WO2019170850A1

WO2019170850A1 - Verfahren zur herstellung einer photovoltaischen solarzelle und photovoltaische solarzelle

Info

Publication number: WO2019170850A1
Application number: PCT/EP2019/055822
Authority: WO
Inventors: Jan Nekarda; Andreas Brand; Martin Graf; Ralf Preu
Original assignee: Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e. V.
Priority date: 2018-03-09
Filing date: 2019-03-08
Publication date: 2019-09-12
Also published as: DE102018105438A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer photovoltaischen Solarzelle mit den Verfahrensschritten a. Bereitstellen mindestens eines Solarzellenprecursors mit zumindest einer Basis und zumindest einem Emitter; b. Anordnen einer Metallfolie an einer Rückseite des Solarzellenprecursors. Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass in Verfahrensschritt B zur elektrischen Verbindung der Metallfolie mit dem Solarzellenprecursor in einem Verfahrensschritt B1 eine Mehrzahl metallischer Kontaktelemente an der Rückseite des Solarzellenprecursors ausgebildet werden, welche mit der Basis oder mit dem Emitter elektrisch leitend verbunden sind und in einem Verfahrensschritt B2 die Metallfolie mit den metallischen Punktontakten in Kontakt gebracht und mit diesen elektrisch leitend und mechanisch verbunden wird.

Description

Verfahren zur Herstellung einer photovoltaischen Solarzelle und

photovoltaische Solarzelle

Beschreibung

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer photovoltaischen So- larzelle gemäß Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie eine photovoltaische Solar- zelle gemäß Oberbegriff des Anspruchs 1 6.

Bei der Herstellung von photovoltaischen Solarzellen wird typischerweise an einer Oberfläche der Solarzelle zumindest teilflächig eine metallische Schicht angeordnet, um eine Basis oder einen Emitter der Solarzelle elektrisch zu kon- taktieren .

Typischerweise wird bei photovoltaischen Solarzellen an der bei Benutzung der einfallenden Strahlung abgewandten Seite eine metallische Schicht zur elektri schen Kontaktierung und typischerweise auch zur Verbesserung der optischen Eigenschaften angeordnet.

Aus DE 1 0 2006 044 936 A1 ist bekannt, dass eine zumindest partielle Metalli- sierung wenigstens einer Oberfläche eines Halbleitersubstrats eines Halbleiter bauelementes durch Anordnen einer Aluminiumfolie an eine Oberfläche des Halbleiterbauelementes und partielles Verbinden des Aluminiums mit der Ober- fläche des Halbleitersubstrats durch Energieeinwirkung erfolgen kann .

Aus DE 1 0 201 6 1 1 5 355 ist die Kontaktierung einer photovoltaischen Solarzelle mit einer Metallfolie, welche Dehnungsresistenzen aufweist, bekannt.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Solarzelle und ein Verfahren zur deren Herstellung zur Verfügung zu stellen , wobei die Solarzelle mit einer Metallfolie kontaktiert ist und gegenüber dem vorbekannten Verfahren eine verbesserte elektronische Kontaktierungsgüte und somit einen höheren Wirkungsgrad ermöglicht. Gelöst wird diese Aufgabe durch ein Verfahren zur Herstellung einer photovolta- ischen Solarzelle gemäß Anspruch 1 sowie du rch eine photovoltaische Solarzel- le gemäß Anspruch 1 6. Vorteilhafte Ausgestaltungen des Verfahrens und der Solarzelle finden sich in den abhängigen Ansprüchen .

Das erfindungsgemäße Verfahren ist bevorzugt zur Ausbildung einer erfin- dungsgemäßen Solarzelle ausgebildet, insbesondere einer vorteilhaften Ausfü h- rungsform hiervon . Die erfindungsgemäße Solarzelle wird bevorzugt mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens ausgebildet, insbesondere einer vorteilhaften Ausführungsform hiervon .

Bei den eingangs erwähnten , vorbekannten Verfahren zur Kontaktierung einer Solarzelle mittels einer Metallfolie (nachfolgend auch abkürzend„Folie“) wird eine Aluminiumfolie in direktem Kontakt mit der Rückseite eines Precursors bei der Herstellung einer photovoltaischen Solarzelle gebracht. Dieser Precursor weist eine Halbleiterschicht und eine rückseitige dielektrische Schicht auf. Die Aluminiumfolie wird mittels eines Lasers lokal aufgeschmolzen , sodass die Schmelze die dielektrische Schicht lokal durchdringt und somit ein lokaler Kon- takt zu der Halbleiterschicht ausgebildet wird . Beim Aufschmelzen entsteht ein Gemisch aus aufgeschmolzenem Halbleitermaterial und Aluminium , sodass beim Erstarren in der Halbleiterschicht im Bereich der lokalen Kontaktierung ein loka- les Back-Su rface-Field (BSF) ausgebildet ist, welches die Ladungsträgerrekom- bination im Bereich der Kontakte verringert.

U ntersuchungen zeigen , dass die elektronische Qualität dieses BSF bei lokalem Aufschmelzen einer Metallfolie jedoch geringer ist als bei anderen Herstellungs- Verfahren , bei welchen lokal metallische Strukturen ausgebildet werden , bei- spielsweise mittels Siebdruck. Dies ist darin begründet, dass die Tiefe des er- zeugten BSF sowie die kristalline Qualität des wieder erstarrten Halbleitermate- rials geringer ist und somit aufgrund einer höheren Ladungsträgerrekombination das Potenzial bei Offenklemmspannung und folglich auch im Wirkungsgrad ge- ringer ist.

Zwar stellt das vorbekannte Verfahren eine kostengünstige Möglichkeit zur elektrischen Kontaktierung dar, um eine ausreichende mechanische Haftung der Metallfolie zu erzielen , sind jedoch größere lokale Kontaktierungsflächen not- wendig, als hinsichtlich einer Optimierung der elektronischen Qualität der Kon- taktierung wünschenswert ist. Eine optimale Ausgestaltung des BSF und der Größe der lokalen Kontaktierungen ist zwar grundsätzlich beispielsweise durch die Verwendung von Photolithographieverfahren möglich , hierdurch entstehen jedoch erheblich höhere Herstellungskosten .

