DE3788645T2 - Sonnenzelle mit verbesserter stirnflächenmetallisierung. - Google Patents

Sonnenzelle mit verbesserter stirnflächenmetallisierung.

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Description

    1. Technisches Gebiet der Erfindung
  • Die vorliegenden Erfindung bezieht sich im allgemeinen auf Solarzellen und insbesondere auf Solarzellen mit einer verbesserten Vorderseitenmetalisierung
  • 2. Beschreibung des Standes der Technik
  • Konventionelle Solarzellen bestehen aus einem Halbleiterkörper der eine Schicht mit P-Leitfähigkeit, eine Schicht mit N-Leitfähigkeit und einen N-P oder einen P-N Halbleiterübergang zwischen diesen Schichten, eine lichtempfangende Hauptvorderseite und eine Hauptrückseite aufweist. Die der Vorderseite benachbarte Schicht wird Emitter genannt und die der Rückseite benachbarte Schicht wird Puffer genannt. Wenn Licht auf die lichtempfangende Vorderseite der Zelle einfällt, werden Elektronen und zugehörige Löcher so wohl im Emitter als auch im Puffer erzeugt. Wegen des Vorhandenseins des Halbleiterübergangs werden in den meisten Fällen die Elektronen in Richtung aufeine Hauptfläche der Zelle und die Löcher in Richtung auf die andere Hauptfläche der Zelle dirigiert, was zu einer Fotostromdichte führt. In einer typischen Solarzelle mit P-N-Galliumarsenid-Halbleiterübergang bewegen sich Löcher zu der lichtempfangenden Vorderseite der Zelle und die Elektronen zu der Rückseite. An der Vorder- und Rückseite des Galliumarsenid-Halbleiterkörpers werden elektrische Kontakte angebracht, um die Ladungsträger einzusammeln. Die Elektronen werden durch den rückwertigen elektrischen Kontakt und die Löcher durch den vorderseitigen elektrischen Kontakt eingesammelt. Das Ziel besteht darin, so viele Elektronen und Löcher wie möglich einzusammeln bevor diese rekombinieren, um die höchstmögliche Fotostromdichte zu erreichen.
  • Aus dem Dokument "The Conference Record of the 13th IEEE Photovoltaic Specialists' Conference, 5th-8th June 1978" ist aus den Seiten 946-952 eine Solarzelle entsprechend dem Oberbegriff des Anspruchs 1 bekannt, die einen Halbleiterkörper mit einer ersten und einer zweiten Schicht und mit einer Schicht aus Aluminium-Galliumarsenid mit einer Mehrzahl von Rillen darin aufweist. Zusätzlich ist diese bekannte Zelle mit einem feinem Gitter bestehend aus metallischen Leitungen und Kontaktfingern bekannt, die den Kontakt zu der zweiten Schicht herstellen. In dem Dokument "Solar Cells", Volumen 9, Nr 3, August 1983, Seite 169-177 ist eine Solarzelle beschrieben, die drei Schichten aus einem Halbleitermaterial und darauf eine dotierte Schicht aus Aluminium-Galliumarsenid aufweist. Schließlich lehrt die US-A- 3,982,964 eine Solarzelle mit einem Frontkontaktdesign, das sich durch eine isolierende Schicht zu einer Schicht aus Halbleitermaterial erstreckende Öffnungen aufweist, und mit metallischen Leitungen, die auf der Oberseite der isolierenden Schicht aufgebracht sind und das Halbleitermaterial an den Kreuzungspunkten der Rillen und metallischen Leitungen kontaktieren.
  • Der Nachteil all dieses Standes der Technik besteht darin, daß ein großer Teil der Ladungsträger in Richtung Vorderseite geführt wird, jedoch unter dem Frontkontakt rekombiniert und daher nicht zur Fotostromdichte beiträgt. Das wird in Fachkreisen als Stirn- bzw. Vorderflächenrekombinationsgeschwindigkeit bezeichnet. Der vorderseitige elektrische Kontakt bzw. der elektrische Frontkontakt einer Galliumarsenidsolarzelle ist ein Bereich, in dem die Industrie Solarzellen zu verbessern sucht.
  • KURZFASSUNG DER ERFINDUNG
  • Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine Solarzelle bereitzustellen, bei der der Emitter-Rekombinations- Strom an der Vorderseite minimiert ist.
  • Diese Aufgabe wird mit einer Solarzelle gemäß Anspruch 1 erreicht.
