DE102009059156A1

DE102009059156A1 - Solarzelle sowie Verfahren zum Herstellen einer Solarzelle

Info

Publication number: DE102009059156A1
Application number: DE102009059156A
Authority: DE
Inventors: Robert Lutz
Original assignee: Qimonda AG
Current assignee: Qimonda AG
Priority date: 2008-12-15
Filing date: 2009-12-15
Publication date: 2010-08-19

Abstract

Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung wurde eine Solarzelle bereitgestellt, mit: einem Halbleitersubstrat, einer Mehrzahl von Löchern, die sich durch das Halbleitersubstrat hindurch erstrecken, wobei die Löcher zu mehreren parallel zueinander verlaufenden Löcherzeilen gruppiert sind, einer Mehrzahl von Vias, die in den Löchern ausgebildet sind, einer Mehrzahl von Emitter-Stromschienen, die auf der Unterseite des Substrats vorgesehen sind, wobei jede Emitter-Stromschiene die jeweiligen unteren Enden der Vias einer Löcherzeile elektrisch miteinander verbindet, einer Mehrzahl von Rückseiten-Stromschienen, die auf der Unterseite des Substrats vorgesehen und parallel zu den Emitter-Stromschienen angeordnet sind, wobei die Emitter-Stromschienen und die Rückseiten-Stromschienen gegenüber dem Solarzellenrand um einen Winkel α geneigt sind.

Description

Die Erfindung betrifft eine Solarzelle sowie ein Verfahren zum Herstellen einer Solarzelle. Weiterhin betrifft die Erfindung ein Solarzellenmodul.
In den vergangenen Jahrzehnten wurde intensiv daran gearbeitet, den Wirkungsgrad von Solarzellen zu verbessern. Ziel hierbei ist, möglichst viel der auf die Solarzelle auftreffenden Lichtenergie in elektrischen Strom umzuwandeln. Viele der heute eingesetzten Solarzellen weisen auf deren Oberseite, d. h. der Sonne zugewandten Seite, sowie auf deren Rückseite Stromschienen („Busbars”) auf, durch die der in den Solarzellen erzeugte elektrische Strom geleitet wird. Um zwei benachbarte Solarzellen miteinander zu verschalten, können dann entsprechende Stromschienen der Solarzellen miteinander verbunden werden.
In 1 ist ein Beispiel einer bekannten Verschaltung derartiger Solarzellen zu einem Solarzellenmodul gezeigt. Ein Solarzellenmodul 100 weist eine erste Solarzelle 102 sowie eine zweite Solarzelle 104 auf, die auf einem Träger 106 befestigt und miteinander verschaltet sind. Die erste Solarzelle 102 weist auf deren Unterseite eine Unterseiten-Stromschiene 108₁ auf, deren Verlängerung eine Oberseiten-Stromschiene 110₂ auf der Oberseite der zweiten Solarzelle 104 ausbildet. In analoger Weise sind die Solarzellen 102, 104 mit benachbarten Solarzellen verschaltet. Eine derartige Verschaltung hat den Nachteil, dass ein Teil der Oberseiten der Solarzellen 102, 104 mit Stromschienen 110 bedeckt sind (Solarzelle 102 mit Oberseiten-Stromschiene 110₁ , und Solarzelle 104 mit Oberseiten-Stromschiene 110₂ ), womit die zur Umwandlung von Lichtenergie in elektrischen Strom verfügbare Fläche der Oberseite der Solarzellen 102, 104 verkleinert wird (in 1b sind der Übersichtlichkeit halber die Oberseiten-Stromschiene 110₁ sowie die Unterseiten-Stromschiene 108₂ nicht gezeigt).
Um dieses Problem zu umgehen, ist es möglich, die Oberseiten-Stromschienen 110 der Solarzellen 102, 104 auf deren Unterseite, d. h. neben die Stromschienen 108 zu verlegen, wobei die Stromschienen 110 über elektrisch leitende Vias, die sich durch die Solarzellen 102, 104 hindurch erstrecken, mit deren Oberseiten elektrisch verbunden sind (sog. „Wrap-Through-Solarzellen”). Nachteilig bei derartigen Wrap-Through-Solarzellen ist, dass die Verschaltung zweier benachbarter Solarzellen nicht auf die einfache in 1 gezeigte Art und Weise erfolgen kann.
Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe ist, eine Solarzelle bereitzustellen, mit der die oben erwähnten Nachteile umgangen werden können.
