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VERFAHREN ZUR HERSTELLUNG EINER ANORDNUNG UND ANORDNUNG VON IN SERIE BZW. REIHE GESCHALTETEN EINZEL-SOLARZELLEN BESCHREIBUNG
Technisches Gebiet
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Her- stellung einer Anordnung von in Serie bzw. Reihe ge- schalteten Einzel-Solarzellen und insbesondere von so- genannten Dünnschichtsolarzellen mit einseitiger Kon- taktierung.
Stand der Technik
Serienverschaltete Dünnschichtsolarzellen weisen Halb- leiterschichten auf einer isolierenden Unterlage auf, die auch als Träger oder Substrat bezeichnet wird. Cha- rakteristisch für Dünnschichtsolarzellen ist dabei eine schichtweise Anordnung verschiedener Materialien, die als Kontakte oder als photoaktive Halbleiterbereiche dienen.
Zur Herstellung dieser schichtweise angeordneten Kon- takte bzw. photoaktiver Halbleiterbereiche sind die verschiedensten Verfahren bekannt.
Im folgenden soll der Stand der Technik unter Bezugnah- me auf die Figuren 1 bis 4 beschrieben werden, auf die
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im übrigen zur Erläuterung aller hier nicht näher beschriebenen Einzelheiten ausdrücklich verwiesen wird.
Fig. 1 zeigt im Querschnitt eine einfache bekannte Anordnung für eine Dünnschichtsolarzelle auf einem Substrat 1, wobei die Dimensionen nicht massstabsgerecht sind. Das Substrat 1 kann bei diesem Beispiel für eine bekannte Solarzelle beispielsweise eine Glasscheibe sein. Die Schichtanordnung der eigentlichen Solarzelle beginnt mit einer Kontaktschicht 2, die insbesondere eine Metallkontakt sein kann. 21 bezeichnet einen An- schluss. Auf der Kontaktschicht 2 sind zwei Halbleiterschichten 3 und 4 angeordnet, von denen die Schicht 3 n-dotiert und die Schicht 4 p-dotiert ist.
Die Schichten 3 und 4 bilden den aktiven p-n-Übergang (Emit- ter/Basis-Übergang) ; auf dieser Anordnung ist ein weiterer Kontakt 5 (Vorderseitenkontakt) vorgesehen.
Einer der Kontakte muss den Eintritt von Licht in den Halbleiterkörper ermöglichen. In dem gezeigten Fall ist dies der obere Kontakt 5 (Vorderseitenkontakt), der in Streifenform ausgebildet ist ; insbesondere kann dieser Kontakt in einer sogenannten Grid-Struktur ausgeführt sein. Alternativ kann er aber auch als geschlossene Schicht ausgebildet sein, wenn als Kontaktmaterial ein leitfähiges durchsichtiges Oxid benutzt wird.
Dünnschichtstrukturen der vorstehend erläuterten Art werden vorzugsweise grossflächig, d. h. bis zu etwa lm2 aufgebracht durch aufeinanderfolgendes Abscheiden der verschiedenen Schichten. Wegen der geringen von einer
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Solarzelle gelieferten Spannung von 0, 5V bis 1,2V werden in der Regel mittels einer speziellen Strukturierung der Schichten viele Einzelzellen auf der Fläche hergestellt, die mittels einer Serienschaltung so verbunden werden, dass eine höhere Gesamtspannung resultiert.
Fig. 2 zeigt den Querschnitt einer solchen Anordnung, bei der drei Einzelzellen in Serie geschaltet sind, wobei für gleiche Teile wie in Fig. 1 die selben Bezugszeichen verwendet werden, so dass auf eine erneute Vorstellung verzichtet wird. Die in Fig. 2 dargestellte Struktur ist aus der DE-C-37 27 825 bekannt, auf die im übrigen zur Erläuterung aller hier nicht näher beschriebenen Einzelheiten ausdrücklich Bezug genommen wird.
Die dargestellte Struktur wird dadurch hergestellt, dass jede Einzelschicht nach ihrer Abscheidung in Streifen getrennt wird, um einen Kurzschluss zwischen benachbarten Zellen zu vermeiden. Der oben liegende Kontakt 5 verbindet das n-Gebiet 4 der einen Solarzelle mit dem p-Gebiet 3 der nächsten Zelle und sorgt so für die Serienschaltung der Zellen.
