DE102008047162A1 - Rear contact solar cell with integrated bypass diode and manufacturing method thereof - Google Patents
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Abstract
Es wird eine Rückkontaktsolarzelle vorgeschlagen, bei der in einem Halbleitersubstrat 1 entlang einer Rückseitenoberfläche Basisbereiche 7, Emitterbereiche 5, Bypassdiodenemitterbereiche 13 und Bypassdiodenbasisbereiche 11 ausgebildet sind. Die Bypassdiodenemitterbereiche und die Bypassdiodenbasisbereiche 13, 11 bilden eine in das Halbleitersubstrat 1 integrierte Bypassdiode und sind von benachbarten Emitter- und Basisbereichen 5, 7 elektrisch getrennt. Ermitterkontakte kontaktieren sowohl die Emitterbereiche 5 als auch die Bypassdiodenbasisbereiche 11. Basiskontakte 19 kontaktieren sowohl die Basisbereiche 7 als auch die Bypassdiodenemitterbereiche 13. Aufgrund der integrierten Bypassdiodenbereiche 9 und der entsprechenden Verschaltung mit den Emitter- und Basiskontakten 19, 21 kann auf diese Weise eine Rückkontaktsolarzelle mit integrierter Bypassdiode in einfacher Weise hergestellt werden.A back contact solar cell is proposed in which base regions 7, emitter regions 5, bypass diode emitter regions 13 and bypass diode base regions 11 are formed in a semiconductor substrate 1 along a rear side surface. The bypass diode emitter regions and the bypass diode base regions 13, 11 form a bypass diode integrated into the semiconductor substrate 1 and are electrically isolated from adjacent emitter and base regions 5, 7. Due to the integrated bypass diode regions 9 and the corresponding connection to the emitter and base contacts 19, 21, a back-contact solar cell can be involved in this way integrated bypass diode can be easily manufactured.
Description
BEREICH DER ERFINDUNGFIELD OF THE INVENTION
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Rückkontaktsolarzelle mit integrierter Bypass-Diode sowie ein Herstellungsverfahren für eine solche Rückkontaktsolarzelle.The The present invention relates to a back-contact solar cell with integrated Bypass diode and a manufacturing method for such a back-contact solar cell.
HINTERGRUND DER ERFINDUNGBACKGROUND OF THE INVENTION
Eine übliche Form der Nutzung von Solarzellen ist ihre Verschaltung zu Modulen. In diesen Modulen wird jeweils eine bestimmte Anzahl von Solarzellen zu sogenannten „Strings” in Reihe geschaltet. Die Reihenschaltung ist erstrebenswert, da sich in dieser Weise die Spannungen der einzelnen Solarzellen des Strings addieren und die durch die gesamte Reihenschaltung fließende Stromstärke der von einer einzelnen Solarzelle generierten Stromstärke entspricht. Da Widerstandsverluste eine Funktion der Stromstärke sind, wird durch die Reihenschaltung der Solarzellen zu Strings der Verlust an elektrischer Energie in den Widerständen der stromführenden Leitungen innerhalb eines Moduls minimiert.A common form The use of solar cells is their interconnection to modules. In These modules each have a certain number of solar cells to so-called "strings" in series connected. The series connection is desirable, since in this way add the voltages of the individual solar cells of the string and the current flowing through the entire series connection of the corresponds to a current generated by a single solar cell. Since resistance losses are a function of the current, the series connection of the Solar cells to strings the loss of electrical energy in the resistors the live wires minimized within a module.
Ist in einem solchen String jedoch eine der Solarzellen abgeschattet oder defekt, so wird nicht nur in dieser abgeschatteten Zelle kein Beitrag zur Generation von elektrischer Energie geleistet, sondern diese Zelle behindert bzw. blockiert den Stromfluss durch den gesamten String. Das heißt, der Licht-generierte Strom der nicht abgeschatteten Zellen wird, soweit es die summierte Spannung der nicht abgeschatteten Zellen zulässt, durch die abgeschattete Zelle, die in diesem Fall als pn-Diode in Sperrrichtung wirkt, getrieben. Hierbei wird eine unter Umständen erhebliche elektrische Leistung in der abgeschatteten Zelle umgesetzt, die zu starken lokalen Erwärmungen und letztendlich zu Beschädigungen des Moduls führen kann.is in such a string, however, one of the solar cells is shaded or defective, not only in this shadowed cell will not Contributed to the generation of electrical energy, but This cell obstructs or blocks the flow of current through the whole String. This means, the light-generated stream of unshaded cells becomes as far as the summed voltage of the unshaded cells allows, through the shadowed cell, which in this case is called pn diode in Reverse direction acts, driven. This is a significant under certain circumstances electrical power implemented in the shadowed cell, the to strong local warming and ultimately damage the Module lead can.
Aus diesem Grunde werden in Modulverschaltungen sogenannte Bypass-Dioden eingebaut, die einen ganzen String, Teilbereiche eines Strings oder auch nur eine einzelne Solarzelle eines Strings derart überbrücken können, dass bei Teilabschattungen die in dem verbleibenden Teil des Strings erzeugte elektrische Energie durch die Bypass-Diode fließen kann, anstatt durch die abgeschattete oder defekte Solarzelle. Hierzu wird herkömmlicherweise eine separate pn-Diode in Durchlassrichtung parallel zu dem zu überbrückenden Stringbereich geschaltet.Out For this reason, so-called bypass diodes are used in module interconnections built in, which is a whole string, parts of a string or even a single solar cell of a string can bridge so that for partial shadowing, those in the remaining part of the string generated electrical energy can flow through the bypass diode, instead of through the shaded or broken solar cell. For this becomes conventionally a separate pn diode in the forward direction parallel to the to be bridged String range switched.
