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WO2008052767A2 - Solarzelle und solarzellenmodul mit verbesserten rückseiten-elektroden sowie verfahren zur herstellung - Google Patents

Solarzelle und solarzellenmodul mit verbesserten rückseiten-elektroden sowie verfahren zur herstellung Download PDF

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WO2008052767A2
WO2008052767A2 PCT/EP2007/009461 EP2007009461W WO2008052767A2 WO 2008052767 A2 WO2008052767 A2 WO 2008052767A2 EP 2007009461 W EP2007009461 W EP 2007009461W WO 2008052767 A2 WO2008052767 A2 WO 2008052767A2
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
solar cell
contact
layer
finger
finger contacts
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Ceased
Application number
PCT/EP2007/009461
Other languages
English (en)
French (fr)
Other versions
WO2008052767A3 (de
WO2008052767A8 (de
Inventor
Oliver Schultz-Wittmann
Stefan Glunz
Martin Hermle
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Fraunhofer Gesellschaft zur Foerderung der Angewandten Forschung eV
Original Assignee
Fraunhofer Gesellschaft zur Foerderung der Angewandten Forschung eV
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Fraunhofer Gesellschaft zur Foerderung der Angewandten Forschung eV filed Critical Fraunhofer Gesellschaft zur Foerderung der Angewandten Forschung eV
Priority to US12/513,217 priority Critical patent/US20120152299A1/en
Priority to EP07819493A priority patent/EP2087524A2/de
Publication of WO2008052767A2 publication Critical patent/WO2008052767A2/de
Publication of WO2008052767A8 publication Critical patent/WO2008052767A8/de
Publication of WO2008052767A3 publication Critical patent/WO2008052767A3/de
Anticipated expiration legal-status Critical
Ceased legal-status Critical Current

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    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10F—INORGANIC SEMICONDUCTOR DEVICES SENSITIVE TO INFRARED RADIATION, LIGHT, ELECTROMAGNETIC RADIATION OF SHORTER WAVELENGTH OR CORPUSCULAR RADIATION
    • H10F77/00—Constructional details of devices covered by this subclass
    • H10F77/20—Electrodes
    • H10F77/206—Electrodes for devices having potential barriers
    • H10F77/211—Electrodes for devices having potential barriers for photovoltaic cells
    • H10F77/219—Arrangements for electrodes of back-contact photovoltaic cells
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10F—INORGANIC SEMICONDUCTOR DEVICES SENSITIVE TO INFRARED RADIATION, LIGHT, ELECTROMAGNETIC RADIATION OF SHORTER WAVELENGTH OR CORPUSCULAR RADIATION
    • H10F19/00—Integrated devices, or assemblies of multiple devices, comprising at least one photovoltaic cell covered by group H10F10/00, e.g. photovoltaic modules
    • H10F19/90—Structures for connecting between photovoltaic cells, e.g. interconnections or insulating spacers
    • H10F19/902—Structures for connecting between photovoltaic cells, e.g. interconnections or insulating spacers for series or parallel connection of photovoltaic cells
    • H10F19/908—Structures for connecting between photovoltaic cells, e.g. interconnections or insulating spacers for series or parallel connection of photovoltaic cells for back-contact photovoltaic cells
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy

Definitions

  • the present invention relates to rear-side contact solar cells and solar cell modules made therefrom, which have a special electrode structure.
  • the electrodes, via which the current of the back-side contact cell is tapped off, are separated by an insulating layer by an insulating layer of the finger contacts, which are connected to the n or p semiconductor element of the solar cell. Also, a method for producing such a back surface solar cell will be described.
  • Prior art solar cells have two busbars, each placed on one side of the solar cell, for external contacting.
  • FIG. 1 A schematic representation of such a return side-contacted silicon solar cell 1, Fig. 1. Both electrodes are located on the back of the cell.
  • the current busbars (busbars 2, 2 ') are located at the edge of the cell, while the finger contacts 3, 3' in each case extend into the surface of the solar cell.
  • Electricity busbars are required, which make it possible to contact the solar cell. These "busbars" occupy a relatively large space in order to be technologically well contacted, the geometric size leads to considerable losses in the solar cell, and on the side which picks up the minority carriers, the collection properties and thus the short-circuit current are significantly reduced. On the side that contacts the majority charge carriers, high series resistance losses have an impact, which leads to a reduction in the fill factor.
  • the fingers which contact the semiconductor and extend over the entire length of the solar cell, must have a very high conductivity in order to minimize series resistance losses. Since the fingers can not be too wide (narrower than 1 mm), they must be very high (higher than 10 ⁇ m) in order to have a sufficient line cross-section.
  • back-contact solar cells are known from the prior art (for example US Pat. No. 4,927,770 and US Pat. No. 6,426,568) in which p-doped and n-doped regions are protected by an insulating layer. layer passing contacts are connected to power collecting areas.
  • these contact layers are arranged one above the other, so there is a need here to apply at least one further insulating layer between these contact regions.
  • the production of such complex structures is very complicated and cost-intensive, since such structures are always produced in several steps, some of which involve several high-temperature steps, which have to be produced.
  • Object of the invention to make a back-side contact solar cell such that the greatest possible variability with respect to the geometric shape of the finger contacts remains.
  • a rear-side contact cell having a surface area of at least 100 cm 2
  • at least two means (contacts) for Tapping the current applied to at least one layer of insulating material which spatially separates the finger contacts from the means, and the means are contacted by the at least one layer, the at least one means 5 being connected to the at least one p-finger contact and the at least one means 5 'is electrically contacted with the at least one n-finger contact.
  • the means (contacts) for tapping the current are not arranged one above the other, but next to one another, which considerably simplifies the structure and the method for producing a solar cell according to the invention.
