WO2010022911A2 - Solarzelle und solarzellenmodul mit einseitiger verschaltung - Google Patents

Solarzelle und solarzellenmodul mit einseitiger verschaltung Download PDF

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WO2010022911A2 PCT/EP2009/006138 EP2009006138W WO2010022911A2 WO 2010022911 A2 WO2010022911 A2 WO 2010022911A2 EP 2009006138 W EP2009006138 W EP 2009006138W WO 2010022911 A2 WO2010022911 A2 WO 2010022911A2
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Daniel Biro
Nicola Minigirulli
Florian Clement
Ralf Preu
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Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V.
Woehl, Robert
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Definitions

  • the invention relates to a solar cell, in particular for interconnection in a solar cell module according to the preamble of claim 1.
  • Solar cells typically consist of a semiconductor structure having a base and an emitter region.
  • light is typically coupled via the front side of the solar cell, so that after absorption of the injected light in the solar cell, a generation of electron-hole pairs takes place.
  • a pn junction forms, at which the generated pairs of charge carriers are separated.
  • a solar cell comprises a metallic emitter and a metallic base contact, which are each connected in an electrically conductive manner to the emitter or to the base. Via these metallic contacts, the charge carriers separated at the pn junction can be dissipated and thus supplied to an external circuit or an adjacent solar cell when the module is connected to a module.
  • Solar cells in which the metallic emitter and base contact are arranged on a contacting side have the advantage that they can be contacted on one side, that is, they can be connected by interconnecting only one side of the solar cell with other solar cells in a module or with a external circuit can be connected.
  • Such unilaterally contactable solar cells typically have comb-like interdigitated metallization structures on the rear side, a first comb-like metallization structure being electrically conductively connected to the emitter region and the second metallization structure intermeshing in the first metallization structure to the base.
  • the positive as well as the negative charge carriers are guided laterally via the comb-like metallization structures, that is to say parallel to the contacting side of the solar cell, to one or more collection points of the metallization structures and tapped there by means of cell connectors or other types of contacting.
  • the present invention has the object to provide a one-side contactable solar cell and a corresponding solar cell module, the optimization potential with respect to the efficiency of the solar cell compared to the previously known solar cell structures should be increased and reduces the probability of failure of the solar cell and in particular of the solar cell module due to external influences shall be.
  • Embodiments of the solar cell module can be found in claims 20 to 24.
  • the solar cell according to the invention comprises at least one metallic base contact, at least one metallic emitter contact and a
  • the semiconductor structure has at least one base and at least one emitter region.
  • the base and emitter regions are arranged at least partially adjacent to each other, so that at least in the boundary region between the base and emitter regions, a pn junction is formed.
  • Base and emitter regions have opposite dopants. Doping types are the n-type doping and the opposite p-type doping.
  • the base region is n-doped and the emitter region is p-doped.
  • the doping types within the scope of the invention, that is to say a p-doped base and an n-doped emitter.
  • the semiconductor structure may consist of a single silicon wafer, which has a basic doping as base doping and, for example, has an emitter of opposite doping type to the doping type of the base doping in a near-surface partial region.
  • the emitter can be produced for example by means of diffusion of a dopant.
  • the base contact is electrically conductively connected to the base region and the emitter contact is electrically conductively connected to the emitter region.
  • the term “electrically conductively connected” neglects those currents or recombination which occur at or via a pn-junction
  • the emitter and base regions are not electrically conductively connected via the pn junction and accordingly, the emitter contact is not electrically connected to the base contact.
  • the term “base contact” designates a metallic structure which is electrically conductively connected to a base region.
  • emitter contact in the context of this application designates a metallic structure which is electrically conductively connected to an emitter region.
  • An emitter contact has, for electrical connection to the emitter region, a contiguous contact surface between emitter contact and emitter region, and likewise, a base contact for electrical connection to the base region has a contiguous contact surface between base contact and base region.
  • the solar cell according to the invention comprises a plurality of metallic emitter contacts, each of which is electrically conductively connected to at least one emitter region, and likewise a plurality of metallic base contacts, which in turn are each electrically conductively connected to at least one base region.
  • a plurality of emitter contacts are electrically conductively connected to an emitter region.
  • the solar cell has a plurality of emitter regions, wherein each emitter region is electrically conductively connected to one or more emitter contacts. The same applies to the base contacts and the base areas.
  • the emitter contacts are not electrically conductively connected to one another or exclusively via an emitter region, and likewise that the base contacts are not electrically conductively connected to one another or exclusively via a base region.
  • the solar cell according to the invention is designed such that it has several
  • a typical prior art single-contact solar cell includes, as described above, on the back comb-like interlocked metallization structures, which are connected on the one hand to the base and on the other hand to the emitter electrically conductive.
  • an insulating layer is arranged between the metallic contacting structures and the semiconductor surface, which has a plurality of recesses through which the metallic structures are led, for contacting the underlying semiconductor.
  • the solar cell according to the invention differs therefrom in that the emitter contacts have no electrically conductive connection with one another on the side facing away from the emitter region and the base contacts likewise have no electrically conductive connection on the side remote from the base region. In particular, therefore, the emitter contacts are not electrically connected to one another by a metallic contact structure and the same applies to the base contacts.
  • the invention is based on the recognition of the Applicant that it is for optimizing and creating an unaffected to interference
  • Solar cell structure is advantageous to perform the lateral current flow of charge carriers outside the semiconductor structure not in the metallic contact structures of the solar cell, but in the outer contact structures, which are not an integral part of the solar cell, such as the cell connectors in the module interconnection of solar cells.
  • emitter contacts can be optimized exclusively with regard to the contacting properties of the respective semiconductor region, that is to say in particular with regard to the contact resistance and a low level of contact
  • the lateral current flow outside the semiconductor structure in other connecting elements such as the cell connectors in module interconnection, so that they can be optimized separately for the lowest possible losses, such as ohmic series resistance losses for the lateral charge carrier transport.
  • the solar cell according to the invention has the advantages that in external action, which leads to a break in the semiconductor structure, as a rule, the electrically conductive connection of the emitter contacts with the external connection structures such as the cell connectors is maintained, so that even by the Breakage in the semiconductor electrically separated areas of the solar cell can still contribute to electricity generation.
  • a break in the semiconductor structure likewise typically leads to breakage of the comb-like metallic contacting structures on the contacting side of the solar cell, so that the lateral current transport on the one hand by the break in the semiconductor structure and on the other hand by the break in the comb-like metallic connecting structure is interrupted and thus at least parts of the solar cell can no longer contribute to power generation.
  • the contacting side is advantageously the back of the solar cell. This allows a simple module interconnection and the reduction of shading losses on the front of the solar cell by metallic structures.
  • the solar cell therefore has a multiplicity of emitter and / or base contacts according to the inventive design, in particular at least 10, preferably at least 100, furthermore at least 1000 emitter and / or base contacts.
  • the emitters and the base contacts are arranged and designed such that emitter and base contacts are not interlocked, according to the following condition:
  • the solar cell according to the invention is advantageously designed such that the emitter contacts are each arranged and configured such that an imaginary convex surface can be defined around each emitter contact, which contains the emitter contact completely and contains no base contact and also no portion of a base contact and that the base contacts in each case are arranged and formed that about each base contact an imaginary convex surface is definable, which contains the base contact completely and contains no emitter contact and also no portion of an emitter contacts.
  • a surface is convex if, for any two points on the surface, the straight line connection between these two points lies completely within the surface.
  • the aforementioned condition thus defines an advantageous embodiment of the solar cell according to the invention, in which the emitter and base contacts are not interlocked.
  • intermeshing emitter and base contacts there is a risk that breakage of a solar cell will result in a fragment in which one contact of one polarity and with that contact intermeshing are portions of a contact of opposite polarity. Such fragments suffer a loss of efficiency and thus reduce the overall efficiency of all fragments. This is excluded for the condition mentioned.
  • emitter and / or base contacts are designed and arranged such that a sufficient density of the contacts on the contacting side of the solar cell is achieved. As a result, series resistance losses are reduced within the solar cell due to the lateral conduction of charge carriers.
  • the emitter and base contacts are therefore advantageously arranged and designed such that, for each emitter contact, at least this complete emitter contact and at least one complete base contact lies within an imaginary circle with a diameter d. Any emitter contact thus fulfills the condition that it lies completely in an imaginary circle with diameter d 7 around this emitter contact, and additionally at least one further emitter contact lies completely in this imaginary circle. Accordingly, for each base contact that within an imaginary circle with diameter d-, at least this complete base contact and at least one complete emitter contact are.
  • the diameter d is chosen such that a condition according to formula 1 is satisfied:
  • the advantageous embodiments of the solar cell according to the invention according to the condition with respect to formula 1 and according to the following conditions with respect to formulas 2, 3 and 4 are thus such that it is absolutely necessary to be able to define an imaginary circle with the respectively specified properties for the respective indicated contacts or contact groups. Furthermore, it is advantageous to ensure a sufficient density between the contacts of one polarity, ie between the emitter contacts on the one hand and / or the base contacts on the other hand.
  • the emitter contacts are therefore arranged and designed such that, for each emitter contact within an imaginary circle with diameter d 2, at least this complete emitter contact and at least one further complete emitter contact lie.
  • the base contacts are arranged and configured such that, for each base contact within an imaginary circle with diameter d 2, at least this complete base contact and at least one further complete base contact lie.
  • the diameter d 2 is selected such that a condition is met according to formula 2:
  • emitter and base contacts are distributed approximately uniformly over the contacting side of the solar cell according to the invention.
  • the emitter contacts and the base contacts are arranged at the crossing points of an imaginary, rectangular grid, in particular a grid with square cells.
  • Emitter and base contacts are arranged such that emitter and base contacts alternate along each line of the imaginary grating. This leads to the fact that for an emitter contact the four nearest neighbors are each base contacts and vice versa.
  • Typical solar cells have approximately the shape of a flat cuboid and, accordingly, the contacting side has a rectangular shape.
  • the solar cell according to the invention has a rectangular contacting side and the imaginary grating described above is arranged such that the grating lines are at an angle of 45 ° to the edges of the contacting side.
  • Base contacts are arranged on the crossing points of an imaginary grid, which has diamond-shaped grid elements. Likewise, it is within the scope of the invention to arrange the emitter and base contacts on two separate grids, d. H. to provide an imaginary grating for the emitter contacts and an imaginary grating for the base contacts.
  • two adjacent emitter contacts have a spacing of less than 1 cm, in particular less than 5 mm.
  • the base contacts are arranged such that the distance between two adjacent base contacts corresponds to the aforementioned conditions.
  • the spaces between two adjacent contacts amount to a maximum of 1 cm, in particular a maximum of 5 mm.
  • the emitter and the base contacts are formed such that in each case one contact covers a total area smaller than 16 mm 2 , preferably smaller than 5 mm 2 , in particular smaller than 1 mm 2 , furthermore preferably smaller than 0.4 mm 2 .
  • the projection of any contact on the contacting side thus covers an area smaller than the listed limits.
  • the emitter and base contacts are approximately circular or approximately square or approximately star-shaped.
  • the contacting side of the solar cell according to the invention is improved in terms of its recombination properties in that the semiconductor structure has an electrically non-conductive insulating layer on the contacting side.
  • this insulating layer also has passivating properties with respect to the surface recombination of the semiconductor structure.
  • the insulating layer has recesses at the locations of the base and emitter contacts, and the base and emitter contacts are disposed on the insulating layer and passed through the recesses of the insulating layer for electrically contacting the underlying surface of the semiconductor structure.
  • the recesses in the insulation layer are advantageously already present before the solar cells are connected to the insulation layer. It is also within the scope of the invention that the insulating layer is first arranged without recesses on the solar cells and in the
  • Process step in which the contacts are generated including the recesses be generated.
  • This is possible, for example, by using lasers according to the known method of "laser fired contacts” (LFC), as described in DE 100 46 170 A1
  • LFC laser fired contacts
  • the recesses are produced such that the contacts are first applied to the insulating layer and be heated in a subsequent firing step, so that the insulation layer is penetrated by the contacts, thereby forming the recesses and the contact is electrically connected to the semiconductor.
  • the contacts are advantageously by means of vapor deposition, screen printing,
  • the solar cell according to the invention is suitable in particular for the production by means of screen printing methods, since the dimensions, in particular of the base contacts, are suitable for screen printing conditions.
  • the recesses of the insulation layer have an area smaller than 16 mm 2 , preferably smaller than 5 mm 2 , in particular smaller than 1 mm 2 , furthermore preferably smaller than 0.4 mm 2 , so that the contact surface of the metallic base and emitter contacts also the semiconductor surface have a correspondingly dimensioned area.
  • the area of the base and emitter contacts can be made larger without this
  • base and emitter contacts on the insulating layer each have a region with an area smaller than 16 mm 2 , preferably smaller than 5 mm 2 , in particular smaller than 1 mm 2 , furthermore preferably smaller than 0, Cover 4 mm 2 .
  • the contacts preferably cover an approximately circular or approximately square region or approximately a star-shaped region.
  • the solar cell according to the invention with a plurality of base and / or multiple emitter regions, wherein at least one base and an emitter region at least partially adjacent thereto are formed according to the structure according to the invention.
  • the base contacts are electrically conductively connected to one another only via the base region of the semiconductor structure and also the metallic emitter contacts are connected only via the emitter region of the semiconductor structure.
  • the emitter contacts are divided into groups, one group each comprising a number of at least 2 and a maximum of 30, in particular a maximum of 20, preferably a maximum of 10 emitter contacts.
  • the emitter contacts of a group are over one
  • the base contacts are divided into groups, one group each comprising a number of at least 2 and a maximum of 30, in particular a maximum of 20, preferably a maximum of 10 base contacts.
  • the base contacts of a group are electrically connected via a metallization, however, the different groups of base contacts with each other, however, not or electrically connected exclusively via a base region.
  • the groups of the emitter and base contacts are therefore arranged and designed such that for each group of emitter contacts within an imaginary circle with diameter d 3 at least this complete group of emitter contacts and at least one complete
  • Group of base contacts are and that lie for each group of base contacts within an imaginary circle with diameter d 3 at least this complete group of base contacts and at least a full set of emitter contacts, wherein the diameter d 3 is selected such that a condition satisfies the formula 3 is:
  • the term "complete” here and below means that the entire metallic structure of a group lies within the imaginary circle, and not just a subarea or midpoint of the group mentioned groups and a maximum in terms of dimensions of each group.
  • the groups of both polarities i. H. the groups of the emitter contacts with one another and the groups of the base contacts with one another have a sufficiently high density on the contacting side of the solar cell:
  • the groups of emitter contacts are therefore arranged and configured such that, for each group of emitter contacts within an imaginary circle of diameter d 4, at least this complete group of emitter contacts and at least one further complete group of emitter contacts are located.
  • the groups of base contacts are arranged and designed such that, for each base contact within an imaginary circle with diameter d 4, at least this complete group of base contacts and at least one further complete group of base contacts lie.
