DE19943720A1

DE19943720A1 - Seriell verschaltete Solarzelle

Info

Publication number: DE19943720A1
Application number: DE19943720A
Authority: DE
Inventors: Uwe Kerst; Hans-Guenther Wagemann
Original assignee: WAGEMANN HANS GUENTHER
Current assignee: WAGEMANN HANS GUENTHER
Priority date: 1999-09-02
Filing date: 1999-09-02
Publication date: 2000-05-25

Abstract

Für seriell verschaltete Teilsolarzellen, die auf einer gemeinsamen Trägerscheibe angeordnet und mittels Trenngräben voneinander separiert sind, wird eine Konstruktion angegeben, bei der die hochdotierten Kontaktiergebiete entgegengesetzten Leitungstyps nicht im Grabenbereich benachbart sind, sondern auf der ebenen Oberfläche der Halbleiterschicht neben dem Trenngraben. Diese Konstruktion gewährleistet eine vereinfachte Herstellungstechnologie insbesondere durch eine problemlose Photolithographie bei der Herstellung der hochdotierten Kontaktierbereiche.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf verschaltete Dünnschichtsolar zellen, insbesondere auf die Art der elektrischen Verbindung seriell verschalteter Teil-Solarzellen auf einem Substrat, die durch Trenngräben voneinander isoliert sind.

Aus ökonomischen Gründen zielt die Herstellung von Solarzellen für den Massenbedarf auf eine möglichst einfache Technologie. Als Bestandteil einer solchen ist das Einbringen von Trenngräben zur elektrischen Isolation der Teil-Solarzellen voneinander ein gebräuchliches Verfahren. Solarzellen mit Trenngräben sind z. B. in den Patentschriften EP 0232749 A1, DE 37 27 825 A1 und EP 0334111 A1 beschrieben. In der Schrift DE 196 51 655 wird diese Art der Trenngrabenherstellung wegen der dabei möglicherweise auftretenden Störungen durch den mechanischen Materialabtrag kritisiert. Die Technologien der Grabenherstellung sind aber heutzutage so weit entwickelt, daß das Argument der Fehlerhaf tigkeit nicht mehr relevant ist. Von der Einfachheit und Wirt schaftlichkeit der mechanischen Trennverfahren her sind diese für eine kostensparende Herstellung ausgesprochen günstig, d. h. besser als durch aufwendige Umwandlung von in den aneinander grenzenden Bereichen der Teil-Solarzellen vorhandenem Material in isolierendes Material, wie das in der DE 196 51 655 beschrie ben ist. Nachteile ergeben sich bei Trenngrabenstrukturen auf eine andere Weise: Im Gebiet der Trenngräben erfolgt die elek trische Verbindung der Teil-Solarzellen durch Metallisierung. Zweckmäßigerweise ist dazu an der einen Flanke des Grabens der einen Zelle z. B. 'p' zu kontaktieren und an der anderen Flanke der benachbarten Zelle dann 'n'. Eine einseitige Aufdotierung im Grabenbereich setzt eine aufwendige Photolithographie voraus (präziser Maskenjustierer der Technologie integrierter Schaltun gen und einen Lack, der in seiner inhomogenen Verteilung im Gra ben durchbelichtet werden kann), welche die Gesamttechnologie wieder komplizierter macht und teurer werden läßt.

Es ist Aufgabe der Erfindung, die geschilderten Nachteile bei der Herstellung seriell verschalteter Teil-Solarzellen auf einem Substrat mit Trenngräben zwischen den Teilsolarzellen zu behe ben.

Ziel der Erfindung ist eine vereinfachte ökonomisch verbesserte Herstellungstechnologie für die Massenproduktion von terrestri schen Solarzellen aus seriell verschalteten Teil-Solarzellen auf einem isolierenden Substrat.

Erfindungsgemäß wir die Aufgabe dadurch gelöst, daß der zu kon taktierende Bereich des einen Leitungstyps der einen Zelle und der mit diesem elektrisch durch Metallbrücken zu verbindende Bereich des anderen Leitungstyps der benachbarten Zelle angren zend an das Grabengebiet jeweils auf den ebenen, der Oberfläche der Solarzelle parallelen Bereich gelegt ist, wobei das Graben gebiet im Ganzen entweder zum Bereich des einen oder des anderen Leitungstyps gehört. Damit sind die Schwierigkeiten des photo lithographischen Verfahrensschrittes im Grabengebiet beseitigt, da so die elektrisch zu verbindenden benachbarten dotierten Kon taktierbereiche entgegengesetzten Leitungstyps in einer Ebene liegen.