  • Zusätzliche Vorteile der Solarzelle gemäß der vorliegenden Erfindung bestehen in einer verbesserten Leerlaufspannung und einem verbesserten Wirkungsgrad und darin, daß die Solarzelle gemäß der vorliegenden Erfindung reproduzierbar mit hoher Ausbeute hergestellt werden kann.
  • Gemäß der vorstehenden genannten Aufgabe umfast eine Solarzelle gemäß der vorliegenden Erfindung einen Halbleiterkörper mit wenigstens zwei benachbarten mit Fremdmaterial dotierten Halbleiterschichten von entgegengesetztem Leitfähigkeitstyp, die die Basis bzw. Emitterschicht der Solarzelle mit einem dazwischenliegendem Halbleiterübergang bilden. Die Basis- und die Emitterschicht weisen eine Hauptrück- bzw. Hauptvorderseite auf, die im wesentlichen parallel zueinander sind. Eine Schicht aus Aluminium-Galliumarsenid ist über der Hauptvorderseite der Emitterschicht aufgebracht und weist eine exponierte Hauptfläche auf. Die Aluminium- Galliumarsenidschicht weist eine Mehrzahl von transversalen Rillen auf, die sich vertikal durch die Schicht zu der Hauptvorderfläche der Emitterschicht erstrecken. Die Rillen enthalten metallische Kontaktleitungen, die die Emitterschicht elektrisch kontaktieren, um die Ladungsträger einzusammeln. Eine Mehrzahl von Strom sammelden metallischen Gitterleitungen ist auf der exponierten Hauptvorderfläche quer zu den metallischen Kontaktleitungen angeordnet und stellt den elektrischen Kontakt zu diesen Kontaktleitungen her. Ein flacher metallischer Streifen ist ebenfalls auf der exponierten Hauptfläche aus Aluminium-Galliumarsenid angeordnet und koppelt die Strom sammelden metallischen Gitterleitungen elektrisch miteinander und stellt einen Bereich für Schweinverbindungen zu anderen Solarzellen dar.
  • Andere und weitere Ziele, Vorteile und charakteristische Merkmale der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden detaillierten Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung unter Berücksichtigung der beigefügten Zeichnungen.
  • KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNG
  • Fig. 1(a) zeigt eine Draufsicht auf einen Teil einer Solarzelle entsprechend den Prinzipien der Erfindung;
  • Fig. 1(b) zeigt eine Querschnittansicht entlang der Linie bb in Fig. 1(a),
  • Fig. 2 zeigt eine perspektivische Darstellung, teilweise in Schnittdarstellung eines Teils der Solarzelle aus Fig. 1(a);
  • Fig. 3 zeigt eine Draufsicht auf einen Teil einer Solarzelle entsprechend einer weiteren Ausführungsform der Erfindung;
  • Fig. 4 zeigt eine Draufsicht auf eine Solarzelle entsprechend der Erfindung;
  • Figs. 5 (a)-(g) zeigen entsprechende Querschnittdarstellungen ( Fig. 5(g) auch perspektivisch) einer bevorzugten Herstellungsmethode für die Solarzelle gemäß der Erfindung.
  • BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
  • In den Figs. 1a, 1b und 2 ist eine Solarzelle 6 gezeigt, die einen Halbleiterkörper 7 mit zueinander parallelen Hauptvorder- und Hauptrückseiten 8 und 9 aufweist. Der Halbleiterkörper umfaßt eine Substratschicht 10, die aus Galliumarsenid sein kann, obwohl auch Germanium oder Silizium statt dessen verwendet werden können. Die Substratschicht 10 kann mit Fremdatomen dotiert sein, so daß sie beispielsweise eine N&spplus;-Leitfähigkeit aufweist. Eine Pufferschicht 12 überdeckt das Substrat 10, besteht typischerweise aus Galliumarsenid, das beispielsweise auf einen N-Leitfähigkeitstyp dotiert ist. Falls die Substratschicht 10 aus Silizium-Halbleitermaterial besteht, ist eine Germaniumschicht zwischen dem Substrat 10 und dem Galliumarsenidpuffer 12 angeordnet, um die Gitterstruktur des Siliziumhalbleitermaterials an das Galliumarsenidhalbleitermaterial anzupassen. Eine Emitterschicht 14 aus Galliumarsenidhalbleitermaterial überdeckt die Pufferschicht 12 und kann vom P-Leitfähigkeitstyp sein. Ein N-P-Übergang 13 liegt zwischen der Emitterschicht 14 und der Pufferschicht 12. Über der Emitterschicht 14 liegt eine Alluminium-Galliumarsenid-Fensterschicht 20 die den gleichen Leitfähigkeitstyp wie die Emitterschicht 14 aufweist d. h., P-Leitfähigkeitstyp.
