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Anwendungsgebiet und Stand
der Technik
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Die
Erfindung betrifft eine Solarzelle mit Frontkontakten auf ihrer
Vorderseite sowie ein Verfahren zur Herstellung einer solchen Solarzelle.
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Üblicherweise
weisen Solarzellen, die aus einem Silizium-Wafer aufgebaut sind,
an ihrer Rückseite
sogenannte Rückkontakte
auf und auf ihrer Vorderseite sogenannte Frontkontakte. Diese Frontkontakte
sammeln sozusagen die Elektronen auf und leiten sie an eine Anschlusseinrichtung
weiter. Eine derartige Anschlusseinrichtung kann ein elektrischer
Anschluss für
eine Weiterleitung des Stromes sein oder eine weitere entsprechende
Solarzelle in einer Reihenschaltung. Um die Abschattung möglichst
gering zu halten, sind die Frontkontakte in Form von dünnen Kontaktfingern
ausgebildet, die üblicherweise
parallel und mit gleichem Abstand zueinander verlaufend auf der
Vorderseite angeordnet sind. Um nun die Frontkontakte mit der Anschlusseinrichtung
zu verbinden werden üblicherweise
Flachdrähte
vorgesehen, die mit jedem der Frontkontakte elektrisch verbunden
sind, seitlich über
die Solarzelle überstehen und
mit der Anschlusseinrichtung verbunden sind. Die Abschattung die ser
bekannten Flachdrähte
wird jedoch als negativ angesehen, da sie die aktive Fläche der
Solarzelle und somit auch deren Wirkungsgrad verschlechtert.
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Aufgabe und Lösung
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine eingangs genannte Solarzelle
sowie ein zu ihrer Herstellung ein geeignetes Verfahren zu schaffen, mit
denen Nachteile des Standes der Technik verringert werden können und
insbesondere der Wirkungsgrad bzw. die Ausbeute einer Solarzelle
gesteigert werden kann.
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Gelöst wird
diese Aufgabe durch eine Solarzelle mit den Merkmalen des Anspruchs
1 sowie ein Verfahren zu ihrer Herstellung mit den Merkmalen des
Anspruchs 13. Vorteilhafte sowie bevorzugte Ausgestaltungen der
Erfindung sind Gegenstand der weiteren Ansprüche und werden im Folgenden
näher erläutert. Der
Wortlaut der Ansprüche
wird durch ausdrückliche
Bezugnahme zum Inhalt der Beschreibung gemacht.
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Erfindungsgemäß ist vorgesehen,
dass unterschiedliche lange Anschlussdrähte von den Kontaktfingern
der Frontkontakte zu der Anschlusseinrichtung geführt sind.
Diese Anschlussdrähte
verlaufen in unterschiedlichen Längen
von der Anschlusseinrichtung hin zu einem oder wenigen Kontaktfingern.
Zumindest manche, vorzugsweise die meisten, Anschlussdrähte sind
in ihrem Verlauf bzw. über
ihre Länge
hinweg mehrfach mit den Kontaktfingern elektrisch verbunden. Dies
bedeutet, dass sie in ihrem Längsverlauf
mehrfach an verschiedene Kontaktfinger angeschlossen sind. Vorzugsweise
ist der Abstand, in dem ein Anschlussdraht mit einem Kontaktfinger
verbunden und angeschlossen ist, für diesen Anschlussdraht immer
wieder gleich, besonders vorteilhaft kann dies für mehrere oder sogar für alle Anschlussdrähte gelten.
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Somit
wird mit der Erfindung die Möglichkeit geschaffen,
eine Vielzahl von Anschlussdrähten
von den Kontaktfingern als Frontkontakte zu einer Anschlusseinrichtung
zu schaffen. Durch die unterschiedliche Länge der Anschlussdrähte, die
alle an die Anschlusseinrichtung führen, wird erreicht, dass an
die am entferntest liegenden Kontaktfinger nur wenige Anschlussdrähte gehen.
Je näher
die Kontaktfinger an der Anschlusseinrichtung liegen, desto mehr
Anschlussdrähte
stehen zur Verfügung,
um die Elektronen zu der Anschlusseinrichtung zu transportieren,
also zur Stromführung.
