WO2017211629A1 - Method for producing a solar cell structure - Google Patents

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WO2017211629A1
WO2017211629A1 PCT/EP2017/063088 EP2017063088W WO2017211629A1 WO 2017211629 A1 WO2017211629 A1 WO 2017211629A1 EP 2017063088 W EP2017063088 W EP 2017063088W WO 2017211629 A1 WO2017211629 A1 WO 2017211629A1
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solar cell
core conductor
silicon
coating
cell structure
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Gunter Erfurt
Andreas Krause
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Ingenieurbüro Für Thermische Prozesse Dr. Erfurt
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    • Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
    • Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product

Definitions

  • the present invention relates to a process for producing a solar cell structure. Furthermore, the present invention relates to the use of such a method.
  • Photovoltaics has become an important part of the global energy supply in recent years. Solar cells convert light directly into electrical energy. Generally, a distinction is made in so-called wafer-based solar cells and thin-film solar cells. Thin film solar cells are often based on semiconductors containing rare or highly toxic elements, such as CIS solar cells made of copper indium disulfide, in particular indium being expensive and resource limited, and so-called CdTe solar cells consisting of cadmium telluride. which are inexpensive to produce but very toxic. Wafer-based solar cells usually have a significantly higher efficiency. The main cost driver in production is the production of suitable substrates, ie wafers. For this, silicon has to be produced, extensively recrystallized and processed into wafers.
  • Crystal rods are so far by a so-called wire saw process in slices, the so-called wafers, sawn. A large proportion (-50%) of the silicon is lost as sawn loss (Kerf). This has a negative effect not only on the economy, but also on the overall energy balance of the solar cell.
  • the solar cells produced from the wafers are interconnected to form modules, which in turn must be aligned as directly as possible with respect to the sun in order to convert as much sunlight as possible into electrical energy.
  • the module consists of series or parallel solar cells, which are available as flexible or rigid versions.
  • Rigid solar modules usually consist of silicon-based solar cells, which are mounted on an aluminum frame and covered by a glass plate.
  • bifacial modules that is, modules in which light is coupled from the front and back
  • Dominant technologies > 90% are crystalline silicon solar cells either designed as AI-BSF (Aluminum Back Surface Field) or for about 5 years PERC (Passivated Emitter and Rear Contact) solar cells.
  • US patent application no. US 2008/0 264 473 A1 discloses a photovoltaic device, wherein at least one solar cell is located on a substrate.
  • a filling layer seals the at least one solar cell within the internal volume.
  • a container within the internal volume has an opening in fluid communication with the filler layer.
  • a membrane is attached to the opening, thereby sealing off the interior of the container from the filler layer.
  • the membrane is configured to reduce the volume within the container as the filler layer thermally expands and increases the volume within the container as the filler layer thermally contracts.
  • the substrate is hollowed out and the container is formed in this cavity.
  • the container may have a plurality of openings, each sealed with a membrane. There may be multiple containers within the photovoltaic device.
  • Japanese Patent Application JP S60-042 876 A discloses an N-Si layer which is adhered to a glass fiber provided with a transparent conductive film, a P-Si layer 33 on the Si and further a P-Si layer. Si layer is coated. An in-band is wound in close contact with this coating, and thus a conductive zone in a spiral shape is provided. When the coating is heated, an In-Si alloy is formed and the tape bonds to the layer. Thus, a transparent insulating layer is formed on this multilayered structural fiber.
  • a solar cell arrangement which consists of a number of parallel juxtaposed filament or wire-shaped solar cells that do not touch each other with their outer sides and each photovoltaic to a center electrode effective layer, eg of a semiconductor material which is coaxial about the center electrode of different layers, from the center electrode calculated from a p-type semiconductor layer, an n-type semiconductor layer, a barrier layer formed between the two and optionally an insulation layer protecting the outside, which can also enclose the optionally present on the outside of the layer counter electrode.
  • a center electrode effective layer eg of a semiconductor material which is coaxial about the center electrode of different layers
  • a method of manufacturing a solar cell structure comprising: providing a core conductor; Coating the core conductor by immersing the core conductor in a silicon source and heating the silicon source above the eutectic temperature; and aging the core conductor coating at a temperature below the eutectic temperature at which silicon is precipitated.
  • the method is configured such that the coating of the core conductor occurs by immersing the core conductor in the silicon source and heating the silicon source above the eutectic temperature of about 600 ° C.
  • the method is configured such that the silicon source is a silicon roll.
  • the method is configured such that the silicon source is a silicon powder.
  • the method is configured such that the coating is by a gas phase coating, a vapor phase deposition, or a chemical vapor phase cut.
  • the method is configured such that the coating is carried out with a hypereutectic metastable aluminum-silicon alloy having a silicon content of about 30%. In one aspect, the method further comprises forming a metastable coating having a layer thickness of up to about 50 ⁇ .
  • the method is configured such that the deposition of the coating of the core conductor (10) takes place at a temperature of about 200 to about 600 ° C., in particular 300-500 ° C.
  • the method further comprises selectively re-etching the coating.
  • a solar cell structure comprising a core conductor, a cladding layer, at least one semiconductor layer, an emitter, and an outer conductor.
  • the cladding layer is designed to surround the core conductor.
  • the at least one semiconductor layer is configured to surround the cladding layer.
  • the outer conductor is configured to surround the emitter surrounding the at least one semiconductor layer.
  • the solar cell structure is configured such that the core conductor has a diameter between 10 ⁇ and 2 mm.
  • the solar cell structure is configured such that the cladding layer is a coating of an n-valent element.
  • the solar cell structure is configured such that the cladding layer is a coating of a 3-valence element or 5-valent element.
  • the solar cell structure is configured such that the core conductor is made of a material containing the cladding layer. In one aspect, the solar cell structure is configured such that the at least one semiconductor layer has a diameter between 100 nm and 10 ⁇ m. In one aspect, the solar cell structure is configured such that the at least one semiconductor layer has a resistivity between 0.1 and 10 ⁇ cm. In one aspect, the solar cell structure further comprises an antireflection layer disposed on the outside of the solar cell structure, which simultaneously passivates the surface.
  • the solar cell structure is configured such that the outer conductor is made of a thin metal wire.
  • the solar cell structure is configured such that the outer conductor is coaxially wound around the layer composite consisting of the core conductor, the cladding layer, the at least one semiconductor layer and the emitter.
  • the solar cell structure is configured such that the outer conductor is formed as a front-side contact of the solar cell structure. In one aspect, the solar cell structure is configured such that the core conductor is formed as a rear-side contact of the solar cell structure.
  • the solar cell structure is configured such that the outer conductor consists of a transparent semiconductor contact.
  • the outer conductor consists of indium tin oxide (ITO) or a transparent, electrically conductive oxide (TCO).
  • a method of manufacturing a solar cell structure comprising: providing a core conductor; Surrounding the core conductor with a cladding layer; Applying at least one semiconductor layer to the cladding layer; Generating an emitter; and applying an outer conductor configured to surround the emitter.
  • the method is configured such that the core conductor is coated with an n-valent element.
  • the core conductor is coated with a trivalent or pentavalent element.
  • the method is configured such that the at least one semiconductor layer is produced by immersing the core conductor with the cladding layer in a p-doped or n-doped silicon melt.
  • the method is configured such that the at least one semiconductor layer is produced by heat treatment of a hypereutectically composed core conductor.
  • the method is configured such that the emitter is applied by depositing an n-doped silicon layer on the at least one semiconductor layer.
  • the method is configured such that the emitter is thermally driven into the solar cell. In one aspect, the method is configured such that the emitter is driven into the solar cell non-thermally by ion implantation or plasma ion immersion, respectively.
  • the method is configured such that the outer conductor is coaxially wound around the layer composite consisting of the core conductor, the cladding layer, the at least one semiconductor layer and the emitter.
  • a solar cell module wherein the solar cell module has at least one solar cell structure, the at least one solar cell structure comprising a core conductor, a cladding layer, at least one semiconductor layer, an emitter, and an outer conductor.
  • the cladding layer is configured to surround the core conductor.
  • the at least one semiconductor layer is configured to surround the cladding layer.
  • the outer conductor is configured to surround the emitter surrounding the at least one semiconductor layer.
  • a use of the solar cell structure according to the above aspects or the method according to the above aspects or the solar cell module according to the above aspects is provided as a glass film module or a glass glass module.
  • FIG. 1 is a schematic plan view of a core conductor with a cladding layer of a solar cell according to the first embodiment of the present invention
  • FIG. 2 is a schematic plan view of a heat-treated core conductor of the solar cell shown in FIG. 1;
  • Figure 3 is a schematic plan view of the solar cell with an emitter according to the first embodiment of the present invention;
  • FIG. 4 is a block diagram of a method of manufacturing a solar cell according to the first embodiment of the present invention;
  • FIG. 5 shows a solar cell module with at least one solar cell according to another aspect of the present invention.
  • Figure 6 shows schematically an alumina structure surrounding the core conductor, which is formed as a honeycomb structure
  • Figs. 7A to 7D schematically show a plan view of a core conductor according to the second embodiment of the present invention.
  • FIG. 8 is a block diagram of a method of manufacturing a solar cell according to the second embodiment of the present invention. DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
  • the solar cell structure 10 may be formed as a wire-shaped solar cell structure of any length.
  • the solar cell structure 10 comprises a core conductor 1 or a tubular core conductor, which consists of a conductive, wire-shaped core (for example, metal wire, carbon fiber, conductive coated glass fiber).
  • the core conductor 1 may for example comprise a diameter between 10 ⁇ and 2mm, in particular 50 ⁇ and 500 ⁇ , in particular ⁇ ⁇ and 250 ⁇ .
  • the core conductor 1 has, on the one hand, the task of ensuring the mechanical stability (carrier substrate). On the other hand, the core conductor 1 represents the rear-side contact of the solar cell 10.
  • the wire of the core conductor 1 is surrounded by a cladding layer 2.
  • the cladding layer 2 is a coating of an n-valent element, for example, the cladding layer 2 is a coating of a trivalent or pentavalent element, for example of aluminum or boron, but these elements are not limiting.
  • the core conductor 1 may further be made of a material containing such an element in a sufficient amount (Al alloy wire, Al wire, boron-silicate glass fiber).
  • Metal wires which are preferred for process and price reasons to use (for example, steel wires, copper-containing wires), get a suitable adhesion promoter and / or diffusion barrier coating (Zn, Ni).
  • Zn is to be applied as adhesion promoter for Al.
  • the application of the Al-BSF layer can be done by immersing a galvanized core conductor 1 in an Al melt. Also PVD or CVD methods are conceivable.
  • the core conductor 1 may consist of an aluminum wire.
  • an alumina structure at least partially surrounding the core conductor 1 can be grown by means of electrochemical oxidation in oxalic acid.