Die vorliegende Erfindung bietet nun eine Weiterentwicklung bei der elektri schen Kontaktierung der Solarzelle mittels einer metallischen Folie, welche ein höheres Wirkungsgradpotenzial eröffnet bei dennoch geringeren Kosten im Ver- gleich mit anderen Herstellungsverfahren , die ein gleiches Potenzial bei der Kontaktierung aufweisen :

Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung einer photovoltaischen Sola r- zelle umfasst einen Verfahrensschritt A, bei welchem ein Bereitstellen mindes- tens eines Solarzellenprecursors mit zumindest einer Basis und zumindest ei- nem Emitter erfolgt. I n einem Verfahrensschritt B erfolgt ein Anordnen einer Me- tallfolie an eine Rückseite des Solarzellenprecursors.

Wesentlich ist, dass im Verfahrensschritt B zur elektrischen Verbindung der Me- tallfolie mit dem Solarzellenprecursor in einem Verfahrensschritt B 1 eine Meh r- zahl metallischer Kontaktelemente an der Rückseite des Solarzellenprecursors ausgebildet werden , welche mit der Basis oder mit dem Emitter elektrisch lei- tend verbunden sind und in einem Verfahrensschritt B2 die Metallfolie mit den metallischen Kontaktelementen in Kontakt gebracht und mit diesen elektrisch leitend und mechanisch verbunden wird .

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren werden somit vor Anordnung der Metal l- folie an einer Rückseite des Solarzellenprecursors metallische Kontaktelemente ausgebildet. H ierdurch können die metallischen Kontaktelemente hinsichtlich der Kontaktfläche und eines lokalen BSF im Bereich der Kontaktelemente opti- miert werden , um eine hohe elektronische Qualität und insbesondere niedrige Ladungsträgerrekombination an den Kontaktelementen zu erzielen . Weiterhin wird durch die Verwendung der Metallfolie, welche mit den Kontaktelementen elektrisch leitend verbunden wird , in kostengünstiger Weise eine rückseitige Me- tallisieru ng mit geringem Serienwiderstandsverlusten geschaffen . Die Verwen- düng der Metallfolie bietet darüber hinaus die Vorteile einer erhöhten optischen Qualität, da die Metallfolie für aus der Rückseite des Precursors austretende Strahlung als Spiegel wirkt und somit die Absorptionswahrscheinlichkeit auf die Solarzelle auftreffender Photonen erhöht wird .

Ebenso wird die der Metallfolie zugewandte Oberfläche des Solarzellenprecur- sors, insbesondere eine Isolierungs- und/oder Passivierungsschicht durch die Metallfolie nicht beeinflusst. Dieser„schonende“ mechanische Kontakt kann darüber hinaus aufgrund eines verbesserten Luftspalts die optischen Eigen- schaften der Solarzelle verbessern und erlaubt eine substantielle Vereinfachung der Isolierungs- und/oder Passivierungsschicht. Weiterhin kann die Passivier- schichtdicke wesentlich reduziert werden , was wiederum die Herstellung dieser Solarzelle günstiger macht.

Vorzugsweise wird somit Verfahrensschritt B2 erst nach Abschluss des Verfah- rensschrittes B 1 durchgeführt.

I m Verfahrensschritt B 1 erfolgt die Ausbildung der Kontaktelemente bevorzugt mittels Wärmeeinwirkung. Hierdurch wird in einfacher Weise ein elektrischer Kontaktelement ausgebildet und gleichzeitig ein lokales BSF mittels des Metalls des elektrischen Kontaktelementes erzeugt, welches die Ladungsträgerrekombi- nation am metallischen Kontaktelement verringert. I nsbesondere ist es vorteil- haft, die Kontaktelemente bei einer Temperatur über 700°C, bevorzugt bei einer Temperatur im Bereich 750°C bis 900°C auszubilden , insbesondere bevorzugt, bevor Verfahrensschritt B2 erfolgt. Hierdurch erfolgt somit eine Optimierung der Prozessparameter bei Herstellung der metallischen Kontaktelemente, ohne dass auf eine Beeinträchtigung der Metallfolie aufgrund von Wärmeeinwirkung Rück- sicht genommen werden muss, da diese erst in Verfahrensschritt B2 an den So- larzellenprecursor angeordnet wird .

Vorteilhafterweise wird vor Verfahrensschritt B 1 an der Rückseite des Solarzel- lenprecu rsors eine elektrisch isolierende Isolierungsschicht, insbesondere eine dielektrische Schicht, bevorzugt eine Siliziumoxid- und/oder Siliziumnitridschicht und/oder eine Aluminiumoxid-Schicht, angeordnet und die Kontaktelemente werden im Verfahrensschritt B 1 die Isolierungsschicht durchdringend ausgebil- det. H ierdurch wird in kostengünstiger Weise die Ausbildung der Kontaktelemente ermöglicht und gleichzeitig ein direkter elektrischer Kontakt zwischen Metallfolie und Emitter bzw. Basis des Solarzellenprecursors vermieden . I nsbesondere ist es vorteilhaft, dass die Isolierungsschicht zusätzliche als Passivierungsschicht zur Verringerung der Oberflächenrekombination ausgebildet ist.

Vorteilhafterweise wird hierbei vor Verfahrensschritt B 1 die Isolierungsschicht an einer Mehrzahl von Stellen geöffnet, insbesondere bevorzugt mittels Laser- strahlung. I n Verfahrensschritt B 1 werden die Kontaktelemente an diesen Öff- nungen ausgebildet.

H ierdurch wird in kostengünstiger Weise eine Definition der Position sowie der Größe der Kontaktelemente durch Definition der lokalen Öffnungen in der die- lektrischen Schicht gewährleistet.

