DE102008033189B4 - Interdigital contact strip assembly for back contact solar cell; - Google Patents

Interdigital contact strip assembly for back contact solar cell; Download PDF

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Abstract

Interdigitale Kontaktstreifenanordnung einer Rückseitenkontakt-Solarzelle, welche lokale Kontakte, die zu n- und p-dotierten Bereichen führen, jeweils untereinander verbinden, um auf einem Gesamtwafer Abschnitte des Wafers zu einer Halbleiterdiode zu verschalten, wobei – als kleinste Diodeneinheit eine Zelle gebildet ist, deren Basiskontaktstreifen und Emitterkontaktstreifen in Kontaktkämmen mit paralleler Kontaktfingerstruktur ausgeführt sind, wobei eine ungerade Anzahl von Kontaktkämmen beider Polaritäten ausgebildet ist, die Kontaktkämme räumlich untereinander auf der Waferfläche positioniert sind und über jeweils seitlich angeordnete, gegenüberliegende Kammsammelbahnen verfügen, die den jeweiligen gemeinsamen Emitter- oder Basisanschluss der Zelle bilden, – die Kontaktkämme mit paralleler Kontaktfingerstruktur eine Länge von kleiner gleich einem Bruchteil der Waferseitenlänge aufweisen und auf der Hälfte ihrer Länge durch Stege untereinander verbunden sind, wodurch T-Strukturen erhalten werden; – weiterhin zwei spiegelbildlich ausgeführte T-Strukturen einen kompletten Kamm und eine einfache T-Struktur einen halben Kamm bilden, derart, dass – eine Grundzelle aus einer Kombination von zwei kompletten und...Interdigital contact strip arrangement of a rear-side contact solar cell, which connect local contacts that lead to n- and p-doped areas to each other in order to interconnect sections of the wafer to form a semiconductor diode on an entire wafer Base contact strips and emitter contact strips are designed in contact combs with a parallel contact finger structure, with an odd number of contact combs of both polarities being formed, the contact combs being spatially positioned one below the other on the wafer surface and each having laterally arranged, opposing comb collector tracks that have the respective common emitter or base connection of the Form cell, - the contact combs with parallel contact finger structure have a length of less than or equal to a fraction of the wafer side length and are connected to one another over half of their length by webs, whereby T-structures increase become old; - Furthermore, two mirror-inverted T-structures form a complete comb and a simple T-structure half a comb, in such a way that - a basic cell from a combination of two complete and ...

Description

Die Erfindung betrifft eine interdigitale Kontaktstreifenanordnung für Rückseitenkontakt-Solarzellen, welche lokale Kontakte, die zu n- und p-dotierten Bereichen führen, jeweils untereinander verbinden, um auf einem Gesamtwafer Abschnitte des Wafers zu einer Halbleiterdiode zu verschalten.The invention relates to an interdigitated contact strip arrangement for rear-side contact solar cells, which interconnect local contacts which lead to n- and p-doped regions with each other in order to connect sections of the wafer to a semiconductor wafer on a total wafer.

Die Erfindung bezieht sich auf die Problematik der Unterteilung einer Silizium-Solarzelle, d. h. eines Wafers mit rückseitigen Kontakten in eine Vielzahl kleiner, parallel geschalteter Zellbereiche und eine hierfür optimierte Geometrie hinsichtlich der Serienschaltung der Gesamtzellen.The invention relates to the problem of dividing a silicon solar cell, d. H. a wafer with rear contacts in a plurality of small, parallel-connected cell areas and a geometry optimized for this purpose with regard to the series connection of the total cells.

Standard-Silizium-Solarzellen besitzen Frontseiten- und Rückseitenkontakte, die bei der Herstellung von Strings für die Serienschaltung im kompletten Solarmodul abwechselnd miteinander verbunden werden müssen. Hierzu ist es bekannt, Kupferbändchen mit sogenannten Busbars auf der Unterseite einer ersten Zelle mit den Busbars auf der Frontseite der zweiten, d. h. der Nachbarzelle durch Löten zu verbinden. Eine derartige Verbindungstechnologie ist mit der 1 in schematischer Seitenansicht gezeigt.Standard silicon solar cells have front and backside contacts that must be alternately connected together in the production of strings for series connection in the complete solar module. For this purpose, it is known to connect copper bands with so-called busbars on the underside of a first cell with the busbars on the front side of the second, ie the neighboring cell by soldering. Such a connection technology is with the 1 shown in a schematic side view.

Reine Rückseitenkontakt-Solarzellen auf monokristallinen n-Si-Wafern besitzen eine sogenannte IBC-Struktur (Interdigitated Back Contacts), d. h. hier wird ein Kamm einer ersten Polarität mit einem weiteren Kamm der zweiten, entgegengesetzten Polarität auf der Nachbarzelle verlötet.Pure back-contact solar cells on monocrystalline n-Si wafers have a so-called IBC structure (Interdigitated Back Contacts), i. H. Here, a comb of a first polarity is soldered to another comb of the second, opposite polarity on the neighboring cell.