Im Wesentlichen kann damit ein etwa umgekehrt linearer Zusammenhang zwischen
Abstand eines Kontaktfingers von der Anschlusseinrichtung und zur
Verfügung
stehendem Leiterquerschnitt erreicht werden. Dies bedeutet also,
dass der gesamte vorhandene Leiterquerschnitt zunimmt, je näher die
Kontaktfinger bei der Anschlusseinrichtung liegen. Damit kann dem
Umstand Rechnung getragen werden, wie sich im Rahmen der Erfindung
vorteilhaft herausgestellt hat, dass der Stromfluss immer größer wird,
je näher
ein Kontaktfinger bei der Anschlusseinrichtung liegt. Es wird also in
Anpassung an die herrschende bzw. zu erwartende Stromstärke genau
der dafür
benötigte
Leiterquerschnitt zur Verfügung
gestellt, aber auch nicht mehr, so dass die durch Leiter abgeschirmte
Fläche
der Vorderseite der Solarzelle reduziert bzw. auf ein zwingend erforderliches
Mindestmaß verringert
werden kann.
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In
vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung laufen die Frontkontakte
parallel zueinander sowie mit gleichen Abständen. Besonders vorteilhaft
verlaufen die Anschlussdrähte
entsprechend rechtwinklig zu den Frontkontakten bzw. Kontaktfingern.
Dies bewirkt neben einer einfacheren Herstellung auch eine möglichst
reduzierte Länge
und somit Abschattung der Anschlussdrähte der Solarzelle. Auch die Anschlussdrähte verlaufen
vorteilhaft parallel zueinander sowie besonders vorteilhaft mit
gleichem Abstand.
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In
weiterer Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass
ein Anschlussdraht jeweils alle drei bis sechs Kontaktfinger mit
der Vorder seite bzw. einem dieser Kontaktfinger der Solarzelle verbunden
bzw. daran angeschlossen ist. Besonders vorteilhaft werden jeweils
alle dieser drei Kontaktfinger kontaktiert. Dieses Intervall ist
vorteilhaft für
jeweils einen Anschlussdraht immer das gleiche, besonders vorteilhaft
für sämtliche
Anschlussdrähte dieser
Länge bzw.
möglicherweise
auch insgesamt für
alle Anschlussdrähte.
Benachbarte Anschlussdrähte
sind vorteilhaft mit jeweils unterschiedlichen Kontaktfingern verbunden.
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Um
eine möglichst
gute Stromleitung zu ermöglichen
und gleichzeitig die Zahl der Verbindungen der Anschlussdrähte mit
Kontaktfingern zu reduzieren, ist es möglich, Sammelanschlüsse vorzusehen,
die zwei bis vier Kontaktfinger miteinander verbinden. Ein solcher
Sammelanschluss kann ähnlich wie
ein Kontaktfinger beim Herstellungsverfahren der Solarzelle auf
der Vorderseite durch Metallisierung hergestellt werden, also wesentlich
leichter als das Aufbringen und Verbinden eines Anschlussdrahtes. Ein
solcher Sammelanschluss verläuft
vorteilhaft in Art und Ausbildung sowie Herstellung ähnlich wie
ein Frontkontakt, also mit sehr geringem Querschnitt und rechtwinklig
zu den Kontaktfingern bzw. in die gleiche Richtung wie ein Anschlussdraht.
Besonders vorteilhaft verbindet ein solcher Sammelanschluss drei
nebeneinander liegende Kontaktfinger miteinander und wird von dem
Anschlussdraht kontaktiert bzw. der Anschlussdraht wird mit ihm
verbunden.
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In
vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung wird ein Anschlussdraht
an einer Stelle angeschlossen, an der der Sammelanschluss einen
Kontaktfinger kreuzt. Hier ist zum Anschluss die notwendige Anschlussfläche am größten. Durch
das Übereinanderliegen
von Sammelanschluss und Anschlussdraht wird ebenfalls die abgeschattete
Fläche
der Solarzelle reduziert.