  • the finger contacts can thereby be made thinner and narrower, whereby the manufacturing costs are reduced, since high-quality, conductive material can be saved.
  • An additional positive effect is that the construction of lighter solar cells is made possible.
  • the structuring or application of the contacts for tapping the current can be prepared by a variety of suitable methods, for example by lift-off method or by etching back after masking in only one process step.
  • Another synergetic side effect is a weight reduction of the solar cell.
  • An interconnection of the electrical contacts of the solar cell according to the invention enables a simplified module interconnection when a plurality of solar cells are combined to form a module.
  • the invention enables a substantial decoupling of the production of the conductive tracks and the structuring of the same on the insulating substrate.
  • the choice of material for the insulating layer is not limited by the use of the holes in the substrate.
  • the means have at least one conductor track and at least one busbar Strom ⁇ which are in electrical contact with each other.
  • the orientation relative to the finger contacts which are applied directly to the solar cell and are usually designed parallel to one another
  • the orientation of the at least one conductor track of the means for tapping the current can be arranged as desired.
  • the at least one conductor track is arranged with respect to the solar cell in such a way that contacting of all finger contacts on the solar cell of the same polarity is made possible.
  • an arrangement of the at least one conductor track is conceivable, which is perpendicular to the finger contacts, that is rotated by 90 °.
  • Power busbars arbitrary; however, the current busbar runs parallel to the finger contacts applied to the solar cell. Furthermore, it is advantageous if more than one conductor for contacting the finger contacts is present. This allows a maximum male current efficiency and a minimization of power losses due to the electrical resistance of the finger contacts.
  • the at least two means are made of electrically conductive material, advantageously the conductive material is formed from the group consisting of copper, nickel, tin, silver, gold, aluminum, tungsten, titanium, palladium and alloys thereof and / or layer sequences thereof.
  • the layer thickness of the respective agent can be designed depending on the intended use of the solar cell and can vary over a wide range. In an advantageous embodiment, however, the layer thickness is between 1 ⁇ m and 100 ⁇ m, preferably between 5 ⁇ m and 80 ⁇ m, particularly preferably between 10 ⁇ m and 50 ⁇ m.
  • the finger contacts can be designed to be very thin for contacting the semiconductor layers.
  • the layer thicknesses are in a range between 0.01 ⁇ m and 10 ⁇ m, preferably between 0.02 ⁇ m and 5 ⁇ m, particularly preferably between 0.03 ⁇ m and 3 ⁇ m.
  • the insulating layer is furthermore advantageously designed as a continuous rear side of the solar cell.
  • the insulating layer is perforated at the points at which the production of the electrical contact between the at least two means for tapping the current and the at least two finger contacts takes place.
  • the insulating layer is not limited to special materials, it is only essential that the material is an electrical insulator.
  • materials selected from the group consisting of glass, silicon, silicon oxide, aluminum oxide, organic paints, Pertinax, EVA films, plastic films and mixtures and / or layer sequences thereof are used.
  • the insulation layer is not subject to any particular limitation with regard to its thickness.
  • the layer thickness of the insulating material is preferably between 1 ⁇ m and 2000 ⁇ m, preferably between 2 ⁇ m and 1000 ⁇ m, particularly preferably between 5 ⁇ m and 500 ⁇ m.
  • the insulating substrate can be made very thick to ensure a long life of the insulation.
  • the choice of material components is largely decoupled from solar cell production.
  • the at least one conductor track of the means has at least one hole, via which a contacting takes place with the respective finger contacts.
  • the at least one hole has a diameter of 0.1 mm to 2 mm, preferably of 0.2 mm to 1 mm, particularly preferably of 0.25 to 0, 6 mm having.
  • the holes are limited to no specific geometric shape. For example, these may be in the form of circles, squares or n-corners, which may also be irregular.
  • the surface of the solar cell is at least 120 cm 2 , preferably at least 140 cm 2 .
  • the finger contacts of the solar cell can be made extremely thin.
  • the finger tip a height of between 0.1 and 10 .mu.m, preferably between 0.2 and 5 .mu.m, more preferably between 0.5 and 3 .mu.m and / or a width between 100 and 1000 .mu.m, preferably zwi - See 150 and 750 microns, more preferably between 200 and 500 microns have.
  • At least two solar cells can be connected in parallel or in series in order to increase the current yield.
  • a solar cell module which contains at least two solar cells described above.
  • the solar cells are arranged so that the at least one insulating layer is continuously formed over all solar cells as a backside layer.
  • the insulating substrate may have a surface (Back side) of several solar cells.
  • the substrate may be chosen to be stable enough to impart much of the required stability to the solar cell module.
  • the invention also provides a process for producing a backside solar cell as recited above, characterized by the following steps:
  • Essential feature of the invention is that the production of the contact structure of the means for contacting the finger contacts of the solar cell is spatially separated from the solar cell. Since solar cells (especially on monocrystalline wafers) Solar cells) are mostly made to increase the efficiency of high purity silicon, it is imperative that all operations that take place directly on or on the surface of the solar cell, carried out under high purity conditions. This is associated with a considerable effort (eg clean rooms, etc.), which entails high costs. According to the invention, the conductor structure, via which the tapping of the current takes place, can now take place in one work step, in which case these elaborate measures can be dispensed with.
  • step b) the composite obtained is fixed on the solar cell, wherein the fixing is advantageously carried out by gluing and / or soldering. Likewise, each but a mechanical fixation (eg by pressing or clamping) possible.
  • the electrical contacting is advantageously carried out by soldering.
  • one means each with one of the at least one finger contacts is connected through the insulating layer.
  • one means is electrically contacted with the entirety of the p-finger contacts of the solar cell, while the other means is brought into electrical contact with the entirety of the n-finger contacts.