  • the alumina structure surrounding the core conductor 1 may be formed as a honeycomb structure (see FIG. 6) if needed and / or desired. This honeycomb structure surrounding the core conductor 1 may have a structural thickness which is configured in such a way that it the core conductor 1 stabilized in the silicon melt.
  • the core conductor 1 may further be formed of an aluminum-coated metal wire (Fe).
  • a semiconductor layer 3 is applied on the above-described core conductor 1 including the cladding layer 2. This is done, for example, by immersing the core conductor 1 in a P-doped silicon melt (Si melt).
  • the thickness of the semiconductor layer 3 depends on the residence time of the core conductor 1 in the Si melt and is between 100nm and 1 mm, in particular between 10 ⁇ and 200 ⁇ , in particular between 10 and 70 ⁇ .
  • the layer has a resistivity between 0.1 and 10 ohm-cm.
  • the present invention is not limited to a semiconductor layer 3 of Si.
  • other suitable semiconductor layers such as Ge, CdTe, GaAs, InP, p-Si, etc., can be applied.
  • another way of producing the semiconductor layer 3 on the core conductor 1 of the solar cell structure 10 is to heat-treat a hypereutectically-assembled Al-Si core conductor 1 (> 15% Si) such that This leads to a crystallization of Si in the cladding layer 2 of the core conductor 1.
  • the Si-rich solid solution precipitates with a few ppm of Al during the demixing with suitable T-guidance, whereby it is crucial to remove the heat in such a way that Si mixed crystals are precipitated in the outer region of the core conductor 1 , while the AI remains inside (Al-BSF layer 6) .
  • the AI wire not only forms the Back-Surface-Field (BSF), but also drains the current, and excess AI can be dissolved by HCl Al wire can only be supersaturated in the outer region by alloying Si.
  • the solar cell structure 10 further includes an emitter 4 surrounding the semiconductor layer 3. There are various possibilities for the generation of the emitter 4.
  • P can be thermally driven from a phosphorus-containing medium (H3PO4, POCI, PH3).
  • a phosphorus-containing medium H3PO4, POCI, PH3
  • temperatures below that of the Al-Si eutectic are to be used ( ⁇ 560 ° C.).
  • Another possibility for generating the emitter 4 is to deposit an n-doped Si layer on the semiconductor layer 3 (for example by immersion in a P-doped Si melt or from the gas phase).
  • the present invention is not limited thereto, it is also possible to produce the emitter 3 by ion implantation or plasma ion immersion, if needed and / or desired. As further shown in FIG.
  • the solar cell structure 10 comprises an outer conductor 5 which surrounds the emitter 3.
  • the outer conductor 5 is formed as a front side contact of the solar cell structure 10.
  • the outer conductor 5 may be made of a thin metal wire with high conductivity (Al, Ag, Cu and their alloys).
  • the outer conductor 5 may consist of one of a transparent semiconductor contact, for example of indium tin oxide (ITO) or of a transparent, electrically conductive oxide (TCO).
  • ITO indium tin oxide
  • TCO transparent, electrically conductive oxide
  • the outer conductor 5 is wound coaxially around the layer composite consisting of the core conductor 1, the cladding layer 2, the at least one semiconductor layer 3 and the emitter 4.
  • the above layer composite lies crosswise on the front side contact wires (not shown) of the outer conductor 5 and is embedded in this form in an epoxy resin or glass melt. It is also possible to apply a metal layer (for example by vapor deposition with Al), to laser-incurate it linearly along the conductor core axis and to etch off the excess metal layer.
  • a metal layer for example by vapor deposition with Al
  • the outer conductor 5 can be applied galvanically, by means of PVD or CVD from the gas phase or by screen printing pastes.
  • a so-called AR layer For application by electroplating an antireflection coating (not shown) on the Outside of the solar cell structure, a so-called AR layer, unilaterally opened by means of laser and metal (eg, Cu, Ag, etc.) coated in this opening ("plating"), at the same time the antireflective layer passivated the surface .
  • the AR layer is merely optional, for example, Si3N4 may be deposited as an AR layer by CVD
  • the conductor core 1 serves as a wire wrap for front contact
  • it is advantageous to apply the AR layer only after mounting 4 shows a block diagram of the method for producing the solar cell structure 10 according to the present invention
  • the method for producing the solar cell structure 10 includes providing a core conductor 1 at step S1, and surrounding the core conductor 1 at step S2 a cladding layer 2, at step S3 applying at least one Halbleiterschic 3 on the
  • the core conductor 1 can be coated with an n-valent element, for example, the core conductor 1 is coated with a trivalent or pentavalent element.
  • the semiconductor layer 3 may be formed by immersing the core conductor 1 with the cladding layer 2 in a P-doped or n-doped silicon melt, or the semiconductor layer 3 may be formed by heat-treating a hypereutectically-assembled core conductor 1.
  • the emitter 4 can be applied to the at least one semiconductor layer 3 by deposition of an n-doped silicon layer or driven in thermally. Furthermore, the emitter 4 can be driven non-thermally by ion implantation or plasma ion immersion.
  • the outer conductor can be coaxially wound around the layer composite consisting of the core conductor 1, the cladding layer 2, the at least one semiconductor layer 3 and the emitter 4.
  • FIG. 5 shows a solar cell module 100 with at least one solar cell structure 10 according to a further aspect of the present invention.
  • the solar cell structures 10 may be embedded in a solar cell module frame 101, wherein the solar cell module frame 101 may take different forms and is not limited to the illustrated form in FIG.
  • the solar cell module 100 may further be a rigid module or a flexible module if needed and / or desired.
  • rigid and / or flexible solar cell modules 100 find applications as glass-foil modules, glass-glass modules, in architecture applications of arbitrary form factors, in the automotive sector with arbitrary form factors, in the clothing sector, as a solar fabric or in the aeronautical sector with arbitrary form factors ,
  • a second embodiment of the invention will be described.
  • the solar cell structure 100 may be formed as a wire-shaped solar cell structure of any length.
  • the solar cell structure 100 comprises a core conductor 10 or tubular core conductor, which is / are made from a conductive, wire-shaped core, in particular from an aluminum wire or an aluminum-silicon wire as the starting material.
  • the solar cell structure 100 corresponds to the solar cell structure 10 of the first embodiment, except for the generation of the semiconductor layer.
  • the described core conductor 10 made of aluminum wire or aluminum-silicon wire is transformed into a silicon source, in particular In particular, a silicon powder dipped or pulled through a heated silicon roll.
  • the aluminum wire or aluminum-silicon wire may be exposed to a silicon atmosphere.
  • the silicon source, in particular the silicon powder is heated above eutectic temperature, about 600 ° C.
  • the coating may be formed on the aluminum wire or aluminum-silicon wire in contact with compact silicon, eg by pulling through Si-roll.
  • the coating may be formed on the aluminum wire or aluminum-silicon wire by gas phase coating, vapor phase deposition, or chemical vapor phase cutting (CVD / PVC, etc.).
  • this forms a hypereutectic metastable AISi alloy in the region of the surface of the aluminum wire or aluminum-silicon wire, with, for example, about 30% silicon content.
  • from the alloy forms a metastable coating / sheath / layer around the aluminum wire (AI wire) or aluminum-silicon wire (AISi wire), with a layer thickness of up to about 50 ⁇ .
  • the semiconductor layer on the core conductor 10 of aluminum wire or aluminum wire of the solar cell structure 100 by aging the layer at a temperature below the eutectic temperature (T ⁇ T eu t) excreted from the alloy silicon. Thereafter, the core conductor 10 with the coating for a few minutes at a temperature of about 200-600 ° C, in particular 300-500 ° C, stored to allow a short diffusion time. During storage, silicon is also precipitated until a stable layer is achieved.
  • FIG. 8 shows a block diagram of the method for manufacturing the solar cell structure 100 according to the second embodiment of the present invention.
  • the method for producing the solar cell structure 100 comprises, at step S10, providing the core conductor 10 made of an aluminum wire or an aluminum-silicon wire, at step S1 1 coating the core conductor 10 by immersing the core conductor 10 in a silicon source, in particular silicon powder, or pulling through in contact by a silicon roller, at step S12 heating of the silicon source, in particular of the silicon powder, above eutectic temperature, about 600 ° C, at step S13 outsourcing of the coating Layer / cladding at a temperature below the eutectic temperature (T ⁇ T eu t) at which silicon (Si) is precipitated from the alloy, and at step S 14 storing the cladding / cladding / layer for a few minutes at a temperature of about 200-600 ° C, especially 300-500 ° C, to allow a short diffusion time.
  • the method for manufacturing the solar cell structure 100 according to the second embodiment of the present invention further comprises a step S14, etching back the coating (the eutectic) to expose the precipitated silicon (Si) if necessary and / or desired.

Abstract

The invention relates to a method for producing a solar cell structure (100), wherein the method comprises the following steps: providing a core conductor (10); coating the core conductor (10) by immersing the core conductor (10) in a silicon source and heating the silicon source above the eutectic temperature; and aging the coating of the core conductor (10) at a temperature below the eutectic temperature at which silicon is precipitated.

Description

BESCHREIBUNG  DESCRIPTION
TITEL TITLE
VERFAHREN ZUR HERSTELLUNG EINER SOLARZELLENSTRUKTUR METHOD FOR PRODUCING A SOLAR CELL STRUCTURE
QUERVERWEIS ZU BEKANNTEN ANMELDUNGEN CROSS-REFERENCE TO KNOWN APPLICATIONS
[0001 ] Diese Anmeldung beansprucht die Priorität der Deutschen Patentanmeldung DE 10 2016 1 10 464.7, eingereicht am 07. Juni 2016. Der Inhalt der gesam- ten Deutschen Patentanmeldung DE 10 2016 1 10 464.7 ist hiermit durch Bezugnahme hierin vollständig aufgenommen. [0001] This application claims priority to German Patent Application DE 10 2016 1 10 464.7 filed on Jun. 7, 2016. The contents of the entire German Patent Application DE 10 2016 1 10 464.7 are hereby incorporated by reference in their entireties.