In dem Artikel von C. Hebling, S. W. Glunz, C. Schetter, J. Knobloch, A. Rauber"Silicon Thin-Film Solar Cells on insulating intermediate Layers", PVSEC-9 Miyazki (1996), p. 237 ist eine Struktur beschrieben worden, die es gestattet, beide Kontakte einer Dünn- schichtsolarzelle auf einer Oberfläche anzuordnen. Dies
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wird dadurch erreicht, dass die n-dotierte Halbleiterschicht ("Emitter") nicht ganzflächig erzeugt wird, sondern nur in örtlich begrenzten Bereichen.
In dieser Veröffentlichung wird die in Fig. 3 dargestellte Anordnung beschrieben : Die aktive Siliciumschicht 3 wird durch eine isolierende Si02-Schicht 6 vom Substrat 1 getrennt, das in diesem Fall eine Siliciumscheibe ist. In die ursprünglich ganzflächig p-leitende Siliciumschicht 3 wird örtlich begrenzt eine n-Dotierung 4 eindiffundiert. Es entsteht damit auf einem Teil der Oberfläche der Emitter 4 der Solarzelle. Beide Kontakte 2 bzw. 5 können nun auf der Oberfläche angebracht werden, zum Beispiel wieder in einer Gridstruktur, um den Eintritt von Licht zu ermög- lichen. Die beiden auf der n-und p-Schicht notwendigen Gridstrukturen 2 bzw. 5 werden zur Erreichung kurzer Stromwege ineineinder verschachtelt ("interdigitated grid"), wie dies Fig. 4 zeigt.
Die in der genannten Veröffentlichung beschriebene Solarzelle hat aussergewöhnlich gute Eigenschaften ; insbesondere hat sie eine Wirkungsgrad von 19%. Der Grund hierfür liegt in der sehr guten Qualität der Siliciumschicht, die durch Verdicken einer einkristallinen sogenannten SIMOX-Schicht durch Epitaxie hergestellt wird.
Dieses Verfahren zur Herstellung einer monokristallinen Silicium-Schicht auf einem vergrabenen Dielektrikum
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wird in der DE-C-42 10 859 beschrieben, auf deren In- halt ausdrücklich Bezug genommen wird.
Darstellung der Erfindung Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung einer Anordnung von in Serie bzw. Reihe geschalteten Einzel-Solarzellen auf einem gemeinsamen Substrat sowie eine entsprechende Anordnung anzugeben, bei dem ohne Verwendung eines teuren einkristallinen Silicium-Substrats eine Dünnschichtsolarzelle mit ein- seitiger Kontaktierung und hohem Wirkungsgrad erhalten wird.
Eine erfindungsgemässe Lösung dieser Aufgabe ist im Pa- tentanspruch 1 angegeben. Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Ansprüche 2 folgende.
Die hier vorgestellte Erfindung beschreibt Anordnungen und Verfahren zur Herstellung von Solarzellenanordnun- gen, die aus einer Mehrzahl von in Serie geschalteten Einzelzellen besteht, die ausschliesslich auf einer Sei- te kontaktiert sind.
Bei dem erfindungsgemässen Verfahren sind die folgenden Schrittte vorgesehen : -auf einem isolierenden Träger wird eine zunächst zusammenhängende Halbleiterschicht hergestellt, -in der Halbleiterschicht wird eine Mehrzahl von
Einzelzellen hergestellt, von denen jede einen se- lektiven Emitter aufweist, und auf jeweils einer
Seite kontaktiert ist,
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-vor oder nach der Herstellung der Einzelzellen wer- den diese elektrisch getrennt, -die einzelnen Zellen werden in einer Serienschal- tung verbunden.
Die Emitterstruktur, deren Polarität zur Bildung eines pn-Uberganges der Polarität der zusammenhängenden akti- ven Zellschicht entgegengesetzt ist, kann dabei insbe- sondere durch selektive n+-Diffusion in ein p-dotiertes Grundgebiet hergestellt werden.
