WO1998047184A9 - Verfahren zur herstellung einer anordnung und anordnung von in serie bzw. reihe geschalteten einzel-solarzellen - Google Patents

Verfahren zur herstellung einer anordnung und anordnung von in serie bzw. reihe geschalteten einzel-solarzellen

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Definitions

  • the invention relates to a method for producing an arrangement of m series or series connected individual solar cells and in particular of so-called Dunn Mrssolarzellen with one-sided Kon- tation.
  • Series-connected thin-film solar cells have semiconductor layers on an insulating base, which is also referred to as a carrier or substrate.
  • Characteristic of Dunn Mrssolarzellen is a layered arrangement of various materials that serve as contacts or as photoactive semiconductor regions.
  • Fig. 1 shows in cross section a simple known arrangement for a thin film solar cell on a substrate 1, wherein the dimensions are not to scale.
  • the substrate 1 may be, for example, a glass sheet in this example for a known solar cell.
  • the layer arrangement of the actual solar cell begins with a contact layer 2, which may be in particular a metal contact. 21 denotes a terminal.
  • a contact layer 2 On the contact layer 2, two semiconductor layers 3 and 4 are arranged, of which the layer 3 is n-doped and the layer 4 is p-doped. Layers 3 and 4 form the active p-n junction (emitter / base junction); on this arrangement, another contact 5 (front side contact) is provided.
  • the upper contact 5 front side contact
  • this contact can be embodied in a so-called grid structure.
  • it may also be formed as a closed layer if a conductive transparent oxide is used as the contact material.
  • Thin-film structures of the type described above are preferably applied over a large area, ie up to approximately Im 2 , by sequential deposition of the various layers. Because of the low of one Solar cell supplied voltage of 0.5V to 1.2V are usually prepared by means of a special structuring of the layers many single cells on the surface, which are connected by means of a series circuit so that a higher total voltage results.
  • Fig. 2 shows the cross section of such an arrangement in which three individual cells are connected in series, wherein the same reference numerals are used for the same parts as in Fig. 1, so that is dispensed with a new idea.
  • the structure shown in Fig. 2 is known from DE-C-37 27 825, to the rest to explain all details not described here in detail reference is made.
  • the illustrated structure is made by separating each monolayer into strips after its deposition to avoid shorting between adjacent cells.
  • the overhead contact 5 connects the n-type region 4 of one solar cell to the p-type region 3 of the next cell and thus ensures the series connection of the cells.
  • the active silicon layer 3 is separated from the substrate 1 by an insulating SiO 2 layer 6, which in this case is a silicon wafer.
  • an n-type doping 4 is locally diffused. It thus arises on a part of the surface of the emitter 4 of the solar cell.
  • Both contacts 2 and 5 can now be mounted on the surface, for example again in a grid structure to allow the entry of light.
  • the two grid structures 2 ⁇ and 5 y required on the n- and p-layers are interdigitated to achieve short current paths, as shown in FIG. 4.
  • the solar cell described in the cited publication has exceptionally good properties; In particular, it has an efficiency of 19%.
  • the reason for this lies in the very good quality of the silicon layer, which is produced by thickening a monocrystalline so-called SIMOX layer by epitaxy.
  • the invention has for its object to provide a method for producing an array of connected in series or series single solar cells on a common substrate and a corresponding arrangement in which without using an expensive monocrystalline silicon substrate, a thin film solar cell with one-sided contacting and high Efficiency is obtained.
  • the invention presented here describes arrangements and methods for the production of solar cell arrangements, which consists of a plurality of series-connected single cells, which are contacted exclusively on one side.
  • the emitter structure whose polarity for forming a pn junction is opposite to the polarity of the contiguous active cell layer, can be produced in particular by selective n + diffusion into a p-doped base region.
  • contacts with alternating polarity can be arranged on the substrate.
  • the individual cells are preferably electrically separated by high-energy laser beams, mechanical sawing, sandblasting, wet-chemical etching or ion bombardment in the plasma in that separation trenches are generated between and around the individual cells.
  • the insulating substrate on which the device is applied is applied as an intermediate layer on a conductive substrate.
  • FIG. 6 shows a modification of the embodiment shown in FIG. 5,
  • Fig. 7 shows an embodiment in which further components are introduced into the base body
  • Fig. 8 shows an embodiment with a meandering arrangement of the contacts.
