DE102009057984A1 - Epitaxial wrap-through solar cells with elongated hole shapes and methods for their production - Google Patents

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Dünnschicht-Solarzelle, insbesondere eine epitaktische Wrap-Through-(EpiWT-)Solarzelle, die mindestens eine Durchbohrung aufweist, wobei das Verhältnis des Umfangs des Umrisses der mindestens einen Durchbohrung zur vom Umriss der Durchbohrung umschlossenen Fläche größer ist als das Verhältnis des Umfangs zur Fläche eines Kreises gleicher Fläche.The present invention relates to a thin-film solar cell, in particular an epitaxial wrap-through (EpiWT) solar cell having at least one through hole, wherein the ratio of the circumference of the outline of the at least one through hole to the area enclosed by the contour of the throughbore is greater than that Ratio of the circumference to the area of a circle of equal area.

Figure 00000001
Figure 00000001

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Dünnschicht-Solarzelle, insbesondere eine epitaktische Wrap-Through-(EpiWT-)Solarzelle, die mindestens eine Durchbohrung aufweist, wobei das Verhältnis des Umfangs des Umrisses der mindestens einen Durchbohrung zur vom Umriss der Durchbohrung umschlossenen Fläche größer ist als das Verhältnis des Umfangs zur Fläche eines Kreises gleicher Fläche.The present invention relates to a thin-film solar cell, in particular an epitaxial wrap-through (EpiWT) solar cell having at least one through hole, wherein the ratio of the circumference of the outline of the at least one through hole to the area enclosed by the contour of the throughbore is greater than that Ratio of the circumference to the area of a circle of equal area.

Stand der TechnikState of the art

Die epitaktische Wrap-Through-(EpiWT-)Solarzelle ist eine kristalline Silicium-Dünnschichtsolarzelle mit Rückseitenkontaktierung (siehe E. J. Mitchell und S. Reber, Proceedings 33rd IEEE Photovoltaic Specialists Conference (2008), S. 510 ). EpiWT-Solarzellen vereinen damit die Vorteile von Dünnschichtsolarzellen, wie z. B. Verminderung der Kosten pro Wattpeak durch Reduzierung des Verbrauchs an hochreinem Siliciummaterial, mit denen von Rückkontaktsolarzellen: keine Abschattung durch das Vorderseitengrid, der Emitter kann hinsichtlich seiner Blauantwort optimiert werden, die Kontakte können hinsichtlich eines geringen Serienwiderstands optimiert werden, einfachere Modulverschaltung und höhere Packungsdichte im Modul (siehe E. van Kerschaver und G. Beaucarne, Progress in Photovoltaics: Research and Applications 14 (2), (2006), S. 107 ). Die Rückseitenkontaktierung wird erreicht, indem die aktiven Schichten der Solarzelle durch Löcher, die in das Substrat mit Laser gebohrt werden, auf die Substratrückseite gestülpt werden (vgl. 1). Das Konzept der EpiWT-Solarzelle ist vom Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme (ISE) zum Patent angemeldet worden (E. J. Mitchell, S. Reber, E. Schmich, ”Thin-film solar cell and process for its manufacture”, EP 2 071 632 A1 (2009)). Bezüglich des prinzipiellen Aufbaus derartiger Solarzellen wird auf diese Druckschrift verwiesen.The epitaxial wrap-through (EpiWT) solar cell is a back-contacting crystalline silicon thin-film solar cell (see EJ Mitchell and S. Reber, Proceedings 33rd IEEE Photovoltaic Specialists Conference (2008), p. 510 ). EpiWT solar cells thus combine the advantages of thin-film solar cells, such as B. Reduction of the cost per watt peak by reducing the consumption of high purity silicon material, with which of back contact solar cells: no shading by the Vorderseitengrid, the emitter can be optimized in terms of its blue response, the contacts can be optimized for low series resistance, simpler module interconnection and higher packing density in the module (see E. van Kerschaver and G. Beaucarne, Progress in Photovoltaics: Research and Applications 14 (2), (2006), p. 107 ). The backside contact is achieved by placing the active layers of the solar cell on the back of the substrate through holes drilled in the substrate (cf. 1 ). The concept of the EpiWT solar cell has been patented by the Fraunhofer Institute for Solar Energy Systems (ISE) (EJ Mitchell, S. Reber, E. Schmich, "Thin-film solar cell and process for its manufacture"). EP 2 071 632 A1 (2009)). With regard to the basic structure of such solar cells, reference is made to this document.

Das Funktionieren des EpiWT-Zellkonzeptes ist vom Fraunhofer ISE in einer Machbarkeitsstudie gezeigt worden. Die derzeitigen EpiWT-Solarzellen erreichen Wirkungsgrade von bis zu 10,3% (siehe E. J. Mitchel et al., Proceedings 24th European Photovoltaic Solar Energy Conference (2009) , im Druck). Damit liegen die Wirkungsgrade der EpiWT-Solarzellen noch deutlich unter den Wirkungsgraden der derzeitigen epitaktischen Silicium-Dünnschichtsolarzellen mit Vorderseiten- und Rückseitenkontakt, die auf mc-Silicium-Substraten Wirkungsgrade von 14,2% erreichen (siehe S. Schmich, Ph. D. Thesis, Universität Konstanz (2008) ). Da EpiWT-Solarzellen jedoch aufgrund des fehlenden Vorderseitenkontaktgitters eine größere Lichteinkopplung haben, ist auch der theoretische Wirkungsgrad der EpiWT-Solarzellen höher als der Wirkungsgrad vergleichbarer kristalliner Silicium-Dünnschichtsolarzellen mit einem Vorderseiten- und Rückseitenkontakt. Eine weitere Optimierung der EpiWT-Solarzelle hinsichtlich ihrer Zellstruktur und ihres Herstellungsprozesses ist daher nötig.The functioning of the EpiWT cell concept has been demonstrated by the Fraunhofer ISE in a feasibility study. The current EpiWT solar cells achieve efficiencies of up to 10.3% (see EJ Mitchel et al., Proceedings 24th European Photovoltaic Solar Energy Conference (2009) , in print). Thus, the efficiencies of the EpiWT solar cells are still well below the efficiencies of the current epitaxial silicon thin film solar cells with front and back contact, which achieve efficiencies of 14.2% on mc-silicon substrates (see S. Schmich, Ph. D. Thesis, University of Konstanz (2008) ). However, since EpiWT solar cells have greater light input due to the lack of front contact grid, the theoretical efficiency of EpiWT solar cells is also higher than the efficiency of comparable crystalline silicon thin film solar cells with front and back contact. Further optimization of the EpiWT solar cell with regard to its cell structure and its production process is therefore necessary.

Verglichen mit konventionellen Solarzellen haben EpiWT-Solarzellen zwei zusätzliche konzeptionell bedingte Serienwiderstände, durch die ihr Wirkungsgrad reduziert wird. Dies sind der Ausbreitungswiderstand und der Lochwiderstand (siehe N. Brinkmann, Diplomarbeit, Universität Konstanz (2009) ).Compared to conventional solar cells, EpiWT solar cells have two additional conceptional series resistors that reduce their efficiency. These are the propagation resistance and the hole resistance (see N. Brinkmann, diploma thesis, University of Konstanz (2009) ).