Zur Lösung dieser Aufgabe stellt die Erfindung eine Solarzelle gemäß Patentanspruch 1 sowie ein Solarzellenmodul gemäß Patentanspruch 11 bereit. Des Weiteren stellt die Erfindung ein Verfahren zum Herstellen einer Solarzelle gemäß Patentanspruch 14 bereit. Vorteilhafte Ausgestaltungen bzw. Weiterbildungen des Erfindungsgedankens finden sich in jeweiligen Unteransprüchen.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung wird eine Solarzelle bereitgestellt, mit: einem Halbleitersubstrat; einer Mehrzahl von Löchern, die sich durch das Halbleitersubstrat hindurch erstrecken, wobei die Löcher zu mehreren parallel zueinander verlaufenden Löcherzeilen gruppiert sind; einer Mehrzahl von Vias, die in den Löchern ausgebildet sind; einer Mehrzahl von Emitter-Stromschienen, die auf der Unterseite des Substrats vorgesehen sind, wobei jede Emitter-Stromschiene die jeweiligen unteren Enden der Vias einer Löcherzeile elektrisch miteinander verbindet; einer Mehrzahl von Rückseiten-Stromschienen (auch als Kollektor-Stromschienen bekannt), die auf der Unterseite des Substrats vorgesehen und parallel zu den Emitter-Stromschienen angeordnet sind, wobei die Emitter-Stromschienen und die Rückseiten-Stromschienen gegenüber dem Solarzellenrand um einen Winkel α geneigt sind.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist der Winkel α so gewählt, dass sich geradlinige Zwischenverbindungsleitungen, die als Fortsätze der Emitter-Stromschienen oder der Rückseiten-Stromschienen beim Verschalten benachbarter Solarzellen jeweils eine Rückseiten- Stromschiene einer Solarzelle mit einer Emitter-Stromschiene einer benachbarten Solarzelle verbinden, keinen elektrischen Kontakt zwischen zwei Emitter-Stromschienen oder zwei Rückseiten-Stromschienen benachbarter Solarzellen herstellen oder (ungewollt) herstellen können.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist der Winkel α so gewählt ist, dass die vertikale Position eines der Enden jeder Emitter-Stromschiene gleich der vertikalen Position eines der Enden einer entsprechenden Rückseiten-Stromschiene einer benachbarter Solarzelle ist.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist zwischen je zwei Emitter-Stromschienen einer Solarzelle jeweils eine Rückseiten-Stromschiene vorgesehen, und die Emitter-Stromschienen und die Rückseiten-Stromschienen einer Solarzelle sind zu Stromschienenpaaren aus jeweils einer Emitter-Stromschiene und einer Rückseiten-Stromschiene gruppiert, wobei der Winkel α so gewählt ist, dass der vertikale Abstand zwischen ersten Enden eines Stromschienenpaars der (durch die Neigung des Winkels α bewirkten) vertikalen Verschiebung gegenüberliegender Enden des Stromschienenpaars entspricht.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung sind die Löcherzeilen ebenfalls um den Winkel α gegenüber dem Solarzellenrand geneigt.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist zwischen je zwei Emitter-Stromschienen jeweils eine Rückseiten-Stromschiene vorgesehen.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung sind auf der Oberseite des Halbleitersubstrats Finger ausgebildet, die mit den Vias elektrisch verbunden sind.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung sind die Zwischenverbindungsleitungen lötbare Drähte.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung weisen die Zwischenverbindungsleitungen eine flache (platte) Form auf.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist ein Außenbereich des Halbleitersubstrats unterhalb einer Außenfläche des Halbleitersubstrats als Halbleiter-Emitterschicht ausgebildet, und ein vom Außenbereich umschlossener Innenbereich des Halbleitersubstrats ist als Basisschicht (auch als Kollektorschicht bezeichnet) ausgebildet.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung sind die Finger mit dem auf der Oberseite der Solarzelle befindlichen Teil der Emitterschicht elektrisch verbunden.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist auf der Oberseite des Halbleitersubstrats eine Antireflexschicht auf der Emitterschicht vorgesehen.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung erstrecken sich die Finger durch die Antireflexschicht hindurch bis auf oder in die Emitterschicht.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung erstrecken sich die Emitter-Stromschienen auf oder in die Emitterschicht, jedoch nicht durch diese hindurch.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung erstrecken sich die Rückseiten-Stromschienen durch die Emitterschicht hindurch bis auf oder in die Basisschicht.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung sind die Finger, die Vias, die Emitter-Stromschienen sowie die Rückseiten-Stromschienen aus Metall gebildet.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung sind die Solarzellen monokristalline, polykristalline oder Dünnschichtsolarzellen.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung sind die Solarzellen IBC (Integrated-Back-Contact-) oder PERL (Passivated Emitter and Rear Locally-diffused)-Solarzellen.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung wird ein Solarzellen-Modul mit mehreren Solarzellen bereitgestellt, wobei jede Solarzelle aufweist: ein Halbleitersubstrat; eine Mehrzahl von Löchern, die sich durch das Halbleitersubstrat hindurch erstrecken, wobei die Löcher zu mehreren parallel zueinander verlaufenden Löcherzeilen gruppiert sind; eine Mehrzahl von Vias, die in den Löchern ausgebildet sind; eine Mehrzahl von Emitter-Stromschienen, die auf der Unterseite des Substrats vorgesehen sind, wobei jede Emitter-Stromschiene die jeweiligen unteren Enden der Vias einer Löcherzeile elektrisch miteinander verbindet; eine Mehrzahl von Rückseiten-Stromschienen, die auf der Unterseite des Substrats vorgesehen und parallel zu den Emitter-Stromschienen angeordnet sind, wobei die Emitter-Stromschienen und die Rückseiten-Stromschienen gegenüber dem Solarzellenrand um einen Winkel α geneigt sind.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist der Winkel α so gewählt, dass sich geradlinige Zwischenverbindungsleitungen, die als Fortsätze der Emitter-Stromschienen oder der Rückseiten-Stromschienen jeweils eine Rückseiten-Stromschiene einer Solarzelle mit einer Emitter-Stromschiene einer benachbarten Solarzelle verbinden, keinen elektrischen Kontakt zwischen zwei Emitter-Stromschienen oder zwei Rückseiten-Stromschienen benachbarter Solarzellen herstellen oder herstellen können.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung fällt die Längsrichtung der Zwischenverbindungsleitungen mit der Längsrichtung der der Emitter-Stromschienen oder der Rückseiten-Stromschienen zusammen.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung wird ein Verfahren zum Herstellen einer Solarzelle bereitgestellt, aufweisend: Bereitstellen eines Halbleitersubstrats; Ausbilden einer Mehrzahl von Löchern, die sich durch das Halbleitersubstrat hindurch erstrecken, wobei die Löcher zu mehreren parallel zueinander verlaufenden Löcherzeilen gruppiert sind; Ausbilden einer Mehrzahl von Vias in den Löchern; Ausbilden einer Mehrzahl von Emitter-Stromschienen auf der Unterseite des Halbleitersubstrats, derart, dass jede Emitter-Stromschiene die jeweiligen unteren Enden der Vias einer Löcherzeile elektrisch miteinander verbindet; Ausbilden einer Mehrzahl von Rückseiten-Stromschienen auf der Unterseite des Halbleitersubstrats, derart, dass sie parallel zu den Emitter-Stromschienen angeordnet sind, wobei das Ausbilden der Emitter- Stromschienen und Rückseiten-Stromschienen derart erfolgt, dass diese gegenüber dem Solarzellenrand (Solarzellenkante) um einen Winkel α geneigt sind.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung erfolgt das Ausbilden der Löcher mittels Laserbohren oder Ätzen (chemisches Ätzen oder Plasma-Ätzen).
