DE3336700A1

DE3336700A1 - Solarzelle

Info

Publication number: DE3336700A1
Application number: DE19833336700
Authority: DE
Inventors: Helmut Dipl.-Ing. Flödl (FH), 7107 Bad Friedrichshall
Original assignee: Telefunken Electronic GmbH
Current assignee: Telefunken Electronic GmbH
Priority date: 1983-10-08
Filing date: 1983-10-08
Publication date: 1985-04-25

Description

Solarzelle
Bei bekannten Solarzellen ist ein pn-übergang parallel zur einen Hauptfläche des Halbleiterkörpers auf dessen Vorderseite vorhanden. Die ohm'sche Kontaktierung des Halbleiterkörpers erfolgt bei diesen Solarzellen durch einen großflächigen ohm'schen Kontakt auf der Rückseite des Halbleiterkörpers, während die Kontaktierung der mit dem Halbleiterkörper den pn-übergang bildenden Halbleiterzone auf der Vorderseite durch einen fingerförmigen Kontakt erfolgt.
Herkömmliche Siliciumsolarzellen für Konzentrator-Anwendungen sind mit Solarzellen für Standardanwendungen in der Struktur vergleichbar. Für beide Typen soll der ohm'sche Verlust (RSI2) sehr klein gegenüber der durch Lichtbestrahlung erzeugten Leistung sein. Bei zunehmender Lichtkonzentration muß daher mit steigender Stromgenerierung der Serienwiderstand R5 als Innenwiderstand verkleinert werden. Dies kann durch hochdotiertes Basismaterial, geringe Scheibendicke, hochdotierte Halbleiterzone (zur Bildung des pn-Überganges) sowie durch eine fein strukturierte Kontaktgeometrie bei kleiner Zellenfläche erreicht werden.
Konzentrator-Solarzellen (KSZ) für hochkonzentriertes Licht benötigen als Vorderseitenkontakt (VS-Kontakt) fein geartete Fingerstrukturen, um Abschattungs- und Serienwiderstandsverluste möglichst klein zu halten.
Die Fingerabstände solcher Solarzellen sind kleiner als 1 mm und die Fingerbreite liegt zwischen 10 um und 50 um.
Die Vorderseiten-Kontakte werden meist als 3-Schicht-System (z. B. TiPd'Ag) mit Hilfe der Photolithographie hergestellt und anschließend mittels galvanischer Silberbäder in der Schichtdicke (20 bis 40 um) verstärkt.
Diese Prozesse sind aufwendig und teuer.
Da für kleine Serienwiderstände die Fingerlänge der Kontaktfinger begrenzt ist und die generierten hohen Ströme mit möglichst geringen Verlusten über Sammelbalken und Verbinder abgeleitet werden müssen, kann die Fläche von KSZ für hochkonzentriertes Licht nicht beliebig groß gewählt werden (ca. 0,5 cm2 bis ca.
5 cm2). Außerdem können sich bei der herkömmlichen Verbinder-Technologie Probleme beim Verschalten der Verbinder ergeben.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Solarzelle für hochkonzentriertes Licht anzugeben, die in einfacher Weise herstellbar ist und die auch für hohe lichterzeugte Ströme einfach zu verschalten ist. Diese Aufgabe wird bei einer Solarzelle mit einem auf der Vorderseite des Halbleiterkörpers befindlichen pn-Übergang nach der Erfindung dadurch gelöst, daß sich dieser pn-Übergang auch auf den Rand des Halbleiterkörpers erstreckt und dadurch außer der einen Hauptfläche auf der Vorderseite auch der Randfläche des Halbleiterkörpers vorgelagert ist und daß der Randbereich des pn-Überganges zur Bestrahlung mit Licht vorgesehen ist.
Bei der Solarzelle nach der Erfindung sind die Solarzellenkontakte vorzugsweise großflächig ausgebildet.
Dies gilt sowohl für den Vorderseitenkontakt als auch für den Rückseitenkontakt. Die beiden Solarzellenkontakte bedecken vorzugsweise zumindest den größten Teil der Vorder- bzw. Rückseitenfläche des Halbleiterkörpers.
Technisch gesehen ist es am einfachsten, wenn der pn-übergang allseitig hergestellt und dann so aufgetrennt wird, daß ein zusammenhängendes Stück pn-Übergang auf der Vorderseite und seitlich (am Rand) verbleibt, von dem der pn-übergang auf der Rückseite abgetrennt ist. Um einen ohm'schen Kontakt mit dem Halbleiterkörper er erhalten, wird der ohm'sche Kontakt auf der Rückseite des Halbleiterkörpers bis zum Halbleiterkörper durchlegiert. Natürlich besteht auch die Möglichkeit, den pn-Übergang von vorneherein lediglich auf der Vorderseite sowie seitlich (am Rand) vorzusehen.
Die Erfindung wird im folgenden an einem Ausführungsbeispiel erläutert.