GEBIET DER ERFINDUNG [0002] Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Solarzellenstruktur. Des Weiteren betrifft die vorliegende Erfindung die Verwendung eines derartigen Verfahrens. FIELD OF THE INVENTION The present invention relates to a process for producing a solar cell structure. Furthermore, the present invention relates to the use of such a method.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG BACKGROUND OF THE INVENTION
[0003] Photovoltaik hat sich in den letzten Jahren zu einem wichtigen Bestandteil der weltweiten Energieversorgung entwickelt. Dabei wandeln Solarzellen Licht direkt in elektrische Energie um. Generell wird in sogenannte waferbasierte Solarzellen und Dünnschichtsolarzellen unterschieden. Dünnschichtsolarzellen basie- ren häufig auf Halbleitern, die seltene oder stark toxische Elemente enthalten, wie beispielsweise CIS-Solarzellen die aus Kupfer-Indium-Disulfid bestehen, wobei insbesondere Indium teuer und als Ressource beschränkt ist, sowie sogenannte CdTe-Solarzellen die aus Cadmiumtellurid bestehen, die zwar günstig herstellbar aber sehr stark toxisch sind. Waferbasierte Solarzellen haben meist einen deut- lieh höheren Wirkungsgrad. Hauptkostentreiber bei der Produktion ist die Herstellung geeigneter Substrate, d.h. Wafer. Dafür muss Silizium hergestellt, in aufwändiger Weise umkristallisiert und zu Wafern verarbeitet werden. Kristallstäbe werden dabei bislang durch ein sogenanntes Drahtsägeverfahren in Scheiben, die sogenannten Wafer, gesägt. Dabei geht ein großer Anteil (-50%) des Siliziums zerspant als Sägeverlust (Kerf) verloren. Dies wirkt sich nicht nur auf die Wirtschaftlichkeit, sondern auch auf die Gesamtenergiebilanz der Solarzelle negativ aus. Photovoltaics has become an important part of the global energy supply in recent years. Solar cells convert light directly into electrical energy. Generally, a distinction is made in so-called wafer-based solar cells and thin-film solar cells. Thin film solar cells are often based on semiconductors containing rare or highly toxic elements, such as CIS solar cells made of copper indium disulfide, in particular indium being expensive and resource limited, and so-called CdTe solar cells consisting of cadmium telluride. which are inexpensive to produce but very toxic. Wafer-based solar cells usually have a significantly higher efficiency. The main cost driver in production is the production of suitable substrates, ie wafers. For this, silicon has to be produced, extensively recrystallized and processed into wafers. Crystal rods are so far by a so-called wire saw process in slices, the so-called wafers, sawn. A large proportion (-50%) of the silicon is lost as sawn loss (Kerf). This has a negative effect not only on the economy, but also on the overall energy balance of the solar cell.
[0004] Des Weiteren sind für die Fertigung der Solarzellen viele Teilprozesse erforderlich, die ein aufwändiges und teures Equipment, wie beispielswiese Ätzbänke, Diffusionsöfen, CVD-Anlagen (Chemische Gasphasenabschneide-Anlagen), Drucklinien etc., erforderlich machen. Ferner werden die aus den Wafern gefertig- ten Solarzellen zu Modulen verschaltet, die wiederum möglichst direkt zur Sonne ausgerichtet sein müssen, um möglichst viel Sonnenlicht in elektrische Energie umwandeln zu können. Das Modul besteht dabei aus in Serie oder parallel geschaltete Solarzellen, die als flexible oder starre Ausführung verfügbar sind. Starre Solarmodule bestehen üblicherweise aus siliziumbasierte Solarzellen, die auf einen Aluminiumrahmen montiert und von einer Glasplatte abgedeckt sind. Bemühungen sogenannte bifaziale Module herzustellen, das heißt Module bei denen Licht von Vorder- und Rückseite eingekoppelt wird, sind ebenfalls bekannt und gewinnen auch aufgrund einer besseren Anpassung der solaren Energieerzeugung an die Verbraucherlastkurven an Bedeutung. Dominierende Technolo- gien (>90%) sind kristalline Siliziumsolarzellen entweder ausgeführt als AI-BSF (Aluminium-Back-Surface-Field) oder seit etwa 5 Jahren PERC (Passivated Emitter and Rear Contact) Solarzellen. Furthermore, many sub-processes are required for the manufacture of the solar cells, which require a complex and expensive equipment, such as Ätzbänke, diffusion ovens, CVD systems (chemical vapor cutting systems), printing lines, etc. required. Furthermore, the solar cells produced from the wafers are interconnected to form modules, which in turn must be aligned as directly as possible with respect to the sun in order to convert as much sunlight as possible into electrical energy. The module consists of series or parallel solar cells, which are available as flexible or rigid versions. Rigid solar modules usually consist of silicon-based solar cells, which are mounted on an aluminum frame and covered by a glass plate. Efforts to produce so-called bifacial modules, that is, modules in which light is coupled from the front and back, are also known and also gain in importance due to a better adaptation of the solar power generation to the load load curves. Dominant technologies (> 90%) are crystalline silicon solar cells either designed as AI-BSF (Aluminum Back Surface Field) or for about 5 years PERC (Passivated Emitter and Rear Contact) solar cells.
[0005] Aus der U.S. Patentanmeldung Nr. US 2008/0 264 473 A1 ist eine Photo- voltaik-Vorrichtung offenbart, wobei sich mindestens eine Solarzelle auf einem Substrat befindet. Eine Füllschicht versiegelt die mindestens eine Solarzelle innerhalb des Innenvolumens. Ein Behälter innerhalb des inneren Volumens hat eine Öffnung in Fluidverbindung mit der Füllstoffschicht. Eine Membran ist an der Öffnung befestigt, wodurch das Innere des Behälters von der Füllstoffschicht ab- gedichtet wird. Die Membran ist so konfiguriert, dass sie das Volumen innerhalb des Behälters verringert, wenn sich die Füllerschicht thermisch ausdehnt und das Volumen innerhalb des Behälters erhöht, wenn sich die Füllerschicht thermisch zusammenzieht. In einigen Fällen ist das Substrat ausgehöhlt und der Behälter ist in diesem Hohlraum ausgebildet. Der Behälter kann mehrere Öffnungen haben, die jeweils mit einer Membran versiegelt sind. Es können mehrere Behälter innerhalb der Photovoltaik-Vorrichtung vorhanden sein. [0006] Aus der japanischen Patentanmeldung JP S60-042 876 A ist eine N-Si- Schicht bekannt, die auf einer Glasfaser haftet, die mit einem transparenten leitfähigen Film, einer P-Si-Schicht 33 auf dem Si und ferner einer P-Si-Schicht beschichtet ist. Auf diese Beschichtung wird ein In-Band in engem Kontakt gewickelt, und somit wird eine leitfähige Zone in einer spiralförmigen Form bereitge- stellt. Wenn die Beschichtung erwärmt wird, wird eine In-Si-Legierung gebildet, und das Band verschweißt sich mit der Schicht. Somit wird eine transparente Isolationsschicht auf dieser mehrschichtigen Strukturfaser ausgebildet. [0005] US patent application no. US 2008/0 264 473 A1 discloses a photovoltaic device, wherein at least one solar cell is located on a substrate. A filling layer seals the at least one solar cell within the internal volume. A container within the internal volume has an opening in fluid communication with the filler layer. A membrane is attached to the opening, thereby sealing off the interior of the container from the filler layer. The membrane is configured to reduce the volume within the container as the filler layer thermally expands and increases the volume within the container as the filler layer thermally contracts. In some cases, the substrate is hollowed out and the container is formed in this cavity. The container may have a plurality of openings, each sealed with a membrane. There may be multiple containers within the photovoltaic device. Japanese Patent Application JP S60-042 876 A discloses an N-Si layer which is adhered to a glass fiber provided with a transparent conductive film, a P-Si layer 33 on the Si and further a P-Si layer. Si layer is coated. An in-band is wound in close contact with this coating, and thus a conductive zone in a spiral shape is provided. When the coating is heated, an In-Si alloy is formed and the tape bonds to the layer. Thus, a transparent insulating layer is formed on this multilayered structural fiber.
[0007] Des Weiteren ist aus der europäischen Patentanmeldung EP 0 275 006 A2 eine Solarzellen-Anordnung bekannt, die aus einer Anzahl parallel nebeneinander angeordneten faden- bzw. drahtförmigen Solarzellen besteht, die einander mit ihren Außenseiten nicht berühren und jeweils um eine Mittelelektrode eine photovoltaisch wirksame Schicht, z.B. aus einem Halbleitermaterial, aufweisen, welche koaxial um die Mittelelektrode aus verschiedenen Schichten, von der Mit- telelektrode aus gerechnet einer p-Halbleiterschicht, einer n-Halbleiterschicht, einer zwischen diesen beiden gebildeten Sperr- bzw. Übergangsschicht und gegebenenfalls einer die Außenseite schützende Isolationsschicht, welche auch die auf der Außenseite der Schicht gegebenenfalls vorhandene Gegenelektrode umschließen kann. Furthermore, from the European patent application EP 0 275 006 A2 a solar cell arrangement is known, which consists of a number of parallel juxtaposed filament or wire-shaped solar cells that do not touch each other with their outer sides and each photovoltaic to a center electrode effective layer, eg of a semiconductor material which is coaxial about the center electrode of different layers, from the center electrode calculated from a p-type semiconductor layer, an n-type semiconductor layer, a barrier layer formed between the two and optionally an insulation layer protecting the outside, which can also enclose the optionally present on the outside of the layer counter electrode.
[0008] Aus den vorstehenden Nachteilen der bekannten Technologie, insbesondere den teuren und ineffizienten Waferherstellungsprozessen, ergibt sich ein vielseitiges Verbesserungspotential. [0009] Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine Solarzellenstruktur und ein Verfahren zur Herstellung einer Solarzellenstruktur bereitzustellen, die nach einem kostengünstigen, kontinuierlichen Herstellungsverfahren mit kleinem Platzbedarf in der Fertigung eine omnifaziale Solarzelle ermöglicht. ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG From the above disadvantages of the known technology, in particular the expensive and inefficient wafer manufacturing processes, there is a versatile potential for improvement. It is an object of the present invention to provide a solar cell structure and a method for producing a solar cell structure, which allows for an inexpensive, continuous manufacturing process with a small footprint in the production of an omnifacial solar cell. SUMMARY OF THE INVENTION
[0010] Erfindungsgemäß wird dies durch ein Herstellungsverfahren gemäß den Merkmalen des Hauptanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Aspekte sind in den abhängigen Ansprüchen beschrieben. This is achieved by a manufacturing method according to the features of the main claim 1 according to the invention. Advantageous aspects are described in the dependent claims.
[001 1 ] Nach einem ersten Aspekt der vorliegenden Offenbarung ist ein Verfahren zur Herstellung einer Solarzellenstruktur bereitgestellt, wobei das Verfahren dabei umfasst: Bereitstellen eines Kernleiters; Beschichten des Kernleiters durch Eintauchen des Kernleiters in eine Silizium-Quelle und Erwärmen der Silizium- Quelle oberhalb der eutektischen Temperatur; und Auslagern der Beschichtung des Kernleiters bei einer Temperatur unterhalb der eutektischen Temperatur bei welcher Silizium ausgeschieden wird. [001 1] According to a first aspect of the present disclosure, there is provided a method of manufacturing a solar cell structure, the method comprising: providing a core conductor; Coating the core conductor by immersing the core conductor in a silicon source and heating the silicon source above the eutectic temperature; and aging the core conductor coating at a temperature below the eutectic temperature at which silicon is precipitated.
