EP3050119A1 - Method for producing a contact structure of a photovoltaic cell and photovoltaic cell - Google Patents

Method for producing a contact structure of a photovoltaic cell and photovoltaic cell

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EP3050119A1
EP3050119A1 EP14776857.6A EP14776857A EP3050119A1 EP 3050119 A1 EP3050119 A1 EP 3050119A1 EP 14776857 A EP14776857 A EP 14776857A EP 3050119 A1 EP3050119 A1 EP 3050119A1
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doped
tracks
photovoltaic cell
contact structure
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Ion Beam Services SA
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Abstract

The invention relates to a method (800) for producing a contact structure (104) of a photovoltaic cell (100), wherein the method (800) comprises a step (802) of providing, a step (804) of doping, and a step (806) of contacting. In step (802) of providing, a wafer (102) for the photovoltaic cell (100) is provided. In step (804) of doping, a surface portion of at least one side of the wafer (102) is doped with a doping material in order to obtain a doped region (106), wherein the doped region (106) is formed as doped tracks (106) and the tracks (106) are separated by intermediate spaces (110). In step (806) of contacting, the doped region (106) is contacted in order to produce the contact structure (104), wherein a conductor material (108) is applied to the tracks (106) in such a way that the tracks (106) protrude beyond the conductor material (108) on both sides.

Description

Beschreibung Titel  Description title
Verfahren zum Herstellen einer Kontaktstruktur einer Fotovoltaikzelle und Fotovoltaikzelle  Method for producing a contact structure of a photovoltaic cell and photovoltaic cell
Stand der Technik State of the art
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Herstellen einer Kontaktstruktur einer Fotovoltaikzelle sowie auf eine Fotovoltaikzelle. The present invention relates to a method for producing a contact structure of a photovoltaic cell and to a photovoltaic cell.
Ein Halbleitermaterial einer Fotovoltaikzelle wird mit zumindest zwei A semiconductor material of a photovoltaic cell is provided with at least two
unterschiedlichen Dotiermaterialien dotiert, um einen P-n-Übergang im doped different dopants to a P-n junction in
Halbleitermaterial zu erschaffen. An dem Übergang können elektrische To create semiconductor material. At the transition, electrical
Ladungen getrennt werden, um unter Verwendung von einfallendem Licht ein elektrisches Potenzial zu erzeugen. Das elektrische Potenzial kann über Leiterbahnen von dem Halbleitermaterial abgegriffen werden. Charges are separated to produce an electric potential using incident light. The electrical potential can be tapped via conductor tracks of the semiconductor material.
Die DE 10 2009 034 594 A1 beschreibt ein Verfahren zur Herstellung einer kristallinen Silizium-Solarzelle mit ganzflächiger, legierter DE 10 2009 034 594 A1 describes a process for producing a crystalline silicon solar cell with an all-over, alloyed surface
Rückseitenmetallisierung. Backside metallization.
Offenbarung der Erfindung Disclosure of the invention
Vor diesem Hintergrund wird mit der vorliegenden Erfindung Verfahren zum Herstellen einer Kontaktstruktur einer Fotovoltaikzelle sowie eine Fotovoltaikzelle gemäß den Hauptansprüchen vorgestellt. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den jeweiligen Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung. Against this background, the present invention proposes a method for producing a contact structure of a photovoltaic cell and a photovoltaic cell according to the main claims. Advantageous embodiments emerge from the respective subclaims and the following description.
Beim Dotieren des Halbleitermaterials einer Fotovoltaikzelle und beim When doping the semiconductor material of a photovoltaic cell and the
Kontaktieren des dotierten Halbleitermaterials können verschiedene Contacting the doped semiconductor material may be various
Zielvorgaben angestrebt werden. Beispielsweise kann durch eine hohe Dotierung ein niedriger Übergangswiderstand zwischen dem Halbleitermaterial und einem Kontaktmaterial erreicht werden. Durch die hohe Dotierung ergeben sich aber auch interne Verluste in dem Halbleitermaterial, die verringert werden können, wenn die Dotierung reduziert wird. Bei einer niedrigen Dotierung ergibt sich im Gegenzug ein hoher Übergangswiderstand zwischen dem Halbleitermaterial und dem Kontaktmaterial. Durch eine hohe Dotierung wird zusätzlich eine elektrische Leitfähigkeit innerhalb des dotierten Bereichs verbessert. Targets are sought. For example, by a high doping a low contact resistance between the semiconductor material and a contact material can be achieved. However, the high doping also results in internal losses in the semiconductor material, which can be reduced if the doping is reduced. In the case of a low doping, in return, a high contact resistance results between the semiconductor material and the contact material. High doping additionally improves electrical conductivity within the doped region.
Um geringe innere Verluste mit geringen Übergangsverlusten zu kombinieren, können Bereiche um Leiterbahnen der Fotovoltaikzelle hoch dotiert werden, während Zwischenräume zwischen den hoch dotierten Bereichen wenig oder nicht dotiert werden. In order to combine low internal losses with low transition losses, regions around printed conductors of the photovoltaic cell can be highly doped, while gaps between the highly doped regions are little or not doped.
Dadurch kann eine hohe Gesamteffizienz der Fotovoltaikzelle erreicht werden. As a result, a high overall efficiency of the photovoltaic cell can be achieved.
Es wird ein Verfahren zum Herstellen einer Kontaktstruktur einer Fotovoltaikzelle vorgestellt, wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfasst: A method for producing a contact structure of a photovoltaic cell is presented, the method comprising the following steps:
Bereitstellen eines Wafers für die Fotovoltaikzelle; Providing a wafer for the photovoltaic cell;
Dotieren eines Flächenanteils zumindest einer Seite des Wafers mit einem Dotiermaterial, um einen dotierten Bereich zu erhalten, wobei der dotierte Bereich als dotierte Bahnen ausgebildet wird und die Bahnen durch Doping a surface portion of at least one side of the wafer with a doping material to obtain a doped region, wherein the doped region is formed as doped sheets and the webs through
Zwischenräume getrennt sind; und Spaces are separated; and
Kontaktieren des dotierten Bereichs, um die Kontaktstruktur herzustellen, wobei ein Leitermaterial so auf die Bahnen aufgebracht wird, dass die Bahnen beidseitig das Leitermaterial überragen. Contacting the doped region to produce the contact structure, wherein a conductor material is applied to the webs, that the webs project beyond the conductor material on both sides.
Unter einer Fotovoltaikzelle kann eine Solarzelle verstanden werden. Unter einem Wafer kann eine Scheibe aus einem Halbleitermaterial verstanden werden. Das Halbleitermaterial kann bereits mit Fremdatomen vordotiert sein. Das Halbleitermaterial kann auch in Reinform vorliegen. Das Dotieren kann ein Einbringen von Atomen oder Ionen einer anderen Spezies, als das A photovoltaic cell can be understood as a solar cell. A wafer can be understood as a wafer made of a semiconductor material. The semiconductor material may already be predoped with foreign atoms. The semiconductor material may also be present in pure form. The doping may involve introducing atoms or ions of a species other than that
Halbleitermaterial in das Halbleitermaterial sein. Eine Bahn kann ein Streifen sein. Die Bahnen können an Kontaktstellen zusammenhängend sein. Beim Kontaktieren kann ein schmaler Streifen metallisches Material auf den dotierten Bahnen aufgebracht werden. Das metallische Material kann beispielsweise silberbasiert sein. Das Leitermaterial kann auf die dotierten Bahnen aufgedruckt werden. Semiconductor material in the semiconductor material. A train can be a strip. The webs may be contiguous at contact points. At the Contacting a narrow strip of metallic material can be applied to the doped tracks. The metallic material may be silver-based, for example. The conductor material can be printed on the doped tracks.
Es kann ein Flächenanteil zwischen 20 Prozent und 90 Prozent, insbesondere zwischen 40 Prozent und 60 Prozent, der zumindest einen Seite des Wafers dotiert werden. Je höher der dotierte Flächenanteil ist, umso größer können innere Verluste, wie beispielsweise Rekombinationsverluste in der An area fraction between 20 percent and 90 percent, in particular between 40 percent and 60 percent, of the at least one side of the wafer can be doped. The higher the doped area fraction, the greater the internal losses, such as recombination losses in the
Fotovoltaikzelle sein. Dafür können sich die Übertragungsverluste innerhalb derPhotovoltaic cell. This can be the transmission losses within the
Fotovoltaikzelle reduzieren. Reduce photovoltaic cell.
Dabei kann im Schritt des Dotierens die Rückseite dotiert werden, um die Kontaktstruktur auf der Rückseite der Fotovoltaikzelle zu erzeugen. In this case, in the step of doping, the rear side can be doped in order to produce the contact structure on the rear side of the photovoltaic cell.
Vorteilhafterweise kann die Kontaktstruktur auf der Rückseite der Fotovoltaikzelle eingesetzt werden. Advantageously, the contact structure can be used on the back of the photovoltaic cell.