  • FIG. 5 a shows that a semiconductor layer on an insulating substrate or an insulating substrate 11 is assumed in the production of the structure according to the invention.
  • the substrate 11 may be, for example, a ceramic disk, a quartz or glass disk or the like.
  • an active cell layer 12 is applied, which consists for example of p-doped silicon and serves as a base.
  • Emitter structures 13 and thus pn junctions in the form of a pattern are subsequently produced by spatially limited diffusion, which can be described as a sequence of a larger number of individual cells (see FIG. 5b).
  • the pattern may consist of a plurality of comb-shaped structures.
  • Corresponding contacts 14 (basic grid) and 15 (emitter grid) are then applied to the thus generated p-n junctions or the emitter and base regions as a comb-shaped mesh or grid (FIG. 5c).
  • These contacts are generally arranged so that the positive contact of one cell faces the negative contact of the other cell. It is also possible to arrange several rows of opposite polarity next to one another for reasons to be explained later.
  • the electrical separation of the individual cells from one another takes place according to the invention - subsequently or optionally also before - which can take place in different ways.
  • separation trenches 16 which extend to the insulating substrate 11 are produced.
  • step 5c in the embodiment shown can also be carried out before step b or c.
  • the solar cells are suitably electrically connected to one another in such a way that a series connection results (FIG. 5e).
  • contacts 17 are provided, which can be bonded, for example.
  • an insulating substrate 11 is provided.
  • Fig. 6 shows an alternative embodiment in which the "base substrate” 11 ⁇ is conductive, on the conductive substrate 11 ⁇ is an insulating intermediate layer 11 "is applied, which electrically isolates the base substrate against the active cell area. This is shown in FIG.
  • FIG. 7 shows in an equivalent circuit diagram a further exemplary embodiment in which further semiconductor components are applied on the same surface, which can be connected directly to the solar cells, such as the protective diodes 18 necessary for the safe operation of solar modules.
  • the protective diodes 18 can be operated in the same way the way in which the solar cells are manufactured and then connected in reverse polarity. allel to one or more solar cells are interconnected. When shadowing individual solar cells they are bridged by the protection diode and not operated in the reverse direction.
  • a silicon layer is used as a semiconductor layer. This layer is present as a 5-50 ⁇ m thick layer on an insulating substrate.
  • the surface of the silicon layer is textured by means of inverted or random pyramids. This achieves a better antireflection behavior and an extension of the light path by refraction.
  • a partially opened masking oxide thinness about 200 n
  • the local emitter of the individual cells is then produced by means of a phosphorus diffusion.
  • the structure of the emitter corresponds to a comb-shaped surface with a finger width between 500 and 2000 microns. Between these fingers are about 20 - 100 ⁇ m undiffused areas, which are intended for basic contact.
  • boron p + diffusion can be performed in this p-doped region to minimize contact resistance and improve recombination properties.
  • an approximately 105 nm thick passivation grown and antireflex oxide is then opened in the area of the contact fingers and the p- and n-contact structure consisting of a layer sequence of titanium, palladium and silver is vapor-deposited and then galvanically reinforced to a thickness of 10-20 ⁇ m.
  • the shape of the p- and n-contact structure corresponds to two intermeshing combs with a finger distance of 500 - 2000 microns.
  • the individual solar cells in a number of typically 5 to 10 pieces are approximately 0.5 to 10 cm 2 in size and arranged at a distance of 50 to 500 ⁇ m in a line.
  • the bus buses at each end of the contact fingers face each other in alternating polarity at the cell edges.
  • separation trenches are generated between and around the individual cells.
  • the separation trenches can be filled with an insulating material to ensure the electrical passivation of the trenches.
  • a p- with an n-contact bus is connected across the isolation trenches, so that a series connection is produced.
  • the outermost contact buses serve as connection points of the entire structure.
  • an electrically conductive substrate must before the deposition of the Si layer, an insulating intermediate layer, for example, a about 0.5 - 2 microns thick Si0 2 - Layer are applied. This has the additional advantages of serving as a diffusion barrier for impurities from the substrate as well as a back reflector to improve the optical properties in the boring wavelength range.
  • the active cell layer may consist of a layer sequence of differently doped silicon.
  • a more highly doped n-type or p-type layer (“floating emitter or back surface field"), which has a thickness of about 1-5 ⁇ m, can be applied to the insulating substrate to reduce interfacial recombination.