  • In Fig. 1b ist zwar ein N-P-Halbleiterkörper illustriert es kann jedoch auch ein P-N-Halbleiterkörper verwendet werden, wobei das Substrat 10 P&spplus;-leitfähig, die Pufferschicht 12 P- leitfähig, die Emitterschicht 14 N-leitfähig und die Fensterschicht 20 N-leitfähig ist.
  • Zwei Antireflexionsbeschichtungen 21 und 22 überdecken die Hauptvorderseite 8 der Alluminium-Galliumarsenid-Fensterschicht 20. Die obere Antireflexionsbeschichtung 22 weist eine exponierte Hauptfläche 23 auf und kann aus Alluminiumoxid bestehen und die untere Antireflexionsbeschichtung 21 kann beispielsweise aus Titandioxid bestehen. Typischerweise werden zwei Schichten verwendet, es können jedoch auch weniger oder mehr Schichten verwendet werden. Falls eine einzelne Schicht verwendet wird, kann diese beispielsweise entweder aus Siliziummonoxid oder aus Tantaloxid bestehen.
  • Der Rückkontakt bzw. der untere Kontakt 30 ist auf der Hauptrückseite 9 des Halbleiterkörpers 7 angeordnet. Der Rückkontakt kann die gesamte Rückseite der Solarzelle überdecken oder gitterförmig sein.
  • Eine Mehrzahl von im wesentlichen parallelen metallischen Kontaktleitungen 40 durchquert die Ausdehnung der exponierten Hauptfläche 23 der Solarzelle. Die metallischen Kontaktleitungen 14 weisen typischerweise einen rechteckigen Querschnitt auf und erstrecken sich durch die zwei Antireflexionsbeschichtungen 21 und 22 und die Alluminium-Galliumarsenid-Schicht 20, um die Hauptvorderseite 15 der Emitterschicht 14 zu kontaktieren. Die metallischen Kontaktleitungen 40 können beispielsweise zwischen 5 und 10 Mikrometer breit sein. Dünnere Kontaktleitungen stellen weniger Kontaktfläche für die Emitterschicht bereit, was den Emitterrekommbinationsstrom unter den Kontakten reduziert, indem die Menge des Emittermaterials verringert ist, die einem Bereich mit höhere Kommbinationsgeschwindigkeit ausgesetzt ist. Anstelle der Kontaktleitungen 40 von Fig. 1 können eine Mehrzahl von rechteckigen Metallkontaktsegmenten 41 vorgesehen werden, die, wie in Fig. 3 gezeigt, in Zeilen und Spalten angeordnet sind und den Kontaktbereich zu dem Emitter weiter reduzieren. Benachbarte Metallkontaktleitungen 40 oder -segmente 41 können etwa 800 Mikrometer voneinander beabstandet sein.
  • Auf der exponierten Hauptfläche 23 der oberen Antireflexionsbeschichtung 22 angeordnete Strom sammelnde metallische Gitterleitungen 50 durchlaufen die Ausmaße der Solarzelle 6 längs, gewöhnlich senkrecht zu den metallischen Kontaktleitungen 40. Die metallischen Gitterleitungen 50 kreuzen die metallischen Kontaktleitungen 40 und stellen den elektrischen Kontakt zu ihnen her. Die Breite der Gitterleitungen kann beispielsweise zwischen 25 und 60 Mikrometer liegen, aber 30-40 Mikrometer zeigen gute Ergebnisse. Benachbarte Gitterleitungen weisen beispielsweise eine Abstand von 1-2 mm voneinander auf (0,5-1 mm in Fig. 3). Der optimale Abstand zwischen benachbarte Gitterleitungen 50 variert jedoch entsprechend dem für die Kontaktleitungen 40 gewählten Metall und der Breite und Höhe der Gitterleitungen 50.
  • Ein flacher Metallstreifen 60 erstreckt sich quer über die Solarzelle und ist auf der exponierten Hauptfläche 23 der oberen Antireflexionsbeschichtung 22 nahe einer Kante der Solarzelle 6 angeordnet. Der Streifen 60 ist im wesentlichen parallel zu den metallischen Kontaktleitungen 40 und im wesentlichen senkrecht zu dem Strom sammelnden metallischen Gitterleitungen 50, wird von den Gitterleitungen 50 unterteilt und steht im elektrischen Kontakt mit diesen. Der flache metallische Streifen 60 kann eine rechteckige Oberfläche aufweisen oder kann statt dessen, wie in Fig. 4 gezeigt, die Form eines sehr dünnen metallischen Streifens 61 aufweisen, der eine oder mehrere breitere metallische Regionen 62 entlang der Länge des Streifens 61 aufweist. Die breiteren bzw. ausgedehnten Regionen 62 besitzen genügend Oberfläche, um Schweißverbindungen zu anderen Solarzellen auf zunehmen.