  • Figure 1 is a back contact solar cell as known in the art; while the light 9 hits from the bottom of the solar cell.
  • Figure 2 shows an inventive arrangement of the contacting device, in which case electrodes and the insulating substrate are shown.
  • FIG. 3 shows a rear-side contact solar cell according to the invention, with finger contacts, an insulating layer and the applied electrodes for tapping the current.
  • a contacting device is shown. This consists of the electrically insulating substrate 4 and the applied thereon means 5 and 5 '. The contacting device is produced separately from the solar cell 1.
  • a solar cell 1 according to the invention is shown.
  • the solar cell 1 only finger contacts. These are applied directly to the solar cell and spatially separated by an insulating layer 4, which is made of an insulating material, of the electrodes 5, 5 ', with which they communicate via contacts passing through the insulating layer. Busbars on the solar cell are therefore superfluous.
  • the electrically insulating substrate prevents the short circuit between the n- and the p-electrode when the contacting unit is placed on the back of the solar cell 1 (see FIG. 3) and the printed conductors 7, 7 'of the two means 5, 5'. thus extend transversely to the finger contacts 3, 3 '.
  • the actual solar cell 1 has only contact fingers 3, 3 '.
  • the busbars 8, 8 ' are located on a second level on the electrically insulating substrate 4 and are connected through holes 6 to the respective contact fingers 3, 3', e.g. through the insulating layer 4 continuous solder contacts contacted.
  • the geometric dimensions of the holes 6 can be formed independently of the solar cell geometry.
  • Printed conductors 7, 7 'produced on the second level become.
  • the charge carriers only need to provide about a quarter of the conductivity of the fingers 3, 3 '.
  • the required conductivity LF of the fingers 3, 3 ' can be estimated as:
  • the busbars 2, 2 '(see Fig. 1) on the solar cell 1 can be omitted and it is only still a stripe pattern of p and n fingers 3, 3 'necessary. This considerably simplifies the manufacturing processes of the rear contact cells 1.
  • the second level is designed over a large area, a simplified module interconnection of a plurality of solar cells 1 can be made. Via the conductor tracks 7, 7 'applied on the second level, the solar cells are integrated on the electrically insulating substrate 4. In this case, the electrically insulating substrate 4 forms the rear side of the module. It is advantageous if the back of the module is protected from weathering, environmental influences and / or moisture by further precautions (for example a protective layer made of an inert material such as, for example, plastics).

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Abstract

Vorliegende Erfindung betrifft Rückseitenkontaktsolarzellen sowie daraus gefertigte Solarzellenmodule, die eine spezielle Elektrodenstruktur aufweisen sowie ein Verfahren zu deren Herstellung. Dabei sind die Elektroden, über die der Strom der Rückseitenkontaktzelle abgegriffen wird, durch eine isolierende Schicht von den Fingerkontakten, die mit dem n- bzw. p-Halbleiterelement der Solarzelle in Verbindung stehen, durch eine isolierende Schicht getrennt. Das Verfahren ermöglicht eine wesentliche Vereinfachung zur aus dem Stand der Technik beschriebenen Herstellungsmethoden durch räumliche Abkoppelung der Strukturierung der Elektroden von der Solarzelle.

Description

Solarzelle und Solarzellenmodul mit verbesserten Rückseiten-Elektroden sowie Verfahren zur Herstellung
Vorliegende Erfindung betrifft Rückseitenkontaktso- larzellen sowie daraus gefertigte Solarzellenmodule, die eine spezielle Elektrodenstruktur aufweisen. Dabei sind die Elektroden, über die der Strom der Rück- seitenkontaktzelle abgegriffen wird, durch eine isolierende Schicht von den Fingerkontakten, die mit dem n- bzw. p-Halbleiterelement der Solarzelle in Verbindung stehen, durch eine isolierende Schicht getrennt. Ebenso wird ein Verfahren zur Herstellung einer derartigen Rückseitensolarzelle beschrieben.
Solarzellen, die dem Stand der Technik entsprechen, weisen zwei Stromsammeischienen (Busbars) , die jeweils an eine Seite der Solarzelle platziert sind, auf und dienen der externen Kontaktierung .
Eine schematische Darstellung einer derartigen rück- seitenkontaktierten Siliziumsolarzelle 1 zeigt Fig. 1. Beide Elektroden befinden sich auf der Rückseite der Zelle. Die Stromsammeischienen (Busbars 2, 2') befinden sich am Zellrand, während die Fingerkontakte 3, 3' jeweils in die Fläche der Solarzelle hineinreichen.
Hierbei gibt es zwei Problemstellungen beim jetzigen Stand der Technik:
1. Es werden Stromsammeischienen benötigt, die eine Kontaktierung der Solarzelle ermöglichen. Diese „Busbars" nehmen einen relativ großen Platz in Anspruch, um technologisch gut kontaktiert werden zu können. Die geometrische Größe führt zu beträchtlichen Verlusten in der Solarzelle. Auf der Seite, die die Minoritätsladungsträger abgreift, sind die Sammeleigenschaften und damit der Kurzschlussstrom deutlich reduziert. Auf der Seite, die die Majori- tätsladungsträger kontaktiert, schlagen hohe Serienwiderstandsverluste zu Buche, die zu einer Verringerung des Füllfaktors führen.
2. Die Finger, die den Halbleiter kontaktieren und sich über die gesamte Länge der Solarzelle hinziehen, müssen eine sehr hohe Leitfähigkeit aufweisen, um Serienwiderstandsverluste zu minimieren. Da die Finger nicht allzu breit sein können (schmaler als 1 mm) , müssen sie sehr hoch (höher als 10 μm) sein, um einen ausreichenden Leitungsquerschnitt aufzuweisen.