[0012] In einem Aspekt ist das Verfahren ausgestaltet, derart, dass das Beschichten des Kernleiters durch Eintauchen des Kernleiters in der Silizium-Quelle und Erwärmen der Silizium-Quelle oberhalb der eutektischen Temperatur von ca. 600°C erfolgt. In one aspect, the method is configured such that the coating of the core conductor occurs by immersing the core conductor in the silicon source and heating the silicon source above the eutectic temperature of about 600 ° C.
[0013] In einem Aspekt ist das Verfahren ausgestaltet, derart, dass die Silizium- Quelle eine Silizium-Rolle ist. In one aspect, the method is configured such that the silicon source is a silicon roll.
[0014] In einem Aspekt ist das Verfahren ausgestaltet, derart, dass die Silizium- Quelle ein Silizium-Pulver ist. In one aspect, the method is configured such that the silicon source is a silicon powder.
[0015] In einem Aspekt ist das Verfahren ausgestaltet, derart, dass das Beschichten durch eine Gasphasenbeschichtung, eine Abscheidung über einer Gasphase oder durch eine chemische Gasphasenabschneidung erfolgt. In one aspect, the method is configured such that the coating is by a gas phase coating, a vapor phase deposition, or a chemical vapor phase cut.
[0016] In einem Aspekt ist das Verfahren ausgestaltet, derart, dass das Beschichten mit einer übereutektischen metastabilen Aluminium-Silizium-Legierung mit einem Silizium-Anteil von ca. 30% erfolgt. [0017] In einem Aspekt umfasst das Verfahren weiter ein Ausbilden einer metastabilen Beschichtung mit einer Schichtdicke bis ca. 50 μιτι. In one aspect, the method is configured such that the coating is carried out with a hypereutectic metastable aluminum-silicon alloy having a silicon content of about 30%. In one aspect, the method further comprises forming a metastable coating having a layer thickness of up to about 50 μιτι.
[0018] In einem Aspekt ist das Verfahren ausgestaltet, derart, dass das Ausla- gern der Beschichtung des Kernleiters (10) bei einer Temperatur von ca. 200 bis ca. 600 °C, insbesondere 300-500 °C, erfolgt. In one aspect, the method is configured such that the deposition of the coating of the core conductor (10) takes place at a temperature of about 200 to about 600 ° C., in particular 300-500 ° C.
[0019] In einem Aspekt umfasst das Verfahren weiter ein selektives Rückätzen der Beschichtung. In one aspect, the method further comprises selectively re-etching the coating.
[0020] Nach einem weiteren Aspekt der vorliegenden Offenbarung ist eine Solarzellenstruktur bereitgestellt, wobei die Solarzellenstruktur einen Kernleiter, eine Mantelschicht, mindestens eine Halbleiterschicht, einen Emitter und einen Außenleiter umfasst. Die Mantelschicht ist dabei ausgestaltet, den Kernleiter zu umge- ben. Die mindestens eine Halbleiterschicht ist ausgestaltet, die Mantelschicht zu umgeben. Der Außenleiter ist ausgestaltet den Emitter, welcher die mindestens eine Halbleiterschicht umgibt, zu umgeben. According to another aspect of the present disclosure, a solar cell structure is provided, wherein the solar cell structure comprises a core conductor, a cladding layer, at least one semiconductor layer, an emitter, and an outer conductor. The cladding layer is designed to surround the core conductor. The at least one semiconductor layer is configured to surround the cladding layer. The outer conductor is configured to surround the emitter surrounding the at least one semiconductor layer.
[0021 ] In einem Aspekt ist die Solarzellenstruktur ausgestaltet, derart, dass der Kernleiter einen Durchmesser zwischen 10 μιτι und 2 mm aufweist. In one aspect, the solar cell structure is configured such that the core conductor has a diameter between 10 μιτι and 2 mm.
[0022] In einem Aspekt ist die Solarzellenstruktur ausgestaltet, derart, dass die Mantelschicht eine Beschichtung aus einem n-wertigen Element ist. Zum Beispiel ist die Solarzellenstruktur ausgestaltet, derart, dass die Mantelschicht eine Be- Schichtung aus einem 3-wertigen Element oder 5-wertigen Element ist. In one aspect, the solar cell structure is configured such that the cladding layer is a coating of an n-valent element. For example, the solar cell structure is configured such that the cladding layer is a coating of a 3-valence element or 5-valent element.
[0023] In einem Aspekt ist die Solarzellenstruktur ausgestaltet, derart, dass der Kernleiter aus einem Material besteht, das die Mantelschicht enthält. [0024] In einem Aspekt ist die Solarzellenstruktur ausgestaltet, derart, dass die mindestens eine Halbleiterschicht einen Durchmesser zwischen 100nm und 10 μιτι aufweist. [0025] In einem Aspekt ist die Solarzellenstruktur ausgestaltet, derart, dass die mindestens eine Halbleiterschicht einen spezifischen Widerstand zwischen 0,1 und 10 Qcm aufweist. [0026] In einem Aspekt umfasst die Solarzellenstruktur weiter eine an der Außenseite der Solarzellenstruktur angeordnete Antireflex-Schicht, die gleichzeitig die Oberfläche passiviert. In one aspect, the solar cell structure is configured such that the core conductor is made of a material containing the cladding layer. In one aspect, the solar cell structure is configured such that the at least one semiconductor layer has a diameter between 100 nm and 10 μm. In one aspect, the solar cell structure is configured such that the at least one semiconductor layer has a resistivity between 0.1 and 10 Ωcm. In one aspect, the solar cell structure further comprises an antireflection layer disposed on the outside of the solar cell structure, which simultaneously passivates the surface.
[0027] In einem Aspekt ist die Solarzellenstruktur ausgestaltet, derart, dass der Außenleiter aus einem dünnen Metalldraht besteht. In one aspect, the solar cell structure is configured such that the outer conductor is made of a thin metal wire.
[0028] In einem Aspekt ist die Solarzellenstruktur ausgestaltet, derart, dass der Außenleiter um den Schichtverbund, bestehend aus dem Kernleiter, der Mantelschicht, der mindestens einen Halbleiterschicht und den Emitter, koaxial gewickelt ist. In one aspect, the solar cell structure is configured such that the outer conductor is coaxially wound around the layer composite consisting of the core conductor, the cladding layer, the at least one semiconductor layer and the emitter.
[0029] In einem Aspekt ist die Solarzellenstruktur ausgestaltet, derart, dass der Außenleiter als Vorderseitenkontakt der Solarzellenstruktur ausgebildet ist. [0030] In einem Aspekt ist die Solarzellenstruktur ausgestaltet, derart, dass der Kernleiter als Rückseitenkontakt der Solarzellenstruktur ausgebildet ist. In one aspect, the solar cell structure is configured such that the outer conductor is formed as a front-side contact of the solar cell structure. In one aspect, the solar cell structure is configured such that the core conductor is formed as a rear-side contact of the solar cell structure.
[0031 ] In einem Aspekt ist die Solarzellenstruktur ausgestaltet, derart, dass der Außenleiter aus einem transparenten Halbleiterkontakt besteht. Zum Beispiel be- steht der Außenleiter aus Indiumzinnoxid (ITO) bzw. einem transparenten, elektrisch leitfähigen Oxid (TCO). In one aspect, the solar cell structure is configured such that the outer conductor consists of a transparent semiconductor contact. For example, the outer conductor consists of indium tin oxide (ITO) or a transparent, electrically conductive oxide (TCO).
[0032] Nach einem weiteren Aspekt der vorliegenden Offenbarung ist ein Verfahren zur Herstellung einer Solarzellenstruktur bereitgestellt, wobei das Verfahren dabei umfasst: Bereitstellen eines Kernleiters; Umgeben des Kernleiters mit einer Mantelschicht; Aufbringen mindestens einer Halbleiterschicht auf die Mantelschicht; Erzeugen eines Emitters; und Aufbringen eines Außenleiters, welcher ausgestaltet ist, den Emitter zu umgeben. [0033] In einem Aspekt ist das Verfahren ausgestaltet, derart, dass der Kernleiter mit einem n-wertigen Element beschichtet wird. Zum Beispiel wird der Kernleiter mit einem dreiwertigen bzw. fünfwertigen Element beschichtet. [0034] In einem Aspekt ist das Verfahren ausgestaltet, derart, dass die mindestens eine Halbleiterschicht durch Eintauchen des Kernleiters mit der Mantelschicht in eine p-dotierte bzw. n-dotierte Siliziumschmelze erzeugt wird. According to another aspect of the present disclosure, there is provided a method of manufacturing a solar cell structure, the method comprising: providing a core conductor; Surrounding the core conductor with a cladding layer; Applying at least one semiconductor layer to the cladding layer; Generating an emitter; and applying an outer conductor configured to surround the emitter. In one aspect, the method is configured such that the core conductor is coated with an n-valent element. For example, the core conductor is coated with a trivalent or pentavalent element. In one aspect, the method is configured such that the at least one semiconductor layer is produced by immersing the core conductor with the cladding layer in a p-doped or n-doped silicon melt.
[0035] In einem Aspekt ist das Verfahren ausgestaltet, derart, dass die mindes- tens eine Halbleiterschicht durch Wärmebehandlung eines übereutektisch zusammengesetzten Kernleiters erzeugt wird. In one aspect, the method is configured such that the at least one semiconductor layer is produced by heat treatment of a hypereutectically composed core conductor.
[0036] In einem Aspekt ist das Verfahren ausgestaltet, derart, dass der Emitter durch Abscheiden einer n-dotierten Siliziumschicht auf die mindestens eine Halb- leiterschicht aufgebracht wird. In one aspect, the method is configured such that the emitter is applied by depositing an n-doped silicon layer on the at least one semiconductor layer.
[0037] In einem Aspekt ist das Verfahren ausgestaltet, derart, dass der Emitter in die Solarzelle thermisch eingetrieben wird. [0038] In einem Aspekt ist das Verfahren ausgestaltet, derart, dass der Emitter in die Solarzelle nicht- thermisch durch Ionenimplantation bzw. Plasmaionenimmersion eingetrieben wird. In one aspect, the method is configured such that the emitter is thermally driven into the solar cell. In one aspect, the method is configured such that the emitter is driven into the solar cell non-thermally by ion implantation or plasma ion immersion, respectively.
[0039] In einem Aspekt ist das Verfahren ausgestaltet, derart, dass der Außen- leiter um den Schichtverbund, bestehend aus dem Kernleiter, der Mantelschicht, der mindestens einen Halbleiterschicht und den Emitter, koaxial gewickelt wird. In one aspect, the method is configured such that the outer conductor is coaxially wound around the layer composite consisting of the core conductor, the cladding layer, the at least one semiconductor layer and the emitter.