  • Vorstehend ist eine Solarzelle 6 beschrieben, in der der Kontaktwiderstand zu der Solarzelle und die Haftung der vorderen elektrischen Kontakte auf der Solarzelle individuell optimiert werden können und in der der Kontaktbereich der Vorderseitenmetallisierung minimiert ist. Für die metallischen Kontaktleitungen 40 wird eine Metallegierung gewählt, die einen guten elektrischen Kontakt zu der Emitterschicht 14 bereitstellt, wodurch der Kontaktwiderstand verringert und der Wirkungsgrad erhöht wird. Für die Strom sammelnden Gitterleitungen 50 und den flachen metallischen Streifen 60 wird eine unterschiedliche Metallegierung gewählt, die eine gute Haftung auf der exponierten Hauptfläche 23 der Zelle bewirkt, wodurch die mechanische Festigkeit des flachen metallischen Streifens 60 und der Gitterleitungen 50 maximiert wird. Zusätzlich können die metallischen Kontaktleitungen 40 sehr dünn ausgeführt werden d. h. im Bereich von 5-10 Mikrometern im Vergleich zu 50-60 Mikrometern für typische Solarzellen nach dem Stand der Technik. Folglich kann der Kontaktbereich der metallischen Kontaktleitungen 40 mit der Emitterschicht 14 der Solarzelle stark reduziert werden, wodurch der Rekommbinationsstrom an der Emitterhauptvorderfläche verringert wird und wodurch die Spannung und der Wirkungsgrad erhöht wird. Desweiteren können die Solarzellen gemäß der vorliegenden Erfindung vergleichsweise preiswert mit hoher Ausbeute hergestellt werden.
  • Die Herstellung des Halbleiterkörpers 7 ist in der Vergangenheit in verschiedenen Puplikationen beschrieben worden, z. B. G. S. Kamath, Advanced Solar Cells for Space Applications, Proceedings of 21st IECEC 1425-26 (August 1986), auf die hier voll inhaltlich Bezug genommen wird. Kurzgefaßt wird hierbei, wie in Fig. 5a gezeigt, eine Schicht aus N- leitfähigem Galliumarsenid 12, die Basis, auf der Oberseite eines N&spplus;-Galliumarsenidsubstrats 10 unter Verwendung einer der bekannten Techniken, eine davon ist Flüssigphasenepitaxie, aufgewachsen. Die N-Typ-Basisschicht 12 weist typischerweise eine Konzentration von ungefähr 2 · 10¹&sup7; Fremdatomen pro cm³ und eine Dicke von ungefähr 10 Mikrometer auf, während die N&spplus;-Substratschicht 10 typischerweise eine Konzentration von ungefähr 2 · 10¹&sup8; Fremdatomen pro cm³ und eine Dicke von 250 Mikrometern besitzt.
  • Im nächsten in Fig. 5b gezeigten Bearbeitungsschritt wird eine Alluminium-Galliumarsenid-Schicht 20 auf der Oberseite der N-Schicht 12 beispielsweise mittels Flüssigphasenepitaxie, metallorganisch-chemischer Dampfablagerung, oder Molekularstahlepitaxy aufgewachsen. Das Alluminium-Galliumarsenid wird mit einem P-Typ-Dotierungsmittel dotiert, bei dem es sich beispielsweise um Beryllium mit einer typischen Konzentration von 2 · 10¹&sup8; Atomen pro cm³ handeln kann. Nach dem Aufbringen der Alluminium-Galliumarsenid-Schicht 20 diffundieren Berylliumatome aus diesen Schichten in die N- Schicht 12, wodurch eine dünne Emitterschicht 14 benachbart zu der Alluminium-Galliumarsenid-Schicht 20 P-dotiert wird. Die Alluminium-Galliumarsenid-Schicht 20 enthält typischerweise ungefähr 2 · 10¹&sup8; Fremdatome und wird in einer Dicke von ungefähr 0,03-0,4 Mikrometer aufgewachsen.