Zum Stand der Technik sei auf folgende Literaturstellen aufmerksam gemacht:
R. J. Schwartz, Review of Silicon Solar Cells for High Concentrations, Solar Cells, 6, (1982), Seite 17 bis 38;
Martin A. Green, Silicon Solar Cells – Advanced Principles and Practice, Centre for Photovoltaic Devices and Systems, University of New South Wales, Sydney, Australien, 1995, Seiten 255 ff.;
R. A. Sinton, Y. Kwark, R. M. Swanson, Recombination Mechanisms in Silicon Solar Cells, 14th Project Integration Meeting, Photovoltaic Concentrator Technology Project, Juni 1986, Seiten 117 bis 125.For the state of the art, attention is drawn to the following references:
RJ Schwartz, Review of Silicon Solar Cells for High Concentrations, Solar Cells, 6, (1982), pages 17 to 38;
Martin A. Green, Silicon Solar Cells - Advanced Principles and Practice, Center for Photovoltaic Devices and Systems, University of New South Wales, Sydney, Australia, 1995, pp. 255 ff .;
RA Sinton, Y. Kwark, RM Swanson, Recombination Mechanisms at Silicon Solar Cells, 14th Project Integration Meeting, Photovoltaic Concentrator Technology Project, June 1986, pp. 117-125.

Weiter ist aus DE 19525720 A1 eine Solarzelle bekannt, bei der beide Kontakte auf der Rückseite der Solarzelle aufgebracht sind. Es wird vorgeschlagen, die Rückseitenkontaktierung dabei ebenfalls durch eine interdigitale Kontaktstreifenanordnung zu realisieren.Next is out DE 19525720 A1 a solar cell is known in which both contacts are applied to the back of the solar cell. It is proposed that the back contact also be realized by an interdigitated contact strip arrangement.

In US 2005/0172996 A1 wird eine weitere Rückseitenkontakt-Solarzelle beschrieben, wobei die Kontaktierung mittels einer Kammstruktur gebildet wird. Bezüglich der geometrischen Größen der Kontaktierungsstruktur werden absolute Werte angegeben.In US 2005/0172996 A1 Another back-contact solar cell is described, wherein the contact is formed by means of a comb structure. With regard to the geometric sizes of the contacting structure, absolute values are given.

Schließlich wird in DE 10 2005 053 363 A1 ein Photovoltaikmodul mit einer Mehrzahl von zueinander benachbarten und elektrisch miteinander verbundenen Solarzellen, die als Rückkontakt-Solarzellen ausgebildet sind, vorgestellt.Finally, in DE 10 2005 053 363 A1 a photovoltaic module with a plurality of mutually adjacent and electrically interconnected solar cells, which are designed as back-contact solar cells presented.

Als Nachteil der Verbindungstechnik für das Stringing von Standard-Solarzellen gemäß 1 ergibt sich die Notwendigkeit, dass die Kontaktverbindungsbändchen die Ebene wechseln müssen. Konkret müssen die Bändchen nach der Verlötung auf der Nachbarzelle enden. Weiterhin ist zumindest auf der Vorderseite die Breite der Bändchen beschränkt durch die Notwendigkeit, eine Verschattung der Zelle gering zu halten. Hierdurch ist die Stromtragfähigkeit des jeweiligen Bändchens eingeschränkt. Ein höherer Widerstand des Bändchens führt wiederum zu einer Erhöhung des Serienwiderstands des gesamten Moduls und reduziert den Füllfaktor.As a disadvantage of the connection technique for the stringing of standard solar cells according to 1 There is a need for the contact tie ribbon to change level. Specifically, the tapes must end after the soldering on the neighboring cell. Furthermore, the width of the ribbon is limited at least on the front by the need to keep shading of the cell low. As a result, the current carrying capacity of the respective ribbon is limited. A higher resistance of the ribbon will in turn increase the series resistance of the entire module and reduce the fill factor.

Auch die IBC-Struktur weist Nachteile auf. So ist die Länge der ineinander greifenden Kämme fast so groß wie die Seitenlänge des Substrats, d. h. des Wafers. Bei großen Substraten ist somit pro Finger eine sehr lange Bahn die Folge.The IBC structure also has disadvantages. Thus, the length of the intermeshing combs is almost as long as the side length of the substrate, i. H. of the wafer. For large substrates, a very long path per finger is thus the result.

Aufgrund der Notwendigkeit, einen sehr kleinen seitlichen Abstand (Pitch) der benachbarten lokalen Emitter- und Basiskontakte vorzusehen, um auf die beschränkten Diffusionslängen der Ladungsträger zu reagieren, müssen die Bahnen bzw. Finger sehr schmal gestaltet werden. Hierdurch erhöht sich der Bahnwiderstand bei größer werdenden Substratdimensionen proportional und damit auch der Serienwiderstand. Auch hier ist ein reduzierter Füllfaktor die Folge.Due to the need to provide a very small pitch of the adjacent local emitter and base contacts to respond to the limited diffusion lengths of the carriers, the tracks or fingers must be made very narrow. As a result, the substrate resistance increases proportionally with increasing substrate dimensions and thus also the series resistance. Again, a reduced fill factor is the result.

Es wäre zwar prinzipiell möglich, eine chemische Verstärkung der Bahnen mit Kupfer oder Silber auszuführen, um deren Schichtwiderstand zu verringern und damit die Bahnwiderstandserhöhung durch entsprechende Verlängerung zu kompensieren. Eine chemische Verstärkung ist jedoch technologisch aufwendig und in ihrer Wirksamkeit und hinsichtlich der Kosteneffizienz begrenzt.Although it would be possible in principle to carry out a chemical reinforcement of the tracks with copper or silver in order to reduce their sheet resistance and thus to compensate for the increase in web resistance by corresponding extension. However, chemical reinforcement is technologically complex and limited in its effectiveness and in terms of cost efficiency.