  • two or more adjacent rows of opposite polarity may also be connected together in a meandering manner, e.g. also square arrays can be realized (see Fig. 8).

Abstract

Beschrieben wird ein Verfahren zur Herstellung einer Solarzellenanordnung, die aus einer Mehrzahl von in Serie geschalteten Einzelzellen besteht, die ausschließlich auf einer Seite kontaktiert sind, mit folgenden Schritten: auf einem isolierenden Träger wird eine zunächst zusammenhängende Halbleiterschicht hergestellt; in der Halbleiterschicht wird eine Mehrzahl von Einzelzellen hergestellt, von denen jede einen selektiven Emitter aufweist, und auf jeweils einer Seite kontaktiert ist; vor oder nach der Herstellung der Einzelzellen werden diese elektrisch getrennt; die einzelnen Zellen werden in einer Serienschaltung verbunden.

Description

VERFAHREN ZUR HERSTELLUNG EINER ANORDNUNG UND ANORDNUNG VON IN SERIE BZW. REIHE GESCHALTETEN EINZEL-SOLARZELLEN
BESCHRE IBUNG
Technisches Gebiet
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung einer Anordnung von m Serie bzw. Reihe geschalteten Einzel-Solarzellen und insbesondere von sogenannten Dunnschichtsolarzellen mit einseitiger Kon- ta tierung.
Stand der Technik
Serienverschaltete Dunnschichtsolarzellen weisen Halb- leiterschichten auf einer isolierenden Unterlage auf, die auch als Trager oder Substrat bezeichnet wird. Charakteristisch für Dunnschichtsolarzellen ist dabei eine schichtweise Anordnung verschiedener Materialien, die als Kontakte oder als photoaktive Halbleiterbereiche dienen.
Zur Herstellung dieser schichtweise angeordneten Kontakte bzw. photoaktiver Halbleiterbereiche sind die verschiedensten Verfahren bekannt.
Im folgenden soll der Stand der Technik unter Bezugnahme auf die Figuren 1 bis 4 beschrieben werden, auf die im übrigen zur Erläuterung aller hier nicht näher beschriebenen Einzelheiten ausdrücklich verwiesen wird.
Fig. 1 zeigt im Querschnitt eine einfache bekannte Anordnung für eine Dünnschichtsolarzelle auf einem Substrat 1, wobei die Dimensionen nicht maßstabsgerecht sind. Das Substrat 1 kann bei diesem Beispiel für eine bekannte Solarzelle beispielsweise eine Glasscheibe sein. Die Schichtanordnung der eigentlichen Solarzelle beginnt mit einer Kontaktschicht 2, die insbesondere eine Metallkontakt sein kann. 21 bezeichnet einen Anschluß. Auf der Kontaktschicht 2 sind zwei Halbleiterschichten 3 und 4 angeordnet, von denen die Schicht 3 n-dotiert und die Schicht 4 p-dotiert ist. Die Schichten 3 und 4 bilden den aktiven p-n-Übergang (Emitter/Basis-Übergang) ; auf dieser Anordnung ist ein weiterer Kontakt 5 (Vorderseitenkontakt) vorgesehen.
Einer der Kontakte muß den Eintritt von Licht in den Halbleiterkörper ermöglichen. In dem gezeigten Fall ist dies der obere Kontakt 5 (Vorderseitenkontakt) , der in Streifenform ausgebildet ist; insbesondere kann dieser Kontakt in einer sogenannten Grid-Struktur ausgeführt sein. Alternativ kann er aber auch als geschlossene Schicht ausgebildet sein, wenn als Kontaktmaterial ein leitfähiges durchsichtiges Oxid benutzt wird.
Dünnschichtstrukturen der vorstehend erläuterten Art werden vorzugsweise großflächig, d.h. bis zu etwa Im2 aufgebracht durch aufeinanderfolgendes Abscheiden der verschiedenen Schichten. Wegen der geringen von einer Solarzelle gelieferten Spannung von 0,5V bis 1,2V werden in der Regel mittels einer speziellen Strukturierung der Schichten viele Einzelzellen auf der Fläche hergestellt, die mittels einer Serienschaltung so verbunden werden, daß eine höhere Gesamtspannung resultiert.