[0040] Nach einem noch weiteren Aspekt der vorliegenden Offenbarung ist ein Solarzellenmodul bereitgestellt, wobei das Solarzellenmodul mindestens eine So- larzellenstruktur aufweist, wobei die mindestens eine Solarzellenstruktur einen Kernleiter, eine Mantelschicht, mindestens eine Halbleiterschicht, einen Emitter und einen Außenleiter umfasst. Die Mantelschicht ist dabei ausgestaltet, den Kernleiter zu umgeben. Die mindestens eine Halbleiterschicht ist ausgestaltet, die Mantelschicht zu umgeben. Der Außenleiter ist ausgestaltet den Emitter, welcher die mindestens eine Halbleiterschicht umgibt, zu umgeben. [0041 ] Nach einem noch weiteren Aspekt der vorliegenden Offenbarung ist eine Verwendung der Solarzellenstruktur nach den vorstehenden Aspekten oder des Verfahrens nach den vorstehenden Aspekten oder des Solarzellenmoduls nach den vorstehenden Aspekten im Automotive-Bereich, im Bekleidungsbereich, Solargewebe, oder im aeronautischen Bereich, bereitgestellt. [0040] In yet another aspect of the present disclosure, a solar cell module is provided wherein the solar cell module has at least one solar cell structure, the at least one solar cell structure comprising a core conductor, a cladding layer, at least one semiconductor layer, an emitter, and an outer conductor. The cladding layer is configured to surround the core conductor. The at least one semiconductor layer is configured to surround the cladding layer. The outer conductor is configured to surround the emitter surrounding the at least one semiconductor layer. According to still another aspect of the present disclosure, there is provided a use of the solar cell structure according to the above aspects or the method according to the above aspects or the solar cell module according to the above aspects in the automotive field, apparel area, solar fabric, or aeronautical area ,
[0042] In einem Aspekt ist eine Verwendung der Solarzellenstruktur nach den vorstehenden Aspekten oder des Verfahrens nach den vorstehenden Aspekten oder des Solarzellenmoduls nach den vorstehenden Aspekten als Glas-Folie- Modul oder Glas-Glas-Modul bereitgestellt. In one aspect, a use of the solar cell structure according to the above aspects or the method according to the above aspects or the solar cell module according to the above aspects is provided as a glass film module or a glass glass module.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS
[0043] Die Erfindung wird nun anhand der folgenden Figuren näher erläutert. Es versteht sich, dass die in den Figuren beschriebenen Ausführungsformen und Aspekte der Erfindung nur Beispiele sind und den Schutzumfang der Ansprüche in keiner Weise einschränken. Die Erfindung ist durch die Ansprüche und ihre Äquivalente definiert. Es versteht sich, dass Merkmale eines Aspekts oder Ausführungsform der Erfindung mit einem Merkmal von einem anderen Aspekt oder Aspekten der anderen Ausführungsformen der Erfindung kombiniert werden können. Diese Erfindung wird besser verständlich, wenn man die folgenden detaillierten Beschreibungen einiger Beispiele als Teil der Offenbarung unter Berücksichtigung der beigefügten Zeichnungen liest. Es wird nun auf die beigefügten Zeichnungen Bezug genommen, die einen Teil dieser Offenbarung bilden, darin zeigt: The invention will now be explained in more detail with reference to the following figures. It is understood that the embodiments and aspects of the invention described in the figures are only examples and in no way limit the scope of the claims. The invention is defined by the claims and their equivalents. It should be understood that features of one aspect or embodiment of the invention may be combined with a feature of another aspect or aspects of the other embodiments of the invention. This invention will be better understood by reading the following detailed descriptions of some examples as a part of the disclosure with reference to the accompanying drawings. Reference is now made to the accompanying drawings, which form a part of this disclosure, in which:
[0044] Figur 1 schematisch eine Draufsicht eines Kernleiters mit einer Mantel- schicht einer Solarzelle nach der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung; FIG. 1 is a schematic plan view of a core conductor with a cladding layer of a solar cell according to the first embodiment of the present invention;
[0045] Figur 2 schematisch eine Draufsicht eines Wärmebehandelten Kernleiters der Solarzelle gezeigt in Figur 1 ; [0046] Figur 3 schematisch eine Draufsicht der Solarzelle mit einem Emitter nach der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung; [0047] Figur 4 ein Blockdiagramm eines Verfahrens zur Herstellung einer Solarzelle nach der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung; FIG. 2 is a schematic plan view of a heat-treated core conductor of the solar cell shown in FIG. 1; Figure 3 is a schematic plan view of the solar cell with an emitter according to the first embodiment of the present invention; FIG. 4 is a block diagram of a method of manufacturing a solar cell according to the first embodiment of the present invention;
[0048] Figur 5 ein Solarzellenmodul mit mindestens einer Solarzelle nach einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung; 5 shows a solar cell module with at least one solar cell according to another aspect of the present invention;
[0049] Figur 6 schematisch eine den Kernleiter umgebende Aluminiumoxid- Struktur, die als eine Bienenwaben-Struktur ausgebildet ist; Figure 6 shows schematically an alumina structure surrounding the core conductor, which is formed as a honeycomb structure;
[0050] Figuren 7A bis 7D schematisch eine Draufsicht eines Kernleiters nach der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung; und Figs. 7A to 7D schematically show a plan view of a core conductor according to the second embodiment of the present invention; and
[0051 ] Figur 8 ein Blockdiagramm eines Verfahrens zur Herstellung einer Solarzelle nach der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG FIG. 8 is a block diagram of a method of manufacturing a solar cell according to the second embodiment of the present invention. DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
[0052] Ausgewählte Ausführungsformen werden nun mit Bezugnahme zu den Zeichnungen beschrieben. Es wird für einen Fachmann auf dem Gebiet von Solarzellen aus dieser Offenbarung ersichtlich, dass die folgende Beschreibung der Ausführungsformen lediglich zur Illustration bereitgestellt ist, und nicht für den Zweck die Erfindung, welche durch die beigefügten Ansprüche und ihre Äquivalente definiert wird, einzuschränken. Selected embodiments will now be described with reference to the drawings. It will be apparent to one skilled in the solar cell art from this disclosure that the following description of the embodiments is provided for illustration only, and not for the purpose of limiting the invention, which is defined by the appended claims and their equivalents.
Erste Ausführungsform First embodiment
[0053] Zunächst Bezug nehmend auf Fig. 1 . Darin wird schematisch eine Draufsicht einer Solarzellenstruktur 10 bzw. koaxiale Solarzelle nach der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung gezeigt. Die Solarzellenstruktur 10 kann als eine drahtförmige Solarzellenstruktur beliebiger Länge ausgebildet sein. Dabei um- fasst die Solarzellenstruktur 10 einen Kernleiter 1 bzw. rohrformigen Kernleiter, welcher aus einem leitfähigen, drahtförmigen Kern (beispielsweise Metalldraht, Kohlefaser, leitfähig beschichtete Glasfaser) besteht. Der Kernleiter 1 kann beispielsweise einen Durchmesser zwischen 10μηη und 2mm umfassen, insbesondere 50μηη und 500μηη, insbesondere Ι ΟΌμιτι und 250μηη. Der Kernleiter 1 hat zum einen die Aufgabe die mechanische Stabilität (Trägersubstrat) zu gewährleisten. Zum anderen stellt der Kernleiter 1 den Rückseitenkontakt der Solarzelle 10 dar. Referring first to Fig. 1. Therein, a plan view of a solar cell structure 10 or coaxial solar cell according to the embodiment of the present invention is schematically shown. The solar cell structure 10 may be formed as a wire-shaped solar cell structure of any length. In this case, the solar cell structure 10 comprises a core conductor 1 or a tubular core conductor, which consists of a conductive, wire-shaped core (for example, metal wire, carbon fiber, conductive coated glass fiber). The core conductor 1 may for example comprise a diameter between 10μηη and 2mm, in particular 50μηη and 500μηη, in particular ΟΌ ΟΌμιτι and 250μηη. The core conductor 1 has, on the one hand, the task of ensuring the mechanical stability (carrier substrate). On the other hand, the core conductor 1 represents the rear-side contact of the solar cell 10.
[0054] Um ein Back-Surface-Field (BSF) zu erzeugen, wird der Draht des Kern- leiters 1 mit einer Mantelschicht 2 umgeben. Die Mantelschicht 2 ist eine Be- schichtung aus einem n-wertigen Element, beispielweise ist die Mantelschicht 2 eine Beschichtung aus einem dreiwertigen bzw. fünfwertigen Element, zum Beispiel aus Aluminium oder Bor, aber diese Elemente sind nicht limitierend. Jedoch ist die vorliegende Erfindung darauf nicht beschränkt, der Kernleiter 1 kann ferner aus einem Material bestehen, das ein solches Element in ausreichender Menge enthält (AI-Legierungs-Draht, AI-Draht, Bor-Silicat-Glasfaser). Metalldrähte, die aus Prozess- und Preisgründen bevorzugt einzusetzen sind (beispielsweise Stahldrähte, Kupferhaltige Drähte), erhalten eine als Haftvermittler und/oder Diffusionssperre geeignete Beschichtung (Zn, Ni). Insbesondere ist bei einer p-type Solarzelle Zn als Haftvermittler für AI aufzubringen. Die Aufbringung der AI-BSF- Schicht kann durch eintauchen eines verzinkten Kernleiters 1 in eine AI-Schmelze erfolgen. Auch PVD- oder CVD-Verfahren sind denkbar. In order to produce a back-surface field (BSF), the wire of the core conductor 1 is surrounded by a cladding layer 2. The cladding layer 2 is a coating of an n-valent element, for example, the cladding layer 2 is a coating of a trivalent or pentavalent element, for example of aluminum or boron, but these elements are not limiting. However, the present invention is not limited thereto, the core conductor 1 may further be made of a material containing such an element in a sufficient amount (Al alloy wire, Al wire, boron-silicate glass fiber). Metal wires, which are preferred for process and price reasons to use (for example, steel wires, copper-containing wires), get a suitable adhesion promoter and / or diffusion barrier coating (Zn, Ni). In particular, in a p-type solar cell Zn is to be applied as adhesion promoter for Al. The application of the Al-BSF layer can be done by immersing a galvanized core conductor 1 in an Al melt. Also PVD or CVD methods are conceivable.
