WO2020239175A1 - Wafer solar cell, solar module and method for producing the wafer solar cell - Google Patents
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Definitions
- the invention relates to a wafer solar cell, a solar module and a method for producing the wafer solar cell.
- a wafer solar cell has a processed semiconductor substrate, often in the form of a silicon wafer, with a front side and a rear side, on each of which in addition to the inside of the semiconductor substrate
- the wafer solar cell is an electrical component that directly converts sunlight incident on its front and, in the case of bifacial cells, on the rear side into electrical energy.
- interconnected wafer solar cells are built into a solar module.
- Such a solar module usually has a glass pane on which wafer solar cells that are electrically connected to one another are arranged as so-called strings, with a permanent
- Glass pane is masked and thus encapsulated.
- the wafer solar cells are laminated between the glass pane and the plastic film or second glass pane, for example using EVA (ethylene vinyl acetate) or, as another example, using polyolefin as an embedding polymer.
- EVA ethylene vinyl acetate
- polyolefin as an embedding polymer.
- the glass panel forms a solar module front side of the solar module, on which light falls, and the weather-resistant plastic film or the second
- the glass panel forms a rear side of the solar module.
- at least one functional layer is selected from the group of dielectric layer (s), semiconducting
- Functional layer is still a full-area or not a full-area, i.e. structured metallization layer arranged.
- PERC solar cells these are at least one
- Functional layer usually in the form of a plurality of dielectric layers, for example in such a way that the metallization layer for contacting the semiconductor substrate on part of the surface through the dielectric
- the metallization layer rests on the semiconducting and / or transparent-conductive back layers and the layers themselves are designed in such a way that they enable charge transport from the semiconductor substrate to the metal contact on the back.
- Metallization layer is usually applied to the semiconductor substrate by means of pastes containing metal particles.
- the applied paste is then "fired", i.e. subjected to a heat treatment step. During the firing, the metal particles of the paste sinter to form a layer that appears macroscopically homogeneous. This is microscopic
- the metallization layer is inhomogeneous.
- the expression “inhomogeneous” means for a rear-side metallization layer in the context of this invention that, viewed microscopically, spaces filled with air or other substances such as glass are formed between metal particles that are unevenly distributed in the layer.
- the metal particles have on average dimensions in the range from a few to many tens of micrometers. These metal particles sinter through the said
- Metallization layer Light incident on the wafer solar cell from the front side passes through the semiconductor substrate unless the light photons are absorbed by the photoelectric effect. The light that has passed through the semiconductor substrate once can be reflected back into the semiconductor substrate from the area of the rear side of the wafer solar cell and again given the opportunity to be absorbed there. This light or back reflection is in particular due to the rear
- the invention relates to a wafer solar cell having a semiconductor substrate with a front side and a rear side, at least one functional layer arranged on the rear side, which is selected from a group consisting of at least one dielectric layer,
- a monolithically formed light reflection layer which is arranged on a side of the at least one functional layer facing away from the rear side and is selected from a group consisting of
- Light reflective layer will be optical changes in the
- Light reflection can take place independently of the laminate material used to manufacture the solar module.
- an additional, light-reflecting layer is introduced into the solar cell structure in order to bring the light that has once passed through the semiconductor substrate back into the semiconductor substrate and thus increase the short-circuit current of the solar cell.
- the light reflective layer is preferably so
- a homogeneous metal layer is to be considered in contrast to the metal-particle-containing rear-side metallization layer.
- the - also microscopically - homogeneously formed metal layer is usually in the monolithic composite by a suitable one
- Deposition processes such as physical and / or chemical deposition has been produced via the gas phase.
- the semiconductor substrate is preferably a silicon wafer substrate.
- the silicon wafer substrate can be mono- or multi-crystalline.
- the at least one functional layer can have one or more dielectric layers.
- the at least one dielectric layer arranged on the rear side is preferably a transparent one
- the at least one dielectric layer arranged on the rear side is more preferably a NIR (near infrared) transparent passivation layer (s).
- the at least one dielectric layer is preferably designed as one or more AlOx layers, one or more SiNx layers and / or one or more SiNxOy layers.
- the wafer solar cell has the AlOx layer and the SiNx layer as dielectric layers arranged on the rear side, the AlOx layer being arranged between the semiconductor substrate and the SiNx layer.
- the wafer solar cell is therefore designed as a PERC solar cell.
- a refractive index of the AlOx layer is preferably in the range from 1.5 to 1.7.
- the refractive index of the SiNx layer is preferably in the range from 1.9 to 2.4.
- the refractive index of the SiOxNy layer is preferably in the range from 1.5 to 1.9. All the refractive indices described are measured according to DIN at a wavelength of 632 nm.
- the at least one functional layer can alternatively have one or more semiconducting layers.
- the at least one semiconducting layer arranged on the rear side is preferably a doped one Layer to generate a charge carrier selectivity.
- the at least one doped semiconducting layer is preferably designed as a layer stack of several layers, which are different or none
- an undoped layer is preferably arranged thin and directly on the semiconductor substrate and the doped semiconducting layer is arranged thereon.
- the doped semiconducting layer is formed in combination with a preferably thin dielectric layer, preferably AlOx, SiOx or SiCx, between the doped semiconducting layer and the semiconductor substrate.
- a preferably thin dielectric layer preferably AlOx, SiOx or SiCx, between the doped semiconducting layer and the semiconductor substrate.
- one or more SiNx layers are preferred on the semiconductor substrate
- the wafer solar cell is therefore designed as a TOPCON or heterojunction solar cell, which is also referred to as a HIT (heterojunction with intrinsic thin layer) solar cell.
- the layer thickness of the layer between the doped semiconducting layer and the semiconductor substrate is preferably one to a few nm
- the refractive index of the doped semiconducting layer is preferably between 3.6 and 4.6.
- the refractive index of the SiNx layer is preferably in the range from 1.9 to 2.4.
- the refractive index of the SiOxNy layer is preferably in the range from 1.5 to 1.9. All the refractive indices described are measured according to DIN at a wavelength of 632 nm.
- the monolithically configured light reflection layer is configured as a layer with a refractive index less than 1.7.
- a monolithically formed light reflection layer which is formed as a layer with a refractive index less than 1.7
- microscopically inhomogeneous glass bead-air mixtures can be used.
- the monolithically formed light reflection layer is preferably formed as a layer with a refractive index that is less than 1.5 and even further is preferably less than 1.3. All the refractive indices described are measured according to DIN at a wavelength of 632 nm. Such a layer is designed to reflect light due to the jump in the refractive index that has been implemented. This will make optical changes in the
- Backside metallization is decoupled from the solar cell properties, for example during the encapsulation process of the solar module.
- Light reflection layer is formed as a white layer in the infrared with a reflection of over 80% at 1000 nm wavelength.
- formed light reflection layer which is formed as a white layer in the infrared, is preferably with a reflection of more than 60% at 1000 nm wavelength, more preferably of more than 40% at 1000 nm wavelength
- Such a layer is also designed to be light-reflecting. As a result, optical changes in the rear-side metallization are avoided, for example during the encapsulation process of the solar module
- a homogeneous metal layer is a microscopically homogeneous layer of metal, i.e. a metal layer that is formed without gaps or gaps.
- a homogeneous metal layer can e.g. can be realized by PVD processes such as sputtering or vapor deposition.
- the term "homogeneous" means that no metal particles can be seen under the microscope and that they appear uniform under the microscope.
- the metal layer is preferably smooth i.e. reflective or essentially smooth. The metal layer represents strong
- the back metallization layer is through a paste with it
- the metallization layer containing metal particles is therefore designated.
- the The metallization layer preferably has aluminum particles and / or
- the metallization layer is preferably an Ag (silver) layer, more preferably an Al (aluminum) layer or a mixture of Al (aluminum) and Si (silicon).
- the metallization layer is preferably produced by means of paste metallization and a subsequent firing step. This forms a macroscopically homogeneous but microscopically inhomogeneous layer of metal.
- the microscopically inhomogeneous layer has metal particles between which there are spaces that are filled with air or glass.
- the light reflection layer is designed as the layer white in the infrared as a layer containing white pigment.
- the white pigment is preferably designed as a titanium dioxide particle.
- White pigments can be applied, for example, by screen printing, spraying or roller processes.
- a layer is designed to be light-reflecting in such a way that optical changes in the rear-side metallization, for example caused by the lamination process in the manufacture of solar modules, are effectively decoupled from the solar cell properties.
- the light reflection layer is designed as a microscopically porous layer. That is, the light-reflecting layer has pores in the form of fine holes and can therefore be at least partially permeable to fluids. It can be porous open or closed.
- the light reflection layer preferably has at least 30% SiOx.
- the light reflection layer may, for example, have such an amount of SiOx
- a light reflection layer with a refractive index less than 1.7, preferably less than 1.5, more preferably less than 1.3 can be implemented.
- the light reflection layer with a refractive index less than 1.7, preferably less than 1.5, more preferably less than 1.3 can, for example, by
- the light reflection layer is opaque.
- the effect of the light reflection is independent of the optical properties of the embedding polymer, which is in the spaces between the metal particles during the production of the solar module
- Metallization layer penetrates.
- opaque means
- the metallization layer is designed in such a way that it has local electrical properties at several points through the light reflection layer and through the at least one functional layer
- Forms contacts In this embodiment it is designed as a PERC cell, for example.
- the light reflection layer is designed in such a way that it is electrically conductive, so that there is a large-area electrical contact between the metallization layer and the at least one functional layer.
- This is the structure of the so-called TOPCON solar cell concept.
- the functional layer has sufficient electrical conduction properties so that it is sufficient to make contact with the functional layer for rear-side contacting of the wafer solar cell. If the functional layer and the light reflection layer are then also electrically conductive, the current flows through the rear side metallization, light reflection layer and functional layer to / from the semiconductor substrate.
- one or more layers of doped and intrinsic, amorphous silicon and TCO (transparent-conductive oxide layers) as a transparent semiconducting layer for absorbing the generated current are preferably applied to the semiconductor substrate.
- the at least one functional layer preferably has TCO.
- the wafer solar cell is a PERC
- the wafer solar cell is preferably designed as a TOPCON solar cell.
- the wafer solar cell is preferably designed as a heterojunction solar cell.
- the at least one functional layer preferably has at least one dielectric layer.
- the at least one dielectric layer is preferably formed from an AlOx layer and a SiNx layer. This embodiment is advantageous if the wafer solar cell is designed as a PERC solar cell.
- Functional layer on at least one semiconducting layer wherein the at least one semiconducting layer is formed from amorphous or microcrystalline silicon.
- the functional layer can be made particularly thin and is also inexpensive.
- Such a layer can be realized by sputtering, vacuum vapor deposition, CVD, APCVD or PECVD.
- the at least one functional layer preferably has the at least one semiconducting layer, the at least one semiconducting layer being doped with an element selected from the following group:
- the at least one functional layer preferably has at least one dielectric layer and the at least one dielectric layer is embodied as a tunnel layer with a thickness of less than 5 nm, preferably less than 3 nm. This means that charge carriers can tunnel through this layer. This embodiment is particularly advantageous if the wafer solar cell is designed as a TOPCON solar cell.
- the at least one transparent-conductive layer is formed from at least one TCO (transparent conductive oxide, transparent-conductive oxide), wherein the at least one TCO is preferably selected from the group consisting of:
- ZnO zinc oxide
- ITO indium tin oxide, indium tin oxide
- AZO aluminum doped zinc oxide, aluminum zinc oxide
- ATO antimony tin oxide, antimony tin oxide
- FTO fluoro tin oxide , Fluorine tin oxide
- the functional layer on at least one semiconducting layer being composed of two layers which differ in their dopant concentration.
- the weaker or non-doped layer is preferably designed with a layer thickness of less than 5 nm, preferably less than 3 nm. This embodiment is advantageous if the wafer solar cell is designed as a TOPCON or heterojunction solar cell.
- the doped layer By means of the doped layer a Charge carrier selectivity generated.
- the at least one doped semiconducting layer is preferably designed as a layer stack of several layers which contain different or even no doping concentrations and / or have dielectric and semiconducting layers. In this case, an undoped layer is preferably arranged directly on the semiconductor substrate and the doped semiconducting layer is arranged thereon.
- a dielectric layer preferably AlOx, SiOx, SiCx, is arranged between the doped semiconducting layer and the semiconductor substrate.
- one or more SiNx or SiNxOy layers are preferably arranged on the side of the doped semiconducting layer facing away from the semiconductor substrate.
- the refractive index of the doped semiconducting layer is preferably between 3.6 and 4.6.
- the refractive index of the SiNx layer is preferably in the range from 1.9 to 2.4.
- the refractive index of the SiOxNy layer is preferably in the range from 1.5 to 1.9. All the refractive indices described are measured according to DIN at a wavelength of 632 nm.
- Silicon is preferably used as the semiconductor substrate of the wafer solar cell.
- the wafer solar cell in one of those described above
- Embodiments with a semiconductor substrate can be combined with a solar cell constructed from a perovskite substrate to form a tandem solar cell.
- a tandem solar cell also known as a stacked solar cell, consists of two or more solar cells made of different material systems that are stacked on top of one another.
- the wafer solar cell preferably has an emitter layer and / or a passivation layer on the front side. It preferably has front electrode fingers and busbars, for example made of silver, on the front side.
- the wafer solar cell is preferably a PERC solar cell.
- another solar cell e.g. based on perovskite
- the invention also relates to a solar module having a front side and a rear side
- a backside encapsulation element which has either an EVA or a polyolefin as an embedding polymer
- the invention also relates to a method for producing a wafer solar cell, having the following steps
- the light reflection layer being selected from a group consisting of
- step a) a semiconductor substrate is provided.
- the semiconductor substrate provided is preferably a partially processed semiconductor solar cell.
- the partially processed semiconductor solar cell is a semi-finished product that has already passed through one or more, but not yet all, process steps for manufacturing the PERC or TOPCON or heterojunction solar cell.
- the semiconductor solar cell is usually made from a semiconductor wafer. To provide the semiconductor wafer, semiconductor single crystals or polycrystalline semiconductor blocks are usually produced and cut into wafers, for example by sawing. Such a semiconductor wafer becomes what is provided in step a)
- Semiconductor substrate or the partially processed semiconductor solar cell produced is subjected, for example, to the following steps to produce the semiconductor substrate: Texturing on one or both sides (to enlarge the surface and increase the light absorption), then doping to form a p / n junction by executing a
- the semiconductor substrate provided in step a) has preferably been subjected to the above steps if the
- the end product is a PERC solar cell. This is preferred in step a)
- the semiconductor substrate provided has been subjected to the steps of edge isolation and / or PSG etching if the end product is a PERC solar cell.