Weiterhin können Kontakte mit wechselnder Polarität auf dem Substrat angeordnet sein.
Bevorzugt werden die Einzelzellen durch hochenergeti- sche Laserstrahlen, mechanisches Sägen, Sandstrahlen, nasschemisches Ätzen oder Ionensbeschuss im Plasma elek- trisch dadurch getrennt, dass Trenngräben zwischen und um die einzelnen Zellen erzeugt werden.
Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel ist das isolie- rende Substrat, auf dem die Anordnung aufgebracht ist, als Zwischenschicht auf einem leitfähigen Substrat auf- gebracht.
Kurze Beschreibung der Zeichnung Die Erfindung wird nachstehend anhand von Ausführungs- beispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnung exempla- risch beschrieben, in der zeigen :
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Fig. 1 bis 4 Darstellungen zur Erläuterung des Stan- des der Technik (bereits erläutert), Fig. 5a bis 5e schematisch das erfindungsgemässe Ver- fahren, Fig. 6 eine Modifikation des in Fig. 5 dargestellten Ausführungsbeispiels, Fig. 7 ein Ausführungsbeispiel, bei dem weitere Bau- elemente in den Grundkörper eingebracht sind, und Fig. 8 ein Ausführungsbeispiel mit mäanderförmiger
Anordnung der Kontakte.
Darstellung von Ausführungsbeispielen Im folgenden wird zunächst anhand der schematischen Fig. 5a bis 5e das erfindungsgemässe Verfahren erläu- tert.
Fig. 5a zeigt, dass bei der Herstellung der erfindungs- gemässen Struktur von einer Halbleiterschicht auf einer isolierenden Unterlage bzw. einem isolierenden Substrat 11 ausgegangen wird. Das Substrat 11 kann beispielsweise eine Keramikscheibe, eine Quarz-oder Glasscheibe oder dgl. sein. Auf dem isolierenden Substrat 11 wird eine aktive Zellschicht 12 aufgebracht, die beispielsweise aus p-dotiertem Silicium besteht und als Basis dient.
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Anschliessend werden durch örtlich begrenzte Diffusion Emitterstrukturen 13 und damit p-n-Übergänge in Form eines Musters erzeugt, das als Aneinanderreihung einer grösseren Zahl von Einzelzellen beschrieben werden kann (s. Fig. 5b). Beispielsweise kann das Muster aus einer Mehrzahl von kammförmigen Strukturen bestehen.
Auf die so erzeugten p-n-Übergange bzw. die Emitterund Basis-Gebiete werden dann entsprechende Kontakte 14 (Basisgrid) bzw. 15 (Emittergrid) als kammförmiges ineinandergreifende Netz bzw. Grid aufgebracht (Fig. 5c).
Diese Kontakte werden im allgemeinen so angeordnet, dass dem positiven Kontakt einer Zelle der negative Kontakt der anderen Zelle gegenüber steht. Es können auch mehrere Reihen entgegengesetzter Polarität aus später noch zu erläuternden Gründen nebeneinander angeordnet werden.
Wie Fig. 5d zeigt, erfolgt erfindungsgemass-anschlie- ssend oder gegebenenfalls auch vorher-die elektrische Trennung der Einzelzellen voneinander, die auf verschiedene Weise erfolgen kann. Bei dem gezeigten Aus- führungsbeispiel werden Trenngräben 16 erzeugt, die bis zum isolierenden Substrat 11 reichen.
Der bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel nach Schritt 5c gezeigte Verfahrensschritt (Trennschritt) kann auch vor Schritt b oder c ausgeführt werden.
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Anschliesslich werden die Solarzellen auf geeignete Weise so miteinander elektrisch verbunden, dass sich eine Serienschaltung ergibt (Fig. 5e). Bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel sind Kontakte 17 vorgesehen, die beispielsweise gebondet werden können.
Durch die Anzahl der miteinander verschalteten Solarzellen lassen sich Anordnungen mit unterschiedlichster Arbeitsspannung realisieren, d. h. allen Vielfachen der Spannung der Einzelzellen. Die Tatsache, dass sich alle Kontakte auf der Oberfläche befinden, erleichtert die Realisierung einer möglichen Vielfalt von Anordnungen.