Diese Art der Verschaltung mit Bypass-Dioden ist eine Methode, bei der eine Schädigung von Solarzellen bzw. des ganzen Solarmoduls, vermieden werden kann und die erreicht, dass zumindest ein Teil der beleuchteten Solarzellen noch zur Bereitstellung elektrischer Energie beitragen kann.These Type of wiring with bypass diodes is a method in which a damage of solar cells or the whole solar module, can be avoided and that achieves that at least part of the illuminated solar cells still contribute to the provision of electrical energy.
Es ist jedoch anzumerken, dass für den Fall, dass eine Bypass-Diode einem ganzen String oder einem aus mehreren Solarzellen bestehenden Teilbereich eines Strings zugeordnet wird, auch bei Abschattung nur einer einzelnen Solarzelle auch die Leistung der anderen Solarzellen in dem String bzw. Teilstring der Stromerzeugung in dem Modul nicht mehr zur Verfügung stehen. Die Solarzellen im Modul werden daher bei Abschattung einzelner Zellen nicht optimal für die Bereitstellung elektrischer Energie genutzt. Der hierzu alternative Fall, jede einzelne Solarzelle mit einer ihr zugeordneten Bypass-Diode zu versehen, bedeutet bei herkömmlichen Solarzellen einen erheblichen zusätzlichen Verschaltungs- und Kostenaufwand.It However, it should be noted that for the case that a bypass diode a whole string or a assigned to several solar cells subarea of a string Even when shading only a single solar cell and the performance the other solar cells in the string or partial string of power generation in the module is no longer available stand. The solar cells in the module are therefore shading individual Cells not optimal for used the provision of electrical energy. The alternative for this Case, every single solar cell with its associated bypass diode to provide, means in conventional Solar cells a significant additional interconnection and cost.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNGSUMMARY OF THE INVENTION
Es kann ein Bedarf an einer Solarzelle bestehen, die derart ausgestaltet ist, dass, wenn sie mit anderen Solarzellen in Serie zu einem String verschaltet ist, eine Abschattung der Solarzelle lediglich zu einem geringfügigen Leistungsverlust bezogen auf die von dem String zur Verfügung gestellte elektrische Leistung bewirkt. Ferner kann ein Bedarf für eine Solarzelle mit der genannten Eigenschaft bestehen, bei der kein zusätzlicher Verschaltungsaufwand nötig ist. Es kann außerdem Bedarf an einem Herstellungsverfahren für eine solche Solarzelle bestehen.It there may be a need for a solar cell configured in this way is that when used with other solar cells in series to form a string is interconnected, a shading of the solar cell only to one minor Loss of performance related to the string provided by the string electrical power causes. Further, there may be a need for a solar cell exist with the said property, in which no additional Verschaltungsaufwand necessary is. It can also Need for a manufacturing process for such a solar cell exist.
Dieser Bedarf kann durch den Gegenstand der unabhängigen Ansprüche erfüllt werden. Vorteilhafte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen beschrieben.This Requirements can be met by the subject-matter of the independent claims. Advantageous embodiments The present invention is described in the dependent claims.
Gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine Rückkontaktsolarzelle vorgeschlagen, bei der ein Halbleitersubstrat Basisbereiche, Emitterbereiche, Bypassdiodenbasisbereiche und Bypassdiodenemitterbereiche entlang einer Rückseitenoberfläche des Halbleitersubstrats aufweist. Die Basisbereiche und die Bypassdiodenbasisbereiche weisen einen Basis-Halbleitertyp, beispielsweise p-Typ, auf, wohingegen die Emitterbereiche und die Bypassdiodenemitterbereiche einen dem Basis-Halbleitertyp entgegengesetzten Emitter-Halbleitertyp, beispielsweise n-Typ, aufweisen. Die Bypassdiodenemitterbereiche sind von den Emitterbereichen durch dazwischen liegende Bereiche elektrisch getrennt, sodass im Normalbetrieb der Solarzelle keine Ladungsträger zwischen den Bypassdiodenemitterbereichen und den Emitterbereichen fließen können. Die dazwischen liegenden Bereiche können dabei beispielsweise Bereiche des Halbleitersubstrates vom Basis-Halbleitertyp sein. Die Bypassdiodenbasisbereiche sind von den Basisbereichen durch umgebende Bypassdiodenemitterbereiche ebenfalls elektrisch getrennt. Die Rückkontaktsolarzelle weist ferner Emitterkontakte zur elektrischen Kontaktierung der Emitterbereiche und der Bypassdiodenbasisbereiche sowie Basiskontakte zur elektrischen Kontaktierung der Basisbereiche und der Bypassdiodenemitterbereiche auf.According to a first aspect of the present invention, there is provided a back-contact solar cell in which a semiconductor substrate has base regions, emitter regions, bypass diode base regions, and bypass diode emitter regions along a back surface of the semiconductor substrate. The base regions and the bypass diode base regions have a basic semiconductor type, for example p-type, whereas the emitter regions and the bypass diode emitter regions have an emitter semiconductor type, for example n-type, which is opposite to the basic semiconductor type. The bypass diode emitter regions are electrically separated from the emitter regions by intervening regions, so that no charge carriers can flow between the bypass diode emitter regions and the emitter regions during normal operation of the solar cell. The intermediate regions may be, for example, regions of the semiconductor substrate of the basic semiconductor type. The bypass diode base regions are also electrically isolated from the base regions by surrounding bypass diode emitter regions. The back contact solar cell further comprises emitter contacts for electrical Contacting of the emitter regions and the Bypassdiodenbasisbereiche and base contacts for electrically contacting the base regions and the Bypassdiodenemitterbereiche on.