- the semiconductor substrate can be saw-damage-etched and texture-free, for example if the end product is a tandem solar cell. If the end product is a heterojunction solar cell and possibly with transparent-conductive contacts, the semiconductor substrate can be a partially processed solar cell in which a pn junction is produced by applying separate layers.
- the semiconductor solar cell provided in step a) can be coated on the front side. For example, in step a)
- Front electrode structure with front electrode fingers and busbars can be arranged.
- another solar cell e.g. B. be arranged based on perovskite on the front.
- Step b) comprises depositing the at least one functional layer on the semiconductor substrate.
- Step b) can be carried out by means of PVD or CVD, for example by means of a PECVD (Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition) method.
- PECVD Pullasma Enhanced Chemical Vapor Deposition
- ALD atomic layer deposition
- microwave remote plasma microwave remote plasma.
- the dielectric layer (s) serves or serve for electrical
- Functional layer (s) on the semiconductor substrate in step b) is preferably carried out over the entire area or essentially over the entire area.
- the at least one functional layer is preferably applied on one side, that is to say only on the rear side of the semiconductor substrate.
- Functional layer in step c) is preferably carried out over the entire area or essentially over the entire area.
- the light reflection layer is preferably applied to the rear side of the at least one functional layer by means of screen printing, spraying, dipping or rolling. Depending on the properties of the light reflective layer and the
- Step d) is preferably carried out by applying a metal paste and a subsequent firing step.
- An Ag paste, Al paste or an Al / Si paste is preferably used as the metal paste.
- Such metal pastes have metal particles, binders and solvents and optionally a glass frit such as SiO2, B203 and / or ZnO.
- the metal pastes usually have metal particle diameters of 1 to 40 ⁇ m.
- step c) is carried out using a process selected from the following group:
- Printing prefers screen printing or pad printing
- PVD physical vapor deposition
- CVD chemical vapor deposition
- APCVD atmospheric pressure chemical vapor deposition
- a plurality of holes are preferably made in the light reflection layer or in the light reflection layer and in the at least one functional layer by means of a laser so that the semiconductor substrate is locally free at least from the light reflection layer at several locations.
- These holes are also known as LCO (Laser Contact Openings).
- Metallization layer can be ensured with the semiconductor substrate in a simple manner.
- a PERC solar cell architecture for example, can be implemented using this embodiment.
- step d) takes place with coating of the light reflection layer with a metal paste, which is designed in such a way that it makes contact with the substrate and / or with the firing
- the metal paste is applied into the holes and preferably also over the entire surface of the light reflection layer and then fired.
- the metal paste is applied locally to the
- Light reflection layer is applied and is designed to “eat through” the light reflection layer and possibly the functional layer when firing.
- Metal pastes that are capable of “eating through” layers are known. In the latter case, before, at the same time or after the application of the metal paste forming the contact, another metal paste, which is not designed to eat through the light reflection layer but rather to form a layer on it, can be applied to the light reflection layer and before, simultaneously or after the through the
- step d) is carried out by coating the light-reflecting layer with two different metal pastes and fires.
- One metal paste is one
- metal paste free of glass frits while the other metal paste is a metal paste containing glass frits.
- the metal paste containing glass frits "eats" its way through the light reflection layer and optionally the functional layer when the fire is fired.
- step c) is carried out using a screen printing form, so that the semiconductor substrate with the at least one functional layer located thereon after carrying out step c) locally from the
- Light reflective layer is free. In this way, contacting of the subsequently applied metallization layer with the semiconductor substrate can be ensured in a simple manner.
- the contact is opened only through the light reflection layer.
- Light reflection layer designed so that full-surface contact is made through it and no opening of the light reflection layer
- FIG. 1 shows a cross-sectional view of a wafer solar cell according to the invention
- Figure 3 is a cross-sectional view of another according to the invention.
- Wafer solar cell Wafer solar cell
- the wafer solar cell has a substrate 1 with a front side 11 and a rear side 12.
- At least one functional layer 2 in the form of a first functional layer 21 and a second functional layer 22 is arranged on the rear side 12.
- the first functional layer 21 is arranged between the rear side and the second functional layer 22.
- the first functional layer 21 and the second functional layer 22 are selected from the group consisting of a dielectric layer, a semiconducting layer and a transparent conductive layer.
- the first functional layer 21 is formed, for example, as an AlOx layer, while the second functional layer 22 is formed as a SiNx layer, without restricting the wafer solar cell shown in FIG. 1 to these materials.
- a light reflection layer 3 is arranged on a side of the second functional layer 22 facing away from the first functional layer 21.
- On one of A metallization layer 4 is arranged on the side of the light reflection layer 3 facing away from the second functional layer 22 so that it makes local contact with the semiconductor substrate 1 at several points through the light reflection layer 3 and the dielectric layers 21, 22. 1 therefore shows a PERC solar cell.
- An emitter layer 6 is arranged on the front side 11.
- a passivation layer 7 is arranged on a side of the emitter layer 6 facing away from the front side 11. Furthermore, the wafer solar cell shows front electrode fingers 8 of a front electrode structure (not shown further).
- Light 9 incident on the front side 11 of the semiconductor substrate 1 is only partially absorbed in the semiconductor substrate 1. The remaining part goes through the semiconductor substrate 1 and is reflected on the light reflection layer 3, which is indicated by the black arrows.
- 2a to 2e show a method according to the invention for producing a wafer solar cell, the semiconductor substrate in each case in a
- step a) shows a cross-sectional view of a semiconductor substrate 1 that is subjected to a step a) which includes providing the semiconductor substrate 1 with a front side 11 and a rear side 12. According to step a), a semiconductor substrate 1 with a semiconductor
- Substrate 1 arranged p-n junction provided.
- the semiconductor substrate 1 provided is a partially processed solar cell.
- the partially processed solar cell is textured on one or both sides, for example, then doped to form a p / n junction and a
- the semiconductor substrate 1 shown in FIG. 2a can also be of this type
- the end product is a tandem solar cell. If the end product is a heterojunction solar cell and possibly with transparent conductive ones
- the semiconductor substrate 1 can also be a
- FIG. 2b shows a cross-sectional view of a semiconductor substrate 1 that is subjected to a step b) which involves applying the at least one
- Functional layer 2 in the form of a first functional layer 21 and a second functional layer 22 on the rear side 12 of the semiconductor substrate 1.
- the first functional layer 21 and the second functional layer 22 are each selected from the group consisting of a dielectric
- 2c shows a cross-sectional view of a semiconductor substrate 1, which is subjected to a step c), which involves applying a light reflection layer 3 on a side of the second which faces away from the rear side 12
- step d) shows a cross-sectional view of a semiconductor substrate 1 that is subjected to a step in which a plurality of holes 5 are introduced into the light reflection layer 3 and the functional layers 21, 22 by means of a laser (not shown), so that the semiconductor substrate 1 is locally free from the light reflection layer 3 and the functional layers 21, 22 at several points.
- This step d) is optional. It can be used, for example, to manufacture a PERC solar cell. However, the step shown in FIG. 2d is not used in the production of a TOPCON or heterojunction solar cell carried out. In addition, the step shown in FIG. 2d is also not carried out if the local contacts are made in some other way to produce a PERC solar cell, for example using a
- FIG. 2e shows a cross-sectional view of a semiconductor substrate 1, which is subjected to a step d), the application of a rear
- 2e shows a PERC solar cell in which the metallization layer 4 is designed in such a way that it is arranged on the light reflection layer 3 and makes local contact with the semiconductor substrate 1 at several locations.
- the method is also suitable for producing a TOPCON or heterojunction solar cell in which the metallization layer 4 does not make local contact with the semiconductor substrate 1 and does not locally penetrate the functional layer 2 and possibly the light reflection layer 3, but this is not shown here.
- FIG. 3 shows a cross-sectional view of a further wafer solar cell according to the invention.
- the wafer solar cell shown in FIG. 4 corresponds to the wafer solar cell shown in FIG. 1 with the difference that the layers and / or components on the front side 11 are different from those shown in FIG. 1
- Fig. 4 shows a partial cross-sectional view of an inventive
- the solar module has a front and a rear.
- the front side is formed by a glass pane 101.
- the rear side is formed by a rear side encapsulation structure 103.
- a plurality of wafer solar cells 100 which are laminated into an embedding polymer 102 made of EVA, are arranged between the glass pane 101 and the rear-side encapsulation structure 103.
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Abstract
The invention relates to a wafer solar cell (100), having: a semiconductor substrate (1) with a front side (11) and a rear side (12); at least one functional layer (2), which is arranged on the rear side (12) and which is selected from a group consisting of at least one dielectric layer, at least one semi-conductive layer, at least one transparent conductive layer, a monolithic light-reflection layer (3), which is arranged on a side of the at least one functional layer (2) facing away from the rear side (12) and is selected from a group consisting of a layer with a refractive index that is lower than 1.7, a layer that is white in the infrared range, with a reflection of more than 80% at 1000 nm wavelength, and a homogeneous metal layer; and a metal-particle-containing metallisation layer (4), which is arranged on a side of the light reflection layer (3) facing away from the at least one functional layer (2). The invention also relates to a solar module comprising a plurality of such wafer solar cells (100) and to a method for producing such a wafer solar cell (100).
Description
Wafer-Solarzelle, Solarmodul und Verfahren zur Herstellung der Wafer- Wafer solar cell, solar module and process for manufacturing the wafer
Solarzelle Solar cell
Beschreibung: Description:
Die Erfindung betrifft eine Wafer-Solarzelle, ein Solarmodul und ein Verfahren zur Herstellung der Wafer-Solarzelle. Eine Wafer-Solarzelle weist ein prozessiertes Halbleiter-Substrat auf, oftmals in Form eines Silizium-Wafers, mit einer Vorderseite und einer Rückseite, auf denen jeweils zusätzlich zu den im Inneren des Halbleitersubstrats The invention relates to a wafer solar cell, a solar module and a method for producing the wafer solar cell. A wafer solar cell has a processed semiconductor substrate, often in the form of a silicon wafer, with a front side and a rear side, on each of which in addition to the inside of the semiconductor substrate
vorhandenen p-n-Schichten weitere funktionale Schichten angeordnet sind. Die Wafer-Solarzelle ist ein elektrisches Bauelement, das auf ihre Vorder- und bei Bifacialzellen ebenfalls auf die Rückseite einfallendes Sonnenlicht direkt in elektrische Energie umwandelt. Zur kommerziellen Nutzung dieses Effekts werden miteinander verschaltete Wafer-Solarzellen in einem Solarmodul verbaut. Ein solches Solarmodul weist üblicherweise eine Glasscheibe auf, auf der als so genannte Strings elektrisch miteinander verschaltete Wafer- Solarzellen angeordnet sind, die rückseitig mit einer dauerhaft existing p-n-layers further functional layers are arranged. The wafer solar cell is an electrical component that directly converts sunlight incident on its front and, in the case of bifacial cells, on the rear side into electrical energy. For commercial use of this effect, interconnected wafer solar cells are built into a solar module. Such a solar module usually has a glass pane on which wafer solar cells that are electrically connected to one another are arranged as so-called strings, with a permanent
wetterbeständigen Kunststofffolie oder alternativ mit einer weiteren weatherproof plastic film or alternatively with another
Glasscheibe abgeklebt und somit verkapselt sind. Die Wafer-Solarzellen sind zwischen die Glasscheibe und der Kunststofffolie bzw. zweiten Glasscheibe beispielsweise unter Verwendung von EVA (Ethylenvinylacetat) oder als anderes Beispiel unter Verwendung von Polyolefin als Einbettungspolymer einlaminiert. Die Glasscheibe bildet eine Solarmodul-Vorderseite des Solarmoduls aus, auf die Licht einfällt, und die wetterbeständige Kunststofffolie bzw. zweite Glass pane is masked and thus encapsulated. The wafer solar cells are laminated between the glass pane and the plastic film or second glass pane, for example using EVA (ethylene vinyl acetate) or, as another example, using polyolefin as an embedding polymer. The glass panel forms a solar module front side of the solar module, on which light falls, and the weather-resistant plastic film or the second
Glasscheibe bildet eine Solarmodul-Rückseite aus. Auf der Rückseite des Halbleiter-Substrats ist mindestens eine Funktionsschicht ausgewählt aus der Gruppe aus dielektrische Schicht(en), halbleitende The glass panel forms a rear side of the solar module. On the back of the semiconductor substrate, at least one functional layer is selected from the group of dielectric layer (s), semiconducting
Schicht(en) und/oder transparent-leitende Schicht(en) angeordnet. Dabei ist wichtig zu betonen, dass üblicherweise eine Mehrzahl von Funktionsschichten
vorhanden sind, wobei es sich dabei um eine Mehrzahl dielektrischer, halbleitender oder transparent-leitender Schichten handelt oder um eine Kombination mehrerer dieser Varianten. Auf der mindestens einen Layer (s) and / or transparent-conductive layer (s) arranged. It is important to emphasize that usually a plurality of functional layers are present, with a plurality of dielectric, semiconducting or transparent-conductive layers or a combination of several of these variants. On at least one
Funktionsschicht ist weiterhin eine ganzflächige oder eine nicht ganzflächig, d.h. strukturiert ausgebildete Metallisierungsschicht angeordnet. Zum Beispiel im Falle so genannter PERC Solarzellen sind die mindestens eine Functional layer is still a full-area or not a full-area, i.e. structured metallization layer arranged. For example, in the case of so-called PERC solar cells, these are at least one
Funktionsschicht üblicherweise in Form mehrerer dielektrischer Schichten zum Beispiel so ausgeführt, dass die Metallisierungsschicht zur Kontaktierung des Halbleiter-Substrats auf einem Teil der Fläche durch die dielektrischen Functional layer usually in the form of a plurality of dielectric layers, for example in such a way that the metallization layer for contacting the semiconductor substrate on part of the surface through the dielectric
Schichten hindurch das Halbleiter-Substrat kontaktiert und auch ein die Funktion der Wafer-Solarzelle optimierendes, so genanntes lokales Back Surface Field kurz BSF unter den Kontaktierungsbereichen ausbildet. In einem anderen Beispiel wie beim Einsatz von passivierten Kontakten wie TOPCON oder Heterojunction Solarzellen, liegt die Metallisierungsschicht auf den halbleitenden und/oder transparent-leitenden Rückseitenschichten auf und die Schichten selbst sind so gestaltet, dass diese einen Ladungstransport vom Halbleitersubstrat zum Rückseiten-Metallkontakt ermöglichen. Diese Contacting the semiconductor substrate through layers and also forming a so-called local back surface field, BSF for short, under the contacting areas, which optimizes the function of the wafer solar cell. In another example, such as when using passivated contacts such as TOPCON or heterojunction solar cells, the metallization layer rests on the semiconducting and / or transparent-conductive back layers and the layers themselves are designed in such a way that they enable charge transport from the semiconductor substrate to the metal contact on the back. These
Metallisierungsschicht wird üblicherweise mittels Metallpartikel-haltiger Pasten auf das Halbleiter-Substrat aufgebracht. Die aufgebrachte Paste wird anschließend„gefeuert“, d.h. einem Wärmebehandlungsschritt unterzogen. Während des Feuerns versintern die Metallpartikel der Paste zu einer makroskopisch homogen erscheinenden Schicht. Mikroskopisch ist diese Metallization layer is usually applied to the semiconductor substrate by means of pastes containing metal particles. The applied paste is then "fired", i.e. subjected to a heat treatment step. During the firing, the metal particles of the paste sinter to form a layer that appears macroscopically homogeneous. This is microscopic
Metallisierungsschicht jedoch inhomogen ausgebildet. Der Ausdruck„inhomogen“ bedeutet für eine Rückseiten-Metallisierungsschicht im Rahmen dieser Erfindung, dass mikroskopisch betrachtet zwischen Metall- Partikeln, die ungleichmäßig in der Schicht verteilt sind, mit Luft oder anderen Stoffen wie Glas gefüllte Zwischenräume ausgebildet sind. Die Metallpartikel weisen durchschnittlich Ausmaße im Bereich von wenigen bis vielen Dutzend Mikrometern auf. Diese Metallpartikel versintern durch den genannten However, the metallization layer is inhomogeneous. The expression “inhomogeneous” means for a rear-side metallization layer in the context of this invention that, viewed microscopically, spaces filled with air or other substances such as glass are formed between metal particles that are unevenly distributed in the layer. The metal particles have on average dimensions in the range from a few to many tens of micrometers. These metal particles sinter through the said
Wärmebehandlungsschritt zu der mikroskopisch inhomogenen Heat treatment step to the microscopically inhomogeneous
Metallisierungsschicht.