Aus dem Vorgenannten ist es daher Aufgabe der Erfindung, eine weiterentwickelte digitale Kontaktstreifenanordnung für Rückseitenkontakt-Solarzellen auf der Basis vorgesehener lokaler Kontakte anzugeben, die in besonders einfacher Weise eine Stromsammlung auf einer relativ kleinen Zellbereichsfläche vornimmt, wobei unter Beachtung einer zu schaffenden Grundzellenstruktur aus jedem Bereich des Wafers der aufgesammelte Strom über breite Sammelbahnen geleitet werden kann, um dann über an sich bekannte leitfähige Verbindungsbändchen zum nächsten Wafer geführt werden zu können. Die Kontaktstreifenanordnung soll es darüber hinaus ermöglichen, einen Potentialausgleich für parallel laufende Zellstränge zu schaffen, so dass nicht Teilbereiche des Wafers bei geringerer Stromgeneration als diejenige in Nachbarbereichen in Gegenrichtung gepolt und von der Stromleitung ausgeschlossen werden.From the foregoing, it is therefore an object of the invention to provide a further developed digital contact strip arrangement for back-contact solar cells based on provided local contacts, which makes a stream collection on a relatively small cell area in a particularly simple manner, taking into account a to be created basic cell structure from each area of the wafer, the collected power can be passed over wide collection tracks, then about known conductive Verbindungsbändchen to be guided to the next wafer. In addition, the contact strip arrangement should make it possible to provide equipotential bonding for cell strands running in parallel so that portions of the wafer are not poled in the opposite direction in the case of a lower current generation than in neighboring areas and are excluded from the power line.

Die Lösung der Aufgabe der Erfindung erfolgt mit einer Kontaktstreifenanordnung gemäß der Merkmalskombination nach Patentanspruch 1, wobei die Unteransprüche mindestens zweckmäßige Ausgestaltungen und Weiterbildungen darstellen.The object of the invention is achieved with a contact strip arrangement according to the feature combination according to claim 1, wherein the dependent claims represent at least expedient refinements and developments.

Es wird demnach ausgegangen von einer Kontaktstreifenanordnung für Rückseitenkontakt-Solarzellen, welche interdigital lokale Kontakte, die zu n- und p-dotierten Bereichen führen, verbinden, um auf einem Gesamtwafer Abschnitte des Wafers zu einer Halbleiterdiode zu verschalten.It is therefore assumed that a contact strip arrangement for rear-side contact solar cells, the interdigital local contacts that lead to n- and p-doped regions connect to connect on a total wafer portions of the wafer to a semiconductor diode.

Erfindungsgemäß ist als kleinste Diodeneinheit eine Zelle gebildet, deren Basiskontaktstreifen und Emitterkontaktstreifen in Kontaktkämmen mit paralleler Kontaktfingerstruktur ausgeführt sind. Hier ist eine ungerade Anzahl von Kontaktkämmen beider Polaritäten vorgesehen. Die Kontaktkämme sind untereinander auf der Waferfläche positioniert, d. h. räumlich untereinander angeordnet und verfügen über jeweils seitlich vorgesehene, gegenüberliegende Kammsammelbahnen, die den jeweiligen gemeinsamen Emitter- bzw. Basisanschluss der Zelle bilden.According to the invention, a cell is formed as the smallest diode unit whose base contact strips and emitter contact strips are designed in contact combs with a parallel contact finger structure. Here an odd number of contact combs of both polarities is provided. The contact combs are positioned one below the other on the wafer surface, i. H. spatially arranged one below the other and each have laterally provided, opposite comb collection paths, which form the respective common emitter or base terminal of the cell.

Die Kontaktkämme mit paralleler Kontaktfingerstruktur weisen erfindungsgemäß eine Länge von kleiner gleich einem Bruchteil des Waferdurchmessers auf und sind auf der Hälfte ihrer jeweiligen Länge durch Stege untereinander verbunden.According to the invention, the contact combs with a parallel contact finger structure have a length of less than or equal to a fraction of the wafer diameter and are interconnected by webs over half of their respective length.

Jede Zelle enthält jeweils n ganze und einen halben Kontaktkamm.Each cell contains n whole and half contact combs.

Die Anzahl der eine T-Struktur aufweisenden Kontaktkämme ist ungerade und liegt vorzugsweise bei 5.The number of contact combs having a T-structure is odd and is preferably 5.

Die durchschnittliche Länge der Kontaktfinger eines Kontaktkamms beträgt kleiner gleich 2,54 cm (1 Zoll).The average length of the contact fingers of a comb is less than or equal to 2.54 cm (1 inch).

Zum Erhalt der T-Struktur sind mehrere Kontaktfinger mit einem Quersteg an einem Fingerende verbunden.To obtain the T-structure, a plurality of contact fingers are connected to a crosspiece at a finger end.

Zwei spiegelbildlich ausgeführte T-Strukturen bilden einen kompletten Kamm, eine einfache T-Struktur einen sogenannten halben Kamm.Two mirror-inverted T-structures form a complete comb, a simple T-structure a so-called half comb.

Eine Grundzelle besteht demnach aus einer Kombination von zwei kompletten und einem halben Basiskamm und zwei kompletten und einem halben Emitterkamm. Diese Struktur bedeckt etwa 1/8 der Fläche eines Halbleiterwafers.A basic cell therefore consists of a combination of two complete and one half base crest and two complete and one half emitter comb. This structure covers about 1/8 of the area of a semiconductor wafer.

Zur Bildung einer Doppelzelle werden zwei Grundzellen spiegelbildlich zueinander angeordnet. Die Doppelzelle nimmt dann etwa 1/4 der Fläche des Wafers ein.To form a double cell, two basic cells are arranged in mirror image to each other. The double cell then occupies about 1/4 of the area of the wafer.