Während der Strom bei konventionellen Solarzellen im Emitter parallel auf die Kontaktfinger zu fließt, fließt der Strom bei EpiWT-Solarzellen radial auf die Löcher zu (vgl. 2) und anschließend durch die Emitterschicht in den Löchern zu den Kontakten auf der Zellrückseite. Dadurch kommt es im Bereich der Löcher zu einer Erhöhung der Ladungsträgerdichte, dem sogenannten ”Current Crowding”. Das Phänomen des ”Current Crowding” führt zu einem Anstieg des Emitterserienwiderstands der EpiWT-Solarzelle im Vergleich zu einer konventionellen Solarzelle. Dieser erhöhte Vorderseitenemitterserienwiderstand der EpiWT-Solarzelle wird als Ausbreitungswiderstand bezeichnet. Der Lochwiderstand ist der Widerstand, den die Elektronen erfahren, wenn sie durch den Emitter im Loch zu den Kontakten auf die Zellrückseite fließen.While the current flows parallel to the contact fingers in the emitter in conventional solar cells, the current flows in EpiWT solar cells radially to the holes (see. 2 ) and then through the emitter layer in the holes to the contacts on the back of the cell. This leads to an increase in the charge carrier density in the region of the holes, the so-called "current crowding". The phenomenon of "current crowding" leads to an increase in the emitter series resistance of the EpiWT solar cell compared to a conventional solar cell. This increased front emitter series resistance of the EpiWT solar cell is referred to as propagation resistance. The hole resistance is the resistance that the electrons experience as they flow through the emitter in the hole to the contacts on the back of the cell.

Die beiden zusätzlichen Serienwiderstände erhöhen den Gesamtserienwiderstand der EpiWT-Solarzelle und wirken sich damit negativ auf den Füllfaktor und den Wirkungsgrad der Solarzelle aus. Eine Möglichkeit, diese zusätzlichen Widerstände zu reduzieren, stellt eine Erhöhung der Lochanzahl und/oder eine Vergrößerung der Lochdurchmesser dar (siehe N. Brinkmann, a. a. O. ). Beides sorgt allerdings für eine Verkleinerung der aktiven Zellfläche. Durch die Verringerung der aktiven Zellfläche kommt es zu einer Reduzierung des Photostroms, was sich wiederum negativ auf den Wirkungsgrad der EpiWT-Solarzelle auswirkt (siehe N. Brinkmann, a. a. O.). Die Bestimmung der optimalen Lochstruktur der EpiWT-Solarzelle ist damit immer ein Kompromiss zwischen Widerstands- und Photostromverlusten.The two additional series resistors increase the overall series resistance of the EpiWT solar cell and thus have a negative effect on the fill factor and the efficiency of the solar cell. One way to reduce these additional resistances is to increase the number of holes and / or increase the hole diameter (see N. Brinkmann, op. Cit. ). Both, however, provides for a reduction of the active cell area. By reducing the active cell area, the photocurrent is reduced, which in turn negatively impacts the efficiency of the EpiWT solar cell (see N. Brinkmann, supra). The determination of the optimal hole structure of the EpiWT solar cell is thus always a compromise between resistance and photocurrent losses.

Insofern war es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ausgehend von der in der EP 2 071 632 beschriebenen Solarzelle eine verbesserte Solarzelle bereitzustellen, mit der sich das oben beschriebene Phänomen des Current Crowding weitestgehend vermeiden und somit der Lochwiderstand erniedrigen und der Wirkungsgrad erhöhen lässt.In this respect, it was an object of the present invention, starting from in the EP 2 071 632 described solar cell provide an improved solar cell with which the above-described phenomenon of crowding largely avoided and thus lower the hole resistance and increase the efficiency.

Diese Aufgabe wird bezüglich der Dünnschichtsolarzelle mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 sowie bezüglich des Verfahrens zur Herstellung der erfindungsgemäßen Solarzelle mit dem Verfahren gemäß Patentanspruch 10 gelöst. Die jeweiligen abhängigen Patentansprüche stellen dabei vorteilhafte Weiterbildungen dar.This object is with respect to the thin-film solar cell with the features of claim 1 and with respect to the method for Production of the solar cell according to the invention with the method according to claim 10 solved. The respective dependent claims are advantageous developments.

Erfindungsgemäß wird somit eine Dünnschichtsolarzelle mit einer Vorderseite für den Lichteintritt sowie einer Rückseite bereitgestellt, die folgende Mindestbestandteile umfasst:

  • a) ein nicht-photovoltaisches Substrat mit mindestens einer Durchbohrung, die die Vorder- mit der Rückseite verbindet,
  • b) mindestens eine photoaktive Basisschicht sowie mindestens eine Emitterschicht, die zumindest auf Teilen oder der Gesamtheit der Vorderseite und Teilen oder der Gesamtheit der Oberfläche der mindestens einen Durchbohrung abgeschieden sind, wodurch in der Durchbohrung ein Kanal gebildet wird,
  • c) zumindest ein Emitterkontakt sowie zumindest ein Basiskontakt, die voneinander elektrisch isoliert auf der Rückseite aufgebracht sind.
According to the invention, there is thus provided a thin-film solar cell having a front side for light entry and a rear side comprising the following minimum components:
  • a) a non-photovoltaic substrate having at least one through-hole connecting the front and the back,
  • b) at least one photoactive base layer and at least one emitter layer, which are deposited on at least parts or all of the front side and parts or the entirety of the surface of the at least one through hole, whereby a channel is formed in the through hole,
  • c) at least one emitter contact and at least one base contact, which are applied to each other electrically isolated on the back.

Bezüglich des prinzipiellen Aufbaus der Dünnschicht-Solarzelle sei nochmals auf die EP 2 071 632 A1 verwiesen, deren Ausführungen hierzu mit in die vorliegende Anmeldung aufgenommen sind. Die Basisschicht ist dabei bevorzugt auf dem Substrat aufgewachsen, während die Emitterschicht die oberste Schicht der Basisschicht darstellt und durch dem Fachmann bekannte gängige Prozesse, wie z. B. Dotierverfahren, hergestellt werden kann.Regarding the basic structure of the thin-film solar cell is again on the EP 2 071 632 A1 referenced, the embodiments of which are included in the present application. The base layer is preferably grown on the substrate, while the emitter layer is the uppermost layer of the base layer and known by those skilled in common processes such. B. doping method, can be produced.

Der in der Solarzelle enthaltene Kanal stellt dabei einen Hohlraum dar, der die Vorderseite mit der Rückseite der Dünnschicht-Solarzelle verbindet. Der Kanal ist dabei so aufgebaut, dass auf zumindest Teilen der Oberfläche einer entsprechenden Aussparung bzw. Durchbohrung des Substrates der Dünnschicht-Solarzelle eine photoaktive Basisschicht und eine Emitterschicht aufgewachsen werden. Die Durchbohrung des Substrates kann beispielsweise durch Laserbohren, aber auch mechanische Bohrprozesse hergestellt werden oder auch schon bei der Herstellung des Substrates eingebracht werden, während das Aufwachsen der entsprechenden photoaktiven Schichten auf die Oberfläche des Substrates inkl. der Oberfläche der Durchbohrung durch aus dem Stand der Technik bekannte Abscheideverfahren möglich ist, wodurch der entsprechende Kanal hergestellt werden kann. Die photoaktiven Schichten, d. h. die Basisschicht und die Emitterschicht, können auf der gesamten Oberfläche der Durchbohrung oder nur auf einem Teil dieser Oberfläche abgeschieden sein, so dass sich entsprechend ausgebildete Kanäle ergeben. Die beiden Schichten werden dabei so aufgewachsen, dass die Durchbohrung des Substrates nicht komplett zuwächst, d. h. ein die Vorder- und die Rückseite durchgängig verbindender Hohlraum in der Durchbohrung verbleibt und der so hergestellte Kanal somit röhrenartig ist. Dieser entstehende bzw. überbleibende Hohlraum wird erfindungsgemäß als Kanal bezeichnet.The channel contained in the solar cell thereby represents a cavity which connects the front side with the back side of the thin-film solar cell. The channel is constructed so that a photoactive base layer and an emitter layer are grown on at least parts of the surface of a corresponding recess or through-hole of the substrate of the thin-film solar cell. The perforation of the substrate can be produced, for example, by laser drilling, but also mechanical drilling processes or even introduced during the production of the substrate, while the growth of the corresponding photoactive layers on the surface of the substrate incl. The surface of the through hole from the prior art known deposition method is possible, whereby the corresponding channel can be produced. The photoactive layers, d. H. the base layer and the emitter layer can be deposited on the entire surface of the through-hole or only on a part of this surface, so that correspondingly formed channels result. The two layers are grown so that the penetration of the substrate does not grow completely, d. H. a cavity continuously connecting the front and the back remains in the through hole and the channel thus produced is thus tubular. This resulting or remaining cavity is referred to as a channel according to the invention.