  • the diameter d 4 is selected from one another such that a condition according to formula 4 is satisfied:
  • k 4 0.112.
  • Base contacts in which case the groups with a reference point predefined for each group, such as the geometric center of a group, lie on the intersection lines of the imaginary gratings.
  • the groups of emitter contacts have identical geometries with each other, d. H.
  • the metallic structures are identical in terms of their extent and geometric dimensions. This is preferably the same for the groups of base contacts with each other and in particular the groups of emitter contacts are preferably the same design as the groups of the base contacts.
  • all emitter and / or all base contacts of the solar cell are designed and / or arranged according to the structure according to the invention described above.
  • the Partial area on the contacting side of the solar cell, in which the emitter and / or base contacts are designed according to the invention at least 70%, preferably at least 80%, in particular at least 95% of the surface of the contacting.
  • the solar cell according to the invention represents a one-sided contactable solar cell.
  • the further structure of the solar cell can be formed according to already known one-side contactable solar cell structures, in particular according to the basic structure of a backside contact cell (described for example in [1]), the basic structure of an emitter wrap-through solar cell
  • the emitter of the solar cell according to the invention is advantageously produced by means of diffusion of a dopant into the semiconductor material.
  • other methods or structures for forming the emitter are within the scope of the invention.
  • the use of aluminum as a doping source for generating a p-type doping is advantageous, in conjunction with i) on the one hand with a vapor-deposited aluminum layer as dopant source and on the other hand ii) with printed aluminum-containing pastes.
  • ii) can lead to a very complex process in which there is a partially melted layer which contains aluminum and silicon and essentially forms a eutectic mixture upon solidification.
  • doping of the semiconductor with aluminum occurs. This process is not exclusively due to diffusion, but may also be a consequence of the solidification of the aluminum / silicon mixture.
  • This formation of the emitter is thus particularly advantageous when forming a solar cell according to the invention starting from an n-doped semiconductor wafer.
  • the solar cell according to the invention enables novel types of wiring in combinations of several solar cells in a solar cell module:
  • the invention therefore further comprises a solar cell module according to claim 19.
  • the solar cell module according to the invention comprises at least one first and one second solar cell, which are each solar cells according to the invention according to at least one of the previously described embodiments.
  • the first solar cell is arranged in the solar cell module next to the second solar cell, wherein, as usual in such modular arrangements, the contacting side is in each case located in the module below.
  • a cell connector is arranged, which is designed such that the emitter contacts of the first solar cell are electrically conductively connected to the base contacts of the second solar cell.
  • the solar cells are thus connected in series. It is also within the scope of the invention to interconnect the solar cells in parallel, i. connect the emitter contacts of the first solar cell with the emitter contacts of the second solar cell electrically conductive and also the base contacts of the first solar cell with the base contacts of the second solar cell.
  • the cell connector is flexible, in particular designed like a foil.
  • the risk that the contact with the cell connector is also interrupted in the event of a fracture of a solar cell is additionally reduced, since the cell connector gives way to the movement of individual fragments of the solar cell due to its flexibility during a fracturing process.
  • a non-flexible cell connector is within the scope of the invention, for example, a cell-type connector designed like a printed circuit board.
  • the solar cell module comprises at least two solar cells arranged next to one another in a row and the cell connector has combing-like metallization structures arranged such that the emitter contacts of a solar cell with the base contacts of the adjacent solar cell via the comb-like metallization structures are arranged in rows with the contacting side on the cell connector are electrically connected.
  • the solar cells are thus connected in series.
  • the comb-like interlocking metallization structures are arranged such that the solar cells are connected in parallel.
  • the cell connector is designed as an electrically insulating film which has metallic connection structures on both sides. In this way, therefore, the electrical interconnection on the two sides of the films can be selected independently of each other, in particular, a crossover of the cable routes is possible.
  • the metallic connection structure of one side of the cell connector is guided to the other side, via recesses of the film and recesses of the metallic connection structure of the opposite side.
  • the cell connector is designed in such a way that the film has a first metallic connection structure on the side facing the solar cell when connected to the module and has a second metallic connection structure on the side facing away from the solar cell and the second metallic connection structure through recesses of the film and the first metallic connection structure on the other side is guided.
  • the second metallic connection structure is guided via solder or conductive adhesive in the recesses described on the other side.
  • the first metallic connection structure is advantageously also pre-loaded with solder or conductive adhesive in order to prepare an electrically conductive connection to the solar cell.
  • the metallic interconnect structures are arranged such that at the solar cell arranged with the contacting side on the film, the base contacts of the solar cells are electrically connected respectively via the recesses with the one metallic interconnect structure and the emitter contacts of the solar cells are electrically connected respectively to the other metallic interconnect structure vice versa.
  • the cell connector has recesses for applying a vacuum when the cell connector is fitted with solar cells.
  • the solar cells are placed with the Kunststofftechniksseite on the corresponding side of the cell connector and on the opposite side of the solar cell cell connector, a vacuum is built on the recesses, so that the solar cell is sucked to the cell connector.
  • a simple handling of the cell connector together with the solar cell during production of the solar cell module is possible.
  • a conductive adhesive for electrical connection of the emitter and base contacts with the metallic structures of the cell connector on the cell connector and / or the metallic contacts of the solar cell can be previously applied and after placement of the cell connector, the application of the vacuum leads to a contact pressure between the cell connector and Mullleitersseite the Solar cell, so that a high-quality connection is achieved by means of conductive adhesive.
  • connection technology such as soldering can be selected in a further advantageous embodiment.
  • the cells and / or the cell connectors are suitably preloaded and then soldered.
  • the cell connector is designed as a field of substantially parallel electrically conductive wires and solar cells are arranged on the wires such that the emitter contacts of a solar cell are electrically connected by means of the wires with the base contacts of the adjacent solar cell.
  • the connection of the wires to the contacts is preferably carried out by means of bonding
  • Conductive adhesive soldering or welding.
  • FIG. 1 shows the contacting side of an embodiment of a solar cell according to the invention
  • FIG. 2 shows a section perpendicular to the plane of the drawing in FIG. 1 on the section line marked A, wherein only a partial region of the sectional image is shown, comprising an emitter contact and a base contact,
  • FIG. 3 three solar cells according to FIG. 1, which are connected to cell connectors,
  • FIG. 4 shows the contacting side of a second exemplary embodiment of a solar cell according to the invention, in which in each case six emitter contacts and in each case six base contacts are combined into groups,
  • FIG. 5 shows a partial section of a contacting side of a third exemplary embodiment of a solar cell according to the invention, in which in each case five emitter contacts and in each case five base contacts are combined into groups,
  • FIG. 6 shows a partial section of the contacting side of a fourth exemplary embodiment of a solar cell according to the invention, in which a grid with diamond-shaped grid elements is predetermined for the base contacts on the one hand and for the emitter contacts on the other hand and the contacts are respectively arranged on the crossing points of the grid lines,
  • FIG. 7 shows the contacting side of a fifth exemplary embodiment of a solar cell according to the invention, in which in each case six emitter contacts and in each case six base contacts are combined into groups,
  • FIG. 8 shows the contacting side according to FIG. 4, wherein several types of electrical contacting of the individual groups of contacts are shown by means of cell connectors,
  • FIG. 9 shows the contacting side according to FIG. 7, with linear cell connectors for electrically contacting the groups of emitter contacts on the one hand and groups of base contacts of base contacts on the other hand are shown
  • FIG. 10 shows an exemplary embodiment of a module interconnection of solar cells according to the invention by means of a wire field
  • FIG. 11 shows an exemplary embodiment of a cell connector for module interconnection, wherein the cell connector is designed as a flexible film and has comb-like, interlocking metal structures on the side facing the solar cells.
  • FIG. 12 shows an exemplary embodiment of a cell connector for module connection with recesses for vacuum suction during module production
  • FIG. 13 shows an embodiment of a cell connector for module interconnection, the cell connector being designed as an insulating film which has metallic structures on both sides,
  • FIG. 14 shows an arrangement example of the cell connector from FIG. 3 in a solar cell module
  • FIG. 15 shows a section perpendicular to the plane of the drawing in FIG. 13a along the line B.
  • the solar cell shown as an exemplary embodiment in FIG. 1 is designed as a rear-side contact cell which has been produced from a cuboid silicon wafer having a square base area. Accordingly, the solar cell has a square contacting side 1.
  • the angle ⁇ between two grid lines is corresponding to 90 °.
  • embodiments with gratings with diamond-shaped elements are within the scope of the invention, in which the angle ⁇ is chosen smaller than 90 °.
  • the embodiment of the solar cell according to the invention has an n-doped base.
  • a plurality of metallic emitter contacts (shown in cross-section) are shown in FIG. 1 on the contacting side 1 Emitter contact is exemplified by reference numeral 5) and metallic base contacts (longitudinally shown, a base contact is exemplified by reference numeral 6) arranged.
  • FIG. 1 is merely a schematic representation.
  • a solar cell according to the invention has an edge length of 10 to 20 cm and the distance between an emitter and base contact is less than 5 mm, so that there is a much higher density of metallic contacts, as shown in Figure 1.
  • the solar cell according to the invention is also advantageous in smaller dimensions, for example, to form the solar cell according to the invention as Konzentrationsolarzelle for use with radiation concentrators.
  • the emitter contacts and base contacts are arranged on the crossing points of an imaginary right-angled grating G, which is shown dotted in FIG. Emitter and base contacts alternate along each line of the imaginary grating.
  • the grid is arranged such that the grid lines are at an angle of 45 ° to the edges of the contacting side.
  • the circle 9 comprises two emitter contacts (shown in cross-striped form).
  • the contacting side shown in Figure 1 thus fulfills the conditions that for each emitter contact of these emitter contacts within a circle with the diameter shown and additionally another emitter contact is within this circle, both emitter contacts completely, ie with respect to the entire Extension of their metallic structure, lying within the circle 9.
  • the identical condition also applies to the base contacts, ie around each base contact in Figure 1, an imaginary circle with the diameter of the circle 9 can be arranged so that this base contact and at least one other base contact are completely in this circle.
  • circle 8 illustrates the condition that for a (cross-striped) emitter contact, at least one base contact (shown in solid stripe) is within a circle having the diameter of circle 8, with emitter and base contacts each completely within that circle.
  • An analogous condition applies to the base contacts.
  • FIG. 2 shows a section perpendicular to the plane of the drawing on the section line A shown in FIG. 1 a, wherein only a partial region comprising an emitter contact and a base contact is shown.
  • the solar cell according to the invention consists of an n-doped silicon wafer and thus has an n-doped base region 2.
  • an emitter region 3 was generated by diffusion, which is p-doped.
  • a further p-doped emitter region 3a was produced over the entire surface by means of diffusion.
  • this emitter region 3a is not connected to the metallic emitter contacts, it only serves to improve the recombination properties of the front side of the solar cell.
  • a so-called "front surface field” is advantageous, i.e. instead of the emitter region 3a, an n-doped region which has a significantly higher doping concentration than the base.
  • the light coupling takes place in the solar cell according to the invention on the front. Likewise, light can penetrate into the solar cell via the back, in particular reflected IR radiation.
  • an electrically non-conductive insulating layer 4 is applied to the silicon wafer, which is designed as a silicon dioxide layer.
  • This insulating layer 4 has recesses which are penetrated by the metallic emitter and base contacts.
  • FIG. 2 shows by way of example two recesses of the insulation layer 4 and correspondingly a metallic emitter contact 5 and a metallic base contact 6.
  • the recess of the insulating layer 4 are approximately circular (perpendicular to the plane in Figure 1 b) and have on the semiconductor surface an area of about 0.1 mm 2 .
  • the metallic contacts 5 and 6 penetrate the recesses of the insulating layer 4 for contacting the emitter 3 on the one hand and the base 2 on the other.
  • the area between the metallic contact and the semiconductor surface is therefore also approximately 0.11 mm 2 per metallic contact.
  • the metallic contacts cover a surface which corresponds at least to the area between metallic contact and semiconductor.
  • the metallic contacts on the side of the insulation layer facing away from the semiconductor cover a larger surface area of the insulation layer.
  • the metallic contacts have an approximately circular shape and cover an area of preferably at least 1 mm 2 , in particular at least 5 mm 2 , further at least 10 mm 2 .
  • Cell connector can be achieved with low line resistance at the same time.
  • FIG. 3 shows a cell connector for forming an exemplary embodiment of a solar cell module according to the invention.
  • the cell connector 7 has four comb-like structures 7a to 7d, which are formed comb-like interlocked.
  • the dashed lines in FIG. 3 indicate the positions at which three solar cells according to FIG. 1 with the contacting side are placed on the cell connector 7.
  • the comb-like metallization 7b an electrically conductive connection with the Base contacts of the solar cell arranged on the left formed
  • the right side of the comb-like metallization 7b has an electrically conductive connection with the emitter contacts of the centrally arranged solar cell, so that the base contacts of the left solar cell are electrically connected to the emitter contacts of the centrally arranged solar cell via the cell connector
  • the comb-like metallization structure 7c and the centrally arranged solar cell with the solar cell arranged on the right are the same applies.
  • the comb-like metallization structures 7a and 7d provide
  • Figure 3 is merely a schematic representation of a cell connector.
  • a larger number of solar cells are arranged in rows, for example, 15 to 20 solar cells in a row, in which each of the base contacts of a solar cell with the emitter contacts of the adjacent solar cell via comb-like metallization (7d, 7c) electrically connected to each other.
  • the cell connector 7 shown in FIG. 3 advantageously has recesses (not shown).
  • conductive adhesive is applied selectively to the emitter and base contacts at first. Subsequently, the solar cells with the
  • FIG. 4 shows an exemplary embodiment of the solar cell according to the invention, in which in each case 6 base contacts are connected to one on the contacting side Group of base contacts 10 are summarized, wherein the individual base contacts are electrically conductively connected to each other via a comb-like metallic structure.
  • each 6 emitter contacts are combined to form a group of emitter contacts 1 1, wherein the individual emitter contacts are electrically conductively connected to one another via a comb-like metallic structure.
  • FIG. 4 analogous to FIG. 1, two imaginary circles 12 and 13 are shown in dashed lines to clarify the conditions with regard to the arrangement and configuration of the groups of contacts by defining a maximum diameter of such circles:
  • the circle 12 represents an example of the fact that within a circle around a group of emitter contacts (shown in cross-striped form) there is at least one group of base contacts (shown in longitudinal stripes), wherein both groups of contacts lie completely within the circle 12.
  • the circuit 13 illustrates the condition that within the circle 13 a group of emitter contacts and at least one further group of emitter contacts are each completely. Likewise, one group of base contacts and at least one further group of base contacts are each completely located in a further circle having this diameter, wherein in the case illustrated both circles are identical for the selected groups.
  • FIG. 5 shows a section of a contacting side, wherein emitter and base contacts are arranged analogously to FIG. 1 and FIG.
  • FIG. 5 shows a section of a contacting side, wherein emitter and base contacts are arranged analogously to FIG. 1 and FIG.