Dieser erste Aspekt der vorliegenden Erfindung kann als auf der folgenden Idee basierend angesehen werden: Bei der beschriebenen Rückkontaktsolarzelle sind an der Rückseitenoberfläche des Halbleitersubstrats nicht nur wie bei herkömmlichen Rückkontaktsolarzellen Basisbereiche und Emitterbereiche vorgesehen, sondern zusätzlich sind neben bzw. zwischen benachbarten Basis- und Emitterbereichen sogenannte Bypassdiodenbereiche vorgesehen. Diese Bypassdiodenbereiche weisen einen Bypassdiodenemitterbereich und einen Bypassdiodenbasisbereich auf. Der Bypassdiodenbasisbereich wird dabei von einem Emitterkontakt elektrisch kontaktiert, der gleichzeitig auch einen benachbarten Emitterbereich kontaktiert, so dass der Bypassdiodenbasisbereich mit dem benachbarten Emitterbereich elektrisch kurzgeschlossen ist. In ähnlicher Weise wird der Bypassdiodenemitterbereich von einem Basiskontakt elektrisch kontaktiert, der gleichzeitig einen benachbarten Basisbereich kontaktiert, so dass der Bypassdiodenemitterbereich mit dem benachbarten Basisbereich kurzgeschlossen ist. Um elektrische Kurzschlüsse innerhalb der Solarzelle zu vermeiden, sind die mit einem Basiskontakt in Verbindung stehenden Bypassdiodenemitterbereiche von benachbarten Emitterbereichen durch dazwischen liegende Bereiche räumlich und insbesondere auch elektrisch getrennt. In ähnlicher Weise sind auch die mit dem Emitterkontakt in Verbindung stehenden Bypassdiodenbasisbereiche von benachbarten mit den Basiskontakten in Verbindung stehenden Basisbereichen durch umgebende Bypassdiodenemitterbereiche räumlich und insbesondere elektrisch getrennt.This First aspect of the present invention may be as follows Idea based considered: In the described back-contact solar cell are on the back surface of the semiconductor substrate not just like conventional back-contact solar cells Base areas and emitter areas provided, but in addition are next to or between adjacent base and emitter regions so-called Bypass diode areas provided. These bypass diode areas have a bypass diode emitter region and a bypass diode base region on. The bypass diode base region is in this case of an emitter contact electrically contacted, at the same time also an adjacent emitter area contacted, so that the bypass diode base region with the adjacent Emitter region is electrically shorted. In a similar way For example, the bypass diode emitter region becomes electrically conductive from a base contact contacted, which simultaneously contacted a neighboring base area, so that the bypass diode emitter region with the adjacent base region shorted. To electrical short circuits within the solar cell To avoid these are those related to a base contact Bypass diode emitter regions of adjacent emitter regions intervening areas spatially and in particular also electrically separated. Similarly, those with the emitter contact associated bypass diode base regions from adjacent ones related to the base contacts Base areas by surrounding bypass diode emitter areas spatially and especially electrically isolated.
Auf diese Weise kann eine von den Bypassdiodenemitterbereichen und Bypassdiodenbasisbereichen gebildete Bypassdiode an der Rückseitenoberfläche des Halbleitersubstrats in die Rückkontaktsolarzelle integriert werden. p- und n-Typ-Bereiche der Bypass-Diode sind dabei mit den Emitterkontakten und den Basiskontakten in umgekehrter Polung verschaltet, wie die eigentlichen, Strom-sammelnden p- und n-Typ-Bereiche der Basis und des Emitters der Rückkontaktsolarzelle. Mit anderen Worten ist die pn-Diode, die von den Bypassdiodenemitterbereichen und den Bypassdiodenbasisbereichen gebildet wird, in umgekehrter Polung mit den Emitterkontakten und Basiskontakten verschaltet, wie die pn-Diode, die von den benachbarten Basis- und Emitterbereichen gebildet wird und die im Normalbetrieb der Solarzelle deren elektrische Leistung generieren. Da alle zu kontaktierenden Bereiche an der Rückseite der Solarzelle angeordnet sind, ist eine solche Verschaltung sehr einfach realisierbar.On this may be one of the bypass diode emitter areas and bypass diode base areas formed bypass diode at the back surface of the Semiconductor substrate in the back-contact solar cell to get integrated. p- and n-type regions of the bypass diode are included interconnected with the emitter contacts and the base contacts in reverse polarity, like the actual, current-collecting p- and n-type regions of the Base and the emitter of the back contact solar cell. In other words, the pn diode is that of the bypass diode emitter regions and the bypass diode base regions is formed, in reverse Polarity connected with the emitter contacts and base contacts, like the pn diode, which is formed by the adjacent base and emitter regions and the normal operation of the solar cell whose electrical power to generate. Since all areas to be contacted at the back of the Solar cell are arranged, such an interconnection is very simple realizable.
Für den Fall, dass eine derart ausgebildete Rückkontaktsolarzelle innerhalb eines mehrere Solarzellen aufweisenden Strings abgeschattet würde, kann die von den Bypassdiodenemitterbereichen und Bypassdiodenbasisbereichen gebildete pn-Diode als in Durchlassrichtung geschaltete Bypass-Diode für die Rückkontaktsolarzelle wirken.In the case, that such a trained back-contact solar cell shaded within a string having multiple solar cells would, can that of the bypass diode emitter areas and bypass diode base areas formed pn diode as a forward-biased bypass diode for the Back contact solar cell Act.
Weitere Merkmale, Einzelheiten und mögliche Vorteile von Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Rückkontaktsolarzelle werden im Anschluss erläutert.Further Features, details and possible Advantages of embodiments the back contact solar cell according to the invention will be explained below.
Unter einer Rückkontaktsolarzelle kann vorliegend eine Solarzelle verstanden werden, bei der sowohl die Emitterkontakte als auch die Basiskontakte an einer Rückseite, das heißt einer im Einsatz dem eingestrahlten Licht abgewandten Seite der Solarzelle, angeordnet sind. Hierzu werden zumindest Teile des den Strom-sammelnden pn-Übergang bildenden Emitters an der Rückseitenoberfläche der Solarzelle ausgebildet und dort von den Emitterkontakten kontaktiert.Under a back-contact solar cell In the present case, a solar cell can be understood in which both the emitter contacts as well as the base contacts on a back, this means one in use the irradiated light opposite side of Solar cell, are arranged. For this purpose, at least parts of the Current-collecting pn junction forming emitter at the back surface of the Solar cell formed and contacted there by the emitter contacts.