I n einer alternativen vorteilhaften Ausführungsform werden im Verfahrensschritt B 1 die metallischen Kontaktelemente zunächst auf die Isolierungsschicht aufge- bracht und durchdringen mittels Wärmebehandlung die Isolierungsschicht, ins- besondere in den zuvor als vorteilhaft genannten Temperaturbereichen . I nsbe- sondere ist es vorteilhaft, die Kontaktelemente gemäß dem in

DE 1 0201 0024307A1 beschriebenen Verfahren auszubilden , insbesondere als Punktkontakte.

H ierdurch ergibt sich zwar der Nachteil , dass weniger exakt Position und insbe- sondere Größe der Kontaktelemente vorgebbar ist u nd dass - insbesondere im Fall der heute üblichen Ausführungsform des Passivierschichtstapels mit Silizi- umnitrid Schutzschicht- zusätzliche Stoffe wie beispielsweise Glasfritte zum Durchdringen der Isolierungsschicht dem metallischen Material für die Kontakte- lemente beigemischt werden müssen . Ein Vorteil des Verfahrens ist jedoch , dass geringere Anforderungen an eine Isolierungs- oder Passivierungsschicht bei Verwendung einer Metallfolie, insbesondere einer Aluminiumfolie im Ver- gleich mit bisher üblichen ganzflächigen Rückseitenmetallisierungen gestellt werden . Dies ermöglicht, die Dicke einer Isolierungs- oder Passivierungsschicht zu reduzieren und alternative Materialien einzusetzen , insbesondere auch sol- che, die nicht mehr gegenüber Siebgedrucktem Aluminiumpasten resistent sind . I m Gegenzug entfällt weiterhin der Verfahrensschritt des vorherigen Öffnens der Isolierungsschicht.

Das erfindungsgemäße Verfahren weist als weiteren Vorteil auf, dass bei An- ordnen der metallischen Folie an der Rückseite des Solarzellenprecursors nur ein geringes Risiko besteht, dass sich die Metallfolie außerhalb der Kontaktele- mente elektrisch leitend mit Emitter oder Basis des Precurors verbindet. Bei vorbekannten Verfahren , welche beispielsweise Metallpartikel enthaltende Pas- ten mittels Siebdruck ganzflächig aufbringen , besteht das Risiko, dass an uner- wünschten Stellen die rückseitige Metallisierung durch eine I solierungsschicht Halbleiterbereiche kontaktiert und so zu einer erhöhten Rekombination oder Kurzschlüssen führt (sogenanntes„Spiking“). Das erfindungsgemäße Verfahren weist den Vorteil auf, dass einerseits Kontaktelemente mit hoher elektronischen Qualität erzeugt werden können und andererseits das Risiko von Spiking ausge- schlossen oder zumindest erheblich verringert ist. Daher kann eine Isolierungs- schicht dünn ausgebildet werden . Bevorzugt weist die I solierungsschicht daher eine Dicke < 50 nm , insbesondere < 30 nm , bevorzugt < 1 0 nm auf.

Wie zuvor beschrieben , wird durch die Verwendung der Metallfolie das Risiko von Spiking vermieden und andererseits bietet die Metallfolie einen optischen Spiegel zur Verbesserung der rückseitigen Reflexionseigenschaften . I m Gegen- zug zu anderen Solarzellenstrukturen sind daher rückseitig weitere Schichten nicht zwingend notwendig. Bevorzugt wird zwischen Metallfolie und der Rücksei- te des Solarzellenprecursors keine weitere Schicht als die vorgenannte I solie- rungsschicht angeordnet.

Die metallischen Kontaktelemente werden bevorzugt ohne Fritte ausgebildet. Hierdurch werden nachteilige Beeinträchtigungen des Halbleitermaterials durch Fritte vermieden .

Gemäß dem heute geltenden Model zur Ausbildung des rückseitigen BSF wird Silizium während des Hochtemperaturprozesses geschmolzen und bewegt sich in die poröse siebgedruckte Aluminiumschicht. Dabei entstehen im Silizium Hohlräume welche für die Solarzellen schlecht sind und zu einem reduzierten Wachstum des wichtigen lokalen BS F Bereichs führt. Gleichzeitig verringert sich die Leitfähigkeit der Aluminiumpaste durch die Vermischung mit Silizium . Der Austausch der Materialien kann reduziert werden , indem weniger Aluminium aufgedruckt wird . Das Drucken kleiner Punkte, wie es der hier beschriebene An- satz erlaubt, führt somit weiterhin auch zu einem verbesserten lokalen BSF.

Die I solierungsschicht ist bevorzugt als Aluminiumoxidschicht ausgebildet. H ier- durch ergibt sich der Vorteil , dass auf an sich bekannte Prozessschritte zur Her- stellung einer solchen Schicht zurückgegriffen werden kann .

Die Kontaktelemente werden bevorzugt mittels eines Druckverfahrens, insbe- sondere bevorzugt mittels Siebdruck oder I nkjetdruck ausgebildet. H ierdurch kann auf an sich bekannte und zum Erzeugen von metallischen Kontaktstruktu- ren bei photovoltaischen Solarzellen bereits eingesetzte Verfahren und Appara- turen zurückgegriffen werden .

I n Verfahrensschritt B2 wird die Metallfolie bevorzugt mittels Wärmeeinwirkung, insbesondere bevorzugt mittels lokaler Wärmeeinwirkung, bevorzugt mittels La- serstrahlung mit den Kontaktelementen verbunden . Hierdurch ergibt sich ein effizienter, kostengünstiger Herstellungsprozess.

I n einer alternativen Ausführungsform wird die Metallfolie mittels eines Leitkle- bers elektrisch leitend und mechanisch mit Kontaktelementen verbunden . Hier- durch kann auf eine weitere Erwärmung verzichtet werden .