Bei dem in Fig. 5 dargestellten Ausführungsbeispiel ist ein isolierendes Substrat 11 vorgesehen.
Fig. 6 zeigt ein alternatives Ausführungsbeispiel, bei dem das"Grundsubstrat"11 leitend ist ; auf dem leitenden Substrat 11 ist eine isolierende Zwischenschicht 11"aufgebracht, die das Grundsubstrat gegen- über dem aktivem Zellbereich elektrisch isoliert. Dies ist in Fig. 6 dargestellt.
Fig. 7 zeigt in einem Ersatzschaltbild ein weiteres Ausführungsbeispiel, bei dem auf der selben Fläche weitere Halbleiterbauelemente aufgebracht sind, die mit den Solarzellen direkt verschaltbar sind, etwa die für den sicheren Betrieb von Solarmodulen notwendigen Schutzdioden 18. Die Schutzdioden 18 können auf die gleiche Art und Weise wie die Solarzellen hergestellt werden und anschliessend mit umgekehrter Polarität par-
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allel zu einer oder mehreren Solarzellen verschaltet werden. Bei Abschattung einzelner Solarzellen werden diese durch die Schutzdiode überbrückt und nicht in Rückwärtsrichtung betrieben.
Die mögliche Realisierung der erfindungsgemässen Vorgehensweise wird in der Folge an konkreten Beispielen er- läutert : Beispiel 1 : Als Halbleiterschicht wird eine Siliciumschicht eingesetzt. Diese liegt als 5-50 um dicke Schicht auf einem isolierenden Substrat vor. Im ersten Prozessschritt wird die Oberfläche der Siliciumschicht mit Hilfe von invertierten oder statistischen Pyramiden texturiert.
Dadurch wird ein besseres Antireflexverhalten und eine Verlängerung des Lichtwegs durch Brechung erreicht.
Durch ein teilweise geöffnetes Maskierungsoxid (Dicke ca. 200 nm) wird dann mittels einer Phosphordiffusion der lokale Emitter der einzelnen Zellen erzeugt. Die Struktur des Emitters entspricht dabei einer kammförmi- gen Fläche mit einer Fingerbreite zwischen 500 und 2000 um. Zwischen diesen Fingern befinden sich ca. 20-100 um undiffundierte Bereiche, die für die Basiskontaktierung vorgesehen sind. Zur Erzielung höchster Wirkungsgrade kann in diesem p-dotierten Bereich zur Minimierung des Kontaktwiderstands und zur Verbesserung der Rekombinationseigenschaften eine Bor-p+-Diffusion durchgeführt werden.
Anschliessend wird mittels einer thermischen Oxidation ein ca. 105 nm dickes Passivie-
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rungs-und Antireflexoxid aufgewachsen. Dieses Oxid wird danach im Bereich der Kontaktfinger geöffnet und die p-und n-Kontaktstruktur bestehend aus einer Schichtfolge von Titan, Palladium und Silber aufgedampft und anschliessend auf eine Dicke von 10-20 um galvanisch verstärkt. Die Form der p-und n-Kontaktstruktur entspricht dabei zweier ineinandergreifender Kämme mit einem Fingerabstand von 500-2000 um. Die einzelnen Solarzellen in einer Anzahl von typischerweise 5-10 Stück sind ca. 0,5 bis 10 cm2 gross und mit einem Abstand von 50-500 um in einer Linie angeordnet.
Die Sammelbusse am jeweiligen Ende der Kontaktfinger stehen sich in wechselnder Polarität an den. Zellrändern gegenüber. Anschliessend werden mittels eines geeigneten Trennverfahrens, bei dem beispielsweise hochenergetische Laserstrahlen, mechanisches Sägen, Sandstrahlen, nasschemisches Ätzen oder Ionenbeschuss im Plasma zum Einsatz kommt, Trenngräben zwischen und um die einzelnen Zellen erzeugt. Die Trenngräben können mit einem isolierenden Material aufgefüllt werden, um die elektrische Passivierung der Gräben zu gewährlei- sten. Als letzter Schritt wird z. B. mittels Bondtechnik jeweils ein p-mit einem n-Kontaktbus über die Trenngräben hinweg verbunden, so dass eine Serienschaltung entsteht. Die äussersten Kontaktbusse dienen als Anschlusspunkte der gesamten Struktur.