Die Erfindung soll an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert werden.

Es zeigen:

Fig. 1 das Kontaktiergebiet zweier im Grabengebiet serienverschalteter Teil-Solarzellen auf einem Substrat in sche matischer Darstellung eines Schnittes senkrecht zum Trenngraben (technologisch ungünstig).

Fig. 2 das Kontaktiergebiet zweier in erfindungsgemäßer Weise serienverschalteter Teil-Solarzellen auf einem Substrat in sche matischer Darstellung eines Schnittes senkrecht zum Trenngraben.

Fig. 3 die Lage der seriellen Verschaltungszone (Ladungsverlust zone im Kurzschlußfall) in schematischer Darstellung senkrecht zum Trenngraben.

In Fig. 1 befindet sich auf der Trägerscheibe (1) eine Isolationsschicht (2), und auf dieser die dünne Halbleiterschicht aus Si (3) mit dem Trenngraben (4), an dessen Flanken der p⁺-dotierte Bereich (5) und der n⁺-dotierte Bereich (6) ausgebildet sind. Alternativ kann der Träger (1) auch iso lierend ausgeführt, z. B. aus Keramik, sein, so daß (2) entfällt. Die der Sonnenstrahlung ausgesetzten Oberflächen der Teil-Solar zellen sind vorzugsweise mit einer Antireflexionsschicht (7) abgedeckt. Der metallische Kontakt der seriellen Verschaltung der beiden Teil-Solarzellen ist die Metallschicht (8).

In Fig. 2 ist die grundsätzliche Schichtanordnung ähnlich der in Fig. 1. Der n⁺-dotierte Bereich (6) überdeckt den gesamten Graben bereich (beide Grabenflanken) und endet auf dem horizontalen ebenen Oberflächengebiet neben dem Graben. Der p⁺-dotierte Be reich (5) liegt diesem im gleichen Gebiet gegenüber. Die Metal lisierung bedeckt auch hier den gesamten Trenngraben und reicht bis auf den p⁺-dotierten Kontaktbereich. Allerdings entsteht bei dieser Art der Realisierung der metallischen Verbindung eine geringfügig größere Zone, aus der im Kurzschlußfall der äußere Stromkreis keine Ladungsträger entziehen kann.

Da aber bei einer Solarzelle der Abstand der beiden Teil-Solar zellen mehrere Millimeter beträgt und die Kontaktbreite bei 100 µm liegt, sowie unterhalb des Kontaktes keine Ladungsträgergene ration stattfindet, ist der Verlust durch den Kurzschlußanteil vernachlässigbar gering.

In Fig. 3 sind die Ladungsträgerströme im Volumen des Hauptberei ches der Teil-Solarzellen (1) und (2) und in der Verlustzone (3) schematisch dargestellt.

Bezugszeichenliste Fig. 1

1

Trägerscheibe

2

Isolatorschicht

3

Halbleiterschicht (Si)

4

Trenngraben

5

p⁺

-dotierter Kontaktierbereich

6

n⁺

-dotierter Kontaktierbereich

7

Antireflexionsschicht

8

Metallkontaktschicht

Fig. 2

1

Trägerscheibe

2

Isolatorschicht

3

Halbleiterschicht (Si)

4

Trenngraben

5

p⁺

-dotierter Kontaktierbereich

6

n⁺

-dotierter Kontaktierbereich

7

Antireflexionsschicht

8

Metallkontaktschicht

Fig. 3

1

Ladungsträgerstrom in der Teilsolarzelle 1

2

Ladungsträgerstrom in der Teilsolarzelle 2

3

Verlustzone mit Ladungsträgerverluststrom

Claims

Solarzelle mit serieller Verschaltung von Teil-Solarzellen auf einer Trägerscheibe, wobei die Teil-Solarzellen durch ein Trenngabengebiet strukturiert sind, dadurch gekennzeichnet, daß leitende Kontaktbereichsschichten mit dem einen Leitungstyp an beiden Flanken des Trenn grabengebietes vorhanden sind und die Kontaktbereichsschicht der Flanke an einer Seite des Trenngrabens mit einer minimalen Breite auf der ebenen Oberfläche der Halbleiterschicht parallelgeführt zur Grabenkante endet und sich die Kontaktbereichsschicht mit dem anderen Leitungstyp an dieser einen Seite des Trenngrabens voll auf der ebenen Oberfläche der Halbleiterschicht, von der Kontaktbereichsschicht mit dem einer Leitungstyp getrennt gegenüber befindet.