Zusätzlich zu den allgemeinen Vorteilen von Rückkontaktsolarzellen, nämlich, dass aufgrund des Verzichts auf Emitterkontakte auf der Solarzellenvorderseite Abschattungsverluste vermieden werden können und dass aufgrund der Tatsache, dass sowohl die Emitterkontakte als auch die Basiskontakte auf der Zellrückseite angeordnet sind, die Zellen in einfacher Weise miteinander verschaltet werden können, weist die hier vorgestellte Rückkontaktsolarzelle bei Verschaltung von mehreren Solarzellen in Strings aufgrund der integrierten Bypassdiodebereiche den Vorteil auf, dass auf zusätzliche, extern zu verschaltende Bypassdioden verzichtet werden kann, was den Verschaltungsaufwand deutlich reduziert.In addition to the general advantages of back-contact solar cells, namely, that due to the absence of emitter contacts on the solar cell front Shading losses can be avoided and that due to the Fact that both the emitter contacts and the base contacts on the cell back are arranged, the cells interconnected in a simple manner can be has the back-contact solar cell presented here Interconnection of multiple solar cells in strings due to the integrated Bypass diode ranges have the advantage that additional, can be omitted externally bypassing diodes, which the Circulation costs significantly reduced.
Das Halbleitersubstrat kann beispielsweise ein Silizium-Wafer sein. Es kann beispielsweise mit Bor in einer relativ geringen Dotierungskonzentration von etwa 0,01 – 5 × 1016 cm–3 dotiert sein, so dass der Basis-Halbleitertyp ein p-Halbleitertyp ist. Alternativ kann das Halbleitersubstrat mit Phosphor dotiert sein, so dass der Basis-Halbleitertyp ein n-Halbleitertyp ist.The semiconductor substrate may be, for example, a silicon wafer. For example, it may be doped with boron in a relatively low doping concentration of about 0.01 - 5 × 10 16 cm -3 so that the basic semiconductor type is a p-type semiconductor. Alternatively, the semiconductor substrate may be doped with phosphorus so that the basic semiconductor type is an n-type semiconductor.
Alternativ kann das Halbleitersubstrat auch aus einem beliebigen anderen Halbleiter bestehen. Es kann auch als Halbleiter-Dünnschicht vorgesehen werden.alternative For example, the semiconductor substrate may be made of any other semiconductor consist. It can also be provided as a semiconductor thin film.
Die Emitterbereiche können sich entlang der Rückseitenoberfläche des Halbleitersubstrats direkt an der Oberfläche erstrecken, es können aber auch Teile der Emitterbereiche, insbesondere in eventuell vorgesehenen Überlappungsbereichen mit den Basisbereichen, nicht direkt an die Oberfläche angrenzen, sondern sich etwas tiefer im Inneren des Halbleitersubstrats erstrecken. Diese im Inneren „vergrabenen” Emitterbereiche können in elektrischem Kontakt mit den an die Rückseitenoberfläche angrenzenden Regionen der Emitterbereiche stehen, so dass sie von dort aus auch elektrisch durch die Emitterkontakte kontaktiert werden können.The emitter regions may extend along the back surface of the semiconductor substrate directly at the surface, but also parts of the emitter regions, in particular in possibly provided overlapping regions with the base regions, may not directly adjoin the surface, but rather slightly deeper inside the half conductor substrate extend. These emitter regions which are "buried" in the interior can be in electrical contact with the regions of the emitter regions adjoining the backside surface, so that they can also be contacted electrically therefrom by the emitter contacts.
Die Emitterbereiche bzw. die Bypassdiodenemitterbereiche können durch Eindiffundieren von Dotanden in das Halbleitersubstrat erzeugt werden. Beispielsweise kann in einem Halbleitersubstrat vom p-Typ durch lokales Eindiffundieren von Phosphor ein Emitterbereich vom n-Typ erzeugt werden. Alternativ können die Emitterbereiche jedoch auch durch andere Verfahren wie zum Beispiel durch Ionenimplantation oder Legieren erzeugt werden, so dass sich eine sogenannte Homo-Junction, das heißt ein pn-Übergang mit gegensätzlich dotierten Bereichen eines gleichen Halbleitergrundmaterials, wie zum Beispiel Silizium, ergibt. Alternativ können die Emitterbereiche auch epitaktisch abgeschieden werden, beispielsweise aufgedampft oder aufgesputtert werden, so dass sich Homo- oder sogenannte Hetero-Junctions ergeben, das heißt, dass im Falle von Hetero-Junctions pn-Übergänge vorliegen zwischen einem ersten Halbleitermaterial vom Basis-Halbleitertyp und einem zweiten Halbleitermaterial eines Emitter-Halbleitertyps. Ein mögliches Beispiel sind Emitterbereiche aus mittels der PECVD-Technik aufgebrachten amorphen Siliziumschichten (a-Si) auf einem Halbleitersubstrat aus kristallinem Silizium (c-Si).The Emitter regions or the bypass diode emitter regions can by Diffusing dopants are generated in the semiconductor substrate. For example, in a p-type semiconductor substrate local diffusion of phosphorus an n-type emitter region be generated. Alternatively you can However, the emitter areas also by other methods such as be produced by ion implantation or alloying, so that a so-called homo-junction, that is a pn junction with oppositely doped Areas of a same semiconductor base material, such as Silicon, results. Alternatively you can the emitter regions are also epitaxially deposited, for example vaporized or sputtered so that homo- or so-called Hetero-junctions result, that is, in the case of hetero junctions, pn junctions exist between one first semiconductor material of the basic semiconductor type and a second semiconductor material Semiconductor material of an emitter semiconductor type. A possible Examples are emitter regions applied by means of the PECVD technique amorphous silicon layers (a-Si) on a semiconductor substrate crystalline silicon (c-Si).