Beispiel 2 : Im Falle eines elektrisch leitenden Substrates muss vor der Abscheidung der Si-Schicht eine isolierende Zwischenschicht, z. B. eine ca. 0, 5-2 pm dicke Si02-
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Schicht aufgebracht werden. Diese hat die zusätzlichen Vorteile, als Diffusionsbarriere für Verunreinigungen aus dem Substrat sowie als Rückseitenreflektor zur Verbesserung der optischen Eigenschaften im langweiligen Wellenlängenbereichs zu dienen.
Beispiel 3 : Die aktive Zellschicht kann aus einer Schichtenfolge von unterschiedlich dotiertem Silicium bestehen. Beispielsweise kann auf das isolierende Substrat eine hö- herdotierte, ca. 1-5 um dicke n-oder p-Schicht ("Floating Emitter oder Back Surface Field") zur Verringerung der Grenzflächenrekombination aufgebracht werden.
Beispiel 4 : Will man aus Gründen der Kompaktheit des fertigen Moduls von einer einzelnen Reihe von Solarzellen absehen, so können auch zwei oder mehrere nebeneinanderliegende Reihen entgegengesetzter Polarität mäanderartig miteinander verbunden werden und so z. B. auch quadratische Arrays realisiert werden (s. Fig. 8).
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METHOD FOR PRODUCTION OF AN ARRANGEMENT AND ARRANGEMENT OF IN SERIES RESPECTIVELY. SERIES SWITCHED SINGLE SOLAR CELLS DESCRIPTION
technical field
The invention relates to a method for producing an arrangement of series-connected individual solar cells and in particular so-called thin-film solar cells with one-sided contact.
State of the art
Thin-film solar cells connected in series have semiconductor layers on an insulating base, which is also referred to as a carrier or substrate. A characteristic of thin-film solar cells is a layered arrangement of different materials that serve as contacts or as photoactive semiconductor areas.
A wide variety of methods are known for producing these contacts or photoactive semiconductor regions arranged in layers.
In the following, the prior art will be described with reference to FIGS
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otherwise expressly referred to for the explanation of all details not described in more detail here.
1 shows a simple, known arrangement for a thin-film solar cell on a substrate 1 in cross section, the dimensions not being true to scale. In this example of a known solar cell, the substrate 1 can be a glass pane, for example. The layer arrangement of the actual solar cell begins with a contact layer 2, which can be a metal contact in particular. 21 designates a terminal. Two semiconductor layers 3 and 4 are arranged on the contact layer 2, of which the layer 3 is n-doped and the layer 4 is p-doped.
Layers 3 and 4 form the active p-n junction (emitter/base junction); on this arrangement another contact 5 (front contact) is provided.
One of the contacts must allow light to enter the semiconductor body. In the case shown, this is the upper contact 5 (front side contact), which is in the form of a strip; In particular, this contact can be implemented in a so-called grid structure. Alternatively, however, it can also be designed as a closed layer if a conductive, transparent oxide is used as the contact material.
Thin-film structures of the type explained above are preferably used over a large area, i. H. deposited up to about lm2 by sequentially depositing the different layers. Because of the low of a
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For the voltage of 0.5V to 1.2V supplied by the solar cell, many individual cells are usually produced on the surface by means of a special structuring of the layers, which are connected by means of a series circuit in such a way that a higher total voltage results.
FIG. 2 shows the cross section of such an arrangement, in which three individual cells are connected in series, the same reference numbers being used for the same parts as in FIG. 1, so that a renewed presentation is dispensed with. The structure shown in FIG. 2 is known from DE-C-37 27 825, to which express reference is also made for the explanation of all the details not described in detail here.
The structure shown is produced by separating each individual layer into strips after its deposition in order to avoid a short circuit between adjacent cells. The contact 5 at the top connects the n-area 4 of one solar cell with the p-area 3 of the next cell and thus ensures that the cells are connected in series.