  • Nach der Herstellung des Halbleiterkörpers 7 können zwei Antireflexionsbeschichtungen 21 und 22 typischerweise aus Alluminiumoxid bzw. Titanoxid mittels eine der bekannten Techniken auf der Alluminium-Galliumarsenid-Schicht 20 aufgebracht werden (siehe Fig. 5c). Es können jedoch auch zusätzliche oder weniger Antireflexionsbeschichtungen angewendet werden. Hierzu wird voll inhaltlich auf F. Bunshah et al, Deposition Technology for Films and Coatings (Noyes Publ. 1982) Bezug genommen.
  • Danach wird, wie in Fig. 5b gezeigt, die Rückseitenmetallisierung 30 aufgebracht. Eine Metallegierung, wie z. B. Gold, Germanium und Nickel, wird mittels eines Elektronenstrahls aufgedampft oder anderweitig auf der Hauptrückseite 9 aufgebracht und anschließend gesintert, um einen guten ohmschen Kontakt zu dem Halbleiter 7 herzustellen. Die Metallisierung der Rückseite kann der Aufbringung der Antireflexionsbeschichtungen vorausgehen, ohne daß dadurch die Eigenschaften der Solarzelle beeinflußt werden würden.
  • In einem nächsten Schritt werden die metallischen Kontaktleitungen 40 in den Solarzellenhalbleiterkörper eingearbeitet. Die exponierte Hauptfläche 23 der Schicht 22 wird mit einer gemusterten Schicht aus Photolack (nicht dargestellt) versehen und die exponierten Teile werden vertikal durch die zwei Antireflexionsbeschichtungen 21 und 22 und die Alluminium-Galliumarsenid-Fensterschicht 20 zu der Hauptvorderseite 25 der Emitterschicht 14 durchgeätzt, wodurch dünne Rillen 42 gebildet werden, wie dies in Fig. 5e zu sehen ist. Danach wird eine Metallegierung, wie beispielsweise Gold und Zink auf dem Photolack und in die feinen Rillen 42 aufgesputtert und danach wird mittels Elektronenvakuumablagerung Silber aufgedampft. Alternativ können die metallischen Kontaktleitungen 40 auf der exponierten Hauptfläche 23 mittels Ionenbeschichtung, Bedampfung aus einer Widerstandsquelle oder Elektrobeschichtung aufgebracht werden. Der verbleibende Photolack wird danach zusammen mit dem Metall auf dem Photolack unter Verwendung organischer Lösungsmittel abgelöst, so daß die feinen metallischen Kontaktleitungen 40 zurückbleiben, wie dies in Fig. 5f gezeigt ist.
  • Nachdem die metallischen Kontaktleitungen 40 aufgebracht worden sind werden, wie in Fig. 5g gezeigt, die metallischen Gitterleitungen 50 und der flache metallische Streifen 60 hergestellt. Unter Verwendung eines mechanischen Folienmaskenverfahrens wird eine Folienmaske mit Öffnungen für die Gitterleitungen und den flachen metallischen Streifen auf der exponierten Hauptseite 23 auf der Oberseite der Antireflexionsbeschichtung 22 angebracht und Metall wird auf die Oberfläche aufgedampft. Anschließend wird das Metall gesintet, um eine gute Haftung auf der Oberseite der Antireflexionsbeschichtung bzw. der exponierten Hauptfläche 23 zu gewährleisten. Eine Metallegierung, wie z. B. Titan, Gold, Zink und Silber, die eine gute Haftung gewährleisten, können verwendet werden.
  • Obwohl die vorstehend beschriebene Ausführungsform der Solarzelle einen P-N-Halbleiterkörper 7 aufweist, versteht es sich von selbst, daß die Prinzipien der vorliegenden Erfindung auch für N-P-Tpy-Solarzellen angewendet werden können.
  • Obwohl daher die vorliegende Erfindung unter Bezugnahme auf bestimmte Ausführungsformen gezeigt und beschrieben worden ist, sind nicht desto trotz vielfältige Änderungen, Modifikationen, die für einen Durchschnittsfachmann naheliegend sind, innerhalb des Geistes, des Schutzumfangs und dem Wesen der vorliegenden Erfindung, wie sie sich aus dem Ansprüchen ergibt enthalten.