Auch die Basisbereiche bzw. Bypassdiodenbasisbereiche können mittels eines der oben genannten Herstellungsverfahren erzeugt werden, wobei jedoch eine Erzeugung durch lokales Eindiffundieren eines Dotanden zur Bildung der Basisbereiche bevorzugt sein kann, aufgrund der damit verbundenen Bildung von vorteilhaften Dotierungsprofilen.Also the base regions or bypass diode base regions can be connected by means of one of the above manufacturing methods are produced, wherein but generation by local in-diffusion of a dopant may be preferred for forming the base regions, due to associated formation of advantageous doping profiles.
Ein wesentliches Merkmal für die erfindungsgemäße Rückkontaktsolarzelle ist, dass die Bypassdiodenemitterbereiche, die mit dem Basiskontakt verbunden sind, von benachbarten Emitterbereichen, die mit dem Emitterkontakt verbunden sind, elektrisch getrennt sind. Hierzu können dazwischen liegende Bereiche vom Basis-Halbleitertyp dienen. Diese dazwischen liegenden Bereiche können beispielsweise herstellungsbedingt beim Ausbilden der Emitterbereiche und der Bypassdiodenemitterbereiche zwischen diesen verbleiben. Beispielsweise können die Emitterbereiche und die Bypassdiodenemitterbereiche in ein Halbleitersubstrat vom Basis-Halbleitertyp lokal eindiffundiert werden, beispielsweise unter Verwendung von Masken oder Fotolithographie, wobei dazwischen liegende Bereiche gegen Eindiffusion geschützt werden und somit vom Basis-Halbleitertyp verbleiben. Alternativ kann auch zunächst ein zusammenhängender Emitterbereich erzeugt werden, der anschließend durch Ausbilden von Untertrennungen in normale Emitterbereiche und Bypassdiodenemitterbereiche unterteilt wird. Die Untertrennungen können dabei beispielsweise durch lokales Entfernen von Emitter-Teilbereichen, beispielsweise durch Wegätzen oder Weglasern, oder durch lokales Überkompensieren von Emitterbereichen beispielsweise durch lokales Eindiffundieren von Dotanden des Basis-Halbleitertyps erzeugt werden.One essential feature for the back contact solar cell according to the invention is that the bypass diode emitter areas, with the base contact are connected, from adjacent emitter areas, to the emitter contact are connected, are electrically isolated. This can be in between serve lying areas of the basic semiconductor type. These in between lying areas can For example, due to the manufacturing process when forming the emitter regions and the bypass diode emitter regions remain between them. For example, the Emitter regions and the bypass diode emitter regions in a semiconductor substrate of the basic semiconductor type are locally diffused, for example using masks or photolithography, with in between lying areas are protected against diffusion and thus of the basic semiconductor type remain. Alternatively, first, a coherent Emitter area are generated, which then by forming sub-separations divided into normal emitter areas and bypass diode emitter areas becomes. The subdivisions can doing so, for example by local removal of emitter subregions, for example by etching away or path lasers, or by locally overcompensating emitter regions for example, by local in-diffusion of dopants of the basic semiconductor type be generated.
Unter einer „elektrischen Trennung” soll hierbei verstanden werden, dass zwischen den entsprechenden Bereichen im Normalbetrieb der Solarzelle keine signifikanten Ströme, wie sie beispielsweise den Wirkungsgrad der Solarzelle negativ beeinflussen könnten, fließen können. Es kann jedoch trotz elektrischer Trennung möglich sein, dass geringfügige Ströme bzw. Stromdichten im Bereich von weniger als 0.1 mA/cm2, z. B. aufgrund von Minoritätsladungsträgerströmen im Sperrsättigungsbetrieb, fließen können.By "electrical isolation" is to be understood here that between the corresponding areas in normal operation of the solar cell no significant currents, as they could, for example, adversely affect the efficiency of the solar cell, can flow. However, it may be possible, despite electrical isolation, that minor currents or current densities in the range of less than 0.1 mA / cm 2 , z. B. due to minority carrier currents in the blocking saturation mode, can flow.
Ein weiteres wichtiges Merkmal für die erfindungsgemäße Rückkontaktsolarzelle ist, dass die mit dem Emitterkontakt verbundenen Bypassdiodenbasisbereiche von den mit dem Basiskontakt verbundenen Basisbereichen durch umgebende Bypassdiodenemitterbereiche getrennt sind. Die Bypassdiodenemitterbereiche sollten dabei die Bypassdiodenbasisbereiche vollständig umgeben, so dass kein elektrischer Kontakt zu den mit dem Basiskontakt verbundenen Basisbereichen möglich ist. Hierzu kann beispielsweise zunächst ein Bypassdiodenemitterbereich tief eindiffundiert werden und anschließend ein stärker dotierter Bypassdiodenbasisbereich in einen Teilbereich dieses Bypassdiodenemitterbereichs eindiffundiert werden und dadurch eine lokale Überkompensierung erreicht werden. Der Bypassdiodenbasisbereich kann dabei quasi wie in einer Wanne liegend von dem Bypassdiodenemitterbereich umgeben sein.One another important feature for the back contact solar cell according to the invention is that the bypass diode base regions connected to the emitter contact from the basic areas connected to the base contact by surrounding ones Bypassdiodenemitterbereiche are separated. The bypass diode emitter areas should completely surround the bypass diode base regions, so no electrical contact to those connected to the base contact Base areas possible is. For this purpose, for example, first a bypass diode emitter area be deeply diffused and then a more heavily doped bypass diode base area in diffused a portion of this bypass diode emitter region become a local overcompensation be achieved. The Bypassdiodenbasisbereich can almost like Surrounded in a tub by the bypass diode emitter region be.
Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung sind die Bypassdiodenemitterbereiche von den Emitterbereichen durch dazwischen liegende Bereiche vom Basis- Halbleitertyp getrennt. Wie bereits oben angedeutet, ist eine solche Ausgestaltung in verfahrenstechnisch einfacher Weise herstellbar, indem in ein Halbleitersubstrat vom Basis-Halbleitertyp lokal Emitterbereiche und Bypassdiodenemitterbereiche eingebracht werden.According to one embodiment The present invention provides the bypass diode emitter regions from the emitter regions through intervening regions of Basic semiconductor type separated. As already indicated above, such an embodiment in procedurally simple manner to produce by in a Semiconductor semiconductor type semiconductor substrate local emitter areas and bypass diode emitter areas introduced become.
Bei den bisher beschriebenen Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Rückkontaktsolarzelle können mit dem Basiskontakt in Verbindung stehende Bypassdiodenemitterbereiche direkt an den Absorber der Rückkontaktsolarzelle, der im Allgemeinen vom Basis-Halbleitertyp-artigen Halbleitersubstrat gebildet wird, angrenzen. Die dabei entstehenden Grenzflächen können wie Bereiche sehr hoher (Oberflächen- bzw. Grenzflächen-)Rekombination wirken. Um den dadurch entstehenden negativen Effekt auf die Solarzelle möglichst gering zu halten, sollte die Geometrie und Ausgestaltung der Bypassdiodenbereiche entsprechend gewählt werden. Insbesondere kann es vorteilhaft sein, den Anteil der Bypassdiodenbereiche an der gesamten Rückseitenoberfläche möglichst gering zu halten, beispielsweise kleiner als 10%, vorzugsweise kleiner als 5% und stärker bevorzugt kleiner als 1% Flächenanteil.In the embodiments of the back contact solar cell according to the invention described so far, bypass diode emitter regions in communication with the base contact can be directly adjacent to the absorber of the back contact solar cell, which is generally formed by the basic semiconductor type semiconductor substrate. The resulting interfaces can be very high like areas (Surface or interface) recombination act. In order to minimize the resulting negative effect on the solar cell, the geometry and design of the bypass diode regions should be selected accordingly. In particular, it may be advantageous to minimize the proportion of bypass diode regions on the entire rear surface, for example less than 10%, preferably less than 5% and more preferably less than 1% area fraction.
Alternativ kann der potentiell negative Einfluss der Bypassdiodenbereiche auf den Wirkungsgrad der Solarzelle dadurch reduziert werden, dass die Rückkontaktsolarzelle gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ferner Bypassdiodenumhüllungsbereiche vom Basis-Halbleitertyp aufweist, die die Bypassdiodenemitterbereiche zumindest teilweise umgeben und die eine höhere Dotierungskonzentration aufweisen als daran angrenzende Bereiche des Halbleitersubstrats. Mit anderen Worten soll gemäß dieser Ausführungsform verhindert werden, dass die Bypassdiodenemitterbereiche direkt an schwach dotierte Basisbereiche des Absorbers der Rückkontaktsolarzelle angrenzen. Stattdessen sollen die Bypassdiodenemitterbereiche von stark dotierten Bypassdiodenumhüllungsbereichen vom Basis-Halbleitertyp möglichst weitgehend umhüllt werden, vorzugsweise komplett abgekapselt werden. Stark dotierte Bypassdiodenumhüllungsbereiche vom Basis-Halbleitertyp können dabei mit den stark dotierten Bereichen unten den Basiskontakten direkt in Kontakt stehen. Sie können alternativ aber auch voneinander durch schwächer dotierte Bereiche vom Basis-Halbleitertyp getrennt sein. Die Bypassdiodenumhüllungsbereiche wirken wie ein lokales BSF (Back Surface Field), das verhindern soll, dass im Absorber erzeugte Minoritätsladungsträger hin zu der Grenzfläche zu den Bypassdiodenemitterbereichen diffundieren und dort rekombinieren.alternative can the potentially negative influence of the bypass diode areas on the efficiency of the solar cell can be reduced by the fact that Back contact solar cell according to a another embodiment The present invention further includes bypass diode cladding regions of the basic semiconductor type comprising the bypass diode emitter regions at least partially surrounded and the one higher doping concentration have as adjacent thereto areas of the semiconductor substrate. In other words, according to this Embodiment prevented be that the bypass diode emitter areas directly to weakly doped Base regions of the absorber of the back contact solar cell adjacent. Instead the bypass diode emitter regions are intended to be heavily doped bypass diode cladding regions of the basic semiconductor type possible largely enveloped be, preferably completely encapsulated. Heavily endowed Bypass diodes serving areas of the basic semiconductor type doing so with the heavily doped areas below the base contacts directly stay in contact. You can alternatively but also from each other by weaker doped areas of Separate basic semiconductor type. The bypass diode cladding areas act like a local BSF (Back Surface Field) that prevent is intended that in the absorber generated minority carrier to the interface with the Diffuse bypass diode emitter areas and recombine there.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform sind die Bypassdiodenbereiche bzw. die darin enthaltenen Bypassdiodenemitterbereiche im Wesentlichen homogen über die Rückseitenoberfläche verteilt. Mit anderen Worten sollen die Bypassdiodenbereiche nicht auf einen kleinen Teilbereich der Rückseitenoberfläche der Solarzelle beschränkt sein, sondern sich über die gesamte Rückseitenoberfläche hin verteilen. Dies fördert einerseits eine gute, gleichmäßige Verteilung einer Dissipation von eventuell in den Bypassdioden erzeugter Wärme und ist andererseits verhältnismäßig einfach herzustellen.According to one another embodiment are the bypass diode regions or the bypass diode emitter regions contained therein essentially homogeneous over the back surface is distributed. In other words, the bypass diode areas should not be one small portion of the back surface of the Solar cell limited be, but over the entire back surface down to distribute. This promotes on the one hand a good, even distribution a dissipation of possibly generated in the bypass diodes heat and On the other hand, it is relatively simple manufacture.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung sind die Emitterkontakte und die Basiskontakte jeweils als längliche, kammartig ineinander greifende Finger ausgebildet.According to one another embodiment of the present invention are the emitter contacts and the base contacts each as elongated, formed comb-like interlocking fingers.
