DE202004021784U1 - Photovoltaic silicon solar cell and solar module - Google Patents

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Abstract

Photovoltaische Silizium-Wafer-Solarzelle (1) mit einer Frontelektrode (3), einem Absorber (4) und einer metallischen Rückelektrode (5) sowie mit Maßnahmen zum Streuen von in den Absorber (4) einfallendem oder rückgespiegelten Lichts, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest die der Rückelektrode (5) zugewandte Oberfläche des Wafers durch Dotierung und/oder durch eine gesonderte Schicht passiviert ist, und dass zwischen dem Absorber (2) und der Rückelektrode (5) mindestens eine Schicht (4) mit Licht streuenden und/oder reflektierenden Eigenschaften vorgesehen ist, wobei mindestens lokale elektrische Kontakte (5C) zwischen der Rückelektrode (5) und dem Absorber (2) die Schicht (4) durchdringen.Photovoltaic silicon wafer solar cell (1) with a front electrode (3), an absorber (4) and a metallic rear electrode (5) and with measures for scattering in the absorber (4) incident or reflected light, characterized in that at least the surface of the wafer facing the back electrode (5) is passivated by doping and / or by a separate layer, and that between the absorber (2) and the back electrode (5) at least one layer (4) with light-scattering and / or reflective properties is provided, wherein at least local electrical contacts (5C) between the back electrode (5) and the absorber (2) penetrate the layer (4).

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Description

Die Erfindung bezieht sich auf photovoltaische Silizium-Wafer-Solarzellen mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Patentanspruchs 1 und auf aus solchen Zellen aufgebaute Solarmodule. Unter Solarmodul wird hier insbesondere eine Anordnung aus mehreren elektrisch parallel und/oder in Reihe geschalteten Solarzellen verstanden. Als Wafer werden dünne Scheiben aus kristallinem Silizium bezeichnet, die als Grundsubstrate zur Herstellung der Solarzellen verwendbar sind.The This invention relates to photovoltaic silicon wafer solar cells with the features of the preamble of claim 1 and on built from such cells solar modules. Under solar panel is here in particular an arrangement of several electrically parallel and / or solar cells connected in series. As a wafer are called thin slices of crystalline silicon, the as base substrates for the production of solar cells can be used.

Ein bekanntes Problem bei photovoltaischen Solarzellen ist die mangelnde Nutzung des einfallenden Lichts. Vor allem bei modernen Dünnschicht-Solarzellen (z. B. bei denen die Absorberschicht aus kristallinem oder amorphem Silizium besteht oder solches enthält) können die Dicken der das Licht absorbierenden und in elektrische Spannung umsetzenden Funktionsschichten gleich oder gar kleiner als die Wellenlängen des einfallenden Lichts in Luft werden. Insbesondere sind die Schichtdicken teilweise geringer als die mittleren Eindringtiefen des einfallenden Lichtes in die Absorber- bzw. Funktionsschichten. Unter diesen Randbedingungen wird die im einfallenden Licht enthaltene Energie jedenfalls bei direkter (senkrechter) Aufstrahlung nur noch unzureichend absorbiert. Der Wirkungsgrad bzw. die Lichtnutzung dieser Solarzellen genügt daher ohne weitere Maßnahmen nicht den aktuellen Ansprüchen und Anforderungen an eine effiziente und kostengünstige Elektrizitätserzeugung.One known problem with photovoltaic solar cells is the lack of Use of the incident light. Especially in modern thin-film solar cells (For example, where the absorber layer of crystalline or amorphous Silicon exists or contains such) the thicknesses of the light absorbing and into electrical voltage implementing functional layers equal to or even smaller than the wavelengths of the incoming light in air. In particular, the layer thicknesses sometimes less than the average penetration depths of the incident Light in the absorber or functional layers. Under these conditions In any case, the energy contained in the incident light will contribute direct (vertical) irradiation absorbed only insufficient. The efficiency or the light utilization of these solar cells is sufficient therefore without further measures not the current requirements and Requirements for efficient and cost-effective electricity generation.

Auch herkömmliche, d. h. aus Silizium-Wafern hergestellte Solarzellen, bzw. aus z. B. Si mit mehr als 1 bis 2 Mikrometer dicken Absorbern hergestellte Solarzellen, können mit einer Lichtfallentechnik wie z. B. durch strukturierte Oberflächen und gut reflektierende Rückseiten verbessert werden, um das einfallende Licht so gut wie möglich zur Stromerzeugung zu nutzen.Also conventional, d. H. Solar cells made of silicon wafers, or from z. B. Si with more than 1 to 2 micrometers thick absorbers manufactured solar cells, can with a light trap technique such as B. by structured surfaces and well reflective Backs are enhanced to the incident light as good as possible to use for power generation.

Solarzellen aus Silizium-Wafern sind an sich selbsttragend und werden auf der Lichteinfallseite meist mit (z. B. gedruckten) Gitterelektroden ausgestattet. Auch sie werden jedoch für den Einsatzzweck meist mit großflächigen Substraten verbunden, beispielsweise zwischen zwei Glasscheiben eingebaut.solar cells made of silicon wafers are self-supporting and are on the Light incident side usually with (eg printed) grid electrodes fitted. However, they are usually for the purpose of use connected to large-area substrates, for example installed between two glass panes.

Bei Silizium-Wafer-Solarzellen wird in der Regel bei der Rückelektrode auf eine TCO-Schicht verzichtet. In diesem Fall wird der Kontakt zwischen dem Absorber und der Metallschicht direkt hergestellt. Die Kontaktfläche zwischen dem Halbleiter und dem Metall hat jedoch an sich eine sehr hohe Rekombinationsaktivität, d. h. die durch Lichteinfall für die Stromgeneration im Silizium erzeugten Minoritätsladungsträger der Elektronen-„Loch”-Paare „verschwinden” an der Metall-Halbleitergrenzfläche mit hoher Wahrscheinlichkeit („Oberflächen-Rekombination”). Dieser Effekt tritt umso ausgeprägter auf, je dünner der Si-Wafer bzw. der Absorber ist. Im Ergebnis wird dadurch die Leerlaufspannung (open-circuit-Spannung) der Solarzelle in unerwünschter Weise verringert, und außerdem der lichtgenerierte (Kurzschluss-)Strom.at Silicon wafer solar cells is usually at the return electrode waived a TCO layer. In this case, the contact becomes made directly between the absorber and the metal layer. The contact area between the semiconductor and the metal however, has a very high recombination activity per se, d. H. caused by light for the generation of electricity in the Silicon generated minority carrier of the Electron "hole" pairs "disappear" the metal-semiconductor interface with high probability ( "Surface recombination"). This Effect is more pronounced, the thinner the Si wafer or the absorber is. As a result, the Open circuit voltage (open circuit voltage) of the solar cell in unwanted Way, and also the light-generated (short-circuit) current.

Mit dem Trend zu immer dünneren Absorber- bzw. Waferdicken wird es daher in zunehmendem Maße wichtig, eine gute elektronische Qualität der Rückseite der Solarzelle sicherzustellen, bzw. die rückseitige Oberfläche durch eine geeignete Behandlung zu passivieren, wonach die durch Licht erzeugten Elektronen-„Loch”-Paare nicht mehr übermäßig rasch rekombinieren können. Dies gilt unabhängig davon, ob der Wafer p- oder n-dotiert ist.With the trend towards ever thinner absorber or wafer thickness It therefore becomes increasingly important to have a good electronic Ensure the quality of the back of the solar cell or the back surface by a suitable Passivation treatment, after which the light generated electron "hole" pairs do not recombine excessively quickly can. This is true regardless of whether the wafer p- or n-doped.