  • FIG. 5 shows a section of a contacting side, wherein emitter and base contacts are arranged analogously to FIG. 1 and FIG.
  • FIG. 5 shows a section of a contacting side, wherein emitter and base contacts are arranged analogously to FIG. 1 and FIG.
  • FIG. 5 shows a section of a contacting side, wherein emitter and base contacts are arranged analogously to FIG. 1 and FIG.
  • FIG. 5 shows a section of a contacting side, wherein emitter and base contacts are arranged analogously to FIG. 1 and FIG.
  • FIG. 5 shows a section of a contacting side, wherein emitter and base contacts are arranged analogously to FIG. 1 and FIG.
  • FIG. 5 shows a section of
  • FIG. 6 shows a further exemplary embodiment of a contacting side with a different arrangement of the emitter and base contacts relative to one another.
  • the imaginary grids G5 and G6 are offset from each other, resulting in a hexagonal distribution of the emitter and base contacts.
  • FIG. 7 shows an exemplary embodiment which has an arrangement of emitter and base contacts according to FIG. However, in each case six emitter contacts are connected by crow-foot-like metallic connecting structures (shown in dashed lines) to form a group, and in each case also six base contacts are connected to form a group via the crow-foot-like connecting structures represented by solid lines.
  • FIG. 8 shows how a contacting side according to FIG. 4 is electrically conductively connected by means of cell connectors.
  • Leitkleberddling (exemplified by reference numeral 14) applied. This is shown in the first line a) in FIG.
  • linear cell connectors 7a and 7b are placed over the comb-like metallization structures of the individual groups and the Leitklebera, so that at the Leitkleberticianen an electrically conductive connection between the comb-like metallization and the cell connectors.
  • the linear cell connector 7b thus contacts the base contacts and the linear cell connector 7a contacts the emitter contacts of the contacting side shown in FIG.
  • FIG. 9 shows that the contacting side shown in FIG. 1 can likewise be connected by means of line-type cell connectors, the line-type cell connectors alternately connecting respectively emitter and base contacts or the metallization structures of the groups of emitter and base contacts in an electrically conductive manner.
  • points with conductive adhesive are applied centrally to the crow-foot-like metallic connecting structures, by means of which the cell connectors are electrically conductively connected to the metallic crow-foot-like connecting structures.
  • Such points are shown in FIG. 9 by way of example by the solid circles.
  • FIG. 10 shows an exemplary embodiment of a module interconnection, in which the solar cells (a solar cell is denoted by way of example by way of example) are connected by means of a wire field.
  • the solar cells a solar cell is denoted by way of example by way of example
  • individual line-like wires are arranged such that the base contacts of a solar cell are electrically connected to the emitter contacts of an adjacent solar cell.
  • a wire 20 is marked.
  • the wire field and the contacts of the solar cells are pre-buffed or provided with conductive adhesive and interconnected.
  • the wire field is arranged on a carrier, which preferably consists of the material EVA.
  • FIG. 11 shows an exemplary embodiment of a cell connector which is embodied as a flexible, electrically insulating film 21 and has comb-like, interlocking metal structures 22 on one side and on the side facing the solar cells.
  • the arrangement of a solar cell on the cell connector is exemplified by dashed lines.
  • an electrically nonconductive filling material is arranged on the flexible film between the comb-like metal structures, which prevents the formation of air bubbles between the solar cell and the flexible film 21.
  • FIG. 12 shows a development of the cell connector from FIG. 11, which additionally has recesses 23, so that the solar cells can be sucked to the cell connector by applying a vacuum on the side facing away from the solar cells through the recesses.
  • the cell connector is preloaded at points 24 on the metal structures or provided with conductive adhesive, wherein the points are arranged such that upon application of a solar cell to the cell connector, the pre-soldered points contact the emitter or base contacts.
  • the arrangement of a solar cell is indicated by the dashed line by way of example.
  • FIG. 13 shows an exemplary embodiment of a cell connector which is embodied as an electrically insulating, flexible film 26 which has a first metallization on the side facing the solar cells and a second metallization on the side facing away from the solar cells.
  • the side facing the solar cells is shown in FIG. 13a and the side facing away from the solar cells in FIG. 13b.
  • the flexible film and the first metallization have recesses 25, on which the second metallization is guided through the recesses onto the side facing the solar cells.
  • the position of a dashed line is an example
  • the metallizations and the recesses are arranged such that the first metallization, the base contacts and the second metallization covered by the recesses through the emitter contacts of the solar cell and are each electrically connected.
  • FIG. 13b it can be seen that the cell connector on the side facing away from the solar cells is divided into individual regions which are separated from one another electrically. This allows series connection of the solar cells in the module, as described below with reference to FIG. 14:
  • FIG. 14 shows an arrangement example of the cell connector from FIG. 13 in a solar cell module, wherein FIG. 14 a shows the side facing the solar cells and FIG. 14 b shows the side facing away from the solar cells.
  • FIG. 14 a shows an example of the arrangement of two solar cells.
  • Figure 15 shows a sectional view of the cell connector perpendicular to the plane in Figure 13 along the line B.
  • the electrically insulating, flexible film 26 is on the solar cells facing side (shown above) partially covered with a first metallization 27 and partially covered on the side facing away from the solar cell with a second metallization 28.
  • the second metallization can be guided onto the side facing the solar cells, or an electrically conductive contact with the solar cells can be produced by means of conductive adhesive or solder.
  • recesses 29 of the second metallization and 30 of the first metallization are shown, which effect structuring of the metallizations according to FIGS. 13 and 14.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Solarzelle insbesondere zur Verschaltung in einem Solarzellenmodul, umfassend mindestens einen metallischen Basiskontakt, mindestens einen metallischen Emitterkontakt (5) sowie eine Halbleiterstruktur, welche mindestens einen Basis- und mindestens einen Emitterbereich (3) aufweist, wobei Basis- und Emitterbereich (2,3) zumindest teilweise aneinander angrenzen, zur Ausbildung eines pn-Übergangs, der Basiskontakt (6) elektrisch leitend mit dem Basisbereich (2) und der Emitterkontakt (5) elektrisch leitend mit dem Emitterbereich (3) verbunden ist und sowohl Basis- als auch Emitterkontakt (6,5) an einer Kontaktierungsseite (1 ) der Solarzelle angeordnet sind. Wesentlich ist, dass die Solarzelle mehrere metallische Emitterkontakte, die jeweils elektrisch leitend mit dem Emitterbereich (3) verbunden sind und mehrere metallischen Basiskontakte, die jeweils elektrisch leitend mit dem Basisbereich (2) verbunden sind, aufweist, wobei die Emitterkontakte (5) untereinander auf der dem Emitterbereich (3) abgewandten Seite keine elektrisch leitende Verbindung aufweisen und die Basiskontakten auf der dem Basisbereich (2) abgewandten Seite keine elektrisch leitende Verbindung aufweisen. Die Erfindung betrifft weiterhin ein Solarzellenmodul, welches mindestens zwei erfindungsgemäße Solarzellen umfasst.

Description

Solarzelle und Solarzellenmodul mit einseitiger Verschaltung
Die Erfindung betrifft eine Solarzelle, insbesondere zur Verschaltung in einem Solarzellenmodul gemäß Oberbegriff des Anspruchs 1.
Solarzellen bestehen typischerweise aus einer Halbleiterstruktur, welche einen Basis- und einen Emitterbereich aufweist. In die Halbleiterstruktur wird typischerweise über die Vorderseite der Solarzelle Licht eingekoppelt, so dass nach Absorption des eingekoppelten Lichts in der Solarzelle eine Generation von Elektron-Lochpaaren stattfindet. Zwischen Basis und Emitterbereich bildet sich ein pn-Übergang aus, an dem die generierten Ladungsträgerpaare getrennt werden. Weiterhin umfasst eine Solarzelle einen metallischen Emitter- sowie einen metallischen Basiskontakt, die jeweils elektrisch leitend mit dem Emitter bzw. mit der Basis verbunden sind. Über diese metallischen Kontakte können die am pn-Übergang getrennten Ladungsträger abgeführt und somit einem externen Stromkreis bzw. einer benachbarten Solarzelle bei Modulverschaltung zugeführt werden.
Es sind unterschiedliche Solarzellenstrukturen bekannt, wobei sich die vorliegende Erfindung auf solche Solarzellenstrukturen bezieht, bei denen sowohl der metallische Emitter- als auch der metallische Basiskontakt auf einer Kontaktierungsseite der Solarzelle angeordnet sind, typischerweise die Rückseite der Solarzelle. Dies steht im Gegensatz zu Standardsolarzellen, bei denen typischerweise der metallische Emitterkontakt auf der Vorderseite und der metallische Basiskontakt auf der Rückseite der Solarzelle liegt.
Solarzellen, bei den der metallische Emitter- und Basiskontakt auf einer Kontaktierungsseite angeordnet sind weisen den Vorteil auf, dass sie an einer Seite kontaktierbar sind, das heißt sie können durch Verschalten auf lediglich einer Seite der Solarzelle mit weiteren Solarzellen in einem Modul bzw. mit einem externen Stromkreis verbunden werden. Solche einseitig kontaktierbaren Solarzellen weisen typischerweise an der Rückseite kammartige, ineinander verschränkte Metallisierungsstrukturen auf, wobei eine erste kammartige Metallisierungsstruktur mit dem Emitterbereich und die zweite, in die erste Metallisierungsstruktur kammartig ineinandergreifende Metallisierungsstruktur mit der Basis elektrisch leitend verbunden ist.
Die positiven wie auch die negativen Ladungsträger werden über die kammartigen Metallisierungsstrukturen lateral, das heißt parallel zur Kontaktierungsseite der Solarzelle zu einem oder mehreren Sammelpunkten der Metallisierungsstrukturen geführt und dort mittels Zellverbindern oder anderen Kontaktierungsarten abgegriffen.
Eine solche Solarzellenstruktur ist beispielsweise in [1 ] (siehe „Referenzen") beschrieben.
Hiervon ausgehend liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine einseitig kontaktierbare Solarzelle und ein entsprechendes Solarzellenmodul zu schaffen, wobei das Optimierungspotenzial hinsichtlich des Wirkungsgrades der Solarzelle gegenüber den vorbekannten Solarzellenstrukturen erhöht werden soll und die Ausfallwahrscheinlichkeit der Solarzelle und insbesondere des Solarzellenmoduls aufgrund von äußeren Einflüssen verringert werden soll.
Gelöst ist diese Aufgabe durch eine Solarzelle gemäß Anspruch 1 und ein Solarzellenmodul gemäß Anspruch 19. Vorteilhafte Ausführungsformen der Solarzelle finden sich in den Ansprüchen 2 bis 18; vorteilhafte
Ausführungsformen des Solarzellenmoduls finden sich in den Ansprüchen 20 bis 24.
Die erfindungsgemäße Solarzelle umfasst mindestens einen metallischen Basiskontakt, mindestens einen metallischen Emitterkontakt sowie eine
Halbleiterstruktur. Die Halbleiterstruktur weist mindestens einen Basis- und mindestens einen Emitterbereich auf.
Basis- und Emitterbereich sind zumindest teilweise aneinander angrenzend angeordnet, so dass sich zumindest in der Grenzregion zwischen Basis- und Emitterbereich ein pn-Übergang ausbildet. Basis- und Emitterbereich weisen entgegengesetzte Dotierungen auf. Dotierungstypen sind die n-Dotierung und die hierzu entgegengesetzte p- Dotierung.
Typischerweise ist bei der erfindungsgemäßen Solarzelle der Basisbereich n- dotiert und der Emitterbereich p-dotiert. Ebenso liegt auch eine Umkehrung der Dotierungstypen im Rahmen der Erfindung, das heißt eine p-dotierte Basis und ein n-dotierter Emitter.
Die Halbleiterstruktur kann dabei aus einem einzigen Siliziumwafer bestehen, der eine Grunddotierung als Basisdotierung aufweist und beispielsweise in einem oberflächennahen Teilbereich einen Emitter mit entgegengesetztem Dotierungstyp zum Dotierungstyp der Basisdotierung aufweist.
Der Emitter kann beispielsweise mittels Diffusion eines Dotierstoffes erzeugt werden.
Ebenso liegen auch andere Arten von Halbleiterstrukturen zur Ausbildung einer Solarzelle im Rahmen der Erfindung, beispielsweise Mehrschichtsysteme, bei denen bei der Herstellung auf eine erste Schicht eine zweite Schicht mit unterschiedlicher Dotierung aufgebracht wird, so dass sich an der Schichtgrenze zwischen erster und zweiter Schicht ein pn-Übergang ausbildet oder Heterostrukturen.
Der Basiskontakt ist elektrisch leitend mit dem Basisbereich und der Emitterkontakt elektrisch leitend mit dem Emitterbereich verbunden.
Im Sinne der vorliegenden Anmeldung werden bei der Bezeichnung „elektrisch leitend verbunden" solche Ströme oder Rekombination vernachlässigt, die an oder über einen pn-Übergang auftreten. Im Sinne der vorliegenden Anmeldung sind somit Emitter- und Basisbereich nicht über den pn-Übergang elektrisch leitend verbunden und entsprechend ist auch der Emitterkontakt nicht mit dem Basiskontakt elektrisch leitend verbunden. Die Bezeichnung .Basiskontakt" bezeichnet im Sinne dieser Anmeldung eine metallische Struktur, welche mit einem Basisbereich elektrisch leitend verbunden ist. Entsprechend bezeichnet „Emitterkontakt" im Sinne dieser Anmeldung eine metallische Struktur, welche mit einem Emitterbereich elektrisch leitend verbunden ist. Ein Emitterkontakt weist zur elektrischen Verbindung mit dem Emitterbereich eine zusammenhängende Kontaktfläche zwischen Emitterkontakt und Emitterbereich auf und ebenso weist ein Basiskontakt zur elektrischen Verbindung mit dem Basisbereich eine zusammenhängende Kontaktfläche zwischen Basiskontakt und Basisbereich auf.
Wesentlich ist, dass die erfindungsgemäße Solarzelle mehrere metallische Emitterkontakte, die jeweils elektrisch leitend mit mindestens einem Emitterbereich verbunden sind, umfasst und ebenso mehrere metallische Basiskontakte, die wiederum jeweils elektrisch leitend mit mindestens einem Basisbereich verbunden sind.
Hierbei liegt es im Rahmen der Erfindung, dass mehrere Emitterkontakte elektrisch leitend mit einem Emitterbereich verbunden sind. Ebenso liegt es im Rahmen der Erfindung, dass die Solarzelle mehrere Emitterbereiche aufweist, wobei jeder Emitterbereich jeweils mit einem oder mit mehreren Emitterkontakten elektrisch leitend verbunden ist. Entsprechendes gilt für die Basiskontakte und die Basisbereiche.
Wesentlich ist weiterhin, dass die Emitterkontakte untereinander nicht oder ausschließlich über einen Emitterbereich elektrisch leitend verbunden sind und ebenso die Basiskontakte untereinander nicht oder ausschließlich über einen Basisbereich elektrisch leitend verbunden sind.