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung wird nach Ausbilden der Löcher die Außenfläche des Halbleitersubstrats mit Dotierstoffen beaufschlagt, um unterhalb der Außenfläche eine Emitterschicht auszubilden.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung wird nach Ausbilden der Emitterschicht auf der Oberseite des Halbleitersubstrats eine Antireflexschicht auf der Emitterschicht ausgebildet.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung werden auf der Oberseite des Halbleitersubstrats Finger ausgebildet, die mit den Vias elektrisch verbunden sind.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung werden die Finger, die Emitter-Stromschienen und die Rückseiten-Stromschienen mittels eines Siebdruckverfahrens aufgebracht.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung werden die Finger, die Emitter-Stromschienen und die Rückseiten-Stromschienen nach Aufbringen thermisch behandelt.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung werden die Finger so erhitzt, dass diese durch die Antireflexschicht hindurch bis auf oder in die Emitterschicht eindringen.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung werden die Emitter-Stromschienen so erhitzt, dass diese in die Emitterschicht eindringen, sich jedoch nicht durch die Emitterschicht hindurch erstrecken.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung werden die Rückseiten-Stromschienen so erhitzt, dass diese durch die Emitterschicht hindurch bis auf oder in die Basisschicht eindringen.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung werden in der Unterseite des Halbleitersubstrats Isolationsgräben ausgebildet.
Die Erfindung wird im Folgenden unter Bezugnahme auf die Figuren in beispielsweiser Ausführungsform näher erläutert. Es zeigen:
1a eine schematische Querschnittsdarstellung einer herkömmlichen Verschaltung von Solarzellen;
1b eine schematische Draufsicht die in 1a gezeigte Verschaltungsanordnung;
2 eine schematische Draufsicht auf eine Unterseite einer Solarzelle gemäß einer Ausführungsform der Erfindung;
3 eine schematische Draufsicht auf eine Oberseite einer Solarzelle gemäß einer Ausführungsform der Erfindung;
4 ein Flussdiagramm eines Verfahrens zum Herstellen einer Solarzelle gemäß einer Ausführungsform der Erfindung;
5a, 5b eine schematische Darstellung (Draufsicht sowie Querschnittsdarstellung) eines ersten Prozessstadiums eines Herstellungsverfahrens einer Solarzelle gemäß einer Ausführungsform der Erfindung;
6a, 6b eine schematische Darstellung (Draufsicht sowie Querschnittsdarstellung) eines zweiten Prozessstadiums eines Herstellungsverfahrens einer Solarzelle gemäß einer Ausführungsform der Erfindung;
7a, 7b eine schematische Darstellung (Draufsicht sowie Querschnittsdarstellung) eines dritten Prozessstadiums eines Herstellungsverfahrens einer Solarzelle gemäß einer Ausführungsform der Erfindung;
8a, 8b eine schematische Darstellung (Draufsicht sowie Querschnittsdarstellung) eines vierten Prozessstadiums eines Herstellungsverfahrens einer Solarzelle gemäß einer Ausführungsform der Erfindung;
9a, 9b eine schematische Darstellung (Draufsicht sowie Querschnittsdarstellung) eines fünften Prozessstadiums eines Herstellungsverfahrens einer Solarzelle gemäß einer Ausführungsform der Erfindung;
10a, 10b eine schematische Darstellung (Draufsicht sowie Querschnittsdarstellung) eines sechsten Prozessstadiums eines Herstellungsverfahrens einer Solarzelle gemäß einer Ausführungsform der Erfindung;
11a, 11b eine schematische Darstellung (Draufsicht sowie Querschnittsdarstellung) eines siebten Prozessstadiums eines Herstellungsverfahrens einer Solarzelle gemäß einer Ausführungsform der Erfindung;
12a, 12b eine schematische Darstellung (Draufsicht sowie Querschnittsdarstellung) eines achten Prozessstadiums eines Herstellungsverfahrens einer Solarzelle gemäß einer Ausführungsform der Erfindung;
13a, 13b eine schematische Darstellung (Draufsicht sowie Querschnittsdarstellung) eines neunten Prozessstadiums eines Herstellungsverfahrens einer Solarzelle gemäß einer Ausführungsform der Erfindung;
14a, 14b eine schematische Darstellung (Draufsicht sowie Querschnittsdarstellung) eines zehnten Prozessstadiums eines Herstellungsverfahrens einer Solarzelle gemäß einer Ausführungsform der Erfindung;
15a eine Verschaltungsanordnung zweier benachbarter Solarzellen eines Solarmoduls gemäß einer Ausführungsform der Erfindung;
15b eine Verschaltungsanordnung zweier benachbarter Solarzellen eines Solarmoduls gemäß einer Ausführungsform der Erfindung; und
16 eine schematische Draufsicht auf eine Oberseite
16 eine schematische Draufsicht auf eine Oberseite einer Solarzelle gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.