In Hocheffizienz-Solarzellen wird deshalb der Kontakt zwischen dem Absorber und der Metallschicht auf das für die Stromleitung notwendige Minimum reduziert (zum Beispiel bei den sogenannten Punktkontakt-Solarzellen, PERL Struktur, PERC Struktur, Polka dot Struktur, usw.).In High-efficiency solar cells will therefore be the contact between the Absorber and the metal layer on the for the power line necessary minimum (for example, in the so-called point-contact solar cells, PERL structure, PERC structure, polka dot structure, etc.).

Die Effizienz von Solarzellen wird durch Abscheiden einer sogenannten „Passivierungsschicht” (meist eine Siliziumoxid- oder Siliziumnitrid-Beschichtung) zwischen dem Wafer und der metallischen Elektrodenschicht verbessert, die an den Stellen oder Punkten für die gewollte Kontaktierung mit dem Metall unterbrochen wird. Dies kann durch lokales Maskieren vor dem Abscheiden der Schicht oder auch durch nachträgliches lokales Abtragen (Strukturieren durch Photolithographie oder Laser-Ablation) der zunächst vollflächigen Schicht erreicht werden.The Efficiency of solar cells is achieved by depositing a so-called "passivation layer" (usually a silicon oxide or silicon nitride coating) between the Wafer and the metallic electrode layer improves on the the points or points for the desired contact is interrupted with the metal. This can be done by local masking before the deposition of the layer or by subsequent local ablation (structuring by photolithography or laser ablation) of the first full-surface layer can be achieved.

Auf das vorerwähnte gesonderte Herstellen von Unterbrechungen der Passivierungsschicht vor dem Abscheiden der Rückelektrode kann (möglicherweise unter Senkung der Herstellkosten) verzichtet werden.On the aforementioned separate making interruptions the passivation layer before depositing the return electrode can (possibly lowering production costs) be waived.

Man kann auch nach dem ganzflächigen Abscheiden der Rückelektrode, ggf. auf eine ganzflächige Passivierung/Passivierungsschicht der Wafer-Oberfläche, durch Laserstrahl-Behandlung oder „Beschuss” punktförmige Kontakte zwischen der Rückelektrode und dem Wafer herstellen, welche eine vorhandene Passivierung durchdringen.you can also after the entire surface deposition of the return electrode, if applicable to a full-surface passivation / passivation layer the wafer surface, by laser beam treatment or "shelling" punctate Make contacts between the back electrode and the wafer, which penetrate an existing passivation.

Eine weitere Möglichkeit zum Weglassen der Schichtstrukturierung besteht, wenn man Metalle, insbesondere Aluminium, als Element der Metallschicht der Rückelektrode verwendet, die bei geeigneter Prozessführung (z. B. thermische Behandlung) nur an einzelnen Stellen nadelförmig die Passivierungsschicht (Siliziumoxid) durchdringen. Nur an diesen Punkten wird der Halbleiter (Silizium) kontaktiert.A further possibility to omit the layer structuring exists, if one metals, in particular aluminum, as element of the Metal layer of the back electrode used in the appropriate Process management (eg thermal treatment) only to individual Make acicular the passivation layer (silica) penetrate. Only at these points will the semiconductor (silicon) contacted.

Über die einfache elektrische Kontaktierung hinaus kann das Metall der Rückelektrode selbst eine Dotierung im Halbleiter erzeugen, je nach Metall eine n-type- oder p-type-Dotierung.about The simple electrical contacting can be the metal of the Return electrode itself generate a doping in the semiconductor, Depending on the metal, an n-type or p-type doping.

Im weiteren wird das Verhalten von p-dotierendem Aluminium diskutiert, analoge Verhältnisse gelten jedoch für n-dotierende Metalle. Stößt das Al beim Durchdringen der Passivierungsschicht auf p-type-Material (und sei es nur an der Oberfläche), so kann lokal eine erhöhte p-type-Dotierung durch das Al bewirkt werden und damit lokal ein „back surface field” (BSF) in der Grenzfläche des Halbleiters mit dem Al-Kontakt erzeugt werden.in the further the behavior of p-doping aluminum is discussed, However, analogous conditions apply to n-doping Metals. The Al hits when penetrating the passivation layer on p-type material (if only on the surface), so locally increased p-type doping by the Al and thus locally a "back surface field" (BSF) generated in the interface of the semiconductor with the Al contact become.

Stößt das Al beim Durchdringen der Passivierungsschicht auf n-type-Material (und sei es nur an der Oberfläche), kann dort die n-type-Dotierung lokal überkompensiert werden. Hieraus ergeben sich zwei grundsätzliche Möglichkeiten.encounters the Al when penetrating the passivation layer on n-type material (even if only on the surface), the n-type doping can be locally overcompensated there become. This results in two basic possibilities.

Einerseits können lokale p-n-Übergänge zu einem n-type-Halbleiter entstehen, oder es entsteht ein lokal begrenzter Kanal p-type-dotierten Materials, der durch eine n-dotierte Oberfläche hindurch eine direkte p-type-Verbindung zwischen dem Al und dem p-dotierten Halbleiter-Körper schafft.On the one hand can make local p-n transitions to one n-type semiconductors are formed or a more localized one arises Channel p-type doped material passing through an n-doped surface Through a direct p-type connection between the Al and the p-doped Semiconductor body creates.

Anstelle einer gesonderten Passivierungsschicht kann auch an einem „X”-type dotierten Halbleiter eine Oberflächenpassivierung durch eine „Y”-type dotierte Oberfläche gebildet werden, welche dann von einem „X”-type dotierenden Metall lokal mit den vorstehend beschriebenen Wirkungen durchdrungen werden kann. X und Y stehen hier jeweils entweder für p oder für n.Instead of a separate passivation layer may also be on an "X" type doped semiconductor pass through a surface passivation formed a "Y" -type doped surface which are then doped by an "X" type Metal penetrated locally with the effects described above can be. X and Y here stand either for p or for n.

Durch die geschilderte enge lokale Begrenzung direkter Berührung oder Kontaktierung zwischen Metall und Halbleiter wird im Verhältnis zu einer ganzflächigen Berührung die unerwünschte rasche Rekombination sehr stark vermindert.By the described close local limit of direct contact or contacting between metal and semiconductor is in proportion to a full-surface touch the unwanted rapid recombination is greatly reduced.

WO 01/86732 A1 beschreibt ein Verfahren zum Herstellen eines Kontakts bzw. einer Elektrode auf einer Halbleiter-Oberfläche. Zunächst wird eine kristalline Silizium-Oberfläche oxidiert, um dann eine Aluminiumschicht als Rückelektrode auf der (nicht leitenden) Oxidschicht abzuscheiden. Sodann wird eine Schicht amorphen Siliziums auf der Al-Schicht abgeschieden. Durch Erhitzen dieser Struktur auf Temperaturen unterhalb der eutektischen Temperatur von Aluminium und Silizium wird die Oxidschicht lokal an solchen Stellen reduziert, wo ihre Qualität oder Dichte geringer ist. WO 01/86732 A1 describes a method for making a contact or an electrode on a semiconductor surface. First, a crystalline silicon surface is oxidized to then deposit an aluminum layer as a back electrode on the (non-conductive) oxide layer. Then, a layer of amorphous silicon is deposited on the Al layer. By heating this structure to temperatures below the eutectic temperature of aluminum and silicon, the oxide layer is locally reduced at locations where its quality or density is lower.