I n einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist die Metallfolie an der dem Solarzellenprecursor zugewandten Seite zumindest jeweils im Bereich der Kon- taktelemente, bevorzugt ganzflächig, mit einem Lot, bevorzugt ein Lot mit einem Schmelzpunkt kleiner 600 °C, beschichtet ist und mittels Wärmeeinwirkung das Lot mit den Punktontakten elektrisch leitend und mechanisch verbu nden wird . Hierdurch ist in einfacher Weise, insbesondere mittels Löten , die Verbindung zwischen Metallfolie und Kontaktelementen herstellbar. Als Lot wird bevorzugt Zinn als Basis und in Verbindung mit weiteren Legierungselementen wie Kupfer, Silber, Wismut oder Blei verwendet.

Wie zuvor beschrieben vereint die vorliegende Erfindung die Vorteile von rück- seitigen metallischen Kontaktelementen , welche hinsichtlich der Kontakteigen- schaften , insbesondere hinsichtlich einer niedrigen Kontaktrekombination , opti- miert sind , mit den Vorteilen des Verwendens einer metallischen Folie. Es liegt im Rahmen der Erfindung, dass die Kontaktelemente länglich ausgebildet sind , insbesondere als Linienkontakte. Besonders vorteilhaft ist die Ausbildung der Kontaktelemente als Punktkontakte, um Materialaufwand und Ladungsträgerre- kombination zu reduzieren . Ebenso können zwei oder mehrere Punktkontakte über metallische Verbindungselemente elektrisch leitend miteinander verbunden sein . Ebenso kann eine Teilmenge der Kontaktelemente als Punktkontakte und eine andere Teilmenge als Linienkontakte ausgebildet sein .

Vorteilhafterweise sind jedoch die Kontaktelemente außerhalb von Halbleiter schichten des Solarzellenprecursors ausschließlich mittels einer Metallfolie elektrisch leitend miteinander verbunden . I n dieser vorteilhaften Ausführungs- form finden sich somit keine weiteren metallischen Kontaktstrukturen wie bei- spielsweise Kontaktierungsfinger oder Busbars an der Rückseite der Solarzelle, welche die Kontaktelemente miteinander verbinden . Hierdurch werden die für diese Prozessschritte sonst notwendigen Kosten und insbesondere auch Beein- trächtigungen des Halbleitermaterials bei Herstellu ng solcher weiteren metalli- schen Kontaktstru kturen vermieden .

Die Metallfolie wird bevorzugt die Rückseite des Solarzellenprecursors vollstän- dig bedeckend ausgebildet. H ierdurch wird eine hohe Leitfähigkeit und gleich- zeitig vollflächig die optische Verbesserung an der Rückseite des Solarzellen- precursors erzielt.

Ein weiterer Vorteil der Erfindung liegt darin , dass d ie zur konventionellen Ver- schaltung per Löten notwendigen lötbaren Metalle nicht mehr in Form von Löt- pads direkt auf der Zelle aufgebracht werden müssen , sondern auf der Folie an- geordnet sein können . In einer vorteilhaften Ausführungsform weist die Metallfo- lie daher an der dem Solarzellenprecursor abgewandten Seite zumindest ein , bevorzugt mehrere Lötpads auf. Ein Lötpad ist bevorzugt definiert, als eine Zo- ne, in welcher der Zellverbinder an die Rückseitenelektrode angelötet wird . Löt pads sind bevorzugt als Rechtecke mit einer Breite von bevorzugt 2-3 mm und einer Länge von bevorzugt 1 0-20 mm ausgebildet. Pro Zellverbinder werden ty- pischerweise 4-1 0 Pads benötigt. Bei den bekannten„Multi Busbar“-Verschaltungskonzepten , bei denen immer mehr„Busbars und damit auch Zellverbinder ausgebildet werden , nimmt die An- zahl an benötigten Lötpads nochmals deutlich zu , da in diesem Fall typischer- weise zwischen 1 0-20 Zellverbinder pro Zelle ausgebildet werden und die An- zahl der Pads auf typischerweise 40-200 steigen wird .

Bei klassischen Solarzellen werden typischerweise die Pads aus Silber herge- stellt und in einem extra Druckschritt Ag-Paste verdruckt. Die gedruckte Al- Paste enthält gewisse Aussparungen , um das Silber nicht komplett zu überdru- cken . An den Lötpads können demnach keine Kontakte zur Basis ausgebildet werden , weil sich eine Al-Hochdotierung ausbilden würde und die Qualität der Kontakte damit schlecht ist.

Das erfindungsgemäße Verfahren erlaubt die Ausbildung von„Lötpads“ auf der Folie. Vorteilhafterweise weist die Metallfolie daher an der dem Solarzellen- precursor abgewandten Seite mindestens ein , bevorzugt eine Mehrzahl von Löt pads auf. I n einer bevorzugten Ausführungsform sind die„Löt-Pads“ als ein voll- flächiges Löt-Pad ausgebildet, bevorzugt durch eine vollflächig aufgebrachte Beschichtung der Folie mit einer lötfähigen Schicht oder Schichtstapeln . Diese Beschichtung kann beispielsweise im Rolle zu Rolle Verfahren über Physikal i- sche Gasphasenabscheidung erzeugt werden . Neben einer Vollflächigen Be- schichtung ist auch eine lokale Beschichtung der Folie möglich , beispielsweise mit Druck oder nasschemischen Verfahren . Neben lötfähigen Metallen können auch leitfähige Klebstoffe abgeschieden werden .

Neben einer Beschichtung kann ein Lötfähiger Bereich auch durch Modifikation der Folienoberfläche ohne ein weiteres Material erreicht werden , indem die Folie an den entsprechenden Bereichen in ihrer Oberflächenmorpholie verändert wird oder das bei der Lötung hinderliche Aluminiumoxid an der Folienoberseite ent- fernt wird .

Dadurch kann die Verbindung zwischen Metallfolie und Solarzellenprecursor vorteilhaft ausgebildet werden , beispielsweise durch eine vollflächig homogene Bedeckung mit Kontaktelementen , da keine Bereiche mehr für Lötpads ausge- spart werden müssen . Weiterhin kann der elektrische Widerstand an der Lötstel le reduziert werden , da der Widerstand zwischen gedruckten Al-Bereichen und gedruckten Ag-Pads bei einer Standardsolarzelle einen erheblichen elektrischen Widerstand verursacht. Ein weiterer Vorteil besteht darin , dass auf der Rücksei- te nur noch Al-Paste gedruckt und nicht mehr auch zusätzlich Ag-Paste gedruckt wird und der Feuerprozess daher ausschließlich an die Ausbildung der lokalen Rückseitenkontakte angepasst werden kann .