Fig. 2 zeigt den Querschnitt einer solchen Anordnung, bei der drei Einzelzellen in Serie geschaltet sind, wobei für gleiche Teile wie in Fig. 1 die selben Bezugszeichen verwendet werden, so daß auf eine erneute Vorstellung verzichtet wird. Die in Fig. 2 dargestellte Struktur ist aus der DE-C-37 27 825 bekannt, auf die im übrigen zur Erläuterung aller hier nicht näher beschriebenen Einzelheiten ausdrücklich Bezug genommen wird.
Die dargestellte Struktur wird dadurch hergestellt, daß jede Einzelschicht nach ihrer Abscheidung in Streifen getrennt wird, um einen Kurzschluß zwischen benachbarten Zellen zu vermeiden. Der oben liegende Kontakt 5 verbindet das n-Gebiet 4 der einen Solarzelle mit dem p-Gebiet 3 der nächsten Zelle und sorgt so für die Serienschaltung der Zellen.
In dem Artikel von C. Hebung, S. W. Glunz, C. Schet- ter, J. Knobloch, A. Räuber „Silicon Thin-Film Solar Cells on insulating intermediate Layers", PVSEC-9 Miyazki (1996), p.237 ist eine Struktur beschrieben worden, die es gestattet, beide Kontakte einer Dünnschichtsolarzelle auf einer Oberfläche anzuordnen. Dies wird dadurch erreicht, daß die n-dotierte Halbleiterschicht ("Emitter") nicht ganzflächig erzeugt wird, sondern nur in örtlich begrenzten Bereichen.
In dieser Veröffentlichung wird die in Fig. 3 dargestellte Anordnung beschrieben:
Die aktive Siliciumschicht 3 wird durch eine isolierende Si02-Schicht 6 vom Substrat 1 getrennt, das in diesem Fall eine Siliciumscheibe ist. In die ursprünglich ganzflächig p-leitende Siliciumschicht 3 wird örtlich begrenzt eine n-Dotierung 4 eindiffundiert. Es entsteht damit auf einem Teil der Oberfläche der Emitter 4 der Solarzelle. Beide Kontakte 2 bzw. 5 können nun auf der Oberfläche angebracht werden, zum Beispiel wieder in einer Gridstruktur, um den Eintritt von Licht zu ermöglichen. Die beiden auf der n- und p-Schicht notwendigen Gridstrukturen 2λ bzw. 5y werden zur Erreichung kurzer Stromwege ineineinder verschachtelt ( "interdigitated grid") , wie dies Fig. 4 zeigt.
Die in der genannten Veröffentlichung beschriebene Solarzelle hat außergewöhnlich gute Eigenschaften; insbesondere hat sie eine Wirkungsgrad von 19%. Der Grund hierfür liegt in der sehr guten Qualität der Siliciumschicht, die durch Verdicken einer einkristallinen sogenannten SIMOX-Schicht durch Epitaxie hergestellt wird.
Dieses Verfahren zur Herstellung einer monokristallinen Silicium-Schicht auf einem vergrabenen Dielektrikum wird in der DE-C-42 10 859 beschrieben, auf deren Inhalt ausdrücklich Bezug genommen wird.
Darstellung der Erfindung
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung einer Anordnung von in Serie bzw. Reihe geschalteten Einzel-Solarzellen auf einem gemeinsamen Substrat sowie eine entsprechende Anordnung anzugeben, bei dem ohne Verwendung eines teuren einkristallinen Silicium-Substrats eine Dünnschichtsolarzelle mit einseitiger Kontaktierung und hohem Wirkungsgrad erhalten wird.
Eine erfindungsgemäße Lösung dieser Aufgabe ist im Patentanspruch 1 angegeben. Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Ansprüche 2 folgende.
Die hier vorgestellte Erfindung beschreibt Anordnungen und Verfahren zur Herstellung von Solarzellenanordnungen, die aus einer Mehrzahl von in Serie geschalteten Einzelzellen besteht, die ausschließlich auf einer Seite kontaktiert sind.
Bei dem er indungsgemäßen Verfahren sind die folgenden
Schrittte vorgesehen: auf einem isolierenden Träger wird eine zunächst zusammenhängende Halbleiterschicht hergestellt, in der Halbleiterschicht wird eine Mehrzahl von Einzelzellen hergestellt, von denen jede einen selektiven Emitter aufweist, und auf jeweils einer Seite kontaktiert ist, vor oder nach der Herstellung der Einzelzellen werden diese elektrisch getrennt, die einzelnen Zellen werden in einer Serienschaltung verbunden.