Das erfindungsgemäße Konzept sieht nun vor, dass der Umriss, d. h. die auf der jeweiligen Seite der Solarzelle aufgebrachte Aussparung der im Substrat enthaltenen Kanäle so gestaltet ist, dass das Verhältnis des Umfangs des Umrisses des mindestens einen Kanals zur vom Umriss des Kanals umschlossenen Fläche größer ist als das Verhältnis des Umfangs zur Fläche eines Kreises gleicher Fläche. Die Fläche des Kanals, d. h. die Fläche des Lochs, das auf der Vorderseite bzw. auf der Rückseite gebildet ist und das Eintritts- und das Austrittsende des Kanals repräsentiert, wird durch eine Kante, die aus dem epitaktischen Emitter besteht, begrenzt. Durch diese Kante wird der Umriss des Kanals festgelegt. Erfindungsgemäß ist der Umfang dieses Umrisses nun größer als der Umfang eines Kreises, der die gleiche Fläche aufweist wie die oben definierte Fläche der Eintrittsöffnung bzw. Austrittsöffnung des Kanals, d. h. des Bereiches, der auf der Vorder- bzw. der Rückseite des Substrates durch den Kanal ausgespart ist. Insofern wird klar, dass der Umriss des Kanals auf der Vorder- bzw. Rückseite des Substrates einen von einer Kreisform verschiedenen Umriss aufweist.The inventive concept now provides that the outline, d. H. the recess of the channels contained in the substrate on the respective side of the solar cell is designed so that the ratio of the circumference of the outline of the at least one channel to the area enclosed by the outline of the channel is greater than the ratio of the circumference to the area of a circle of equal area. The area of the canal, d. H. the area of the hole formed on the front side and on the rear side, respectively, representing the entrance and the exit end of the channel is bounded by an edge consisting of the epitaxial emitter. This edge defines the outline of the channel. According to the invention, the circumference of this contour is now greater than the circumference of a circle having the same area as the area of the inlet opening or outlet opening of the channel as defined above, ie. H. of the area which is recessed on the front or the back of the substrate through the channel. In this respect, it will be understood that the outline of the channel on the front and back sides of the substrate has an outline different from a circular shape.

Mit dieser veränderten Form der Grundfläche des Kanals bzw. der Löcher konnte überraschenderweise eine deutliche Reduktion der konzeptionell bedingten zusätzlichen Serienwiderstände erzielt und damit der Wirkungsgrad der Solarzellen deutlich gesteigert werden.Surprisingly, with this modified form of the base area of the channel or of the holes, a significant reduction of the conceptionally caused additional series resistances could be achieved, and thus the efficiency of the solar cells could be significantly increased.

Die von einer Kreisform abweichende Form der Kanäle kann auf folgende Arten und Weisen erreicht werden:

  • a) Bereits in das Substrat wird eine Durchbohrung eingebracht, die einen von einer Kreisform verschiedenen Umriss aufweist. Die Oberfläche dieser Durchbohrung wird homogen, d. h. mit gleicher Schichtdicke, mit den jeweiligen photoaktiven Schichten, d. h. Basis- und Emitterschicht, versehen, so dass sich die photoaktiven Schichten der Grundform der vorgegebenen Durchbohrung des Substrates anpassen. Der so entstehende Kanal weist somit die Grundform der Durchbohrung des Substrates auf. Beispielsweise kann in das Substrat bereits eine elliptische Durchbohrung etc. eingebracht werden und die photoaktiven Schichten, wie im Voranstehenden beschrieben, abgeschieden werden.
  • b) Es wird eine kreisförmige Durchbohrung in das Substrat eingebracht, jedoch werden die Schichten asymmetrisch auf der Oberfläche der Durchbohrung abgeschieden, so dass beispielsweise elliptische oder rechteckige Strukturen erzielt werden können. Bei diesem Prozedere wird an manchen Stellen des Kanals durchgehend mehr Material der jeweiligen photoaktiven Schichten, d. h. Basis- und Emitterschicht, abgeschieden, als an anderen Stellen, so dass der Kanal, der bei diesem Verfahren resultiert, ebenso einen von einer Kreisform verschiedenen Umriss aufweist, als die vorgegebene kreisförmige Durchbohrung.
  • c) Ebenso sind jedoch Mischformen aus den beiden zuvor genannten Verfahren denkbar, beispielsweise dass eine durch einen asymmetrischen Bohrprozess vorgegebene nicht kreisförmige Durchbohrung weiter durch ein asymmetrisches Abscheiden der jeweiligen photoaktiven Schichten noch weiter asymmetrisch gestaltet wird, d. h. eine weiter von der kreisförmigen Struktur entfernte Form des Kanals erzeugt wird.
The shape of the channels deviating from a circular shape can be achieved in the following ways:
  • a) Already in the substrate, a through hole is introduced, which has a different contour from a circular shape. The surface of this through hole is provided homogeneously, ie with the same layer thickness, with the respective photoactive layers, ie base layer and emitter layer, so that the photoactive layers conform to the basic shape of the predetermined throughbore of the substrate. The resulting channel thus has the basic shape of the through hole of the substrate. For example, an elliptical bore etc. may already be introduced into the substrate and the photoactive layers may be deposited as described above.
  • b) A circular through-hole is made in the substrate, but the layers are deposited asymmetrically on the surface of the through-hole so that, for example elliptical or rectangular structures can be achieved. In this procedure, more material of the respective photoactive layers, ie, base and emitter layer, is continuously deposited at some points of the channel than at other locations, so that the channel resulting from this method also has an outline different from a circular shape, as the given circular perforation.
  • c) Likewise, however, mixed forms of the two aforementioned methods are conceivable, for example, that a non-circular throughbore predetermined by an asymmetrical boring process is further asymmetrically shaped by an asymmetrical deposition of the respective photoactive layers, ie a shape of the further removed from the circular structure Channel is generated.

Bevorzugte Ausformungen des Umrisses des Kanals sehen beispielsweise vor, dass die Kanäle einen ellipsoiden, rechteckigen, konkaven, konvexen Umfang bzw. Umriss oder einen rechteckigen Umfang mit abgerundeten Ecken und/oder Kombinationen hieraus aufweisen. Besonders bevorzugt hierbei sind ellipsoide oder rechteckige Umrisse von Durchbohrungen, die abgerundete Ecken aufweisen.For example, preferred shapes of the outline of the channel provide that the channels have an ellipsoidal, rectangular, concave, convex perimeter, or a rectangular perimeter with rounded corners and / or combinations thereof. Particularly preferred here are ellipsoidal or rectangular outlines of through holes, which have rounded corners.