[0055] Wie vorstehend erläutert, kann der Kernleiter 1 aus einem Aluminium- draht bestehen. Jedoch könnte beim Eintauchen des aus Aluminium bestehenden Kernleiters 1 in die Silizium-Schmelze bei ca. 1450°C das Risiko bestehen, dass das Aluminium wegschmelzen könnte. Zur Stabilisierung des Aluminiumdrahtes kann eine den Kernleiter 1 zumindest teilweise umgebende Aluminiumoxid- Struktur mittels elektrochemischer Oxidation in Oxalsäure aufgewachsen werden. Beispielsweise kann die den Kernleiter 1 umgebende Aluminiumoxid-Struktur als eine Bienenwaben-Struktur (siehe Figur 6) ausgebildet sein, falls benötigt und/oder gewünscht. Diese den Kernleiter 1 umgebende Bienenwaben-Struktur kann dabei eine Strukturdicke aufweisen, die derart ausgestaltet ist, dass diese den Kernleiter 1 in der Silizium-Schmelze stabilisiert. Des Weiteren bilden sich unter Verwendung der Aluminiumoxid-Struktur als Bienenwaben-Struktur an den Aluminiumoxid freien Stellen, d.h. in den Löchern der Bienenwaben-Struktur, lokale Kontakte, wohingegen der nicht-geöffneten Bereich der Aluminiumoxid- Struktur die Solarzellenstruktur 10 durch eine Aluminiumoxid-Schicht elektrisch passiviert (Feldeffektpassivierung). Jedoch ist die vorliegende Erfindung darauf nicht beschränkt, der Kernleiter 1 kann ferner aus einem Aluminiumbeschichteten Metalldraht (Fe) ausgebildet sein. [0056] Auf den in vorstehend beschriebenen Kernleiter 1 einschließlich Mantelschicht 2 wird eine Halbleiterschicht 3 aufgebracht. Dies erfolgt beispielsweise durch Eintauchen des Kernleiters 1 in eine P-dotierte Siliziumschmelze (Si- Schmelze). Die Dicke der Halbleiterschicht 3 richtet sich dabei nach der Verweildauer des Kernleiters 1 in der Si-Schmelze und liegt zwischen 100nm und 1 mm, insbesondere zwischen 10 μιτι und 200μηη, insbesondere zwischen 10 und 70μηη. Die Schicht weist beispielsweise einen spezifischen Widerstand zwischen 0,1 und 10 Ohm*cm auf. Die vorliegende Erfindung ist jedoch eine Halbleiterschicht 3 aus Si nicht beschränkt. Selbstverständlich können auch andere geeignete Halbleiterschichten, wie Ge, CdTe, GaAs, InP, p-Si etc., aufgebracht werden. As explained above, the core conductor 1 may consist of an aluminum wire. However, when immersing the core conductor 1 made of aluminum into the silicon melt at about 1450 ° C, there could be a risk that the aluminum might melt away. To stabilize the aluminum wire, an alumina structure at least partially surrounding the core conductor 1 can be grown by means of electrochemical oxidation in oxalic acid. For example, the alumina structure surrounding the core conductor 1 may be formed as a honeycomb structure (see FIG. 6) if needed and / or desired. This honeycomb structure surrounding the core conductor 1 may have a structural thickness which is configured in such a way that it the core conductor 1 stabilized in the silicon melt. Further, using the alumina structure as the honeycomb structure at the alumina vacancies, ie, in the holes of the honeycomb structure, local contacts are formed, whereas the non-opened portion of the alumina structure forms the solar cell structure 10 through an alumina layer electrically passivated (field effect passivation). However, the present invention is not limited thereto, the core conductor 1 may further be formed of an aluminum-coated metal wire (Fe). On the above-described core conductor 1 including the cladding layer 2, a semiconductor layer 3 is applied. This is done, for example, by immersing the core conductor 1 in a P-doped silicon melt (Si melt). The thickness of the semiconductor layer 3 depends on the residence time of the core conductor 1 in the Si melt and is between 100nm and 1 mm, in particular between 10 μιτι and 200μηη, in particular between 10 and 70μηη. For example, the layer has a resistivity between 0.1 and 10 ohm-cm. However, the present invention is not limited to a semiconductor layer 3 of Si. Of course, other suitable semiconductor layers, such as Ge, CdTe, GaAs, InP, p-Si, etc., can be applied.
[0057] Wie in Figur 2 gezeigt, besteht eine andere Möglichkeit die Halbleiterschicht 3 auf den Kernleiter 1 der Solarzellenstruktur 10 zu erzeugen darin, einen übereutektisch zusammengesetzten Al-Si-Kernleiter 1 (>15% Si) einer Wärmebehandlung zu unterziehen, dergestalt, dass es dadurch zu einer Kristallisation von Si in der Mantelschicht 2 des Kernleiters 1 kommt. Bei der Wärmebehandlung (sogenanntes „Annealing") scheidet bei der Entmischung bei geeigneter T- Führung sich der Si-reiche Mischkristall mit wenigen ppm AI aus. Dabei ist entscheidend, die Wärme so abzuführen, dass Si-Mischkristalle im Außenbereich des Kernleiters 1 ausgeschieden werden, während innen das AI verbleibt (Al- BSF-Schicht 6). Der AI-Draht bildet nicht nur den Back-Surface-Field (BSF), sondern leitet auch den Strom ab. Überschüssiger AI kann durch HCl aufgelöst werden. Alternativ kann der AI-Draht nur im äußeren Bereich durch Einlegieren von Si übersättigt werden. [0058] Wie in Figur 3 gezeigt, umfasst die Solarzellenstruktur 10 weiter einen Emitter 4, welcher die Halbleiterschicht 3 umgibt. Für die Erzeugung des Emitters 4 bestehen verschiedene Möglichkeiten. So kann P aus einem Phosphorhaltigem Medium (H3PO4, POCI, PH3) thermisch eingetrieben werden. Im Falle eines Al- BSF (Wärmebehandlung wie in Figur 2 gezeigt, AI-BSF-Schicht 6) sind dafür Temperaturen anzusetzen, die unterhalb des Al-Si-Eutektikums liegen (<560 °C). Eine weitere Möglichkeit den Emitter 4 zu erzeugen, besteht darin, auf die Halbleiterschicht 3 eine n-dotierte Si-Schicht abzuscheiden (beispielsweise durch Tauchen in eine P-dotierte Si-Schmelze oder aus der Gasphase). Jedoch ist die vorliegende Erfindung darauf nicht beschränkt, es ist ebenfalls möglich den Emitter 3 durch Ionenimplantation oder Plasma-Ionen-Immersion zu erzeugen, falls benötigt und/oder erwünscht. [0059] Wie weiter in Figur 3 gezeigt, umfasst die Solarzellenstruktur 10 einen Außenleiter 5, welcher den Emitter 3 umgibt. Der Außenleiter 5 ist dabei als Vorderseitenkontakt der Solarzellenstruktur 10 ausgebildet. Der Außenleiter 5 kann aus einem dünnen Metalldraht mit hoher Leitfähigkeit (AI, Ag, Cu und deren Legierungen) bestehen. Des Weiteren kann der Außenleiter 5 aus einem aus einem transparenten Halbleiterkontakt bestehen, zum Beispiel aus Indiumzinnoxid (ITO) bzw. einem transparenten, elektrisch leitfähigen Oxid (TCO). Der Außenleiter 5 ist dabei um den Schichtverbund, bestehend aus dem Kernleiter 1 , der Mantelschicht 2, der mindestens einen Halbleiterschicht 3 und den Emitter 4, koaxial gewickelt ist. Es ist ebenfalls möglich, dass der vorstehende Schichtverbund über Kreuz auf den Vorderseitenkontaktdrähten (nicht dargestellt) des Außenleiters 5 liegt und in dieser Form in einem Epoxidharz oder Glasschmelze eingebettet wird. Es ist ebenfalls möglich, eine Metallschicht (beispielsweise durch Bedampfen mit AI) aufzubringen, diese linienhaft entlang der Leiterkernachse mittels Laser einzufeuern und die überflüssige Metallschicht abzuätzen. As shown in FIG. 2, another way of producing the semiconductor layer 3 on the core conductor 1 of the solar cell structure 10 is to heat-treat a hypereutectically-assembled Al-Si core conductor 1 (> 15% Si) such that This leads to a crystallization of Si in the cladding layer 2 of the core conductor 1. During the heat treatment (so-called "annealing"), the Si-rich solid solution precipitates with a few ppm of Al during the demixing with suitable T-guidance, whereby it is crucial to remove the heat in such a way that Si mixed crystals are precipitated in the outer region of the core conductor 1 , while the AI remains inside (Al-BSF layer 6) .The AI wire not only forms the Back-Surface-Field (BSF), but also drains the current, and excess AI can be dissolved by HCl Al wire can only be supersaturated in the outer region by alloying Si. As shown in FIG. 3, the solar cell structure 10 further includes an emitter 4 surrounding the semiconductor layer 3. There are various possibilities for the generation of the emitter 4. Thus, P can be thermally driven from a phosphorus-containing medium (H3PO4, POCI, PH3). In the case of an Al-BSF (heat treatment as shown in FIG. 2, AI-BSF layer 6), temperatures below that of the Al-Si eutectic are to be used (<560 ° C.). Another possibility for generating the emitter 4 is to deposit an n-doped Si layer on the semiconductor layer 3 (for example by immersion in a P-doped Si melt or from the gas phase). However, the present invention is not limited thereto, it is also possible to produce the emitter 3 by ion implantation or plasma ion immersion, if needed and / or desired. As further shown in FIG. 3, the solar cell structure 10 comprises an outer conductor 5 which surrounds the emitter 3. The outer conductor 5 is formed as a front side contact of the solar cell structure 10. The outer conductor 5 may be made of a thin metal wire with high conductivity (Al, Ag, Cu and their alloys). Furthermore, the outer conductor 5 may consist of one of a transparent semiconductor contact, for example of indium tin oxide (ITO) or of a transparent, electrically conductive oxide (TCO). The outer conductor 5 is wound coaxially around the layer composite consisting of the core conductor 1, the cladding layer 2, the at least one semiconductor layer 3 and the emitter 4. It is also possible that the above layer composite lies crosswise on the front side contact wires (not shown) of the outer conductor 5 and is embedded in this form in an epoxy resin or glass melt. It is also possible to apply a metal layer (for example by vapor deposition with Al), to laser-incurate it linearly along the conductor core axis and to etch off the excess metal layer.