Der dotierte Bereich kann in Form von zumindest einer Hauptbahn mit einer Mehrzahl von Seitenbahnen ausgebildet werden. Die Seitenbahnen können fingerförmig quer zu der Hauptbahn angeordnet sein. Die Hauptbahn und dieThe doped region may be formed in the form of at least one main web with a plurality of side webs. The side panels may be arranged finger-shaped transversely to the main track. The main railway and the
Nebenbahnen mit darauf angeordneten Leiterbahnen können als Fingergrid bezeichnet werden. Die Nebenbahnen können eine vorbestimmte Länge aufweisen und keine weitere Verbindung zu anderen dotierten Bereichen außer der Hauptbahn aufweisen. Side lanes with conductors arranged thereon can be referred to as fingergrid. The side lanes may have a predetermined length and have no further connection to other doped areas except the main lane.
Es kann ein weiteres Dotiermaterial eingebracht werden, um einen weiteren dotierten Bereich zu erhalten. Das weitere Dotiermaterial kann verschieden von dem Dotiermaterial sein. Der weitere dotierte Bereich kann als weitere dotierte Bahnen ausgebildet werden. Die weiteren Bahnen können durch Zwischenräume von den Bahnen getrennt sein. Durch das weitere Dotiermaterial kann zwischen dem dotierten Bereich und dem weiteren dotierten Bereich ein p-n-Übergang ausgebildet werden, um elektrische Ladungen zu trennen. Durch nebeneinander auf einer Seite angeordnete, unterschiedlich dotierte Bereiche kann eine Another dopant may be introduced to provide another doped region. The further doping material may be different from the doping material. The further doped region can be formed as further doped tracks. The other tracks can be separated by gaps from the tracks. By means of the further doping material, a p-n junction can be formed between the doped region and the further doped region in order to separate electrical charges. By juxtaposed on one side, differently doped areas can a
Lichteinfallsseite der Fotovoltaikzelle ohne abschattende Strukturen ausgeführt werden, wodurch eine Effizienz der Fotovoltaikzelle erhöht werden kann. Die Bahnen können mit einer Konzentration an Dotierstoff dotiert werden, sodass sich in dem dotierten Bereich ein spezifischer Widerstand, auch Light incident side of the photovoltaic cell without shading structures are performed, whereby an efficiency of the photovoltaic cell can be increased. The tracks can be doped with a concentration of dopant, so that in the doped region a specific resistance, too
Schichtwiderstand oder Flächenwiderstand oder spezifischer Flächenwiderstand genannt, zwischen 5 Ω/square (square = Fläche) und 150 Ω/square, Sheet resistance or sheet resistance or specific sheet resistance, between 5 Ω / square (square) and 150 Ω / square,
insbesondere zwischen 20 Ω/square und 60 Ω/square einstellt. Durch einin particular between 20 Ω / square and 60 Ω / square. Through a
Einstellen des spezifischen Widerstands kann ein Gleichgewicht zwischen den Inneren Verlusten und den Übertragungsverlusten gefunden werden. Adjusting the resistivity, a balance can be found between the internal losses and the transmission losses.
Ein Schichtwiderstand oder Flächenwiderstand beschreibt den elektrischen Widerstand einer Widerstandsschicht, wenn die Widerstandsschicht parallel einer Ausdehnung der Widerstandsschicht durchflössen wird. Die Widerstandsschicht wird demnach weitestgehend senkrecht zur Schichtdicke der Widerstandsschicht durchflössen. Der Flächenwiderstand hat die Einheit Ω (Ohm) und kann mit einer dem Fachmann geläufigen Vierpunktmethode oder Vierpunktmessung oder Vierspitzenmessung gemessen werden. Alternativ oder zusätzlich kann der Flächenwiderstand auch mit der dem Fachmann geläufigen Van-der-Pauw-A sheet resistance or sheet resistance describes the electrical resistance of a resistive layer when the resistive layer flows through an extension of the resistive layer in parallel. Accordingly, the resistance layer is traversed largely perpendicular to the layer thickness of the resistance layer. The sheet resistance has the unit Ω (ohms) and can be measured with a four-point method or four-point measurement or four-peak measurement familiar to the person skilled in the art. Alternatively or additionally, the sheet resistance can also be determined using the Van der Pauw, which is familiar to the person skilled in the art.
Messmethode gemessen werden. Measuring method are measured.
Die Zwischenräume können mit einer geringeren Konzentration des The interstices can be used with a lower concentration of
Dotiermaterials dotiert werden, als die Bahnen. Durch eine geringe Konzentration des Dotiermaterials in den Zwischenräumen können Übertragungsverluste imDoping material to be doped, as the webs. Due to a low concentration of the doping material in the interstices, transmission losses in the
Halbleitermaterial minimiert werden, während innere Verluste im Semiconductor material can be minimized while internal losses in the
Halbleitermaterial auf einem sehr niedrigen Niveau verbleiben können. Durch die unterschiedliche Dotierung ist das Halbleitermaterial dort gut leitfähig, wo eine hohe Stromdichte herrscht. Dort, wo keine hohe Stromdichte herrscht, wird eine geringe Rekombinationsrate erreicht. Semiconductor material can remain at a very low level. Due to the different doping, the semiconductor material is well conductive where high current density prevails. Where there is no high current density, a low recombination rate is achieved.
Die Zwischenräume können mit einer Konzentration an Dotierstoff dotiert werden, sodass sich in den Zwischenräumen ein spezifischer Widerstand oder Schichtwiderstand zwischen 80 Ω/square und 500 Ω /square einstellt. Durch ein Einstellen des spezifischen Widerstands kann ein Gleichgewicht zwischen denThe interspaces can be doped with a concentration of dopant, so that sets in the gaps, a resistivity or sheet resistance between 80 Ω / square and 500 Ω / square. By adjusting the resistivity, a balance between the
Inneren Verlusten und den Übertragungsverlusten gefunden werden. Internal losses and transmission losses are found.
Das Dotiermaterial kann in einem ersten Durchgang im Bereich der Bahnen und der Zwischenräume eingebracht werden, um die Konzentration des The doping material may be introduced in a first pass in the region of the tracks and the spaces to the concentration of the
Dotiermaterials der Zwischenräume zu erreichen. In einem zweiten Durchgang kann das Dotiermaterial im Bereich der Bahnen eingebracht werden, um die Konzentration des Dotiermaterials im dotierten Bereich zu erreichen. Durch zwei aufeinander abfolgende Durchgänge kann die Dotierung einfach und schnell erreicht werden. Dazu sind dann keine aufwendigen Vorrichtungen zum Dotieren mit unterschiedlicher Dotierkonzentration erforderlich. Doping material of the spaces to reach. In a second pass, the doping material can be introduced in the region of the webs to the To achieve concentration of the doping material in the doped region. By two successive passes, the doping can be achieved easily and quickly. For this purpose, no complicated devices for doping with different doping concentration are required.
Eine Breite der Bahnen und alternativ oder ergänzend eine Breite der A width of the webs and, alternatively or in addition, a width of
Zwischenräume kann unter Verwendung einer Verarbeitungsvorschrift festgelegt werden. Die inneren Verluste und die Übertragungsverluste können abhängig von der Breite der Bahnen und/oder der Breite der Zwischenräume und/oder der Dotierungskonzentration in der Verarbeitungsvorschrift hinterlegt sein. Durch die Verarbeitungsvorschrift kann ein Minimum der Verluste ermittelt werden und die Bahnen entsprechend ausgestaltet werden. Spaces can be specified using a processing rule. The internal losses and the transmission losses may be deposited in the processing specification depending on the width of the webs and / or the width of the interspaces and / or the doping concentration. By the processing instruction, a minimum of the losses can be determined and the tracks are designed accordingly.
Im Schritt des Dotierens kann ein lonenimplantationsprozess verwendet werden. Das lonenimplantieren kann besonders vorteilhaft zum Dotieren verwendet werden, da damit das Dotieren sehr zielgerichtet durchgeführt werden kann. In the doping step, an ion implantation process may be used. The ion implantation can be used particularly advantageously for doping, since doping can thus be carried out in a very targeted manner.
Gemäß einer Ausführungsform können die dotierten Bereiche mit Phosphor ausgebildet werden und auf der Rückseite einer Fotovoltaikzelle mit n-Typ Basis und Bor-dotiertem Emitter eingesetzt werden. Somit können der dotierte Bereich und die Zwischenräume mit Phosphor ausgebildet werden und entsprechend auf der Rückseite der Fotovoltaikzelle mit n-Typ Basis und Bor-dotiertem Emitter eingesetzt werden. According to one embodiment, the doped regions can be formed with phosphorus and used on the back of an n-type photovoltaic cell and boron-doped emitter. Thus, the doped region and the gaps may be formed with phosphorus and appropriately used on the back side of the n-type photovoltaic cell and boron-doped emitter.