Im Ergebnis wird eine zu starke Rekombination des Si-Halbleiters an der Grenzfläche zur Al-Schicht durch die zwischenliegende (und nur teilweise durchdrungene) Oxidschicht vermieden (folglich die „open-circuit-Spannung” der Solarzelle erhöht), gleichwohl aber ein für die Stromabnahme hinreichender elektrischer Kontakt zwischen dem Wafer und der Rückelektrode durch quasi punktförmige Löcher oder Tunnel durch das Oxid hindurch sichergestellt.in the The result is an excessive recombination of the Si semiconductor the interface with the Al layer through the intermediate (and only partially penetrated) oxide layer avoided (consequently increases the "open-circuit voltage" of the solar cell), but nevertheless a sufficient for the current decrease electrical contact between the wafer and the return electrode through quasi punctiform holes or tunnels the oxide is ensured.

Lösungsansätze für die Verbesserung der Lichtnutzung in Solarzellen bestehen einerseits darin, die Lichtreflexion an der äußeren Oberfläche zu vermindern. Hierzu ist es einerseits bekannt, die Oberflächen auf der Lichteinfallseite zu entspiegeln, wobei man Entspiegelungs-Beschichtungen auftragen und/oder die Oberfläche mit Mikrostrukturen versehen kann. Die erwähnten Mikrostrukturen können auch das Licht brechen und es unter flachen Winkeln, oder auch diffus, in die Absorberschichten einleiten. Durch diese Maßnahmen trachtet man, die Länge des Pfades zu vergrößern, den jeder Lichtstrahl innerhalb der Absorberschicht zurücklegt.solutions for improving the use of light in solar cells on the one hand, the light reflection on the outside Reduce surface. For this it is known on the one hand to refract the surfaces on the light incidence side, wherein one applies anti-reflective coatings and / or the surface can provide with microstructures. The mentioned microstructures can also break the light and make it at shallow angles, or also diffuse into the absorber layers. Through these measures if you try to increase the length of the path, each light ray travels within the absorber layer.

Mit Oberfläche ist vorstehend sowohl die Oberfläche eines Wafers gemeint, als auch die Oberfläche einer darüber liegenden transparenten Abdeckung.With Surface is prominent both the surface of a wafer, as well as the surface of one above it lying transparent cover.

Schließlich muss für einen guten Licht-Nutzungsgrad in einer im Vergleich zur mittleren Lichteindringtiefe dünnen Solarzelle auch das Licht an der Rückseite gespiegelt werden, das den Absorber durchquert hat. Als Spiegel können die metallischen Elektroden genutzt werden, die man üblicherweise auf der vom Lichteinfall abgewandten Flächenseite der Solarzellen anordnet.After all must be compared for a good light usage in one to the average light penetration depth thin solar cell too the light is mirrored at the back, which traverses the absorber Has. As a mirror, the metallic electrodes can be used which you usually get on by the light arranges facing surface side of the solar cells.

Der bei konventionellen Solarzellen häufig ganzflächig aufgebrachte und in der Regel bei hoher Temperatur eindiffundierte Aluminiumrückkontakt hat allerdings eine nur schwach reflektierende Wirkung.Of the in conventional solar cells often over the entire surface applied and usually diffused at high temperature However, aluminum back contact has only a slightly reflective Effect.

WO 01/90 787 A1 beschreibt eine Licht streuende dünne Beschichtung, die dazu geeignet ist, von einer Lichtquelle ausgestrahltes Licht homogen zu streuen. Als Anwendungsfälle werden insbesondere die Hintergrundbeleuchtung von Flachbildschirmen, Flächenlampen etc. genannt. Die Beschichtung besteht im Wesentlichen aus mit einem mineralischen oder organischen Bindemittel gebundenen Partikeln mit Durchmessern zwischen 0,3 und 2 μm, wobei das Bindemittel einen Volumenanteil von 10 bis 40% an der Beschichtung hat. Die Beschichtung hat eine Kontrastdämpfung von mehr als 40%. Sie kann eine Lichttransmission von mehr als 45 oder gar 60% haben, insbesondere wenn die Partikel selbst aus halbtransparenten (mineralischen) Materialien bestehen. Der Lichtbrechungsindex der Partikel ist vorzugsweise höher als der des Bindemittels. WO 01/90 787 A1 describes a light-scattering thin coating which is capable of homogeneously scattering light emitted by a light source. As applications, in particular the backlight of flat screens, area lights, etc. are called. The coating consists essentially of particles bound with a mineral or organic binder with diameters between 0.3 and 2 μm, the binder having a volume fraction of 10 to 40% of the coating. The coating has a contrast damping of more than 40%. It can have a light transmission of more than 45 or even 60%, especially if the particles themselves consist of semitransparent (mineral) materials. The refractive index of the particles is preferably higher than that of the binder.

Die Licht streuende Schicht wird vorzugsweise mit einer zwischen 1 und 20 μm liegenden Dicke und einem geeigneten Verfahren auf die Oberfläche eines Substrats aufgetragen, z. B. durch Siebdrucken, Tauchbeschichten, Fließbeschichten, Zerstäubung. Sie ist als solche nicht oder schlecht elektrisch leitfähig (hochohmig). Jedoch streut sie das einfallende Licht so gleichmäßig, dass die Intensität des gestreuten Lichtes für jeden Betrachtungswinkel proportional zur Projektionsfläche ist. Mit dispergierend wirkenden Zusatzstoffen können Agglomerationen von Partikeln in Grenzen gehalten werden, die zu unerwünschten Transmissionsstörungen in der Schicht führen könnten.The light-scattering layer is preferably of a thickness between 1 and 20 μm and a suitable method applied to the surface of a substrate, e.g. B. by screen printing, dip coating, flow coating, atomization. As such, it is not or poorly electrically conductive (high-resistance). However, it scatters the incident light so evenly that the intensity of the scattered light is proportional to the projection area for each viewing angle. With dispersing additives agglomerations of particles can be kept within limits, which could lead to unwanted transmission noise in the layer.

Das Patent EP 688 818 B1 beschreibt Zubereitungen aus Partikeln und Bindemitteln, die auch für Licht streuende Verwendungen z. B. in Leuchtdioden geeignet sind.The patent EP 688 818 B1 describes preparations of particles and binders, which are also used for light scattering uses z. B. are suitable in light emitting diodes.

WO 2004/005978 A1 beschreibt eine Anwendung von Licht streuenden Schichten der vorgenannten Art in Kombination mit einer gegen elektromagnetische Strahlung dämpfenden oder isolierenden Schicht mit relativ hohem Flächenwiderstand von mehr als 100 Ω/Quadrateinheit. Diese Schicht kann wiederum ein TCO enthalten oder aus einem solchen bestehen, wobei auf einem Substrat zunächst die Licht streuende Schicht und dann darüber die elektromagnetisch isolierende Schicht abgeschieden werden kann. Hintergrund dieser Kombination ist die Anwendung der Licht streuenden Schicht bei hinterleuchteten Flüssigkristall-Bildschirmen, wobei die elektromagnetische Isolierung störende Einflüsse der hinter dem Substrat befindlichen Lichtquelle auf die Flüssigkristalle zu unterbinden hat. WO 2004/005978 A1 describes an application of light-scattering layers of the aforementioned type in combination with an electromagnetic radiation attenuating or insulating layer having a relatively high sheet resistance of more than 100 Ω / square unit. This layer can in turn contain or consist of a TCO, wherein the light-scattering layer and then the electromagnetically insulating layer can be deposited on a substrate first. Background of this combination is the application of the light-scattering layer in backlit liquid crystal displays, the electromagnetic insulation has to prevent disturbing influences of the light source located behind the substrate on the liquid crystals.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, bei photovoltaischen Si-Wafer-Solarzellen die Lichtnutzung noch weiter zu verbessern.Of the The invention is based on the object, in photovoltaic Si wafer solar cells to improve the use of light even further.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den Merkmalen des Schutzanspruchs 1 gelöst. Die Merkmale der Unteransprüche geben vorteilhafte Weiterbildungen dieser Erfindung an.These Task is according to the invention with the features of the protection claim 1 solved. The features of the subclaims indicate advantageous developments of this invention.