Durch die Verwendung von länglich ausgeprägten Kanälen, d. h. von ovalen Löchern bis hin zu Schlitzen (vgl. 3 bezüglich der Umrisse), lassen sich Ausbreitungs- und Lochwiderstand drastisch reduzieren und damit der Wirkungsgrad der EpiWT-Solarzelle steigern. Dies ist unabhängig davon, ob der Umriss der Kanäle bzw. Schlitze rund oder eckig ausgeprägt sind (vgl. 3). Auch eine konkave oder konvexe Ausprägung der Kanäle, z. B. als ovale Löcher bzw. Schlitze, ist möglich.By using elongated channels, ie from oval holes to slits (cf. 3 in terms of outlines), propagation resistance and hole resistance can be drastically reduced, thereby increasing the efficiency of the EpiWT solar cell. This is independent of whether the outline of the channels or slots are round or angular (cf. 3 ). Also, a concave or convex expression of the channels, z. B. as oval holes or slots, is possible.

Der Vorteil der Verwendung von ovalen Löchern oder Schlitzen geht mit dem größeren Lochumfang einher. Durch den größeren Lochumfang wird einerseits die Ladungsträgerdichte am Lochrand verringert, wodurch der durch das Current Crowding bedingte Ausbreitungswiderstand stark reduziert wird bzw. bei der Verwendung von Schlitzen ganz wegfällt. Andererseits sinkt der vom Lochumfang reziprok abhängende Lochwiderstand mit zunehmendem Lochumfang.The advantage of using oval holes or slots is associated with the larger hole size. On the one hand, the larger hole circumference reduces the charge carrier density at the edge of the hole, as a result of which the propagation resistance caused by the current crowding is greatly reduced or altogether eliminated when using slots. On the other hand, the hole resistance reciprocally dependent on the hole perimeter decreases as the perimeter of the hole increases.

Ein weiterer Vorteil der Schlitze ist, dass sie leichter in das Substrat bzw. den Wafer eingebracht werden können, beispielsweise mit einer Chipsäge. Damit sind EpiWT-Solarzellen mit Schlitzen industriell leichter umsetzbar als solche mit kreisförmigen Löchern.Another advantage of the slots is that they can be more easily inserted into the substrate or wafer, for example with a chip saw. This makes EpiWT solar cells with slits easier to implement industrially than those with circular holes.

Ein anderer Vorteil von Schlitzstrukturen ist die leichtere Rückseitenstrukturierung der Zellen, weil beispielsweise die Justage der Rückseitenstrukturen bei der Aufbringung der Schichten und/oder der Kontakte, weil nur in einer Dimension justiert werden muss, durch sie wesentlich einfacher wird.Another advantage of slot structures is the easier backside structuring of the cells because, for example, the adjustment of the backside structures in the application of the layers and / or the contacts, because it only needs to be adjusted in one dimension, becomes much easier.

Durch Metall in den Schlitzen wird der Serienwiderstand der EpiWT-Solarzelle noch einmal deutlich reduziert. Auch kann durch die Schlitze eine vollständige Kontaktierung der Emitterschicht im Schlitze erfolgen, so dass auf der Rückseite der Zelle kein Emitter mehr nötig ist.Metal in the slots significantly reduces the series resistance of the EpiWT solar cell. It is also possible for the slots to make a complete contact with the emitter layer in the slots, so that no emitter is needed on the back of the cell.

Eine bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung sieht vor, dass die Vorder- und die Rückseite des Substrates im Wesentlichen parallel zueinander verlaufen und dass der mindestens eine Kanal parallel zur Normalen dieser Flächen durch das Substrat hindurch verläuft, d. h. im Wesentlichen unter einem Winkel von 90° bezüglich der Oberfläche der Vorder- bzw. Rückseite verläuft. Der Durchbohrungskanal weist somit die kürzestmögliche Verbindung zwischen Vorder- und Rückseite auf, wodurch der Widerstand weiter reduziert werden kann.A preferred embodiment of the present invention provides that the front and the back of the substrate are substantially parallel to each other and that the at least one channel extends parallel to the normal of these surfaces through the substrate, d. H. is substantially at an angle of 90 ° with respect to the surface of the front and back, respectively. The through-hole channel thus has the shortest possible connection between the front and back, whereby the resistance can be further reduced.

Ein derartiger im Winkel von 90° zur Oberfläche des Substrates verlaufender Kanal kann auf folgende Arten und Weisen erzeugt werden:

  • a) Eine Durchbohrung wird senkrecht zu den Substratflächen erzeugt und anschließend erfolgt ein gleichmäßiges Abscheiden der photoaktiven Schichten, d. h. der Basis- und Emitterschicht, so dass eine gleichmäßige Schichtdicke der photoaktiven Schichten über die gesamte Länge der Durchbohrung erzielt wird. Der somit entstehende Kanal weist daher in Richtung der Durchbohrung überall eine gleichmäßige Schichtdicke der Basis- und Emitterschicht auf, so dass der entstehende Kanal ebenso wie die Durchbohrung 90° zur Oberfläche des Substrates verläuft. Die Strukturierung hinsichtlich des von einer Kreisform verschiedenen Umrisses des Kanals kann durch die weiter oben beschriebene Gestaltung erreicht werden.
  • b) Das Substrat wird mit einem schräg verlaufenden Kanal durchbohrt, wobei die jeweiligen photoaktiven Schichten, d. h. Basis- und Emitterschicht, schräg in der Durchbohrung abgeschieden werden, so dass in der Summe der Kanal 90° zur Substratoberfläche verläuft. Eine derartige Vorgehensweise ist nur bis zu einem Winkel möglich, bei dem in Projektionsrichtung auf die Substratoberfläche das Eintritts- und das Austrittsende der Durchbohrung noch übereinander angeordnet sind. Ein derartiges Verfahren hängt somit maßgeblich von der Dicke der Durchbohrung ab. Auch hier wird die Strukturierung des Kanals hinsichtlich des von einer Kreisform verschiedenen Umrisses auf die voranstehenden Arten und Weisen erzielt.
Such a channel running at an angle of 90 ° to the surface of the substrate can be produced in the following ways:
  • a) A perforation is generated perpendicular to the substrate surfaces and then there is a uniform deposition of the photoactive layers, ie the base and emitter layer, so that a uniform layer thickness of the photoactive layers over the entire length of the through hole is achieved. The thus resulting channel therefore has in the direction of the through hole everywhere a uniform layer thickness of the base and emitter layer, so that the resulting channel as well as the through hole extends 90 ° to the surface of the substrate. The structuring in terms of the circular shape of the different contour of the channel can be achieved by the design described above.
  • b) The substrate is pierced with an oblique channel, wherein the respective photoactive layers, ie base and emitter layer, are deposited obliquely in the through hole, so that in total the channel runs 90 ° to the substrate surface. Such an approach is possible only up to an angle at which the inlet and the outlet end of the perforation are still arranged one above the other in the projection direction on the substrate surface. Such a method thus largely depends on the thickness of the through hole. Again, the structuring of the channel with respect to the circular shape different outline in the above ways and ways is achieved.