Ist die erfindungsgemäße Solarzelle derart ausgeführt, dass sie mehrere
Emitterbereiche aufweist, so bedeutet vorgenannte Bedingung, dass für jedes beliebige Paar von zwei Emitterkontakten gilt, dass die beiden Emitterkontakte nicht oder ausschließlich über einen beliebigen Emitterbereich elektrisch leitend verbunden sind. Entsprechendes gilt für die Basiskontakte, sofern die erfindungsgemäße Solarzelle mehrere Basisbereiche aufweist. Eine typische vorbekannte einseitig kontaktierbare Solarzelle umfasst, wie zuvor beschrieben, auf der Rückseite kammartig ineinander verschränkte Metallisierungsstrukturen, die einerseits mit der Basis und andererseits mit dem Emitter elektrisch leitend verbunden sind. Hierbei ist es bekannt, dass zwischen den metallischen Kontaktierungsstrukturen und der Halbleiteroberfläche eine isolierende Schicht angeordnet ist, welche mehrere Ausnehmungen aufweist, durch welche die metallischen Strukturen hindurchgeführt sind, zur Kontaktierung des darunter liegenden Halbleiters. Bei dieser vorbekannten Solarzelle ist somit eine Vielzahl von Emitterkontaktbereichen auf der Halbleiteroberfläche des Emitterbereiches durch eine metallische Struktur elektrisch leitend verbunden und ebenso eine Vielzahl von Basiskontaktbereichen auf der entsprechenden Halbleiteroberfläche des Basisbereichs über eine weitere metallische Struktur elektrisch leitend verbunden.
Hiervon unterscheidet sich die erfindungsgemäße Solarzelle dadurch, dass die Emitterkontakte untereinander auf der dem Emitterbereich abgewandten Seite keine elektrisch leitende Verbindung aufweisen und die Basiskontakte auf der dem Basisbereich abgewandten Seite ebenfalls keine elektrisch leitende Verbindung aufweisen. Insbesondere sind somit die Emitterkontakte untereinander nicht durch eine metallische Kontaktstruktur elektrisch leitend verbunden und gleiches gilt für die Basiskontakte.
Der Erfindung liegt die Erkenntnis der Anmelderin zugrunde, dass es zur Optimierung und Schaffung einer gegenüber Störeinflüssen unanfälligen
Solarzellenstruktur vorteilhaft ist, den lateralen Stromfluss von Ladungsträgern außerhalb der Halbleiterstruktur nicht in den metallischen Kontaktstrukturen der Solarzelle durchzuführen, sondern in den äußeren Kontaktstrukturen, welche nicht integraler Bestandteil der Solarzelle sind, wie beispielsweise den Zellverbindern bei der Modulverschaltung der Solarzellen.
Hierdurch ergibt sich der Vorteil, dass Emitterkontakte ausschließlich hinsichtlich der Kontaktierungseigenschaften des jeweiligen Halbleiterbereichs optimiert werden können, das heißt insbesondere hinsichtlich des Kontaktwiderstandes und einer geringen
Oberflächenrekombinationsgeschwindigkeit im Bereich der kontaktierten Halbleiteroberfläche und andererseits der laterale Stromfluss außerhalb der Halbleiterstruktur in weiteren Verbindungselementen wie beispielsweise den Zellverbindern bei Modulverschaltung erfolgt, so dass diese separat auf möglichst geringe Verluste, wie beispielsweise ohmsche Serienwiderstandsverluste, für den lateralen Ladungsträgertransport optimiert werden können.
Darüber hinaus weist die erfindungsgemäße Solarzelle den Vorteile auf, dass bei äußerer Einwirkung, welche zu einem Bruch in der Halbleiterstruktur führt, in der Regel die elektrisch leitende Verbindung der Emitterkontakte mit den äußeren Verbindungsstrukturen wie beispielsweise den Zellverbindern erhalten bleibt, so dass selbst die durch den Bruch im Halbleiter elektrisch abgetrennten Bereiche der Solarzelle noch zur Stromerzeugung beitragen können.
Bei den vorbekannten rückseitenkontaktierbaren Solarzellen führt ein Bruch in der Halbleiterstruktur typischerweise ebenfalls zu einem Bruch der kammartig ineinander verschränkten metallischen Kontaktierungsstrukturen auf der Kontaktierungsseite der Solarzelle, so dass der laterale Stromtransport einerseits durch den Bruch in der Halbleiterstruktur und andererseits durch den Bruch in der kammartigen metallischen Verbindungsstruktur unterbrochen ist und somit zumindest Teile der Solarzelle nicht mehr zur Stromerzeugung beitragen können.
Die Kontaktierungsseite ist vorteilhafterweise die Rückseite der Solarzelle. Dies ermöglicht eine einfache Modulverschaltung sowie die Verringerung von Abschattungsverlusten auf der Vorderseite der Solarzelle durch metallische Strukturen.
Vorteilhafterweise weist die Solarzelle daher eine Vielzahl von Emitter- und/oder Basiskontakten gemäß der erfindungsgemäßen Ausbildung auf, insbesondere mindestens 10, vorzugsweise mindestens 100, im Weiteren mindestens 1000 Emitter- und/oder Basiskontakte.
Vorteilhafterweise sind die Emitter und die Basiskontakte derart angeordnet und ausgebildet, dass Emitter- und Basiskontakte nicht ineinander verschränkt sind, gemäß folgender Bedingung: Die erfindungsgemäße Solarzelle ist vorteilhafterweise derart ausgeführt, dass die Emitterkontakte jeweils derart angeordnet und ausgebildet sind, dass um jeden Emitterkontakt eine gedachte konvexe Fläche definierbar ist, welche den Emitterkontakt vollständig enthält und keinen Basiskontakt und auch keinen Teilbereich eines Basiskontaktes enthält und dass die Basiskontakte jeweils derart angeordnet und ausgebildet sind, dass um jeden Basiskontakt eine gedachte konvexe Fläche definierbar ist, welche den Basiskontakt vollständig enthält und keinen Emitterkontakt und auch keinen Teilbereich eines Emitterkontakte enthält.
Eine Fläche ist dann konvex, wenn für zwei beliebige Punkte der Fläche gilt, dass die geradlinige Verbindung zwischen diesen beiden Punkten vollständig innerhalb der Fläche liegt.
Die vorgenannte Bedingung definiert somit eine vorteilhafte Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Solarzelle, bei der die Emitter- und Basiskontakt nicht ineinander verschränkt sind. Bei ineinandergreifender Ausbildung von Emitter- und Basiskontakten besteht die Gefahr, dass ein Bruch einer Solarzelle zu einem Bruchstück führt, in dem ein Kontakt einer Polarität und mit diesem Kontakt ineinandergreifend Teile eines Kontakts der entgegengesetzten Polarität liegen. Solche Bruchstücke erleiden einen Wirkungsgradverlust und schmälern somit den Gesamtwirkungsgrad aller Bruchstücke. Dies ist bei der genannten Bedingung ausgeschlossen.
Die Bezeichnung „vollständig" bezogen auf Kontakte bedeutend im Sinne dieser Anmeldung, dass die gesamte metallische Kontaktstruktur des Kontaktes innerhalb des gedachten Kreises oder der gedachten Fläche liegt und nicht etwa nur ein Mittelpunkt der metallischen Kontaktstruktur.
Vorteilhafterweise sind Emitter- und/oder Basiskontakte derart ausgebildet und angeordnet, dass eine ausreichende Dichte der Kontakte auf der Kontaktierungsseite der Solarzelle erreicht wird. Hierdurch werden Serienwiderstandsverluste innerhalb der Solarzelle aufgrund der Querleitung von Ladungsträgern verringert. Die Emitter- und Basiskontakte sind vorteilhafterweise daher derart angeordnet und ausgebildet, dass für jeden Emitterkontakt gilt, dass innerhalb eines gedachten Kreises mit Durchmesser d, mindestens dieser vollständige Emitterkontakt und mindestens ein vollständiger Basiskontakt liegt. Ein beliebiger Emitterkontakt erfüllt somit die Bedingung, dass er vollständig in einem gedachten Kreis mit Durchmesser d7 um diesen Emitterkontakt liegt und zusätzlich mindestens ein weiterer Emitterkontakt vollständig in diesem gedachten Kreis liegt. Entsprechend gilt für jeden Basiskontakt, dass innerhalb eines gedachten Kreises mit Durchmesser d-, mindestens dieser vollständige Basiskontakt und mindestens ein vollständiger Emitterkontakt liegen.
Der Durchmesser d, ist dabei derart gewählt, dass eine Bedingung gemäß Formel 1 erfüllt ist:
6?, < £, •
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(Formel l ),
mit einem Skalierungsfaktor k1 und der Fläche Aκ [cm2] der Kontaktierungsseite der Solarzelle. Durch Vorgabe des Skalierungsfaktor k1 ist bei gegebener Fläche der Kontaktierungsseite Aκ somit eine Obergrenze für den Durchmesser di gegeben und damit eine Mindestdichte für die zuvor genannte
Kontaktanordnung sowie eine maximale Größe für die Kontaktausgestaltung.
Untersuchungen der Anmelderin haben ergeben, dass der Skalierungsfaktor k1 = 0, 13, vorzugsweise ki = 0,06, insbesondere ki = 0,03, im Weiteren vorzugsweise Zc1 = 0,014 gewählt wird. Hierdurch wird eine ausreichende Dichte der Emitter- und Basiskontakte gewährleistet.
Die vorteilhaften Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Solarzelle gemäß der Bedingung bezüglich Formel 1 und gemäß den nachfolgenden Bedingungen bezüglich der Formeln 2,3 und 4 sind somit derart, dass zwingend ein gedachter Kreis mit den jeweils angegebenen Eigenschaften für die jeweils angegebenen Kontakte oder Kontaktgruppen definierbar sein muss. Weiterhin ist es vorteilhaft, zwischen den Kontakten einer Polarität, d. h. zwischen den Emitterkontakten einerseits und/oder den Basiskontakten andererseits eine ausreichende Dichte zu gewährleisten.
Vorteilhafterweise sind die Emitterkontakte daher derart angeordnet und ausgebildet, dass für jeden Emitterkontakt innerhalb eines gedachten Kreises mit Durchmesser d2 mindestens dieser vollständige Emitterkontakt und mindestens ein weiterer vollständiger Emitterkontakt liegen.
Alternativ oder zusätzlich ist es vorteilhaft, dass die Basiskontakte derart angeordnet und ausgebildet sind, dass für jeden Basiskontakt innerhalb eines gedachten Kreises mit Durchmesser d2 mindestens dieser vollständige Basiskontakt und mindestens ein weiterer vollständiger Basiskontakt liegen.
Bei den zuvor genannten Bedingungen hinsichtlich der Emitterkontakte untereinander und/oder der Basiskontakte untereinander wird der Durchmesser d2 derart gewählt, dass eine Bedingung gemäß Formel 2 erfüllt ist:
d2 ≤ k2 - -JA^ (Formel 2),
mit einem Skalierungsfaktor k2 und der Fläche Aκ [cm2] der Kontaktierungsseite der Solarzelle. Untersuchungen der Anmelderin haben ergeben, dass der Skalierungsfaktor vorteilhafterweise k2 = 0, 26, vorzugsweise k2 = 0, 13, insbesondere k2 = 0, 06, im Weiteren vorzugsweise k2 = 0,028 gewählt wird.
Vorteilhafterweise sind Emitter- und Basiskontakte in etwa gleichmäßig über die Kontaktierungsseite der erfindungsgemäßen Solarzelle verteilt.
Hierbei ist es insbesondere vorteilhaft, dass die Emitterkontakte und die Basiskontakte auf den Kreuzungspunkten eines imaginären, rechtwinkligen Gitters angeordnet sind, insbesondere eines Gitters mit quadratischen Zellen. Emitter- und Basiskontakte sind dabei derart angeordnet, dass entlang jeder Linie des imaginären Gitters Emitter- und Basiskontakte alternieren. Dies führt somit dazu, dass für einen Emitterkontakt die vier nächstliegenden Nachbarn jeweils Basiskontakte sind und umgekehrt. Typische Solarzellen weisen in etwa die Form eines flachen Quaders auf und entsprechend besitzt die Kontaktierungsseite eine rechteckige Form. Vorteilhafterweise weist die erfindungsgemäße Solarzelle eine rechteckige Kontaktierungsseite auf und das zuvor beschriebene imaginäre Gitter ist derart angeordnet, dass die Gitterlinien in einem Winkel von 45° zu den Kanten der Kontaktierungsseite stehen.
Durch diese Anordnung ist es möglich, mit einer parallel zu einer Kante der Kontaktierungsseite verlaufenden Metallisierungslinie entweder eine Reihe von Basiskontakten oder parallel hierzu eine Reihe von Emitterkontakten miteinander zu verbinden. Hierdurch kann somit durch kammartig ineinander verschränkte Zellverbinder eine Kontaktierung aller Emitterkontakte über einen ersten kammartigen Zellverbinder und eine Kontaktierung aller Basiskontakte über einen zweiten kammartigen Zellverbinder, der mit dem ersten Zellverbindung ineinander verschränkt ist, erfolgen.
Ebenso liegt es im Rahmen der Erfindung, die Gitterlinien in einem anderen Winkel zu den Kanten der Kontaktierungsseite anzuordnen.
Weiterhin liegt es im Rahmen der Erfindung, dass Emitterkontakte und
Basiskontakte auf den Kreuzungspunkten eines imaginären Gitters angeordnet sind, welches rautenförmige Gitterelemente aufweist. Ebenso liegt es im Rahmen der Erfindung, die Emitter- und Basiskontakte auf zwei separaten Gittern anzuordnen, d. h. ein imaginäres Gitter für die Emitterkontakte und ein imaginäres Gitter für die Basiskontakte vorzusehen.
Um Serienwiderstandverluste innerhalb der Solarzelle aufgrund der Querleitung von Ladungsträgern gering zu halten, ist es vorteilhaft, dass zwei benachbarte Emitterkontakte einen Abstand kleiner 1 cm, insbesondere kleiner 5 mm aufweisen.
Gleiches gilt für die Basiskontakte: Vorteilhafterweise sind die Basiskontakte derart angeordnet, dass der Abstand zweier benachbarter Basiskontakte den zuvor genannten Bedingungen entspricht. Ebenso liegt es im Rahmen der Erfindung, die Kontaktierungsseite der Solarzelle im Wesentlichen durch die Basis- und/oder die Emitterkontakte zu bedecken, wobei benachbarte Kontakte durch schmale Zwischenräume voneinander getrennt und damit elektrisch isoliert sind. Insbesondere ist es vorteilhaft dass die Zwischenräume zwischen zwei benachbarten Kontakten maximal 1 cm, insbesondere maximal 5 mm betragen.