Die Figur 1 zeigt eine Solarzelle mit einem Halbleiterkörper 1 aus Silicium, bei der nach der Erfindung ein pn-Übergang 2 nicht nur auf der Vorderseite 3 (obere Hauptfläche), sondern auch seitlich am Rand 4 vorgesehen ist. Hat der Halbleiterkörper 1 den p-Leitungstyp, so hat die zur Herstellung des pn-Überganges 2 erforderliche Halbleiterzone 5 den n-Leitungstyp. Im Ausführungsbeispiel der Figur 1 ist die den pn-Obergang mit dem Halbleiterkörper bildende Halbleiterzone 5 allseitig und somit auch auf der Rückseite 6 (untere Hauptfläche) des Halbleiterkörpers eingebracht. Die Herstellung der Halbleiterzone 5, deren Leitungstyp dem des Halbleiterkörpers entgegengesetzt ist, erfolgt beispielsweise durch Diffusion oder durch Ionenimplantation. Das allseitige Einbringen der Halbleiterzone 5 hat den Vorteil, daß die Rückseite 6 bei der Herstellung der Halbleiterzone 5 nicht maskiert werden muß.
Der bei einem allseitigen Einbringen auf der Rückseite 6 entstehende Teil des pn-Oberganges 2 muß allerdings von dem auf der Vorderseite und am Rand befindlichen Teil des pn-Überganges getrennt werden. Das Auftrennen des pn-Oberganges 2 erfolgt beispielsweise gemäß der Figur 1 mittels eines Grabens 7, den die Halbleiterzone 5 durchtrennt und beispielsweise durch Laserritzen hergestellt wird. Auf zur V-orderseite 3 befindet sich der Solarzellenkontakt 8, -der die Halbleiterzone 2 ohmisch kontaktiert. Der Solarzellenkontakt 8 ist im Gegensatz zu bekannten Solarzellen nicht fingerförmig, sondern großflächig wie der Rückseitenkontakt 9 ausgebildet, der nicht die Halbleiterzone 2, sondern den Halbleiterkörper 1 kontaktiert. Um den Halbleiterkörper 1 zu kontaktieren, muß der Rückseitenkontakt 9 für den Fall, daß die Halbleiterzone 2 allseitig und somit auch auf der Rückseite eingebracht wird, gemäß der Figur 1 durch die Halbleiterzone 2 bis zur Kontaktierung mit dem Halbleiterkörper 1 durchlegiert werden.
Zweckmäßigerweise werden mehrere KSZ gestapelt, so daß in Serienschaltung (String) ein kleines Modul ohne Verbindungsaufwand entsteht. Die Verbindung mehrerer Solarzellen ermöglicht ein Kontaktkleber (10). Eine "String"-Schaltung bietet die Möglichkeit, über die Anzahl der im String gestapelten Zellen die gewünschte Arbeitsspannung bereitzustellen. Der durch den String fließende Strom ist dabei unabhängig von der Zellenanzahl.
Die Figuren 2 und 3 zeigen die Solarzelle nach der Erfindung in perspektivischer Darstellung, jedoch ohne Kleber 10. Während die Figur 2 die Ausbildung des ganzflächigen Rückseitenkontaktes 9 zeigt, zeigt die Figur 3 den Vorderseitenkontakt 8, der ebenfalls großflächig ausgebildet ist.
Entgegen der bisherigen Solarzellen-Technik wird bei der Solarzelle nach der Erfindung nicht die Vorderseite mit hochkonzentriertem Licht bestrahlt, sondern erfindungsgemäß der pn-übergang am Zllenrand 4. Bei der Solarzelle nach der Erfindung hat der lichtgenerierte Strom nur eine minimale Weglänge über die Halbleiterzone 2 bis zu den nahe am Zellenrand liegenden Solarzellenkontakten zurückzulegen. Die bei der Solarzelle nach der Erfindung vorhandene kurze Weglänge für den generierten Strom entspricht bei herkömmlichen Solarzellen mit Fingerstruktur bei einer Scheibendicke von 150 bis 200 um einem Fingerabstand von 0,3 bis 0,4 mm.
Sehr vorteilhaft für kleine Serienwiderstände ist bei der Solarzelle nach der Erfindung die senkrechte Lage der Kontakte zu der Lichteinfallsrichtung, so daß (von der Seite betrachtet) die Kontakte sehr schmal (kleiner 10 um), aber extrem hoch (mehrere mm) erscheinen. Eine galvanische Verstärkung der Kontakte, beispielsweise durch Silber, kann deshalb bei der Solarzelle nach der Erfindung entfallen. Bei einem Verhältnis von 200 um Scheibendicke und 20 um Kontakt- und Verbindungdicke entstehen beispielsweise nur 9 % Abschattungsverluste.
Die Solarzelle der Figuren 4 bis 6 unterscheidet sich von der Solarzelle der Figuren 1 bis 3 dadurch, daß der pn-Übergang 2 nicht auf der Rückseite 6 vorhanden ist, sondern lediglich auf der Vorderseite 3 sowie am Rand 4.
Dies wird dadurch erreicht, daß die Rückseite 6 bei der Herstellung der Halbleiterzone 5 maskiert ist, so daß die Diffusion nicht in die Rückseite des Halbleiterkörpers erfolgt. Bei dieser Ausführungsform der Erfindung kann der Rückseitenkontakt 9 direkt mit dem Halbleiterkörper 1 legiert werden, ohne daß eine Halbleiterzone (5) durchlegiert werden muß. Die Figuren 5 und 6 zeigen die Solarzelle der Figur 4 in perspektivischer Darstellung.
Der Halbleiterkörper der Solarzelle nach der Erfindung kann quadratisch, rechteckig oder vieleckig ausgebildet sein, wobei mehrere Seiten des Halbleiterkörpers gleich- zeitig beleuchtet werden können. Bei einer Vereinigung von mehreren Solarzellen zu einem Modul sollte jedoch mindestens eine Halbleiterseite zur Wärmeabfuhr zur Verfügung stehen.
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Claims