In the article by C. Hebling, SW Glunz, C. Schetter, J. Knobloch, A. Rauber "Silicon Thin-Film Solar Cells on insulating intermediate layers", PVSEC-9 Miyazki (1996), p. 237 a structure has been described that allows both contacts of a thin-film solar cell to be arranged on one surface. This
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is achieved in that the n-doped semiconductor layer ("emitter") is not produced over the entire surface, but only in locally limited areas.
The arrangement shown in FIG. 3 is described in this publication: The active silicon layer 3 is separated from the substrate 1 by an insulating SiO 2 layer 6, which in this case is a silicon wafer. An n-doping 4 is locally diffused into the originally p-conducting silicon layer 3 over the whole area. The emitter 4 of the solar cell is thus formed on part of the surface. Both contacts 2 and 5 can now be attached to the surface, for example again in a grid structure, to allow light to enter. The two grid structures 2 and 5 required on the n and p layers are interleaved with one another ("interdigitated grid") to achieve short current paths, as shown in FIG.
The solar cell described in the publication mentioned has exceptionally good properties; in particular, it has an efficiency of 19%. The reason for this lies in the very good quality of the silicon layer, which is produced by thickening a monocrystalline so-called SIMOX layer by epitaxy.
This method of producing a monocrystalline silicon layer on a buried dielectric
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is described in DE-C-42 10 859, the content of which is expressly referred to.
The invention is based on the object of specifying a method for producing an arrangement of individual solar cells connected in series on a common substrate and a corresponding arrangement in which a thin-film solar cell is included without using an expensive monocrystalline silicon substrate - Lateral contact and high efficiency is obtained.
A solution to this problem according to the invention is specified in patent claim 1 . Developments of the invention are the subject of claims 2 below.
The invention presented here describes arrangements and methods for producing solar cell arrangements that consist of a plurality of individual cells connected in series, which are only contacted on one side.
In the method according to the invention, the following steps are provided: an initially coherent semiconductor layer is produced on an insulating carrier, a plurality of
Single cells produced, each of which has a selective emitter, and on each one
page is contacted,
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-before or after the manufacture of the individual cells, they are electrically separated, -the individual cells are connected in a series circuit.
The emitter structure, the polarity of which is opposite to the polarity of the connected active cell layer to form a pn transition, can be produced in particular by selective n+ diffusion into a p-doped base region.
Furthermore, contacts with alternating polarity can be arranged on the substrate.
The individual cells are preferably separated electrically by means of high-energy laser beams, mechanical sawing, sandblasting, wet-chemical etching or ion bombardment in the plasma in that separating trenches are produced between and around the individual cells.
In a further embodiment, the insulating substrate on which the arrangement is applied is applied as an intermediate layer on a conductive substrate.
BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWING The invention is described below using exemplary embodiments with reference to the drawing, which shows:
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1 to 4 representations for explaining the prior art (already explained), FIGS. 5a to 5e schematically the method according to the invention, FIG. 6 a modification of the embodiment illustrated in FIG. 5, FIG. 7 an embodiment, in which further components are introduced into the base body, and FIG. 8 shows an exemplary embodiment with a meandering
Arrangement of contacts.
PRESENTATION OF EXEMPLARY EMBODIMENTS The method according to the invention is first explained below with reference to schematic FIGS. 5a to 5e.
FIG. 5a shows that the starting point for the production of the structure according to the invention is a semiconductor layer on an insulating base or an insulating substrate 11. FIG. The substrate 11 can be, for example, a ceramic disc, a quartz or glass disc or the like. An active cell layer 12 is applied to the insulating substrate 11, which consists, for example, of p-doped silicon and serves as a base.
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Subsequently, through locally limited diffusion, emitter structures 13 and thus p-n junctions are produced in the form of a pattern which can be described as a series of a large number of individual cells (see FIG. 5b). For example, the pattern can consist of a plurality of comb-shaped structures.
Corresponding contacts 14 (base grid) or 15 (emitter grid) are then applied as a comb-shaped interlocking network or grid to the p-n transitions thus produced or the emitter and base regions (FIG. 5c).
These contacts are generally arranged so that the positive contact of one cell faces the negative contact of the other cell. It is also possible for several rows of opposite polarity to be arranged next to one another for reasons which will be explained later.