In der Figuren sind, soweit zweckmäßig, identische bzw. einander entsprechende Bereiche, Bauteile oder Bauteilgruppen mit denselben Bezugsziffern gekennzeichnet.
2 zeigt eine Draufsicht auf eine Unterseite einer Solarzelle 200 gemäß einer Ausführungsform der Erfindung. Zu sehen sind eine Mehrzahl von Löchern 202, die sich durch ein Halbleitersubstrat 204 hindurch erstrecken. Die Löcher 202 sind zu mehreren parallel zueinander verlaufenden Löcherzeilen 206 gruppiert. In den Löchern 202 sind Vias 208 ausgebildet, die leitendes Material (z. B. Metall oder Polysilizium) aufweisen, und die die Oberseite des Halbleitersubstrats 204 mit der Unterseite des Halbleitersubstrats 204 elektrisch verbinden. Die Solarzelle 200 weist weiterhin eine Mehrzahl von Emitter-Stromschienen 210 auf, die auf der Unterseite des Halbleitersubstrats 204 vorgesehen sind, wobei jede Emitter-Stromschiene die jeweils unteren Enden der Vias 208 (das heißt die der Unterseite des Halbleitersubstrats 204 zugewandten Enden der Vias) einer Löcherzeile 206 elektrisch miteinander verbindet. In dieser Ausführungsform werden die Löcher 202 bzw. die Vias 208 von den Emitter-Stromschienen vollständig überdeckt. Denkbar wäre auch eine lediglich teilweise Überdeckung. Weiterhin ist eine Mehrzahl von Rückseiten-Stromschienen 212 auf der Unterseite des Halbleitersubstrats 204 vorgesehen, die parallel zu den Emitter-Stromschienen 210 verlaufen. Die Emitter-Stromschienen 210 und die Rückseiten-Stromschienen 212 weisen gegenüber dem Solarzellenrand 214 einen Winkel α auf. Die Anzahl der Emitter-Stromschienen 210 sowie der Rückseiten-Stromschienen 212 kann je nach Art bzw. Größe der Solarzelle variieren.
3 zeigt eine Draufsicht auf eine Oberseite auf eine Solarzelle 300, die eine mögliche Realisierung der Oberseite der in 2 gezeigten Solarzelle 200 darstellen könnte. Wie 3 zu entnehmen ist, sind auf der Oberseite des Halbleitersubstrats 204 eine Mehrzahl von Fingern 302 ausgebildet, die die Vias 208 unterschiedlicher Löcherzeilen 206 elektrisch miteinander verbinden. In dieser Ausführungsform verbindet jeder Finger 302 zwei Vias 208 unterschiedlicher Löcherzeilen 206. Die Vias 208 sind im Vergleich zu den Stromschienen sehr platzsparend (d. h. beanspruchen im Vergleich zu den Stromschienen nur wenig Oberfläche). Der Wegfall der Stromschienen auf der Oberseite der Solarzelle 300 (d. h. der Ersatz der Stromschienen durch Vias 208) hat somit den Vorteil, dass wenig Oberseitenfläche der Solarzelle 300 für die Stromproduktion verloren geht. Anstelle den Strom an der Oberseite der Solarzelle 300 zu führen, wird dieser an der Unterseite der Solarzelle 300 mittels dort angebrachter Emitter-Stromschienen und Rückseiten-Stromschienen geführt, wie in 2 zu sehen ist. Die Finger 302 sind hierzu über die Vias 208, wie schon im Zusammenhang mit 2 erläutert, mit den auf der Rückseite vorgesehenen Emitter-Stromschienen 210 elektrisch verbunden. Im Gegensatz hierzu ist bei herkömmlichen Solarzellen, wie in 1 gezeigt, die Emitter-Stromschiene 210 auf der Oberseite der Solarzelle angebracht, was die zur Stromerzeugung zur Verfügung stehende Solarzellenoberfläche reduziert.
Ebenso wie die Emitter-Stromschienen 210 und die Rückseiten-Stromschienen 212 sind auch die Löcherzeilen 206 um den Winkel α gegenüber dem Solarzellenrand 214 geneigt. Die Vorteile des Neigungswinkels α werden später im Zusammenhang mit 15 näher erläutert.
4 zeigt ein Verfahren 400 zum Herstellen einer Solarzelle gemäß einer Ausführungsform der Erfindung. Bei 402 wird ein Halbleitersubstrat zur Verfügung gestellt. Bei 404 wird eine Mehrzahl von Löchern ausgebildet, die sich durch das Halbleitersubstrat hindurch erstrecken, wobei die Löcher zu mehreren parallel zueinander verlaufenden Löcherzeilen gruppiert sind. Bei 406 wird eine Mehrzahl von Vias in den Löchern ausgebildet. Bei 408 wird eine Mehrzahl von Emitter-Stromschienen auf der Unterseite des Halbleitersubstrats ausgebildet, derart, dass jede Emitter-Stromschiene die jeweiligen unteren Enden der Vias einer Löcherzeile elektrisch miteinander verbindet. Bei 410 wird eine Mehrzahl von Rückseiten-Stromschienen auf der Unterseite des Halbleitersubstrats ausgebildet, derart, dass sie parallel zu den Emitter-Stromschienen verlaufen, wobei das Ausbilden der Emitter-Stromschienen und Rückseiten-Stromschienen so erfolgt, dass diese gegenüber dem Solarzellenrand um einen Winkel α geneigt sind.