Ferner wird eine Fotovoltaikzelle mit einem Wafer vorgestellt, der zumindest auf einer Seite eine Kontaktstruktur aufweist, die aus dotierten Bahnen und einem aufgebrachten Leitermaterial besteht, wobei die Bahnen das Leitermaterial beidseitig überragen und die Bahnen durch Zwischenräume getrennt sind. Further, a photovoltaic cell is presented with a wafer having at least on one side a contact structure consisting of doped tracks and an applied conductor material, wherein the tracks project beyond the conductor material on both sides and the tracks are separated by gaps.
Von Vorteil ist auch ein Computerprogrammprodukt mit Programmcode, der auf einem maschinenlesbaren Träger wie einem Halbleiterspeicher, einem An advantage is also a computer program product with program code, which on a machine-readable carrier such as a semiconductor memory, a
Festplattenspeicher oder einem optischen Speicher gespeichert sein kann und zur Durchführung des Verfahrens nach einer der vorstehend beschriebenen Ausführungsformen verwendet wird, wenn das Programmprodukt auf einem Computer oder einer Vorrichtung ausgeführt wird. Die Erfindung wird nachstehend anhand der beigefügten Zeichnungen beispielhaft näher erläutert. Es zeigen: Hard disk space or an optical storage can be stored and used to carry out the method according to one of the embodiments described above, when the program product is executed on a computer or a device. The invention will now be described by way of example with reference to the accompanying drawings. Show it:
Fig. 1 eine Darstellung einer Fotovoltaikzelle gemäß einem Fig. 1 is a representation of a photovoltaic cell according to a
Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;  Embodiment of the present invention;
Fig. 2 eine Darstellung einer Fotovoltaikzelle gemäß einem weiteren Fig. 2 is an illustration of a photovoltaic cell according to another
Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;  Embodiment of the present invention;
Fig. 3 eine Potential- und Stromdichteverteilung innerhalb eines Fig. 3 shows a potential and current density distribution within a
Solarzellensegments mit einer lokal dotierten Kontaktstruktur;  Solar cell segment with a locally doped contact structure;
Fig. 4 eine Potential- und Stromdichteverteilung innerhalb eines 4 shows a potential and current density distribution within one
Solarzellensegments mit einer flächendeckend dotierten Kontaktstruktur;  Solar cell segment with a surface-doped contact structure;
Fig. 5 eine Darstellung eines Zusammenhangs zwischen einem internen Fig. 5 is an illustration of a relationship between an internal
Serienwiderstand mehrerer Solarzellentypen und einer Fingeranzahl einer Kontaktstruktur der Solarzellen;  Series resistance of a plurality of solar cell types and a number of fingers of a contact structure of the solar cells;
Fig. 6 eine Darstellung eines Zusammenhangs zwischen einem internen Fig. 6 is an illustration of a relationship between an internal
Serienwiderstand und einem dotierten Flächenanteil einer  Series resistance and a doped area fraction of a
Kontaktstruktur gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;  Contact structure according to an embodiment of the present invention;
Fig. 7 eine Darstellung eines Zusammenhangs zwischen einer 7 is an illustration of a relationship between a
Rekombinationsrate und einem dotierten Flächenanteil einer  Recombination rate and a doped area fraction of a
Kontaktstruktur gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung; und  Contact structure according to an embodiment of the present invention; and
Fig. 8 ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens zum Herstellen einer 8 is a flowchart of a method for manufacturing a
Kontaktstruktur einer Fotovoltaikzelle gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.  Contact structure of a photovoltaic cell according to an embodiment of the present invention.
In der nachfolgenden Beschreibung günstiger Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden für die in den verschiedenen Figuren In the following description of favorable embodiments of the present invention are for the in the various figures
dargestellten und ähnlich wirkenden Elemente gleiche oder ähnliche Bezugszeichen verwendet, wobei auf eine wiederholte Beschreibung d represented and similar elements acting the same or similar Reference numeral used, with a repeated description d
Elemente verzichtet wird. Elements is omitted.
Fig. 1 zeigt eine Darstellung einer Fotovoltaikzelle 100 gemäß einem 1 shows an illustration of a photovoltaic cell 100 in accordance with a
Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Die Fotovoltaikzelle 100 weist einen Wafer 102 aus einem Halbleitermaterial auf. Die Fotovoltaikzelle 100 ist beidseitig kontaktiert. Dazu ist in diesem Ausführungsbeispiel auf einer Rückseite des Wafers 102 eine Kontaktstruktur 104 angeordnet. Die Kontaktstruktur 104 besteht aus dotierten Bahnen 106 und einem aufgebrachten Leitermaterial 108. Das Leitermaterial 108 ist als Leiterbahnen ausgebildet. Das Leitermaterial 108 ist ein metallbasiertes Material. Insbesondere ist das Leitermaterial 108 Silber oder eine silberbasierte Legierung. Die Bahnen 106 überragen das Leitermaterial 108 beidseitig. Die Bahnen 106 sind durch Zwischenräume 1 10 getrennt. Die Bahnen 106 bedecken einen, auf minimale Verluste und maximale Effizienz ausgelegten Flächenanteil der Rückseite des Wafers 102. An der Vorderseite der Fotovoltaikzelle 100 ist der Wafer 102 vollflächig dotiert. Dort sind die Embodiment of the present invention. The photovoltaic cell 100 has a wafer 102 made of a semiconductor material. The photovoltaic cell 100 is contacted on both sides. For this purpose, a contact structure 104 is arranged in this exemplary embodiment on a rear side of the wafer 102. The contact structure 104 consists of doped tracks 106 and an applied conductor material 108. The conductor material 108 is formed as conductor tracks. The conductor material 108 is a metal-based material. In particular, the conductor material 108 is silver or a silver-based alloy. The webs 106 project beyond the conductor material 108 on both sides. The tracks 106 are separated by gaps 1 10. The webs 106 cover a surface portion of the back side of the wafer 102 designed for minimum losses and maximum efficiency. On the front side of the photovoltaic cell 100, the wafer 102 is doped over the whole area. There are the
Leiterbahnen aus dem Leitermaterial 108 gegenüberliegend den Leiterbahnen der Kontaktstruktur 104 ausgerichtet. Zwischen den Leiterbahnen auf der Vorderseite ist der Wafer 102 optisch vergütet, um Reflexionsverluste zu minimieren. Conductor tracks of the conductor material 108 opposite to the conductor tracks of the contact structure 104 aligned. Between the tracks on the front side, the wafer 102 is optically tempered to minimize reflection losses.
In einem nicht dargestellten Ausführungsbeispiel weist die Fotovoltaikzelle 100 auf der Vorderseite ebenso eine Kontaktstruktur gemäß dem hier vorgestellten Ansatz auf. Dabei sind die dotierten Bahnen an der Vorderseite mit einem anderen Dotiermaterial dotiert, als die Bahnen 106 an der Rückseite. Die unterschiedlich dotierten Bahnen wirken als Basis und Emitter der In an embodiment not shown, the photovoltaic cell 100 on the front side also has a contact structure according to the approach presented here. In this case, the doped tracks are doped at the front with a different doping material than the tracks 106 at the back. The differently doped tracks act as the base and emitter of the
Fotovoltaikzelle 100. Photovoltaic cell 100.
In einem nicht dargestellten Ausführungsbeispiel weist die Fotovoltaikzelle 100 auf der Rückseite zwei verschiedene Kontaktstrukturen auf. Neben der dargestellten Kontaktstruktur 104 weist die Fotovoltaikzelle 100 eine weitere Kontaktstruktur aus weiteren Bahnen und Leitermaterial 108 auf. Die weiteren Bahnen sind ebenfalls durch Zwischenräume 1 10 von den Bahnen 106 getrennt. Die weiteren Bahnen sind mit einem anderen Dotiermaterial dotiert, als die Bahnen 106. Dadurch sind der Emitter und die Basis der Fotovoltaikzelle 100 nebeneinander an der Rückseite der Fotovoltaikzelle 100 angeordnet. Die Vorderseite der Fotovoltaikzelle 100 ist in diesem Ausführungsbeispiel nicht kontaktiert, was zu geringen Abschattungsverlusten führt. In an embodiment not shown, the photovoltaic cell 100 on the back of two different contact structures. In addition to the illustrated contact structure 104, the photovoltaic cell 100 has a further contact structure of further tracks and conductor material 108. The other tracks are also separated by gaps 1 10 of the tracks 106. The further tracks are doped with a different doping material than the tracks 106. As a result, the emitter and the base of the photovoltaic cell 100 are arranged side by side on the rear side of the photovoltaic cell 100. The Front of the photovoltaic cell 100 is not contacted in this embodiment, resulting in low Abschattungsverlusten.
Mit anderen Worten ist ein Querschnitt einer Solarzelle 100 mit partiell dotiertem BSF 106 (BSF Dotierung = Back-Surface-Field Dotierung) gemäß dem hier vorgestellten Ansatz dargestellt. In other words, a cross section of a solar cell 100 with partially doped BSF 106 (BSF doping = back-surface-field doping) is shown according to the approach presented here.