Claims (11)

1. Solarzelle mit:
einem Block aus Halbleitermaterial mit wenigstens einer Pufferschicht mit einem ersten Leitfähigkeitstyp und einer Emitterschicht mit einem zweiten, dem ersten Leitfähigkeitstyp entgegengesetzten Leitfähigkeitstyp, wobei die Puffer- und die Emitterschicht Hauptvorderbzw. Hauptrückseiten, die im wesentlichen parallel zueinander sind, und einen dazwischenliegenden Halbleiterübergang aufweisen, der im wesentlichen parallel zu den Vorder- und Rückseiten liegt;
einer Schicht aus Aluminium-Galliumarsenid, die auf der Hauptvorderseite der Emitterschicht aufgebracht ist, und eine exponierte Vorderfläche mit einer Mehrzahl von sich darin vertikal zu der Emitterschicht erstreckenden Rillen, die einen ersten vorbestimmten Abstand zueinander aufweist;
einer Mehrzahl von in den Rillen angeordneten metallischen Kontaktleitungen (40) aus einer ersten Legierungsverbindung, die den elektrischen Kontakt zu der Emitterschicht herstellen;
einer Mehrzahl von metallischen Gitterleitungen (50), die die metallischen Kontaktleitungen (40) fiberkreuzen und elektrisch kontaktieren, wobei die Gitterleitungen (50) in einem zweiten vorbestimmten Abstand zueinander angeordnet sind; und
einem flachen metallischen Streifen (60), der auf der exponierten Vorderfläche der Aluminium-Galliumarsenid- Schicht angeordnet ist und die metallischen Gitterleitungen (50) elektrisch miteinander koppelt, wobei der flache metallische Streifen (60) genügend Oberfläche aufweist, um die Verbindung zu anderen Solarzellen zu verschweißen, dadurch gekennzeichnet, a) daß die erste Legierungsverbindung ausgewählt ist, um optimalen ohmschen Kontakt zu der Emitterschicht zu gewährleisten;
b) daß die metallischen Gitterleitungen (50) auf der Oberseite der exponierten Aluminium-Galliumarsenid- Vorderseite aufgebracht sind und keinen direkten Kontakt zu der Emitterschicht herstellen; und
c) daß die metallischen Gitterleitungen (50) und der flache metallische Streifen (60) aus einer zweiten Legierungsverbindung bestehen, die sich von der ersten Legierungsverbindung unterscheidet und die wegen ihrer guten Hafteigenschaften auf der exponierten Aluminium-Galliumarsenid- Vorderseite ausgewählt ist.
2. Eine Solarzelle nach Anspruch 1, worin der Halbleiterkörper aus Galliumarsenid besteht, die Pufferschicht P- leitfähig ist, die Emitterschicht N-leitfähig ist und die Aluminium-Galliumarsenid-Schicht N-leitfähig ist.
3. Eine Solarzelle nach Anspruch 1, worin der Halbleiterkörper zusätzlich eine Substratschicht aufweist, die benachbart zu der Pufferschicht und mit Abstand zu der Emitterschicht angeordnet ist, wobei die Substrat- und die Emitterschicht Hauptrück- und Hauptvorderseiten aufweisen, die im wesentlichen parallel zueinander sind und die im wesentlichen parallel zu dem Halbleiterübergang zwischen der Pufferschicht und der Emitterschicht sind.
4. Eine Solarzelle nach Anspruch 3, worin die Substratschicht P&spplus;-leitfähig ist, die Pufferschicht P-leitfähig ist und die Emitterschicht und die Aluminium-Galliumarsenid-Schicht N-leitfähig sind.
5. Eine Solarzelle nach Anspruch 3, worin der Halbleiterkörper (7) aus Galliumarsenid besteht, die Substratschicht (10) einen N&spplus;-Leitfähigkeitstype aufweist, die Pufferschicht (12) einen N-Leitfähigkeitstyp aufweist und die Emitterschicht (14) und die Aluminium-Galliumarsenid-Schicht (20) einen P-Leitfähigkeitstyp aufweisen.
6. Eine Solarzelle nach einem der Ansprüche 1 bis 5, worin die erste Legierungsverbindung Gold und Zink enthält.
7. Eine Solarzelle gemäß den Ansprüchen 1 bis 6, worin die zweite Legierungsverbindung Titan, Gold, Zink und Silber enthält.
8. Eine Solarzelle nach einem der Ansprüche 1 bis 7, worin die metallischen Kontaktleitungen (40) eine Breite in dem Bereich von 5-10 um aufweisen.
9. Eine Solarzelle nach einem der Ansprüche 1 bis 8, worin die metallischen Kontaktleitungen in (40) im wesentlichen parallel zueinander sind.