Die Emitterbereiche und die Basisbereiche können dabei, in einer Draufsicht auf die Rückseitenoberfläche des Halbleitersubstrats gesehen, jeweils ebenfalls eine kammartige Struktur aufweisen, bei der jeweils lineare fingerartige Emitterbereiche zu linearen fingerartigen Basisbereichen benachbart sind bzw. an diese angrenzen. Eine solche verschachtelte Struktur wird auch als „interdigitated” bezeichnet. Zwischen einzelnen Emitter- und Basisbereichen können Bypassdiodenbereiche angeordnet sein, die vorzugsweise parallel zu diesen verlaufen oder aber mit gewissen Abständen im Zwischenfingergebiet Bereiche für Bypassdioden vorgesehen sind.The Emitter areas and the base areas can, in a plan view on the back surface of the Semiconductor substrate, each also a comb-like structure each having linear finger-like emitter regions are adjacent to linear finger-like base areas or on adjoin them. Such a nested structure is also referred to as "interdigitated". Bypass diode regions can be arranged between individual emitter and base regions. which preferably run parallel to these or with certain intervals In the intermediate finger area areas are provided for bypass diodes.
Sowohl die Emitterkontakte als auch die Basiskontakte können jeweils in Form einer lokalen Metallisierung beispielsweise in Form von fingerartigen Grids ausgebildet sein. Hierzu können Metalle wie zum Beispiel Silber oder Aluminium lokal beispielsweise durch eine Maske oder unter Verwendung von Photolithographie oder Siebdruck oder anderer Verfahren auf die Basis- bzw. Emitterbereiche abgeschieden werden, beispielsweise durch Aufdampfen oder Aufsputtern oder auch durch Verwendung von Siebdruck- oder Dispensverfahren. Generell können alle Verfahren verwendet werden, die es ermöglichen, Kontakte lokal, beispielsweise Finger- oder Grid-förmig, an einer Substratrückseite auszubilden, einschließlich der Möglichkeit, ganzflächige Metallschichten aufzubringen, die im Nachhinein durch lokales Entfernen strukturiert werden. Zur Vermeidung von Kurzschlüssen zwischen den Emitterkontakten und den Basiskontakten kann zwischen den beiden jeweils ein elektrisch isolierender Spalt vorgesehen sein.Either The emitter contacts as well as the base contacts can each be in the form of a local metallization, for example in the form of finger-like grids be educated. You can do this Metals such as silver or aluminum locally, for example through a mask or using photolithography or Screen printing or other methods on the base or emitter areas are deposited, for example by vapor deposition or sputtering or also by using screen printing or dispensing methods. In general, everyone can Procedures are used that allow contacts locally, for example Finger- or grid-shaped, on a substrate back to train, including The possibility, whole-area Apply metal layers, which in retrospect by local removal be structured. To avoid short circuits between the emitter contacts and The base contacts can be between the two each one electrically be provided insulating gap.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zum Herstellen einer Rückkontaktsolarzelle vorgeschlagen, wobei das Verfahren die folgenden Schritte aufweist: Bereitstellen eines Halbleitersubstrats; Ausbilden von Basisbereichen, Emitterbereichen, Bypassdiodenbasisbereichen und Bypassdiodenemitterbereichen entlang einer Rückseitenoberfläche des Halbleitersubstrats und Ausbilden von Emitterkontakten zur elektrischen Kontaktierung der Emitterbereiche und der Bypassdiodenbasisbereiche sowie von Basiskontakten zur elektrischen Kontaktierung der Basisbereiche und der Bypassdiodenemitterbereiche. Die Bypassdiodenemitterbereiche sind dabei von den Emitterbereichen durch dazwischen liegende Bereiche, vorzugsweise durch Bereiche vom Basis-Halbleitertyp, elektrisch getrennt. Die Bypassdiodenbasisbereiche sind von benachbarten Basisbereichen durch umgebende Bypassdiodenemitterbereiche elektrisch getrennt.According to one Another aspect of the present invention is a method for Producing a back-contact solar cell proposed, the method comprising the following steps: Providing a semiconductor substrate; Forming base areas, Emitter areas, bypass diode base areas and bypass diode emitter areas along a back surface of the Semiconductor substrate and forming emitter contacts for electrical Contacting the emitter regions and the bypass diode base regions as well as base contacts for electrical contacting of the base areas and the bypass diode emitter areas. The bypass diode emitter areas are from the emitter areas by intervening areas, preferably by areas of the basic semiconductor type, electrically separated. The bypass diode base regions are of adjacent base regions electrically isolated by surrounding bypass diode emitter areas.
Die lokal verschieden dotierten Bereiche können mittels unterschiedlicher Verfahren erzeugt werden, beispielsweise durch lokales Eindiffundieren unter Verwendung beispielsweise von Masken oder Lithographie, durch Ionenimplantation, durch lokales Einlegieren, durch epitaktisches Aufbringen entsprechender Schichten, etc.The locally differently doped regions can be produced by means of different methods, for example by local diffusion using, for example, masks or lithography, by ion implantation, by local alloying, by epitaxial deposition of appropriate layers, etc.