Eine bedeutende Verbesserung der Lichtnutzung wird in photovoltaischen Silizium-Wafer-Solarzellen demnach erreicht, wenn man eine Licht streuende und/oder reflektierende Schicht der vorstehend erörterten Art zwischen dem Absorber und der Rückelektrode anordnet. Anders ausgedrückt, wird die Licht streuende Schicht mit der von der Lichteinfallseite abgewandten reflektierenden Rückelektrode kombiniert. Unter „Licht streuender Schicht” ist hier auch eine Schicht zu verstehen, die neben ihrem Streueffekt das Licht auch reflektiert.A Significant improvement in light usage will be in photovoltaic Thus, silicon wafer solar cells can be achieved by using a light scattering and / or reflective layer of those discussed above Arrange sort between the absorber and the return electrode. In other words, the light-scattering layer becomes with the remote from the light incident side reflective return electrode combined. Under "light-scattering layer" is here too to understand a layer, in addition to its scattering effect, the light also reflected.

Im Fall der Verwendung der beschriebenen Licht streuenden Schicht in oder an einem Rückreflektor der Solarzellen wird die Lichtmenge, die nach Durchdringen des Absorbers noch zu der das Licht streuenden Schicht gelangt, entweder direkt von dieser oder von der dahinter liegenden metallischen Schicht reflektiert und dabei jeweils einer diffusen Streuung unterworfen, bevor sie wieder in den Absorber eintritt.in the Case of using the described light-scattering layer in or at a back reflector of the solar cells, the amount of light, which, after penetrating the absorber, still scatters the light Layer passes, either directly from this or from behind it lying metallic layer and thereby each one subjected to diffuse scattering before returning to the absorber entry.

Dies wird immer dann von Nutzen sein, wenn das einfallende Licht den Absorber wenigstens teilweise durchdringt, was bei dünneren Wafern in zunehmendem Maße der Fall ist. Vereinfacht ausgedrückt durchdringt das Licht den Absorber dann (teilweise), wenn dessen Materialdicke senkrecht zum Lichteinfall kleiner als die Absorptionslänge des Lichtes bei einer Wellenlänge oberhalb der Bandkante des den Absorber bildenden oder in diesem enthaltenen Halbleiters ist, oder zumindest nur soviel größer als die Absorptionslänge ist, dass dennoch ein nennenswerter Anteil des Lichtes die Absorberschicht durchdringt und die Rückseite der Zelle erreicht.This will always be useful when the incoming light is the Absorber at least partially penetrates, which is thinner Wafern is increasingly the case. Simply put The light then penetrates (partially) the absorber, if its Material thickness perpendicular to the light incidence smaller than the absorption length of the light at a wavelength above the band edge of the is the absorber forming or contained in the semiconductor, or at least only so much larger than the absorption length is that nevertheless a significant proportion of the light penetrates the absorber layer and reaches the back of the cell.

Hierbei ist allerdings sicherzustellen, dass über die (eventuell hochohmige) Licht streuende Schicht ein die Stromleitung sicherstellender elektrischer Kontakt zwischen dem Absorber und der Rückelektrode bestehen bleibt. Dies kann beispielsweise mit den Maßnahmen erreicht werden, die vorstehend zu der Punktkontaktierung durch eine Passivierungsschicht erörtert wurden.in this connection However, make sure that about the (possibly high-impedance) light-scattering layer ensuring the power line electrical contact between the absorber and the return electrode persists. This can be done, for example, with the measures can be achieved, the above to the point contact by a passivation layer was discussed.

Der Grad der Porosität der Licht streuenden Schicht ist mit Hilfe der Prozessparameter beim Aufbringen in weiten Grenzen einstellbar. Man konnte experimentell nachweisen, dass der effektive elektrische Übergangswiderstand von einer Metallschicht zu einem anderen Material über diese dazwischen liegende lichtstreuende Schicht vernachlässigbar gering ist. Folglich kann man schon beim Abscheiden der metallischen Rückelektrode auf die Licht streuende (und mit einer gewissen Porosität hergestellte) Schicht einen hinreichend guten elektrischen Kontakt von dem aufgebrachten Metall durch die Licht streuende Schicht hindurch zum Absorber erzielen.Of the Degree of porosity of the light-scattering layer is with Help of the process parameters when applying within wide limits adjustable. It has been experimentally demonstrated that the effective electrical contact resistance from one metal layer to another material this intervening light-scattering layer is negligible is low. Consequently, you can already at the deposition of the metallic Return electrode to the light scattering (and with a certain Porosity produced) layer a sufficiently good electrical contact from the deposited metal through the light achieve scattering layer through to the absorber.

Phosphordiffusion ist einer von mehreren möglichen Verfahrensschritten zum Herstellen von Emittern an der Lichteinfallseite bzw. der Frontelektrode der Wafer-Solarzelle. Beispielsweise wird gemäß der Erfindung auf die Rückseite eines ggf. rundum oder an seiner rückseitigen Oberfläche mit Phosphor n-dotierten Silizium-Wafers die Licht streuende Schicht und auf dieser die Metallschicht, insbesondere eine Aluminiumschicht angeordnet. Schon beim Aufbringen der Metallschicht (z. B. Aluminiumschicht) durchdringt das Metall an einzelnen Stellen lokal die teilweise poröse lichtstreuende Schicht und stellt so punktartig Kontakt zum Halbleiter her. Bei einer geeigneten Wärmebehandlung diffundiert Aluminium in die Oberfläche des Silizium-Wafers und erzielt dabei die weiter oben beschriebenen Kontaktierungseffekte (einschließlich des Durchdringens einer eventuell zusätzlich zur Licht streuenden Schicht vorhandenen Passivierungsschicht) aus.Phosphorus diffusion is one of several possible process steps for producing emitters on the light incidence side or the front electrode of the wafer solar cell. By way of example, according to the invention, the light-scattering layer is arranged on the rear side of a possibly all-round or on its rear surface with phosphorus n-doped silicon wafer and on this the metal layer, in particular an aluminum layer. As soon as the metal layer (eg aluminum layer) is applied, the metal locally penetrates the partially porous light-scattering layer at individual points, thus making point contact with the semiconductor. With a suitable heat treatment, aluminum diffuses into the surface of the silicon wafer, thereby achieving the contacting effects described above (including penetration of a silicon wafer) possibly in addition to the light-scattering layer passivation layer present).

Somit ergibt sich in der Grenzfläche des Absorbers zur Licht streuenden Schicht eine durch Abscheideparameter einstellbare Punktkontaktierung. Hingegen bleibt großflächig betrachtet die Isolierung/Oberflächenpassivierung zwischen dem Absorber und der Metall-Rückelektrode durch die Licht streuende Schicht erhalten. Gesonderte Maßnahmen (Photolithographie, Laser, Maskierung) können also auch bei der erfindungsgemäßen Anwendung der Licht streuenden und/oder reflektierenden Schicht entfallen.Consequently results in the interface of the absorber to the light scattering layer an adjustable by Abscheideparameter point contact. On the other hand the insulation / surface passivation remains largely considered between the absorber and the metal back electrode obtained the light-scattering layer. Separate measures (Photolithography, laser, masking) can also in the application of the invention, the light scattering and / or reflective layer omitted.