Das Ausbilden der Kontakte erfordert typischerweise eine Wärmebehandlung, insbesondere ein sogenanntes„Feuern“ der Kontakte. Diese Wärmebehandlung wird bevorzugt vor Verfahrensschritt B2 durchgeführt.

Der Solarzellenprecursor kann an sich bekannter Weise ausgebildet sein. I ns- besondere kann an einer bei Benutzung der Lichtquelle zugewandten Vordersei- te ein Emitter ausgebildet sein , welcher mit einer vorderseitigen metallischen Kontaktierungsstruktur, insbesondere an sich bekannten Kontaktierungsgittern kontaktiert ist. Ebenso können vorderseitig Strukturen und/oder Schichtsysteme zur Erhöhung der optischen Qualität und/oder zur Verringerung der vorderseiti- gen Ladungsträgerrekombination vorgesehen sein . Die Ausbildung von Emitter sowie weiteren Strukturen und Schichten erfolgt bevorzugt vor Ausbilden der rückseitigen Kontaktierung, das heißt vor Durchführen von Verfahrensschritt B mit den Verfahrensschritten B 1 und B2. Insbesondere kann bevorzugt die vor- derseitige metallische Kontaktierungsstruktur mittels Siebdruck erzeugt werden . Herbei ist es insbesondere vorteilhaft, die Kontakterzeugung auf der Vorderseite und bei den Kontaktelementen gleichzeitig mittels Wärmeeinwirkung (einem so- genannten„Feuern“ der Kontakte) durchzuführen .

Die Kontaktierungspunkte kön nen eine beliebige Form aufweisen . Bevorzugt überdeckt jeder Kontaktierungspunkt eine Kreisfläche mit einem Durchmesser liegt in einem Bereich von 1 0 pm bis 500 pm , bevorzugt 50 pm bis 200 pm .

I n der vorteilhaften Ausführungsform mit Vorsehen einer I solierungsschicht ist d ie unter einem Kontaktelement liegende Öffnung der Isolierungsschicht bevor- zugt kleiner als der Durchmesser des metallischen Kontaktelementes. Die Grö- ße des sich ausbildenden lokalen BSF ist bevorzugt ebenfalls größer als die Öffnung in der dielektrischen Schicht. U m Serienwiderstandsverluste im Halb- leitermaterial der Solarzelle zu vermeiden , weisen die Kontaktierungspun kte bevorzugt einen Abstand zum nächsten Nachbar kleiner 1 000pm auf. I n einer bevorzugten Ausführungsform wird der gedruckte Metallpunkt größer als die darunterliegende Öffnung der Isolierungsschicht ausgebildet und die mittels Laserstrahlung erzeugte elektrische leitende und mechanische Verbindung zwi- schen Metallfolie und Kontaktelement auf einem Abschnitt der Metallfolie neben der Öffn ung der Isolierungsschicht erzeugt und somit nicht an der Stelle, an der der eigentliche elektrische Kontakt zwischen Punktontakt und einer Halbleiter schicht des Solarzellenprecursors ausgebildet ist.

Der Flächenbedeckungsgrad der Öffnung in der Isolierungsschicht ist bevorzugt < 5%, weiter bevorzugt kleiner 3% , insbesondere im Bereich von 1 %. Eine be- vorzugter Öffnungsdurchmesser liegt bei ca 30-1 00 pm. Der sich daraus ablei tende Abstand dieser Öffnungen liegt im Bereich < 1 mm. Der auf einer solchen Öffnu ng gut zu applizierende metallische Punkt hat die Größe der Öffnung +50- 1 00 pm . Idealerweise ist der Metallkontakt so klein wie möglich , nicht aber kle i ner als die Öffnung in der dielektrischen Schicht.

Die eingangs erwähnte Aufgabe ist weiterhin gelöst durch eine photovoltaische Solarzelle gemäß Anspruch 1 6. Die erfindungsgemäße photovoltaische Solarzel- le weist eine Basis und einen Emitter und zumindest eine an einer Rückseite der Solarzelle angeordnete metallische Rückseitenkontaktierung auf.

Wesentlich ist, dass die metallische Rückseitenkontaktierung eine Mehrzahl me- tallischer Kontaktelemente aufweist, welche elektrisch leitend mit Basis oder dem Emitter verbunden sind und dass die metallische Rückseitenkontaktierung eine Metallfolie aufweist, welche Kontaktelemente überdeckt und elektrisch lei- tend und mechanisch mit diesen verbunden ist.

H ierdurch ergeben sich die vorangehend erwähnten Vorteile.

Bevorzugt ist zwischen Metallfolie und Basis und/oder Emitter eine Isolierungs- schicht angeordnet, welche von den Kontaktelementen durchdrungen wird und welche eine Dicke < 1 00 nm , insbesondere < 30 nm , bevorzugt < 1 0 nm auf- weist. Als metallische Folie wird bevorzugt eine Aluminiumfolie verwendet. Die metall i- sche Folie weist bevorzugt eine Dicke im Bereich 6p m bis 50 pm auf.

Die metallische Folie ist bevorzugt als flexible metallische Folie ausgebildet. Wesentlich ist, dass die metallische Folie vor Anordnung an den Solarzellen- precursor bereits als Folie ausgebildet ist und somit im Gegensatz zu anderen Herstellungsverfahren keine metallische Schicht durch Druckverfahren oder Ab- scheideverfahren darstellt.

Die Kontaktelemente können aus dem gleichen Metall der Metallfolie oder aus einem von diesem verschiedenen Metall ausgebildet werden .