Eine alternative Ausführungsform, die beim Vorhandensein von mehreren Kanälen auch zusätzlich zur oben genannten Variante ausgeführt werden kann, sieht vor, dass der mindestens eine Kanal schräg durch das photoaktive Substrat hindurch verläuft und bevorzugt unter einem Winkel 45° ≤ α ≤ 85° zur Vorder- und Rückseite verläuft. Besonders vorteilhaft bei einer derartigen Ausführung ist, dass die photoaktive Oberfläche verglichen mit einer Solarzelle, die keine Kanäle aufweist, im Wesentlichen gleich bleibt, da auch die Wandung der Kanäle selbst mit der photoaktiven Basisschicht sowie der darauf aufgewachsenen Emitterschicht versehen ist. Durch einen schräg verlaufenden Kanal fällt somit unweigerlich z. B. senkrecht auf die Vorderseite der Solarzelle auftreffendes Licht auch in die Kanäle und auf die dort befindlichen photoaktiven Schichten der Solarzelle. Zwar ist hier der Serienwiderstand aufgrund der verlängerten Kanalführung geringfügig höher als bei der zuvor genannten Ausführungsform, allerdings kann dies dadurch wieder kompensiert werden, dass auch die Oberfläche des Kanals selbst zumindest teilweise der Erzeugung elektrischer Energie dient und somit Lichtverluste vermieden werden.An alternative embodiment which, in the presence of a plurality of channels, is also carried out in addition to the abovementioned variant can be, provides that the at least one channel extends obliquely through the photoactive substrate and preferably at an angle 45 ° ≤ α ≤ 85 ° to the front and back. It is particularly advantageous in such an embodiment that the photoactive surface remains essentially the same as compared to a solar cell which has no channels, since the wall of the channels itself is also provided with the photoactive base layer and the emitter layer grown thereon. By an inclined channel thus inevitably falls z. B. perpendicular to the front of the solar cell incident light in the channels and on the photoactive layers of the solar cell located there. Although here the series resistance is slightly higher than in the aforementioned embodiment due to the elongated channel guide, however, this can be compensated by the fact that the surface of the channel itself is at least partially used to generate electrical energy and thus light losses are avoided.

Die zuvor genannten schräg verlaufenden Kanäle können auf folgende Arten und Weisen erzeugt werden:

  • a) Das Substrat der Solarzelle wird mit schräg verlaufenden Durchbohrungen versehen, deren Oberfläche homogen mit der Basis- und der Emitterschicht versehen wird. Die Strukturierung hinsichtlich des von einer Kreisform verschiedenen Umrisses erfolgt auf die zuvor genannten Arten und Weisen. Der somit erzeugte Kanal verläuft dabei schräg durch das Substrat.
  • b) Es werden senkrecht zur Oberfläche verlaufende Durchbohrungen im Substrat eingebracht. Die Oberfläche dieser Durchbohrungen wird in Richtung des Durchbohrungskanals asymmetrisch mit der Basis- und der Emitterschicht versehen, indem diese Schichten so aufgewachsen werden, dass die Schichtdicke auf einer Seite der Durchbohrung in Kanalrichtung z. B. zunimmt, während sie auf der anderen Seite abnimmt. Der dabei entstehende Kanal weist somit bevorzugt in Kanalrichtung stehend die gleiche Querschnittsfläche auf, verläuft jedoch durch die vorteilhafterweise im Verlauf eines Gradienten aufgebrachten photoaktiven Schichten schräg durch das Substrat. Eine beispielhafte Ausführungsform ist in 4 dargestellt.
The aforementioned oblique channels can be created in the following ways:
  • a) The substrate of the solar cell is provided with oblique bores whose surface is homogeneously provided with the base and the emitter layer. The structuring with respect to the shape different from a circular shape takes place in the aforementioned manners and ways. The channel thus generated runs obliquely through the substrate.
  • b) Through holes are made perpendicular to the surface in the substrate. The surface of these holes is provided in the direction of the through-hole channel asymmetrically with the base and the emitter layer by these layers are grown so that the layer thickness on one side of the through hole in the channel direction z. B. increases, while it decreases on the other side. The resulting channel thus preferably has the same cross-sectional area in the channel direction, but extends obliquely through the substrate as a result of the advantageously applied photoactive layers in the course of a gradient. An exemplary embodiment is in 4 shown.

Ebenso kann vorgesehen sein, dass die Basis- und die Emitterschicht zumindest auf einer Seite des Kanals zum Kanal hin abgeschrägt ist (siehe 4). Auch diese besonders bevorzugte Ausführungsform ermöglicht einen weiter erhöhten Lichteinfall und somit eine optimale Ausnutzung der gesamten photoaktiven Oberfläche der Solarzelle.Likewise it can be provided that the base and the emitter layer is chamfered at least on one side of the channel towards the channel (see 4 ). Also, this particularly preferred embodiment allows a further increased incidence of light and thus optimal utilization of the entire photoactive surface of the solar cell.

Die Kontaktierung der Dünnschicht-Solarzelle erfolgt dabei vollständig über die Rückseite. In einer Ausführungsform kann dabei vorgesehen sein, dass die Rückseite der Solarzelle frei von den photoaktiven Schichten, d. h. der Basis- und der Emitterschicht ist. Die Kontaktierung der Emitter erfolgt dabei dadurch, dass in den Kanal von der Unterseite her bis zu einer gewissen Länge der Emitterkontakt eingebracht wird. Auch die Kontaktierung der Basis erfolgt dabei von der Rückseite.The contacting of the thin-film solar cell takes place completely over the back. In one embodiment, it may be provided that the back of the solar cell is free of the photoactive layers, d. H. the base and the emitter layer is. The contacting of the emitter takes place in that is introduced into the channel from the bottom up to a certain length of the emitter contact. The contacting of the base takes place from the back.

Alternativ hierzu ist es möglich, die mindestens eine photoaktive Basisschicht sowie die mindestens eine Emitterschicht auch auf Teilen der Rückseite abzuscheiden, wobei die Schichten dabei in stofflicher Verbindung mit den entsprechenden Schichten, die im Kanal abgeschieden sind, stehen. Mit anderen Worten bedeutet dies, dass die Schichten über den Kanal hinaus auf die Rückseite fortgesetzt werden, wobei die Kontaktierung dieser Schichten mit den jeweiligen Kontakten dann auf der Rückseite der Solarzelle erfolgt.Alternatively, it is possible to deposit the at least one photoactive base layer as well as the at least one emitter layer also on parts of the rear side, wherein the layers are in material connection with the corresponding layers which are deposited in the channel. In other words, this means that the layers are continued beyond the channel to the back, wherein the contacting of these layers with the respective contacts then takes place on the back of the solar cell.

Weiter ist es vorteilhaft, dass zwischen dem mindestens einen Emitterkontakt und/oder dem mindestens einen Basiskontakt und dem Substrat mindestens eine Isolationsschicht eingebracht ist. Durch diese Ausführungsform ist vorgesehen, dass die durch die Durchbohrung verlaufenden photoaktiven Basisschichten bzw. Emitterschichten effektiv vom elektrischen Gegenpol der Solarzelle, nämlich dem Substrat und der mit dem Substrat verbundenen Kontaktregion, getrennt sind. Die Isolationsschicht zwischen Emitter ist dabei vorzugsweise vom n-Typ und zwischen Substrat oder Basis vom p-Typ.Furthermore, it is advantageous that at least one insulation layer is introduced between the at least one emitter contact and / or the at least one base contact and the substrate. By means of this embodiment, it is provided that the photoactive base layers or emitter layers extending through the through hole are effectively separated from the electrical opposite pole of the solar cell, namely the substrate and the contact region connected to the substrate. The insulating layer between the emitter is preferably of the n-type and between the substrate or base of the p-type.

Weitere bevorzugte Ausführungsformen der Dünnschichtsolarzelle sehen vor, dass auf der Vorderseite der Dünnschichtsolarzelle mindestens eine Passivierungsschicht aufgebracht ist, die bevorzugt antireflektiv ausgebildet ist, aus einem dielektrischen Material gebildet ist und besonders bevorzugt aus einem dielektrischen Material ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus SiO2, SiC, SiN sowie Mehrfachschichten hiervon gebildet ist.Further preferred embodiments of the thin-film solar cell provide that at least one passivation layer is applied on the front side of the thin-film solar cell, which is preferably antireflective, is formed from a dielectric material and particularly preferably consists of a dielectric material selected from the group consisting of SiO 2 , SiC, SiN and multilayers thereof is formed.