In der folgenden Beschreibung soll eine mögliche Realisierung des in 4 gezeigten Verfahrens beschrieben werden. Die jeweilige linke Figur der Prozessstadien zeigt eine Draufsicht auf die Solarzelle, und die jeweilige rechte Figur der Prozessstadien zeigt eine Querschnittsdarstellung der Solarzelle.
5 zeigt ein Prozessstadium A nach Bereitstellung eines monokristallinen oder multikristallinen Halbleitersubstrats 204 (Halbleiterwafer).
6 zeigt ein Prozessstadium B nach Ausbilden mehrerer Löcher 202, die sich durch das Halbleitersubstrat 204 hindurch erstrecken. Die Löcher 202 sind zu mehreren parallel zueinander verlaufenden Löcherzeilen 206 gruppiert. Die Längsrichtung der Löcherzeilen 206 sind gegenüber dem Solarzellenrand 214 (Randkante) um einen Winkel α geneigt. Das Erzeugen der Löcher kann beispielsweise mittels Ätzen oder Laserbohren erfolgen.
7 zeigt ein Prozessstadium C nach Versehen der Oberfläche 700 des Halbleitersubstrats 204 mit einer Textur 702. Die Textur kann beispielsweise dazu dienen, eine Haftung zwischen einer Antireflexschicht und dem Halbleitersubstrat 204 zu erhöhen oder die Reflexion von auftreffendem Licht zu verringern (siehe Prozessstadium E in 9). Das Erzeugen der Textur kann auf chemischem, mechanischem oder optischen Weg (Laser, Plasma) erfolgen.
8 zeigt ein Prozessstadium D, das erhalten wird, nachdem die Oberfläche 600 des Halbleitersubstrats 204 mit Dotierstoffen beaufschlagt wurde, um direkt unterhalb der Oberfläche 602 eine Emitterschicht 802 zu erzeugen. Das Erzeugen der Emitterschicht 802 kann beispielsweise mittels eines Diffusionsprozesses erfolgen, durch den Dotierstoffe durch die Oberfläche 602 in das Halbleitersubstrat 204 eindringen. Die Emitterschicht weist demnach eine andere Dotierstoffkonzentration (anderen Dotierstofftyp) als der von der Emitterschicht 802 umschlossene Teil des Halbleitersubstrats 204, in den keine Dotierstoffe gelangen (Basisgebiet), auf. Beispielsweise kann die Emitterschicht n-dotiert, und das Basisgebiet p-dotiert sein.
9 zeigt ein Prozessstadium, das erhalten wird, nachdem die Emitterschicht 802 mit einer Antireflexschicht 902 bedeckt wurde. Zur Ausbildung der Antireflexschicht 902 kann beispielsweise ein Abscheideverfahren zur Anwendung kommen. Zweckmäßigerweise wird die Antireflexschicht 902 auf der Unterseite des Halbleitersubstrats 204 nicht aufgebracht.
10 zeigt ein Prozessstadium F nach Auffüllen der Löcher 202 mit leitendem Material, um elektrisch leitfähige Vias 208 zu erhalten. Weiterhin sind auf der Unterseite der Vias 208 Emitter-Stromschienen 210 aufgebracht worden, wobei jede Emitter-Stromschiene 210 die unteren Enden der Vias 208 einer Löcherzeile 206 elektrisch verbindet. Das Ausbilden der Vias 208 sowie der Emitter-Stromschienen 210 kann beispielsweise jeweils unter Verwendung eines Siebdruckverfahrens („Screen Printing”) erfolgen. Die Materialien der Vias 208 bzw. der Emitter-Stromschienen 210 sind beispielsweise Metall.
11 zeigt ein Prozessstadium G, das erhalten wird, nachdem parallel zu den Emitter-Stromschienen 210 Rückseiten-Stromschienen 212 auf der Unterseite des Halbleitersubstrats 204 ausgebildet wurden. Hierzu kann, ebenso wie bei der Ausbildung der Emitter-Stromschienen 210 und der Vias 208, ein Siebdruckverfahren zum Einsatz kommen.
12 zeigt ein Prozessstadium H, das erhalten wurde, nachdem auf die Oberseite des Halbleitersubstrats 204 Finger 302 aufgebracht wurden. In diesem Prozessstadium liegen die Finger 302 auf der Antireflexschicht 802 auf. Jeder der Finger 302 verbindet die oberen Enden zweier Vias 208 zweier benachbarter Löcherzeilen 206. Das Aufbringen der Finger 302 kann beispielsweise mittels eines Siebdruckverfahrens erfolgen.
13 zeigt ein Prozessstadium I, das nach einer Wärmebehandlung („Contact-Firing”) der Finger 302 sowie der Emitter-Stromschienen 210 und Rückseiten-Stromschienen 212 erhalten wurde. Durch die Wärmebehandlung wurde bewirkt, dass die Rückseiten-Stromschienen 210 durch die Emitterschicht 802 hindurch in das Halbleitersubstrat 204 (Basisgebiet) „einsinken” (d. h. damit in Kontakt treten). Weiterhin wird bewirkt, dass die Finger 302 durch die Antireflexschicht 902 hindurch in die Emitterschicht 802 einsinken, jedoch nicht durch die Emitterschicht 802 hindurch. Die Emitter-Stromschienen 210 dürfen in Kontakt mit der Emitterschicht 802 sein, jedoch nicht durch diese hindurch in das Halbleitersubstrat 204 (Basisgebiet) einsinken.