10. Eine Solarzelle nach Anspruch 9, worin die metallischen Gitterleitung (50) im wesentlichen parallel zueinander sind und im wesentlichen senkrecht zu den metallischen Kontaktleitungen (40) liegen.
11. Eine Solarzelle nach einem der Ansprüche 1 bis 10, worin die metallischen Kontaktleitungen (40) in eine Mehrzahl von metallischen, rechteckigen Kontaktsegmenten (41) unterteilt sind, die in Zeilen und Spalten angeordnet sind.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4694115A (en) * 1986-11-04 1987-09-15 Spectrolab, Inc. Solar cell having improved front surface metallization
US4897123A (en) * 1987-11-28 1990-01-30 Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha Solar cells and method for producing solar cells
US4966437A (en) * 1988-04-19 1990-10-30 Litton Systems, Inc. Fault-tolerant anti-reflective coatings
US5019176A (en) * 1990-03-20 1991-05-28 The United States Of America As Represented By The Administrator Of The National Aeronautics And Space Administration Thin solar cell and lightweight array
US5104899A (en) * 1990-08-13 1992-04-14 Sepracor, Inc. Methods and compositions for treating depression using optically pure fluoxetine
US5215599A (en) * 1991-05-03 1993-06-01 Electric Power Research Institute Advanced solar cell
JP2703673B2 (ja) * 1991-05-17 1998-01-26 三菱電機株式会社 半導体装置
EP0542961B1 (de) * 1991-06-11 1998-04-01 Ase Americas, Inc. Verbesserte solarzelle und verfahren zu ihrer herstellung
JPH05235388A (ja) * 1992-02-24 1993-09-10 Mitsubishi Electric Corp 低抵抗線状パターンの形成方法及び形成装置並びに太陽電池
DE4435219C1 (de) * 1994-09-30 1996-01-04 Siemens Solar Gmbh Solarzelle und deren Verwendung in einem Solarmodul
DE19819200B4 (de) * 1998-04-29 2006-01-05 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. Solarzelle mit Kontaktstrukturen und Verfahren zur Herstellung der Kontaktstrukturen
DE10345736A1 (de) * 2003-10-01 2005-05-04 Wulf Naegel Photovoltaikelement
ES2365904T3 (es) * 2004-01-13 2011-10-13 Sanyo Electric Co., Ltd. Dispositivo fotovoltaico.
US9018515B2 (en) 2004-01-20 2015-04-28 Cyrium Technologies Incorporated Solar cell with epitaxially grown quantum dot material
CN100477289C (zh) 2004-01-20 2009-04-08 瑟雷姆技术公司 具有外延生长量子点材料的太阳能电池
DE102006042617B4 (de) 2006-09-05 2010-04-08 Q-Cells Se Verfahren zur Erzeugung von lokalen Kontakten
US8253010B2 (en) * 2007-11-23 2012-08-28 Big Sun Energy Technology Inc. Solar cell with two exposed surfaces of ARC layer disposed at different levels
KR20100135618A (ko) * 2009-06-17 2010-12-27 삼성전자주식회사 태양 전지 및 그 제조 방법
US20110030778A1 (en) * 2009-08-06 2011-02-10 Energy Focus, Inc. Method of Passivating and Reducing Reflectance of a Photovoltaic Cell
US9012766B2 (en) 2009-11-12 2015-04-21 Silevo, Inc. Aluminum grid as backside conductor on epitaxial silicon thin film solar cells
US8294027B2 (en) * 2010-01-19 2012-10-23 International Business Machines Corporation Efficiency in antireflective coating layers for solar cells
US9214576B2 (en) 2010-06-09 2015-12-15 Solarcity Corporation Transparent conducting oxide for photovoltaic devices
DE102010017461B4 (de) * 2010-06-18 2013-11-14 Hanwha Q.CELLS GmbH Solarzelle, Solarzellenherstellungsverfahren und Prüfverfahren
KR101203623B1 (ko) * 2010-06-18 2012-11-21 엘지전자 주식회사 태양 전지 및 그 제조 방법
US9773928B2 (en) * 2010-09-10 2017-09-26 Tesla, Inc. Solar cell with electroplated metal grid
US9800053B2 (en) 2010-10-08 2017-10-24 Tesla, Inc. Solar panels with integrated cell-level MPPT devices
DE102010048437B4 (de) * 2010-10-15 2014-06-05 Centrotherm Photovoltaics Ag Solarzelle mit dielektrischer Rückseitenbeschichtung und Verfahren zu deren Herstellung
KR20120091629A (ko) * 2011-02-09 2012-08-20 엘지전자 주식회사 태양전지
DE102011017292A1 (de) * 2011-04-15 2012-10-18 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. Vefahren zur Erzeugung einer Metallstruktur zur lokalen elektrischen Kontaktierung einer Halbleiterstruktur