Licht, das von der Vorderseite auf die Wafer-Solarzelle einfällt, tritt durch das Halbleiter-Substrat hindurch, sofern die Lichtphotonen nicht durch den photoelektrischen Effekt absorbiert werden. Das Licht, das das Halbleiter- Substrat einmal durchlaufen hat, kann aus dem Bereich der Rückseite der Wafer-Solarzelle zurück in das Halbleiter-Substrat reflektiert werden und erneut die Möglichkeit erhalten, dort absorbiert zu werden. Diese Licht- oder auch Rückreflexion wird insbesondere durch die rückseitigen Metallization layer. Light incident on the wafer solar cell from the front side passes through the semiconductor substrate unless the light photons are absorbed by the photoelectric effect. The light that has passed through the semiconductor substrate once can be reflected back into the semiconductor substrate from the area of the rear side of the wafer solar cell and again given the opportunity to be absorbed there. This light or back reflection is in particular due to the rear
Funktionsschichten und durch die Grenzfläche dieser zu dem Metallkontakt bzw. anderer angrenzenden Schichten bewirkt. Diese Reflexion ist jedoch von der zur Herstellung der Metallisierungsschicht verwendeten Präkursor-Functional layers and caused by the interface of these to the metal contact or other adjacent layers. However, this reflection is due to the precursor used to produce the metallization layer.
Metallisierungsschicht abhängig und relativ schlecht. Dies führt zu inhärenten Verlusten im Kurzschlussstrom (Jsc) auf Zellebene. Ebenso wird in nicht metallisierten Bereichen die Rückreflexion durch die Verkapselungsmaterialien ggü. dem Übergang zu Luft nachteilig beeinflusst. Daher können zusätzliche Jsc-Verluste entstehen, wenn die Wafer-Solarzellen zu einem Solarmodul verkapselt werden. Diese rückseitigen Reflexionseigenschaften sind umso wichtiger, je dünner das Halbleiter-Substrat der Wafer-Solarzelle ist, da der Anteil des im ersten Durchgang durch das Halbleitersubstrat absorbierten Lichts mit abnehmender Waferdicke abnimmt und damit der Anteil des an der Waferrückseite ankommenden Lichts mit abnehmender Waferdicke zunimmt. Metallization layer dependent and relatively bad. This leads to inherent losses in short circuit current (Jsc) at the cell level. Likewise, in non-metallized areas, the back reflection by the encapsulation materials is compared with. adversely affects the transition to air. Therefore, additional Jsc losses can arise when the wafer solar cells are encapsulated to form a solar module. These rear reflective properties are all the more important, the thinner the semiconductor substrate of the wafer solar cell, since the proportion of the light absorbed in the first pass through the semiconductor substrate decreases with decreasing wafer thickness and thus the proportion of the light arriving at the wafer rear increases with decreasing wafer thickness.
Es ist daher eine Aufgabe der Erfindung, eine Wafer-Solarzelle, ein Solarmodul und ein Verfahren zur Herstellung der Wafer-Solarzelle bereitzustellen, die weiter verbesserte Kurzschlussstrom -Eigenschaften aufweisen. It is therefore an object of the invention to provide a wafer solar cell, a solar module and a method for producing the wafer solar cell which have further improved short-circuit current properties.
Erfindungsgemäß wird dieses Problem durch eine Wafer-Solarzelle mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 , ein Solarmodul mit den Merkmalen des Patentanspruchs 13 und ein Verfahren zur Herstellung der Wafer-Solarzelle mit den Merkmalen des Patentanspruchs 14 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den nachfolgend beschriebenen Unteransprüchen. According to the invention, this problem is solved by a wafer solar cell with the features of patent claim 1, a solar module with the features of patent claim 13 and a method for producing the wafer solar cell with the features of patent claim 14. Advantageous configurations and developments of the invention emerge from the subclaims described below.
Die Erfindung betrifft eine Wafer-Solarzelle, aufweisend
ein Halbleiter-Substrat mit einer Vorderseite und einer Rückseite, mindestens eine auf der Rückseite angeordnete Funktionsschicht, die ausgewählt ist aus einer Gruppe, bestehend aus mindestens einer dielektrischen Schicht, The invention relates to a wafer solar cell having a semiconductor substrate with a front side and a rear side, at least one functional layer arranged on the rear side, which is selected from a group consisting of at least one dielectric layer,
- mindestens einer halbleitenden Schicht, - at least one semiconducting layer,
mindestens einer transparent-leitenden Schicht, at least one transparent conductive layer,
eine monolithisch ausgebildete Lichtreflexionsschicht, die auf einer von der Rückseite abgewandten Seite der mindestens einen Funktionsschicht angeordnet ist und ausgewählt ist aus einer Gruppe, bestehend aus a monolithically formed light reflection layer which is arranged on a side of the at least one functional layer facing away from the rear side and is selected from a group consisting of
einer Schicht mit einem Brechungsindex, der kleiner als 1 ,7 ist, a layer with a refractive index less than 1.7,
einer im Infraroten weißen Schicht, mit einer Reflexion von über 80% bei 1000nm Wellenlänge und a white layer in the infrared, with a reflection of over 80% at 1000nm wavelength and
- einer homogenen Metallschicht, - a homogeneous metal layer,
und and
eine Metallpartikel-haltige Metallisierungsschicht, a metallization layer containing metal particles,
die auf einer von der mindestens einen Funktionsschicht abgewandten Seite der Lichtreflexionsschicht angeordnet ist. which is arranged on a side of the light reflection layer facing away from the at least one functional layer.
Mittels dieses Äufbaus aufweisend eine monolithisch ausgebildete By means of this structure having a monolithic one
Lichtreflexionsschicht werden optische Änderungen in der Light reflective layer will be optical changes in the
Rückseitenmetallisierung von den Solarzelleneigenschaften entkoppelt, und dieBackside metallization decoupled from the solar cell properties, and the
Lichtreflexion kann unabhängig von dem für die Herstellung des Solarmoduls eingesetzten Laminatmaterial erfolgen. Mit der Lichtreflexionsschicht wird eine zusätzliche, gut lichtreflektierende Schicht in die Solarzellenstruktur eingebracht, um das Licht, das das Halbleiter-Substrat einmal durchlaufen hat, zurück in das Halbleiter-Substrat zu bringen und somit den Kurzschlussstrom der Solarzelle zu erhöhen. Die Lichtreflexionsschicht ist bevorzugt so Light reflection can take place independently of the laminate material used to manufacture the solar module. With the light reflection layer, an additional, light-reflecting layer is introduced into the solar cell structure in order to bring the light that has once passed through the semiconductor substrate back into the semiconductor substrate and thus increase the short-circuit current of the solar cell. The light reflective layer is preferably so
ausgebildet, dass diese entweder vorliegt in Form einer Schicht mit einem Brechungsindex, der kleiner als 1 ,7 ist, oder in Form einer im Infraroten weißen Schicht, mit einer Reflexion von über 80% bei 1000nm Wellenlänge oder in Form einer homogenen Metallschicht.
Im Rahmen dieser Erfindung ist eine homogene Metallschicht in Abgrenzung zu der Metallpartikel-haltigen rückseitigen Metallisierungsschicht zu betrachten. Die - auch mikroskopisch - homogen ausgebildete Metallschicht ist dazu üblicherweise im monolithischen Verbund durch ein geeignetes designed that this is either in the form of a layer with a refractive index that is less than 1.7, or in the form of a white in the infrared layer, with a reflection of over 80% at 1000 nm wavelength or in the form of a homogeneous metal layer. In the context of this invention, a homogeneous metal layer is to be considered in contrast to the metal-particle-containing rear-side metallization layer. The - also microscopically - homogeneously formed metal layer is usually in the monolithic composite by a suitable one
Abscheideverfahren wie z.B. physikalische und/oder chemische Abscheidung über die Gasphase hergestellt worden. Deposition processes such as physical and / or chemical deposition has been produced via the gas phase.
Bei dem Halbleiter-Substrat handelt es sich bevorzugt um ein Silizium-Wafer- Substrat. Das Silizium-Wafer-Substrat kann mono- oder multi kristallin ausgebildet sein. The semiconductor substrate is preferably a silicon wafer substrate. The silicon wafer substrate can be mono- or multi-crystalline.
Die mindestens eine Funktionsschicht kann eine oder mehrere dielektrische Schichten aufweisen. Bei der mindestens einen auf der Rückseite angeordneten dielektrischen Schicht handelt es sich bevorzugt um eine transparente The at least one functional layer can have one or more dielectric layers. The at least one dielectric layer arranged on the rear side is preferably a transparent one
Passivierung. Bevorzugter handelt es sich bei der mindestens einen auf der Rückseite angeordneten dielektrischen Schicht um eine NIR- (Nah-Infrarot-) transparente Passivierungsschicht(en). Bevorzugt ist die mindestens eine dielektrische Schicht als eine oder mehrere AlOx-Schichten, eine oder mehrere SiNx-Schichten und/oder eine oder mehrere SiNxOy-Schichten ausgebildet. Bevorzugter weist die Wafer-Solarzelle die AlOx-Schicht und die SiNx-Schicht als auf der Rückseite angeordnete dielektrische Schichten auf, wobei die AlOx- Schicht zwischen dem Halbleiter-Substrat und der SiNx-Schicht angeordnet ist. In einer bevorzugten Ausführungsform ist die Wafer-Solarzelle daher als PERC Solarzelle ausgebildet. Ein Brechungsindex der AlOx-Schicht liegt bevorzugt im Bereich von 1 ,5 bis 1 ,7. Bevorzugt liegt der Brechungsindex der SiNx-Schicht im Bereich von 1 ,9 bis 2,4. Bevorzugt liegt der Brechungsindex der SiOxNy-Schicht im Bereich von 1 ,5 bis 1 ,9. Alle beschriebenen Brechungsindizes sind nach DIN bei einer Wellenlänge von 632nm gemessen. Passivation. The at least one dielectric layer arranged on the rear side is more preferably a NIR (near infrared) transparent passivation layer (s). The at least one dielectric layer is preferably designed as one or more AlOx layers, one or more SiNx layers and / or one or more SiNxOy layers. More preferably, the wafer solar cell has the AlOx layer and the SiNx layer as dielectric layers arranged on the rear side, the AlOx layer being arranged between the semiconductor substrate and the SiNx layer. In a preferred embodiment, the wafer solar cell is therefore designed as a PERC solar cell. A refractive index of the AlOx layer is preferably in the range from 1.5 to 1.7. The refractive index of the SiNx layer is preferably in the range from 1.9 to 2.4. The refractive index of the SiOxNy layer is preferably in the range from 1.5 to 1.9. All the refractive indices described are measured according to DIN at a wavelength of 632 nm.
Die mindestens eine Funktionsschicht kann alternativ eine oder mehrere halbleitende Schichten aufweisen. Bei der mindestens einen auf der Rückseite angeordneten halbleitenden Schicht handelt es sich bevorzugt um eine dotierte
Schicht, um eine Ladungsträgerselektivität zu erzeugen. Bevorzugt ist die mindestens eine dotierte halbleitende Schicht als Schichtstapel mehrerer Schichten ausgeführt, die unterschiedliche oder auch keine The at least one functional layer can alternatively have one or more semiconducting layers. The at least one semiconducting layer arranged on the rear side is preferably a doped one Layer to generate a charge carrier selectivity. The at least one doped semiconducting layer is preferably designed as a layer stack of several layers, which are different or none
Dotierkonzentrationen enthalten und oder dielektrische und halbleitende Schichten aufweisen. Bevorzugt ist dabei eine undotierte Schicht dünn und direkt auf dem Halbleitersubstrat und darauf die dotierte halbleitende Schicht angeordnet. Alternativ oder zusätzlich ist die dotierte halbleitende Schicht in Kombination mit einer bevorzugt dünnen dielektrischen Schicht, bevorzugt AlOx, SiOx oder SiCx, zwischen der dotierten halbleitenden Schicht und dem Halbleiter-Substrat ausgebildet. Alternativ oder zusätzlich sind eine oder mehrere SiNx-Schichten bevorzugt auf der vom Halbleiter-Substrat Contain doping concentrations and / or dielectric and semiconducting layers. In this case, an undoped layer is preferably arranged thin and directly on the semiconductor substrate and the doped semiconducting layer is arranged thereon. Alternatively or additionally, the doped semiconducting layer is formed in combination with a preferably thin dielectric layer, preferably AlOx, SiOx or SiCx, between the doped semiconducting layer and the semiconductor substrate. Alternatively or additionally, one or more SiNx layers are preferred on the semiconductor substrate
abgewandten Seite der dotierten halbleitenden Schicht(en) und/oder eine oder mehrere SiNxOy-Schichten auf der vom Halbleiter-Substrat abgewandten Seite der dotierten halbleitenden Schicht(en) ausgebildet. side facing away from the doped semiconducting layer (s) and / or one or more SiNxOy layers are formed on the side of the doped semiconducting layer (s) facing away from the semiconductor substrate.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist die Wafer-Solarzelle daher ausgebildet als TOPCON oder Heterojunction Solarzelle, die auch als HIT (Heterojunction with Intrinsic Thin layer) Solarzelle bezeichnet wird. Die Schichtdicke der Schicht zwischen der dotierten halbleitenden Schicht und dem Halbleiter-Substrat beträgt bevorzugt einen bis zu wenige nm. Der In a further preferred embodiment, the wafer solar cell is therefore designed as a TOPCON or heterojunction solar cell, which is also referred to as a HIT (heterojunction with intrinsic thin layer) solar cell. The layer thickness of the layer between the doped semiconducting layer and the semiconductor substrate is preferably one to a few nm
Brechungsindex der dotierten halbleitenden Schicht liegt bevorzugt zwischen 3,6 und 4,6. Bevorzugt liegt der Brechungsindex der SiNx-Schicht im Bereich von 1 ,9 bis 2,4. Bevorzugt liegt der Brechungsindex der SiOxNy-Schicht im Bereich von 1 ,5 bis 1 ,9. Alle beschriebenen Brechungsindizes sind nach DIN bei einer Wellenlänge von 632 nm gemessen. The refractive index of the doped semiconducting layer is preferably between 3.6 and 4.6. The refractive index of the SiNx layer is preferably in the range from 1.9 to 2.4. The refractive index of the SiOxNy layer is preferably in the range from 1.5 to 1.9. All the refractive indices described are measured according to DIN at a wavelength of 632 nm.