So kann bei deren Kombination mit Passivierungsschichten (z. B. SiO2) auf gesonderte Prozessschritte für das Unterbrechen der Passivierungsschicht verzichtet werden, da bei der Anwendung einer thermischen Behandlung das Metall stellenweise die Passivierungsschicht durchdringt und über die durch das Aluminium dotierten punktförmigen Bereiche die Siliziumschicht kontaktiert.Thus, when they are combined with passivation layers (eg., SiO 2) can be dispensed with separate process steps for interrupting the passivation layer, as in the application of a thermal treatment, the metal in places penetrate the passivation layer and the doped by the aluminum point-like areas, the silicon layer contacted.

Neben dem Vorteil der erhöhten Lichtausbeute aufgrund der mehrfachen Streuung/Reflexion der Lichtstrahlen ergibt sich durch Variation der Abscheideparameter der Licht streuenden Schicht die zusätzliche Möglichkeit, deren Porosität und damit die Häufigkeit bzw. die Verteilung der punktuellen Kontakte zwischen Metallschicht und Absorber gezielt einzustellen und somit die elektrische Güte der Rückseite der Solarzelle zu beeinflussen und zu verbessern. Demgegenüber muss nach der schon erwähnten WO 01/86732 A1 die Dichte der Kontaktpunkte z. B. über die Qualität des passivierenden Oxids gesteuert werden. Erfindungsgemäß besteht jedoch über die einstellbare Porosität der lichtstreuenden Schicht zwischen der Metallschicht und dem Silizium-Wafer eine von der Oxidqualität unabhängige Möglichkeit zur Kontrolle der Kontaktfläche (Anzahl der Kontaktpunkte). Die Oxidqualität kann daher allein mit Blick auf die Qualität der Oberflächenpassivierung optimiert werden.In addition to the advantage of the increased light output due to the multiple scattering / reflection of the light rays results by varying the Abscheideparameter the light-scattering layer, the additional possibility, the porosity and thus the frequency or the distribution of punctiform contacts between the metal layer and absorber targeted and thus the to influence and improve electrical quality of the back of the solar cell. In contrast, after the already mentioned WO 01/86732 A1 the density of the contact points z. B. be controlled by the quality of the passivating oxide. However, according to the invention, the adjustable porosity of the light-scattering layer between the metal layer and the silicon wafer provides an option for controlling the contact area (number of contact points) that is independent of the oxide quality. The oxide quality can therefore be optimized solely with regard to the quality of the surface passivation.

Die Erfindung nutzt als weiteren entscheidenden Vorteil die Lichtstreueigenschaften der teil-porösen Schicht zwischen Metall und Silizium-Wafer, wodurch über optische Weglängenverlängerungen und Lichtfalleneffekte die Absorption des einfallenden Lichtes und somit die generierte Strommenge gefördert werden.The Invention uses the light scattering properties as a further decisive advantage the semi-porous layer between metal and silicon wafer, resulting in optical path length extensions and light trap effects the absorption of incident light and thus the generated amount of electricity will be promoted.

Denkbar ist auch eine „doppelte” Ausstattung der Solarzelle mit Licht streuenden Schichten beidseits des Absorbers. Dazu wird eine Licht streuende Schicht, wenn sie eine hohe Lichttransmission hat, auch auf der Lichteinfallseite angeordnet. Man kann sie dann über der Frontelektrode oder zwischen der Frontelektrode und dem Absorber anordnen.Conceivable is also a "double" equipment of the solar cell with light-scattering layers on both sides of the absorber. This will be a light-scattering layer, if it has a high light transmission, also arranged on the light incidence side. You can then over the front electrode or between the front electrode and the absorber Arrange.

Die in dieser Weise genutzte Licht streuende Schicht enthält in an sich bekannter Weise Partikel und Bindemittel. Bevorzugt sind die Partikel transparent oder halb-transparent, um die Lichttransmission der Licht streuenden Schicht möglichst hoch zu halten. Sie können insbesondere mineralische Partikel wie Oxide, Nitride oder Karbide sein.The contains in this way used light scattering layer in a conventional manner particles and binder. Preferred are the particles are transparent or semi-transparent to the light transmission of the Light-scattering layer as high as possible. she In particular, mineral particles such as oxides, nitrides or carbides.

Ganz bevorzugt verwendet man für die Herstellung der Partikel Oxide von Metallen (Metalloxide) wie Silizium, Aluminium, Zirkon, Titan, Cer. Ggf. können die Partikel auch aus Mischungen mindestens zweier dieser Oxide bestehen.All it is preferred to use for the production of the particles Oxides of metals (metal oxides) such as silicon, aluminum, zirconium, Titanium, cerium Possibly. The particles can also be made from mixtures at least two of these oxides exist.

Solche Partikel können mit allen dem Fachmann bekannten Herstellungsverfahren gewonnen werden. Sie haben vorzugsweise eine Korngrößenverteilung, nach der mindestens 50% der Partikel nicht mehr als 50% von der mittleren Korngröße abweichen, sind also verhältnismäßig homogen.Such Particles can be prepared by any manufacturing method known to those skilled in the art be won. They preferably have a particle size distribution, after the at least 50% of the particles not more than 50% of the differ mean grain size, so are proportionate homogeneous.

Das Bindemittel muss eine hinreichende Temperaturstabilität aufweisen, um einerseits die Prozesstemperaturen während der Herstellung und andererseits den in Solarzellen bei intensiver Sonneneinstrahlung auftretenden recht hohen Temperaturen schadlos widerstehen zu können. In dieser Hinsicht kann ein mineralisches Bindemittel interessant sein, z. B. des Typs Kalium-, Natrium-, Lithium-Silikat, oder Aluminiumphosphat.The Binder must have a sufficient temperature stability on the one hand, the process temperatures during the production and the other in solar cells at more intense Solar radiation occurring quite high temperatures harmless to be able to resist. In this regard, a mineral Binders be interesting, z. B. of the type potassium, sodium, Lithium silicate, or aluminum phosphate.

Andererseits wird die Licht streuende Schicht im vorliegenden Anwendungsfall nicht äußeren Einflüssen (Witterung, Abrasion) ausgesetzt, so dass ihre mechanische Stabilität kein vorrangiges Kriterium für die Stoffwahl ist.on the other hand becomes the light-scattering layer in the present application not external influences (weather, Abrasion), so that their mechanical stability is not a primary criterion for choice of substance.

Weitere wesentliche Eigenschaften einer für den hier erörterten Anwendungszweck geeigneten Licht streuenden Schicht können der eingangs erwähnten WO 01/90 787 A1 entnommen werden, deren Offenbarung schon einleitend teilweise wiedergegeben wurde und hinsichtlich der Schichteigenschaften und -zusammensetzung hier ausdrücklich einbezogen wird.Further essential properties of a light-scattering layer which is suitable for the purpose of application discussed here can be mentioned at the outset WO 01/90 787 A1 are taken, the disclosure of which has already been partially reproduced in the introduction and in terms of the layer properties and composition is explicitly included here.

Ergänzend kann man selbstverständlich in Lichteinfallrichtung vor oder auf den Si-Wafer-Solarzellen angeordnete Abdeckungen etc. mit einer Licht streuenden Oberflächenstruktur oder -beschichtung und/oder mit einer die Reflexion des einfallenden Lichtes mindernden Beschichtung oder Oberflächenstruktur ausstatten. Geeignete Gläser werden von der Anmelderin für Solaranwendungen seit Jahren hergestellt und sind unter dem Markennamen „ALBARINO®” im Markt verfügbar.In addition, it is of course possible to provide covers or reflections arranged in front of or on the Si wafer solar cells in the light incidence direction with a light-scattering surface structure or coating and / or with a coating or surface structure which reduces the reflection of the incident light. Suitable glasses have been manufactured by the applicant for solar applications for years and are available under the brand name "ALBARINO ® " in the market.