14 zeigt ein Prozessstadium K, das erhalten wird, nachdem in die Unterseite des Halbleitersubstrats zwischen jedem Paar von Emitter-Stromschiene 210 und Rückseiten- Stromschiene 212 eine Isolation 140 vorgesehen wurde, die die Emitterschicht 802 unterbricht. Dies kann beispielsweise unter Verwendung eines Ritzprozesses erfolgen. Die dabei entstehenden Rillen können mit einem Isolationsmaterial gefüllt werden. Eine entsprechende Isolation sollte auch entlang des gesamten Zellenrands um die Solarzelle herumlaufen, wie in 14 angedeutet ist.
15a zeigt ein Beispiel einer Verschaltung zweier Solarzellen 300₁ und 300₂ . Wie 5 zu entnehmen ist, sind die Enden der Rückseiten-Stromschienen 212 der Solarzelle 300₁ mit den jeweiligen entsprechenden Enden der Emitter-Stromschienen 210 der Solarzelle 300₂ verbunden. Die jeweilige Verbindung erfolgt über Zwischenverbindungsleitungen 150, die als geradlinige Fortsätze der Emitter-Stromschienen 210 bzw. der Rückseiten-Stromschienen 212 aufgefasst werden können. Hier fallen jeweils die Längsachsen L₁ der Zwischenverbindungsleitungen 150 mit den entsprechenden Längsachsen der Emitter-Stromschienen 210 bzw. der Rückseiten-Stromschienen 212 L₃, L₂ zusammen. Allgemeiner sind die Längsachsen L₁ parallel zu den Längsachsen L₂, L₃ angeordnet.
In dieser Ausführungsform erstrecken sich die Zwischenverbindungsstücke 150 über die gesamte Länge der jeweiligen Emitter-Stromschienen 210 sowie Rückseiten-Stromschienen 212. Alternativ können die Zwischenverbindungsleitungen 150 auch lediglich mit den Enden der Emitter-Stromschienen 210/Rückseiten-Stromschienen 212 verbunden sein. Die Bezugsziffern 210'/210'' sowie 212'/212'' deuten jeweils den hypothetischen Fall an, in dem die Emitter-Stromschienen 210/Rückseiten-Stromschienen 212 nicht um den Winkel α geneigt sind. In diesem Fall würden sich jeweils zwei Stromschienen vom gleichen Typ (entweder Emitter-Stromschiene 210 oder Rückseiten-Stromschiene 212) gegenüberliegen. Da jedoch Stromschienen vom unterschiedlichen Typ miteinander verdrahtet werden müssen, wäre in diesem Fall eine kompliziertere Verdrahtung notwendig als die in 15 gezeigte Verdrahtung, in der ein einfaches geradliniges Zwischenverbindungselement 150 verwendet werden kann. Prinzipiell funktioniert die Verdrahtung mit geradlinigen Zwischenverbindungsleitungen bei allen Winkeln von α > einem bestimmten Minimalwinkel (der von der Breite der Stromschienen sowie von den Produktionstoleranzen abhängt), da sich in diesem Fall immer Enden von Stromschienen unterschiedlichen Typs gegenüberliegen. Der Minimalwinkel ist notwendig, damit sich die Enden von Stromschienen gleichen Typs nicht zu nahe kommen und somit bei der Verwendung von geradlinigen Zwischenverbindungsleitungen 150 nicht die Gefahr besteht, dass aufgrund von Produktionstoleranzen eine Zwischenverbindungsleitung unerwünschterweise zwei Stromschienen vom gleichen Typ kontaktiert. Mit anderen Worten: Die aufgrund des Winkels α bewirkte vertikale Verschiebung S des Enden der Stromschienen 210, 212 in vertikaler Richtung sollte so groß sein, dass keine versehentlichen Kurzschlüsse zwischen zwei Stromschienen gleichen Typs beim Ausbilden/Anbringen der Zwischenverbindungsleitungen 150 entstehen.
Mit anderen Worten: Der Winkel α ist so gewählt, dass die vertikale Position eines Endes jeder Emitter-Stromschiene 210 einer Solarzelle gleich der vertikalen Position eines Endes einer entsprechenden Rückseiten-Stromschiene 212 einer benachbarter Solarzelle ist.
D. h., zwischen je zwei Emitter-Stromschienen 210 einer Solarzelle ist jeweils eine Rückseiten-Stromschiene 212 vorgesehen, und die Emitter-Stromschienen 210 und die Rückseiten-Stromschienen 212 einer Solarzelle sind zu Stromschienenpaaren 152 aus jeweils einer Emitter-Stromschiene 210 und einer Rückseiten-Stromschiene 212 gruppiert, wobei der Winkel α so gewählt ist, dass ein vertikaler Abstand A1 zwischen ersten Enden eines Stromschienenpaars 152 einer vertikalen Verschiebung A2 gegenüberliegender Enden des Stromschienenpaars 152 entspricht.
In der in 15 gezeigten Verschaltungsform werden die Zwischenverbindungsleitungen 150 auf die Emitter-Stromschienen 210/Rückseiten-Stromschienen 212 aufgebracht. Alternativ können entweder die Emitter-Stromschienen 210 oder die Rückseiten-Stromschienen 212 so ausgebildet werden, dass sie ein über die jeweilige Solarzelle hinausreichendes Ende aufweisen. Diese Enden können dann mit den Enden der Emitter-Stromschienen 210 oder der Rückseiten-Stromschienen 212 der benachbarten Solarzelle verlötet werden. Das über den Solarzellenrand hinausragende Ende der Stromschiene fungiert somit als Zwischenverbindungsleitung.