Eine Vierfachzelle wird aus zwei linear zueinander verschobenen Doppelzellen gebildet. Diese Vierfachzelle nimmt dann im Wesentlichen die Hälfte der Waferfläche ein.A quadruple cell is formed from two linearly displaced double cells. This quadruple cell then occupies substantially half of the wafer area.

Eine Achtfachzelle entsteht aus zwei um 180° gegeneinander rotierten Vierfachzellen, die dann den kompletten Wafer bedeckt.An eight-compartment cell is created from two quadruple cells rotated by 180 °, which then covers the entire wafer.

Für die Verbindung von Wafern zu kompletten Solarmodulen mit einer Vielzahl von Wafern sind entsprechende Löt-Verbindungspunkte vorgesehen.For the connection of wafers to complete solar modules with a plurality of wafers corresponding solder connection points are provided.

Die Verbindung von nebeneinander liegenden Wafern erfolgt durch mindestens zwei leitfähige Streifen, die im Wesentlichen von der senkrechten Mittelachse des ersten Wafers bis im Wesentlichen zur senkrechten Mittelachse des zweiten Wafers reichen und welche mit vorgesehenen Lötpunkten auf den Verbindungsstegen der Basiskämme des ersten Wafers und den vorgesehenen Lötpunkten auf den Verbindungsstegen der Emitterkämme des zweiten Wafers kontaktiert sind.The interconnection of adjacent wafers is effected by at least two conductive strips which extend substantially from the vertical center axis of the first wafer substantially to the vertical center axis of the second wafer and which provide soldering points on the connecting webs of the base wafers of the first wafer and the intended soldering points are contacted on the connecting webs of the emitter combs of the second wafer.

Die Erfindung soll nachstehend anhand eines Ausführungsbeispiels sowie unter Zuhilfenahme von Figuren näher erläutert werden.The invention will be explained below with reference to an embodiment and with the aid of figures.

Hierbei zeigen:Hereby show:

1 eine schematische Darstellung für die Verbindung konventioneller Solarzellen zu Strings; 1 a schematic representation of the connection of conventional solar cells to strings;

2 einen Halbleiterwafer mit Blick auf eine vollprozessierte Rückseite mit lokalen Emitter- und BSF-Kontakten, die jeweils untereinander zu verbinden sind; 2 a semiconductor wafer facing a fully processed backside with local emitter and BSF contacts each to be interconnected;

3 eine Grundzelle einer Kontaktstreifenstruktur mit Rückseitenkontakten; 3 a basic cell of a contact strip structure with backside contacts;

4a eine Kontaktstreifenstruktur einer Rückseitenkontaktzelle mit zwei spiegelsymmetrischen Grundelementen; 4a a contact strip structure of a backside contact cell having two mirror-symmetrical primitives;

4b eine Addition zweier spiegelsymmetrischer Grundelemente gemäß 4a zur Bildung eines Viertelwafers; 4b an addition of two mirror-symmetric primitives according to 4a to form a quarter wafer;

5 eine erfindungsgemäße Kontaktstreifenstruktur einer Rückseitenkontaktzelle, und zwar in der Darstellung einer Waferhälfte gebildet aus zwei Vierteln gemäß 4, wobei die Kontaktgeometrie die Parallelschaltung aller Einzelzellen-Dioden realisert; 5 a contact strip structure according to the invention of a back contact cell, in the representation of a wafer half formed of two quarters according to 4 , wherein the contact geometry realizes the parallel connection of all single-cell diodes;

6a eine erfindungsgemäße Kontaktstreifenstruktur einer Rückseitenkontaktzelle, und zwar in der Darstellung als kompletter Wafer, wobei die Zelle an der Schnittlinie 25 in zwei funktionsfähige Teilzellen teilbar ist; 6a an inventive contact strip structure of a rear contact cell, in the representation as a complete wafer, wherein the cell at the cutting line 25 is divisible into two functional subcells;

6b eine prinzipielle Darstellung, wie sich die linke Hälfte des Wafers nach 6A durch 180°-Rotation aus der rechten Hälfte ergibt, wobei die vorgestellte Kontaktstreifengeometrie invariant sowohl gegen Verschiebung als auch gegen 180°-Rotation ist; 6b a schematic representation of how the left half of the wafer after 6A by 180 ° rotation from the right half, with the presented contact strip geometry being invariant to both displacement and 180 ° rotation;

7a eine Symmetriebetrachtung der erfindungsgemäßen Kontaktstreifenstruktur hinsichtlich Invarianz gegen Verschiebung; 7a a symmetry consideration of the contact strip structure according to the invention with respect to invariance against displacement;

7b eine Symmetriebetrachtung der erfindungsgemäßen Kontaktstreifenstruktur auf der Rückseite des Wafers mit Invarianz gegen 180°-Rotation; 7b a symmetry consideration of the contact strip structure according to the invention on the back of the wafer with invariance against 180 ° rotation;

8 eine prinzipielle Darstellung der Verbindung zweier Wafer, wobei die linearen Verbindungselemente die Reihenschaltung der Wafer als Dioden realisieren und die Wafer ohne Rücksicht auf Rotation platziert und verbunden werden können, und 8th a schematic representation of the connection of two wafers, wherein the linear connection elements realize the series connection of the wafer as diodes and the wafer can be placed and connected without regard for rotation, and

9 eine prinzipielle Darstellung von konischen Fingerstrukturen, wobei die Kontaktflächen 23 und 24 kürzer oder länger als die beispielhaften Darstellungen ausbildbar sind. 9 a schematic representation of conical finger structures, wherein the contact surfaces 23 and 24 shorter or longer than the exemplary representations can be formed.