Patentansprüche Solarzelle mit einem auf der Vorderseite des Halbleiterkörpers befindlichen pn-Übergang, dadurch gekennzeichnet, daß sich dieser pn-Übergang auch auf den Rand des Halbleiterkörpers erstreckt und dadurch außer der einen Hauptfläche auf der Vorderseite auch der Randfläche des Halbleiterkörpers vorgelagert ist, und daß der Randbereich des pn-überganges zur Bestrahlung mit Licht vorgesehen ist.
2) Solarzelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Solarzellenkontakte großflächig ausgebildet sind.
3) Solarzelle nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Solarzellenkontakte zumindest den größten Teil der Vorder- und Rückseitenfläche des Halbleiterkörpers bedecken.
4) Solarzelle nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der pn-Übergang allseitig vorhanden ist undidaß derjenige Teil des pn-Überganges, der sich auf der Rückseite des Halbleiterkörpers befindet, auf der der ohm'sche Kontakt für den Halbleiterkörper vorgesehen ist, vom übrigen Teil des pn-Überganges getrennt ist.
5) Solarzelle nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß bei Vorhandensein eines allseitigen pn-überganges der ohm'sche Kontakt für den Halbleiterkörper durch die den pn-Übergang mit dem Halbleiterkörper bildende Halbleiterzone bis zum Halbleiterkörper durchlegiert ist.