In 15b ist angedeutet, dass die Solarzellen 300₁ und 300₂ entsprechend der in 15a gezeigten Weise auch mit Solarzellen 300₃ und 300₄ , die ober- bzw. unterhalb der Solarzellen 300₁ und 300₂ angeordnet sind, verschaltet werden können. D. h., beispielsweise können mittels entsprechender Zwischenverbindungselemente 150 (nicht gezeigt) die Emitter-Stromschiene 210₁ der Solarzelle 300₁ mit der Rückseiten-Stromschiene 212₁ der Solarzelle. 300₃ , oder die Emitter-Stromschiene 210₂ der Solarzelle 300₄ mit der Rückseiten-Stromschiene 212₂ der Solarzelle 300₂ verbunden werden, d. h. es können auch vertikal gegeneinander versetzte Solarzellen mit der in 15a gezeigten Weise verschaltet werden.
16 zeigt nochmals die Draufsicht auf die in 3 gezeigte Solarzelle 300. Weiterhin ist in 16 die Position einer an den Solarzellenrand 214 angrenzenden Rückseiten-Stromschiene 212 gezeigt. Aufgrund des Neigungswinkels α besteht das Problem, das mit Bezugsziffer 160 gezeigte Gebiet in seiner Stromproduktionseffizienz beschränkt ist. Deshalb sollte der Winkel α so niedrig wie möglich sein. Jedoch kann der Winkel α nicht beliebig klein gemacht werden aufgrund der vorangehend in Zusammenhang mit 15 beschriebenen Problematik (Minimalwinkel).

Claims

Solarzelle, mit: – einem Halbleitersubstrat, – einer Mehrzahl von Löchern, die sich durch das Halbleitersubstrat hindurch erstrecken, wobei die Löcher zu mehreren parallel zueinander verlaufenden Löcherzeilen gruppiert sind, – einer Mehrzahl von Vias, die in den Löchern ausgebildet sind, – einer Mehrzahl von Emitter-Stromschienen, die auf der Unterseite des Substrats vorgesehen sind, wobei jede Emitter-Stromschiene die jeweiligen unteren Enden der Vias einer Löcherzeile elektrisch miteinander verbindet, – einer Mehrzahl von Rückseiten-Stromschienen, die auf der Unterseite des Substrats vorgesehen und parallel zu den Emitter-Stromschienen angeordnet sind, – wobei die Emitter-Stromschienen und die Rückseiten-Stromschienen gegenüber dem Solarzellenrand um einen Winkel α geneigt sind.
Solarzelle nach Anspruch 1, wobei der Winkel α so gewählt ist, dass sich geradlinige Zwischenverbindungsleitungen, die als Fortsätze der Emitter-Stromschienen oder der Rückseiten-Stromschienen beim Verschalten benachbarter Solarzellen jeweils eine Rückseiten-Stromschiene einer Solarzelle mit einer Emitter-Stromschiene einer benachbarten Solarzelle verbinden, keinen elektrischen Kontakt zwischen zwei Emitter-Stromschienen oder zwei Rückseiten-Stromschienen benachbarter Solarzellen herstellen oder herstellen können.
Solarzelle nach Anspruch 2, wobei der Winkel α so gewählt ist, dass die vertikale Position eines Endes jeder Emitter-Stromschiene einer Solarzelle gleich der vertikalen Position eines Endes einer entsprechenden Rückseiten-Stromschiene einer benachbarter Solarzelle ist.
Solarzelle nach Anspruch 3, wobei zwischen je zwei Emitter-Stromschienen einer Solarzelle jeweils eine Rückseiten-Stromschiene vorgesehen ist, und die Emitter-Stromschienen und die Rückseiten-Stromschienen einer Solarzelle zu Stromschienenpaaren aus jeweils einer Emitter-Stromschiene und einer Rückseiten-Stromschiene gruppiert sind, wobei der Winkel α so gewählt ist, dass der vertikale Abstand zwischen ersten Enden eines Stromschienenpaars der vertikalen Verschiebung gegenüberliegender Enden des Stromschienenpaars entspricht.
Solarzelle nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei auf der Oberseite des Halbleitersubstrats Finger ausgebildet sind, die mit den Vias elektrisch verbunden sind.
Solarzelle nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei ein Außenbereich des Halbleitersubstrats unterhalb einer Außenfläche des Halbleitersubstrats als Halbleiter-Emitterschicht ausgebildet ist, und ein vom Außenbereich umschlossener Innenbereich des Halbleitersubstrats als Basisschicht ausgebildet ist.
Solarzelle nach Anspruch 6, wobei auf der Oberseite des Halbleitersubstrats eine Antireflexschicht auf der Emitterschicht vorgesehen ist.
Solarzelle nach Anspruch 7, wobei sich die Finger durch die Antireflexschicht hindurch bis auf oder in die Emitterschicht erstrecken.
Solarzelle nach einem der Ansprüche 6 bis 8, wobei sich die Emitter-Stromschienen auf oder in die Emitterschicht erstrecken, jedoch nicht durch diese hindurch.
Solarzelle nach einem der Ansprüche 6 bis 9, wobei sich die Rückseiten-Stromschienen durch die Emitterschicht hindurch bis auf oder in die Basisschicht erstrecken.