Eine Grundzelle der erfindungsgemäßen Rückseitenkontaktstruktur ist in der 3 schematisch dargestellt.A basic cell of the rear contact structure according to the invention is shown in 3 shown schematically.

Die Basis- 7 und Emitterkontatkstreifen 8 werden hier zu parallel angeordneten, interdigital ineinander greifenden Kammeinheiten kombiniert.The basic 7 and emitter contact strips 8th are here combined to form parallel, interdigitated intermeshing comb units.

Dabei ist bei einer bevorzugten Ausführungsform festgelegt, dass eine ungerade Anzahl von halben Kammeinheiten das Grundelement, d. h. die Grundzelle bilden.It is determined in a preferred embodiment that an odd number of half comb units the basic element, d. H. form the basic cell.

Am Beispiel gemäß der 3 sind von beiden Polaritäten je fünf halbe Kämme, d. h. zwei ganze und ein halber Kamm waagerecht und räumlich untereinander angeordnet, wobei die Verbindungsstege 9 und 10 mit den seitlich links und rechts angeordneten Sammelbahnen 11 und 12 kontaktiert sind.Using the example according to 3 are of two polarities five half combs, ie two whole and a half comb horizontally and spatially arranged with each other, wherein the connecting webs 9 and 10 with the collection lanes arranged on the left and right sides 11 and 12 are contacted.

Das dargestellte Grundelement, d. h. die Zelle, stellt elektrisch eine Diode dar, deren Emitteranschluss durch die Kammsammelbahn 11 und deren Basisanschluss durch die Kammsammelbahn 12 repräsentiert ist.The illustrated basic element, ie the cell, electrically represents a diode whose emitter connection through the comb collector track 11 and their base connection through the comb collection lift 12 is represented.

Je nach gewähltem Pitch, d. h. Bahn-Bahn-Abstand gleicher Polarität können die Kammelemente bei vorgegebener geometrischer Breite unterschiedlich viele Finger besitzen.Depending on the selected pitch, d. H. Track-track distance of the same polarity, the comb elements may have different numbers of fingers for a given geometric width.

Im gewählten Beispieldesign nach 3 sind es jeweils 12 Finger, die von jedem waagerecht verlaufenden Verbindungssteg in einem vorzugsweise rechten Winkel in jede der beiden senkrechten Richtungen verlaufen.In the selected example design 3 There are each 12 fingers that extend from each horizontally extending connecting web at a preferably right angle in each of the two vertical directions.

Je nach Größe des Gesamtwafers kann das Grundelement einen unterschiedlich großen Teil der Waferfläche belegen.Depending on the size of the total wafer, the base element can occupy a different sized part of the wafer surface.

In den 3 bis 8 wird erfindungsgemäß der Anteil 1/8 gewählt. Dies bedeutet, dass zwei nebeneinander angeordnete Grundelemente die Fläche eines Viertelwafers belegen.In the 3 to 8th According to the invention, the proportion 1/8 is selected. This means that two basic elements arranged side by side occupy the area of a quarter wafer.

In der Darstellung gemäß 4 ist eine erfindungsgemäße Anordnung eines Doppelzellenelements schematisch gezeigt.In the illustration according to 4 an arrangement according to the invention of a double-cell element is shown schematically.

Die zweite Zelle entsteht hier durch Spiegelung um die linke Außenkante der senkrechten Kammsammelbahn 11 (4a), so dass eine breite Doppelkamm-Sammelbahn 13 in der Mitte des in der 4b dargestellten Doppelzellenelements auf der Fläche eines Viertelwafers resultiert.The second cell arises here by reflection around the left outer edge of the vertical comb collection track 11 ( 4a ), leaving a wide double comb collection track 13 in the middle of in the 4b shown double cell element on the surface of a quarter wafer results.

Die Parallelschaltung weiterer Dioden entsteht durch Verdoppelung der bisherigen Struktur auf die Gesamtgröße des halben Wafers gemäß 5.The parallel connection of further diodes is obtained by doubling the previous structure to the total size of the half wafer in accordance with 5 ,

Das zweite Doppelzellenelement 15 entsteht dabei durch Verschiebung einer Kopie des ersten Doppelzellenelements 14, an dessen unterer Kante bei gleichzeitiger Modifikation auf folgendem Wege.The second double cell element 15 arises by shifting a copy of the first double cell element 14 , at its lower edge while modifying in the following way.

Die Fingerlänge des untersten halben Kamms 16 wird zweckmäßig von D1 auf die Länge D2 reduziert, um die Platzierung einer zusätzlichen Kammsammelbahn 17 an der unteren Substratkante entlang bis zur unteren linken Ecke der der dargestellten Waferhälfte zu ermöglichen.The finger length of the lowest half comb 16 is suitably reduced from D1 to the length D2 to the placement of an additional comb collection track 17 along the lower substrate edge to the lower left corner of the illustrated wafer half.

Die obere Basiskamm-Sammelbahn 18 des unteren Doppeldiodenelements 15 wird zweckmäßigerweise mittig geteilt, um die mittlere Emitterkamm-Sammelbahn des Doppelzellenelements 15 an die mittlere Emitterkamm-Sammelbahn des oberen Doppelzellenelements 14 anschließen zu können. Die elektrische Verbindung der Basiskamm-Sammelbahnen des dargestellten unteren und oberen Doppelzellenelements wird hingegen an der rechten Außenkante der dargestellten Waferhälfte vorgenommen.The upper base dam collection track 18 of the lower double diode element 15 is expediently divided in the middle to the middle emitter comb collecting track of the double cell element 15 to the central emitter comb collecting track of the upper double cell element 14 to be able to connect. The electrical connection of the base trunk Collection paths of the illustrated lower and upper double-cell element, however, is made on the right outer edge of the illustrated wafer half.