Weiterhin sind Rückseitenkontaktsolarzellen aus dem Stand der Technik bekannt (beispielsweise US 4,927,770 und US 6,426,568) bei denen p- und n- dotierte Bereiche durch eine durch die Isolations- schicht hindurchgehenden Kontakte mit Strom sammelnden Bereichen verbunden sind. Allerdings sind diese Kontaktschichten übereinander angeordnet, es besteht hier also die Notwendigkeit des Aufbringens mindes- tens einer weiteren isolierenden Schicht zwischen diesen Kontaktbereichen. Die Herstellung derartig komplexer Strukturen ist sehr aufwendig und kostenintensiv, da solche Strukturen stets in mehreren Schritten hergestellt, die z.T. mehrere Hochtempera- turschritte beinhalten, hergestellt werden müssen.
Aufgabe vorliegender Erfindung ist es somit, eine Rückseitenkontaktsolarzelle mit einfachem Aufbau bereitzustellen, bei der die elektrischen Verluste in der Solarzelle minimiert werden. Weiterhin ist es
Aufgabe der Erfindung, eine Rückseitenkontaktsolarzelle derart zu gestalten, dass eine möglichst große Variabilität bezüglich der geometrischen Ausgestaltungsform der Fingerkontakte bestehen bleibt .
Diese Aufgabe wird mit der Rückseitenkontaktzelle mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 sowie dem Solarzellenmodul mit den Merkmalen des Anspruchs 18 gelöst. Mit Anspruch 22 wird ein Verfahren zur Herstel- lung einer derartigen Rückseitensolarzelle angegeben. Die jeweils abhängigen Ansprüche stellen dabei vorteilhafte Weiterbildungen dar.
Erfindungsgemäß wird eine Rückseitenkontaktzelle mit einer Oberfläche von mindestens 100 cm2 bereitgestellt, aufweisend mindestens einen rückseitig angeordneten p-Fingerkontakt , der mit dem p-Halbleiter der Solarzelle in elektrischem Kontakt steht sowie mindestens einen n- Fingerkontakt , der mit dem n- Halbleiter der Solarzelle in elektrischem Kontakt steht, wobei mindestens zwei Mittel (Kontakte) zum Abgreifen des Stroms vorhanden sind, die auf mindestens einer Schicht aus isolierendem Material aufgebracht sind, welche die Fingerkontakte von den Mitteln räumlich trennt, und die Mittel durch die min- destens eine Schicht hindurch kontaktiert sind, wobei das mindestens eine Mittel 5 mit dem mindestens einen p-Fingerkontakt und das mindestens eine Mittel 5' mit dem mindestens einen n-Fingerkontakt elektrisch kontaktiert ist. Im Gegensatz zum Stand sind die Mittel (Kontakte) zum Abgreifen des Stromes nicht übereinander, sondern nebeneinander angeordnet, was den Aufbau sowie das Verfahren zur Herstellung einer erfindungs- gemäßen Solarzelle wesentlich vereinfacht.
Durch eine derartige Solarzelle ergeben sich viele
Vorteile bezüglich der Ausgestaltung der Solarzelle.
1. Die Fingerkontakte können dabei dünner und schmaler ausgestaltet werden, wodurch die Herstellungs- kosten gesenkt werden, da hochwertiges, leitfähiges Material eingespart werden kann. Als zusätzlicher positiver Effekt ergibt sich dabei, dass die Konstruktion von leichteren Solarzellen ermöglicht wird.
2. Die Strukturierung bzw. die Aufbringung der Kontakte zum Abgreifen des Stroms kann durch eine Vielzahl geeigneter Verfahren, beispielsweise durch Lift-Off-Verfahren oder durch Rückätzen nach Maskierung in nur einem Verfahrensschritt hergestellt werden.
3. Ebenso wird eine Anbringung von Busbars auf der Zelle unnötig. Dies führt ebenso zu einer Steige- rung des Wirkungsgrades der Solarzelle sowie zur
Einsparung von Herstellungskosten durch wesentlich vereinfachte Herstellungsabläufe. Ein weiterer synergetischer Nebeneffekt ist eine Gewichtsreduk- tion der Solarzelle.
4. Eine erfindungsgemäße Verschaltung der elektrischen Kontakte der Solarzelle ermöglicht eine vereinfachte Modulverschaltung, wenn mehrere Solarzellen zu einem Modul kombiniert werden.
5. Die Erfindung ermöglicht eine weitgehende Entkopplung der Herstellung der leitfähigen Bahnen und der Strukturierung derselben auf dem isolierenden Substrat. Durch die Verwendung der Löcher im Substrat ist insbesondere die Auswahl des Materials für die isolierende Schicht nicht eingeschränkt.
6. Da die Solarzellen durch das vereinfachte Herstellungsverfahren, das mit weniger Verfahrensschrit- ten auskommt, weniger mechanisch beansprucht wer- den, wird zudem die Bruchrate gesenkt. Es können alternative, einfachere Verfahren, als z.B. die in der US 4,927,770 und US 6,426,568 beschriebenen, angewandt werden. Dadurch wird eine Senkung der Herstellungskosten erzielt. Außerdem entfällt das Erfordernis, dass der Herstellungsprozess an solarzellenspezifische Anforderungen (wie z.B. Temperatur, mechanische Kraft) abgestimmt werden muss. Zudem wird weniger Ausschuss produziert und die Lebensdauer der Solarzellen kann gesteigert werden.