In einer ersten Variante ist die monolithisch ausgebildete Lichtreflexionsschicht als eine Schicht mit einem Brechungsindex kleiner als 1 ,7 ausgebildet. Zur Realisierung einer monolithisch ausgebildeten Lichtreflexionsschicht, die als eine Schicht mit einem Brechungsindex kleiner als 1 ,7 ausgebildet ist, können mikroskopisch inhomogene Glaskügelchen-Luftgemische eingesetzt werden. Die monolithisch ausgebildete Lichtreflexionsschicht, ist bevorzugt als eine Schicht mit einem Brechungsindex ausgebildet, der kleiner als 1 ,5 und noch weiter
bevorzugt kleiner als 1 ,3 ist. Alle beschriebenen Brechungsindizes sind nach DIN bei einer Wellenlänge von 632 nm gemessen. Eine derartige Schicht ist durch den realisierten Sprung des Brechungsindexes lichtreflektierend ausgebildet. Dadurch werden optische Änderungen in der In a first variant, the monolithically configured light reflection layer is configured as a layer with a refractive index less than 1.7. To implement a monolithically formed light reflection layer, which is formed as a layer with a refractive index less than 1.7, microscopically inhomogeneous glass bead-air mixtures can be used. The monolithically formed light reflection layer is preferably formed as a layer with a refractive index that is less than 1.5 and even further is preferably less than 1.3. All the refractive indices described are measured according to DIN at a wavelength of 632 nm. Such a layer is designed to reflect light due to the jump in the refractive index that has been implemented. This will make optical changes in the
Rückseitenmetallisierung beispielsweise beim Verkapselungsvorgang des Solarmoduls von den Solarzelleneigenschaften entkoppelt. Backside metallization is decoupled from the solar cell properties, for example during the encapsulation process of the solar module.
In einer zweiten Variante ist die monolithisch ausgebildete In a second variant, the monolithic one
Lichtreflexionsschicht als eine im Infraroten weißen Schicht mit einer Reflexion von über 80% bei 1000nm Wellenlänge ausgebildet. Die monolithisch Light reflection layer is formed as a white layer in the infrared with a reflection of over 80% at 1000 nm wavelength. The monolithic
ausgebildete Lichtreflexionsschicht, die als eine im Infraroten weißen Schicht ausgebildet ist, ist bevorzugt mit einer Reflexion von über 60% bei 1000nm Wellenlänge noch bevorzugter von über 40% bei 1000nm Wellenlänge formed light reflection layer, which is formed as a white layer in the infrared, is preferably with a reflection of more than 60% at 1000 nm wavelength, more preferably of more than 40% at 1000 nm wavelength
ausgebildet. Eine derartige Schicht ist ebenfalls lichtreflektierend ausgebildet. Dadurch werden optische Änderungen in der Rückseitenmetallisierung beispielsweise beim Verkapselungsvorgang des Solarmoduls von den educated. Such a layer is also designed to be light-reflecting. As a result, optical changes in the rear-side metallization are avoided, for example during the encapsulation process of the solar module
Solarzelleneigenschaften entkoppelt. Solar cell properties decoupled.
In einer dritten Variante ist die monolithisch ausgebildete In a third variant, the monolithic one
Lichtreflexionsschicht als eine homogene Metallschicht ausgebildet. Im Sinne der Erfindung ist eine homogene Metallschicht eine mikroskopisch homogene Schicht aus Metall, d.h., eine Metallschicht, die ohne Zwischenräume oder Lücken gebildet ist. Eine homogene Metallschicht kann z.B. durch PVD- Verfahren wie Sputtern oder Aufdampfen realisiert werden. Der Ausdruck „homogen“ bedeutet, dass in einer mikroskopischen Betrachtung keine Metall- Partikel erkennbar sind und diese daher auch mikroskopisch betrachtet gleichmäßig erscheint. Die Metallschicht ist bevorzugt glatt d.h. spiegelnd oder im Wesentlichen glatt ausgebildet. Die Metallschicht stellt starke Light reflection layer formed as a homogeneous metal layer. For the purposes of the invention, a homogeneous metal layer is a microscopically homogeneous layer of metal, i.e. a metal layer that is formed without gaps or gaps. A homogeneous metal layer can e.g. can be realized by PVD processes such as sputtering or vapor deposition. The term "homogeneous" means that no metal particles can be seen under the microscope and that they appear uniform under the microscope. The metal layer is preferably smooth i.e. reflective or essentially smooth. The metal layer represents strong
Lichtreflexionseigenschaften bereit. Light reflective properties ready.
Die rückseitige Metallisierungsschicht ist durch eine Paste mit darin The back metallization layer is through a paste with it
enthaltenen mikroskopischen Metallpartikeln realisiert. Daher ist die als Metallpartikel-haltige Metallisierungsschicht bezeichnet. Die
Metallisierungsschicht weist bevorzugt Aluminiumpartikel und/oder contained microscopic metal particles realized. The metallization layer containing metal particles is therefore designated. The The metallization layer preferably has aluminum particles and / or
Silberpartikel auf. Die Metallisierungsschicht ist bevorzugt eine Ag- (Silber-) Schicht bevorzugter eine Al- (Aluminium-) Schicht oder eine Mischung von Al- (Aluminium) und Si- (Silizum). Die Metallisierungsschicht ist bevorzugt mittels einer Pastenmetallisierung und einem anschließenden Feuerschritt erzeugt. Dadurch wird eine makroskopisch homogene aber mikroskopisch inhomogene Schicht aus Metall gebildet. Die mikroskopisch inhomogene Schicht weist Metall- Partikel auf, zwischen denen sich Zwischenräume befinden, die mit Luft oder Glas gefüllt sind. Verursacht durch einen mit Hitze- und Druckeinwirkung einher gehenden Einlaminierungs-Vorgang der zu Strings verschalteten Silver particles. The metallization layer is preferably an Ag (silver) layer, more preferably an Al (aluminum) layer or a mixture of Al (aluminum) and Si (silicon). The metallization layer is preferably produced by means of paste metallization and a subsequent firing step. This forms a macroscopically homogeneous but microscopically inhomogeneous layer of metal. The microscopically inhomogeneous layer has metal particles between which there are spaces that are filled with air or glass. Caused by a lamination process associated with the action of heat and pressure of the interconnected strings
Solarmodule kann in die genannten Zwischenräume auch das für die Solar modules can also be used in the spaces mentioned for the
Laminierung zum Einsatz kommende Einbettungspolymer wie z.B. EVA eindringen. In einer bevorzugten Ausführungsform ist die Lichtreflexionsschicht als die im Infraroten weiße Schicht als eine Weißpigment-haltige Schicht ausgebildet. Das Weißpigment ist bevorzugt als ein Titandioxid-Partikel ausgebildet. Die Embedding polymer used for lamination, e.g. EVA penetrate. In a preferred embodiment, the light reflection layer is designed as the layer white in the infrared as a layer containing white pigment. The white pigment is preferably designed as a titanium dioxide particle. The
Weißpigmente können beispielsweise per Siebdruck, Sprüh- oder Rollverfahren aufgebracht werden. Eine derartige Schicht ist derart lichtreflektierend ausgebildet, dass optische Änderungen in der Rückseitenmetallisierung, beispielsweise verursacht durch den Laminierungsprozess bei der Herstellung von Solarmodulen, von den Solarzelleneigenschaften effektiv entkoppelt werden. In einer der bevorzugten Ausführungsformen ist die Lichtreflexionsschicht als eine mikroskopisch poröse Schicht ausgebildet. D.h., die Lichtreflexionsschicht weist Poren in Form feiner Löcher auf und kann dadurch für Fluide zumindest teilweise durchlässig sein. Sie kann offen oder geschlossen porös sein. Bevorzugt weist die Lichtreflexionsschicht mindestens 30% SiOx auf. Die Lichtreflexionsschicht kann zum Beispiel eine derartige Menge an SiOx White pigments can be applied, for example, by screen printing, spraying or roller processes. Such a layer is designed to be light-reflecting in such a way that optical changes in the rear-side metallization, for example caused by the lamination process in the manufacture of solar modules, are effectively decoupled from the solar cell properties. In one of the preferred embodiments, the light reflection layer is designed as a microscopically porous layer. That is, the light-reflecting layer has pores in the form of fine holes and can therefore be at least partially permeable to fluids. It can be porous open or closed. The light reflection layer preferably has at least 30% SiOx. The light reflection layer may, for example, have such an amount of SiOx
Partikeln aufweisen, die von ihrer Größe bevorzugt hinreichend klein sind, so dass sie zusammen mit sich zwischen den SiOx Partikeln befindender Luft einen
effektiv niedrigeren Brechungsindex als SiOx selbst erzeugen. Dadurch kann eine Lichtreflexionsschicht mit einem Brechungsindex kleiner als 1 ,7, bevorzugt kleiner als 1 ,5, bevorzugter kleiner als 1 ,3 realisiert werden. Die Lichtreflexionsschicht mit einem Brechungsindex kleiner als 1 ,7, bevorzugt kleiner als 1 ,5, bevorzugter kleiner als 1 ,3 kann zum Beispiel per Have particles which are preferably sufficiently small in size so that they form one together with air located between the SiOx particles effectively produce a lower refractive index than SiOx itself. As a result, a light reflection layer with a refractive index less than 1.7, preferably less than 1.5, more preferably less than 1.3 can be implemented. The light reflection layer with a refractive index less than 1.7, preferably less than 1.5, more preferably less than 1.3 can, for example, by
Rollverfahren, Siebdruck, Sprühen oder Tauchen auf die mindestens eine Funktionsschicht aufgebracht werden. Roll process, screen printing, spraying or dipping to which at least one functional layer is applied.
In der zweiten und dritten Variante ist die Lichtreflexionsschicht opak ausgebildet. Dadurch ist der Effekt der Lichtreflexion unabhängig von den optischen Eigenschaften des Einbettungspolymers, das während der Herstellung des Solarmoduls in Zwischenräume zwischen den Metall-Partikeln der In the second and third variant, the light reflection layer is opaque. As a result, the effect of the light reflection is independent of the optical properties of the embedding polymer, which is in the spaces between the metal particles during the production of the solar module
Metallisierungsschicht eindringt. Der Ausdruck„opak“ bedeutet Metallization layer penetrates. The term "opaque" means
lichtundurchlässig oder im Wesentlichen lichtundurchlässig. opaque or substantially opaque.
Die Metallisierungsschicht ist in einer bevorzugten Ausführungsform derart ausgebildet, dass sie an mehreren Stellen durch die Lichtreflexionsschicht und durch die mindestens eine Funktionsschicht hindurch lokale elektrische In a preferred embodiment, the metallization layer is designed in such a way that it has local electrical properties at several points through the light reflection layer and through the at least one functional layer
Kontakte ausbildet. In dieser Ausführungsform ist sie beispielsweise als PERC- Zelle ausgebildet. Forms contacts. In this embodiment it is designed as a PERC cell, for example.
In einer anderen bevorzugten Ausführungsform ist die Lichtreflexionsschicht derart ausgebildet, dass sie elektrisch leitend ist, so dass ein großflächiger elektrischer Kontakt zwischen der Metallisierungsschicht und der mindestens einen Funktionsschicht besteht. Das ist der Aufbau des so genannten TOPCON Solarzellen-Konzeptes. Üblicherweise sind in dieser Ausführungsform keine lokalen elektrischen Kontakte vorhanden, die durch die Funktionsschicht hindurchgreifen, sondern die Funktionsschicht hat hinreichende elektrische Leitungseigenschaften, so dass es für die Rückseitenkontaktierung der Wafer- Solarzelle ausreicht, die Funktionsschicht zu kontaktieren. Wenn dann auch die die Funktionsschicht und die Lichtreflexionsschicht elektrisch leitfähig sind, fließt der Strom durch Rückseitenmetallisierung, Lichtreflexionsschicht und Funktionsschicht zum /vom Halbleiter-Substrat.
Bei einer Heterojunction Solarzelle sind auf dem Halbleiter-Substrat bevorzugt eine oder mehrere Schichten aus dotiertem und intrinsischem, amorphen Silizium sowie TCO (transparent-leitfähige Oxidschichten) als transparente halbleitende Schicht zur Aufnahme des erzeugten Stroms aufgebracht. Die mindestens eine Funktionsschicht weist in dieser Ausführungsform bevorzugt TCO auf. In another preferred embodiment, the light reflection layer is designed in such a way that it is electrically conductive, so that there is a large-area electrical contact between the metallization layer and the at least one functional layer. This is the structure of the so-called TOPCON solar cell concept. In this embodiment there are usually no local electrical contacts that reach through the functional layer, but rather the functional layer has sufficient electrical conduction properties so that it is sufficient to make contact with the functional layer for rear-side contacting of the wafer solar cell. If the functional layer and the light reflection layer are then also electrically conductive, the current flows through the rear side metallization, light reflection layer and functional layer to / from the semiconductor substrate. In the case of a heterojunction solar cell, one or more layers of doped and intrinsic, amorphous silicon and TCO (transparent-conductive oxide layers) as a transparent semiconducting layer for absorbing the generated current are preferably applied to the semiconductor substrate. In this embodiment, the at least one functional layer preferably has TCO.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist die Wafer-Solarzelle als PERC In a preferred embodiment, the wafer solar cell is a PERC
Solarzelle ausgebildet. Alternativ bevorzugt ist die Wafer-Solarzelle als TOPCON Solarzelle ausgebildet. Weiterhin alternativ bevorzugt ist die Wafer- Solarzelle als Heterojunction Solarzelle ausgebildet ist. Solar cell formed. Alternatively, the wafer solar cell is preferably designed as a TOPCON solar cell. Furthermore, as an alternative, the wafer solar cell is preferably designed as a heterojunction solar cell.