Vorteilhafterweise sind die Emitter- und die Basiskontakte derart ausgebildet sind, dass jeweils ein Kontakt eine Gesamtfläche kleiner 16 mm2, vorzugsweise kleiner 5 mm2, insbesondere kleiner 1 mm2, im Weiteren vorzugsweise kleiner 0.4 mm2 bedeckt. Die Projektion eines beliebigen Kontaktes auf die Kontaktierungsseite bedeckt somit eine Fläche kleiner der aufgeführten Grenzen.
Insbesondere ist es vorteilhaft, dass die Emitter- und Basiskontakte in etwa kreisförmig oder in etwa quadratisch oder in etwa sternförmig ausgebildet sind.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform wird die Kontaktierungsseite der erfindungsgemäßen Solarzelle hinsichtlich ihrer Rekombinationseigenschaften dadurch verbessert, dass an der Kontaktierungsseite die Halbleiterstruktur eine elektrisch nicht leitende Isolierungsschicht aufweist. Vorteilhafterweise weist diese Isolierungsschicht ebenso passivierende Eigenschaften hinsichtlich der Oberflächenrekombination der Halbleiterstruktur auf. Die Isolierungsschicht weist an den Orten der Basis- und Emitterkontakte Ausnehmungen auf und die Basis- und Emitterkontakte sind auf der Isolierungsschicht angeordnet und durch die Ausnehmungen der Isolierungsschicht hindurchgeführt, zur elektrischen Kontaktierung der darunter liegenden Oberfläche der Halbleiterstruktur.
In dieser vorteilhaften Ausführungsform durchdringen die Basis- und
Emitterkontakte somit die Isolierungsschicht jeweils an deren Ausnehmungen. Die Ausnehmungen in der Isolierungsschicht sind vorteilhafterweise bereits vorhanden, bevor die Solarzellen mit der Isolierungsschicht verbunden werden. Ebenso liegt es im Rahmen der Erfindung, dass die Isolierungsschicht zunächst ohne Ausnehmungen auf den Solarzellen angeordnet wird und in dem
Verfahrensschritt, in dem die Kontakte erzeugt werden, auch die Ausnehmungen erzeugt werden. Dies ist beispielsweise durch Verwendung von Lasern möglich, gemäß des an sich bekannten Verfahrens der „Laser Fired Contacts" (LFC), wie in DE 100 46 170 A1 beschrieben. Alternativ werden die Ausnehmungen derart erzeugt, dass die Kontakte zunächst auf der Isolierungsschicht aufgebracht und in einem nachfolgenden Feuerungsschritt erhitzt werden, so dass die Isolierungsschicht von den Kontakten durchdrungen wird und dadurch die Ausnehmungen entstehen und der Kontakt sich elektrisch leitend mit dem Halbleiter verbindet.
Die Kontakte werden vorteilhafterweise mittels Aufdampfen, Siebdruck,
Sputtern, Schablonendruck, Inkjetdruckverfahren oder Dispensen aufgebracht. Die erfindungsgemäße Solarzelle eignet sich insbesondere zur Herstellung mittels Siebdruckverfahren, da sich die Dimensionen insbesondere der Basiskontakte für Siebdruckbedingungen eignen.
Hierbei ist es vorteilhaft, dass die Ausnehmungen der Isolierungsschicht eine Fläche kleiner 16 mm2, vorzugsweise kleiner 5 mm2, insbesondere kleiner 1 mm2, im Weiteren vorzugsweise kleiner 0.4 mm2 aufweisen, so dass auch die Kontaktfläche der metallischen Basis- und Emitterkontakte auf der Halbleiteroberfläche eine entsprechend dimensionierte Fläche aufweisen. Auf der Isolierungsschicht kann jedoch die Fläche der Basis- und Emitterkontakte größer gewählt werden, ohne dass hierdurch die
Oberflächenrekombinationsgeschwindigkeit der Halbleiterstruktur an der Kontaktierungsseite erhöht wird. Zur einfacheren Kontaktierung der Basis- und Emitterkontakte ist es vorteilhaft, dass Basis- und Emitterkontakte auf der Isolierungsschicht jeweils einen Bereich mit einer Fläche kleiner- 16 mm2, vorzugsweise kleiner 5 mm2, insbesondere kleiner 1 mm2, im Weiteren vorzugsweise kleiner 0,4 mm2 bedecken. Die Kontakte bedecken vorzugsweise einen in etwa kreisförmig ausgebildeten oder in etwa quadratischen Bereich oder in etwa sternförmigen Bereich.
Es liegt im Rahmen der Erfindung, die erfindungsgemäße Solarzelle mit mehreren Basis- und/oder mehreren Emitterbereichen auszubilden, wobei mindestens ein Basis und ein daran zumindest teilweise angrenzender Emitterbereich gemäß der erfindungsgemäßen Struktur ausgebildet ist. Bei den zuvor beschriebenen Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Solarzelle sind die Basiskontakte lediglich über den Basisbereich der Halbleiterstruktur miteinander elektrisch leitend verbunden und ebenso die metallischen Emitterkontakte lediglich über den Emitterbereich der Halbleiterstruktur.
In einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung sind die Emitterkontakte in Gruppen aufgeteilt, wobei eine Gruppe jeweils eine Anzahl von mindestens 2 und maximal 30, insbesondere maximal 20, vorzugsweise maximal 10 Emitterkontakten umfasst. Die Emitterkontakte einer Gruppe sind über eine
Metallisierung elektrisch leitend verbunden, die unterschiedlichen Gruppen von Emitterkontakten hingegen sind untereinander nicht oder ausschließlich über einen Emitterbereich elektrisch leitend verbunden.
Ebenso sind die Basiskontakte in Gruppen aufgeteilt, wobei eine Gruppe jeweils eine Anzahl von mindestens 2 und maximal 30, insbesondere maximal 20, vorzugsweise maximal 10 Basiskontakten umfasst. Die Basiskontakte einer Gruppe sind über eine Metallisierung elektrisch leitend verbunden, die unterschiedlichen Gruppen von Basiskontakten hingegen untereinander jedoch nicht oder ausschließlich über einen Basisbereich elektrisch leitend verbunden.
In dieser vorteilhaften Ausführungsform sind somit lediglich einige Basiskontakte und/oder Emitterkontakte zu einer Gruppe zusammengefasst, dass Grundprinzip des Aufbaus der erfindungsgemäßen Solarzelle ist jedoch unverändert. Insbesondere ist auch bei dieser vorteilhaften Ausführungsform nur eine sehr geringe Wahrscheinlichkeit gegeben, dass bei einem Bruch der Halbleiterstruktur die metallische Verbindung einer Gruppe bricht. Sofern der Bruch die metallische Verbindung einer Gruppe nicht beschädigt, wird auch in dieser vorteilhaften Ausführungsform ein Bruch nicht dazu führen, dass wesentliche Teilbereiche der Solarzelle nicht mehr zur Stromerzeugung beitragen.
Auch bei der vorteilhaften Ausführungsform, bei der Basis- und/oder Emitterkontakte zu Gruppen zusammengefasst sind, ist es vorteilhaft, wenn die Gruppen eine ausreichend hohe Dichte auf der Kontaktierungsseite der Solarzelle aufweisen. Vorteilhafterweise sind die Gruppen der Emitter- und Basiskontakte daher derart angeordnet und ausgebildet, dass für jede Gruppe von Emitterkontakten innerhalb eines gedachten Kreises mit Durchmesser d3 mindestens diese vollständige Gruppe von Emitterkontakten und mindestens eine vollständige
Gruppe von Basiskontakten liegen und dass für jede Gruppe von Basiskontakten innerhalb eines gedachten Kreises mit Durchmesser d3 mindestens diese vollständige Gruppe von Basiskontakten und mindestens eine vollständige Gruppe von Emitterkontakten liegen, wobei der Durchmesser d3 derart gewählt wird, dass eine Bedingung gemäß Formel 3 erfüllt ist:
d3 ≤ Jc3 -
Figure imgf000016_0001
(Formel 3),
mit einem Skalierungsfaktor k3 und der Fläche Aκ [cm2] der Kontaktierungsseite der Solarzelle. Untersuchungen des Anmelders haben ergeben, dass der Skalierungsfaktor vorteilhafterweise k3 = 0,40, vorzugsweise k3 = 0,26, insbesondere k3 = 0, 10, im Weiteren vorzugsweise Zc3 = 0, 056 gewählt wird.
Auch bezüglich Gruppen bedeutet der Begriff „vollständig" hier und im Folgenden, dass die gesamte metallische Struktur einer Gruppe innerhalb des gedachten Kreises liegt, und nicht etwa nur ein Teilbereich oder Mittelpunkt der Gruppe. Die Bedingung gemäß des gedachten Umkreises definiert somit eine Mindestdichte hinsichtlich der genannten Gruppen sowie ein Maximum hinsichtlich der Abmessungen jeweils einer Gruppe.
Weiterhin ist es vorteilhaft, wenn die Gruppen beider Polaritäten, d. h. die Gruppen der Emitterkontakte untereinander und die Gruppen der Basiskontakte untereinander eine ausreichend hohe Dichte auf der Kontaktierungsseite der Solarzelle aufweisen:
Vorteilhafterweise sind die Gruppen der Emitterkontakte daher derart angeordnet und ausgebildet, dass für jede Gruppe von Emitterkontakten innerhalb eines gedachten Kreises mit Durchmesser d4 mindestens diese vollständige Gruppe von Emitterkontakten und mindestens eine weitere vollständige Gruppe von Emitterkontakten liegen. Ebenso sind in dieser vorteilhaften Ausführungsform die Gruppen von Basiskontakten derart angeordnet und ausgebildet, dass für jeden Basiskontakt innerhalb eines gedachten Kreises mit Durchmesser d4 mindestens diese vollständige Gruppe von Basiskontakten und mindestens eine weitere vollständige Gruppe von Basiskontakten liegen.
Bei den beiden zuvor genannten Bedingungen hinsichtlich der Gruppen von Emitterkontakten und/oder Basiskontakten wird untereinander wird der Durchmesser d4 derart gewählt, dass eine Bedingung gemäß Formel 4 erfüllt ist:
di ≤ k^ - Λ[Äκ (Formel 4),
mit einem Skalierungsfaktor k4 und der Fläche Aκ [cm2] der Kontaktierungsseite der Solarzelle. Untersuchungen der Anmelderin haben ergeben, dass der Skalierungsfaktor vorteilhafterweise k4 = 0, 80, vorzugsweise k4 = 0, 51 , insbesondere k4 = 0,20, im Weiteren vorzugsweise k4 = 0.112 gewählt wird.
Die zuvor genannten vorteilhaften Anordnungen der Emitter- und/oder Basiskontakte bezüglich imaginärer Gitter ist ebenso vorteilhaft für die Anordnung der zuvor beschriebenen Gruppen der Emitter- und/oder
Basiskontakte, wobei in diesem Fall die Gruppen mit einem für jede Gruppe vordefinierten Bezugspunkt wie beispielsweise der geometrische Mittelpunkt einer Gruppe, auf den Kreuzungslinien der imaginären Gittern liegen.
Vorzugsweise weisen die Gruppen der Emitterkontakte untereinander identische Geometrien auf, d. h. die metallischen Strukturen sind hinsichtlich ihrer Ausdehnung und geometrischen Abmessungen identisch ausgebildet. Dies gilt vorzugsweise ebenso für die Gruppen der Basiskontakte untereinander und insbesondere sind die Gruppen der Emitterkontakte vorzugsweise gleich ausgebildet wie die Gruppen der Basiskontakte.
Vorzugsweise sind alle Emitter- und/oder alle Basiskontakte der Solarzelle gemäß der vorangehend beschriebenen erfindungsgemäßen Struktur ausgeführt und/oder angeordnet. Ebenso liegt es jedoch im Rahmen der Erfindung, dass lediglich ein Teilbereich der Solarzelle, d.h. ein Teil der Emitter- und/oder Basiskontakte erfindungsgemäß ausgeführt ist. Vorzugsweise umfasst der Teilbereich auf der Kontaktierungsseite der Solarzelle, in dem die Emitter- und/oder Basiskontakte erfindungsgemäß ausgeführt sind mindestens 70%, bevorzugt mindestens 80%, insbesondere mindestens 95% der Fläche der Kontaktierungsseite.
Die erfindungsgemäße Solarzelle stellt eine einseitig kontaktierbare Solarzelle dar. Der weitere Aufbau der Solarzelle kann dabei gemäß bereits bekannten einseitig kontaktierbaren Solarzellenstrukturen ausgebildet sein, insbesondere gemäß dem Grundaufbau einer Rückseitenkontaktzelle (beispielsweise in [1] beschrieben), dem Grundaufbau einer Emitter-Wrap-Through-Solarzelle
(beispielsweise in [2] beschrieben) oder einer Metal-Wrap-Through-Solarzelle (beispielsweise in [3] beschrieben).
Der Emitter der erfindungsgemäßen Solarzelle ist vorteilhafterweise mittels Diffusion eines Dotierstoffes in das Halbleitermaterial erzeugt. Ebenso liegen jedoch auch andere Verfahren oder Strukturen zur Ausbildung des Emitters im Rahmen der Erfindung. Insbesondere die Verwendung von Aluminium als Dotierquelle zur Erzeugung einer p-Dotierung ist vorteilhaft, in Verbindung i) zum einen mit einer aufgedampfem Aluminiumschicht als Dotierstoffquelle und zum anderen ii) mit gedruckten aluminiumhaltigen Pasten. Bei einem anschließenden Feuerungsschritt (Erhitzen der Struktur) kann es bei ii) zu einem sehr komplexen Prozessverlauf kommen, bei dem eine teilweise geschmolzene Schicht vorliegt, die Aluminium und Silizium enthält und bei der Erstarrung im wesentlichen ein Eutektisches Gemisch bildet. Gleichzeitig kommt es zu einer Dotierung des Halbleiters mit Aluminium. Dieser Vorgang ist nicht ausschließlich auf Diffusion zurückführbar, sondern kann auch eine Folge der Erstarrung des Aluminium/Silizium Gemisches sein. Diese Formation des Emitters ist somit insbesondere vorteilhaft bei Ausbildung einer erfindungsgemäßen Solarzelle ausgehend von einem n-dotierten Halbleiterwafer.
Die erfindungsgemäße Solarzelle ermöglicht neuartige Verschaltungsarten bei Kombinationen mehrerer Solarzellen in einem Solarzellenmodul:
Die Erfindung umfasst daher weiterhin ein Solarzellenmodul gemäß Anspruch 19. Das erfindungsgemäße Solarzellenmodul umfasst mindestens eine erste und eine zweite Solarzelle, welche jeweils erfindungsgemäße Solarzellen gemäß mindestens einer der zuvor beschriebenen Ausführungsformen sind.
Die erste Solarzelle ist in dem Solarzellenmodul neben der zweiten Solarzelle angeordnet, wobei wie bei solchen Modulanordnungen üblich, die Kontaktierungsseite jeweils in dem Modul unten liegend angeordnet ist.