Um Solarzellen in der vorstehend erörterten Bauart herzustellen, kann folgendes Verfahren benutzt werden:
Als Ausgangsmaterial werden p-type Si-Wafer verwendet. Durch Phosphordiffusion wird (zumindest) auf der Vorderseite des Wafers eine n-type-Oberfläche (als Emitter) erzeugt. Die Phosphordiffusion wirkt sich in der Regel aber auf beide Seiten des Wafers aus, da die Rückseite nicht maskiert wird.In order to produce solar cells in the type discussed above, the following method can be used:
The starting material used is p-type Si wafers. Phosphorus diffusion creates (at least) an n-type surface (as emitter) on the front side of the wafer. However, phosphorus diffusion usually affects both sides of the wafer because the backside is not masked.

Auf diese Rückseite wird sodann eine Licht streuende Schicht und darauf eine Aluminiumschicht als metallische Rückelektrode aufgebracht. Schon bei diesem Prozessschritt durchdringt das Aluminium lokal and einzelnen Stellen die teil-poröse lichtstreuende Schicht und berührt dort den Si-Wafer. Das Zwischenprodukt wird erhitzt. Infolge der an sich bekannten Vorgänge der Penetration des Aluminiums durch Siliziumoxid und des Diffundierens von Al in den Wafer wird an der rückseitigen Oberfläche des Wafers die dort eventuell vorhandene n-Dotierung des Phosphors durch Al-Anteile überkompensiert, d. h. die Rückseite wird auf der Oberfläche lokal/punktförmig wieder p-dotiert (wie vor der Phosphordiffusion).On this back then becomes a light scattering layer and then an aluminum layer as the metallic back electrode applied. Even at this process step, the aluminum penetrates locally and in some places the partially porous light-scattering layer and touches the Si wafer there. The intermediate is heated. As a result of the known processes of penetration of the aluminum by silica and the diffusion of Al in the wafer becomes at the back surface of the wafer, there possibly existing n-doping of the phosphor overcompensated by Al components, d. H. the backside becomes local / punctiform on the surface p-doped (as before the phosphorus diffusion).

Bei dieser Vorgehensweise hat man also vor dem Aufbringen des Rückkontaktes „ohnehin” eine n-type Oberfläche, die man dann also wie vorstehend beschrieben nutzen kann, um in Kombination mit der Licht streuenden Schicht eine gut passivierte punktkontaktierte Rückseite zu erhalten, die außerdem das Licht reflektiert und streut.at This approach is so before the application of the back contact "anyway" an n-type Surface, which is then as described above can use in combination with the light-scattering layer to get a well passivated point-contacted back which also reflects and scatters the light.

Ohne diese n-type Oberflächendotierung der Rückseite kann in ähnlicher Weise eine nur punktuell durch das Al durchbrochene Oberflächen-Passivierungsschicht aus z. B. SiO genutzt werden. Dies gilt auch für eine ganzflächig aufgebrachte stark p-Typ artige Oberflächendotierung, die zwar an sich schon durch die Formation des schon erwähnten sogenannten „Back Surface Field” eine gewisse Oberflächenpassivierung erzeugt, die aber in ihrer Qualität wesentlich erhöht wird, wenn der Kontakt zum Metall auf kleine Flächenanteile beschränkt wird.Without this n-type surface doping the back similarly, one may only be punctually affected by the Al openwork surface passivation layer of e.g. B. SiO be used. This also applies to a whole area applied highly p-type surface doping, the Although in itself by the formation of the already mentioned so-called "back surface field" a certain Surface passivation produced, but in their quality essential is increased when the contact with the metal on small area proportions is limited.

Es ist eine natürliche Erweiterung der Erfindung, dass sie sich auch anwenden lässt auf aufwendigere Solarzellenstrukturen, die sowohl p-type als auch n-type Regionen auf der Rückseite haben, und dann z. B. mit zwei ineinander greifenden kammartigen Kontakten belegt werden.It is a natural extension of the invention that they can also be applied to more complex solar cell structures, the both p-type and n-type regions on the back have, and then z. B. with two intermeshing comb-like Contacts are occupied.

Weitere Einzelheiten und Vorteile des Gegenstands der Erfindung gehen aus der Zeichnung zweier Ausführungsbeispiele und deren sich im folgenden anschließender eingehender Beschreibung hervor.Further Details and advantages of the subject invention go out the drawing of two embodiments and their in the following subsequent detailed description.

Es zeigen in vereinfachter, nicht maßstäblicher DarstellungIt show in a simplified, not to scale representation

1 eine schematische Teil-Schnittansicht einer Si-Wafer-Solarzelle, bei der eine Licht streuende Schicht zwischen dem an der Oberfläche n-dotierten Absorber und der Rückelektrode eingebettet ist; 1 a partial schematic sectional view of a Si wafer solar cell in which a light-scattering layer between the surface-doped n-doped absorber and the back electrode is embedded;

2 eine schematische Teil-Schnittansicht einer Si-Wafer-Solarzelle, bei der eine Licht streuende Schicht zwischen einer Passivierungsschicht und der Rückelektrode eingebettet ist; 2 a partial schematic sectional view of a Si wafer solar cell in which a light-scattering layer between a passivation layer and the back electrode is embedded;

3 eine vergrößerte Detailansicht analog zu 2, worin die Brechung eines Lichtstrahls zwischen der Rückelektrode und dem Absorber angedeutet ist. 3 an enlarged detail view analogous to 2 in which the refraction of a light beam between the return electrode and the absorber is indicated.

Gemäß 1 umfasst eine Solarzelle 1 im prinzipiellen Aufbau einen Absorber 2 in Gestalt eines Silizium-Wafers, dessen Oberfläche durch eine geeignete Behandlung, z. B. Phosphordiffusion, n-oberflächendotiert wurde. Diese von der Oberfläche zum Inneren des Wafers/Absorbers hin sich verringernde Dotierung ist stark vereinfacht durch zwei punktiert gezeichnete Linien 3 entlang den Außenkanten des Absorbers 2 angedeutet. Die Dotierung muss abweichend von der Darstellung nicht auch an der Seitenoberfläche vorliegen.According to 1 includes a solar cell 1 in the basic structure of an absorber 2 in the form of a silicon wafer, the surface of which by a suitable treatment, for. B. phosphorus diffusion, n-surface doped. This doping, which decreases from the surface to the interior of the wafer / absorber, is greatly simplified by two dotted lines 3 along the outer edges of the absorber 2 indicated. Notwithstanding the illustration, the doping does not have to be present on the side surface as well.

Die in der Zeichnung oben liegende Seite des Absorbers 2 ist dem einfallenden Licht zugewandt. Zur Vereinfachung wurde auf eine Darstellung der auf einem p-type Si-Wafer in der Regel n-type dotierten und mit einer Frontelektrode bzw. einem „Emitter” versehenen Wafer-Oberfläche verzichtet.The side of the absorber at the top in the drawing 2 is facing the incoming light. For simplicity, a representation of the on a p-type Si wafer usually n-type doped and provided with a front electrode or an "emitter" wafer surface was omitted.