Solarzelle nach einem der Ansprüche 5 bis 10, wobei die Finger, die Vias, die Emitter-Stromschienen sowie die Rückseiten-Stromschienen aus Metall gebildet sind.
Solarzellen-Modul, mit mehreren Solarzellen, wobei jede Solarzelle aufweist: – ein Halbleitersubstrat, – eine Mehrzahl von Löchern, die sich durch das Halbleitersubstrat hindurch erstrecken, wobei die Löcher zu mehreren parallel zueinander verlaufenden Löcherzeilen gruppiert sind, – eine Mehrzahl von Vias, die in den Löchern ausgebildet sind, – eine Mehrzahl von Emitter-Stromschienen, die auf der Unterseite des Substrats vorgesehen sind, wobei jede Emitter-Stromschiene die jeweiligen unteren Enden der Vias einer Löcherzeile elektrisch miteinander verbindet, – eine Mehrzahl von Rückseiten-Stromschienen, die auf der Unterseite des Substrats vorgesehen und parallel zu den Emitter-Stromschienen angeordnet sind, – wobei die Emitter-Stromschienen und die Rückseiten-Stromschienen gegenüber dem Solarzellenrand um einen Winkel α geneigt sind.
Solarzellen-Modul nach Anspruch 12, wobei der Winkel α so gewählt ist, dass sich geradlinige Zwischenverbindungsleitungen, die als Fortsätze der Emitter-Stromschienen oder der Rückseiten-Stromschienen jeweils eine Rückseiten-Stromschiene einer Solarzelle mit einer Emitter-Stromschiene einer benachbarten Solarzelle verbinden, keinen elektrischen Kontakt zwischen zwei Emitter-Stromschienen oder zwei Rückseiten-Stromschienen benachbarter Solarzellen herstellen oder herstellen können.
Solarzelle nach Anspruch 13, wobei zwischen je zwei Emitter-Stromschienen einer Solarzelle jeweils eine Rückseiten-Stromschiene vorgesehen ist, und die Emitter-Stromschienen und die Rückseiten-Stromschienen einer Solarzelle zu Stromschienenpaaren aus jeweils einer Emitter-Stromschiene und einer Rückseiten-Stromschiene gruppiert sind, wobei der Winkel α so gewählt ist, dass der vertikale Abstand zwischen ersten Enden eines Stromschienenpaars der vertikalen Verschiebung gegenüberliegender Enden des Stromschienenpaars entspricht.
Solarzellen-Modul nach einem der Ansprüche 12 bis 14, wobei die Längsrichtung der Zwischenverbindungsleitungen mit der Längsrichtung der der Emitter-Stromschienen oder der Rückseiten-Stromschienen zusammenfällt.
Verfahren zum Herstellen einer Solarzelle, aufweisend: – Bereitstellen eines Halbleitersubstrats, – Ausbilden einer Mehrzahl von Löchern, die sich durch das Halbleitersubstrat hindurch erstrecken, wobei die Löcher zu mehreren parallel zueinander verlaufenden Löcherzeilen gruppiert sind, – Ausbilden einer Mehrzahl von Vias in den Löchern, – Ausbilden einer Mehrzahl von Emitter-Stromschienen auf der Unterseite des Halbleitersubstrats, derart, dass jede Emitter-Stromschiene die jeweiligen unteren Enden der Vias einer Löcherzeile elektrisch miteinander verbindet, – Ausbilden einer Mehrzahl von Rückseiten-Stromschienen auf der Unterseite des Halbleitersubstrats, derart, dass sie parallel zu den Emitter-Stromschienen angeordnet sind, – wobei das Ausbilden der Emitter-Stromschienen und Rückseiten-Stromschienen derart erfolgt, dass diese gegenüber dem Solarzellenrand um einen Winkel α geneigt sind.
Verfahren nach Anspruch 16, wobei das Ausbilden der Löcher mittels Laserbohren oder Ätzen erfolgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 16 oder 17, wobei nach Ausbilden der Löcher die Außenfläche des Halbleitersubstrats mit Dotierstoffen beaufschlagt wird, um unterhalb der Außenfläche eine Emitterschicht auszubilden.
Verfahren nach Anspruch 18, wobei nach Ausbilden der Emitterschicht auf der Oberseite des Halbleitersubstrats eine Antireflexschicht auf der Emitterschicht ausgebildet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 16 bis 19, wobei auf der Oberseite des Halbleitersubstrats Finger ausgebildet werden, die mit den Vias elektrisch verbunden sind.
Verfahren nach Anspruch 20, wobei die Finger, die Emitter-Stromschienen und die Rückseiten-Stromschienen mittels eines Siebdruckverfahrens aufgebracht werden.
Verfahren nach Anspruch 21, wobei die Finger, die Emitter-Stromschienen und die Rückseiten-Stromschienen nach Aufbringen thermisch behandelt werden.
Verfahren nach Anspruch 22, wobei die Finger so erhitzt werden, dass diese durch die Antireflexschicht hindurch bis auf oder in die Emitterschicht eindringen.
Verfahren nach einem der Ansprüche 22 bis 23, wobei die Emitter-Stromschienen so erhitzt werden, dass diese in die Emitterschicht eindringen, sich jedoch nicht durch die Emitterschicht hindurch erstrecken.
Verfahren nach einem der Ansprüche 22 bis 24, wobei die Rückseiten-Stromschienen so erhitzt werden, dass diese durch die Emitterschicht hindurch bis auf oder in die Basisschicht eindringen.
Verfahren nach einem der Ansprüche 22 bis 24, wobei in der Unterseite des Halbleitersubstrats Isolationsgräben ausgebildet werden.