[0060] Des Weiteren kann der Außenleiter 5 galvanisch, mittels PVD oder CVD aus der Gasphase oder durch Siebdruckpasten aufgebracht werden. Für die Aufbringung mittels Galvanik wird eine Antireflex-Schicht (nicht dargestellt) an der Außenseite der Solarzellenstruktur, eine sogenannte AR-Schicht, mittels Laser einseitig geöffnet und in diese Öffnung hinein Metall (z.B. Cu, Ag etc.) beschichtet („plating"), wobei gleichzeitig die Antireflex-Schicht die Oberfläche passiviert. Dieses Verfahren ist besonders ökonomisch. Jedoch ist die AR-Schicht lediglich op- tional. Beispielsweise kann Si3N4 mittels CVD als AR-Schicht aufbracht werden. In einer Ausführungsform bei welcher der Leiterkern 1 als Drahtumwicklung zum Vorderseitenkontakt dient, ist es vorteilhaft, die AR-Schicht erst nach der Anbringung des Vorderseitenkontaktes abzuscheiden. [0061 ] Figur 4 zeigt ein Blockdiagramm des Verfahrens zur Herstellung der Solarzellenstruktur 10 nach der vorliegenden Erfindung. Das Verfahren zur Herstellung der Solarzellenstruktur 10 umfasst an Schritt S1 ein Bereitstellen eines Kernleiters 1 , an Schritt S2 ein Umgeben des Kernleiters 1 mit einer Mantelschicht 2, an Schritt S3 ein Aufbringen mindestens einer Halbleiterschicht 3 auf die Mantel- schicht 2, an Schritt S4 ein Erzeugen eines Emitters 4 und an Schritt S5 ein Aufbringen eines Außenleiters 5, welcher ausgestaltet ist, den Emitter 4 zu umgeben. Furthermore, the outer conductor 5 can be applied galvanically, by means of PVD or CVD from the gas phase or by screen printing pastes. For application by electroplating an antireflection coating (not shown) on the Outside of the solar cell structure, a so-called AR layer, unilaterally opened by means of laser and metal (eg, Cu, Ag, etc.) coated in this opening ("plating"), at the same time the antireflective layer passivated the surface .This method is particularly economical However, the AR layer is merely optional, for example, Si3N4 may be deposited as an AR layer by CVD In an embodiment where the conductor core 1 serves as a wire wrap for front contact, it is advantageous to apply the AR layer only after mounting 4 shows a block diagram of the method for producing the solar cell structure 10 according to the present invention The method for producing the solar cell structure 10 includes providing a core conductor 1 at step S1, and surrounding the core conductor 1 at step S2 a cladding layer 2, at step S3 applying at least one Halbleiterschic 3 on the cladding layer 2, at step S4 generating an emitter 4 and at step S5 applying an outer conductor 5, which is designed to surround the emitter 4.
[0062] An Schritt S2 kann der Kernleiter 1 mit einem n-wertigen Element beschichtet werden, beispielsweise wird der Kernleiter 1 mit einem dreiwertigen bzw. fünfwertigen Element beschichtet. Des Weiteren kann an Schritt S3 die Halbleiterschicht 3 durch Eintauchen des Kernleiters 1 mit der Mantelschicht 2 in eine P-dotierte bzw. n-dotierte Siliziumschmelze erzeugt werden, oder die Halbleiterschicht 3 kann durch Wärmebehandlung eines übereutektisch zusammengesetzten Kernleiters 1 erzeugt werden. At step S2, the core conductor 1 can be coated with an n-valent element, for example, the core conductor 1 is coated with a trivalent or pentavalent element. Further, at step S3, the semiconductor layer 3 may be formed by immersing the core conductor 1 with the cladding layer 2 in a P-doped or n-doped silicon melt, or the semiconductor layer 3 may be formed by heat-treating a hypereutectically-assembled core conductor 1.
[0063] An Schritt S4 kann beispielsweise der Emitter 4 durch Abscheiden einer n-dotierten Siliziumschicht auf die mindestens eine Halbleiterschicht 3 aufgebracht oder thermisch eingetrieben werden. Des Weiteren kann der Emitter 4 nicht-thermisch durch Ionenimplantation bzw. Plasmaionenimmersion eingetrie- ben werden. [0064] An Schritt S5 kann beispielsweise der Außenleiter um den Schichtverbund, bestehend aus dem Kernleiter 1 , der Mantelschicht 2, der mindestens einen Halbleiterschicht 3 und den Emitter 4, koaxial gewickelt werden. [0065] Figur 5 zeigt ein Solarzellenmodul 100 mit mindestens einer Solarzellenstruktur 10 nach einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung. Dabei können beispielsweise die Solarzellenstrukturen 10 in einen Solarzellenmodulrahmen 101 eingebettet sein, wobei der Solarzellenmodulrahmen 101 unterschiedliche Formen annehmen kann und an die veranschaulichte Form in Figur 5 nicht be- schränkt ist. Das Solarzellenmodul 100 kann ferner ein starres Modul oder ein flexibles Modul sein, falls benötigt und oder gewünscht. Beispielsweise finden starre und/oder flexible Solarzellenmodule 100 Anwendungen als Glas-Folie- Module, Glas-Glas-Module, in Architekturanwendung beliebiger Formfaktoren, im Automotiv-Bereich mit beliebigen Formfaktoren, im Bekleidungsbereich, als So- largewebe oder im aeronautischen Bereich mit beliebigen Formfaktoren. At step S4, for example, the emitter 4 can be applied to the at least one semiconductor layer 3 by deposition of an n-doped silicon layer or driven in thermally. Furthermore, the emitter 4 can be driven non-thermally by ion implantation or plasma ion immersion. At step S5, for example, the outer conductor can be coaxially wound around the layer composite consisting of the core conductor 1, the cladding layer 2, the at least one semiconductor layer 3 and the emitter 4. FIG. 5 shows a solar cell module 100 with at least one solar cell structure 10 according to a further aspect of the present invention. In this case, for example, the solar cell structures 10 may be embedded in a solar cell module frame 101, wherein the solar cell module frame 101 may take different forms and is not limited to the illustrated form in FIG. The solar cell module 100 may further be a rigid module or a flexible module if needed and / or desired. For example, rigid and / or flexible solar cell modules 100 find applications as glass-foil modules, glass-glass modules, in architecture applications of arbitrary form factors, in the automotive sector with arbitrary form factors, in the clothing sector, as a solar fabric or in the aeronautical sector with arbitrary form factors ,
Zweite Ausführungsform Second embodiment
[0066] Mit Bezugnahme auf die Figs. 7 und 8 wird eine zweite Ausführungsform der Erfindung beschrieben. Zunächst Bezug nehmend auf die Fig. 7A bis 7D wird schematisch eine Draufsicht einer Solarzellenstruktur 100 bzw. koaxiale Solarzelle nach der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung gezeigt. Die Solarzellen struktur 100 kann als eine drahtförmige Solarzellenstruktur beliebiger Länge ausgebildet sein. Dabei umfasst die Solarzellenstruktur 100 einen Kernlei- ter 10 bzw. rohrförmigen Kernleiter, welcher aus einem leitfähigen, drahtförmigen Kern, insbesondere aus einem Aluminium-Draht oder einem Aluminium-Silizium- Draht als Ausgangsmaterial hergestellt ist/wird. Die Solarzellenstruktur 100 entspricht dabei der Solarzellenstruktur 10 der ersten Ausführungsform, außer für die Erzeugung der Halbleiterschicht. With reference to Figs. 7 and 8, a second embodiment of the invention will be described. Referring first to Figs. 7A to 7D, there is schematically shown a plan view of a solar cell structure 100 or coaxial solar cell according to the second embodiment of the present invention. The solar cell structure 100 may be formed as a wire-shaped solar cell structure of any length. In this case, the solar cell structure 100 comprises a core conductor 10 or tubular core conductor, which is / are made from a conductive, wire-shaped core, in particular from an aluminum wire or an aluminum-silicon wire as the starting material. The solar cell structure 100 corresponds to the solar cell structure 10 of the first embodiment, except for the generation of the semiconductor layer.
[0067] Wie in Fig. 7B zu sehen ist, um eine Beschichtung auf den Kernleiter 10 der Solarzellenstruktur 100 zu erzeugen, wird der beschriebene Kernleiter 10 aus Aluminium-Draht oder Aluminium-Silizium-Draht in eine Silizium-Quelle, insbe- sondere ein Silizium -Pulver eingetaucht oder durch eine erwärmte Silizium -Rolle durchgezogen. Alternativ kann der Aluminium-Draht oder Aluminium-Silizium - Draht einer Silizium-Atmosphäre ausgesetzt werden/sein. Die Silizium-Quelle, insbesondere das Silizium-Pulver, wird oberhalb eutektischer Temperatur, ca. 600 °C, erwärmt. Alternativ kann die Beschichtung auf dem Aluminium-Draht oder Aluminium-Silizium-Draht im Kontakt mit kompaktem Silizium, z.B. durch Ziehen durch Si-Rolle, erzeugt werden. Weiter alternativ, kann die Beschichtung auf dem Aluminium-Draht oder Aluminium-Silizium-Draht durch Gasphasenbeschichtung, eine Abscheidung über einer Gasphase oder durch eine chemische Gasphasen- abschneidung (CVD/PVC etc.) erzeugt werden. Wie in Fig. 7B zu sehen ist, bildet sich dadurch eine übereutektische metastabile AISi- Legierung im Bereich der Oberfläche des Aluminium-Drahts oder Aluminium-Silizium-Drahts, mit beispielsweise ca. 30% Silizium-Anteil. Dabei bildet sich aus der Legierung eine metastabile Beschichtung/ Ummantelung/ Schicht um den Aluminium- Draht (AI-Draht) oder Aluminium-Silizium-Draht (AISi-Draht), mit einer Schichtdicke bis ca. 50 μιτι. As can be seen in FIG. 7B, in order to produce a coating on the core conductor 10 of the solar cell structure 100, the described core conductor 10 made of aluminum wire or aluminum-silicon wire is transformed into a silicon source, in particular In particular, a silicon powder dipped or pulled through a heated silicon roll. Alternatively, the aluminum wire or aluminum-silicon wire may be exposed to a silicon atmosphere. The silicon source, in particular the silicon powder, is heated above eutectic temperature, about 600 ° C. Alternatively, the coating may be formed on the aluminum wire or aluminum-silicon wire in contact with compact silicon, eg by pulling through Si-roll. Still alternatively, the coating may be formed on the aluminum wire or aluminum-silicon wire by gas phase coating, vapor phase deposition, or chemical vapor phase cutting (CVD / PVC, etc.). As can be seen in FIG. 7B, this forms a hypereutectic metastable AISi alloy in the region of the surface of the aluminum wire or aluminum-silicon wire, with, for example, about 30% silicon content. In this case, from the alloy forms a metastable coating / sheath / layer around the aluminum wire (AI wire) or aluminum-silicon wire (AISi wire), with a layer thickness of up to about 50 μιτι.