An der Kontaktierungsseite ist ein Zellverbinder angeordnet, welcher derart ausgeführt ist, dass die Emitterkontakte der ersten Solarzelle mit den Basiskontakten der zweiten Solarzelle elektrisch leitend verbunden sind. Die Solarzellen sind somit in Reihe verschaltet. Ebenso liegt es im Rahmen der Erfindung, die Solarzellen parallel zu verschalten, d.h. die Emitterkontakte der ersten Solarzelle mit den Emitterkontakten der zweiten Solarzelle elektrisch leitend zu verbinden und ebenso die Basiskontakte der ersten Solarzelle mit den Basiskontakten der zweiten Solarzelle.
Vorteilhafterweise ist der Zellverbinder flexibel, insbesondere folienartig ausgebildet. Hierdurch wird die Gefahr, dass bei einem Bruch einer Solarzelle der Kontakt zu dem Zellverbinder ebenfalls unterbrochen wird, zusätzlich verringert, da der Zellverbinder aufgrund seiner Flexibilität bei einem Bruchvorgang der Bewegung einzelner Bruchstücke der Solarzelle nachgibt. Ebenso liegt die Verwendung eines nicht flexiblen Zellverbinders im Rahmen der Erfindung, beispielsweise ein leiterplattenartig ausgeführter Zellverbinder.
Vorteilhafterweise umfasst das Solarzellenmodul mindestens zwei reihenartig nebeneinander angeordnete Solarzellen und der Zellverbinder weist kammartig ineinander greifende Metallisierungsstrukturen auf, die derart angeordnet sind, dass bei reihenartig mit der Kontaktierungsseite auf dem Zellverbinder angeordneten Solarzellen die Emitterkontakte einer Solarzelle mit den Basiskontakten der benachbarten Solarzelle über die kammartigen Metallisierungsstrukturen elektrisch leitend verbunden sind. Die Solarzellen sind somit in Reihe geschaltet. Ebenso liegt es im Rahmen der Erfindung, dass die kammartig ineinander greifenden Metallisierungsstrukturen derart angeordnet sind, dass die Solarzellen parallel geschaltet sind. In einer vorteilhaften Ausführungsform des Solarzellenmoduls ist der Zellverbinder als elektrisch isolierende Folie ausgebildet, welche beidseitig metallische Verbindungsstrukturen aufweist. Hierdurch kann somit die elektrische Verschaltung auf den beiden Seiten der Folien unabhängig voneinander gewählt werden, insbesondere ist auch eine Überkreuzung der Leitungswege möglich.
Die metallische Verbindungsstruktur einer Seite des Zellverbinders ist auf die andere Seite geführt, über Ausnehmungen der Folie und Ausnehmungen der metallischen Verbindungsstruktur der gegenüberliegenden Seite.
Der Zellverbinder ist derart ausgebildet, dass die Folie auf der der Solarzelle bei Modulverschaltung zugewandten Seite eine erste metallische Verbindungsstrukturen aufweist und auf der der Solarzelle abgewandten Seite eine zweite metallische Verbindungsstruktur aufweist und die zweite metallische Verbindungsstruktur durch Ausnehmungen der Folie und der ersten metallischen Verbindungsstruktur auf die andere Seite geführt ist.
Vorteilhafterweise wird die zweite metallische Verbindungsstruktur über Lot oder Leitkleber in den beschriebenen Ausnehmungen auf die andere Seite geführt. Die erste metallisch Verbindungsstruktur wird vorteilhafterweise ebenfalls mit Lot oder Leitkleber vorbelegt, um eine elektrisch leitende Verbindung mit der Solarzelle vorzubereiten.
Die metallischen Verbindungsstrukturen sind derart angeordnet, dass bei mit der Kontaktierungsseite auf der Folie angeordneten Solarzelle die Basiskontakte der Solarzellen jeweils über die Ausnehmungen mit der einen metallischen Verbindungsstruktur elektrisch leitend verbunden sind und die Emitterkontakte der Solarzellen jeweils mit der anderen metallischen Verbindungsstruktur elektrisch leitend verbunden sind oder umgekehrt.
Zur einfacheren Bestückung und Handhabung der auf den Zellverbinder aufgelegten Solarzellen ist es vorteilhaft, wenn der Zellverbinder Ausnehmungen aufweist, zum Anlegen eines Vakuums bei Bestückung des Zellverbinders mit Solarzellen. Hierbei werden die Solarzellen mit der Kontaktierungsseite auf die korrespondierende Seite des Zellverbinders aufgelegt und auf der der Solarzelle gegenüberliegenden Seite des Zellverbinders wird über die Ausnehmungen ein Vakuum aufgebaut, so dass die Solarzelle an den Zellverbinder angesaugt wird. Hierdurch ist eine einfache Handhabung des Zellverbinders zusammen mit der Solarzelle bei Herstellung des Solarzellenmoduls möglich. Ebenso kann zuvor ein Leitkleber zur elektrischen Verbindung der Emitter- und Basiskontakte mit den metallischen Strukturen des Zellverbinders auf den Zellverbinder und/oder die metallischen Kontakte der Solarzelle aufgetragen werden und nach Bestückung des Zellverbinders führt das Anlegen des Vakuums zu einem Anpressdruck zwischen Zellverbinder und Kontaktierungsseite der Solarzelle, so dass eine qualitativ hochwertige Verbindung mittels des Leitklebers erzielt wird.
Alternativ kann in einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform auch eine andere Verbindungstechnologie wie beispielsweise Löten gewählt werden. Hierzu werden die Zellen und/oder die Zellverbinder geeignet vorbelotet und anschließend verlötet.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist der Zellverbinder als ein Feld aus im wesentlichen parallel angeordneten elektrisch leitenden Drähten ausgeführt und Solarzellen werden derart auf den Drähten angeordnet, dass die Emitterkontakte einer Solarzelle mittels der Drähte elektrisch leitend mit den Basiskontakten der benachbarten Solarzelle verbunden sind. Die Verbindung der Drähte mit den Kontakten erfolgt vorzugsweise über kleben mittels
Leitkleber, Löten oder Schweißen. Ebenso liegt es im Rahmen der Erfindung, eine Parallelschaltung durch Verbinden der Kontakte gleicher Polaritäten der benachbarten Solarzellen zu erzeugen.
Weitere bevorzugte Merkmale und Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Solarzelle und des erfindungsgemäßen Solarzellenmoduls werden im Folgenden anhand der Figuren beschrieben. Dabei zeigt jeweils in schematischer Darstellung:
Figur 1 die Kontaktierungsseite eines Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Solarzelle, Figur 2 einen Schnitt senkrecht zur Zeichenebene in Figur 1 an der mit A gekennzeichneten Schnittlinie, wobei nur ein Teilbereich des Schnittbildes dargestellt ist, einen Emitter- und einen Basiskontakt umfassend,
Figur 3 drei Solarzellen gemäß Figur 1 , welche mit Zellverbindern verbunden sind,
Figur 4 die Kontaktierungsseite eines zweiten Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Solarzelle, bei der jeweils sechs Emitter- und jeweils sechs Basiskontakte zu Gruppen zusammengefasst sind,
Figur 5 einen Teilausschnitt einer Kontaktierungsseite eines dritten Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Solarzelle, bei der jeweils fünf Emitter- und jeweils fünf Basiskontakte zu Gruppen zusammengefasst sind,
Figur 6 einen Teilausschnitt, der Kontaktierungsseite eines vierten Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Solarzelle, bei der für die Basiskontakte einerseits und für die Emitterkontakte andererseits jeweils ein Gitter mit rautenförmigen Gitterelementen vorgegeben ist und die Kontakte jeweils auf den Kreuzungspunkten der Gitterlinien angeordnet sind,
Figur 7 die Kontaktierungsseite eines fünften Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Solarzelle, bei der jeweils sechs Emitterkontakte und jeweils sechs Basiskontakte zu Gruppen zusammengefasst sind,
Figur 8 die Kontaktierungsseite gemäß Figur 4, wobei mehrere Arten der elektrischen Kontaktierung der einzelnen Gruppen von Kontakten mittels Zellverbindern dargestellt sind,
Figur 9 die Kontaktierungsseite gemäß Figur 7, wobei geradlinige Zellverbinder zur elektrischen Kontaktierung der Gruppen von Emitterkontakten einerseits und Gruppen von Basiskontakten von Basiskontakten andererseits dargestellt sind,
Figur 10 ein Ausführungsbeispiel einer Modulverschaltung erfindungsgemäßer Solarzellen mittels eines Drahtfeldes,
Figur 1 1 ein Ausführungsbeispiel eines Zellverbinders zur Modulverschaltung, wobei der Zellverbinder als flexible Folie ausgebildet ist und auf der den Solarzellen zugewandten Seite kammartige, ineinandergreifende Metallstrukturen aufweist,
Figur 12 ein Ausführungsbeispiel eines Zellverbinders zur Modulverschaltung mit Ausnehmungen zur Vakuumansaugung während der Modulherstellung,
Figur 13 ein Ausführungsbeispiel eines Zellverbinders zur Modulverschaltung, wobei der Zellverbinder als isolierende Folie ausgebildet ist, die beidseitig metallische Strukturen aufweist,
Figur 14 ein Anordnungsbeispiel des Zellverbinders aus Figur 3 in einem Solarzellenmodul und
Figur 15 einen Schnitt senkrecht zur Zeichenebene in Figur 13a entlang der Linie B.
Die in Figur 1 als Ausführungsbeispiel dargestellte Solarzelle ist als Rückseitenkontaktzelle ausgeführt, welche aus einem quaderförmigen Siliziumwafer mit einer quadratischen Grundfläche hergestellt wurde. Entsprechend weist die Solarzelle eine quadratische Kontaktierungsseite 1 auf. Der Winkel α zwischen zwei Gitterlinien beträgt entsprechend 90°. Ebenso liegen Ausführungen mit Gittern mit rautenförmigen Elementen im Rahmen der Erfindung, bei denen der Winkel α kleiner 90° gewählt ist.
Das Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Solarzelle weist eine n- dotierte Basis auf. Entsprechend sind in Figur 1 an der Kontaktierungsseite 1 mehrere metallische Emitterkontakte (quergestreift dargestellt, ein Emitterkontakt ist beispielhaft mit Bezugszeichen 5 bezeichnet) und metallische Basiskontakte (längsgestreift dargestellt, ein Basiskontakt ist beispielhaft mit Bezugszeichen 6 bezeichnet) angeordnet.
Figur 1 ist lediglich eine schematische Darstellung. Typischerweise besitzt eine erfindungsgemäße Solarzelle eine Kantenlänge von 10 bis 20 cm und der Abstand zwischen einem Emitter- und Basiskontakt beträgt weniger als 5 mm, so dass eine wesentlich höhere Dichte von metallischen Kontakten besteht, als in Figur 1 dargestellt. Ebenso ist die erfindungsgemäße Solarzelle jedoch auch in kleineren Abmessungen vorteilhaft, beispielsweise um die erfindungsgemäße Solarzelle als Konzentratorsolarzelle zur Verwendung mit Strahl ungskonzentratoren auszubilden.
Die Emitterkontakte und Basiskontakte sind auf den Kreuzungspunkten eines gedachten, rechtwinkligen Gitters G angeordnet, welches in Figur 1 gepunktet dargestellt ist. Emitter- und Basiskontakt alternieren dabei entlang jeder Linie des imaginären Gitters. Darüber hinaus ist das Gitter derart angeordnet, dass die Gitterlinien in einem Winkel von 45° zu den Kanten der Kontaktierungsseite stehen.
In Figur 1 sind zusätzlich zwei gedachte Kreise 8 und 9 gestrichelt dargestellt, zur Verdeutlichung der oben aufgeführten Bedingungen für die Anordnung und Ausbildung der Emitter- und/oder Basiskontakte:
Der Kreis 9 umfasst zwei (quergestreift dargestellte) Emitterkontakte. Für den Durchmesser des Kreises 9 erfüllt die in Figur 1 dargestellte Kontaktierungsseite somit die Bedingungen, dass für jeden Emitterkontakt dieser Emitterkontakte innerhalb eines Kreises mit dem dargestellten Durchmesser liegt und zusätzlich ein weiterer Emitterkontakt innerhalb dieses Kreises liegt, wobei beide Emitterkontakte vollständig, d. h. hinsichtlich der gesamten Ausdehnung ihrer metallischen Struktur, innerhalb des Kreises 9 liegen. Die identische Bedingung gilt auch für die Basiskontakte, d.h. um jeden Basiskontakt in Figur 1 lässt sich ein gedachter Kreis mit dem Durchmesser des Kreises 9 derart anordnen, so dass dieser Basiskontakt und mindestens ein weiterer Basiskontakt vollständig in diesem Kreis liegen. Entsprechend veranschaulicht der Kreis 8 die Bedingung, dass für einen (quer gestreift dargestellten) Emitterkontakt mindestens ein (längs gestreift dargestellter) Basiskontakt innerhalb eines Kreises mit dem Durchmesser des Kreises 8 liegt, wobei Emitter- und Basiskontakt jeweils vollständig innerhalb dieses Kreises liegen. Eine analoge Bedingung gilt für die Basiskontakte.
Figur 2 stellt einen Schnitt senkrecht zur Zeichenebene an der in Figur 1 a dargestellten Schnittlinie A dar, wobei lediglich ein Teilbereich, einen Emitter- und einen Basiskontakt umfassend, dargestellt ist.
Die erfindungsgemäße Solarzelle besteht aus einem n-dotierten Siliziumwafer und weist somit einen n-dotierten Basisbereich 2 auf. An der Kontaktierungsseite 1 wurde mittels Diffusion ein Emitterbereich 3 erzeugt, der p-dotiert ist. An der Vorderseite wurde ganzflächig ein weiterer p-dotierter Emitterbereich 3a mittels Diffusion erzeugt. Dieser Emitterbereich 3a ist jedoch nicht mit den metallischen Emitterkontakten verbunden, er dient lediglich zur Verbesserung der Rekombinationseigenschaften der Vorderseite der Solarzelle. Alternativ ist zur Verbesserung der Rekombinationseigenschaften der Vorderseite der Solarzelle ein so genanntes „front surface field" vorteilhaft, d.h. anstelle des Emitterbereichs 3a ein n-dotierter Bereich, der gegenüber der Basis eine deutlich höhere Dotierkonzentration aufweist.
Die Lichteinkopplung erfolgt bei der erfindungsgemäßen Solarzelle über die Vorderseite. Ebenso kann über die Rückseite Licht in die Solarzelle eindringen, insbesondere wieder einreflektierte IR-Strahlung.
An der Kontaktierungsseite 1 der erfindungsgemäßen Solarzelle ist auf dem Siliziumwafer eine elektrisch nicht leitende Isolierungsschicht 4 aufgetragen, welche als Siliziumdioxidschicht ausgeführt ist. Diese Isolierungsschicht 4 weist Ausnehmungen auf, welche von den metallischen Emitter- und Basiskontakten durchdrungen werden.