Die Emitter- und Basiskontakte können ebenfalls mittels verschiedener Verfahren ausgebildet werden, beispielsweise durch lokales Aufdampfen von Metallen zum Beispiel unter Verwendung von Masken oder Lithographie oder auch durch Verwendung von Siebdruck- oder Dispensverfahren. Generell können alle Verfahren verwendet werden, die es ermöglichen, Kontakte lokal, beispielsweise Finger- oder Grid-förmig, an einer Substratrückseite auszubilden, einschließlich der Möglichkeit, ganzflächige Metallschichten aufzubringen, die im Nachhinein durch lokales Entfernen strukturiert werden.The Emitter and base contacts can also be formed by various methods, for example by locally depositing metals, for example, using masks or lithography, or even by using screen printing or dispensing techniques. Generally speaking Any method that allows contacts to be used locally, for example Finger- or grid-shaped, on a substrate back to train, including The possibility, full-surface metal layers subsequently structured by local removal become.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung werden zuerst die Bypassdiodenemitterbereiche mit einer ersten Tiefe und einer ersten Dotierungskonzentration und dann die Bypassdiodenbasisbereiche mit einer zweiten Tiefe und einer zweiten Dotierungskonzentration ausgebildet, wobei die erste Tiefe größer ist als die zweite Tiefe und wobei die erste Dotierungskonzentration kleiner ist als die zweite Dotierungskonzentration. Mit anderen Worten wird zunächst ein relativ schwach dotierter, tiefer Bypassdiodenemitter gebildet, der dann lokal von einem stärker dotierten, flacheren Bypassdiodenbasisbereich lokal überkompensiert werden kann. Dabei können außerhalb der überkompensierten Bereiche tiefer gelegene Bypassdiodenemitterbereiche verbleiben, so dass ein Bypassdiodenemitterbereich einen jeweiligen Bypassdiodenbasisbereich vollständig umgibt und damit gegen sonstige Basis-Halbleitertyp-Bereiche der Solarzelle abkapselt.According to one another embodiment The present invention first uses the bypass diode emitter regions with a first depth and a first doping concentration and then the bypass diode base regions having a second depth and one formed second doping concentration, wherein the first depth is larger as the second depth and wherein the first doping concentration is less than the second doping concentration. With others Words will be first a relatively weakly doped, deep bypass diode emitter is formed, then locally by a stronger one doped, shallower bypass diode base area locally overcompensated can be. It can outside the overcompensated Areas lower lying bypass diode emitter areas remain, such that a bypass diode emitter region has a respective bypass diode base region Completely surrounds and thus against other basic semiconductor type areas of the Solar cell capsules.
Es wird angemerkt, dass die Ausführungsformen, Merkmale und Vorteile der Erfindung hauptsächlich in Bezug auf die erfindungsgemäße Rückkontaktsolarzelle beschrieben wurden. Ein Fachmann wird jedoch aus der vorangehenden und auch aus der nachfolgenden Beschreibung erkennen, dass, sofern dies nicht anders angegeben ist, die Ausführungsformen und Merkmale der Erfindung auch analog auf das erfindungsgemäße Herstellungsverfahren für eine Solarzelle übertragen werden können und umgekehrt. Insbesondere können die Merkmale der verschiedenen Ausführungsformen auch in beliebiger Weise untereinander kombiniert werden.It it is noted that the embodiments, Features and advantages of the invention mainly with respect to the back contact solar cell according to the invention have been described. However, a person skilled in the art will become apparent from the preceding and also from the description below, that, if this is not stated otherwise, the embodiments and features of Invention also transferred analogously to the manufacturing method of the invention for a solar cell can be and vice versa. In particular, you can the features of the various embodiments also in any Be combined with each other.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGENBRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS
Weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden dem Fachmann aus der nachfolgenden Beschreibung von beispielhaften Ausführungsformen, die jedoch nicht als die Erfindung beschränkend auszulegen ist, und unter Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen ersichtlich.Further Features and advantages of the present invention will become apparent to those skilled in the art from the following description of exemplary embodiments, which, however, should not be construed as limiting the invention, and in Referring to the accompanying drawings.
Alle Figuren sind lediglich schematisch und nicht maßstabsgetreu. In den Figuren sind ähnliche oder gleiche Elemente mit gleichen Bezugszeichen beziffert.All Figures are merely schematic and not to scale. In the figures are similar or the same elements with the same reference numerals.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG BEVORZUGTER AUSFÜHRUNGSFORMENDETAILED DESCRIPTION OF PREFERRED EMBODIMENTS
Die
in
Zwischen
benachbarten Emitter- und Basisbereichen
An
der Rückseitenoberfläche
Ein über der
Dielektrikumschicht
Wie
in
Das
Halbleitersubstrat
Im
Normalbetrieb der Solarzelle, das heißt unter Beleuchtung, ist die
von der Solarzelle generierte und somit an den Basis- und Emitterkontakten
Wenn
andererseits die Solarzelle abgeschattet wird oder defekt sein sollte,
wird von den in einem Solarzellen-String benachbart angeordneten
Solarzellen an den Basis- und Emitterkontakten
Bei
der in
Um
dies zu vermeiden, wurde bei der in
Abschließend wird darauf hingewiesen, dass die Begriffe „umfassen”, „aufweisen” etc. das Vorhandensein weiterer Elemente nicht ausschließen. Der Begriff „ein” schließt auch das Vorhandensein einer Mehrzahl von Gegenständen nicht aus. Die Bezugszeichen in den Ansprüchen dienen lediglich der besseren Lesbarkeit und sollen den Schutzbereich der Ansprüche in keiner Weise einschränken.Finally, it will It should be noted that the terms "comprising", "comprising" etc. include the presence of others Do not exclude elements. The term "one" also includes the presence of a plurality of objects is not enough. The reference numerals in the claims are only for better readability and should the scope of protection the claims restrict in any way.
Claims (9)
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