Die Kontaktelemente sind bevorzugt aus Aluminium ausgebildet, insbesondere bei Kontaktierung eines p-Dotierten Bereichs mittels der Kontaktelemente, also der Kontaktierung der Basis bei einer Standard Bor-dotierten Siliziumsolarzelle. Weiterhin können auch p-dotierte Bereiche wie der Emitter einer n-Typ Solarzel- le gut mit Aluminium kontaktiert werden .

Daneben sind auch Legierungen auf der Basis von Aluminium denkbar, wie zB Legierungen aus Al-Ag. Auch andere Metall wie beispielsweise aufgeplatetes N ickel oder Kupfer, die lokale einen sehr guten Kontakt ausbilden , können ver- wendet werden .

Die Metallfolie ist bevorzugt aus Aluminium ausgebildet, insbesondere bevor- zugt eine Aluminiumfolie. Ebenso liegen Folien aus anderen Metallen und auch teilweise beschichtete und/oder mehrlagige Folien im Rahmen der Erfindung.

Das erfindungsgemäße Verfahren ist insbesondere zur Herstellung photovolta i- scher Silizium-Solarzellen geeignet, bei welchen zumindest die Basis und be- vorzugt auch der Emitter in einer Halbleiterschicht, welche eine Siliziumschicht ist, ausgebildet sind . I nsbesondere ist das vorliegende Verfahren zur Ausbildung von photovoltaischen Solarzellen , welche auf Silizium-Wafern basieren , geeig- net. Die erfindungsgemäße photovoltaische Solarzelle ist daher bevorzugt als Silizium-Solarzelle, insbesondere bevorzugt als auf einem Silizium-Wafer basie- rende Silizium-Solarzelle ausgebildet. Die metallischen Kontaktelemente werden bevorzugt als Legierung ausgebildet, welche zumindest eine metallische Komponente und eine Komponente eines Halbleitermaterials des Solarzellenprecursors enthält, insbesondere bevorzugt Silizium . Die metallischen Kontaktunkte werden bevorzugt Aluminium umfassend ausgebildet. Die Legierung weist daher bevorzugt Aluminium und Silizium auf, insbesondere einen Anteil von Silizium im Bereich von 5% bis 20% , bevorzugt im Bereich 1 1 % bis 1 5% . Die Prozentangaben beziehen sich auf Massenpro- zent. H ierdurch ergibt sich der Vorteil , dass die metallischen Kontaktelemente mit an sich bekannten Verfahren hergestellt werden können .

Die Metallfolie wird bevorzugt stoffschlüssig mit den metallischen Kontaktele- menten verbunden , insbesondere bevorzugt wird die stoffschlüssige Verbindung mittels Wärmeeinwirkung ausgebildet, bevorzugt mittels Laserstrahlung. H ier- durch wird die Robustheit der Verbindung und somit Lebensdauer der Solarzelle erhöht.

Weitere vorteilhafte Merkmale und Ausführungsformen werden im Folgenden anhand von einem Ausführungsbeispiel und den Figuren erläutert. Dabei zeigt Figur 1 ein erstes Ausführungsbeispiel , Figur 2 ein zweites Ausführungsbeispiel und Figur 3 ein drittes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Verfah- rens. Entsprechend zeigt Figur 1 b) ein erstes Ausführungsbeispiel , Figur 2c) ein zweites Ausführungsbeispiel und fi3b) ein drittes Ausführungsbeispiel einer er- findungsgemäßen photovoltaischen Solarzelle.

I n den Figuren bezeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche oder gleichwirkende Elemente. Weiterhin ist in den Figuren die nach Fertigstellung der Solarzelle der Lichtquelle zugewandte Vorderseite jeweils untenliegend und entsprechend die Rückseite, welche bei Benutzung der Lichtquelle abgewandt ist, obenliegend dargestellt.

Bei dem ersten Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Verfahrens ge- mäß Figur 1 wird in einem Verfahrensschritt A ein Solarzellenprecursor 1 bereit- gestellt. Der Solarzellenprecursor weist an einer (in den Figuren untenliegend dargestellten) Vorderseite einen eindiffundierten Emitter des n-Dotierungstyps auf sowie eine Siliziumnitridschicht zur Oberflächenpassivierung und Verbesse- rung der optischen Eigenschaften und eine an sich bekannte, gitterartige meta l- lische Kontaktierungsstruktur, welche mit dem Emitter elektrisch leitend verbu n- den ist.

I n einem Verfahrensschritt B erfolgt eine Anordnung einer Metallfolie an der Rückseite des Solarzellenprecursors 1 , sodass die Metallfolie mit einer Basis des Solarzellenprecursors elektrisch leitend verbunden ist.

Der Solarzellenprecursor ist aus einem p-dotierten Siliziumwafer ausgebildet, weist somit eine p-dotierte Basis auf. Ebenso kann in einem weiteren Ausfüh- rungsbeispiel der Solarzellenprecursor aus einem n-dotierten Siliziumwafer aus- gebildet werden , und somit eine n-dotierte Basis und einen rückseitigen , p- dotierten Emitter aufweisen .

Der Verfahrensschritt B weist Verfahrensschritte B 1 und B2 auf:

I n einem Verfahrensschritt B 1 wird eine Mehrzahl als metallischer Punktkontakte 2 ausgebildete metallische Kontaktelemente an der Rückseite des Solarzellen- precursors 1 ausgebildet. H ierzu wird mittels I nkjetdruck eine Metallpartikel ent- haltende Paste an den Orten aufgebracht, an welchen ein Punktkontakt 2 aus- gebildet werden soll . Mittels an sich bekannter Wärmebehandlung werden an- schließend die metallischen Punktkontakte 2 ausgebildet, welche nun elektrisch leitend mit der Basis des Solarzellenprecursors 1 verbunden sind . I n einem al- ternativen Ausführungsbeispiel sind die metallischen Kontaktelement als linien- förmige, insbesondere geradlinige Linienkontaktelemente ausgebildet. Ebenso ist eine Kombination aus Punktkontakten und Linienkontakten in einem weiteren Ausführungsbeispiel möglich .