Fig. 2 zeigt eine Darstellung einer Fotovoltaikzelle 100 gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Die Fotovoltaikzelle 100 entspricht im Wesentlichen der Fotovoltaikzelle in Fig. 1 . Zusätzlich zu der in Fig. 1 dargestellten Fotovoltaikzelle weist die Fotovoltaikzelle 100 in den FIG. 2 shows a representation of a photovoltaic cell 100 according to a further exemplary embodiment of the present invention. The photovoltaic cell 100 essentially corresponds to the photovoltaic cell in FIG. 1. In addition to the photovoltaic cell shown in Fig. 1, the photovoltaic cell 100 in the
Zwischenräumen 1 10 eine geringe Dotierung 200 mit dem gleichen Spaces 1 10 a small doping 200 with the same
Dotiermaterial, wie in den dotierten Bahnen 106 auf. Die geringe Dotierung 200 resultiert in einer erhöhten elektrischen Leitfähigkeit der Rückseite der Doping material, as in the doped tracks 106 on. The low doping 200 results in an increased electrical conductivity of the back of the
Fotovoltaikzelle 100. Photovoltaic cell 100.
In einem Ausführungsbeispiel ist zum Herstellen der Kontaktstruktur 104 einmal die ganze Rückseite mit der geringen Dotierung 200 dotiert worden. Dann sind die Bahnen 106 nachdotiert worden, um die hohe Dotierung zu erreichen, die für einen geringen Übergangswiderstand zwischen den Bahnen 106 und dem Leitermaterial erforderlich ist. In one embodiment, to fabricate the contact structure 104, once the entire backside has been doped with the low doping 200. Then, the tracks 106 have been post-doped to achieve the high doping required for low contact resistance between the tracks 106 and the conductor material.
In einem Ausführungsbeispiel sind zum Herstellen der Kontaktstruktur 104 die Bahnen 106 und die geringe Dotierung 200 unabhängig voneinander in den Wafer 102 eingebracht worden. Insbesondere durch eine Ionenimplantation ist die Dotierstärke gut kontrollierbar und räumlich gut platzierbar. In one embodiment, to form the contact structure 104, the tracks 106 and the low doping 200 have been independently introduced into the wafer 102. In particular, by an ion implantation, the doping is well controlled and spatially well placed.
Der in den Figuren 1 und 2 gezeigte Ansatz stellt eine beidseitig kontaktierte Solarzelle 100 mit partiell dotierter Rückseite vor. Es wird eine Struktur 104 für eine beidseitig kontaktierte Solarzelle 100 mit erhöhter Effizienz beschrieben. The approach shown in FIGS. 1 and 2 presents a double-sided contacted solar cell 100 with partially doped rear side. A structure 104 for a bilaterally contacted solar cell 100 with increased efficiency is described.
Zur Verbesserung der Effizienz von industrieüblichen Solarzellen 100 können die elektrischen und optischen Verluste durch Einführung einer dielektrisch passivierten und lokal kontaktierten Rückseite verbessert werden. Dabei kann die lokal kontaktierende Rückseitenmetallisierung 108 durch den Einsatz eines Siebgedruckten Silber H-Grids 108, wie es bereits auf der Zellvorderseite zum Einsatz kommt umgesetzt werden. To improve the efficiency of industry-standard solar cells 100, the electrical and optical losses can be improved by introducing a dielectrically passivated and locally contacted backside. In this case, the locally contacting backside metallization 108 can be replaced by the use of a Screen printed Silver H-Grids 108, as it is already used on the cell front are used.
Um den Kontaktwiderstand zwischen Metallisierung 108 und Basis 106 zu verringern, ist es dabei notwendig, die Oberfläche mindestens im Bereich der Metallisierung 108 hoch zu dotieren (Die sogenannte Back-Surface-Field 106 Dotierung). Die Dotierung kann in mehreren Varianten ausgeführt werden. In order to reduce the contact resistance between the metallization 108 and the base 106, it is necessary to highly dope the surface at least in the area of the metallization 108 (the so-called back-surface field 106 doping). The doping can be carried out in several variants.
Beispielsweise kann die Dotierung als PERT (Passivated Emitter and Rear Totally diffused) oder als PERL (Passivated Emitter and Rear Locally diffused) ausgeführt werden. For example, the doping can be performed as PERT (Passivated Emitter and Rear Totally diffused) or as PERL (Passivated Emitter and Rear Locally diffused).
Beim PERT-Konzept ist dabei die vollständige Fläche der Solarzellenrückseite dotiert (100%), während beim PERL-Konzept nur der Bereich unter der In the PERT concept, the entire area of the back of the solar cell is doped (100%), whereas in the PERL concept only the area under the
Metallisierung 108 dotiert ist (üblicherweise 5-20% der Gesamtfläche). Metallization 108 is doped (usually 5-20% of the total area).
Beide Konzepte haben Vor- und Nachteile. Die elektrische Leitfähigkeit der BSF- Dotierung verbessert im PERT-Konzept die laterale Leitfähigkeit und reduziert so ohmsche Verluste. Andererseits führt die hohe Dotierung zu einer verstärkten Rückseitenrekombination, sodass die Rekombinationsverluste der Zelle ansteigen. Dieses ist beim PERL-Konzept genau umgekehrt. Wie in den Figuren 3 und4 gezeigt ist, sind die ohmschen Verluste einer undotierten Rückseite immer höher als bei PERT und lassen sich selbst durch eine erhöhte Both concepts have advantages and disadvantages. The electrical conductivity of the BSF doping improves the lateral conductivity in the PERT concept and thus reduces ohmic losses. On the other hand, the high doping leads to an increased backside recombination, so that the recombination losses of the cell increase. This is exactly the opposite with the PERL concept. As shown in Figures 3 and 4, the ohmic losses of an undoped back surface are always higher than those of PERT, and can be increased by itself
Fingeranzahl nur unvollständig ausgleichen. Compensate finger count only incompletely.
Ein möglicher Lösungsansatz besteht darin, die BSF-Dotierung des PERT- Konzeptes abzusenken, bis ein optimaler Kompromiss zwischen Rekombination und Querleitfähigkeit gefunden ist. Dieses wird allerdings dadurch begrenzt, dass zur Minimierung des Kontaktwiderstands der Metallisierung 108 eine gewisse Mindestkonzentration an Dotierstoff vorhanden sein muss. Diese Konzentration liegt bei Metallisierungspasten deutlich über der Dotierstoffmenge, die zur Erreichung des Effizienzmaximums notwendig ist. One possible approach is to lower the BSF doping of the PERT concept until an optimal compromise between recombination and transverse conductivity is found. However, this is limited by the fact that to minimize the contact resistance of the metallization 108, a certain minimum concentration of dopant must be present. In the case of metallizing pastes, this concentration is significantly above the dopant amount which is necessary to achieve the maximum efficiency.
Der hier vorgestellte Lösungsansatz besteht darin, Bereiche 106, 1 10 mit unterschiedlich hoher Dotierung einzuführen. Dabei wird eine hohe The approach presented here is to introduce regions 106, 110 with differently high doping. This is a high
Dotierstoffkonzentration unter der Metallisierung 108 angeordnet, welche die Kontaktierung ermöglicht. Eine mittlere Dotierstoffkonzentration kann zwischen den Fingern der Metallisierung 108 angeordnet werden. Dopant concentration below the metallization 108 arranged, which the Contacting possible. An average dopant concentration may be placed between the fingers of the metallization 108.
Bei dem hier vorgestellten Ansatz befindet sich unter den Fingern ein The approach presented here is under the fingers
hochdotierter Bereich 106, der im Gegensatz zur PERL-Zelle deutlich über den metallisierten Bereich herausragt. Bereits bei einem Flächenbedeckungsanteil von 50% ist eine Leitfähigkeit erreicht, die ähnlich der PERT-Zelle (100% highly doped region 106, which protrudes clearly above the metallized area in contrast to the PERL cell. Already with an area coverage of 50%, a conductivity is achieved that is similar to the PERT cell (100%).
Bedeckung) ist. Durch die geringere Abdeckung kann die Rekombination an der Zeltrückseite deutlich abgesenkt werden. Covering) is. Due to the lower coverage, the recombination at the back of the tent can be significantly reduced.
In einem weiteren Ausführungsbeispiel ist auch der Bereich 1 10 zwischen den hochdotierten Gebieten 106 leicht dotiert. Dieses kann z. B. zu einer In a further embodiment, the region 110 between the highly doped regions 106 is also lightly doped. This can be z. B. to a
Verbesserung der Langzeitstabilität führen. Improvement of long-term stability.