Bevorzugt weist die mindestens eine Funktionsschicht mindestens eine dielektrische Schicht auf. Die mindestens eine dielektrische Schicht ist bevorzugt aus einer AlOx-Schicht und einer SiNx-Schicht ausgebildet. Diese Ausführungsform ist vorteilhaft, wenn die Wafer-Solarzelle als PERC Solarzelle ausgebildet ist. The at least one functional layer preferably has at least one dielectric layer. The at least one dielectric layer is preferably formed from an AlOx layer and a SiNx layer. This embodiment is advantageous if the wafer solar cell is designed as a PERC solar cell.
In einer bevorzugten Ausführungsform weist die mindestens eine In a preferred embodiment, the at least one
Funktionsschicht mindestens eine halbleitende Schicht auf, wobei die mindestens eine halbleitende Schicht aus amorphem oder mikrokristallinem Silizium ausgebildet ist. Dadurch kann die Funktionsschicht besonders dünn ausgebildet sein und ist zudem kostengünstig. Eine derartige Schicht kann durch Sputtern, Vakuumaufdampfen, CVD, APCVD oder PECVD realisiert werden. Functional layer on at least one semiconducting layer, wherein the at least one semiconducting layer is formed from amorphous or microcrystalline silicon. As a result, the functional layer can be made particularly thin and is also inexpensive. Such a layer can be realized by sputtering, vacuum vapor deposition, CVD, APCVD or PECVD.
Bevorzugt weist die mindestens eine Funktionsschicht die mindestens eine halbleitende Schicht auf, wobei die mindestens eine halbleitende Schicht mit einem aus der folgenden Gruppe ausgewählten Element dotiert ist: The at least one functional layer preferably has the at least one semiconducting layer, the at least one semiconducting layer being doped with an element selected from the following group:
Phosphor, Bor, Gallium oder Aluminium. Dadurch kann der Wirkungsgrad der Wafer-Solarzelle weiterhin verbessert werden.
In einer bevorzugten Ausführungsform weist die mindestens eine Phosphorus, boron, gallium or aluminum. The efficiency of the wafer solar cell can thereby be further improved. In a preferred embodiment, the at least one
Funktionsschicht mindestens eine halbleitende Schicht und mindestens eine dielektrische Schicht auf, wobei die mindestens eine dielektrische Schicht zwischen der mindestens einen halbleitenden Schicht und dem Halbleiter- Substrat ausgebildet ist. Functional layer on at least one semiconducting layer and at least one dielectric layer, wherein the at least one dielectric layer is formed between the at least one semiconducting layer and the semiconductor substrate.
Bevorzugt weist die mindestens eine Funktionsschicht mindestens eine dielektrische Schicht auf und ist die mindestens eine dielektrische Schicht mit einer Dicke von weniger als 5 nm bevorzugt weniger als 3 nm als Tunnelschicht ausgeführt. D.h., Ladungsträger können durch diese Schicht tunneln. Diese Ausführungsform ist insbesondere vorteilhaft, wenn die Wafer-Solarzelle als TOPCON Solarzelle ausgebildet ist. The at least one functional layer preferably has at least one dielectric layer and the at least one dielectric layer is embodied as a tunnel layer with a thickness of less than 5 nm, preferably less than 3 nm. This means that charge carriers can tunnel through this layer. This embodiment is particularly advantageous if the wafer solar cell is designed as a TOPCON solar cell.
In einer bevorzugten Ausführungsform weist die mindestens eine In a preferred embodiment, the at least one
Funktionsschicht mindestens eine transparent-leitende Schicht auf, wobei die mindestens eine transparent-leitende Schicht aus mindestens einem TCO (transparent conductive oxide, transparent-leitfähiges Oxid) ausgebildet ist, wobei das mindestens eine TCO bevorzugt aus der Gruppe ausgewählt ist, bestehend aus: Functional layer on at least one transparent-conductive layer, wherein the at least one transparent-conductive layer is formed from at least one TCO (transparent conductive oxide, transparent-conductive oxide), wherein the at least one TCO is preferably selected from the group consisting of:
ZnO (Zinkoxid), ITO (indium tin oxide, Indium-Zinn-Oxid), AZO (aluminum doped zinc oxide, Aluminium-Zink-Oxid), ATO (antimony tin oxide, Antimon- Zinn-Oxid) und FTO (fluoro tin oxide, Fluor-Zinn-Oxid). Diese Ausführungsform ist vorteilhaft, wenn die Wafer-Solarzelle als Heterojunction Solarzelle ausgebildet ist. ZnO (zinc oxide), ITO (indium tin oxide, indium tin oxide), AZO (aluminum doped zinc oxide, aluminum zinc oxide), ATO (antimony tin oxide, antimony tin oxide) and FTO (fluoro tin oxide , Fluorine tin oxide). This embodiment is advantageous if the wafer solar cell is designed as a heterojunction solar cell.
In einer bevorzugten Ausführungsform weist die mindestens eine In a preferred embodiment, the at least one
Funktionsschicht mindestens eine halbleitende Schicht auf, wobei die mindestens eine halbleitende Schicht aus zwei Schichten aufgebaut ist, die sich in ihrer Dotierstoffkonzentration unterscheiden. Bevorzugt ist die schwächer oder nicht dotierte Schicht mit einer Schichtstärke von weniger als 5 nm bevorzugt weniger als 3 nm ausgeführt. Diese Ausführungsform ist vorteilhaft, wenn die Wafer-Solarzelle als TOPCON oder Heterojunction Solarzelle ausgebildet ist. Mittels der dotierten Schicht wird eine
Ladungsträgerselektivität erzeugt. Bevorzugt ist die mindestens eine dotierte halbleitende Schicht als Schichtstapel mehrere-Schichten ausgeführt, die unterschiedliche oder auch keine Dotierkonzentrationen enthalten und oder dielektrische und halbleitende Schichten aufweisen. Bevorzugt ist dabei eine undotierte Schicht direkt auf dem Halbleiter-Substrat und darauf die dotierte halbleitende Schicht angeordnet. Alternativ oder zusätzlich bevorzugt ist eine dielektrische Schicht, bevorzugt AlOx, SiOx, SiCx, zwischen der dotierten halbleitenden Schicht und dem Halbleiter-Substrat angeordnet. Alternativ oder zusätzlich sind eine oder mehrere SiNx- oder SiNxOy-Schichten bevorzugt auf der vom Halbleitersubstrat abgewandten Seite der dotierten halbleitenden Schicht angeordnet. Der Brechungsindex der dotierten halbleitenden Schicht liegt bevorzugt zwischen 3,6 und 4,6. Bevorzugt liegt der Brechungsindex der SiNx-Schicht im Bereich von 1 ,9 bis 2,4. Bevorzugt liegt der Brechungsindex der SiOxNy-Schicht im Bereich von 1 ,5 bis 1 ,9. Alle beschriebenen Brechungsindizes sind nach DIN bei einer Wellenlänge von 632 nm gemessen. Functional layer on at least one semiconducting layer, the at least one semiconducting layer being composed of two layers which differ in their dopant concentration. The weaker or non-doped layer is preferably designed with a layer thickness of less than 5 nm, preferably less than 3 nm. This embodiment is advantageous if the wafer solar cell is designed as a TOPCON or heterojunction solar cell. By means of the doped layer a Charge carrier selectivity generated. The at least one doped semiconducting layer is preferably designed as a layer stack of several layers which contain different or even no doping concentrations and / or have dielectric and semiconducting layers. In this case, an undoped layer is preferably arranged directly on the semiconductor substrate and the doped semiconducting layer is arranged thereon. Alternatively or additionally preferably, a dielectric layer, preferably AlOx, SiOx, SiCx, is arranged between the doped semiconducting layer and the semiconductor substrate. Alternatively or additionally, one or more SiNx or SiNxOy layers are preferably arranged on the side of the doped semiconducting layer facing away from the semiconductor substrate. The refractive index of the doped semiconducting layer is preferably between 3.6 and 4.6. The refractive index of the SiNx layer is preferably in the range from 1.9 to 2.4. The refractive index of the SiOxNy layer is preferably in the range from 1.5 to 1.9. All the refractive indices described are measured according to DIN at a wavelength of 632 nm.
Als Halbleiter-Substrat der Wafer-Solarzelle kommt bevorzugt Silizium zum Einsatz. Die Wafer-Solarzelle in einer der vorangehend beschriebenen Silicon is preferably used as the semiconductor substrate of the wafer solar cell. The wafer solar cell in one of those described above
Ausführungsformen mit einem Halbleiter-Substrat lässt sich zusammen mit einer Solarzelle aufgebaut aus einem Perowskit-Substrat zu einer Tandem- Solarzelle kombinieren. Eine Tandem-Solarzelle, auch als Stapelsolarzelle, Mehrfachsolarzelle bezeichnet, besteht aus zwei oder mehr Solarzellen aus verschiedenen Materialsystemen, die übereinandergestapelt sind. Die Wafer-Solarzelle weist bevorzugt auf der Vorderseite eine Emitterschicht und/oder eine Passivierschicht auf. Bevorzugt weist sie auf der Vorderseite Frontelektrodenfinger und Busbars beispielsweise aus Silber auf. In dieser Ausführungsform ist die Wafer-Solarzelle bevorzugt eine PERC Solarzelle. Embodiments with a semiconductor substrate can be combined with a solar cell constructed from a perovskite substrate to form a tandem solar cell. A tandem solar cell, also known as a stacked solar cell, consists of two or more solar cells made of different material systems that are stacked on top of one another. The wafer solar cell preferably has an emitter layer and / or a passivation layer on the front side. It preferably has front electrode fingers and busbars, for example made of silver, on the front side. In this embodiment, the wafer solar cell is preferably a PERC solar cell.
Alternativ können auf der Vorderseite z.B. ebenfalls TOPCON-artige, Alternatively, e.g. also TOPCON-like,
Heterojunction- oder TCO-Übergänge angeordnet sein, sowie für eine Be arranged heterojunction or TCO junctions, as well as for a
Tandemstruktur noch eine weitere Solarzelle z.B. auf Perowskit- Basis auf der Vorderseite angeordnet sein.
Die Erfindung betrifft ferner ein Solarmodul mit einer Vorderseite und einer Rückseite, aufweisend In a tandem structure, another solar cell, e.g. based on perovskite, can be arranged on the front. The invention also relates to a solar module having a front side and a rear side
eine die Vorderseite bildende Glasscheibe oder eine Kunststoff- Folie oder eine Kunststoff- Platte, a sheet of glass forming the front or a plastic film or a plastic plate,
ein Rückseiten -Verkapselungselement, das als Einbettungspolymer entweder ein EVA oder ein Polyolefin aufweist, und a backside encapsulation element which has either an EVA or a polyolefin as an embedding polymer, and
mehrere Wafer-Solarzellen nach einer oder mehrerer vorstehend beschriebenen Ausführungsformen, die zwischen der Vorderseite und der Rückseite des Solarmoduls einlaminiert sind. several wafer solar cells according to one or more of the embodiments described above, which are laminated between the front side and the rear side of the solar module.
Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zur Herstellung einer Wafer- Solarzelle, aufweisend folgende Schritte The invention also relates to a method for producing a wafer solar cell, having the following steps
a) Bereitstellen eines Halbleiter-Substrats mit einer Vorderseite und einer Rückseite und einem im Halbleiter-Substrat angeordneten p-n-Übergang oder einem an das Halbleiter-Substrat angrenzend aufgebrachten p-n- Übergang, a) providing a semiconductor substrate with a front side and a rear side and a p-n junction arranged in the semiconductor substrate or a p-n junction applied adjacent to the semiconductor substrate,
b) Aufbringen mindestens einer Funktionsschicht auf der Rückseite des Halbleiter-Substrats, die ausgewählt ist aus einer Gruppe, bestehend aus mindestens einer dielektrischen Schicht, b) applying at least one functional layer to the back of the semiconductor substrate, which is selected from a group consisting of at least one dielectric layer,
mindestens einer halbleitenden Schicht und at least one semiconducting layer and
mindestens einer transparent-leitenden Schicht, at least one transparent conductive layer,
c) Aufbringen einer monolithisch ausgebildeten Lichtreflexionsschicht auf einer von der Rückseite abgewandten Seite der mindestens einen c) applying a monolithically formed light reflection layer on a side of the at least one facing away from the rear side
Funktionsschicht, wobei die Lichtreflexionsschicht ausgewählt ist aus einer Gruppe, bestehend aus Functional layer, the light reflection layer being selected from a group consisting of
einer Schicht mit einem Brechungsindex, der kleiner als 1 ,7 ist, gemessen nach DIN bei einer Wellenlänge von 632nm, a layer with a refractive index that is less than 1.7, measured according to DIN at a wavelength of 632 nm,
einer im Infraroten weißen Schicht, mit einer Reflexion von über 80% bei a white layer in the infrared, with a reflection of over 80%
1000nm Wellenlänge und 1000nm wavelength and
einer homogenen Metallschicht, und a homogeneous metal layer, and
d) Aufbringen einer Metallpartikel-haltigen Metallisierungsschicht auf eine von der mindestens einen Funktionsschicht abgewandten Seite der Lichtreflexionsschicht.
Zu der Wafer-Solarzelle offenbarte Ausführungsformen und Beschreibungen gelten für das Verfahren entsprechend um umgekehrt gelten zum Verfahren offenbarte Ausführungsformen und Beschreibungen für die Wafer-Solarzelle entsprechend. d) Applying a metallization layer containing metal particles to a side of the light reflection layer facing away from the at least one functional layer. Embodiments and descriptions disclosed for the wafer solar cell apply accordingly to the method, and conversely, embodiments and descriptions disclosed for the method for the wafer solar cell apply accordingly.