7. Da die Mittel zum Abgreifen des Stromes nebeneinander auf der mindestens einen isolierenden Schicht angeordnet sind, entfallen weitere Erfor- dernisse, wie, z.B. dass wie im Falle der Aufbringung der Kontakte übereinander eine weitere iso- lierende Schicht zur Isolierung dieser Kontakte voneinander notwendig ist. 8. Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung ist eine äußerste effiziente und ökonomische Herstellung von großflächigen Solarzellen möglich. Ein Verfahren, wie es beispielsweise die US 6,423,568 angibt, wäre allein aus wirtschaftlichen Gründen zur Herstellung großer Solarzellen völlig ungeeignet. Lithographische Prozesse und/oder Metallisierungs- verfahren sind bei derartig großflächigen Substraten - wie beispielsweise Siliciumwafern - nicht mehr sauber zu kontrollieren und führen nur zu unbefriedigenden Resultaten.
Dabei ist es von Vorteil, wenn die Mittel mindestens eine Leiterbahn sowie mindestens eine Stromsammei- schiene aufweisen, die in elektrischem Kontakt miteinander stehen. Bezüglich der Orientierung gegenüber den Fingerkontakten, die direkt auf der Solarzelle aufgebracht sind und meistens parallel zueinander ausgeführt sind, ist die Orientierung der mindestens einen Leiterbahn des Mittels zum Abgreifen des Stroms beliebig anordenbar. Wesentlich dabei ist, dass die mindestens eine Leiterbahn so bezüglich der Solarzel- Ie angeordnet ist, dass eine Kontaktierung aller Fingerkontakte auf der Solarzelle gleicher Polung ermöglicht wird. Beispielsweise ist somit eine Anordnung der mindestens einen Leiterbahn denkbar, die senkrecht, also um 90° gedreht, zu den Fingerkontakten verläuft. Ebenso ist die geometrische Anordnung der
Stromsammeischiene beliebig; in einer vorteilhaften Ausführungsform verläuft die Stromsammeischiene jedoch parallel zu den auf der Solarzelle aufgebrachten Fingerkontakten. Weiterhin ist es vorteilhaft, wenn mehr als eine Leiterbahn zur Kontaktierung der Fingerkontakte vorhanden ist. Dies ermöglicht eine maxi- male Stromausbeute und eine Minimierung von Stromverlusten durch den elektrischen Widerstand der Fingerkontakte .
Dabei sind die mindestens zwei Mittel aus elektrisch leitfähigem Material, vorteilhaft ist dabei das leitfähige Material ausgebildet aus der Gruppe bestehend aus Kupfer, Nickel, Zinn, Silber, Gold, Aluminium, Wolfram, Titan, Palladium sowie Legierungen hieraus und/oder Schichtfolgen daraus.
Ein weiterer Vorteil der Erfindung ist es, dass die Schichtdicke des jeweiligen Mittels je nach Verwendungszweck der Solarzelle ausgestaltet sein kann und über einen weiten Bereich variieren kann. In einer vorteilhaften Ausführungsform beträgt die Schichtdicke jedoch zwischen 1 μm und 100 μm, bevorzugt zwischen 5 μm und 80 μm, besonders bevorzugt zwischen 10 μm und 50 μm.
Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung der Solarzelle können die Fingerkontakte auf zur Kontaktierung der Halbleiterschichten sehr dünn ausgebildet sein. Vorteilhafterweise liegen hier die Schichtdicken in einem Bereich zwischen 0,01 μm und 10 μm, bevorzugt zwischen 0,02 μm und 5 μm, besonders bevorzugt zwischen 0,03 μm und 3 μm.
Die isolierende Schicht ist weiterhin vorteilhaft als durchgehende Rückseite der Solarzelle ausgebildet.
Dabei ist die isolierende Schicht an den Stellen perforiert, an denen die Herstellung des elektrischen Kontaktes zwischen den mindestens zwei Mitteln zum Abgreifen des Stroms und den mindestens zwei Finger- kontakten erfolgt. Die isolierende Schicht ist dabei nicht auf spezielle Materialien beschränkt, essentiell ist lediglich, dass das Material ein elektrischer Isolator ist. Vorteilhafterweise werden dabei Materialien, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Glas, Silicium, Silici- umoxid, Aluminiumoxid, organischen Lacken, Pertinax, EVA-Folien, Kunststofffolien sowie Mischungen und/oder Schichtfolgen hieraus verwendet .
Ebenso unterliegt die Isolationsschicht bezüglich ihrer Dicke keiner bestimmten Beschränkung. Vorzugsweise beträgt die Schichtdicke des isolierenden Materials jedoch zwischen 1 μm und 2000 μm, bevorzugt zwischen 2 μm und 1000 μm, besonders bevorzugt zwischen 5 μm und 500 μm.
Beispielsweise kann das isolierende Substrat sehr dick gewählt werden, um eine lange Haltbarkeit der Isolation zu gewährleisten. Die Wahl der Materialkom- ponenten ist weitgehend von der Solarzellenherstellung entkoppelt.
Einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform weist die mindestens eine Leiterbahn der Mittel mindestens ein Loch auf, über das eine Kontaktierung mit den jeweiligen Fingerkontakten erfolgt. Bezüglich der Ausmaße des mindestens eines Lochs ist es vorteilhaft, wenn das mindestens eine Loch einen Durchmesser von 0,1 mm bis 2 mm, bevorzugt von 0,2 mm bis 1 mm, be- sonders bevorzugt von 0,25 bis 0 , 6 mm aufweist. Die Löcher sind dabei auf keine spezielle geometrischen Form beschränkt. Beispielsweise können diese als Kreise, Quadrate oder n-Ecke ausgeführt sein, die auch unregelmäßig sein können.
Ebenso ist es vorteilhaft, wenn die Kontaktierung des Mittels mit den jeweiligen Fingerkontakten als Lötkontakt ausgebildet ist.