US9054256B2 (en) 2011-06-02 2015-06-09 Solarcity Corporation Tunneling-junction solar cell with copper grid for concentrated photovoltaic application
AU2013326971B2 (en) 2012-10-04 2016-06-30 Tesla, Inc. Photovoltaic devices with electroplated metal grids
US9865754B2 (en) 2012-10-10 2018-01-09 Tesla, Inc. Hole collectors for silicon photovoltaic cells
US9281436B2 (en) 2012-12-28 2016-03-08 Solarcity Corporation Radio-frequency sputtering system with rotary target for fabricating solar cells
US9412884B2 (en) 2013-01-11 2016-08-09 Solarcity Corporation Module fabrication of solar cells with low resistivity electrodes
US9219174B2 (en) 2013-01-11 2015-12-22 Solarcity Corporation Module fabrication of solar cells with low resistivity electrodes
US10074755B2 (en) 2013-01-11 2018-09-11 Tesla, Inc. High efficiency solar panel
US9624595B2 (en) 2013-05-24 2017-04-18 Solarcity Corporation Electroplating apparatus with improved throughput
US20150096615A1 (en) * 2013-10-04 2015-04-09 Electronics And Telecommunications Research Institute Solar cell and solar cell module including the same
KR101519765B1 (ko) * 2013-12-30 2015-05-12 현대자동차주식회사 무베젤 태양전지 어레이 방법
US10309012B2 (en) 2014-07-03 2019-06-04 Tesla, Inc. Wafer carrier for reducing contamination from carbon particles and outgassing
US9899546B2 (en) 2014-12-05 2018-02-20 Tesla, Inc. Photovoltaic cells with electrodes adapted to house conductive paste
US9947822B2 (en) 2015-02-02 2018-04-17 Tesla, Inc. Bifacial photovoltaic module using heterojunction solar cells
US9761744B2 (en) 2015-10-22 2017-09-12 Tesla, Inc. System and method for manufacturing photovoltaic structures with a metal seed layer
US9842956B2 (en) 2015-12-21 2017-12-12 Tesla, Inc. System and method for mass-production of high-efficiency photovoltaic structures
US9496429B1 (en) 2015-12-30 2016-11-15 Solarcity Corporation System and method for tin plating metal electrodes
US10115838B2 (en) 2016-04-19 2018-10-30 Tesla, Inc. Photovoltaic structures with interlocking busbars
US10672919B2 (en) 2017-09-19 2020-06-02 Tesla, Inc. Moisture-resistant solar cells for solar roof tiles
US11190128B2 (en) 2018-02-27 2021-11-30 Tesla, Inc. Parallel-connected solar roof tile modules

Family Cites Families (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3982964A (en) * 1975-01-17 1976-09-28 Communications Satellite Corporation (Comsat) Dotted contact fine geometry solar cell
US4126930A (en) * 1975-06-19 1978-11-28 Varian Associates, Inc. Magnesium doping of AlGaAs
US4122476A (en) * 1976-11-22 1978-10-24 International Business Machines Corporation Semiconductor heterostructure
US4395583A (en) * 1980-04-30 1983-07-26 Communications Satellite Corporation Optimized back contact for solar cells
US4401840A (en) * 1981-07-22 1983-08-30 Photowatt International, Inc. Semicrystalline solar cell
US4564720A (en) * 1983-05-13 1986-01-14 The United States Of America As Represented By The United States Department Of Energy Pure silver ohmic contacts to N- and P- type gallium arsenide materials
DE3328869A1 (de) * 1983-08-10 1985-02-28 Nukem Gmbh, 6450 Hanau Photovoltaische zelle und verfahren zum herstellen dieser
US4589191A (en) * 1983-10-20 1986-05-20 Unisearch Limited Manufacture of high efficiency solar cells
JPS60157269A (ja) * 1984-01-26 1985-08-17 Natl Space Dev Agency Japan<Nasda> GaAs太陽電池およびその製造方法
US4694115A (en) * 1986-11-04 1987-09-15 Spectrolab, Inc. Solar cell having improved front surface metallization

Also Published As

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JPH01501511A (ja) 1989-05-25
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EP0289579B1 (de) 1993-12-29
WO1988003709A1 (en) 1988-05-19
DE3788645D1 (de) 1994-02-10

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