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Es
gibt verschiedene Möglichkeiten,
einen Anschlussdraht mit einem Kontaktfinger oder einem vorgenannten
Sammelanschluss zu verbinden. Als vorteilhaft wird Löten oder
Wire-Bonding angesehen, wobei bei de Verfahren technisch erprobt
und auch großserientechnisch
bzw. automatisiert durchgeführt werden
können.
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In
weiterer Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass
mehrere Anschlussdrähte
mit jeweils gleicher Länge
eine sogenannte Anschlussgruppe bilden, insbesondere pro Solarzelle.
Dabei wird ausgenutzt, dass bei einer Länge eines Anschlussdrahtes
von der Anschlusseinrichtung zu einem Kontaktfinger hin sozusagen
diskrete Längensprünge in der
Länge vom
Abstand zweier Kontaktfinger zueinander gegeben sind. Es ist also
leicht, Anschlussdrähte
gleicher Länge
in eine gemeinsame Anschlussgruppe einzuordnen. Die Solarzelle weist dann
mehrere Anschlussgruppen mit eben jeweils unterschiedlich langen
Anschlussdrähten
auf. Dabei wird es als vorteilhaft angesehen, wenn mindestens drei
Anschlussdrähte
pro Anschlussgruppe vorgesehen sind. Des Weiteren können vorteilhaft
mindestens drei solche Anschlussgruppen vorgesehen sein. Üblicherweise
verwendete Solarzellen weisen beispielsweise 66 Kontaktfinger auf.
Geht man von einem vorgenannten Vorsehen von Sammelanschlüssen aus
sowie davon, dass aufgrund der Sammelanschlüsse nicht auf der Höhe eines
jeden Kontaktfingers ein Anschlussdraht endet, können beispielsweise 33 oder
22 Anschlussgruppen vorgesehen sein. Jede Anschlussgruppe weist
dann zwei bis vier oder sogar noch mehr Anschlussdrähte auf.
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In
weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist es möglich, unterschiedlich lange
Anschlussdrähte mit
unterschiedlichen Querschnitten auszubilden. Dabei kann vorgesehen
sein, dass der Querschnitt der Anschlussdrähte ansteigt mit zunehmender
Länge der
Anschlussdrähte,
wobei er vorteilhaft für
diesen Draht gleich bleibt. Damit könnte dem Umstand Rechnung getragen
werden, dass er wegen seiner größeren Länge möglicherweise
auch insgesamt eine höhere
Stromdichte führt.
Vorteilhaft werden jedoch lauter identische Anschlussdrähte verwendet, was
den Versorgungsaufwand sowie auch das Befestigen erleichtert.
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Ein
Durchmesser eines solchen Anschlussdrahtes kann vorteilhaft in einem
Bereich zwischen 50 μm
und 1 mm liegen. Als besonders vorteilhaft werden Durchmesser von
200 μm bis
etwa 300 μm vorgesehen.
Gerade bei einer vorgenannten Anzahl von Kontaktfingern sowie Anschlussdrähten an
einer Solarzelle ergeben sich ja ausreichend hohe Leiterquerschnitte
bei gleichzeitig minimierter Abschattung. In nochmaliger weiterer
Ausbildung der Erfindung wird es als vorteilhaft angesehen, wenn
die Anschlussdrähte
einen im Wesentlichen runden Querschnitt aufweisen. Zwar kann grundsätzlich durch
flache und hochkant gestellte Querschnitte bei gleichbleibendem
Querschnitt eine verringerte Abschattung erreicht werden. Hier allerdings
steigt unter Umständen
der Aufwand für
die korrekte Zuführung
der Anschlussdrähte
zu einer Einrichtung, die die Anschlussdrähte mit der Solarzelle bzw.
dem Kontaktfinger verbindet, stark an. Des Weiteren ist der Kosten-
und Herstellungsaufwand für
Drähte
mit rundem Querschnitt am geringsten.