Als besonderer Vorteil der Erfindung hat es sich er- wiesen, dass bei der Solarzelle auf die Verwendung von Strotnsammelschienen (Busbars) , die auf der Solarzellenrückseite angeordnet sind, verzichtet werden kann, woraus die bereits weiter oben erwähnten Vorteile resultieren.
Weiterhin ist es vorteilhaft, wenn die Oberfläche der Solarzelle mindestens 120 cm2, bevorzugt mindestens 140 cm2 beträgt.
Ebenso können die Fingerkontakte der Solarzelle äu- ßerst dünn gestaltet sein. Beispielsweise ist es günstig, wenn die Fingerkontatke eine Höhe von zwischen 0,1 und 10 μm, bevorzugt zwischen 0,2 und 5 μm, besonders bevorzugt zwischen 0,5 und 3 μm und/oder eine Breite zwischen 100 und 1000 μm, bevorzugt zwi- sehen 150 und 750 μm, besonders bevorzugt zwischen 200 und 500 μm aufweisen.
Selbstverständlich können mindestens zwei Solarzellen parallel oder seriell verschaltet sein, um die Strom- ausbeute zu erhöhen.
Somit wird erfindungsgemäß auch ein Solarzellenmodul bereitgestellt, das mindestens zwei im voranstehenden beschriebene Solarzellen enthält.
In einer vorteilhaften Ausgestaltungsform sind die Solarzellen dabei so angebracht, dass die mindestens eine isolierende Schicht durchgehend über alle Solarzellen als Rückseitenschicht ausgebildet ist. In die- sem Fall kann das isolierende Substrat eine Fläche (Rückseite) von mehreren Solarzellen umfassen. Das Substrat kann von der Stabilität so gewählt werden, dass es bereits dem Solarzellenmodul einen Großteil der benötigten Stabilität verleiht.
Als weiterer Vorteil ist die besondere einfache elektrische Verschaltung der Solarzellen untereinander möglich, bei der die Solarzellen integriert verschaltet sind.
Erfindungsgemäß wird ebenso ein Verfahren zur Herstellung einer oben angegebenen Rückseitensolarzelle angegeben, das durch die folgenden Schritte gekennzeichnet ist:
a) Aufbringen mindestens zweier Mittel (5, 5') nebeneinander auf einer Seite eines isolierenden Materials, das aus mindestens einer Schicht (4) aufgebaut ist, so dass die beiden Mittel mit der mindestens ei- nen Schicht (4) formschlüssig verbunden sind, b) Aufbringen des Verbundes aus Schritt a) mit der die Mittel aufweisenden abgewandten Seite auf eine Solarzelle, die mindestens einen p-Fingerkontakt (3) und mindestens einen n-Fingerkontakt (3') aufweist, c) bereichsweises elektrisches Kontaktieren der Mittel (5, 5') mit den Fingerkontakten (3, 3') durch die mindestens eine isolierende Schicht (4) hindurch, so dass je ein p-Fingerkontakt (3) bzw. ein n- Fingerkontakt (3') mit einem Mittel (5, bzw. 5') e- lektrisch kontaktiert ist.
Wesentliches erfindungsgemäßes Merkmal dabei ist, dass die Herstellung der Kontaktstruktur der Mittel zur Kontaktierung der Fingerkontakte der Solarzelle räumlich von der Solarzelle abgetrennt ist. Da Solarzellen (insbesondere auf monokristallinen Wafern ba- sierende Solarzellen) meist zur Erhöhung des Wirkungsgrades aus hochreinem Silicium gefertigt sind, ist es zwingend erforderlich, dass alle Arbeitsschritte, die unmittelbar an oder auf der Oberfläche der Solarzelle erfolgen, unter hochreinen Bedingungen erfolgen. Dies ist mit einem erheblichen Aufwand (z.B. Reinräume etc.) verbunden, der hohe Kosten nach sich zieht. Erfindungsgemäß kann nun die Leiterstruktur, über die das Abgreifen des Stromes erfolgt, in einem Arbeitsschritt erfolgen, bei dem auf diese aufwändige Maßnahen verzichtet werden kann. Die Herstellung der Leiterschicht auf dem isolierenden Substrat ist demnach unter Standardbedingungen (d.h. es müssen keine sonderlichen Maßnahmen zur Reinhaltung ergrif- fen werden) erfolgen, lediglich bei den Schritten, bei denen der so vorgefertigte Verbund auf die Solarzelle aufgebracht und mit den Fingerkontakten elektrisch kontaktiert wird, muss hinreichend sauber gearbeitet werden. Gegenüber dem Stand der Technik ist somit eine wesentliche Vereinfachung des Verfahrens erreichbar.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren ist es dabei unerheblich, wie die mindestens zwei Mittel (5, 5') ne- beneinander auf einer Seite eines isolierenden Materials aufgebracht werden, da die Fixierung erst im anschließenden Schritt erfolgt. Dadurch erfolgt selbstverständlich auch eine Fixierung der Mittel auf dem isolierenden Substrat. Vorteilhaft ist es jedoch, wenn in Schritt a) die Mittel aufgelötet, aufgeschweißt und/oder aufgeklebt werden.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltungsform wir in Schritt b) der erhaltene Verbund auf der So- larzelle fixiert, wobei das Fixieren vorteilhaft durch Kleben und/oder Löten erfolgt. Ebenso ist je- doch eine mechanische Fixierung (z.B. durch Anpressen oder Klemmen) möglich.
Abschließend erfolgt die elektrische Kontaktierung vorteilhaft durch Löten. Dabei wird je ein Mittel mit je einem der mindestens einen Fingerkontakte durch die isolierende Schicht hindurch verbunden. Darunter ist erfindungsgemäß zu verstehen, dass ein Mittel mit der Gesamtheit der p-Fingerkontakte der Solarzelle elektrisch kontaktiert wird, während das andere Mittel mit der Gesamtheit der n-Fingerkontakte in elektrischen Kontakt gebracht wird.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand der beigefüg- ten Figuren näher beschrieben, ohne die Erfindung jedoch auf die dort angegebenen speziellen Merkmale beschränken zu wollen.