Die Emitterstruktur, deren Polarität zur Bildung eines pn-Überganges der Polarität der zusammenhängenden aktiven Zellschicht entgegengesetzt ist, kann dabei insbesondere durch selektive n+-Diffusion in ein p-dotiertes Grundgebiet hergestellt werden.
Weiterhin können Kontakte mit wechselnder Polarität auf dem Substrat angeordnet sein.
Bevorzugt werden die Einzelzellen durch hochenergetische Laserstrahlen, mechanisches Sägen, Sandstrahlen, naßchemisches Ätzen oder Ionensbeschuß im Plasma elektrisch dadurch getrennt, daß Trenngräben zwischen und um die einzelnen Zellen erzeugt werden.
Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel ist das isolierende Substrat, auf dem die Anordnung aufgebracht ist, als Zwischenschicht auf einem leitfähigen Substrat aufgebracht .
Kurze Beschreibung der Zeichnung
Die Erfindung wird nachstehend anhand von Ausführungs- beispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnung exemplarisch beschrieben, in der zeigen: Fig. 1 bis 4 Darstellungen zur Erläuterung des Standes der Technik (bereits erläutert) ,
Fig. 5a bis 5e schematisch das erfindungsgemäße Verfahren,
Fig. 6 eine Modifikation des in Fig. 5 dargestellten Ausführungsbeispiels,
Fig. 7 ein Ausführungsbeispiel, bei dem weitere Bauelemente in den Grundkörper eingebracht sind, und
Fig. 8 ein Ausführungsbeispiel mit mäanderförmiger Anordnung der Kontakte.
Darstellung von Ausführungsbeispielen
Im folgenden wird zunächst anhand der schematischen Fig. 5a bis 5e das erfindungsgemäße Verfahren erläutert.
Fig. 5a zeigt, daß bei der Herstellung der erfindungsgemäßen Struktur von einer Halbleiterschicht auf einer isolierenden Unterlage bzw. einem isolierenden Substrat 11 ausgegangen wird. Das Substrat 11 kann beispielsweise eine Keramikscheibe, eine Quarz- oder Glasscheibe oder dgl. sein. Auf dem isolierenden Substrat 11 wird eine aktive Zellschicht 12 aufgebracht, die beispielsweise aus p-dotiertem Silicium besteht und als Basis dient. Anschließend werden durch örtlich begrenzte Diffusion Emitterstrukturen 13 und damit p-n-Übergänge in Form eines Musters erzeugt, das als Aneinanderreihung einer größeren Zahl von Einzelzellen beschrieben werden kann (s. Fig. 5b). Beispielsweise kann das Muster aus einer Mehrzahl von kammförmigen Strukturen bestehen.
Auf die so erzeugten p-n-Übergange bzw. die Emitter- und Basis-Gebiete werden dann entsprechende Kontakte 14 (Basisgrid) bzw. 15 (Emittergrid) als kammförmiges ineinandergreifende Netz bzw. Grid aufgebracht (Fig. 5c) .
Diese Kontakte werden im allgemeinen so angeordnet, daß dem positiven Kontakt einer Zelle der negative Kontakt der anderen Zelle gegenüber steht. Es können auch mehrere Reihen entgegengesetzter Polarität aus später noch zu erläuternden Gründen nebeneinander angeordnet werden.
Wie Fig. 5d zeigt, erfolgt erfindungsgemäß - anschließend oder gegebenenfalls auch vorher - die elektrische Trennung der Einzelzellen voneinander, die auf verschiedene Weise erfolgen kann. Bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel werden Trenngräben 16 erzeugt, die bis zum isolierenden Substrat 11 reichen.
Der bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel nach Schritt 5c gezeigte Verfahrensschritt (Trennschritt) kann auch vor Schritt b oder c ausgeführt werden. Anschließlich werden die Solarzellen auf geeignete Weise so miteinander elektrisch verbunden, daß sich eine Serienschaltung ergibt (Fig. 5e) . Bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel sind Kontakte 17 vorgesehen, die beispielsweise gebondet werden können.