Alternativ ist auch eine Ausbildung der Isolierungsschicht aus Siliziumnitrid, Aluminiumoxid, Siliziumcarbid oder als Mehrschichtsystem aus den genannten Materialien vorteilhaft, insbesondere zusätzlich amorphes Silizium enthaltend. In Figur 2 sind beispielhaft zwei Ausnehmungen der Isolierungsschicht 4 und entsprechend ein metallischer Emitterkontakt 5 und ein metallischer Basiskontakt 6 dargestellt.
Die Ausnehmung der Isolierungsschicht 4 sind in etwa kreisförmig (senkrecht zur Zeichenebene in Figur 1 b) und weisen auf der Halbleiteroberfläche eine Fläche von etwa 0,1 mm2 auf. Die metallischen Kontakte 5 und 6 durchdringen die Ausnehmungen der Isolierungsschicht 4 zur Kontaktierung des Emitters 3 einerseits und der Basis 2 andererseits. Die Fläche zwischen metallischem Kontakt und Halbleiteroberfläche beträgt somit ebenfalls in etwa 0, 1 mm2 pro metallischem Kontakt.
Auf der dem Halbleiter abgewandten Seite der Isolierungsschicht bedecken die metallischen Kontakte eine Fläche, die mindestens der Fläche zwischen metallischem Kontakt und Halbleiter entspricht.
Vorteilhafterweise bedecken die metallischen Kontakte auf der dem Halbleiter abgewandten Seite der Isolierungsschicht jedoch einen größeren Flächenbereich der Isolierungsschicht. Auch hier weisen die metallischen Kontakte eine etwa kreisförmige Form auf und bedecken eine Fläche von vorzugsweise mindestens 1 mm2, insbesondere mindestens 5 mm2, im Weiteren mindestens 10 mm2.
Hierdurch ist gewährleistet, dass aufgrund der beispielsweise 1 mm2 großen Fläche der metallischen Kontakte eine dauerhafte Verbindung mit einem
Zellverbinder bei gleichzeitig geringem Leitungswiderstand erzielt werden kann.
In Figur 3 ist ein Zellverbinder zur Ausbildung eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Solarzellenmoduls dargestellt. Der Zellverbinder 7 weist vier kammartige Strukturen 7a bis 7d auf, welche kammartig ineinander verschränkt ausgebildet sind.
Die gestrichelten Linien in Figur 3 deuten die Positionen an, an denen drei Solarzellen gemäß Figur 1 mit der Kontaktierungsseite auf den Zellverbinder 7 aufgesetzt werden. Hierbei wird beispielsweise durch die kammartige Metallisierungsstruktur 7b eine elektrisch leitende Verbindung mit den Basiskontakten der links angeordneten Solarzelle gebildet, wohingegen die rechte Seite der kammartigen Metallisierungsstruktur 7b ein elektrisch leitende Verbindung mit den Emitterkontakten der mittig angeordneten Solarzelle aufweist, so dass die Basiskontakte der links angeordneten Solarzelle mit den Emitterkontakten der mittig angeordneten Solarzelle elektrisch leitend über den Zellverbinder verbunden sind. Gleiches gilt bezüglich der kammartigen Metallisierungsstruktur 7c und der mittig angeordneten Solarzelle mit der rechts angeordneten Solarzelle.
Die kammartigen Metallisierungsstrukturen 7a und 7d stellen
Abschlussverbindungen für die jeweiligen Ende einer Solarzellenreihe dar, welche mit äußeren Stromkreisen oder weiteren Solarzellenreihen (so genannten „Strings") verbunden werden.
Auch Figur 3 ist lediglich eine schematische Darstellung eines Zellverbinders. Typischerweise wird eine größere Anzahl von Solarzellen reihenartig angeordnet, beispielsweise 15 bis 20 Solarzellen in einer Reihe, bei denen jeweils die Basiskontakte einer Solarzelle mit den Emitterkontakten der benachbarten Solarzelle über kammartige Metallisierungsstrukturen (7d, 7c) elektrisch leitend miteinander verbunden.
Der in Figur 3 dargestellte Zellverbinder 7 weist vorteilhafterweise (nicht dargestellte) Ausnehmungen auf. Bei der Herstellung eines erfindungsgemäßen Solarzellenmoduls wird zunächst auf die Emitter- und Basiskontakte punktuell Leitkleber aufgetragen. Anschließend werden die Solarzellen mit der
Kontaktierungsseite auf den Zellverbinder gemäß der gestrichelt in Figur 2 dargestellten Positionen aufgebraucht und über die Ausnehmungen wird ein Vakuum angelegt, so dass die Solarzellen an den Zellverbinder 7 angepresst werden und entsprechend eine qualitativ hochwertige Verbindung zwischen Emitter- und Basiskontakten über den Leitkleber zu den kammartigen metallischen Strukturen ausgebildet wird. Ebenso liegt die Verbindung der Emitter- und Basiskontakte mit anderen Verfahren im Rahmen der Erfindung, wie beispielsweise mittels Löten, Schweißen oder Legieren.
In Figur 4 ist ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Solarzelle dargestellt, bei der auf der Kontaktierungsseite jeweils 6 Basiskontakte zu einer Gruppe von Basiskontakten 10 zusammengefasst sind, wobei die einzelnen Basiskontakte über eine kammartige metallische Struktur miteinander elektrisch leitend verbunden sind.
Ebenso sind jeweils 6 Emitterkontakte zu einer Gruppe von Emitterkontakten 1 1 zusammengefasst, wobei die einzelnen Emitterkontakte über eine kammartige metallische Struktur miteinander elektrisch leitend verbunden sind.
In Figur 4 sind analog zu Figur 1 zwei gedachte Kreise 12 und 13 gestrichelt dargestellt, zur Verdeutlichung der Bedingungen hinsichtlich der Anordnung und Ausgestaltung der Gruppen von Kontakten durch Festlegung eines maximalen Durchmessers solcher Kreise:
Der Kreis 12 stellt ein Beispiel dafür dar, dass innerhalb eines Kreises um eine Gruppe von Emitterkontakten (quergestreift dargestellt) mindestens eine Gruppe von Basiskontakten (längsgestreift dargestellt) liegt, wobei beide Gruppen von Kontakten vollständig innerhalb des Kreises 12 liegen.
Entsprechend veranschaulicht der Kreis 13 die Bedingung, dass innerhalb des Kreises 13 eine Gruppe von Emitterkontakten und mindestens eine weitere Gruppe von Emitterkontakten jeweils vollständig liegen. Ebenso liegen eine Gruppe von Basiskontakten und mindestens eine weitere Gruppe von Basiskontakten jeweils vollständig in einem weiteren Kreis mit diesem Durchmesser, wobei in dem dargestellten Fall für die ausgewählten Gruppen beide Kreise identisch sind.
In Figur 5 ist ein Ausschnitt einer Kontaktierungsseite gezeigt, wobei Emitter- und Basiskontakte analog zu Figur 1 und Figur 4 angeordnet sind. In Figur 5 ist jedoch ein weiteres Beispiel für die Bildung von Gruppen von Emitterkontakten und Basiskontakten dargestellt:
Jeweils fünf Emitterkontakte sind durch eine kreuzartige Metallstruktur zu einer Gruppe zusammengefasst (durchgezogene Linien) und ebenso sind jeweils fünf Basiskontakte durch eine kreuzartige Metallstruktur zu einer Gruppe zusammengefasst (gepunktete Linien). In Figur 6 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Kontaktierungsseite mit einer unterschiedlichen Anordnung der Emitter- und Basiskontakte zueinander dargestellt.
Hierzu wurden zwei gedachte Gitter G5 (gestrichelte Linien) und G6
(durchgezogene Linien) definiert, die jeweils rautenförmige Gitterelemente aufweisen. Die Emitterkontakte liegen jeweils auf den Kreuzungspunkten des Gitters G5 und die Basiskontakte liegen jeweils auf den Kreuzungspunkten des Gitter G6.
Die gedachten Gitter G5 und G6 sind gegeneinander verschoben, sodass sich eine hexagonale Verteilung der Emitter- und Basiskontakte ergibt.
In Figur 7 ist ein Ausführungsbeispiel dargestellt, welches eine Anordnung von Emitter- und Basiskontakten gemäß Figur 6 aufweist. Hierbei sind jedoch jeweils sechs Emitterkontakte durch krähenfußartige metallische Verbindungsstrukturen (gestrichelt dargestellt) zu einer Gruppe verbunden und ebenso über die mittels durchgezogenen Linien dargestellten krähenfußartigen Verbindungsstrukturen jeweils sechs Basiskontakte zu einer Gruppe verbunden.
In Figur 8 ist dargestellt, wie eine Kontaktierungsseite gemäße Figur 4 mittels Zellverbindern elektrisch leitend verbunden wird.
Vorzugsweise wird zunächst mittig in die jeweilige kammartige metallische Struktur der Gruppen von Emitter- und Basiskontakte (10 und 1 1 ) ein
Leitkleberpunkt (exemplarisch mit Bezugszeichen 14 bezeichnet) aufgebracht. Dies ist in der ersten Zeile a) in Figur 8 dargestellt.
Anschließend werden, wie in Zeile b) dargestellt, linienartige Zellverbinder 7a und 7b über die kammartigen Metallisierungsstrukturen der einzelnen Gruppen und die Leitkleberpunkte gelegt, sodass an den Leitkleberpunkten ein elektrisch leitende Verbindung zwischen den kammartigen Metallisierungsstrukturen und den Zellverbindern besteht. Der linienartige Zellverbinder 7b kontaktiert somit die Basiskontakte und der linienartige Zellverbinder 7a die Emitterkontakte der in Figur 8 dargestellten Kontaktierungsseite. Alternativ ist es möglich, wie in Zeile c) dargestellt, die linienartigen Zellverbinder über die gesamten Kontaktflächen mit den metallischen kammartigen Strukturen zu verbinden, beispielsweise mittels kleben, löten oder schweißen.
In Figur 9 ist dargestellt, dass die in Figur dargestellte 7 Kontaktierungsseite ebenfalls mittels linienartiger Zellverbinder verbindbar ist, wobei die linienartigen Zellverbinder alternierend jeweils Emitter- und Basiskontakte bzw. die Metallisierungsstrukturen der Gruppen von Emitter- und Basiskontakten elektrisch leitend verbinden.
Vorteilhafterweise werden hierzu mittig auf die krähenfußartigen metallischen Verbindungsstrukturen Punkte mit Leitkleber aufgebracht, mittels derer die Zellverbinder elektrisch leitend mit den metallischen krähenfußartigen Verbindungsstrukturen verbunden werden. Solche Punkte sind in Figur 9 beispielhaft durch die ausgefüllten Kreise dargestellt.
In Figur 10 ist ein Ausführungsbeispiel einer Modulverschaltung dargestellt, bei der die Solarzellen (eine Solarzelle ist beispielhaft mit 15 bezeichnet) mittels eines Drahtfeldes verbunden sind. Hierzu sind einzelne linienartige Drähte derart angeordnet, dass die Basiskontakte einer Solarzelle mit den Emitterkontakten einer benachbarten Solarzelle elektrisch leitend verbunden sind. Beispielhaft ist ein Draht 20 gekennzeichnet. Bei Herstellung eines Moduls werden das Drahtfeld und die Kontakte der Solarzellen vorbelotet oder mit Leitkleber versehen und miteinander verbunden. Vorteilhafterweise ist das Drahtfeld auf einem Träger angeordnet, der vorzugsweise aus dem Material EVA besteht.
In Figur 11 ist ein Ausführungsbeispiel eines Zellverbinders dargestellt, der als flexible, elektrisch isolierende Folie 21 ausgeführt ist und einseitig und auf der den Solarzellen zugewandten Seite kammartige, ineinandergreifende Metallstrukturen 22 aufweist. Die Anordnung einer Solarzelle auf dem Zellverbinder ist beispielhaft durch gestrichelte Linien dargestellt. Vorteilhafterweise wird auf der flexiblen Folie zwischen den kammartigen Metallstrukturen ein elektrisch nicht leitendes Füllmaterial angeordnet, welches die Bildung von Luftblasen zwischen Solarzelle und flexibler Folie 21 verhindert. In Figur 12 ist eine Weiterbildung des Zellverbinders aus Figur 11 dargestellt, welche zusätzlich Ausnehmungen 23 aufweist, so dass durch Anlegen eines Vakuums auf der den Solarzellen abgewandten Seite durch die Ausnehmungen die Solarzellen an den Zellverbinder ansaugbar sind. Vorteilhafterweise ist der Zellverbinder an Punkten 24 auf den Metallstrukturen vorbelotet oder mit Leitkleber versehen, wobei die Punkte derart angeordnet sind, dass bei Aufbringen einer Solarzelle auf den Zellverbinder die vorbeloteten Punkte die Emitter- oder Basiskontakte kontaktieren. Die Anordnung einer Solarzelle ist durch die gestrichelte Linie beispielhaft angedeutet.
In Figur 13 ist ein Ausführungsbeispiel eines Zellverbinders dargestellt, der als elektrisch isolierende, flexible Folie 26 ausgeführt ist, welche eine erste Metallisierung auf der den Solarzellen zugewandten Seite und eine zweite Metallisierung auf der den Solarzellen abgewandten Seite aufweist. Die den Solarzellen zugewandte Seite ist in Figur 13a und die den Solarzellen abgewandte Seite in Figur 13b dargestellt. Die flexible Folie und die erste Metallisierung weisen Ausnehmungen 25 auf, an denen die zweite Metallisierung durch die Ausnehmungen auf die den Solarzellen zugewandte Seite geführt ist. In Figur 13a ist gestrichelt beispielhaft die Position einer
Solarzelle dargestellt. Die Metallisierungen und die Ausnehmungen sind derart angeordnet, dass die erste Metallisierung die Basiskontakte und die zweite Metallisierung durch die Ausnehmungen hindurch die Emitterkontakte der Solarzelle bedeckt und jeweils elektrisch leitend verbunden sind. In Figur 13b ist ersichtlich, dass der Zellverbinder auf der den Solarzellen abgewandten Seite in einzelne elektrisch voneinander getrennte Bereiche aufgeteilt ist. Dies ermöglicht eine Serienverschaltung der Solarzellen im Modul, wie nachfolgend anhand Figur 14 beschrieben:
In Figur 14 ist eine Anordnungsbeispiel des Zellverbinders aus Figur 13 in einem Solarzellenmodul dargestellt, wobei Figur 14 a die den Solarzellen zugewandte und Figur 14b die den Solarzellen abgewandte Seite zeigt. In Figur 14 a ist beispielhaft die Anordnung von zwei Solarzellen dargestellt.
Figur 15 zeigt ein Schnittbild des Zellverbinders senkrecht zur Zeichenebene in Figur 13 entlang der Linie B. Die elektrisch isolierende, flexible Folie 26 ist auf der den Solarzellen zugewandten Seite (oben dargestellt) mit einer ersten Metallisierung 27 teilweise bedeckt und auf der den Solarzellen abgewandten Seite mit einer zweiten Metallisierung 28 teilweise bedeckt. In Ausnehmungen 25 sowohl der ersten Metallisierung als auch der flexiblen Folie kann die zweite Metallisierung auf die den Solarzellen zugewandte Seite geführt werden, oder mittels Leitkleber oder Lot ein elektrisch leitender Kontakt mit den Solarzellen hergestellt werden. Weiterhin sind Ausnehmungen 29 der zweiten Metallisierung und 30 der ersten Metallisierung dargestellt, welche eine Strukturierung der Metallisierungen gemäß der Figuren 13 und 14 bewirken.