Bevorzugte Substratmaterialien, die für die Dünnschichtsolarzelle in Frage kommen, sind dabei ausgewählt

  • a) aus einem elektrisch leitenden Material, insbesondere aus dotiertem Silicium, oder
  • b) aus einem elektrischen Isolator, der mit einer Schicht aus einem elektrisch leitenden Material beschichtet ist.
Preferred substrate materials which are suitable for the thin-film solar cell are selected
  • a) of an electrically conductive material, in particular of doped silicon, or
  • b) an electrical insulator coated with a layer of electrically conductive material.

Bevorzugte Materialien, die für die photoaktive Basisschicht verwendet werden können, sind dabei Halbleiter. Bevorzugte Halbleiter können entweder ausgewählt sein aus der Gruppe bestehend aus Gruppe-IV-Halbleitern, Gruppe-III/V-Halbleitern, Gruppe-II/VI-Halbleitern, insbesondere aus Si, GaAs und CdTe.Preferred materials that can be used for the photoactive base layer are semiconductors. Preferred semiconductors may be either selected from the group consisting of Group IV semiconductors, Group III / V semiconductors, Group II / VI semiconductors, particularly Si, GaAs, and CdTe.

Erfindungsgemäß wird ebenso ein Verfahren zur Herstellung der zuvor genannten Dünnschichtsolarzelle bereitgestellt, bei dem zumindest die folgenden Verfahrensschritte durchgeführt werden:

  • a) Einbringen mindestens einer Durchbohrung in ein nicht-photoaktives Substrat,
  • b) Abscheiden mindestens einer photoaktiven Basisschicht sowie mindestens einer Emitterschicht zumindest auf Teilen der Vorderseite, und der Oberfläche der Durchbohrungen und Ausbilden eines Kanals in den Durchbohrungen, sowie
  • c) Ausbilden mindestens einer Emitterkontaktregion und mindestens einer Basiskontaktregion, die voneinander elektrisch isoliert sind, auf der Rückseite des Substrats und/oder in den Kanälen, wobei der Kanal so ausgebildet wird, dass sein Verhältnis des Umfangs des Umrisses des mindestens einen Kanals zur vom Umriss des Kanals umschlossenen Fläche größer ist als das Verhältnis des Umfangs zur Fläche eines Kreises gleicher Fläche.
According to the invention, a method is also provided for producing the aforementioned thin-film solar cell, in which at least the following method steps are carried out:
  • a) introducing at least one through-hole into a non-photoactive substrate,
  • b) depositing at least one photoactive base layer and at least one emitter layer at least on parts of the front side, and the surface of the through holes and forming a channel in the through holes, and
  • c) forming at least one emitter contact region and at least one base contact region electrically insulated from each other on the back side of the substrate and / or in the channels, wherein the channel is formed such that its ratio of the circumference of the outline of the at least one channel to the outline the area enclosed by the channel is greater than the ratio of the circumference to the area of a circle of the same area.

Die Strukturierung des Kanals erfolgt dabei auf die bereits vorstehend im Detail erläuterten Verfahrensabläufe.The structuring of the channel is carried out on the already explained in detail above procedures.

Vorteilhafte Verfahrensmöglichkeiten, die Durchbohrung in das Substrat einzubringen, sind dabei Laserbohrverfahren oder Laser-Fräsverfahren, ebenso sind jedoch auch mechanische Methoden anwendbar, wie beispielsweise mittels einer Chipsäge.Advantageous process options for introducing the throughbores into the substrate are laser drilling methods or laser milling methods, but mechanical methods are also applicable, for example by means of a chip saw.

Jeweils nach den zuvor genannten Schritten a) und/oder b) des erfindungsgemäßen Verfahrens können weiter eine Isolationsschicht auf der Rückseite zur Isolierung der beiden Kontaktregionen voneinander und/oder die Passivierungsschicht auf der Vorderseite abgeschieden werden.In each case after the abovementioned steps a) and / or b) of the method according to the invention, an insulation layer can furthermore be deposited on the back side for isolating the two contact regions from one another and / or the passivation layer on the front side.

Die vorliegende Erfindung wird anhand der beigefügten Figuren näher erläutert, ohne die Erfindung auf die dort ausgeführten Ausführungen zu beschränken.The present invention will be explained in more detail with reference to the attached figures, without restricting the invention to the statements made there.

1 zeigt einen Querschnitt einer schematischen Darstellung eines Ausschnitts einer epitaktischen Wrap-Through-Solarzelle, die aus einem nicht-photovoltaischen Substrat 1 besteht, das eine Mehrzahl von senkrecht von der Oberfläche der Vorderseite zur Oberfläche der Rückseite verlaufenden Durchbohrungen aufweist. Auf das Substrat ist auf der Vorderseite vollflächig epitaktisch eine photoaktive Basisschicht 3 aufgewachsen. Diese Basisschicht 3 ist vollflächig mit einer Emitterschicht 4 beschichtet. Die Beschichtung des Substrates 1, d. h. die epitaktisch aufgewachsene Basisschicht 3 und die Emitterschicht 4, sind auch an den Oberflächen der Durchbohrung auf dem Substrat 1 aufgewachsen, d. h., die Durchbohrung ist ebenso vollflächig mit der Basisschicht 3 und der Emitterschicht 4 ausgekleidet, wodurch der Kanal 2 gebildet wird. Insofern bildet die epitaktische Emitterschicht 4 die Oberfläche des Kanals 2. Gegebenenfalls können auch Teile der Rückseite des Substrates 1 mit der Basisschicht 3 bzw. der Emitterschicht 4 versehen sein. Die Rückseite der Solarzelle weist nun zwei Kontakte auf, einen Kontakt 5, der den Emitter kontaktiert (Emitterkontaktregion), diese Kontakte stellen den n-Kontakt dar. Bevorzugt sind diese Kontakte aus Aluminium gebildet. Der weitere Kontakt 6 (p-Kontakt) ist mit dem nicht-photoaktiven Substrat 1 verbunden und stellt die Basiskontaktregion 6 dar. Aus dem Stand der Technik ist bekannt, dass die Grundfläche des Kanals 2 (dies ist gemäß 1 die Fläche, die von oben, d. h. in Lichteinfallsrichtung, wahrgenommen werden kann) kreisrund ausgebildet ist, was zu den eingangs beschriebenen Nachteilen derartiger Solarzellen führt. Erfindungsgemäß ist diese Grundfläche nunmehr so ausgestaltet, dass der Umriss der Durchbohrung einen von einer Kreisform verschiedenen Umriss aufweist und somit bezogen auf die Fläche der Durchbohrung einen vergrößerten Umriss der Durchbohrung aufweist. Dadurch lassen sich geringere Serienwiderstände derartiger Solarzellen erzielen. 1 shows a cross section of a schematic representation of a section of an epitaxial wrap-through solar cell, which consists of a non-photovoltaic substrate 1 consisting of a plurality of perpendicular from the surface of the front surface to the surface of the back extending through holes. On the substrate is on the front epitaxial over the entire surface a photoactive base layer 3 grew up. This base layer 3 is full surface with an emitter layer 4 coated. The coating of the substrate 1 ie the epitaxially grown base layer 3 and the emitter layer 4 Also, are at the surfaces of the puncture on the substrate 1 grown, ie, the through hole is also full surface with the base layer 3 and the emitter layer 4 lined, causing the channel 2 is formed. In this respect forms the epitaxial emitter layer 4 the surface of the channel 2 , Optionally, also parts of the back of the substrate 1 with the base layer 3 or the emitter layer 4 be provided. The back of the solar cell now has two contacts, one contact 5 , which contacts the emitter (emitter contact region), these contacts represent the n-contact. Preferably, these contacts are formed of aluminum. The further contact 6 (p-contact) is with the non-photoactive substrate 1 connected and provides the base contact region 6 From the prior art it is known that the base of the channel 2 (this is according to 1 the area which can be perceived from above, ie in the direction of light incidence) is circular, which leads to the disadvantages of such solar cells described above. According to the invention, this base surface is now configured such that the outline of the throughbore has an outline which is different from a circular shape and thus has an enlarged outline of the throughbore relative to the surface of the throughbore. As a result, lower series resistances of such solar cells can be achieved.