Beim Layout der Zelle 100 kann der Flächenbedeckungsanteil F zwischen 20% und 90% betragen. Bevorzugt beträgt der Flächenbedeckungsanteil F 40-60%. Bei Kombination mit einem H-Grid, kann die Fingeranzahl n zwischen 40 und 150 betragen. (Die Breite der hochdotierten Bereiche 106 berechnet sich dann für eine 15,6-cm-Solarzelle zu ldop=r15,6/n) Die Abstände der Finger können variabel sein. Ebenso kann die Struktur 104 mit einer vollflächigen Metallisierung kombiniert werden. Ebenso kann die Struktur 104 mit einer In the layout of the cell 100, the area coverage F may be between 20% and 90%. The area coverage fraction F is preferably 40-60%. When combined with an H-Grid, the number of fingers n can be between 40 and 150. (The width of the heavily doped regions 106 is then calculated to be ldop = r15.6 / n for a 15.6 cm solar cell.) The distances between the fingers can be variable. Likewise, the structure 104 can be combined with a full-surface metallization. Likewise, the structure 104 with a
Rückseitenemitterzelle kombiniert werden. In diesem Fall wird ein partiell dotiertes FSF eingesetzt. Rear side emitter cell are combined. In this case, a partially doped FSF is used.
Elektrisch kann die Zelle 100 p- oder n-Typ Substrat 102 aufweisen. Der hochdotierte Bereich 106 kann beispielsweise mit Bor oder Phosphor/Arsen dotiert werden. Im hochdotierten Bereich 106 können Schichtwiderstände von 5 bis 150 Ohm/square, also Widerstand pro Fläche, bevorzugt 20-60 Ohm angestrebt werden. Das Zwischengebiet 1 10 kann undotiert sein oder der Schichtwiderstand kann 80-500 Ohm/square betragen. Electrically, the cell may have 100 p or n-type substrate 102. For example, the heavily doped region 106 may be doped with boron or phosphorus / arsenic. In the heavily doped region 106, it is possible to achieve film resistances of 5 to 150 ohms / square, that is to say resistance per area, preferably 20-60 ohms. The intermediate region 110 may be undoped or the sheet resistance may be 80-500 ohms / square.
Bei der Prozessierung kann das Ausformen der Dotiergebiete auf During processing, the formation of the doping regions can occur
unterschiedliche Arten erfolgen. Beispielsweise kann eine Ionenimplantation mit einer Maske, eine vollfläche Dotierung und ein anschließendes lokales different types take place. For example, an ion implantation with a mask, a full area doping and a subsequent local
Rückätzen, ein Aufbringen einer lokalen Diffusionsmaske und ein anschließendes Dotieren oder ein Aufbringen von lokalen Dotierstoffquellen wie z.B. Dotiergläsern durchgeführt werden. Re-etching, applying a local diffusion mask and a subsequent doping or application of local dopant sources such as doping glasses are performed.
Gezeigt ist eine Ausführungsform, in der das Restgebiet 1 10 niedrig dotiert ist. Dabei ist der Wafer 102 hochdotiert unter den Fingern 108. Dazwischen ist der Wafer 102 niedrigdotiert. Die Breite oder ein Intervall der dotierten Gebiete 106 und Zwischenräume 1 10 ist optimiert. Normalerweise sind sie gleich breit. Shown is an embodiment in which the remaining region 1 10 is low doped. In this case, the wafer 102 is highly doped under the fingers 108. In between, the wafer 102 is low doped. The width or interval of the doped regions 106 and spaces 110 is optimized. Usually they are the same width.
Dotierte Gebiete 106 und Zwischenräume 1 10 bilden ein Fingergrid aus. Doped areas 106 and spaces 1 10 form a fingergrid.
Fig. 3 zeigt eine Potential- und Stromdichteverteilung innerhalb eines Fig. 3 shows a potential and current density distribution within one
Solarzellensegments 300 mit einer lokal dotierten Kontaktstruktur 302. Die Kontaktstruktur 302 besteht hier im Gegensatz zu dem hier vorgestellten Ansatz aus einem dotierten Bereich, der lediglich die Breite der aufgebrachten Solar cell segment 300 with a locally doped contact structure 302. The contact structure 302 is here, in contrast to the approach presented here, from a doped region, which only the width of the applied
Leiterbahn 108 aufweist. Zwischen den Leiterbahnen 108 ist der Wafer der Solarzelle undotiert. Die Potentialdichte und die Stromdichte sind im Bereich der Kontaktstruktur 302 extrem hoch. Die Potentialdichte und die Stromdichte fallen mit zunehmender Entfernung von der Kontaktstruktur 302 rapide ab. Ab einer gewissen Entfernung von der Leiterbahn 108 sind die Potentialdichte und die Stromdichte unterhalb einer Darstellungsschwelle. Im Bereich der Kontaktstruktu 302 sind die Potentialdichte und die Stromdichte so hoch, dass ein elektrischer Widerstand des Halbleitermaterials des Wafers zu einer Erwärmung des Materials führen kann. Conductor 108 has. Between the tracks 108, the wafer of the solar cell is undoped. The potential density and the current density are extremely high in the area of the contact structure 302. The potential density and the current density decrease rapidly with increasing distance from the contact structure 302. At a certain distance from the track 108, the potential density and the current density are below a display threshold. In the area of the contact structure 302, the potential density and the current density are so high that an electrical resistance of the semiconductor material of the wafer can lead to a heating of the material.
Ohmsche Verluste treten vor allem im Bereich hoher Stromdichte auf (da P=J2*rho). Bereiche hoher Stromdichte treten vor allem um die Metallisierung 108 auf. Dieser Effekt wird als current crowding bezeichnet. Ohmic losses occur mainly in the range of high current density (since P = J 2 * rho). Areas of high current density occur mainly around the metallization 108. This effect is called current crowding.
Fig. 4 zeigt eine Potential- und Stromdichteverteilung innerhalb eines Fig. 4 shows a potential and current density distribution within one
Solarzellensegments 400 mit einer flächendeckend dotierten Kontaktstruktur 402 Die Kontaktstruktur 402 besteht hier im Gegensatz zu dem hier vorgestellten Ansatz aus einer geschlossenen dotierten Fläche, auf der die Leiterbahn 108 angeordnet ist. Die Fläche ist durchgehend gleich stark dotiert. Die Solar cell segment 400 with a surface-covering doped contact structure 402 In contrast to the approach presented here, the contact structure 402 consists here of a closed doped surface on which the conductor track 108 is arranged. The surface is equally heavily doped throughout. The
Potentialdichte und die Stromdichte sind im Bereich der Leiterbahn hoch. Im Vergleich zu der Kontaktstruktur in Fig. 3 nehmen die Potentialdichte und die Stromdichte deutlich langsamer ab. Es wird im Bereich der ganzen dotierten Fläche eine Potentialdichte und eine Stromdichte dargestellt. In Bereichen, die von der Metallisierung 108 entfernt sind, (x>0.05) treten nur geringe Verluste auf. Die Äquipotentiallinien stehen in flachem Winkeln zum BSF. Demnach ist eine hohe Dotierung hier nicht zwingend notwendig. Potential density and current density are high in the area of the conductor track. In comparison to the contact structure in FIG. 3, the potential density and the current density decrease significantly more slowly. A potential density and a current density are shown in the area of the entire doped surface. In areas away from metallization 108 (x> 0.05), only small losses occur. The equipotential lines are at a flat angle to the BSF. Accordingly, a high doping is not mandatory here.
In den Figuren 3 und 4 ist eine Potential- und Stromdichteverteilung (Pfeile) innerhalb eines PERC/PERL und eines PERT Solarzellensegments mit 30 Ohm BSF dargestellt. Die Rückseitenmetallisierung befindet sich bei x=0 und x=0.0035 cm. Es wurde zur Vereinfachung eine äquipotentiale Vorderseite angenommen. FIGS. 3 and 4 show a potential and current density distribution (arrows) within a PERC / PERL and a PERT solar cell segment with 30 ohm BSF. The backside metallization is at x = 0 and x = 0.0035 cm. An equipotential front has been assumed for simplicity.