Durch die Anzahl der miteinander verschalteten Solarzellen lassen sich Anordnungen mit unterschiedlichster Arbeitsspannung realisieren, d.h. allen Vielfachen der Spannung der Einzelzellen. Die Tatsache, daß sich alle Kontakte auf der Oberfläche befinden, erleichtert die Realisierung einer möglichen Vielfalt von Anordnungen.
Bei dem in Fig. 5 dargestellten Ausführungsbeispiel ist ein isolierendes Substrat 11 vorgesehen.
Fig. 6 zeigt ein alternatives Ausführungsbeispiel, bei dem das „Grundsubstrat" 11 λ leitend ist; auf dem leitenden Substrat 11 Λ ist eine isolierende Zwischenschicht 11" aufgebracht, die das Grundsubstrat gegenüber dem aktivem Zellbereich elektrisch isoliert. Dies ist in Fig. 6 dargestellt.
Fig. 7 zeigt in einem Ersatzschaltbild ein weiteres Ausführungsbeispiel, bei dem auf der selben Fläche weitere Halbleiterbauelemente aufgebracht sind, die mit den Solarzellen direkt verschaltbar sind, etwa die für den sicheren Betrieb von Solarmodulen notwendigen Schutzdioden 18. Die Schutzdioden 18 können auf die gleiche Art und Weise wie die Solarzellen hergestellt werden und anschließend mit umgekehrter Polarität par- allel zu einer oder mehreren Solarzellen verschaltet werden. Bei Abschattung einzelner Solarzellen werden diese durch die Schutzdiode überbrückt und nicht in Rückwärtsrichtung betrieben.
Die mögliche Realisierung der erfindungsgemäßen Vorgehensweise wird in der Folge an konkreten Beispielen erläutert :
Beispiel 1 :
Als Halbleiterschicht wird eine Siliciumschicht eingesetzt. Diese liegt als 5 - 50 μm dicke Schicht auf einem isolierenden Substrat vor. Im ersten Prozeßschritt wird die Oberfläche der Siliciumschicht mit Hilfe von invertierten oder statistischen Pyramiden texturiert. Dadurch wird ein besseres Antireflexverhalten und eine Verlängerung des Lichtwegs durch Brechung erreicht. Durch ein teilweise geöffnetes Maskierungsoxid (Dicke ca. 200 n ) wird dann mittels einer Phosphordiffusion der lokale Emitter der einzelnen Zellen erzeugt. Die Struktur des Emitters entspricht dabei einer kammförmi- gen Fläche mit einer Fingerbreite zwischen 500 und 2000 μm. Zwischen diesen Fingern befinden sich ca. 20 - 100 μm undiffundierte Bereiche, die für die Basiskontaktie- rung vorgesehen sind. Zur Erzielung höchster Wirkungsgrade kann in diesem p-dotierten Bereich zur Minimierung des Kontaktwiderstands und zur Verbesserung der Rekombinationseigenschaften eine Bor-p+-Diffusion durchgeführt werden. Anschließend wird mittels einer thermischen Oxidation ein ca. 105 nm dickes Passivie- rungs- und Antireflexoxid aufgewachsen. Dieses Oxid wird danach im Bereich der Kontaktfinger geöffnet und die p- und n-Kontaktstruktur bestehend aus einer Schichtfolge von Titan, Palladium und Silber aufgedampft und anschließend auf eine Dicke von 10 - 20 μm galvanisch verstärkt. Die Form der p- und n- Kontaktstruktur entspricht dabei zweier ineinandergreifender Kämme mit einem Fingerabstand von 500 - 2000 μm. Die einzelnen Solarzellen in einer Anzahl von typischerweise 5 - 10 Stück sind ca. 0,5 bis 10 cm2 groß und mit einem Abstand von 50 - 500 μm in einer Linie angeordnet. Die Sammelbusse am jeweiligen Ende der Kontaktfinger stehen sich in wechselnder Polarität an den Zellrändern gegenüber. Anschließend werden mittels eines geeigneten Trennverfahrens, bei dem beispielsweise hochenergetische Laserstrahlen, mechanisches Sägen, Sandstrahlen, naßchemisches Ätzen oder lonenbeschuß im Plasma zum Einsatz kommt, Trenngräben zwischen und um die einzelnen Zellen erzeugt. Die Trenngräben können mit einem isolierenden Material aufgefüllt werden, um die elektrische Passivierung der Gräben zu gewährleisten. Als letzter Schritt wird z.B. mittels Bondtechnik jeweils ein p- mit einem n- Kontaktbus über die Trenngräben hinweg verbunden, so daß eine Serienschaltung entsteht. Die äußersten Kontaktbusse dienen als Anschlußpunkte der gesamten Struktur.
