht, derart, dass die Verbindungsstrukturen im Bereich der Perforierungen durch die Isolierungsschicht hindurchdringen und unmittelbar an die Kontaktierungsstrukturen angrenzen.
13. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 10 bis 1 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren folgende Verfahrensschritte umfasst: i) Erzeugen von Ausnehmungen in dem Halbleitersubstrat, welche sich im Wesentlichen senkrecht zur Metallisierungsseite durch das Halbleitersubstrat hindurch erstrecken, ii) Aufbringen der ersten Kontaktstruktur, iii) Aufbringen einer perforierten Isolierungsschicht auf die
Metallisierungsseite der Solarzelle, wobei die Isolierungsschicht die erste Kontaktstruktur bedeckt und sich mindestens eine Perforierung im Bereich der ersten Kontakstruktur und weitere Perforierungen im Bereich der Ausnehmungen des Halbleitersubstrats befinden, iv) Aufbringen der ersten und der zweiten Verbindungsstruktur auf die
Isolierungsschicht, derart, dass die Verbindungsstrukturen im Bereich der Perforierung durch die Isolierungsschicht hindurchdringen, wobei die zweite Verbindungsstruktur derart aufgebracht wird, dass das Material der zweiten Verbindungsstruktur die Perforierung der Isolierungsschicht durchdringt und die Ausnehmungen des Halbleitersubstrates ausfüllt sowie eine zweite Kontaktstruktur ausbildet.
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