Fig. 5 zeigt eine Darstellung eines Zusammenhangs 500 zwischen einem internen Serienwiderstand mehrerer Solarzellentypen und einer Fingeranzahl einer Kontaktstruktur der Solarzellen. Der Zusammenhang 500 ist in einem Diagramm aufgetragen, das auf der Abszisse die Fingeranzahl und auf der5 shows an illustration of a relationship 500 between an internal series resistance of a plurality of solar cell types and a number of fingers of a contact structure of the solar cells. The relationship 500 is plotted on a graph showing the number of fingers on the abscissa and on the abscissa
Ordinate den Serienwiderstand angetragen hat. Bei allen Solarzellentypen sinkt der Serienwiderstand mit zunehmender Fingeranzahl. Dabei weisen Solarzellen des Typs PERL einen großen Rückgang des Serienwiderstands auf. Solarzellen des Typs PERT weisen einen geringeren Rückgang auf. Jedoch ist der Ordinate has submitted the series resistance. For all solar cell types, the series resistance decreases as the number of fingers increases. At the same time, solar cells of the PERL type show a large decline in series resistance. Solar cells of the type PERT show a smaller decrease. However, that is
Serienwiderstand von PERT Zellen mit einem 100 Ohm Back-Surface-Field bereits bei 40 Fingern so gering, wie der Serienwiderstand der PERL Zellen bei 1 10 Fingern. Bei PERT Zellen mit einem 40 Ohm Back-Surface-Field ist der Widerstand noch einmal um 30 Prozent geringer. Dargestellt ist ein interner Serienwiderstand für PERL und PERT Zellen mit unterschiedlicher Fingeranzahl. Es ist nur der Querleitungswiderstand dargestellt. Ohmsche Verluste in der Metallisierung sind nicht berücksichtigt. (Rabse=2.5 Ohm*cm, 160pm Zelldicke). Fig. 6 zeigt eine Darstellung eines Zusammenhangs zwischen einem internenSeries resistance of PERT cells with a 100 ohms back-surface field already at 40 fingers as low as the series resistance of the PERL cells at 1 10 fingers. For PERT cells with a 40 ohm back-surface field, the resistance is 30 percent lower. Shown is an internal series resistor for PERL and PERT cells with different numbers of fingers. Only the transverse line resistance is shown. Ohmic losses in the metallization are not taken into account. (Rabse = 2.5 ohms * cm, 160pm cell thickness). Fig. 6 is an illustration of a relationship between an internal one
Serienwiderstand und einem dotierten Flächenanteil einer Kontaktstruktur gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Dabei sind zwei verschiedene Ausführungsbeispiele 600, 602 in einem gemeinsamen Diagramm angetragen. Das Diagramm weist auf der Abszisse den Flächenanteil zwischen null Prozent Flächenanteil und 100 Prozent Flächenanteil. Auf der Ordinate ist der Serienwiderstand in Ohm angetragen. Das erste Ausführungsbeispiel 600 ist eine Fotovoltaikzelle mit undotierten Zwischenräumen zwischen hochdotierten Bändern. Das erste Ausführungsbeispiel ist beispielsweise in Fig. 1 dargestellt. Der Serienwiderstand ist bei fünf Prozent Flächenanteil der hochdotierten Bänder etwa sechs Mal so hoch, wie ein minimal erreichbarer Serienwiderstand, bei 100 Prozent Flächenanteil des hochdotierten Gebiets. Der Serienwiderstand sinkt beim ersten Ausführungsbeispiel 600 mit zunehmendem dotierten Flächenanteil rapide ab und nähert sich asymptotisch an den Minimalwert an, der nicht unterschritten wird. Bereits bei 40 Prozent Flächenanteil ist der Serienwiderstand nur um zehn Prozent höher als der Minimalwert. Das zweite Ausführungsbeispiel 602 ist eine Fotovoltaikzelle mit schwach dotierten Zwischenräumen, wie sie beispielsweise in Fig. 2 dargestellt ist. Hier sinkt der Serienwiderstand mit zunehmendem Flächenanteil des hochdotierten Gebiets ebenfalls ab. Jedoch auch bei fünf Prozent Flächenanteil ist der Serienwiderstand nur um 30 Prozent höher, als der Minimalwert. Bei 50 Prozent Flächenanteil hat der Series resistance and a doped area ratio of a contact structure according to an embodiment of the present invention. In this case, two different embodiments 600, 602 are plotted in a common diagram. The diagram shows on the abscissa the proportion of area between zero percent area fraction and 100 percent area fraction. On the ordinate the series resistance in ohms is plotted. The first embodiment 600 is a photovoltaic cell with undoped spaces between heavily doped bands. The first embodiment is shown for example in FIG. The series resistance is at five percent area of the heavily doped bands about six times as high as a minimum achievable series resistance, at 100 percent area of the heavily doped area. The series resistance decreases rapidly in the first embodiment 600 with increasing doped area ratio and approaches asymptotically to the minimum value, which is not undershot. Even at a 40 percent area ratio, the series resistance is only ten percent higher than the minimum value. The second embodiment 602 is a photovoltaic cell with lightly doped gaps, as shown for example in FIG. Here, the series resistance also decreases with increasing area proportion of the heavily doped area. However, even at five percent areal proportion of the series resistance is only 30 percent higher than the minimum value. At 50 percent area share of the
Serienwiderstand bereits den Minimalwert erreicht. Series resistance already reached the minimum value.
Dargestellt ist der interne Serienwiderstand einer Solarzelle gemäß dem hier vorgestellten Ansatz für unterschiedliche Flächenbedeckungsanteile des hochdotierten Bereichs (40 Ohm). In einem Fall ist das Zwischengebiet undotiert (rot) im anderen in einem mittleren Bereich (blau). Es ist nur der Shown is the internal series resistance of a solar cell according to the approach presented here for different area coverage portions of the heavily doped region (40 ohms). In one case, the intermediate region is undoped (red) in the other in a middle region (blue). It's just that
Querleitungswiderstand dargestellt. Ohmsche Verluste in der Metallisierung sind nicht berücksichtigt. Die Fotovoltaikzelle weist eine äquipotentiale Vorderseite auf. Der Widerstand im beleuchteten Betrieb (homogene generation) ist etwas höher. Die Darstellung beruht auf einer Rbase von 2.5 Ohm*cm, 160pm Transverse line resistance shown. Ohmic losses in the metallization are not taken into account. The photovoltaic cell has an equipotential front side. The resistance in the illuminated mode (homogeneous generation) is slightly higher. The representation is based on a Rbase of 2.5 ohm * cm, 160pm
Zelldicke, 90 Finger. Joe durch Gewichtung nach Flächenanteil ist geschätzt.Cell thickness, 90 fingers. Joe by weighting by area percentage is estimated.
J_80 Ohm -90 fA. J_40 Ohm - 150 fA. J_none -20. J_80 ohms -90 fA. J_40 ohms - 150 fA. J_none -20.
Fig. 7 zeigt eine Darstellung eines Zusammenhangs zwischen einer Fig. 7 shows a representation of a relationship between a
Rekombinationsrate und einem dotierten Flächenanteil einer Kontaktstruktur gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Wie in Fig. 6 sind die zwei verschiedenen Ausführungsbeispiele 600, 602 in einem gemeinsamen Diagramm angetragen. Das Diagramm weist auf der Abszisse den Flächenanteil zwischen null Prozent Flächenanteil und 100 Prozent Flächenanteil. Auf der Ordinate ist die Rekombinationsrate angetragen. Die Rekombinationsrate bei beiden Ausführungsbeispielen 600, 602 steigt mit zunehmendem Flächenanteil linear an. Bei 100 Prozent Flächenanteil weisen beide Ausführungsbeispiele 600, 602 eine Rekombinationsrate von 150 auf. Das erste Ausführungsbeispiel 600 weist bei fünf Prozent Flächenanteil eine Rekombinationsrate von 25 auf. Das zweite Ausführungsbeispiel 602 weist bei fünf Prozent Flächenanteil eine Recombination rate and a doped surface portion of a contact structure according to an embodiment of the present invention. As in Fig. 6, the two different embodiments 600, 602 are plotted in a common diagram. The diagram shows on the abscissa the proportion of area between zero percent area fraction and 100 percent area fraction. The recombination rate is plotted on the ordinate. The recombination rate in both embodiments 600, 602 increases linearly with increasing area fraction. With 100 percent areal proportion, both exemplary embodiments 600, 602 has a recombination rate of 150. The first embodiment 600 has a recombination rate of 25 at five percent areal proportion. The second embodiment 602 has an area ratio of five percent
Rekombinationsrate von 95 auf. Recombination rate from 95 to.
Durch ein Zusammenführen der Informationen aus den Figuren 6 und 7 kann ein Flächenanteil zwischen 20 Prozent und 90 Prozent für beide By merging the information from Figures 6 and 7, an area fraction between 20 percent and 90 percent for both
Ausführungsbeispiele 600, 602 wirtschaftlich umgesetzt werden. Eine erhöhte Wirtschaftlichkeit ergibt sich bei einem Flächenanteil zwischen 40 Prozent und 60 Prozent. Embodiments 600, 602 are implemented economically. An increased profitability results with a surface portion between 40 per cent and 60 per cent.
Fig. 8 zeigt ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens 800 zum Herstellen einer Kontaktstruktur einer Fotovoltaikzelle gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Das Verfahren 800 weist einen Schritt 802, des 8 shows a flow chart of a method 800 for producing a contact structure of a photovoltaic cell according to an exemplary embodiment of the present invention. The method 800 includes a step 802, the
Bereitstellens, einen Schritt 804 des Dotierens und einen Schritt 806 des Providing, a step 804 of doping and a step 806 of the
Kontaktierens auf. Im Schritt 802 des Bereitstellens wird ein Wafer für die Contacting. In step 802 of providing, a wafer for the
Fotovoltaikzelle bereitgestellt. Im Schritt 804 des Dotierens wird ein Flächenanteil zumindest einer Seite des Wafers mit einem Dotiermaterial dotiert, um einen dotierten Bereich zu erhalten. Der dotierte Bereich wird als dotierte Bahnen ausgebildet. Die Bahnen sind durch Zwischenräume getrennt. Im Schritt 806 des Kontaktierens wird der dotierte Bereich kontaktiert, um die Kontaktstruktur herzustellen. Dabei wird ein Leitermaterial so auf die Bahnen aufgebracht, dass die Bahnen beidseitig das Leitermaterial überragen. Photovoltaic cell provided. In step 804 of doping, an area portion of at least one side of the wafer is doped with a dopant to obtain a doped area. The doped region is formed as doped tracks. The tracks are separated by gaps. In step 806 of contacting, the doped region is contacted to make the contact structure. In this case, a conductor material is applied to the webs so that the webs project beyond the conductor material on both sides.