Dabei zeigen
Figur 1 eine Rückseitenkontaktsolarzelle, wie sie aus dem Stand der Technik bekannt ist; dabei trifft das Licht 9 von der Unterseite auf die Solarzelle auf .
Figur 2 eine erfindungsgemäße Anordnung der Kontaktiervorrichtung, wobei hier Elektroden und das isolierende Substrat dargestellt sind.
Figur 3 eine erfindungsgemäße Rückseitenkontaktsolarzelle, mit Fingerkontakten, einer isolierenden Schicht sowie den aufgebrachten Elektroden zum Abgreifen des Stroms. In Fig. 2 ist eine Kontaktiervorrichtung abgebildet. Diese besteht aus dem elektrisch isolierenden Substrat 4 sowie den darauf aufgebrachten Mitteln 5 und 5' . Die Kontaktiervorrichtung wird getrennt von der Solarzelle 1 hergestellt.
In Fig. 3 ist eine erfindungsgemäße Solarzelle 1 mit dargestellt. Dabei weist die Solarzelle 1 nur Fingerkontakte auf . Diese sind direkt auf der Solarzelle aufgebracht und durch eine isolierende Ebene 4, die aus einem isolierenden Material gefertigt ist, von den Elektroden 5, 5', mit denen sie über durch die isolierende Schicht durchgehenden Kontakten in Verbindung stehen, räumlich getrennt. Busbars auf der Solarzelle sind somit überflüssig.
Das elektrisch isolierende Substrat verhindert den Kurzschluss zwischen der n- und der p-Elektrode, wenn die Kontaktierungseinheit auf die Rückseite der So- larzelle 1 platziert wird (siehe Fig. 3) und die Leiterbahnen 7, 7' der beiden Mittel 5, 5' somit quer zu den Fingerkontakten 3, 3' verlaufen.
Dabei weist die eigentliche Solarzelle 1 nur Kontakt- finger 3, 3' auf. Die Busbars 8, 8' befinden sich auf einer zweiten Ebene auf dem elektrisch isolierenden Substrat 4 und werden durch Löcher 6 an die jeweiligen Kontaktfinger 3, 3', z.B. durch die Isolations- schicht 4 durchgängige Lötkontakte, kontaktiert. Die geometrischen Ausdehnungen der Löcher 6 können unabhängig von der Solarzellengeometrie ausgebildet werden.
Durch die Löcher 6 hindurch kann eine elektrisch lei- tende Verbindung zwischen der Solarzelle 1 und den
Leiterbahnen 7, 7' auf der zweiten Ebene hergestellt werden. Bei Verwendung von zwei Leiterbahnen 7 auf der oberen Ebene (wie in Fig. 2 und 3 gezeigt) brauchen die Ladungsträger nur noch etwa ein Viertel der Leitfähigkeit der Finger 3, 3' zur Verfügung gestellt werden. Allgemein lässt sich die benötigte Leitfähigkeit LF der Finger 3, 3' abschätzen als:
LFstandard*!/ (1+n) =LFneu mit n=Anzahl der Leiterbahnen 7 auf dem isolierenden Substrat 4. Zusätzlich können die Busbars 2, 2' (siehe Fig. 1) auf der Solarzelle 1 weggelassen werden und es ist nur noch ein Streifenmuster von p- und n-Fingern 3, 3' nötig. Dies vereinfacht die Herstellungsprozesse der Rückseitenkontakt- zellen 1 erheblich.
Wenn die zweite Ebene großflächig gestaltet wird, kann eine vereinfachte Modulverschaltung einer Vielzahl von Solarzellen 1 vorgenommen werden. Über die auf der zweiten Ebene aufgebrachten Leiterbahnen 7, 7' werden die Solarzellen integriert auf dem elektrisch isolierenden Substrat 4 verschaltet. In diesem Fall bildet das elektrisch isolierende Substrat 4 die Rückseite des Moduls. Vorteilhaft ist dabei, wenn die Rückseite des Moduls durch weitere Vorkehrungen (z.B. einer Schutzschicht aus einem inerten Material wie beispielsweise Kunststoffe) vor Witterungen, Umwelteinflüssen und/oder Feuchtigkeit geschützt wird.

Claims

Patentansprüche
1. Rückseitenkontaktsolarzelle (1) mit einer Ober- fläche von mindestens 100 cm2, aufweisend mindestens einen rückseitig angeordneten p- Fingerkontakt (3) , der mit dem p-Halbleiter der Solarzelle (1) in elektrischen Kontakt steht sowie mindestens einen n-Fingerkontakt (3'), der mit dem n-Halbleiter der Solarzelle (1) in e- lektrischem Kontakt steht, wobei mindestens zwei Mittel (5, 5') zum Abgreifen des Stromes vorhanden sind, die auf mindestens einer Schicht (4) aus isolierendem Material nebeneinander aufgebracht sind, welche die Fingerkontakte (3, 3') von den Mitteln (5, 5') räumlich trennt, und die Mittel (5, 5') durch die mindestens eine Schicht (4) hindurch kontaktiert sind, wobei das mindestens eine Mittel (5) mit dem mindestens einen p-Fingerkontakt (3) und das mindestens eine Mittel (5') mit dem mindestens einen n-Fingerkontakt (3') elektrisch kontaktiert ist.
2. Solarzelle (1) nach Anspruch 1, dadurch gekenn- zeichnet, dass die Mittel (5, 5') mindestens eine Leiterbahn (7) sowie mindestens eine Strom- sammelschiene (8) aufweisen, die in elektrischem Kontakt miteinander stehen.