Eine komplette erfindungsgemäße Rückseitenkontaktstruktur ist in der 6 gezeigt.A complete back contact structure according to the invention is shown in US Pat 6 shown.

Die Struktur der linken Waferhälfte entsteht bei 180°-Rotation einer Kopie der rechten Waferhälfte, die in 5 gezeigt worden ist.The structure of the left half of the wafer is formed by 180 ° rotation of a copy of the right half of the wafer, which in 5 has been shown.

Um die Emitterkamm-Sammelbahn 19 der rechten Waferhälfte mit der Emitterkamm-Sammelbahn 20 der linken (rotierten) Waferhälfte verbinden zu können, müssen die zentralen Kammelemente des unteren rechten und des oberen linken Waferviertels leicht abgeschrägt werden (Bezugszeichen 21), damit ein Leiterbahnverbindungsstück 22 über das Waferzentrum vom unteren linken zum oberen rechten Waferviertel verlegt werden kann.Around the emitter comb collecting track 19 the right half of the wafer with the emitter comb collecting track 20 To connect the left (rotated) wafer half, the central comb elements of the lower right and upper left wafer quarter must be slightly bevelled (reference numeral 21 ), so that a trace connector 22 via the wafer center from the lower left to the upper right wafer quarter can be laid.

Durch die vorgeschlagene erfindungsgemäße Symmetrie der Kammstrukturen auf dem Gesamtwafer liegen die Basiskammstege der linken Waferhälfte auf gleicher Höhe wie die Emitterkammstege der rechten Waferhälfte und umgekehrt.Due to the proposed inventive symmetry of the comb structures on the overall wafer, the base ridge webs of the left half of the wafer are at the same height as the emitter ridge webs of the right half of the wafer and vice versa.

Hieraus ergibt sich die in 7 dargestellte doppelte Symmetrie bei Anordnung zweier gleicher Wafer nebeneinander.This results in the in 7 shown double symmetry in the arrangement of two identical wafers side by side.

Gemäß 7a entsteht die identische Rückseitenkontaktstruktur des rechten Wafers durch lineare Verschiebung der Rückseitenkontaktstruktur des linken Wafers.According to 7a The identical backside contact structure of the right wafer is created by linear displacement of the back contact structure of the left wafer.

Andererseits entsteht die identische Rückseitenkontaktstruktur des rechten Wafers durch 180°-Rotation der Rückseitenkontaktstruktur des linken Wafers (siehe 7b).On the other hand, the identical backside contact structure of the right wafer is created by 180 ° rotation of the back contact structure of the left wafer (see FIG 7b ).

Hierdurch können Wafer beim Stringing, d. h. bei der Anordnung und Montage in Solarmodule, ohne Beachtung der Orientierung des Wafers platziert werden, solange nur die Finger aller Kammstrukturen in dieselbe Richtung zeigen.This allows wafers during stringing, d. H. placed in solar modules without regard to the orientation of the wafer, as long as only the fingers of all the comb structures point in the same direction.

Es ergibt sich hieraus die in 8 dargestellte erfindungsgemäße Waferverbindungsstruktur, und zwar hinsichtlich eines wesentlich vereinfachten Stringing.It follows from the in 8th illustrated wafer connection structure according to the invention, namely in terms of a significantly simplified stringing.

Es wird eine frei wählbare Anzahl von Kontakten 24, die als lötbare Fläche in vorteilhafter Weise als Aussparungen in einer isolierenden Lötstoppschicht ausgebildet sind, auf den wagerechten Kammstegen der rechten Hälfte des linken Wafers 1 durch Metallbändchen 25 mit der frei wählbaren Zahl von Kontakten 23 der auf gleicher Höhe liegenden Kammstege der linken Waferhälfte des rechten Wafers 2 verbunden. Hierbei haben die Ausgangs-Kammstege auf Wafer 1 aufgrund der gewählten Symmetrie die entgegengesetzte Polarität der Ziel-Kammstege auf Wafer 2. Das heißt, wenn auf Wafer 1 die Emitterkämme e1 kontaktiert werden, enden die Verbindungsleitungen auf Basiskämmen b2, ohne dass bei der Prozessierung darauf geachtet werden muss. Wenn hingegen auf Wafer 1 die Basiskämme kontaktiert werden, enden die Verbindungsleitungen auf Emitterkämmen, ohne dass hierbei bei der vorhergehenden Prozessierung besondere Rücksicht zu nehmen ist.There will be a freely selectable number of contacts 24 , which are formed as a solderable surface advantageously as recesses in an insulating Lötstoppschicht on the carriage-like ridge webs of the right half of the left wafer 1 by metal bands 25 with the freely selectable number of contacts 23 connected at the same height comb webs of the left half of the wafer of the right wafer 2. Here, the output comb webs on wafer 1 due to the selected symmetry have the opposite polarity of the target comb webs on wafer 2. That is, when contacted on wafer 1, the emitter combs e1, the connection lines end on base combs b2, without that in the processing on it must be respected. If, on the other hand, the base combs are contacted on wafer 1, the connecting lines end on emitter combs, without any special consideration in the preceding processing.

Es ist, wie oben dargelegt, die Serienschaltung von Wafer 1 und Wafer 2 in jedem Fall gewährleistet. Über die zentrale Schnittlinie 25 in 6 ist die Zellstruktur auch teilbar in zwei unabhängig voneinander funktionierende Teilzellen, die ebenfalls mit dem in 8 angegebenen Stringingverfahren in Serie geschaltet werden können.It is, as stated above, the series connection of wafer 1 and wafer 2 guaranteed in each case. About the central cutting line 25 in 6 the cell structure is also divisible into two independently working subcells, which are also identical to the one in 8th specified stringing process can be connected in series.