Direkt auf die vom Lichteinfall abgewandte Rückseite des Absorbers 2 ist eine Licht streuende Schicht 4 abgeschieden, auf welcher wiederum eine metallische Rückelektrode 5 in Schichtform abgeschieden ist. Die Rückelektrode wird vorzugsweise aus Aluminium hergestellt oder enthält dieses Metall, das sich für den hier vorliegenden Anwendungsfall infolge seiner guten Dotierungseigenschaften mit Silizium und der Fähigkeit, eine Oberflächenpassivierungsschicht aus z. B. Siliziumoxid zu durchdringen, besonders empfiehlt.Directly on the back of the absorber facing away from the light 2 is a light-scattering layer 4 deposited, on which in turn a metallic back electrode 5 deposited in layer form. The back electrode is preferably made of aluminum or contains this metal, which for the present application due to its good doping properties with silicon and the ability to form a surface passivation layer of z. B. to penetrate silica, especially recommends.

Schematisch sind unterhalb der Rückelektrode 5 noch eine Klebeschicht 6 und eine Tragplatte 7 angedeutet. Letztere kann in an sich bekannter Weise zum Aufbau eines Solarmoduls aus einer Mehrzahl von elektrisch in Reihe und/oder parallel geschalteten Solarzellen 1 genutzt werden. Die Klebeschicht kann aus einem Gießharz oder aus thermoplastischen Folien hergestellt werden, die jeweils natürlich physikalisch und chemisch mit den angrenzenden Bestandteilen der Solarzellen kompatibel sein müssen. Bei Bedarf wird natürlich auch auf der Lichteinfallseite der Solarzellen eine geeignete Abdeckung vorgesehen, deren Lichttransmission möglichst hoch sein sollte.Schematic are below the return electrode 5 still an adhesive layer 6 and a support plate 7 indicated. The latter can in a conventional manner for the construction of a solar module of a plurality of electrically connected in series and / or parallel solar cells 1 be used. The adhesive layer may be made of a cast resin or thermoplastic films, each of which, of course, must be physically and chemically compatible with the adjacent components of the solar cells. If necessary, of course, a suitable cover is provided on the light incidence side of the solar cells, the light transmission should be as high as possible.

Die Licht streuende Schicht 4 wirkt hier als flächiger Isolator zwischen dem Absorber 2 und der Rückelektrode 5. Letztere muss deshalb in an sich bekannter Weise wenigstens punktförmig mit dem Absorber 2 stromleitfähig verbunden werden. Punktförmig ist hier so zu verstehen, dass eine über die gesamte Elektroden- und Waferfläche sich erstreckende Kontaktierung durch eine Vielzahl von im einzelnen geringen Flächen gebildet wird.The light-scattering layer 4 works here as flat insulator between the absorber 2 and the return electrode 5 , The latter therefore has to be at least punctiform with the absorber in a manner known per se 2 be electrically conductively connected. In this case, point-shaped is to be understood as meaning that a contacting extending over the entire electrode and wafer area is formed by a large number of small areas.

Diese Definition von „punktförmig” umfasst auch solche Strukturen, die nur im Querschnitt punktförmig aussehen, wie z. B. linienförmige Kontaktbereiche. Diese Bereiche sind angedeutet durch eine Schar von Fortsätzen 5C (oder „Peaks”) der Rückelektrodenschicht, die sich durch die Licht brechende und mit einer gewollten Porosität hergestellten Schicht 4 hindurch bis in den Körper des Absorbers 2 hinein erstrecken, wobei sie auch unter Umständen vorhandene Bereiche einer n-type Oberflächen-Dotierung des Wafers durchdringen. Aus der sehr vereinfachten Darstellung können natürlich keine Rückschlüsse auf die reale Gestalt bzw. Querschnitte dieser Fortsätze und auf ihre chemische Zusammensetzung gezogen werden.This definition of "punctiform" also includes such structures that look punctiform only in cross section, such. B. linear contact areas. These areas are indicated by a bevy of extensions 5C (or "peaks") of the back electrode layer extending through the light refractive layer and with a desired porosity 4 through to the body of the absorber 2 extend, wherein they may also penetrate existing areas of an n-type surface doping of the wafer. From the very simplified representation of course no conclusions can be drawn on the real shape or cross sections of these extensions and on their chemical composition.

Die in 2 dargestellte Variante umfasst eine Passivierungsschicht 6 als diskrete, Licht durchlassende Schicht zwischen dem Absorber 2 und der Licht brechenden Schicht 4. Die Schicht 6 kann mit einer n-type oder p-type Oberflächen-Dotierung (Linien 3) des Wafers gemäß 1 kombiniert werden oder eine solche ersetzen. Sie wird ganz bevorzugt aus SiOx oder SiNx hergestellt oder enthält solche Silizium-Verbindungen.In the 2 illustrated variant includes a passivation layer 6 as a discrete, light transmitting layer between the absorber 2 and the light-breaking layer 4 , The layer 6 can with an n-type or p-type surface doping (lines 3 ) of the wafer according to 1 be combined or replace one. It is most preferably made of SiO x or SiN x or contains such silicon compounds.

Die Dicken der einzelnen Schichten können hier nicht maßstäblich wiedergegeben werden.The Thicknesses of the individual layers can not be scaled here be reproduced.

Das Beispiel nach 2 hat jedenfalls wieder entsprechend 1 eine wie oben definierte punktförmige Kontaktierung zwischen der Rückelektrode 5 und dem Wafer bzw. Absorber 2. Diese erstrecken sich ersichtlich nicht nur durch die Licht streuende Schicht 4, sondern auch durch die Passivierungsschicht 8 hindurch.The example after 2 has in any case again accordingly 1 a punctiform contact between the back electrode as defined above 5 and the wafer or absorber 2 , Obviously, these do not only extend through the light-scattering layer 4 but also through the passivation layer 8th therethrough.

Das Detail der 3 verdeutlicht noch das Funktionsprinzip der erfindungsgemäßen Schichtausstattung der Solarzelle 1. Gleiche Bestandteile wie in 1 haben dieselben Bezugszeichen wie dort. Man erkennt wieder den Wafer 2 mit den auf seiner Rückseite abgeschiedenen Schichten 8, 4 und 5.The detail of 3 clarifies the functional principle of the layering of the solar cell according to the invention 1 , Same components as in 1 have the same reference numbers as there. You can see the wafer again 2 with the layers deposited on its back 8th . 4 and 5 ,

Anhand eines grafisch stark vereinfachten Beispiels wird die Funktionsweise der Licht streuenden Schicht und die damit einhergehende verbesserte Ausnutzung einfallenden Lichts in der Solarzelle 1 näher erörtert. Es sei dabei bemerkt, dass die dieser bewusst anschaulich gehaltenen Beschreibung zugrunde liegende geometrische Optik bei den hier diskutierten Verhältnissen zwischen Lichtwellenlänge und Oberflächenstrukturgrößen für eine korrekte physikalische Beschreibung nicht mehr alleine angemessen ist. Interferenz- sowie Nahfeldeffekte wären für eine exakte Beschreibung hinzuzuziehen. Dennoch ist für eine intuitive Beschreibung die geometrische Optik geeignet, um die grundsätzlich von der Erfindung ausgenutzten Effekte zu verstehen.On the basis of a graphically greatly simplified example, the operation of the light-scattering layer and the associated improved utilization of incident light in the solar cell 1 discussed in more detail. It should be noted that the geometrical optics underlying this deliberately descriptive description are no longer adequate for a correct physical description in the ratios between light wavelength and surface structure sizes discussed here. Interference and near-field effects would be needed for an accurate description. Nevertheless, for an intuitive description, the geometric optics are suitable to understand the effects basically exploited by the invention.