Gemäß Schritt a) wird ein Halbleiter-Substrat bereitgestellt. Bei dem According to step a), a semiconductor substrate is provided. In which
bereitgestellten Halbleiter-Substrat handelt es sich bevorzugt um eine teilprozessierte Halbleiter-Solarzelle. Die teilprozessierte Halbleiter-Solarzelle stellt ein Halbzeug dar, das schon einen oder mehrere aber noch nicht alle Prozessschritte zur Herstellung der PERC bzw. TOPCON oder Heterojunction Solarzelle durchlaufen hat. Die Halbleiter-Solarzelle wird üblicherweise aus einem Halbleiter-Wafer hergestellt. Zur Bereitstellung des Halbleiter-Wafers werden üblicherweise Halbleiter-Einkristalle oder polykristalline Halbleiter- Blöcke hergestellt und beispielsweise durch Sägen in Scheiben zerteilt. Aus einem derartigen Halbleiter-Wafer wird das in Schritt a) bereitgestellte The semiconductor substrate provided is preferably a partially processed semiconductor solar cell. The partially processed semiconductor solar cell is a semi-finished product that has already passed through one or more, but not yet all, process steps for manufacturing the PERC or TOPCON or heterojunction solar cell. The semiconductor solar cell is usually made from a semiconductor wafer. To provide the semiconductor wafer, semiconductor single crystals or polycrystalline semiconductor blocks are usually produced and cut into wafers, for example by sawing. Such a semiconductor wafer becomes what is provided in step a)
Halbleiter-Substrat bzw. die teilprozessierte Halbleiter-Solarzelle hergestellt. Der Halbleiter-Wafer wird beispielsweise folgenden Schritten zur Herstellung des Halbleiter-Substrats unterzogen: Ein- oder beidseitige Texturierung (zur Vergrößerung der Oberfläche und Erhöhung der Lichtaufnahme), anschließend Dotierung zur Ausbildung eines p/n-Übergangs durch Ausführung eines Semiconductor substrate or the partially processed semiconductor solar cell produced. The semiconductor wafer is subjected, for example, to the following steps to produce the semiconductor substrate: Texturing on one or both sides (to enlarge the surface and increase the light absorption), then doping to form a p / n junction by executing a
Diffusionsprozesses. Das in Schritt a) bereitgestellte Halbleiter-Substrat ist bevorzugt den vorstehenden Schritten unterzogen worden, wenn das Diffusion process. The semiconductor substrate provided in step a) has preferably been subjected to the above steps if the
Endprodukt eine PERC Solarzelle ist. Bevorzugt ist das in Schritt a) The end product is a PERC solar cell. This is preferred in step a)
bereitgestellte Halbleiter-Substrat weiterhin den Schritten Kantenisolation und/oder PSG-Ätze unterzogen worden, wenn das Endprodukt eine PERC Solarzelle ist. Alternativ kann das Halbleiter-Substrat sägeschadengeätzt sein und Textur-frei sein, beispielsweise wenn das Endprodukt eine Tandem- Solarzelle ist. Wenn das Endprodukt eine Heterojunction Solarzelle ist und evtl. bei transparent-leitenden Kontakten, kann es sich bei dem Halbleiter-Substrat um eine teilprozessierte Solarzelle handeln, bei der ein p-n Übergang durch Aufbringen von separaten Schichten erzeugt ist.
Weiterhin kann die in Schritt a) bereitgestellte Halbleiter-Solarzelle auf der Vorderseite beschichtet sein. Beispielsweise kann die in Schritt a) The semiconductor substrate provided has been subjected to the steps of edge isolation and / or PSG etching if the end product is a PERC solar cell. Alternatively, the semiconductor substrate can be saw-damage-etched and texture-free, for example if the end product is a tandem solar cell. If the end product is a heterojunction solar cell and possibly with transparent-conductive contacts, the semiconductor substrate can be a partially processed solar cell in which a pn junction is produced by applying separate layers. Furthermore, the semiconductor solar cell provided in step a) can be coated on the front side. For example, in step a)
bereitgestellte Halbleiterwafer-Solarzelle auf der Vorderseite eine semiconductor wafer solar cell provided on the front side
Emitterschicht aufweisen und/oder eine Passivierschicht und eine Have emitter layer and / or a passivation layer and a
Frontelektrodenstruktur mit Frontelektrodenfingern und Busbars. Alternativ können auf der Vorderseite z.B. ebenfalls TOPCON-artige, Heterojunction- oder TCO-Übergänge angeordnet sein. Für eine Tandem-Solarzelle kann alternativ noch eine weitere Solarzelle z. B. auf Perowskit- Basis auf der Vorderseite angeordnet sein. Front electrode structure with front electrode fingers and busbars. Alternatively, e.g. also TOPCON-like, heterojunction or TCO junctions can be arranged. For a tandem solar cell, another solar cell, e.g. B. be arranged based on perovskite on the front.
Der Schritt b) umfasst ein Abscheiden der mindestens einen Funktionsschicht auf dem Halbleiter-Substrat. Der Schritt b) kann mittels PVD oder CVD zum Beispiel mittels eines PECVD- (Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition-) Verfahrens durchgeführt werden. Es ist aber auch möglich, eine oder mehrere dielektrische Schichten in Form von AlOx-Schicht(en) mittels„Atomic- Layer- Deposition“ (ALD) oder Mikrowellen-Remote-Plasma abzuscheiden. Die dielektrische(n) Schicht(en) dient bzw. dienen zur elektrischen Step b) comprises depositing the at least one functional layer on the semiconductor substrate. Step b) can be carried out by means of PVD or CVD, for example by means of a PECVD (Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition) method. However, it is also possible to deposit one or more dielectric layers in the form of AlOx layer (s) by means of “atomic layer deposition” (ALD) or microwave remote plasma. The dielectric layer (s) serves or serve for electrical
Rückseitenpassivierung der Solarzelle. Das Aufbringen der Rear side passivation of the solar cell. Applying the
Funktionsschichte(en) auf das Halbleiter-Substrats in Schritt b) wird bevorzugt vollflächig oder im Wesentlichen vollflächig durchgeführt. Bevorzugt wird die mindestens eine Funktionsschicht einseitig, also nur auf die Rückseite des Halbleiter-Substrats aufgebracht. Functional layer (s) on the semiconductor substrate in step b) is preferably carried out over the entire area or essentially over the entire area. The at least one functional layer is preferably applied on one side, that is to say only on the rear side of the semiconductor substrate.
Das Aufbringen der Lichtreflexionsschicht auf die mindestens eine Applying the light reflection layer to the at least one
Funktionsschicht in Schritt c) wird bevorzugt vollflächig oder im Wesentlichen vollflächig durchgeführt. Bevorzugt wird die Lichtreflexionsschicht mittels Siebdrucks, Sprühen, Tauchen oder Rollverfahrens auf die Rückseite der mindestens einen Funktionsschicht aufgebracht. Abhängig von den Eigenschaften der Lichtreflexionsschicht und der Functional layer in step c) is preferably carried out over the entire area or essentially over the entire area. The light reflection layer is preferably applied to the rear side of the at least one functional layer by means of screen printing, spraying, dipping or rolling. Depending on the properties of the light reflective layer and the
Metallisierungsschicht kann das Aufbringen einer zusätzlichen Schutzschicht vor der Abscheidung der Metallisierungsschicht notwendig sein und entsprechend erfolgen.
Der Schritt d) wird bevorzugt mittels Aufbringens einer Metallpaste und einem anschließenden Feuerschritt durchgeführt. Als Metallpaste wird bevorzugt eine Ag-Paste, Al-Paste oder eine Al/Si-Paste eingesetzt. Derartige Metallpasten weisen Metall-Partikel, Binde- und Lösemittel und optional eine Glasfritte wie beispielsweise Si02, B203 und/oder ZnO auf. Die Metallpasten weisen üblicherweise Metall- Partikel Durchmessern von 1 bis 40 pm auf. Metallization layer, the application of an additional protective layer before the deposition of the metallization layer can be necessary and take place accordingly. Step d) is preferably carried out by applying a metal paste and a subsequent firing step. An Ag paste, Al paste or an Al / Si paste is preferably used as the metal paste. Such metal pastes have metal particles, binders and solvents and optionally a glass frit such as SiO2, B203 and / or ZnO. The metal pastes usually have metal particle diameters of 1 to 40 μm.
In einer bevorzugten Ausführungsform wird der Schritt c) unter Anwendung eines aus der folgenden Gruppe ausgewählten Prozessen durchgeführt: In a preferred embodiment, step c) is carried out using a process selected from the following group:
Drucken bevorzugt Siebdruck oder Tampondruck Printing prefers screen printing or pad printing
Sprühen Spray
Tauchen Diving
Rollen roll
PVD (physical vapour deposition) bevorzugt Sputtern, und PVD (physical vapor deposition) prefers sputtering, and
CVD (Chemical vapour deposition) bevorzugt APCVD (atmospheric pressure Chemical vapour deposition). CVD (chemical vapor deposition) prefers APCVD (atmospheric pressure chemical vapor deposition).
Bevorzugt werden vor dem Schritt d) mehrere Löcher mittels eines Lasers in die Lichtreflexionsschicht oder in die Lichtreflexionsschicht und in die mindestens eine Funktionsschicht eingebracht, so dass das Halbleiter-Substrat an mehreren Stellen lokal zumindest von der Lichtreflexionsschicht frei ist. Diese Löcher werden auch als LCO (Laser Contact Openings) bezeichnet. Before step d), a plurality of holes are preferably made in the light reflection layer or in the light reflection layer and in the at least one functional layer by means of a laser so that the semiconductor substrate is locally free at least from the light reflection layer at several locations. These holes are also known as LCO (Laser Contact Openings).
Dadurch kann eine Kontaktierung der anschließend aufgebrachten This allows contacting the subsequently applied
Metallisierungsschicht mit dem Halbleiter-Substrat auf einfache Weise sichergestellt werden. Mittels dieser Ausführungsform kann beispielsweise eine PERC-Solarzell-Architektur realisiert werden. Metallization layer can be ensured with the semiconductor substrate in a simple manner. A PERC solar cell architecture, for example, can be implemented using this embodiment.
Alternativ oder zusätzlich bevorzugt erfolgt der Schritt d) unter Beschichtung der Lichtreflexionsschicht mit einer Metallpaste, die derartig ausgebildet ist, dass sie beim Feuern einen Kontakt zum Substrat und/oder zur Alternatively or additionally preferably, step d) takes place with coating of the light reflection layer with a metal paste, which is designed in such a way that it makes contact with the substrate and / or with the firing
Funktionsschicht ausbildet. Beispielweise wird die Metallpaste in die Löcher und bevorzugt auch vollflächig auf die Lichtreflexionsschicht aufgebracht und
dann gefeuert. Alternativ wird die Metallpaste lokal auf die Functional layer forms. For example, the metal paste is applied into the holes and preferably also over the entire surface of the light reflection layer and then fired. Alternatively, the metal paste is applied locally to the
Lichtreflexionsschicht aufgebracht und ist ausgebildet, sich beim Feuern durch die Lichtreflexionsschicht und ggf. Funktionsschicht„hindurchzufressen“. Light reflection layer is applied and is designed to “eat through” the light reflection layer and possibly the functional layer when firing.
Metallpasten, die geeignet sind, sich durch Schichten„hindurchzufressen“, sind bekannt. Im letzteren Fall kann vor, gleichzeitig oder nach dem Aufbringen der den Kontakt bildenden Metallpaste eine weitere Metallpaste, die nicht ausgebildet ist, sich durch die Lichtreflexionsschicht hindurchzufressen sondern vielmehr eine Schicht auf ihr auszubilden, auf die Lichtreflexionsschicht aufgebracht werden und vor, gleichzeitig oder nach der sich durch die Metal pastes that are capable of “eating through” layers are known. In the latter case, before, at the same time or after the application of the metal paste forming the contact, another metal paste, which is not designed to eat through the light reflection layer but rather to form a layer on it, can be applied to the light reflection layer and before, simultaneously or after the through the
Lichtreflexionsschicht und ggf. Funktionsschicht hindurchfressenden Eating light reflection layer and possibly functional layer through
Metallpaste gefeuert werden, wodurch die Metallisierungsschicht mit lokaler Kontaktierung zur mindestens einen Funktionsschicht oder dem Halbleiter- Substrat realisiert wird. In einer bevorzugten Ausführungsform wird der Schritt d) unter Beschichtung der Lichtreflexionsschicht mit zwei verschiedenen Metallpasten und Feuern durchgeführt. Die eine Metallpaste ist eine Metal paste are fired, whereby the metallization layer is realized with local contact to at least one functional layer or the semiconductor substrate. In a preferred embodiment, step d) is carried out by coating the light-reflecting layer with two different metal pastes and fires. One metal paste is one
glasfrittenfreie Metallpaste, während die andere Metallpaste eine Glasfritten haltige Metallpaste ist. Die Glasfritten -haltige Metallpaste„frisst“ sich beim Feuern durch die Lichtreflexionsschicht und optional Funktionsschicht hindurch. metal paste free of glass frits, while the other metal paste is a metal paste containing glass frits. The metal paste containing glass frits "eats" its way through the light reflection layer and optionally the functional layer when the fire is fired.
Weiterhin alternativ oder zusätzlich bevorzugt wird der Schritt c) unter Verwendung einer Siebdruckform durchgeführt, so dass das Halbleiter-Substrat mit der darauf befindlichen mindestens einen Funktionsschicht nach der Durchführung des Schrittes c) an mehreren Stellen lokal von der Furthermore, as an alternative or in addition, step c) is carried out using a screen printing form, so that the semiconductor substrate with the at least one functional layer located thereon after carrying out step c) locally from the
Lichtreflexionsschicht frei ist. Hierdurch kann eine Kontaktierung der anschließend aufgebrachten Metallisierungsschicht mit dem Halbleiter-Substrat auf einfache Weise gewährleistet werden. Light reflective layer is free. In this way, contacting of the subsequently applied metallization layer with the semiconductor substrate can be ensured in a simple manner.
Bevorzugt im Fall von TOPCON oder Heterojunction Solarzellen erfolgt die Kontaktöffnung nur durch die Lichtreflexionsschicht. Bevorzugter wird diePreferably in the case of TOPCON or heterojunction solar cells, the contact is opened only through the light reflection layer. The more preferred
Lichtreflexionsschicht so ausgeführt, dass eine vollflächige Kontaktierung durch sie hindurch erfolgt und keinerlei Öffnung der Lichtreflexionsschicht Light reflection layer designed so that full-surface contact is made through it and no opening of the light reflection layer
erforderlich ist. Dies hat den Vorteil, dass entweder Verfahrensschritte oder
Materialien wie eine zusätzliche Metallpaste zur lokalen Kontaktbildung wegfallen. is required. This has the advantage that either process steps or Materials such as an additional metal paste for local contact formation are omitted.
Ausführungsbeispiele der Erfindung ist in den Zeichnungen rein schematisch dargestellt und werden nachfolgend näher beschrieben. Es zeigen rein schematisch und nicht maßstabsgerecht Embodiments of the invention are shown purely schematically in the drawings and are described in more detail below. It show purely schematically and not to scale
Fig. 1 eine Querschnittsansicht einer erfindungsgemäßen Wafer- Solarzelle; 1 shows a cross-sectional view of a wafer solar cell according to the invention;
Fig. 2a bis 2e ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Herstellung einer 2a to 2e show a method according to the invention for producing a
Wafer-Solarzelle gemäß Figur 1 ; Wafer solar cell according to Figure 1;
Fig. 3 eine Querschnittsansicht einer weiteren erfindungsgemäßen Figure 3 is a cross-sectional view of another according to the invention
Wafer-Solarzelle; und Wafer solar cell; and
Fig. 4 eine Teil-Querschnittsansicht eines erfindungsgemäßen 4 is a partial cross-sectional view of an inventive
Solarmoduls. Solar module.