Die in den 3 bis 8 dargestellten Fingerstrukturen sind der Übersichtlichkeit halber als gerade Linien dargestellt. Vorteilhafterweise können die Finger aber auch konisch ausgebildet sein (9), um die von lokalem Kontakt zu lokalem Kontakt wachsende Stromstärke im Finger mit gleichbleibendem Spannungsabfall pro Fingerelement zu führen.The in the 3 to 8th shown finger structures are shown for clarity's sake as straight lines. Advantageously, the fingers can also be conical ( 9 ) in order to guide the current intensity growing in the finger from local contact to local contact with a constant voltage drop per finger element.

Mit der vorgeschlagenen Lösung wird es möglich, eine beliebig wählbare Zellularstruktur der Solarzelle zu schaffen, die eine Stromsammlung auf einer relativ kleinen Zellenbereichsfläche vornimmt, wobei aus jedem Bereich des Wafers der gesammelte Strom über breite Sammelbahnen zur anderen Waferhälfte geleitet wird, von wo er über Verbindungsbändchen zum nächsten Wafer führbar ist.With the proposed solution, it becomes possible to provide an arbitrary cell structure of the solar cell, which makes a current collection on a relatively small cell area area, wherein from each area of the wafer, the collected current is passed through wide collection paths to the other wafer half, from where it via connecting ribbon to the next wafer is feasible.

Alle Sammelbahnen der einen Polarität stehen über die gesamte Waferfläche miteinander in elektrischer Verbindung. Hierdurch wird ein Potentialausgleich für parallel laufende Zellstränge geschaffen, so dass nicht Teilbereiche des Wafers bei geringerer Stromgeneration als die ihrer Nachbarbereiche in Gegenrichtung gepolt und daher von der Stromleitung ausgeschlossen werden.All collection paths of one polarity are connected to each other over the entire wafer surface in electrical connection. As a result, an equipotential bonding for parallel cell strands is created, so that not portions of the wafer with less power generation than their neighboring areas in the opposite direction poled and therefore excluded from the power line.

Auch waagerechte Zellhälften stellen voll funktionsfähige Solarzellen dar, so dass für eventuelle Anwendungen in Spezialmodulen, insbesondere bei Konzentratoren oder Consumer-Applikationen auch halbe, d. h. kleinere Zellen erzeugt werden können.Even horizontal cell halves are fully functional solar cells, so that for possible applications in special modules, especially in concentrators or consumer applications and half, d. H. smaller cells can be generated.

Die erfindungsgemäße Zell- und Kontaktstruktur ist sowohl translationssymmetrisch als auch punktsymmetrisch um den Zellmittelpunkt. Hierdurch können Wafer nebeneinander gelegt und untereinander verbunden werden, ohne dass auf eine richtige Orientierung zu achten ist. Hierbei müssen die Kammbahnen immer senkrecht stehen, wenn die Zellen seitlich aneinanderliegend verbunden werden sollen.The cell and contact structure according to the invention is both translationally symmetric and point-symmetrical about the cell center. As a result, wafers can be placed side by side and connected to each other, without having to pay attention to a correct orientation. Here, the comb sheets must always be vertical when the cells are to be connected side by side.

Die Zahl der Streifenleitungen für die Zellverbindung im Modul ist über die gewählte Zellularstruktur einstellbar. Diese Leitungen sind als einfache Kupferbändchen ausführbar, die sämtlich parallel von kurz hinter der senkrechten Mittellinie eines Wafers bis kurz vor die senkrechte Mittellinie des Machbarwafers reichen. In Verbindung mit einer optionalen Abdeckung des Wafers mit Lötstopplack, der einen mechanischen Schutz und elektrische Isolation der Kammstruktur gegenüber der Lötung darstellt, wird durch die erfindungsgemäße Kontaktstruktur eine höchst einfach zu automatisierende und daher kostengünstige Stringing-Technologie ermöglicht.The number of strip lines for the cell connection in the module can be set via the selected cellular structure. These lines can be implemented as simple copper strips, all of which extend in parallel from just behind the vertical centerline of a wafer to just short of the vertical centerline of the machinable wafer. In conjunction with an optional cover of the wafer with solder resist, which provides a mechanical protection and electrical isolation of the comb structure with respect to the soldering, a highly easy to automate and therefore cost-saving stringing technology is made possible by the inventive contact structure.

Claims (6)