3. Solarzelle (1) nach einem der vorhergehenden An- sprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel
(5, 5') aus elektrisch leitfähigem Material sind.
4. Solarzelle (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das leit- fähige Material ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Kupfer, Nickel, Zinn, Silber, Gold, Aluminium, Wolfram, Titan, Palladium sowie Legierungen hieraus und/oder Schichtfolgen dar- aus .
5. Solarzelle (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schichtdicke des Mittels (5, 5') zwischen 1 μm und 100 μm, bevorzugt zwischen 5 μm und 80 μm, besonders bevorzugt zwischen 10 μm und 50 μm beträgt .
6. Solarzelle (1) nach vorhergehendem Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine isolierende Schicht (4) die Rückseite der Solar- zelle (1) bildet.
7. Solarzelle (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine isolierende Schicht (4) an den Stellen perforiert ist, an denen die Herstellung des elektrischen Kontaktes zwischen den mindestens zwei Mitteln (5, 5') zum Abgreifen des Stromes und den mindestens zwei Fingerkontakten (3, 3') erfolgt.
8. Solarzelle (1) nach einem der vorhergehenden An- sprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine isolierende Schicht (4) Materialien enthält, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Glas, Silicium, Siliciumoxid, Aluminiumoxid, organischen Lacken, Pertinax, EVA-Folien, Kunst- Stofffolien sowie Mischungen und/oder Schichtfolgen hieraus .
9. Solarzelle (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die min- destens eine Schicht (4) aus isolierendem Material eine Dicke zwischen 1 μtn und 2000 μm, bevorzugt zwischen 2 μm und 1000 μm, besonders bevorzugt zwischen 5 μm und 500 μm aufweist.
10. Solarzelle (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Leiterbahn (7) der Mittel (5, 5') mindestens ein Loch (6) aufweist, über das eine Kontaktierung mit den jeweiligen Fingerkontakten (3, 3') erfolgt.
11. Solarzelle (1) nach vorhergehendem Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine Loch (6) einen Durchmesser von 0,1 mm bis 2 mm, bevorzugt von 0,2 mm bis 1 mm, besonders bevor- zugt von 0,25 bis 0,6 mm aufweist.
12. Solarzelle (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontaktierung des Mittels (5, 5') mit den jeweiligen Fingerkontakten (3, 3') als Lötkontakt aus- gebildet ist.
13. Solarzelle (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Solarzelle (1) keine Stromsammeischienen (2) (Busbars) aufweist.
14. Solarzelle (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sie mit mindestens einer weiteren Solarzelle (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche elektrisch verschaltet ist.
15. Solarzelle (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Ober- fläche mindestens 120 cm2, bevorzugt mindestens 140 cm2 beträgt.
16. Solarzelle (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Fin- gerkontakte (3, 3') eine Höhe von zwischen 0,1 und 10 μm, bevorzugt zwischen 0,2 und 5 μm, besonders bevorzugt zwischen 0,5 und 3 μm aufweisen.
17. Solarzelle (1) nach einem der vorhergehenden An- Sprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Fingerkontakte (3, 3') eine Breite zwischen 100 und 1000 μm, bevorzugt zwischen 150 und 750 μm, besonders bevorzugt zwischen 200 und 500 μm aufweisen.
18. Solarzellenmodul, enthaltend mindestens zwei Solarzellen (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche .
19. Solarzellenmodul nach vorhergehendem Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Solarzellen (1) parallel oder seriell verschaltet sind.
20. Solarzellenmodul nach einem der Ansprüche 18 bis
19, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine isolierende Schicht (4) durchgehend über alle Solarzellen als Rückseitenschicht ausgebil- det ist.
21. Solarzellenmodul nach einem der Ansprüche 18 bis
20, dadurch gekennzeichnet, dass die Solarzellen (1) über die mindestens zwei Mittel (5, 5') integriert verschaltet sind.
22. Verfahren zur Herstellung einer Rückseitenkon- taktsolarzelle (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 17, gekennzeichnet durch folgende Schritte:
a) Aufbringen mindestens zweier Mittel (5, 5') nebeneinander auf einer Seite eines isolierenden Materials, das aus mindestens einer Schicht (4) aufgebaut ist, so dass die beiden Mittel mit der mindestens einen Schicht (4) formschlüssig verbunden sind, b) Aufbringen des Verbundes aus Schritt a) mit der die Mittel aufweisenden abgewandten Seite auf eine Solarzelle, die mindestens einen p- Fingerkontakt (3) und mindestens einen n- Fingerkontakt (3') aufweist, c) bereichsweises elektrisches Kontaktieren der Mittel (5, 5') mit den Fingerkontakten (3, 3') durch die mindestens eine isolierende Schicht (4) hindurch, so dass je ein p- Fingerkontakt (3) bzw. ein n-Fingerkontakt (3') mit einem Mittel (5, bzw. 5') elektrisch kontaktiert ist.
23. Verfahren nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, dass in Schritt a) die Mittel (5, 5') aufgelötet, aufgeschweißt und/oder aufgeklebt werden.
24. Verfahren nach einem der Ansprüche 22 bis 23, dadurch gekennzeichnet, dass in Schritt b) der aus Schritt a) erhaltene Verbund auf der Solarzelle fixiert wird.
25. Verfahren nach vorhergehendem Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass das Fixieren durch Kleben und/oder Löten erfolgt.
26. Verfahren nach einem der Ansprüche 22 bis 25, dadurch gekennzeichnet, dass in Schritt c) die elektrische Kontaktierung je eines Mittel (5 bzw. 5') mit je einem der mindestens einen Fingerkontakte (3 bzw. 3') durch Löten erfolgt.
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