Fig. 1 zeigt eine Querschnittsansicht einer erfindungsgemäße Wafer-Solarzelle. Die Wafer-Solarzelle weist ein Substrat 1 mit einer Vorderseite 1 1 und einer Rückseite 12 auf. 1 shows a cross-sectional view of a wafer solar cell according to the invention. The wafer solar cell has a substrate 1 with a front side 11 and a rear side 12.
Auf der Rückseite 12 ist mindestens eine Funktionsschicht 2 in Form einer ersten Funktionsschicht 21 und einer zweiten Funktionsschicht 22 angeordnet. Die erste Funktionsschicht 21 ist zwischen der Rückseite und der zweiten Funktionsschicht 22 angeordnet. Die erste Funktionsschicht 21 und die zweite Funktionsschicht 22 sind ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus einer dielektrischen Schicht, einer halbleitenden Schicht und einer transparent leitenden Schicht. At least one functional layer 2 in the form of a first functional layer 21 and a second functional layer 22 is arranged on the rear side 12. The first functional layer 21 is arranged between the rear side and the second functional layer 22. The first functional layer 21 and the second functional layer 22 are selected from the group consisting of a dielectric layer, a semiconducting layer and a transparent conductive layer.
Die erste Funktionsschicht 21 ist beispielsweise als AlOx-Schicht ausgebildet, während die zweite Funktionsschicht 22 als SiNx-Schicht ausgebildet ist, ohne die in Fig. 1 gezeigte Wafer-Solarzelle auf diese Materialien einzuschränken. Auf einer von der ersten Funktionsschicht 21 abgewandten Seite der zweiten Funktionsschicht 22 ist eine Lichtreflexionsschicht 3 angeordnet. Auf einer von
der zweiten Funktionsschicht 22 abgewandten Seite der Lichtreflexionsschicht 3 ist eine Metallisierungsschicht 4 angeordnet, so dass sie das Halbleiter- Substrat 1 an mehreren Stellen durch die Lichtreflexionsschicht 3 und die dielektrischen Schichten 21 , 22 lokal kontaktiert. Fig. 1 zeigt daher eine PERC Solarzelle. The first functional layer 21 is formed, for example, as an AlOx layer, while the second functional layer 22 is formed as a SiNx layer, without restricting the wafer solar cell shown in FIG. 1 to these materials. A light reflection layer 3 is arranged on a side of the second functional layer 22 facing away from the first functional layer 21. On one of A metallization layer 4 is arranged on the side of the light reflection layer 3 facing away from the second functional layer 22 so that it makes local contact with the semiconductor substrate 1 at several points through the light reflection layer 3 and the dielectric layers 21, 22. 1 therefore shows a PERC solar cell.
Auf der Vorderseite 1 1 ist eine Emitterschicht 6 angeordnet. Auf einer von der Vorderseite 11 abgewandten Seite der Emitterschicht 6 ist eine Passivierschicht 7 angeordnet. Weiterhin zeigt die Wafer-Solarzelle Frontelektrodenfinger 8 einer nicht weiter dargestellten Frontelektrodenstruktur. An emitter layer 6 is arranged on the front side 11. A passivation layer 7 is arranged on a side of the emitter layer 6 facing away from the front side 11. Furthermore, the wafer solar cell shows front electrode fingers 8 of a front electrode structure (not shown further).
Auf die Vorderseite 11 des Halbleiter-Substrats 1 einfallendes Licht 9 wird nur zum Teil im Halbleiter-Substrat 1 absorbiert. Der verbleibende Teil geht durch das Halbeiter-Substrat 1 durch und wird an der Lichtreflexionsschicht 3 reflektiert, was durch die schwarzen Pfeile angedeutet ist. Light 9 incident on the front side 11 of the semiconductor substrate 1 is only partially absorbed in the semiconductor substrate 1. The remaining part goes through the semiconductor substrate 1 and is reflected on the light reflection layer 3, which is indicated by the black arrows.
Fig. 2a bis 2e zeigen ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Herstellung einer Wafer-Solarzelle, wobei jeweils das Halbleiter-Substrat in einer 2a to 2e show a method according to the invention for producing a wafer solar cell, the semiconductor substrate in each case in a
Querschnittsansicht gezeigt ist. Cross-sectional view is shown.
Fig. 2a zeigt eine Querschnittsansicht eines Halbleiter-Substrats 1 , das einem Schritt a) unterzogen wird, der ein Bereitstellen des Halbleiter-Substrats 1 mit einer Vorderseite 11 und einer Rückseite 12 aufweist. Gemäß Schritt a) wird ein Halbleiter-Substrat 1 mit einem im Halbleiter-2a shows a cross-sectional view of a semiconductor substrate 1 that is subjected to a step a) which includes providing the semiconductor substrate 1 with a front side 11 and a rear side 12. According to step a), a semiconductor substrate 1 with a semiconductor
Substrat 1 angeordneten p-n-Übergang bereitgestellt. Bei dem bereitgestellten Halbleiter-Substrat 1 handelt es sich um eine teilprozessierte Solarzelle. Die teilprozessierte Solarzelle ist beispielsweise ein- oder beidseitig texturiert, anschließend zur Ausbildung eines p/n-Übergangs dotiert und einem Substrate 1 arranged p-n junction provided. The semiconductor substrate 1 provided is a partially processed solar cell. The partially processed solar cell is textured on one or both sides, for example, then doped to form a p / n junction and a
Diffusionsprozess ausgesetzt und/oder einer Kantenisolation und PSG-Ätze unterzogen worden, insbesondere wenn das Endprodukt eine PERC Solarzelle ist. Das in Fig. 2a gezeigte Halbleiter-Substrat 1 kann auch derart Diffusion process and / or subjected to edge isolation and PSG etching, especially if the end product is a PERC solar cell. The semiconductor substrate 1 shown in FIG. 2a can also be of this type
teilprozessiert sein, es sägeschadengeätzt und Textur-frei ist, beispielsweise
wenn das Endprodukt eine Tandem-Solarzelle ist. Wenn das Endprodukt eine Heterojunction Solarzelle ist und evtl, bei transparent-leitendenden be partially processed, it is saw damage etched and texture-free, for example when the end product is a tandem solar cell. If the end product is a heterojunction solar cell and possibly with transparent conductive ones
Kontakten, kann es sich bei dem Halbleiter-Substrat 1 auch um eine Contacts, the semiconductor substrate 1 can also be a
teilprozessierte Solarzelle handeln, bei der ein p-n Übergang durch Aufbringen von separaten Schichten erzeugt worden ist. act partially processed solar cell in which a p-n junction has been created by applying separate layers.
Fig. 2b zeigt eine Querschnittsansicht eines Halbleiter-Substrats 1 , das einem Schritt b) unterzogen wird, der ein Aufbringen der mindestens einen FIG. 2b shows a cross-sectional view of a semiconductor substrate 1 that is subjected to a step b) which involves applying the at least one
Funktionsschicht 2 in Form von einer ersten Funktionsschicht 21 und einer zweiten Funktionsschicht 22 auf die Rückseite 12 des Halbleiter-Substrats 1 aufweist. Die erste Funktionsschicht 21 und die zweite Funktionsschicht 22 sind jeweils ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus einer dielektrischen Functional layer 2 in the form of a first functional layer 21 and a second functional layer 22 on the rear side 12 of the semiconductor substrate 1. The first functional layer 21 and the second functional layer 22 are each selected from the group consisting of a dielectric
Schicht, einer halbleitenden Schicht, einer transparent-leitenden Schicht. Fig. 2c zeigt eine Querschnittsansicht eines Halbleiter-Substrats 1 , das einem Schritt c) unterzogen wird, der ein Aufbringen einer Lichtreflexionsschicht 3 auf einer von der Rückseite 12 abgewandten Seite der zweiten Layer, a semiconducting layer, a transparent-conductive layer. 2c shows a cross-sectional view of a semiconductor substrate 1, which is subjected to a step c), which involves applying a light reflection layer 3 on a side of the second which faces away from the rear side 12
Funktionsschicht 22 aufweist, wobei die Lichtreflexionsschicht 3 ausgewählt ist aus einer Gruppe, bestehend aus Functional layer 22, wherein the light reflection layer 3 is selected from a group consisting of
- einer Schicht mit einem Brechungsindex, der kleiner als 1 ,7 ist, - a layer with a refractive index less than 1.7,
gemessen nach DIN bei einer Wellenlänge von 632nm, measured according to DIN at a wavelength of 632nm,
einer im Infraroten weißen Schicht, mit einer Reflexion von über 80% bei 1000nm Wellenlänge und a white layer in the infrared, with a reflection of over 80% at 1000nm wavelength and
einer homogenen Metallschicht. a homogeneous metal layer.
Fig. 2d zeigt eine Querschnittsansicht eines Halbleiter-Substrats 1 , das einem Schritt unterzogen wird, bei dem mehrere Löcher 5 mittels eines Lasers (nicht gezeigt) in die Lichtreflexionsschicht 3 und die Funktionsschichten 21 , 22 eingebracht werden, so dass das Halbleiter-Substrat 1 an mehreren Stellen lokal von der Lichtreflexionsschicht 3 und den Funktionsschichten 21 , 22 frei ist. Dieser Schritt d) ist optional. Er kann beispielsweise zur Herstellung einer PERC Solarzelle durchgeführt werden. Der in Fig. 2d gezeigte Schritt wird aber bei der Herstellung einer TOPCON oder Heterojunction Solarzelle nicht
durchgeführt. Zudem wird der in Fig. 2d gezeigte Schritt ebenfalls nicht durchgeführt, wenn zur Herstellung einer PERC Solarzelle die lokalen Kontakte anderweitig hergestellt werden beispielsweise unter Verwendung einer 2d shows a cross-sectional view of a semiconductor substrate 1 that is subjected to a step in which a plurality of holes 5 are introduced into the light reflection layer 3 and the functional layers 21, 22 by means of a laser (not shown), so that the semiconductor substrate 1 is locally free from the light reflection layer 3 and the functional layers 21, 22 at several points. This step d) is optional. It can be used, for example, to manufacture a PERC solar cell. However, the step shown in FIG. 2d is not used in the production of a TOPCON or heterojunction solar cell carried out. In addition, the step shown in FIG. 2d is also not carried out if the local contacts are made in some other way to produce a PERC solar cell, for example using a
Glasfritten-haltigen Metallpaste und Feuern. Metal paste containing glass frits and firing.
Fig. 2e zeigt eine Querschnittsansicht eines Halbleiter-Substrats 1 , das einem Schritt d) unterzogen wird, der ein Aufbringen einer rückseitigen FIG. 2e shows a cross-sectional view of a semiconductor substrate 1, which is subjected to a step d), the application of a rear
Metallisierungsschicht 4 auf eine von der dielektrischen Schicht 22 Metallization layer 4 on one of the dielectric layer 22
abgewandten Seite der Lichtreflexionsschicht 3 aufweist. Fig. 2e zeigt eine PERC Solarzelle, bei der die Metallisierungsschicht 4 derart ausgebildet ist, dass sie auf der Lichtreflexionsschicht 3 angeordnet ist und das Halbleiter- Substrat 1 an mehreren Stellen lokal kontaktiert. Das Verfahren eignet sich aber auch zur Herstellung einer TOPCON oder Heterojunction Solarzelle, bei denen die Metallisierungsschicht 4 das Halbleiter-Substrat 1 nicht lokal kontaktiert und die Funktionsschicht 2 und ggf. die Lichtreflexionsschicht 3 nicht lokal durchdringt, was hier aber nicht gezeigt ist. having remote side of the light reflection layer 3. 2e shows a PERC solar cell in which the metallization layer 4 is designed in such a way that it is arranged on the light reflection layer 3 and makes local contact with the semiconductor substrate 1 at several locations. The method is also suitable for producing a TOPCON or heterojunction solar cell in which the metallization layer 4 does not make local contact with the semiconductor substrate 1 and does not locally penetrate the functional layer 2 and possibly the light reflection layer 3, but this is not shown here.
Fig. 3 zeigt eine Querschnittsansicht einer weiteren erfindungsgemäßen Wafer- Solarzelle. Die in Fig. 4 gezeigte Wafer-Solarzelle entspricht der in Fig. 1 gezeigten Wafer-Solarzelle mit dem Unterschied, dass die Schichten und/oder Komponenten auf der Vorderseite 11 , die anders als in Fig. 1 gezeigt 3 shows a cross-sectional view of a further wafer solar cell according to the invention. The wafer solar cell shown in FIG. 4 corresponds to the wafer solar cell shown in FIG. 1 with the difference that the layers and / or components on the front side 11 are different from those shown in FIG. 1
ausgebildet sein können, weggelassen sind, und dass es sich nicht um eine PERC Solarzelle sondern eine TOPCON oder Heterojunction-Solarzelle handelt, bei der die Metallisierungsschicht 4 auf der Lichtreflexionsschicht 3 angeordnet ist, ohne die Lichtreflexionsschicht 3 und die Funktionsschicht 2 lokal zu durchdringen, so dass sie das Halbleiter-Substrat 1 nicht lokal kontaktiert. In einem weiteren Unterschied können alternativ auf der Vorderseite 11 z.B. auch Topcon-artige, Heterojunction- oder TCO-Übergänge denkbar sein. Eine can be formed, are omitted, and that it is not a PERC solar cell but a TOPCON or heterojunction solar cell in which the metallization layer 4 is arranged on the light reflection layer 3 without locally penetrating the light reflection layer 3 and the functional layer 2, so that it does not make local contact with the semiconductor substrate 1. In a further difference, alternatively on the front side 11 e.g. Topcon-like, heterojunction or TCO junctions are also conceivable. A
Implementierung einer entsprechenden Architektur der Vorderseite 11 liegt im Können des Fachmanns und ist daher nicht weiter ausgeführt. Implementation of a corresponding architecture of the front side 11 is within the ability of the person skilled in the art and is therefore not described further.
Fig. 4 zeigt eine Teil-Querschnittsansicht eines erfindungsgemäßen Fig. 4 shows a partial cross-sectional view of an inventive
Solarmoduls. Das Solarmodul weist eine Vorderseite und eine Rückseite auf.