So weit ein von oben senkrecht auftreffender Lichtstrahl L den Absorber 2 noch durchdringt, kann er zunächst an der (unebenen) Grenzfläche zwischen dem Absorber 2 und der Passivierungsschicht 8 gebrochen (zerlegt, gestreut) und teil-reflektiert und damit schon in die letztere wieder hinein gestreut werden (hier vereinfachend nicht dargestellt).So far a vertically incident from above light beam L the absorber 2 still penetrating, it can first at the (uneven) interface between the absorber 2 and the passivation layer 8th broken (decomposed, scattered) and partially reflected and thus already scattered back into the latter (not shown here for simplicity).

Der noch nicht absorbierte und an oben genannter Grenzfläche nicht reflektierte Anteil des Lichtstrahls fällt auf die Oberfläche der Licht streuenden Schicht 4 und wird auch dort teilweise gestreut, teilweise -je nach Einfallswinkel und mikroskopischer Position- auch reflektiert. Von einer Darstellung der an der Schicht 4 reflektierten Lichtmenge wurde allerdings vereinfachend abgesehen.The portion of the light beam not yet absorbed and not reflected at the above-mentioned boundary surface is incident on the surface of the light-scattering layer 4 and is also partially scattered there, partly depending on the angle of incidence and microscopic position- also reflected. From a representation of the at the layer 4 reflected amount of light, however, was omitted for simplicity.

Durchgelassene Anteile erfahren multiple Reflektionen und werden so entweder zurück in den Silizium-Wafer gestreut oder gelangen sodann noch in die Grenzfläche zu der Metallschicht 5, welche sie wieder in die Licht brechende Schicht 4 reflektiert. Da die Licht streuende Schicht 4 das Licht nicht oder nur sehr wenig absorbiert, werden auch diese Anteile des Lichtes wieder in den Absorber der Solarzelle geleitet.Permeated portions undergo multiple reflections and are thus either scattered back into the silicon wafer, or they then enter the interface with the metal layer 5 They put them back in the light-breaking layer 4 reflected. Because the light-scattering layer 4 If the light is not absorbed or absorbed only very little, these parts of the light are also directed back into the absorber of the solar cell.

Insgesamt wird der einzelne einfallende Lichtstrahl L so in eine Vielzahl von Strahlengängen aufgeteilt, die sich alle auf mehr oder weniger großer Länge durch den Absorber 2 erstrecken und damit den Grad der Lichtnutzung bedeutend erhöhen. Es sei nochmals angemerkt, dass die Darstellung auch der Lichtstrahlen nur der Verdeutlichung der Wirkung der Licht streuenden Schicht dient und nur sehr bedingt die tatsächlichen Brechungs- und Reflexionsverläufe wiedergibt.Overall, the single incident light beam L is thus divided into a plurality of beam paths, all of which are more or less long in length through the absorber 2 extend and thus increase the degree of light utilization significantly. It should again be noted that the representation of the light rays only serves to clarify the effect of the light-scattering layer and only very partially reflects the actual refraction and reflection progressions.

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Claims (10)

Photovoltaische Silizium-Wafer-Solarzelle (1) mit einer Frontelektrode (3), einem Absorber (4) und einer metallischen Rückelektrode (5) sowie mit Maßnahmen zum Streuen von in den Absorber (4) einfallendem oder rückgespiegelten Lichts, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest die der Rückelektrode (5) zugewandte Oberfläche des Wafers durch Dotierung und/oder durch eine gesonderte Schicht passiviert ist, und dass zwischen dem Absorber (2) und der Rückelektrode (5) mindestens eine Schicht (4) mit Licht streuenden und/oder reflektierenden Eigenschaften vorgesehen ist, wobei mindestens lokale elektrische Kontakte (5C) zwischen der Rückelektrode (5) und dem Absorber (2) die Schicht (4) durchdringen.Photovoltaic silicon wafer solar cell ( 1 ) with a front electrode ( 3 ), an absorber ( 4 ) and a metallic back electrode ( 5 ) as well as measures for spreading in the absorber ( 4 ) incident or reflected light, characterized in that at least the return electrode ( 5 ) facing surface of the wafer is passivated by doping and / or by a separate layer, and that between the absorber ( 2 ) and the return electrode ( 5 ) at least one layer ( 4 ) is provided with light-scattering and / or reflective properties, wherein at least local electrical contacts ( 5C ) between the return electrode ( 5 ) and the absorber ( 2 ) the layer ( 4 penetrate). Solarzelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sich die lokalen elektrischen Kontakte durch in der Licht streuenden Schicht (4) vorhandene Poren oder darin erzeugte Durchbrüche erstrecken.Solar cell according to claim 1, characterized in that the local electrical contacts through the light-scattering layer ( 4 ) existing pores or breakthroughs generated therein. Solarzelle nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest die zur metallischen Rückelektrode (5) gewandte Oberfläche des aus n-type oder p-type-dotiertem Silizium bestehenden Absorbers (2) durch eine jeweils entweder n-type Dotierung, p-type Dotierung und/oder eine Passivierungsschicht wie z. B. Siliziumoxid oder Siliziumnitrid oder durch eine solche Materialien enthaltende Schicht passiviert ist, um Oberflächen-Rekombination zu minimieren.Solar cell according to one of the preceding claims, characterized in that at least the metallic back electrode ( 5 ) facing surface of the n-type or p-type doped silicon absorber ( 2 ) by a respective either n-type doping, p-type doping and / or a passivation layer such. For example, silicon oxide or silicon nitride or pass through such a material-containing layer is passivated to minimize surface recombination. Solarzelle nach einem der vorstehenden Ansprüche, deren Licht streuende und/oder reflektierende Schicht (4) mit einem mineralischen oder organischen Bindemittel gebundene, Licht reflektierende Partikel enthält.Solar cell according to one of the preceding claims, whose light-scattering and / or reflecting layer ( 4 ) contains light-reflecting particles bound with a mineral or organic binder. Solarzelle nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Licht streuende und/oder reflektierende Schicht (4) mineralische Partikel aus Oxiden, Nitriden oder Karbiden enthält, insbesondere mit Korngrößen zwischen 0,1 und 3 μm.Solar cell according to one of the preceding claims, characterized in that the light-scattering and / or reflective layer ( 4 ) contains mineral particles of oxides, nitrides or carbides, in particular with particle sizes between 0.1 and 3 microns. Solarzelle nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Licht streuende Schicht (4) ein organisches oder mineralisches Bindemittel mit einem Volumenanteil von 10 bis 40% enthält.Solar cell according to one of the preceding claims, characterized in that the light-scattering layer ( 4 ) contains an organic or mineral binder with a volume fraction of 10 to 40%. Solarzelle nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Lichtbrechungsindex der Partikel verschieden von dem des Bindemittels ist.Solar cell according to one of claims 4 to 6, characterized in that the refractive index of the particles different from that of the binder. Solarzelle nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass auf der Lichteinfallseite des Absorbers eine Abdeckung mit einer Licht streuenden Oberflächenstruktur oder -beschichtung und/oder mit einer Lichtreflexion mindernden Beschichtung vorgesehen ist.Solar cell according to one of the preceding claims, characterized in that on the light incident side of the absorber a cover with a light-scattering surface structure or coating and / or with a light reflection reducing Coating is provided. Solarzelle nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine weitere Licht streuende Schicht mit hoher Lichttransmission auf der Lichteinfallseite des Absorbers (2) angeordnet ist.Solar cell according to one of the preceding claims, characterized in that a further light-scattering layer with high light transmission on the light incident side of the absorber ( 2 ) is arranged. Solarmodul mit einer Mehrzahl von elektrisch miteinander verschalteten Solarzellen nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Solarzellen insbesondere auf einer gemeinsamen Tragstruktur (7) festgelegt sind.Solar module with a plurality of electrically interconnected solar cells according to one of the preceding claims, wherein the solar cells in particular on a common support structure ( 7 ).
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