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Ein
Anschlussdraht kann aus einem gut leitenden Material, wie beispielsweise
Aluminium, Kupfer, Silber oder Gold bestehen. Vorteilhaft wird Aluminium
oder Kupfer verwendet. Für
eine bessere Korrosionsbeständigkeit
sowie eine bessere Verlötbarkeit kann
ein Anschlussdraht mit einer entsprechenden Beschichtung überzogen
sein. Vorteilhaft ist er verzinnt oder mit einem Lot versehen, beispielsweise 62Sn/36
Pb/2 Ag.
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An
der Seite der Solarzelle zu der Anschlusseinrichtung hin können die
Anschlussdrähte
ein gewisses festgelegtes Maß überstehen,
um dann eben mit der Anschlusseinrichtung verbunden zu werden. Hier
bietet sich neben Wire-Bonding vor allem das technisch einfachere
Löten an.
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Diese
und weitere Merkmale gehen außer aus
den Ansprüchen
auch aus der Beschreibung und den Zeichnungen hervor, wobei die
einzelnen Merkmale jeweils für
sich allein oder zu mehreren in Form von Unterkombinationen bei
einer Ausführungsform der
Erfindung und auf ande ren Gebieten verwirklicht sein und vorteilhafte
sowie für
sich schutzfähige
Ausführungen
darstellen können,
für die
hier Schutz beansprucht wird. Die Unterteilung der Anmeldung in einzelne
Abschnitte sowie Zwischen-Überschriften beschränken die
unter diesen gemachten Aussagen nicht in ihrer Allgemeingültigkeit.
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Kurzbeschreibung der Zeichnungen
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Ausführungsbeispiele
der Erfindung sind in den Zeichnungen schematisch dargestellt und
werden im Folgenden näher
erläutert.
In den Zeichnungen zeigen:
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1 eine
Schrägansicht
eines Ausschnitts einer erfindungsgemäßen Solarzelle und
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2 eine
Draufsicht auf eine erfindungsgemäße Solarzelle mit unterschiedlichen
Anordnungen für
elektrische Anschlüsse.
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Detaillierte Beschreibung
der Ausführungsbeispiele
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In 1 ist
eine Solarzelle 11 ausschnittsweise in Schrägdarstellung
gezeigt. Die Solarzelle 11 ist im Wesentlichen aus einem
Wafer 12 aufgebaut und zu sehen ist ihre nach oben gewandte
Vorderseite 13. Neben der Solarzelle 11 verläuft eine
elektrische Anschlusseinrichtung 14, beispielsweise in Form
eines elektrischen Leiters nach Art einer Stromleitschiene odgl..
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Um
die Elektroden an der Vorderseite 13 der Solarzelle 11 einzusammeln,
sind Kontaktfinger 15 vorgesehen. Diese sind dünne Metallleiter,
die auch vom Fachmann auf an sich bekannte Art und Weise direkt
auf die Vorderseite 13 aufgebracht sind bzw. teilweise
sogar in diese hinein versenkt sind. Die Kontaktfinger 15 weisen
gleichen Abstand zueinander auf und sind parallel zueinander.
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Um
nun die Kontaktfinger 15 mit der Anschlusseinrichtung 14 zu
verbinden, sind Anschlussdrähte 18 vorgesehen.
Diese Anschlussdrähte 18 starten
sämtlich
bei der Anschlusseinrichtung 14, weisen jedoch unterschiedliche
Längen
auf, so dass sie unterschiedlich weit auf die Vorderseite 13 der Solarzelle 11 reichen.
Ihre nach links weisenden Enden liegen zwar relativ genau auf einem
Kontaktfinger 15 auf bzw. gehen bis zu einem solchen Kontaktfinger 15.
Gleichzeitig reichen die Anschlussdrähte 18 jedoch nicht
nur mit ihrem nach links weisenden Ende auf diese Solarzelle 11 bzw.
Kontaktfinger 15, sondern im Abstand von drei Kontaktfingern 15 sind sie
immer wieder mit der Solarzelle 11 bzw. Kontaktfingern 15 verbunden.
Dadurch erhält
ihr Verlauf eine Art Wellenform, was natürlich in der Praxis weitaus weniger
stark ausgebildet ist.