2 zeigt den zuvor unter den Ausführungen zur 1 beschriebenen kreisrunden Umfang eines Kanals 2, wie er auf der Vorderseite der Solarzelle gemäß der EP 2 071 632 vorliegt. Die Pfeile stellen dabei die auf den Kanal 2 zufließenden, an der Oberfläche der Solarzelle gesammelten Ströme an, die in unmittelbarer Umgebung des Kanals so stark werden, dass es zum Current Crowding kommt. 2 shows the previously under the remarks to 1 described circular circumference of a channel 2 as he said on the front of the solar cell according to the EP 2 071 632 is present. The arrows put on the channel 2 flowing, on the surface of the solar cell collected currents that are so strong in the immediate vicinity of the channel that it comes to the current crowding.

3 beschreibt bevorzugte, erfindungsgemäß zum Einsatz kommende Geometrien von Kanälen 2, die anstelle vom Umriss der in 2 dargestellten Kanäle zum Einsatz kommen. Insbesondere ellipsoide (a), konkave (b), konvexe (c), rechteckige mit abgerundeten Enden (d) und rechteckige (e) Umrisse von Kanälen kommen dabei zum Einsatz, wobei die Ausführungsformen gemäß 3a und 3b ganz besonders bevorzugt sind. 3 describes preferred geometries of channels used according to the invention 2 instead of the outline of in 2 used channels are used. In particular ellipsoidal (a), concave (b), convex (c), rectangular with rounded ends (d) and rectangular (e) outlines of channels are used, the embodiments according to 3a and 3b are very particularly preferred.

In 4 ist eine optische Mikroskopaufnahme einer epitaktischen Wrap-Through-Solarzelle in einem Herstellungszwischenschritt dargestellt, wobei 4a eine Totalperspektive und 4b eine vergrößerte Aufnahme eines Teilbereichs darstellt, anhand derer das bevorzugte Konzept des schrägen Kanalverlaufs näher erläutert werden soll. Die Perspektive der aufgenommenen Solarzelle entspricht dabei der in 1 dargestellten Perspektive. Die Referenzzeichen aus 1 sind ebenso z. T. übernommen. Dargestellt ist eine epitaktische Wrap-Through-Solarzelle in einem Herstellungszwischenschritt, bei der ein Kanal 2 schräg durch das Substrat 1 verläuft. Deutlich erkennbar ist der 90° zur Oberfläche erfolgende Verlauf der Durchbohrung des Substrates 1. Durch einen schräg bzw. asymmetrisch verlaufenden Aufwuchs der Basisschicht 3 sowie der Emitterschicht 4 wird ein entsprechend schräg verlaufender Kanal 2 erhalten, obwohl die Durchbohrung des Substrates normal zur Oberfläche verläuft. Weiterhin weist diese Solarzelle auf der in der Abbildung rechts dargestellten Kante des Kanals 2 eine Abkappung auf, wodurch der Lichteinfall in den Kanal weiter vergrößert wird und dadurch ebenso in der Wandung des Kanals 2 photoaktive Prozesse in der Basis- und der Emitterschicht ablaufen können, so dass auch in Kanal 2 selbst eine Stromerzeugung stattfinden kann. Dadurch können die bei Vorderseitenkontaktsolarzellen bekannten Abschattungsverluste nahezu vollständig kompensiert werden.In 4 FIG. 3 is an optical microscope photograph of an epitaxial wrap-through solar cell in an intermediate manufacturing step, wherein FIG 4a a total perspective and 4b represents an enlarged view of a sub-area, based on which the preferred concept of the oblique channel course to be explained in more detail. The perspective of the recorded solar cell corresponds to that in 1 perspective shown. The reference signs off 1 are also z. T. taken. Shown is an epitaxial wrap-through solar cell in an intermediate manufacturing step in which a channel 2 obliquely through the substrate 1 runs. Clearly recognizable is the 90 ° to the surface taking place the perforation of the substrate 1 , By an oblique or asymmetrical ongoing growth of the base layer 3 and the emitter layer 4 becomes a correspondingly inclined channel 2 although the puncture of the substrate is normal to the surface. Furthermore, this solar cell points to the edge of the channel shown on the right 2 a capping on, whereby the incidence of light is further increased in the channel and thereby also in the wall of the channel 2 photoactive processes in the base and the emitter layer can proceed, so that even in channel 2 even a power generation can take place. As a result, the shading losses known with front-side contact solar cells can be almost completely compensated.

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • EP 2071632 A1 [0002, 0010] EP 2071632 A1 [0002, 0010]
  • EP 2071632 [0007, 0038] EP 2071632 [0007, 0038]

Zitierte Nicht-PatentliteraturCited non-patent literature

  • E. J. Mitchell und S. Reber, Proceedings 33rd IEEE Photovoltaic Specialists Conference (2008), S. 510 [0002] EJ Mitchell and S. Reber, Proceedings 33rd IEEE Photovoltaic Specialists Conference (2008), p. 510 [0002]
  • E. van Kerschaver und G. Beaucarne, Progress in Photovoltaics: Research and Applications 14 (2), (2006), S. 107 [0002] E. van Kerschaver and G. Beaucarne, Progress in Photovoltaics: Research and Applications 14 (2), (2006), p. 107 [0002]
  • E. J. Mitchel et al., Proceedings 24th European Photovoltaic Solar Energy Conference (2009) [0003] EJ Mitchel et al., Proceedings 24th European Photovoltaic Solar Energy Conference (2009) [0003]
  • S. Schmich, Ph. D. Thesis, Universität Konstanz (2008) [0003] S. Schmich, Ph. D. Thesis, University of Konstanz (2008) [0003]
  • N. Brinkmann, Diplomarbeit, Universität Konstanz (2009) [0004] N. Brinkmann, Diploma thesis, University of Konstanz (2009) [0004]
  • N. Brinkmann, a. a. O. [0006] N. Brinkmann, supra. [0006]

Claims (13)