Dieser Zustand ist in Figur 1 a) dargestellt. Zur besseren Ü bersichtlichkeit sind lediglich die beiden linken Punktkontakte 2 bezeichnet.

Die Punktkontakte 2 bedecken jeweils eine Fläche von 1 00x1 00p m² der Rück- seite des Solarzellenprecursors. Bei Draufsicht auf die Rückseite des Solarzel- lenprecursors sind die Punktkontakte an den Kreuzungspunkten eines quadrati- schen Gitters angeordnet. Der Abstand zwischen zwei benachbarten Punktkon- takten beträgt -500 pm. I m Verfahrensschritt B2 wird eine Metallfolie 3 mit den metallischen Punktkon- takten 2 in Kontakt gebracht und mit diesen elektrisch leitend verbunden . H ierzu wird zunächst die Metallfolie 3 auf die Punktkontakte 2 aufgelegt. Anschließend wird mittels eines Laserstrahls 4 die Metallfolie 3 am Ort jedes Punktkontaktes 2 lokal erwärmt, sodass die Metallfolie 3 mit dem jeweiligen Punktkontakt 2 me- chanisch und elektrisch leitend verbunden wird .

Dieser Verfahrensschritt ist in Figur 1 b) dargestellt.

Wie weiterhin in Figur 1 b) ersichtlich , verbleiben zwischen den Punktkontakten 2 Lufträume, welche einerseits durch den Solarzellenprecursor 1 und andererseits durch die Metallfolie 3 begrenzt sind . Diese Lufträume tragen zusätzlich zu der optisch spiegelnden Eigenschaft der Metallfolie 3 zu einer Verbesserung der rückseitigen Reflexion der Solarzelle und somit zu einer Erhöhung der Lich tabsorption der Solarzelle bei .

Die in den Figuren 2 und 3 dargestellten weiteren Ausführungsbeispiele eines erfindungsgemäßen Verfahrens gleichen im Grundsatz dem ersten Ausfü h- rungsbeispiel . Zur Vermeidung von Wiederholungen wird nachfolgend daher le- diglich auf die Unterschiede eingegangen :

Bei dem in Figur 2 dargestellten zweiten Ausführungsbeispiel weist der Solarzel- lenprecursor 1 an der Rückseite eine Isolierungsschicht 5 auf, welche als Alu- miniumoxidschicht mit einer Dicke von 20 nm ausgebildet ist. Der Zustand nach Verfahrensschritt A ist somit in Figur 2a) ersichtlich .

Anschließend wird mittels Siebdruck jeweils an den Stellen , an welchen ein Punktkontakt erzeugt werden soll , jeweils eine Metallpartikel- und Glasfritte ent- haltende Paste aufgebracht. Mittels Erwärmung in einem Ofen (ein sogenannter „Feuerungsschritt“) werden die metallischen Punktkontakte erzeugt, welche mit der Basis des Solarzellenprecursors 1 elektrisch leitend verbunden sind . Auf- grund der Glasfritte wird hierbei jeweils lokal die I solierungsschicht 5 durch- drungen . Der Zustand nach Verfahrensschritt B 1 ist somit in Figur 2b) darge- stellt. Anschließend erfolgt, wie bereits beim ersten Ausführungsbeispiel ausgeführt, in einem Verfahrensschritt B2 ein Anlegen einer Metallfolie 3 auf die Punktkontak- te 2 und ein mechanisches und elektrisches Verbinden der Metallfolie 3 mit den Punktkontakten 2 mittels eines Laserstrahls 4 durch lokales Erwärmen , vorlie- gend lokales Aufschmelzen der Metallfolie 3.

Dies ist in Figur 2c) dargestellt.

Das in Figur 3 dargestellte dritte Ausführungsbeispiel unterscheidet sich von dem zweiten Ausführungsbeispiel dadurch , dass eine Metallpartikel enthaltende Paste oder Glasfritte verwendet wird und vor Aufbringen der Paste lokale Öff- nungen in der Isolierungsschicht 5 erzeugt werden :

Zunächst wird ein Solarzellenprecursor 1 mit einer I solierungsschicht 5 bereit- gestellt, analog zu Figur 2a). Dies ist in Figur 3a) dargestellt.

Anschließend wird mittels eines Laserstrahls 4 an den Orten , an welchen Punkt- kontakte 2 erzeugt werden sollen , jeweils eine lokale Öffnung der Isolierungs- schicht 5 erzeugt. Die lokale Öffnung erfolgt somit durch Laserablation . Dies ist in Figur 3b) dargestellt.

Anschließend wird mittels Siebdruck an den lokalen Öffnungen jeweils eine Me- tallpartikel enthaltende Paste aufgebracht und in einem anschließenden Tempe- raturschritt werden die metallischen Punktkontakte 2 ausgebildet (siehe Fi- gu r 3c). Aufgrund der vorangegangenen lokalen Öffnung der Isolierungsschicht 5 muss die Metallpartikel enthaltende Paste somit die Isolierungsschicht 5 nicht durchdringen , sodass geringere Anforderungen an die Bestandtei le der Paste und den Temperaturschritt vorliegen .

Das Ergebnis nach Verfahrensschritt B 1 ist somit in Figur 3c) dargestellt.

Anschließend wird wie auch bei den beiden vorangehend beschriebenen Aus- führungsbeispielen erläutert, die Metallfolie 3 auf die Punktkontakte 2 aufgelegt und mittels eines Laserstrahls 4 mechanisch und elektrisch mit den Punktkon- takten verbunden . Das Ergebnis ist in Figur 3g) dargestellt. Die Punktkontakte werden bei den vorliegenden Ausführungsbeispielen aus Aluminium ausgebildet. Die Metallfolie ist eine Aluminiumfolie.