In einem Ausführungsbeispiel wird im Schritt 804 des Dotierens ein Flächenanteil zwischen 20 Prozent und 90 Prozent dotiert. Dabei bleibt dann ein Flächenanteil von 10 Prozent bis 80 Prozent undotiert. Insbesondere wird im Schritt 804 des Dotierens ein Flächenanteil zwischen 40 Prozent und 60 Prozent dotiert. Dabei bleibt dann ein Flächenanteil von 40 Prozent bis 60 Prozent undotiert. Mit diesen Flächenanteilen können ein Optimum an Leitfähigkeit und ein Minimum an Rekombination erreicht werden. In one embodiment, an area fraction between 20 percent and 90 percent is doped in step 804 of the doping. In this case, an area share of 10 percent to 80 percent remains undoped. In particular, in step 804 of doping, an area fraction between 40 percent and 60 percent is doped. In this case, an area share of 40 percent to 60 percent remains undoped. With these areas, an optimum of conductivity and a minimum of recombination can be achieved.
In einem Ausführungsbeispiel wird im Schritt 804 des Dotierens der dotierte Bereich in Form von zumindest einer Hauptbahn mit einer Mehrzahl von In one embodiment, in step 804 of doping, the doped region is in the form of at least one major orbit having a plurality of
Seitenbahnen ausgebildet. Dabei werden die Seitenbahnen fingerförmig quer zu der Hauptbahn angeordnet. Mehrere Hauptbahnen mit ihren Seitenbahnen können verteilt auf der Fotovoltaikzelle angeordnet sein. Side panels formed. The side panels become finger-shaped across the main line arranged. Several main tracks with their side panels can be arranged distributed on the photovoltaic cell.
In einem Ausführungsbeispiel sind die Seitenbahnen wechselständig zu der Hauptbahn angeordnet. In one embodiment, the side panels are arranged alternately to the main track.
In einem Ausführungsbeispiel sind die Seitenbahnen gegenständig zu der Hauptbahn angeordnet. Die Haupt- und Seitenbahnen bilden dabei ein H- förmiges Muster aus, wobei die Hauptbahn den Querstrich repräsentiert. Es kann eine Vielzahl von Seitenbahnen an einer Hauptbahn angeordnet sein. In one embodiment, the side panels are disposed opposite the main track. The main and side panels form an H-shaped pattern, with the main line representing the transverse line. There may be a plurality of side panels on a main track.
In einem Ausführungsbeispiel wird im Schritt 804 des Dotierens ein weiteres Dotiermaterial eingebracht, um einen weiteren dotierten Bereich zu erhalten. Das weitere Dotiermaterial ist verschieden von dem Dotiermaterial und der weitere dotierte Bereich wird als weitere dotierte Bahnen ausgebildet. Die weiterenIn one embodiment, in step 804 of doping, another dopant is introduced to obtain another doped region. The further doping material is different from the doping material and the further doped region is formed as further doped tracks. The others
Bahnen sind durch Zwischenräume von den Bahnen getrennt. Der weitere dotierte Bereich ist auf der gleichen Seite angeordnet, wie der dotierte Bereich. Eine, der Seite gegenüberliegende Seite ist hier undotiert oder leicht dotiert, und unkontaktiert ausgeführt. Railways are separated from the railways by gaps. The further doped region is arranged on the same side as the doped region. A side opposite the side is here undoped or slightly doped, and executed uncontacted.
In einem Ausführungsbeispiel werden im Schritt 804 des Dotierens die Bahnen mit einer Konzentration an Dotierstoff dotiert, sodass sich in dem dotierten Bereich ein spezifischer Widerstand zwischen 10 Ohm/m und 150 Ohm/m einstellt. Insbesondere werden im Schritt 804 des Dotierens die Bahnen mit einer Konzentration an Dotierstoff dotiert, sodass sich in dem dotierten Bereich ein spezifischer Widerstand zwischen 20 Ohm/m und 60 Ohm/m einstellt. In one embodiment, in step 804 of doping, the tracks are doped with a concentration of dopant so that a resistivity of between 10 ohms / m and 150 ohms / m is established in the doped region. In particular, in step 804 of doping, the tracks are doped with a concentration of dopant, so that a specific resistance between 20 ohms / m and 60 ohms / m is established in the doped region.
In einem Ausführungsbeispiel werden im Schritt des Dotierens 804 die In one embodiment, in the doping step 804, the
Zwischenräume mit einer geringeren Konzentration des Dotiermaterials dotiert, als die Bahnen. Damit sind die Zwischenräume schwach dotiert. Durch die schwache Dotierung wird in dem Zwischenraum ein elektrischer Widerstand reduziert und damit elektrische Verluste ebenfalls reduziert. Spaces doped with a lower concentration of the doping material than the webs. Thus, the spaces are weakly doped. Due to the weak doping, an electrical resistance is reduced in the intermediate space and thus also reduces electrical losses.
In einem Ausführungsbeispiel werden im Schritt des Dotierens 804 die In one embodiment, in the doping step 804, the
Zwischenräume mit einer Konzentration an Dotierstoff dotiert, sodass sich in den Zwischenräumen ein spezifischer Widerstand zwischen 80 Ohm/m und 500 Ohm/m einstellt. Intermediate spaces doped with a concentration of dopant, so that in the Spaces a resistivity between 80 ohms / m and 500 ohms / m.
In einem Ausführungsbeispiel wird im Schritt des Dotierens 804 das In one embodiment, in the doping step 804, the
Dotiermaterial in einem ersten Durchgang im Bereich der Bahnen und der Zwischenräume eingebracht wird, um die Konzentration des Dotiermaterials der Zwischenräume zu erreichen. In einem zweiten Durchgang wird das Doping material is introduced in a first pass in the region of the tracks and the gaps in order to achieve the concentration of the doping material of the intermediate spaces. In a second round, the
Dotiermaterial im Bereich der Bahnen eingebracht, um die Konzentration des Dotiermaterials im dotierten Bereich zu erreichen. Statt einer Variation der Dotierungsstärke wird einmal dotiert. Bei der höheren Dotierung wird zweimal implantiert. Doping material introduced in the region of the webs in order to achieve the concentration of the doping material in the doped region. Instead of a variation of the doping strength is doped once. At the higher doping is implanted twice.
In einem Ausführungsbeispiel wird im Schritt des Dotierens 804 eine Breite der Bahnen und/oder eine Breite der Zwischenräume unter Verwendung einer Verarbeitungsvorschrift festgelegt. In one embodiment, in the doping step 804, a width of the paths and / or a width of the spaces is determined using a processing rule.
In einem Ausführungsbeispiel wird im Schritt des Dotierens 804 ein In one embodiment, in the doping step, 804 is entered
lonenimplantationsprozess verwendet. used in the ion implantation process.
Durch den hier vorgestellten Ansatz ergibt sich eine Verbesserung der The approach presented here results in an improvement of the
Zelleffizienz durch eine Reduktion der effektiven Rückseitenrekombination. Es ist lediglich notwendig, ein Dotierniveau zu kontrollieren. Dieses vereinfacht den Prozess gegenüber einer "klassischen" selektiven Dotierung, wie sie für selektive Emitter angewendet wird. Das hier vorgestellte Verfahren 800 kann mit Cell efficiency through a reduction in effective backside recombination. It is only necessary to control a doping level. This simplifies the process over a "classical" selective doping as it is applied to selective emitters. The presented method 800 can with
Methoden zur Vermeidung von Randshunts, wie einer Randmaske, kombiniert werden. Die Anforderungen an das Alignment der Metallisierung sind stark relaxiert, da die Metallisierung nicht mehr genau auf hochdotierte Bereiche ausgerichtet werden muss. Es ergibt sich eine vereinfachte Implementation im lonenimplanter gegenüber einer zweistufigen Dotierung. Es sind keine bewegten Masken notwendig. Methods for avoiding edge shunts, such as an edge mask, are combined. The requirements for the alignment of the metallization are greatly relaxed because the metallization no longer has to be precisely aligned with highly doped areas. This results in a simplified implementation in the ion implanter compared to a two-stage doping. There are no moving masks necessary.