Beispiel 2:
Im Falle eines elektrisch leitenden Substrates muß vor der Abscheidung der Si-Schicht eine isolierende Zwischenschicht, z.B. eine ca. 0,5 - 2 μm dicke Si02- Schicht aufgebracht werden. Diese hat die zusätzlichen Vorteile, als Diffusionsbarriere für Verunreinigungen aus dem Substrat sowie als Rückseitenreflektor zur Verbesserung der optischen Eigenschaften im langweiligen Wellenlängenbereichs zu dienen.
Beispiel 3:
Die aktive Zellschicht kann aus einer Schichtenfolge von unterschiedlich dotiertem Silicium bestehen. Beispielsweise kann auf das isolierende Substrat eine höherdotierte, ca. 1 - 5 μm dicke n- oder p- Schicht ("Floating Emitter oder Back Surface Field") zur Verringerung der Grenzflächenrekombination aufgebracht werden.
Beispiel 4:
Will man aus Gründen der Kompaktheit des fertigen Moduls von einer einzelnen Reihe von Solarzellen absehen, so können auch zwei oder mehrere nebeneinanderliegende Reihen entgegengesetzter Polarität mäanderartig miteinander verbunden werden und so z.B. auch quadratische Arrays realisiert werden (s. Fig. 8).

Claims

PATENTANSPRÜCHE
Verfahren zur Herstellung einer Solarzellenanordnung, die aus einer Mehrzahl von in Serie geschalteten Einzelzellen besteht, die ausschließlich auf einer Seite kontaktiert sind, mit folgenden Schritten: auf einem isolierenden Träger wird eine zunächst zusammenhängende Halbleiterschicht hergestellt, die als Basis dient, in der Halbleiterschicht wird eine Mehrzahl von Einzelzellen hergestellt, von denen jede einen selektiven Emitter aufweist, und auf jeweils einer Seite kontaktiert ist, vor oder nach der Herstellung der Einzelzellen werden diese elektrisch getrennt, die einzelnen Zellen werden in der gewünschten Schaltung und insbesondere einer Serienschaltung verbunden.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Emitter durch selektive n+-Diffusion in ein p-Gebiet hergestellt werden.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Einzelzellen durch hochenergetische Laserstrahlen, mechanisches Sägen, Sandstrahlen, naßchemisches Ätzen oder Ionensbe- schuß im Plasma dadurch elektrisch getrennt werden, daß Trenngräben zwischen und um die einzelnen Zellen erzeugt werden.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberfläche der zunächst zusammenhängenden Halbleiterschicht textu- riert wird.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß auf die Oberfläche ein Passivierungs- und Antireflexoxid aufgebracht wird, das lediglich im Bereich der Kontaktierung der Einzelzellen geöffnet wird.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Gräben mit einem isolierendem Material aufgefüllt werden.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontakte, die die einzelnen Zellen verschalten, mittels einer Bondtechnik miteinander verbunden werden.
8. Anordnung, insbesondere hergestellt mit einem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die einzelnen Solarzellen auf einem isolierenden Träger als Einzelzellen angeordnet sind die aus einer zunächst zusammenhängenden Halbleiterschicht hergestellt sind, und daß jeweils ein p-Gebiet mit einem n-Gebiet (oder umgekehrt) einer benachbarten Zelle über die trennenden Bereiche hinweg verbunden ist.
9. Anordnung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die einzelnen Kontakte bzw. Gebiete kämm- oder mäanderförmig ineinander verschachtelt sind.
10. Anordnung nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß Kontakte bzw. Gebiete mit wechselnder Polarität auf dem Substrat angeordnet sind.
11. Anordnung nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß weitere Elemente, wie Schutzdioden in die Anordnung integriert sind.
12. Anordnung nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der isolierende Träger, auf dem die Anordnung aufgebracht ist, als Zwischenschicht auf einem leitfähigen Substrat aufgebracht ist.
PCT/EP1998/002158 1997-04-13 1998-04-14 Verfahren zur herstellung einer anordnung und anordnung von in serie bzw. reihe geschalteten einzel-solarzellen WO1998047184A1 (de)

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