Interdigitale Kontaktstreifenanordnung einer Rückseitenkontakt-Solarzelle, welche lokale Kontakte, die zu n- und p-dotierten Bereichen führen, jeweils untereinander verbinden, um auf einem Gesamtwafer Abschnitte des Wafers zu einer Halbleiterdiode zu verschalten, wobei – als kleinste Diodeneinheit eine Zelle gebildet ist, deren Basiskontaktstreifen und Emitterkontaktstreifen in Kontaktkämmen mit paralleler Kontaktfingerstruktur ausgeführt sind, wobei eine ungerade Anzahl von Kontaktkämmen beider Polaritäten ausgebildet ist, die Kontaktkämme räumlich untereinander auf der Waferfläche positioniert sind und über jeweils seitlich angeordnete, gegenüberliegende Kammsammelbahnen verfügen, die den jeweiligen gemeinsamen Emitter- oder Basisanschluss der Zelle bilden, – die Kontaktkämme mit paralleler Kontaktfingerstruktur eine Länge von kleiner gleich einem Bruchteil der Waferseitenlänge aufweisen und auf der Hälfte ihrer Länge durch Stege untereinander verbunden sind, wodurch T-Strukturen erhalten werden; – weiterhin zwei spiegelbildlich ausgeführte T-Strukturen einen kompletten Kamm und eine einfache T-Struktur einen halben Kamm bilden, derart, dass – eine Grundzelle aus einer Kombination von zwei kompletten und einem halben Basiskamm und zwei kompletten und einem halben Emitterkamm besteht und diese Struktur 1/8 der Fläche des Wafers bedeckt; – zur Bildung einer Doppelzelle zwei Grundzellen spiegelbildlich zueinander angeordnet sind und die Doppelzelle 1/4 der Fläche des Wafers bedeckt; – eine Vierfachzelle aus zwei linear zueinander verschobenen Doppelzellen gebildet wird und diese die Hälfte der Waferfläche bedeckt und – eine Achtfachzelle aus zwei um 180° gegeneinander rotierten Vierfachzellen gebildet ist, welche den kompletten Wafer bedeckt.Interdigitale contact strip arrangement of a back-contact solar cell, which connect local contacts leading to n- and p-doped regions, each with each other to connect on a total wafer portions of the wafer to a semiconductor diode, wherein - As the smallest diode unit, a cell is formed, the base contact strips and emitter contact strips are formed in contact combs with parallel contact finger structure, wherein an odd number of contact combs of both polarities is formed, the contact combs are spatially positioned with each other on the wafer surface and each have laterally arranged, opposite comb collection paths which form the respective common emitter or base terminal of the cell, - The contact combs with parallel contact finger structure have a length of less than or equal to a fraction of the wafer side length and are interconnected by webs on half their length, whereby T-structures are obtained; - Furthermore, two mirror-inverted T-structures form a complete comb and a simple T-structure half a comb, such that - A basic cell consists of a combination of two complete and one half base crest and two complete and one half emitter comb and this structure covers 1/8 of the surface of the wafer; - To form a double cell two basic cells are arranged in mirror image to each other and the double cell covers 1/4 of the surface of the wafer; A quadruple cell is formed from two linearly displaced double cells and this covers half of the wafer surface and - An eight-compartment cell is formed of two 180 ° against each other rotated quadruple cells, which covers the entire wafer. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass für die Verbindung von Wafern zu kompletten Solarmodulen mit einer Vielzahl von Wafern die Löt-Verbindungspunkte der waagerecht liegenden Verbindungsstege der Emitterkämme auf der einen Hälfte der Kontaktstreifenstruktur des Gesamtwafers auf der gleichen Höhe liegt wie die Verbindungspunkte der waagerecht liegenden Verbindungsstege der Basiskämme auf der benachbarten anderen Hälfte der Kontaktstreifenstruktur des Wafers.Arrangement according to claim 1, characterized in that for the connection of wafers to complete solar modules with a plurality of wafers, the solder connection points of the horizontally disposed connecting webs of the emitter combs on one half of the contact strip structure of the total wafer is at the same height as the connecting points of the horizontal lying connecting webs of the base ridges on the adjacent other half of the contact strip structure of the wafer. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass für die Verbindung von Wafern zu kompletten Solarmodulen mit einer Vielzahl von Wafern die Löt-Verbindungspunkte der waagerecht liegenden Verbindungsstege der Basiskämme auf der einen Hälfte der Kontaktstreifenstruktur des Gesamtwafers auf der gleichen Höhe liegt wie die Verbindungspunkte oder Lötkontakte der waagerecht liegenden Verbindungsstege der Emitterkämme auf der benachbart danebenliegenden anderen Hälfte der Kontaktstreifenstruktur des Wafers.Arrangement according to claim 1 or 2, characterized in that for the connection of wafers to complete solar modules with a plurality of wafers, the solder connection points of the horizontally located connecting webs of the base combs on one half of the contact strip structure of the total wafer is at the same height as the connection points or solder contacts of the horizontal connecting webs of the emitter combs on the adjacent adjacent other half of the contact strip structure of the wafer. Anordnung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die lineare Anordnung der Lötkontaktpunkte auf den Basis- und Emitterkämmen der Waferhälften invariant gegen seitliche Verschiebung und invariant gegen Rotation um 180° ausgeführt ist.Arrangement according to claim 2 or 3, characterized in that the linear arrangement of the solder contact points on the base and emitter combs of the wafer halves is designed to be invariant against lateral displacement and invariant against rotation through 180 °. Anordnung nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindung von nebeneinander liegenden Wafern durch mindestens zwei leitfähige Streifen erfolgt, die von der senkrechten Mittelachse des ersten Wafers bis zur senkrechten Mittelachse des zweiten Wafers reichen und welche mit vorliegenden Lötpunkten auf den Verbindungsstegen der Basiskämme des ersten Wafers und den vorliegenden Lötpunkten auf den Verbindungsstegen der Emitterkämme des zweiten Wafers kontaktiert sind.Arrangement according to one of claims 2 to 4, characterized in that the connection of adjacent wafers by at least two conductive strips which extend from the vertical center axis of the first wafer to the vertical center axis of the second wafer and which present soldering points on the connecting webs the base crests of the first wafer and the present soldering points on the connecting webs of the emitter combs of the second wafer are contacted. Anordnung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die durchschnittliche Länge der Kontaktfinger eines Kontaktkamms höchstens 25,4 mm beträgt.Arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that the average length of the contact fingers of a contact comb is at most 25.4 mm.
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