Claims

Ansprüche

1 . Verfahren zur Herstellung einer photovoltaischen Solarzelle mit den Verfah- rensschritten

a. Bereitstellen mindestens eines Solarzellenprecursors mit zumindest einer Basis und zumindest einem Emitter;

b. Anordnen einer Metallfolie (3) an einer Rückseite des Solarzellen- precursors;

dadurch gekennzeichnet,

dass in Verfahrensschritt B zur elektrischen Verbindung der Metallfolie (3) mit dem Solarzellen precursor (1 ) in einem Verfahrensschritt B 1 eine Mehrzahl metallischer Kontaktelemente (2) an der Rückseite des Solar- zellenprecursors ausgebildet werden , welche mit der Basis oder mit dem Emitter elektrisch leitend verbunden sind und in einem Verfahrensschritt B2 die Metallfolie (3) mit den metallischen Punktontakten in Kontakt ge- bracht und mit diesen elektrisch leitend und mechanisch verbunden wird .

2. Verfahren nach Anspruch 1 ,

dadurch gekennzeichnet,

dass in Verfahrensschritt B 1 die Kontaktelemente (2) mittels Wärmeeinwir- kung, bevorzugt bei einer Temperatur über 700°C, bevorzugt bei einer Tem- peratur im Bereich 750°C bis 900°C, ausgebildet werden , bevor Verfahrens- schritt B2 erfolgt.

3. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche,

dadurch gekennzeichnet,

dass vor Verfahrensschritt B 1 an der Rückseite des Solarzellenprecursors eine elektrisch isolierende Isolierungsschicht (5), insbesondere eine dielekt- rische Schicht, bevorzugt eine Siliziumoxid- und/oder Siliziumnitridschicht, angeordnet wird und die Kontaktelemente (2) in Verfahrensschritt B 1 die Iso- lierungsschicht (5) durchdringend ausgebildet werden .

4. Verfahren nach Anspruch 3,

dadurch gekennzeichnet,

dass vor Verfahrensschritt B 1 die Isolierungsschicht (5) an einer Mehrzahl von Stellen geöffnet wird , insbesondere mittels Laserstrahlung, und dass in Verfahrensschritt B 1 die Kontaktelemente (2) an diesen Öffnungen ausgebil- det werden .

5. Verfahren nach Anspruch 3,

dadurch gekennzeichnet,

dass in Verfahrensschritt B 1 die metallischen Kontaktelemente (2) zunächst auf die Isolierungsschicht (5) aufgebracht und mittels Wärmebehandlung die Isolierungsschicht (5) durchdringen , insbesondere Wärmeeinwirkung gemäß Anspruch 2.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 5,

dadurch gekennzeichnet,

dass die Isolierungsschicht (5) eine Dicke kleiner 50 nm , insbesondere klei ner 30 nm , bevorzugt kleiner 1 0 nm aufweist.

7. Verfahren nach Anspruch 6,

dadurch gekennzeichnet,

dass zwischen Metallfolie (3) und der Rückseite des Solarzellenprecursors, insbesondere zwischen I solierungsschicht (5) und Metallfolie (3), keine wei- teren Schichten angeordnet werden .

8. Verfahren nach den Ansprüchen 5 und 7,

dadurch gekennzeichnet,

dass die Kontaktelemente (2) ohne Fritte ausgebildet werden .

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 8,

dadurch gekennzeichnet,

dass die Isolierungsschicht (5) als Aluminiumoxidschicht ausgebildet ist.

1 0. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche,

dadurch gekennzeichnet,

dass Kontaktelemente (2) mittels eines Druckverfahrens, insbesondere mit- tels Siebdruck oder I nkjetdruck ausgebildet werden .

1 1 . Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche,

dadurch gekennzeichnet,

dass in Verfahrensschritt B2 die Metallfolie (3) mittels Wärmeeinwirkung, insbesondere mittels lokaler Wärmeeinwirkung, bevorzugt mittel Laserstrah- lung, mit den Kontaktelementen verbunden wird .

12. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche,

dadurch gekennzeichnet,

dass die Metallfolie (3) mittels eines Leitklebers elektrisch leitend und me- chanisch mit den Kontaktelementen verbunden wird .

1 3. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche,

dadurch gekennzeichnet,

dass die Metallfolie an der dem Solarzellenprecursor zugewandten Seite zu- mindest jeweils im Bereich der Kontaktelemente, bevorzugt ganzflächig, mit einem Lot, bevorzugt ein Lot mit einem Schmelzpunkt kleiner 600 °C, be- schichtet ist und mittels Wärmeeinwirkung das Lot mit den Punktontakten elektrisch leitend und mechanisch verbunden wird .

14. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche,

dadurch gekennzeichnet,

dass die Kontaktelemente (2) außerhalb von Halbleiterschichten des Solar- zellenprecursors ausschließlich mittels der Metallfolie (3) elektrisch leitend miteinander verbunden sind

und/oder

dass die Metallfolie (3) die Rückseite des Solarzellenprecursors vollständig bedeckend ausgebildet wird .

1 5. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche,

dadurch gekennzeichnet,

dass die Kontaktelemente (2) als Punktkontakte oder Linienkontakte ausge- bildet sind , bevorzugt als Punktkontakte.

1 6. Photovoltaische Solarzelle, bevorzugt hergestellt nach einem der Ansprüche 1 bis 1 5,

mit einer Basis und einem Emitter und zumindest einer an einer Rückseite der Solarzelle angeordneten metallischen Rückseitenkontaktierung, dadurch gekennzeichnet,

dass die metallische Rückseitenkontaktierung eine Mehrzahl metallischer Kontaktelemente aufweist, welche elektrisch leitend mit Basis oder dem Emitter verbunden sind und eine Metallfolie (3) aufweist, welche die Kontak- telemente (2) überdeckt und elektrisch leitend und mechanische mit diesen verbunden ist.

17. Solarzelle nach Anspruch 1 6,

dadurch gekennzeichnet,

dass zwischen Metallfolie (3) und Basis und/oder Emitter eine Isolierungs- schicht (5) angeordnet ist, welche von den Kontaktelementen durchdrungen wird und welche eine Dicke kleiner 50 nm , insbesondere kleiner 30 nm , be- vorzugt kleiner 1 0 nm aufweist.