Die beschriebenen und in den Figuren gezeigten Ausführungsbeispiele sind nur beispielhaft gewählt. Unterschiedliche Ausführungsbeispiele können vollständig oder in Bezug auf einzelne Merkmale miteinander kombiniert werden. Auch kann ein Ausführungsbeispiel durch Merkmale eines weiteren Ausführungsbeispiels ergänzt werden. Ferner können erfindungsgemäße Verfahrensschritte wiederholt sowie in einer anderen als in der beschriebenen Reihenfolge ausgeführt werden. Umfasst ein Ausführungsbeispiel eine„und/oder"-Verknüpfung zwischen einem ersten Merkmal und einem zweiten Merkmal, so ist dies so zu lesen, dass das Ausführungsbeispiel gemäß einer Ausführungsform sowohl das erste Merkmal als auch das zweite Merkmal und gemäß einer weiteren Ausführungsform entweder nur das erste Merkmal oder nur das zweite Merkmal aufweist. The embodiments described and shown in the figures are chosen only by way of example. Different embodiments may be combined together or in relation to individual features. Also, an embodiment can be supplemented by features of another embodiment. Furthermore, method steps according to the invention can be repeated as well as carried out in a sequence other than that described. If an exemplary embodiment comprises a "and / or" link between a first feature and a second feature, then this is to be read so that the embodiment according to one embodiment, both the first feature and the second feature and according to another embodiment either only first feature or only the second feature.

Claims

Ansprüche claims
1 . Verfahren (800) zum Herstellen einer Kontaktstruktur (104) einer 1 . Method (800) for producing a contact structure (104) of a
Fotovoltaikzelle (100), wobei das Verfahren (800) die folgenden Schritte aufweist:  A photovoltaic cell (100), the method (800) comprising the steps of:
Bereitstellen (802) eines Wafers (102) für die Fotovoltaikzelle (100); Providing (802) a wafer (102) for the photovoltaic cell (100);
Dotieren (804) eines Flächenanteils zumindest einer Seite des Wafers (102) mit einem Dotiermaterial, um einen dotierten Bereich (106) zu erhalten, wobei der dotierte Bereich (106) als dotierte Bahnen (106) ausgebildet wird und die Bahnen (106) durch Zwischenräume (1 10) getrennt sind; und Doping (804) a surface portion of at least one side of the wafer (102) with a dopant to obtain a doped region (106), wherein the doped region (106) is formed as doped lines (106) and passing through the traces (106) Interspaces (1 10) are separated; and
Kontaktieren (806) des dotierten Bereichs (106), um die Kontaktstruktur (104) herzustellen, wobei ein Leitermaterial (108) so auf die Bahnen (106) aufgebracht wird, dass die Bahnen (106) beidseitig das Leitermaterial (108) überragen. Contacting (806) the doped region (106) to form the contact structure (104), wherein a conductor material (108) is applied to the traces (106) such that the traces (106) overhang the conductive material (108) on both sides.
2. Verfahren (800) gemäß Anspruch 1 , bei dem im Schritt (804) des Dotierens ein Flächenanteil zwischen 20 Prozent und 90 Prozent, insbesondere zwischen 40 Prozent und 60 Prozent, der zumindest einen Seite des Wafers (102) dotiert wird. 2. Method (800) according to claim 1, wherein in step (804) of the doping, an area fraction between 20 percent and 90 percent, in particular between 40 percent and 60 percent, of the at least one side of the wafer (102) is doped.
3. Verfahren (800) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, bei dem im Schritt des Dotierens (804) die Rückseite dotiert wird, um die Kontaktstruktur (104) auf der Rückseite der Fotovoltaikzelle (100) zu erzeugen. The method (800) according to one of the preceding claims, wherein in the step of doping (804) the rear side is doped to produce the contact structure (104) on the back side of the photovoltaic cell (100).
4. Verfahren (800) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, bei dem im Schritt (804) des Dotierens der dotierte Bereich (106) in Form von zumindest einer Hauptbahn mit einer Mehrzahl von Seitenbahnen ausgebildet wird, wobei die Seitenbahnen fingerförmig quer zu der Hauptbahn angeordnet sind. Verfahren (800) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, bei dem im Schritt (804) des Dotierens ein weiteres Dotiermaterial eingebracht wird, um einen weiteren dotierten Bereich zu erhalten, wobei das weitere A method (800) according to any one of the preceding claims, wherein in step (804) of doping, the doped region (106) is formed in the form of at least one major web having a plurality of side webs, the side webs being finger-shaped across the main web are. Method (800) according to one of the preceding claims, wherein in the step (804) of the doping, a further doping material is introduced to obtain a further doped region, wherein the further
Dotiermaterial verschieden von dem Dotiermaterial ist und der weitere dotierte Bereich als weitere dotierte Bahnen ausgebildet wird und die weiteren Bahnen durch Zwischenräume (1 10) von den Bahnen (106) getrennt sind. Doping material is different from the doping material and the further doped region is formed as further doped webs and the other webs are separated by gaps (1 10) from the webs (106).
Verfahren (800) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, bei dem im Schritt (804) des Dotierens die Bahnen (106) mit einer Konzentration an Dotierstoff dotiert werden, sodass sich in dem dotierten Bereich (106) ein Schichtwiderstand zwischen 5 Ω/square und 150 Ω/square, insbesondere zwischen 20 Ω/square und 60 Ω/square einstellt. Method (800) according to one of the preceding claims, wherein in the step (804) of doping the tracks (106) are doped with a concentration of dopant such that in the doped area (106) a sheet resistance between 5 Ω / square and 150 Ω / square, in particular between 20 Ω / square and 60 Ω / square adjusts.
Verfahren (800) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, bei dem im Schritt (804) des Dotierens die Zwischenräume (1 10) mit einer geringeren Konzentration des Dotiermaterials dotiert werden, als die Bahnen Method (800) according to one of the preceding claims, wherein in the step (804) of doping, the intermediate spaces (110) are doped with a lower concentration of the doping material than the tracks
(106).Verfahren (800) gemäß Anspruch 7, bei dem im Schritt (804) des Dotierens die Zwischenräume (1 10) mit einer Konzentration an Dotierstoff dotiert werden, sodass sich in den Zwischenräumen ein Schichtwiderstand zwischen 80 Ω/square und 500 Ω/square einstellt. (106) The method (800) according to claim 7, wherein in the step (804) of doping, the gaps (110) are doped with a concentration of dopant, so that in the gaps a sheet resistance between 80 Ω / square and 500 Ω / square.
Verfahren (800) gemäß einem der Ansprüche 7 bis 8, bei dem im Schritt (804) des Dotierens das Dotiermaterial in einem ersten Durchgang im Bereich der Bahnen (106) und der Zwischenräume (1 10) eingebracht wird, um die Konzentration des Dotiermaterials der Zwischenräume (1 10) zu erreichen und in einem zweiten Durchgang das Dotiermaterial im Bereich der Bahnen (106) eingebracht wird, um die Konzentration des Method (800) according to one of Claims 7 to 8, in which, in the step (804) of doping, the doping material is introduced in a first pass in the region of the tracks (106) and the gaps (110) to reduce the concentration of the doping material of the To reach spaces (1 10) and in a second pass the doping material in the region of the tracks (106) is introduced to the concentration of
Dotiermaterials im dotierten Bereich (106) zu erreichen. Doping material in the doped region (106) to achieve.
Verfahren (800) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, bei dem im Schritt (804) des Dotierens eine Breite der Bahnen (106) und/oder eine Breite der Zwischenräume (1 10) unter Verwendung einer A method (800) according to any one of the preceding claims, wherein in step (804) of doping, a width of the tracks (106) and / or a width of the spaces (110) are determined using a
Verarbeitungsvorschrift festgelegt wird. Processing rule is set.
10. Verfahren (800) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, bei dem im Schritt (804) des Dotierens ein lonenimplantationsprozess verwendet wird. A method (800) according to any one of the preceding claims, wherein an ion implantation process is used in step (804) of doping.
1 1 . Verfahren (800) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, bei dem der dotierte Bereich (106) und die Zwischenräume (1 10) mit Phosphor ausgebildet werden und auf der Rückseite der Fotovoltaikzelle (100) mit n- Typ Basis und Bor-dotiertem Emitter eingesetzt werden. 1 1. Method (800) according to one of the preceding claims, in which the doped region (106) and the interstices (110) are formed with phosphorus and are used on the back side of the n-type base photovoltaic cell (100) and boron-doped emitter ,
12. Fotovoltaikzelle (100) mit einem Wafer (102), der zumindest auf einer Seite eine Kontaktstruktur (104) aufweist, die aus dotierten Bahnen (106) und einem aufgebrachten Leitermaterial (108) besteht, wobei die Bahnen (106) das Leitermaterial (108) beidseitig überragen und die Bahnen (106) durch Zwischenräume (1 10) getrennt sind. 12. A photovoltaic cell (100) with a wafer (102) having at least on one side a contact structure (104) consisting of doped tracks (106) and an applied conductor material (108), wherein the tracks (106) the conductor material ( 108) protrude on both sides and the webs (106) by gaps (1 10) are separated.
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