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Claims

P a t e n t a n s p r ü c h e
1 . Solarzelle, insbesondere zur Verschaltung in einem Solarzellenmodul, umfassend mindestens einen metallischen Basiskontakt (6), mindestens einen metallischen Emitterkontakt (5) sowie eine Halbleiterstruktur, welche mindestens einen Basis- und mindestens einen Emitterbereich (2,3) aufweist, wobei Basis- und Emitterbereich (2,3) entgegengesetzte Dotierungstypen aufweisen und zumindest teilweise aneinander angrenzen, zur
Ausbildung eines pn-Übergangs, der Basiskontakt (6) elektrisch leitend mit dem Basisbereich (2) und der Emitterkontakt (5) elektrisch leitend mit dem Emitterbereich (3) verbunden ist und sowohl Basis- als auch Emitterkontakt (6,5) an einer Kontaktierungsseite
(1 ) der Solarzelle angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Solarzelle mehrere metallische Emitterkontakte (5), die jeweils elektrisch leitend mit einem Emitterbereich (3) verbunden sind und mehrere metallische Basiskontakte (6), die jeweils elektrisch leitend mit einem Basisbereich (2) verbunden sind, aufweist, wobei die Emitterkontakte untereinander nicht oder ausschließlich über einen Emitterbereich (3) elektrisch leitend verbunden sind und die Basiskontakte (6) untereinander nicht oder ausschließlich über einen Basisbereich (2) elektrisch leitend verbunden sind.
2. Solarzelle nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Emitterkontakte (5) jeweils derart angeordnet und ausgebildet sind, dass um jeden Emitterkontakt (5) eine gedachte konvexe Fläche definierbar ist, welche den Emitterkontakt vollständig enthält und keinen
Basiskontakt (6) und auch keinen Teilbereich eines Basiskontaktes enthält und dass die Basiskontakte (6) jeweils derart angeordnet und ausgebildet sind, dass um jeden Basiskontakt (6) eine gedachte konvexe Fläche definierbar ist, welche den Basiskontakt (6) vollständig enthält und keinen
Emitterkontakt (5) und auch keinen Teilbereich eines Emitterkontakte (5) enthält.
3. Solarzelle nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Solarzelle eine Vielzahl von Emitter- und/oder Basiskontakten
(5,6) gemäß der erfindungsgemäßen Ausbildung aufweist, insbesondere mindestens 10, vorzugsweise mindestens 100, im Weiteren mindestens 1000 Emitter- und/oder Basiskontakte
4. Solarzelle nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Emitter- und Basiskontakte (5,6) derart angeordnet und ausgebildet sind, dass für jeden Emitterkontakt (5) gilt, dass innerhalb eines gedachten Kreises (8) mit Durchmesser d1 mindestens dieser vollständige
Emitterkontakt (5) und mindestens ein vollständiger Basiskontakt (6) liegen und dass für jeden Basiskontakt (6) gilt, dass innerhalb eines gedachten
Kreises (8) mit Durchmesser d-, mindestens dieser vollständige Basiskontakt (6) und mindestens ein vollständiger Emitterkontakt (5) liegen, wobei der Durchmesser d, folgende Bedingung gemäß Formel 1 erfüllt:
di ≤
Figure imgf000034_0001
(Formel l ),
mit einem Skalierungsfaktor k-, und der Fläche Aκ [cm2] der Kontaktierungsseite (1 ) der Solarzelle und ki = 0, 13, vorzugsweise k-i = 0, 06, insbesondere k1 = 0, 03, im Weiteren vorzugsweise
Figure imgf000034_0002
5. Solarzelle nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Emitterkontakte (5) derart angeordnet und ausgebildet sind, dass für jeden Emitterkontakt (5) gilt, dass innerhalb eines gedachten Kreises (9) mit Durchmesser d2 mindestens dieser vollständige
Emitterkontakt (5) und mindestens ein weiterer vollständiger Emitterkontakt (5) liegen und/oder dass die Basiskontakte (6) derart angeordnet und ausgebildet sind, ..£ass für jeden Basiskontakt (6) innerhalb eines gedachten Kreises (9) mit Durchmesser d2 mindestens dieser vollständige Basiskontakt (6) und mindestens ein weiterer vollständiger Basiskontakt (6) liegen, wobei der Durchmesser d2 folgende Bedingung gemäß Formel 2 erfüllt:
d2 ≤ k2 - JA^ (Formel 2),
mit einem Skalierungsfaktor k2 und der Fläche Aκ [cm2] der Kontaktierungsseite (1 ) der Solarzelle und k2 = 0, 26, vorzugsweise k2 = 0, 13, insbesondere k2 = 0, 06, im Weiteren vorzugsweise k2 = 0, 028 ist.
6. Solarzelle nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Emitterkontakte (5) und die Basiskontakte (6) auf den Kreuzungspunkten eines imaginären, rechtwinkligen Gitters (G) angeordnet sind, wobei Emitter- und Basiskontakte (5,6) derart angeordnet sind, dass entlang jeder Linie des imaginären Gitters Emitter- und Basiskontakte (5,6) alternieren.
7. Solarzelle nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Solarzelle eine rechteckige Kontaktierungsseite (1 ) aufweist und das imaginäre Gitter (G) derart angeordnet ist, dass die Gitterlinien in einem Winkel von 45° zu den Kanten der Kontaktierungsseite (1 ) stehen.
8. Solarzelle nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Emitterkontakte (5) untereinander und ebenso die Basiskontakte
(6) untereinander einen Abstand kleiner 1 cm, insbesondere kleiner 5 mm aufweisen.
9. Solarzelle nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Emitter- und die Basiskontakte (5,6) derart ausgebildet sind, dass jeweils ein Kontakt eine Gesamtfläche kleiner 16 mm2, vorzugsweise kleiner 5 mm2, insbesondere kleiner 1 mm2, im Weiteren vorzugsweise kleiner 0.4 mm2 bedeckt.
10. Solarzelle nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass an der Kontaktierungsseite (1 ) die Halbleiterstruktur eine elektrisch nicht leitende Isolierungsschicht (4) aufweist, welche an den Orten der Basis- und Emitterkontakte (5) Ausnehmungen aufweist und dass die Basis- und Emitterkontakte (6,5) auf der Isolierungsschicht (4) angeordnet sind und die Isolierungsschicht (4) durch die Ausnehmungen hindurch zur elektrischen Kontaktierung der Halbleiterstruktur durchdringen.
1 1 . Solarzelle nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausnehmungen der Isolierungsschicht (4) eine Fläche kleiner 16 mm2, vorzugsweise kleiner 5 mm2, insbesondere kleiner 1 mm2, im Weiteren vorzugsweise kleiner 0.4 mm2 aufweisen.
12. Solarzelle nach Anspruch 1 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Basis- und Emitterkontakte (6,5) auf der Isolierungsschicht (4) jeweils einen Bereich mit einer Fläche kleiner 16 mm2, vorzugsweise kleiner 5 mm2, insbesondere kleiner 1 mm2, im Weiteren vorzugsweise kleiner 0,4 mm2 bedecken.
13. Solarzelle nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Emitterkontakte (5) in Gruppen aufgeteilt sind, wobei eine Gruppe (1 1 ) jeweils eine Anzahl von mindestens 2 Emitterkontakten und maximal 30, insbesondere maximal 20, vorzugsweise maximal 10 Emitterkontakten umfasst und die Emitterkontakte (5) einer Gruppe über eine Metallisierung elektrisch leitend verbunden sind, die unterschiedlichen Gruppen von Emitterkontakten (1 1 ) hingegen untereinander nicht oder ausschließlich über einen Emitterbereich (3) elektrisch leitend verbunden sind und entsprechend die Basiskontakte (6) in Gruppen (10) aufgeteilt sind, wobei eine Gruppe jeweils eine Anzahl von mindestens 2 Basiskontakten und maximal 30, insbesondere maximal 20, vorzugsweise maximal 10 Basiskontakten umfasst und die Basiskontakte (6) einer Gruppe (10) über eine Metallisierung elektrisch leitend verbunden sind, die unterschiedlichen Gruppen von Basiskontakte (10) hingegen untereinander nicht oder ausschließlich über einen Basisbereich (2) elektrisch leitend verbunden sind.
14. Solarzelle nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Gruppen der Emitter- und Basiskontakte (1 1 , 10) derart angeordnet und ausgebildet sind, dass für jede Gruppe von Emitterkontakten (1 1 ) innerhalb eines gedachten Kreises (12) mit Durchmesser d3 mindestens diese vollständige Gruppe von Emitterkontakten (1 1 ) und mindestens eine vollständige Gruppe von Basiskontakten (10) liegen und dass für jede Gruppe von Basiskontakten (10) innerhalb eines gedachten Kreises (12) mit Durchmesser d3 mindestens diese vollständige Gruppe von Basiskontakten (10) und mindestens eine vollständige Gruppe von Emitterkontakten (1 1 ) liegen, wobei der Durchmesser d3 folgende Bedingung gemäß Formel 3 erfüllt:
d3 ≤ k3 -
Figure imgf000037_0001
(Formel 3),
mit einem Skalierungsfaktor k3 und der Fläche Aκ [cm2] der
Kontaktierungsseite (1 ) der Solarzelle und k3 = 0, 40, vorzugsweise k3 = 0, 26, insbesondere k3 = 0, 10, im Weiteren vorzugsweise k3 = 0, 056 ist.
15. Solarzelle nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche 13 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Gruppen der Emitterkontakte (1 1 ) derart angeordnet und ausgebildet sind, dass für jede Gruppe von Emitterkontakten innerhalb eines gedachten
Kreises (13) mit Durchmesser d4 mindestens diese vollständige Gruppe von Emitterkontakten (1 1 ) und mindestens eine weitere vollständige Gruppe von Emitterkontakten liegen und/oder dass die Gruppen von Basiskontakten (10) derart angeordnet und ausgebildet sind, dass für jede Gruppe von Basiskontakten (10) innerhalb eines gedachten Kreises (13) mit Durchmesser d4 mindestens diese vollständige Gruppe von Basiskontakten (10) und mindestens eine weitere vollständige Gruppe von Basiskontakten liegen, wobei der Durchmesser d4 folgende Bedingung gemäß Formel 4 erfüllt:
d4 ≤ k4 - Λ/ΛJ (Formel 4),
mit einem Skalierungsfaktor k4 und der Fläche Aκ [cm2] der Kontaktierungsseite (1 ) der Solarzelle und k4 = 0, 80, vorzugsweise k4 = 0, 51, insbesondere k4 = 0, 20, im Weiteren vorzugsweise k4 = 0. 112 ist.
16. Solarzelle nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Solarzellenstruktur dem Grundaufbau einer Rückseitenkontaktzelle („RCC") oder einer Emitter-Wrap-Through-
Solarzelle (,EWT") oder einer Metal-Wrap-Through-Solarzelle (.MWT") entspricht.
17. Solarzelle nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Solarzelle mindestens 10, insbesondere mindestens 100, vorzugsweise mindestens 1000 Emitter- und/oder Basiskontakte (5,6) aufweist.
18. Solarzelle nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass lediglich ein Teilbereich der Solarzelle gemäß der vorangehenden Ansprüche ausgebildet ist, wobei der Teilbereich mindestens 70%, insbesondere mindestens 80%, im Weiteren mindestens 95% der Fläche der Kontaktierungsseite (1 ) der Solarzelle umfasst.
19. Solarzellenmodul, umfassend mindestens eine erste und eine zweite Solarzelle jeweils gemäß mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche sowie mindestens einen Zellverbinder, wobei die erste Solarzelle im Solarzellenmodul neben der zweiten
Solarzelle angeordnet ist und der Zellverbinder (7) an der Kontaktierungsseite (1 ) der ersten und der zweiten Solarzelle angeordnet und derart ausgeführt ist, dass die Emitterkontakte (5) der ersten Solarzelle mit den Basiskontakten der zweiten Solarzelle elektrisch leitend verbunden sind oder umgekehrt.
20. Solarzellenmodul nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass der Zellverbinder (7) als Leiterplatte oder flexibel, insbesondere folienartig (21 , 26) ausgebildet ist.
21 . Solarzellenmodul nach mindestens einem der Ansprüche 19 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass das Solarzellenmodul mindestens zwei reihenartig nebeneinander angeordnete Solarzellen, jeweils gemäß mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche 2 bis 9, umfasst und der Zellverbinder (7) kammartig ineinandergreifende Metallisierungsstrukturen (7a, 7b, 7c, 7d) aufweist, die derart angeordnet sind, dass bei reihenartig mit der Kontaktierungsseite (1 ) auf dem Zellverbinder (7) angeordneten Solarzellen die Emitterkontakte (5) einer Solarzelle mit den
Basiskontakten der benachbarten Solarzelle über die kammartige Metallisierungsstruktur elektrisch leitend verbunden sind.
22. Solarzellenmodul nach mindestens einem der Ansprüche 19 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass der Zellverbinder als elektrisch isolierende Folie (21 ,26) ausgebildet ist, die Folie auf der der Solarzelle bei Modulverschaltung zugewandten Seite eine erste metallische Verbindungsstruktur (27) aufweist und auf der der Solarzelle abgewandten Seite eine zweite metallische
Verbindungsstruktur (28) aufweist und die zweite metallische Verbindungsstruktur durch Ausnehmungen (25) der Folie und der ersten metallischen Verbindungsstruktur auf die andere Seite geführt ist, wobei die metallischen Verbindungsstrukturen derart angeordnet sind, dass bei mit der Kontaktierungsseite (1 ) auf der Folie angeordneten Solarzellen die Basiskontakte (6) der Solarzellen jeweils über die
Ausnehmungen mit der einen metallischen Verbindungsstruktur elektrisch leitend verbunden sind und die Emitterkontakte (5) der Solarzellen jeweils mit der anderen metallischen Verbindungsstruktur elektrisch leitend verbunden sind.
23. Solarzellenmodul nach mindestens einem der Ansprüche 19 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass der Zellverbinder als ein Feld aus im wesentlichen parallel angeordneten elektrisch leitenden Drähten ausgeführt ist und die Solarzellen derart auf den Drähten angeordnet sind, dass die
Emitterkontakte (5) einer Solarzelle mittels der Drähte elektrisch leitend mit den Basiskontakten (6) der benachbarten Solarzelle verbunden sind.
24. Solarzellenmodul mindestens nach einem der Ansprüche 19 bis 23, dadurch gekennzeichnet, dass der Zellverbinder Ausnehmungen (23) aufweist zum Anlegen eines Vakuums bei Bestückung des Zellverbinders mit Solarzellen
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