[0068] Um weiter die Halbleiterschicht auf dem Kernleiter 10 aus Aluminium- Draht oder Aluminium-Draht der Solarzellenstruktur 100 zu erzeugen, wie in Fig. 7C zu sehen ist, wird durch Auslagern der Schicht bei einer Temperatur unter der eutektischen Temperatur (T<Teut) aus der Legierung Silizium ausgeschieden. Danach wird der Kernleiter 10 mit der Beschichtung für einige Minuten bei einer Temperatur von ca. 200-600 °C, insbesondere 300-500 °C, gelagert, um eine kurze Diffusionszeit zu ermöglichen. Bei der Lagerung wird ebenfalls Silizium ausgeschieden, bis eine stabile Schicht erreicht wird. To further produce the semiconductor layer on the core conductor 10 of aluminum wire or aluminum wire of the solar cell structure 100, as seen in Fig. 7C, by aging the layer at a temperature below the eutectic temperature (T <T eu t) excreted from the alloy silicon. Thereafter, the core conductor 10 with the coating for a few minutes at a temperature of about 200-600 ° C, in particular 300-500 ° C, stored to allow a short diffusion time. During storage, silicon is also precipitated until a stable layer is achieved.
[0069] Wie in Fig. 7D zu sehen ist, kann eventuell ein selektives Rückätzen der Beschichtung (Eutektikums) zum Freilegen des ausgeschiedenen Siliziums erforderlich oder vorteilhaft sein. Dabei kann die erzielte Beschichtung/Ummantelung beispielsweise durch eine Salzsäure selektiv zurückgeätzt werden. Insbesondere kann das überschüssige AI bzw. die Aluminium-Silizium-Legierung mit HCl selektiv zurückgeätzt werden. [0070] Figur 8 zeigt ein Blockdiagramm des Verfahrens zur Herstellung der Solarzellenstruktur 100 nach der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Das Verfahren zur Herstellung der Solarzellenstruktur 100 umfasst an Schritt S10 Bereitstellen des Kernleiters 10 aus einem Aluminium-Draht oder ei- nem Aluminium-Silizium-Draht, an Schritt S1 1 ein Beschichten des Kernleiters 10 durch Eintauchen des Kernleiters 10 in eine Silizium-Quelle, insbesondere Silizium-Pulver, oder Durchziehen im Kontakt durch eine Silizium-Rolle, an Schritt S12 ein Erwärmen der Silizium-Quelle, insbesondere des Silizium-Pulvers, oberhalb eutektischer Temperatur, ca. 600 °C, an Schritt S13 ein Auslagern der Beschich- tung/Schicht/ Ummantelung bei einer Temperatur unter der eutektischen Temperatur (T<Teut), bei welcher aus der Legierung Silizium (Si) ausgeschieden wird, und an Schritt S14 ein Lagern der Beschichtung/ Ummantelung/ Schicht für einige Minuten bei einer Temperatur von ca. 200-600 °C, insbesondere 300-500 °C, um eine kurze Diffusionszeit zu ermöglichen. As can be seen in Figure 7D, selective etch back of the coating (eutectic) to expose the precipitated silicon may be required or advantageous. In this case, the obtained coating / sheath can be selectively etched back, for example by a hydrochloric acid. In particular, the excess Al or the aluminum-silicon alloy can be selectively etched back with HCl. FIG. 8 shows a block diagram of the method for manufacturing the solar cell structure 100 according to the second embodiment of the present invention. The method for producing the solar cell structure 100 comprises, at step S10, providing the core conductor 10 made of an aluminum wire or an aluminum-silicon wire, at step S1 1 coating the core conductor 10 by immersing the core conductor 10 in a silicon source, in particular silicon powder, or pulling through in contact by a silicon roller, at step S12 heating of the silicon source, in particular of the silicon powder, above eutectic temperature, about 600 ° C, at step S13 outsourcing of the coating Layer / cladding at a temperature below the eutectic temperature (T <T eu t) at which silicon (Si) is precipitated from the alloy, and at step S 14 storing the cladding / cladding / layer for a few minutes at a temperature of about 200-600 ° C, especially 300-500 ° C, to allow a short diffusion time.
[0071 ] Eventuell umfasst das Verfahren zur Herstellung der Solarzellenstruktur 100 nach der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung weiter einen Schritt S14, ein Rückätzen der Beschichtung (des Eutektikums) zum Freilegen des ausgeschiedenen Siliziums (Si) falls erforderlich und/oder gewünscht. Optionally, the method for manufacturing the solar cell structure 100 according to the second embodiment of the present invention further comprises a step S14, etching back the coating (the eutectic) to expose the precipitated silicon (Si) if necessary and / or desired.
[0072] Während lediglich ausgewählte Ausführungsformen ausgewählt worden sind, um die vorliegende Solarzellenstruktur und Verfahren zur Herstellung einer Solarzellenstruktur zu beschreiben, wird es Fachleuten anhand dieser Offenbarung ersichtlich, dass verschiedene Änderungen und Modifikationen hierin ge- macht werden können, ohne vom Umfang der Erfindung, wie dieser in den beigefügten Ansprüchen definiert ist, abzuweichen. While only selected embodiments have been selected to describe the present solar cell structure and methods of making a solar cell structure, it will be apparent to those skilled in the art from this disclosure that various changes and modifications can be made therein without departing from the scope of the invention. as defined in the appended claims, to depart.

Claims

ANSPRÜCHE
1 . Verfahren zur Herstellung einer Solarzellenstruktur (100), das Verfahren umfassend: 1 . A method for producing a solar cell structure (100), the method comprising:
Bereitstellen eines Kernleiters (10);  Providing a core conductor (10);
Beschichten des Kernleiters (10) durch Eintauchen des Kernleiters (10) in einer Silizium-Quelle bei Erwärmen der Silizium-Quelle oberhalb der elektischen Temperatur; und  Coating the core conductor (10) by immersing the core conductor (10) in a silicon source upon heating the silicon source above the electrical temperature; and
Auslagern der Beschichtung des Kernleiters (10) bei einer Temperatur unterhalb der eutektischen Temperatur bei welcher Silizium ausgeschieden wird.  Exploiting the coating of the core conductor (10) at a temperature below the eutectic temperature at which silicon is precipitated.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , bei welchem das Beschichten des Kernleiters (10) durch Eintauchen des Kernleiters (10) oberhalb von 600°C erfolgt. 2. The method of claim 1, wherein the coating of the core conductor (10) by immersion of the core conductor (10) above 600 ° C takes place.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei welchem die Silizium-Quelle eine Silizium-Rolle ist. 3. The method of claim 1 or 2, wherein the silicon source is a silicon roll.
4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei welche die Silizium-Quelle Silizium- Pulver ist 4. The method of claim 1 or 2, wherein the silicon source is silicon powder
5. Verfahren nach Anspruch 1 , bei welchem das Beschichten durch eine Gas- phasenbeschichtung, eine Abscheidung über einer Gasphase oder durch eine chemische Gasphasenabschneidung erfolgt. 5. The method of claim 1, wherein the coating is carried out by a gas phase coating, a deposition over a gas phase or by a chemical vapor phase separation.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei das Beschichten mit einer übereutektischen metastabilen Aluminium-Silizium-Legierung mit einem Silizium-Anteil von ca. 30% erfolgt. 6. The method according to any one of claims 1 to 5, wherein the coating is carried out with a hypereutectic metastable aluminum-silicon alloy having a silicon content of about 30%.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, weiter umfassend: 7. The method according to any one of claims 1 to 5, further comprising:
Ausbilden einer metastabilen Beschichtung mit einer Schichtdicke bis ca. 50 μιτι. Forming a metastable coating with a layer thickness up to about 50 μιτι.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche Aluminium-Silizium-Draht 1 bis 6, bei welchem das Auslagern der Beschichtung des Kernleiters (10) bei einer Temperatur von ca. 200 bis ca. 600 °C, insbesondere 300-500 °C, erfolgt. 8. The method according to any one of claims aluminum-silicon wire 1 to 6, wherein the aging of the coating of the core conductor (10) at a temperature of about 200 to about 600 ° C, in particular 300-500 ° C, takes place.
Verfahren nach Anspruch 6, weiter umfassend The method of claim 6, further comprising
Selektives Rückätzen der Beschichtung.  Selective re-etching of the coating.
10.Verwendung der Solarzellenstruktur (100) hergestellt nach dem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8 im Automotive-Bereich, im Bekleidungsbereich, Solargewebe, oder im aeronautischen Bereich. 10.Use of the solar cell structure (100) produced by the method according to one of claims 1 to 8 in the automotive sector, in the clothing sector, solar fabric, or in the aeronautical field.
PCT/EP2017/063088 2016-06-07 2017-05-31 Method for producing a solar cell structure WO2017211629A1 (en)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110039317A (en) * 2019-04-22 2019-07-23 张家港幸运金属工艺品有限公司 For making the mold and tooling of elliptical table shape porous container

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2386359A1 (en) * 1977-04-07 1978-11-03 Labo Electronique Physique Continuously coating carbon strip with polycrystalline silicon - by feeding strip through molten silicon, esp. used in mfr. of semiconductors such as solar batteries
JPS6042876A (en) 1983-08-19 1985-03-07 Masahisa Muroki Cloth-like solar battery
EP0275006A2 (en) 1987-01-13 1988-07-20 Helmut Dr. Hoegl Solar cell around a lengthened electrode, arrangement and process for manufacturing the same
JPH07297438A (en) * 1994-04-27 1995-11-10 Tonen Corp Solar battery module
US5902416A (en) * 1993-08-27 1999-05-11 Twin Solar-Technik Entwicklungs-Gmbh Element of a photovoltaic solar cell and a process for the production thereof as well as the arrangement thereof in a solar cell
US20080264473A1 (en) 2007-04-30 2008-10-30 Brian Cumpston Volume compensation within a photovoltaic device

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7259322B2 (en) * 2006-01-09 2007-08-21 Solyndra, Inc. Interconnects for solar cell devices

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2386359A1 (en) * 1977-04-07 1978-11-03 Labo Electronique Physique Continuously coating carbon strip with polycrystalline silicon - by feeding strip through molten silicon, esp. used in mfr. of semiconductors such as solar batteries
JPS6042876A (en) 1983-08-19 1985-03-07 Masahisa Muroki Cloth-like solar battery
EP0275006A2 (en) 1987-01-13 1988-07-20 Helmut Dr. Hoegl Solar cell around a lengthened electrode, arrangement and process for manufacturing the same
US4913744A (en) * 1987-01-13 1990-04-03 Helmut Hoegl Solar cell arrangement
US5902416A (en) * 1993-08-27 1999-05-11 Twin Solar-Technik Entwicklungs-Gmbh Element of a photovoltaic solar cell and a process for the production thereof as well as the arrangement thereof in a solar cell
JPH07297438A (en) * 1994-04-27 1995-11-10 Tonen Corp Solar battery module
US20080264473A1 (en) 2007-04-30 2008-10-30 Brian Cumpston Volume compensation within a photovoltaic device

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110039317A (en) * 2019-04-22 2019-07-23 张家港幸运金属工艺品有限公司 For making the mold and tooling of elliptical table shape porous container

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