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Es
sind Sammelanschlüsse 16 vorgesehen, die
auf grundsätzlich
gleiche Art und Weise hergestellt werden können wie die Kontaktfinger 15 selber. Die
Sammelanschlüsse 16 sind
also kurze elektrisch leitende Leiterstücke und verbinden hier jeweils
drei Kontaktfinger 15. Dabei verlaufen sie in etwa rechtwinklig
zu den Kontaktfingern 15, ebenso wie die Anschlussdrähte 18.
Sie sind auch mit jedem Kontaktfinger elektrisch leitend verbunden,
den sie passieren bzw. überdecken.
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Die
Anschlussdrähte 18 sind
an Verbindungsstellen 19 mit jeweils einem Sammelanschluss 16 bzw.
dem Kontaktfinger 15 an dieser Stelle elektrisch leitend
verbunden. Dies kann durch Wire-Bonding oder Löten erfolgen. Des Weiteren
verlaufen die Anschlussdrähte 18,
was aus 1 nur begrenzt gut zu erkennen
ist, genau oberhalb der Sammelanschlüsse 16, so dass das
zwingend notwendige Maß an
Abschattung möglichst
gering bleibt.
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In
der Draufsicht auf eine Solarzelle 11 gemäß 2 sind
zur Verdeutlichung der Darstellung bzw. des konstruktiven Aufbaus
die Anschlussdrähte 18 geradlinig
dargestellt, was sie in der Praxis in der Draufsicht auch trotz
des leicht gewellten Verlaufs in der Seitenansicht gemäß 1 auch
sein können. Die
Sammelanschlüsse 16 in 2 sind
jedoch abweichend von praxistauglichen Ausführungen leicht gekrümmt dargestellt,
während
sie in Wirklichkeit bzw. in der Praxis geradlinig und möglichst
rechtwinklig zu den Kontaktfingern 15 ausgebildet sind.
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Die
Darstellung der Solarzelle 11 in 2 ist im
Wesentlichen auch schematisch zu verstehen. Eine praxistaugliche
Solarzelle weist weitaus mehr Kontaktfinger 15 auf, nämlich beispielsweise
die vorgenannten 66 Stück.
Ebenso sind in der Breite der Solarzelle 11 auch mehr als
dargestellte 24 Kontaktfinger 15 vorgesehen.
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Die
Anschlussdrähte 18 sind
in drei Gruppen 21a, 21b und 21c aufgeteilt.
Innerhalb jeder dieser Gruppen 21 reicht ein längster Anschlussdraht 18 bis an
den zweitobersten Kontaktfinger 15 und der kürzeste Anschlussdraht 18 bis
zum zweituntersten Kontaktfinger 15. Die Längenabstufung
der einzelnen Anschlussdrähte 18 innerhalb
einer dieser Gruppen 21 ist jeweils das Dreifache des Abstandes
zwischen zwei Kontaktfingern. Somit gibt es auch acht Gruppen von
Anschlussdrähten 18 mit
jeweils gleicher Länge,
wobei in jeder dieser Gruppen drei solche Anschlussdrähte 18 sind.
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Der
Unterschied in der Ausbildung der Gruppe 21a und 21b ist
der Abstand der Sammelanschlüsse 16 entlang
der Anschlussdrähte 18.
Während
in der linken Gruppe 21a entlang des längsten Anschlussdrahtes 18 der
Abstand der Sammelanschlüsse
sowie deren Länge 16 so
ist, dass jeder Kontaktfinger 15 mit diesem Anschlussdraht 18 verbunden
ist, ist dies in der mittleren Gruppe 21b anders. Hier
ist der Abstand der Sammelanschlüsse 16 entlang
eines Anschlussdrahtes 18 um einmal den Abstand zweier
Kontaktfinger 15 zueinander vergrößert. Dies kann selbstverständlich auch
bei mehreren Anschlussdrähten
einer dieser Gruppen variiert werden, so dass nicht bei jedem Anschlussdraht
dieser Gruppe der Abstand der Sammelanschlüsse 16 und somit der
sich daraus ergebenden Verbindungsstellen 19 zwischen Anschlussdraht 18