Die Vorderseite ist durch eine Glasscheibe 101 ausgebildet. Die Rückseite ist durch eine Rückseitenverkapselungsstruktur 103 ausgebildet. Zwischen der Glasscheibe 101 und der Rückseitenverkapselungsstruktur 103 sind mehrere Wafer-Solarzellen 100 angeordnet, die in ein Einbettungspolymer 102 aus EVA einlaminiert sind.
Solar module. The solar module has a front and a rear. The front side is formed by a glass pane 101. The rear side is formed by a rear side encapsulation structure 103. A plurality of wafer solar cells 100, which are laminated into an embedding polymer 102 made of EVA, are arranged between the glass pane 101 and the rear-side encapsulation structure 103.
Bezugszeichenliste: List of reference symbols:
1 Halbleiter-Substrat 1 semiconductor substrate
11 Vorderseite 11 front
12 Rückseite 12 back
2 Funktionsschicht 2 functional layer
21 erste Funktionsschicht 21 first functional layer
22 zweite Funktionsschicht22 second functional layer
3 Lichtreflexionsschicht 3 light reflection layer
4 Metallisierungsschicht 4 metallization layer
5 Loch 5 holes
6 Emitterschicht 6 emitter layer
7 Passivierschicht 7 passivation layer
8 Frontelektrodenfinger 8 front electrode fingers
9 Licht 9 light
100 Wafer-Solarzelle 100 wafer solar cell
101 Glasscheibe 101 pane of glass
102 Einbettungspolymer 102 embedding polymer
103 Rückseitenverkapselungsstruktur
103 Back side encapsulation structure
Claims
1. Wafer-Solarzelle (100), aufweisend 1. having a wafer solar cell (100)
ein Halbleiter-Substrat (1 ) mit einer Vorderseite (11 ) und einer Rückseite (12), a semiconductor substrate (1) with a front side (11) and a rear side (12),
mindestens eine auf der Rückseite (12) angeordnete Funktionsschicht (2), die ausgewählt ist aus einer Gruppe, bestehend aus at least one functional layer (2) which is arranged on the rear side (12) and is selected from a group consisting of
mindestens einer dielektrischen Schicht, mindestens einer halbleitenden Schicht, mindestens einer transparent-leitenden Schicht, at least one dielectric layer, at least one semiconducting layer, at least one transparent-conductive layer,
eine monolithisch ausgebildete Lichtreflexionsschicht (3), die auf einer von der Rückseite (12) abgewandten Seite der mindestens einen Funktionsschicht (2) angeordnet ist und ausgewählt ist aus einer Gruppe, bestehend aus a monolithically designed light reflection layer (3) which is arranged on a side of the at least one functional layer (2) facing away from the rear side (12) and is selected from a group consisting of
einer Schicht mit einem Brechungsindex, der kleiner als 1 ,7 ist, a layer with a refractive index less than 1.7,
einer im Infraroten weißen Schicht, mit einer Reflexion von über 80% bei 1000nm Wellenlänge und a white layer in the infrared, with a reflection of over 80% at 1000nm wavelength and
einer homogenen Metallschicht, a homogeneous metal layer,
und and
eine Metallpartikel-haltige Metallisierungsschicht (4), die auf einer von der mindestens einen Funktionsschicht (2) abgewandten Seite der Lichtreflexionsschicht (3) angeordnet ist. a metal-particle-containing metallization layer (4) which is arranged on a side of the light reflection layer (3) facing away from the at least one functional layer (2).
2. Wafer-Solarzelle (100) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtreflexionsschicht (3) als die im Infraroten weißen Schicht ausgebildet ist und die im Infraroten weiße Lichtreflexionsschicht (3) als eine Weißpigment-haltige Schicht ausgebildet ist, wobei das 2. wafer solar cell (100) according to claim 1, characterized in that the light reflection layer (3) is formed as the white layer in the infrared and the white light reflection layer (3) in the infrared is formed as a white pigment-containing layer, the
Weißpigment bevorzugt als ein Titandioxid-Partikel ausgebildet ist. White pigment is preferably designed as a titanium dioxide particle.
3. Wafer-Solarzelle (100) nach einem der vorangehenden Ansprüche, 3. wafer solar cell (100) according to one of the preceding claims,
dadurch gekennzeichnet, dass die Metallisierungsschicht (4) derart
ausgebildet ist, dass sie an mehreren Stellen durch die characterized in that the metallization layer (4) such is designed that they are in several places by the
Lichtreflexionsschicht (3) und durch die mindestens eine Light reflection layer (3) and through the at least one
Funktionsschicht (2) hindurch lokale elektrische Kontakte ausbildet. Functional layer (2) through local electrical contacts forms.
4. Wafer-Solarzelle (100) nach einem der vorangehenden Ansprüche, 4. wafer solar cell (100) according to one of the preceding claims,
dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtreflexionsschicht (3) derart ausgebildet ist, dass sie elektrisch leitend ist, so dass ein großflächiger elektrischer Kontakt zwischen der Metallisierungsschicht (4) und der mindestens einen Funktionsschicht (2) besteht. characterized in that the light reflection layer (3) is designed in such a way that it is electrically conductive, so that there is a large-area electrical contact between the metallization layer (4) and the at least one functional layer (2).
5. Wafer-Solarzelle (100) nach einem der vorangehenden Ansprüche, 5. wafer solar cell (100) according to one of the preceding claims,
dadurch gekennzeichnet, dass sie als PERC Solarzelle, als TOPCON Solarzelle oder als Heterojunction Solarzelle ausgebildet ist. characterized in that it is designed as a PERC solar cell, a TOPCON solar cell or a heterojunction solar cell.
6. Wafer-Solarzelle (100) nach einem der vorangehenden Ansprüche, 6. wafer solar cell (100) according to one of the preceding claims,
dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Funktionsschicht (2) mindestens eine dielektrische Schicht aufweist und diese dielektrische Schicht aus AlOx und SiNx ausgebildet ist. characterized in that the at least one functional layer (2) has at least one dielectric layer and this dielectric layer is formed from AlOx and SiNx.
7. Wafer-Solarzelle (100) nach einem der vorangehenden Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Funktionsschicht (2) mindestens eine halbleitende Schicht aufweist, wobei die mindestens eine halbleitende Schicht aus amorphem oder mikrokristallinem Silicium ausgebildet ist. 7. wafer solar cell (100) according to any one of the preceding claims 1 to 5, characterized in that the at least one functional layer (2) has at least one semiconducting layer, wherein the at least one semiconducting layer is formed from amorphous or microcrystalline silicon.
8. Wafer-Solarzelle (100) nach einem der vorangehenden Ansprüche 1 bis 5 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine 8. wafer solar cell (100) according to any one of the preceding claims 1 to 5 or 7, characterized in that the at least one
Funktionsschicht (2) die mindestens eine halbleitende Schicht aufweist, wobei die mindestens eine halbleitende Schicht mit einem aus der folgenden Gruppe ausgewählten Element dotiert ist: Functional layer (2) which has at least one semiconducting layer, the at least one semiconducting layer being doped with an element selected from the following group:
Phosphor, Bor, Gallium oder Aluminium.
Phosphorus, boron, gallium or aluminum.
9. Wafer-Solarzelle (100) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Funktionsschicht (2) mindestens eine halbleitende Schicht und mindestens eine dielektrische Schicht aufweist, wobei die mindestens eine dielektrische Schicht zwischen der mindestens einen halbleitenden Schicht und dem 9. wafer solar cell (100) according to any one of the preceding claims, characterized in that the at least one functional layer (2) has at least one semiconducting layer and at least one dielectric layer, wherein the at least one dielectric layer between the at least one semiconducting layer and the
Halbleiter-Substrat (1 ) ausgebildet ist. Semiconductor substrate (1) is formed.
10. Wafer-Solarzelle (100) nach einem der vorangehenden Ansprüche 1 bis 6 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine 10. wafer solar cell (100) according to any one of the preceding claims 1 to 6 or 9, characterized in that the at least one
Funktionsschicht (2) mindestens eine dielektrische Schicht aufweist und die mindestens eine dielektrische Schicht mit einer Dicke von weniger als 5 nm bevorzugt weniger als 3 nm als Tunnelschicht ausgeführt ist. Functional layer (2) has at least one dielectric layer and the at least one dielectric layer with a thickness of less than 5 nm, preferably less than 3 nm, is designed as a tunnel layer.
11. Wafer-Solarzelle (100) nach einem der vorangehenden Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Funktionsschicht (2) mindestens eine transparent-leitende Schicht aufweist, wobei die mindestens eine transparent-leitende Schicht aus mindestens einem TCO ausgebildet ist, wobei das mindestens eine TCO bevorzugt aus der Gruppe ausgewählt ist, bestehend aus: 11. wafer solar cell (100) according to one of the preceding claims 1 to 5, characterized in that the at least one functional layer (2) has at least one transparent-conductive layer, wherein the at least one transparent-conductive layer is formed from at least one TCO , wherein the at least one TCO is preferably selected from the group consisting of:
ZnO, ITO, AZO, ATO und FTO. ZnO, ITO, AZO, ATO and FTO.
12. Wafer-Solarzelle (100) nach einem der vorangehenden Ansprüche 1 bis 5 und 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine 12. wafer solar cell (100) according to any one of the preceding claims 1 to 5 and 7 to 9, characterized in that the at least one
Funktionsschicht (2) mindestens eine halbleitende Schicht aufweist, wobei die mindestens eine halbleitende Schicht aus zwei Schichten aufgebaut ist, die sich in ihrer Dotierstoffkonzentration unterscheiden. Functional layer (2) has at least one semiconducting layer, the at least one semiconducting layer being built up from two layers which differ in their dopant concentration.
13. Solarmodul mit einer Vorderseite und einer Rückseite, aufweisend 13. Solar module with a front and a back, having
eine die Vorderseite bildende Glasscheibe (101 ) oder eine a glass pane (101) forming the front side or a
Kunststoff-Folie oder eine Kunststoff- Platte, Plastic film or a plastic plate,
ein Rückseiten -Verkapselungselement, das als Einbettungspolymer (102) entweder ein EVA oder ein Polyolefin aufweist, und
mehrere Wafer-Solarzellen (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 12, die zwischen der Vorderseite und der Rückseite des Solarmoduls einlaminiert sind. a rear-side encapsulation element which has either an EVA or a polyolefin as embedding polymer (102), and A plurality of wafer solar cells (100) according to one of Claims 1 to 12, which are laminated between the front and the rear of the solar module.
14. Verfahren zur Herstellung einer Wafer-Solarzelle (100), aufweisend 14. A method for producing a wafer solar cell (100), comprising
folgende Schritte following steps
a) Bereitstellen eines Halbleiter-Substrats (1 ) mit einer Vorderseite (11 ) und einer Rückseite (12) und einem im Halbleiter-Substrat (1 ) angeordneten p-n-Übergang oder einem an das Halbleiter-Substrat angrenzend aufgebrachten p-n-Übergang, a) providing a semiconductor substrate (1) with a front side (11) and a rear side (12) and a p-n junction arranged in the semiconductor substrate (1) or a p-n junction applied adjacent to the semiconductor substrate,
b) Aufbringen mindestens einer Funktionsschicht (2) auf der b) applying at least one functional layer (2) to the
Rückseite (12) des Halbleiter-Substrats (1 ), die ausgewählt ist aus einer Gruppe, bestehend aus Rear side (12) of the semiconductor substrate (1), which is selected from a group consisting of
mindestens einer dielektrischen Schicht, mindestens einer halbleitenden Schicht und at least one dielectric layer, at least one semiconducting layer and
mindestens einer transparent-leitenden Schicht, at least one transparent conductive layer,
c) Aufbringen einer monolithisch ausgebildeten c) Applying a monolithic
Lichtreflexionsschicht (3) auf einer von der Rückseite (12) abgewandten Seite der mindestens einen Funktionsschicht (2), wobei die Lichtreflexionsschicht (3) ausgewählt ist aus einer Gruppe, bestehend aus Light reflection layer (3) on a side of the at least one functional layer (2) facing away from the rear side (12), the light reflection layer (3) being selected from a group consisting of
einer Schicht mit einem Brechungsindex, der kleiner als 1 ,7 ist, a layer with a refractive index less than 1.7,
einer im Infraroten weißen Schicht, mit einer Reflexion von über 80% bei 1000nm Wellenlänge und a white layer in the infrared, with a reflection of over 80% at 1000nm wavelength and
einer homogenen Metallschicht, a homogeneous metal layer,
und and
d) Aufbringen einer Metallpartikel-haltigen Metallisierungsschicht (4) auf eine von der mindestens einen Funktionsschicht (2) abgewandten Seite der Lichtreflexionsschicht (3).
d) applying a metal-particle-containing metallization layer (4) to a side of the light-reflecting layer (3) facing away from the at least one functional layer (2).
15. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt c) unter Anwendung eines aus der folgenden Gruppe ausgewählten Prozessen durchgeführt wird: 15. The method according to claim 14, characterized in that step c) is carried out using a process selected from the following group:
Drucken bevorzugt Siebdruck oder Tampondruck Printing prefers screen printing or pad printing
Sprühen Spray
Tauchen Diving
Rollen roll
PVD und PVD and
CVD bevorzugt APCVD CVD prefers APCVD
16. Verfahren nach Anspruch 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, dass vor dem Schritt d) mehrere Löcher (5) mittels eines Lasers 16. The method according to claim 14 or 15, characterized in that before step d) several holes (5) by means of a laser
in die Lichtreflexionsschicht (3) oder in the light reflection layer (3) or
in die Lichtreflexionsschicht (3) und in die mindestens eine in the light reflection layer (3) and in the at least one
Funktionsschicht (2) eingebracht werden, Functional layer (2) are introduced,
so dass das Halbleiter-Substrat (1 ) an mehreren Stellen lokal zumindest von der Lichtreflexionsschicht (3) frei ist so that the semiconductor substrate (1) is locally free at least from the light reflection layer (3) at several points
und/oder and or
dass der Schritt d) unter Beschichtung der Lichtreflexionsschicht (3) mit einer Metallpaste erfolgt, die derartig ausgebildet ist, dass sie beim Feuern einen Kontakt zum Substrat (1 ) und/oder zur Funktionsschicht (2) ausbildet that step d) takes place by coating the light reflection layer (3) with a metal paste which is designed such that it forms a contact with the substrate (1) and / or with the functional layer (2) when fired
und/oder and or
dass der Schritt c) unter Verwendung einer Siebdruckform durchgeführt wird, so dass das Halbleiter-Substrat (1 ) mit der darauf befindlichen mindestens einen Funktionsschicht (2) nach der Durchführung des Schrittes c) an mehreren Stellen lokal von der Lichtreflexionsschicht (3) frei ist.
that step c) is carried out using a screen printing forme, so that the semiconductor substrate (1) with the at least one functional layer (2) located thereon is locally free from the light reflection layer (3) at several points after step c) has been carried out .
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