As FIG. 5d shows, according to the invention, the individual cells are electrically separated from one another, either subsequently or beforehand, and this can be done in different ways. In the exemplary embodiment shown, separating trenches 16 are produced, which reach as far as the insulating substrate 11 .
The method step (separation step) shown after step 5c in the exemplary embodiment shown can also be carried out before step b or c.
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The solar cells are then electrically connected to one another in a suitable manner in such a way that a series connection results (FIG. 5e). In the exemplary embodiment shown, contacts 17 are provided, which can be bonded, for example.
Due to the number of interconnected solar cells, configurations with a wide variety of working voltages can be implemented, i. H. all multiples of the voltage of the individual cells. The fact that all contacts are on the surface facilitates the realization of a possible variety of arrangements.
In the embodiment shown in FIG. 5, an insulating substrate 11 is provided.
FIG. 6 shows an alternative exemplary embodiment in which the “base substrate” 11 is conductive; An insulating intermediate layer 11'' is applied to the conductive substrate 11, which electrically insulates the base substrate from the active cell area. This is illustrated in FIG.
Fig. 7 shows a further exemplary embodiment in an equivalent circuit diagram, in which further semiconductor components are applied to the same surface, which can be connected directly to the solar cells, such as the protective diodes 18 required for the safe operation of solar modules. The protective diodes 18 can be connected in the same way and way how the solar cells are manufactured and then par-
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all be connected to one or more solar cells. If individual solar cells are shaded, they are bypassed by the protective diode and not operated in the reverse direction.
The possible implementation of the procedure according to the invention is explained below using concrete examples: Example 1 A silicon layer is used as the semiconductor layer. This is present as a 5-50 µm thick layer on an insulating substrate. In the first process step, the surface of the silicon layer is textured using inverted or statistical pyramids.
This achieves better anti-reflection behavior and an extension of the light path through refraction.
The local emitter of the individual cells is then produced by means of phosphorus diffusion through a partially opened masking oxide (thickness approx. 200 nm). The structure of the emitter corresponds to a comb-shaped area with a finger width between 500 and 2000 μm. Between these fingers there are approx. 20-100 μm undiffused areas that are intended for base contacting. In order to achieve the highest efficiencies, a boron p+ diffusion can be carried out in this p-doped region to minimize the contact resistance and to improve the recombination properties.
Then, by means of a thermal oxidation, an approx. 105 nm thick passivation
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tion and anti-reflective oxide grown. This oxide is then opened in the area of the contact fingers and the p and n contact structure consisting of a layer sequence of titanium, palladium and silver is vapour-deposited and then galvanically reinforced to a thickness of 10-20 μm. The shape of the p and n contact structure corresponds to two interlocking combs with a finger spacing of 500-2000 μm. The individual solar cells, typically 5-10 in number, are approx. 0.5 to 10 cm2 in size and arranged in a line at a distance of 50-500 μm.
The buses at each end of the contact fingers are in alternating polarity at the. opposite cell edges. Separation trenches are then created between and around the individual cells using a suitable separation process, in which, for example, high-energy laser beams, mechanical sawing, sandblasting, wet-chemical etching or ion bombardment in the plasma are used. The separating trenches can be filled with an insulating material in order to ensure the electrical passivation of the trenches. As a last step z. A p-contact bus is connected to an n-contact bus across the separating trenches, for example by means of bonding technology, so that a series circuit is formed. The outermost contact buses serve as connection points for the entire structure.
Example 2 In the case of an electrically conductive substrate, an insulating intermediate layer, e.g. 0.5-2 μm thick SiO 2
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layer are applied. This has the additional advantages of serving as a diffusion barrier for impurities from the substrate and as a rear reflector to improve the optical properties in the longer wavelength range.
Example 3 The active cell layer can consist of a layer sequence of differently doped silicon. For example, a more heavily doped n or p layer (floating emitter or back surface field) approximately 1-5 μm thick can be applied to the insulating substrate to reduce interface recombination.
Example 4 If, for reasons of compactness of the finished module, one does not want to use a single row of solar cells, two or more adjacent rows of opposite polarity can also be connected to one another in a meandering manner. For example, square arrays can also be realized (see FIG. 8).