Dünnschichtsolarzelle mit einer Vorderseite für den Lichteintritt sowie einer Rückseite, umfassend a) ein nicht-photovoltaisches Substrat (1) mit mindestens einer Durchbohrung, die die Vorder- mit der Rückseite verbindet, b) mindestens eine photoaktive Basisschicht (3) sowie mindestens eine Emitterschicht (4), die zumindest auf Teilen oder der Gesamtheit der Vorderseite und Teilen oder der Gesamtheit der Oberfläche der mindestens einen Durchbohrung abgeschieden sind, wodurch in der Durchbohrung ein Kanal (2) gebildet wird, c) zumindest einen Emitterkontakt (5) sowie zumindest einen Basiskontakt (6), die voneinander elektrisch isoliert auf der Rückseite aufgebracht sind, dadurch gekennzeichnet, dass das Verhältnis des Umfangs des Umrisses des mindestens einen Kanals (2) zur vom Umriss des Kanals (2) umschlossenen Fläche größer ist als das Verhältnis des Umfangs zur Fläche eines Kreises gleicher Fläche.Thin-film solar cell having a front for light entry and a rear side, comprising a) a non-photovoltaic substrate ( 1 ) having at least one through-hole connecting the front and the back, b) at least one photoactive base layer ( 3 ) and at least one emitter layer ( 4 ), which are deposited on at least part or all of the front side and parts or the entirety of the surface of the at least one through-hole, whereby in the through-hole a channel ( 2 ), c) at least one emitter contact ( 5 ) as well as at least one basic contact ( 6 ), which are applied to one another in an electrically insulated manner on the rear side, characterized in that the ratio of the circumference of the outline of the at least one channel ( 2 ) to the outline of the channel ( 2 ) enclosed area is greater than the ratio of the circumference to the area of a circle of the same area. Dünnschichtsolarzelle nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Kanal (2) einen ellipsoiden, rechteckigen, konkaven, konvexen Umfang oder einen rechteckigen Umfang mit abgerundeten Ecken und/oder Kombinationen hieraus aufweist.Thin-film solar cell according to one of the preceding claims, characterized in that the at least one channel ( 2 ) has an ellipsoidal, rectangular, concave, convex, or rectangular circumference with rounded corners and / or combinations thereof. Dünnschichtsolarzelle nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorder- und die Rückseite des Substrates (1) parallel zueinander sind und der mindestens eine Kanal (2) normal und/oder unter einem Winkel 45° ≤ α ≤ 85° zur Vorder- und Rückseite verlaufen.Thin-film solar cell according to one of the preceding claims, characterized in that the front and the back of the substrate ( 1 ) are parallel to each other and the at least one channel ( 2 ) normal and / or at an angle 45 ° ≤ α ≤ 85 ° to the front and back. Dünnschichtsolarzelle nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Basis- und die Emitterschicht (4) zumindest auf einer Seite des Kanals (2) zur Durchbohrung (2) hin abgeschrägt ist.Thin-film solar cell according to one of the preceding claims, characterized in that the base and the emitter layer ( 4 ) at least on one side of the channel ( 2 ) for drilling ( 2 ) is beveled. Dünnschichtsolarzelle nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine photoaktive Basisschicht (3) sowie die mindestens eine Emitterschicht (4) auf Teilen der Rückseite abgeschieden ist und die Schichten in stofflicher Verbindung mit den entsprechenden in mindestens einem Kanal (2) abgeschiedenen Schichten stehen.Thin-film solar cell according to one of the preceding claims, characterized in that the at least one photoactive base layer ( 3 ) as well as the at least one emitter layer ( 4 ) is deposited on parts of the back and the layers are in material connection with the corresponding in at least one channel ( 2 ) deposited layers. Dünnschichtsolarzelle nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem mindestens einen Emitterkontakt (5) und/oder dem mindestens einen Basiskontakt (6) und dem Substrat (1) mindestens eine Isolationsschicht eingebracht ist.Thin-film solar cell according to one of the preceding claims, characterized in that between the at least one emitter contact ( 5 ) and / or the at least one basic contact ( 6 ) and the substrate ( 1 ) At least one insulating layer is introduced. Dünnschichtsolarzelle nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass auf der Vorderseite der Dünnschichtsolarzelle mindestens eine Passivierungsschicht aufgebracht ist, die bevorzugt antireflektiv ausgebildet ist und aus einem dielektrischen Material gebildet ist und besonders bevorzugt aus einem dielektrischen Material ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus SiO2, SiC, SiN sowie Mehrfachschichten hiervon gebildet ist.Thin-film solar cell according to one of the preceding claims, characterized in that on the front side of the thin-film solar cell at least one passivation layer is applied, which is preferably formed antireflective and is formed of a dielectric material and particularly preferably of a dielectric material selected from the group consisting of SiO 2 , SiC, SiN and multilayers thereof. Dünnschichtsolarzelle nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Substrat (1) a) aus einem elektrisch leitenden Material, insbesondere aus dotiertem Silicium, oder b) aus einem elektrischen Isolator, der mit einer Schicht aus einem elektrisch leitenden Material beschichtet ist, gebildet ist.Thin-film solar cell according to one of the preceding claims, characterized in that the substrate ( 1 ) a) of an electrically conductive material, in particular of doped silicon, or b) of an electrical insulator coated with a layer of an electrically conductive material is formed. Dünnschichtsolarzelle nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine photoaktive Basisschicht (3) aus einem Halbleiter, bevorzugt aus einem Halbleiter ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Gruppe IV-Halbleitern, Gruppe III/V-Halbleitern, Gruppe II/VI-Halbleitern, insbesondere aus Si, GaAs und CdTe gebildet ist.Thin-film solar cell according to one of the preceding claims, characterized in that the at least one photoactive base layer ( 3 ) is formed of a semiconductor, preferably of a semiconductor selected from the group consisting of group IV semiconductors, group III / V semiconductors, group II / VI semiconductors, in particular of Si, GaAs and CdTe. Verfahren zur Herstellung einer Dünnschichtsolarzelle nach einem der vorhergehenden Ansprüche, durch a) Einbringen mindestens einer Durchbohrung in ein nicht-photoaktives Substrat (1), b) Abscheiden mindestens einer photoaktiven Basisschicht (3) sowie mindestens einer Emitterschicht (4) zumindest auf Teilen der Vorderseite und der Oberfläche der Durchbohrung und Ausbilden eines Kanals (2) in den Durchbohrungen, sowie c) Ausbilden mindestens einer Emitterkontaktregion (5) und mindestens einer Basiskontaktregion (6), die voneinander elektrisch isoliert sind, auf der Rückseite des Substrats (1) und/oder in den Kanälen (2), dadurch gekennzeichnet, dass der Kanal (2) so ausgebildet wird, dass sein Verhältnis des Umfangs des Umrisses des mindestens einen Kanals zur vom Umriss des Kanals umschlossenen Fläche größer ist als das Verhältnis des Umfangs zur Fläche eines Kreises gleicher Fläche.Method for producing a thin-film solar cell according to one of the preceding claims, by a) introducing at least one through-hole into a non-photoactive substrate ( 1 ), b) depositing at least one photoactive base layer ( 3 ) and at least one emitter layer ( 4 ) at least on parts of the front surface and the surface of the perforation and forming a channel ( 2 ) in the through holes, and c) forming at least one emitter contact region ( 5 ) and at least one base contact region ( 6 ), which are electrically isolated from each other, on the back side of the substrate ( 1 ) and / or in the channels ( 2 ), characterized in that the channel ( 2 ) is formed so that its ratio of the circumference of the outline of the at least one channel to the area enclosed by the contour of the channel is greater than the ratio of the circumference to the area of a circle of the same area. Verfahren nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Kanäle (2) mittels Laser oder mechanisch in das Substrat (1) eingebracht werden.Method according to the preceding claim, characterized in that the channels ( 2 ) by laser or mechanically into the substrate ( 1 ) are introduced. Verfahren nach einem der beiden vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass nach Schritt a) und/oder b) mindestens eine Isolationsschicht auf der Rückseite des Substrats (1) abgeschieden wird.Method according to one of the two preceding claims, characterized in that after step a) and / or b) at least one insulating layer on the back side of the substrate ( 1 ) is deposited. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass nach Schritt a), b) und/oder c) eine Passivierungsschicht auf der Vorderseite abgeschieden wird. Method according to one of claims 10 to 12, characterized in that after step a), b) and / or c) a passivation layer is deposited on the front side.
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