WO2012117105A1 - Verfahren zur qualitätsprüfung einer photovoltaischen solarzelle, solarzellenmodul und verfahren zur herstellung einer photovoltaischen solarzelle - Google Patents

Verfahren zur qualitätsprüfung einer photovoltaischen solarzelle, solarzellenmodul und verfahren zur herstellung einer photovoltaischen solarzelle Download PDF

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WO2012117105A1
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solar cells
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Fabian Fertig
Stefan Rein
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Albert Ludwigs Universitaet Freiburg
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    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02S—GENERATION OF ELECTRIC POWER BY CONVERSION OF INFRARED RADIATION, VISIBLE LIGHT OR ULTRAVIOLET LIGHT, e.g. USING PHOTOVOLTAIC [PV] MODULES
    • H02S50/00—Monitoring or testing of PV systems, e.g. load balancing or fault identification
    • H02S50/10—Testing of PV devices, e.g. of PV modules or single PV cells
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy

Definitions

  • the invention relates to a method for quality testing of a photovoltaic solar cell according to the preamble of claim 1, a use of a photovoltaic solar cell according to claim 6, a solar cell module according to Oberbeg reef of claim 7 and a method for producing a photovoltaic solar cell according to Oberbeg riff of claim 1 0.
  • a photovoltaic solar cell provides a planar semiconductor device in which charge carrier pairs are generated by means of incident electromagnetic radiation and are subsequently separated, so that at least two metallic contacts form the potential of the solar cell and an external potential is established via a contactor Circuit electrical power can be tapped from the solar cell.
  • the charge carrier separation takes place at a pn junction and / or a pin junction, which can be realized, for example, by doping a doping type opposite thereto to form an emitter in a silicon substrate of a basic doping type. It is also known to form the emitter by applying egg ner or more layers on a Basisssu bstrat.
  • modules comprising a plurality of photovoltaic solar cells are used.
  • the solar cells When installed in a photovoltaic module, the solar cells are typically assembled in series to form so-called strings.
  • a module typically includes multiple strings.
  • a portion of the contained solar cells will be shaded, for example by leaves or other objects located between the light source (typically the sun) and the solar cell.
  • the light source typically the sun
  • partial shading takes place due to the movement of the sun through stationary objects such as trees, chimneys or the like, or temporarily through cleaning or maintenance personnel, through snow or pollution such as bird droppings.
  • the current generated by a solar cell depends, among other things, on the intensity of illumination with which the respective solar cell is charged. If a part of the solar cells connected in series is partially or completely shaded in a string, a reversal in the polarity of these shaded solar lines can occur since the generated current intensity of these solar cells is lower than that of the fully illuminated solar cells. This reversal typically occurs as long as the short circuit current density J sc of the shadowed solar cell is less than the short circuit current densities of the unshaded solar cells in the string.
  • the shaded solar cells are operated in this case in the reverse direction, d. H.
  • a voltage in the reverse direction is applied to the metallic contacts, which has a reverse polarity compared to the voltage applied to the metallic contacts in the case of unshaded solar cells.
  • the current intensity of the entire string, in which the completely or partially shaded solar cells are located, and thus the generated electrical power of this string are typically greatly reduced by the shading, at least if typical solar cell modules are used with standard solar cells with a modular construction typical of industrial manufacturing, their strings are connected in series and each have a bypass diode. With standard modules with bypass diodes, the electrical output power of the module is thus generally reduced with partial shading by the full power of the string in which a shaded solar cell is located.
  • the state is referred to as a negative voltage or voltage applied in the reverse direction, as usual, that there is a voltage opposite to the voltage in normal operation at the metallic contacts of a solar cell.
  • the tension in normal (especially Undegeschattetem) operation is referred to as usual as positive voltage or voltage in the forward direction.
  • the voltage applied to the shaded solar cells a can thus be negative and thus, in the solar cell, a consumption of electrical energy (essentially by converting electrical energy into heat).
  • the conversion of electrical energy into reverse-biased solar cells into heat can damage the module. Damage typically occurs when the reverse current does not flow flat over the entire surface of the solar cell or at least a large area of the solar cell, but only over local areas of the solar cell which have a high current density and strongly heat up (so-called In particular at such hot spots, the solar cell and / or the module may be destroyed due to the great heat development.
  • bypass diodes are therefore usually arranged, which are electrically connected in parallel with the strings.
  • the bypass modes limit the maximum voltage in the reverse direction to the total voltage of all unshaded cells in the string plus the voltage applied to the bypass diode.
  • the power loss in partial shading correlates directly with the number of solar cells in a string. if the shaded solar cell, to which negative voltage is applied, does not "break through", ie has a reverse effect in the reverse direction, before built-in bypass modes switch.
  • the electrical output power of the module at Tei labschattung reduced at least to the overall performance of the string with Generalabschattung.
  • a reduction maybeg around a voltage drop across a bypass diode.
  • the currently industrially manufactured solar cell modules therefore standard bypass diodes are installed, which are connected in parallel to several series-connected solar cells (a string).
  • the industry standard is three bypass diodes per solar cell module, which means that a string typically has between 20 and 24 series connected solar cells.
  • the power loss in partial shading is limited to about 1/3 of the module power (if only solar cells of a string are partially shaded).
  • the maximum voltage V rev applied in the reverse direction to a solar cell is limited to a maximum of the following sum:
  • module manufacturers In order to sort out solar cells due to their potential hot-spot hazard, module manufacturers sometimes use a reverse-bias current criterion as the input specification. That means that to be installed Solar cells must not exceed a certain current value at a defined reverse voltage.
  • the reverse voltage is determined according to
  • Reverse voltage is also a classification criterion in the output control of many solar cell production lines.
  • the present invention the Aufg abe train round to expand the band width of economically viable in a solar cell module solar cells, in particular to create a quality criterion for solar cells, so that the Committee of an industrial production line of solar cells is reduced and / or Danger of a hot-spot image is reduced in solar cell modules and / or starting from processes known per se for the production of solar cells, a production process for solar cells len to propose, which leads to an avoidance of hot spots in a module and / or to a simplification of the module structure.
  • the present invention is based on the knowledge of the Applicant that, surprisingly and in contrast to the prevailing opinion, it makes sense to select solar cells which have a reduced breakdown voltage and therefore "break through” under partial shading conditions in the module. (i.e., electrically conduction in the reverse direction) before
  • the selectively selected solar cells preferably have the following
  • the solar cells break down under reverse voltage before a by default bypass diode installed in the same string would switch, ie. H.
  • the breakdown voltage is below the value defined in equation (1) and the solar cell conducts at an in
  • n ab indicates the number of solar cells of a string typically shaded during typical use and occurrence of shading, or the number of shaded solar cells in a string, the shading of which should be avoided when using power according to specification.
  • n ab indicates the number of solar cells of a string typically shaded during typical use and occurrence of shading, or the number of shaded solar cells in a string, the shading of which should be avoided when using power according to specification.
  • the number n ab when using the number n ab , at least a number n ab of such solar cells in the string is also used.
  • n ab is always used below in this meaning, i. H . according to the above definition and according to the preferred use of at least n from solar cells which fulfill this criterion, in the string.
  • the solar cells have no conventional shunts or others
  • Impairment of forward behavior This criterion is usually met when the solar cell under standard test conditions provides a predetermined minimum electrical power.
  • the solars do not cause any dead spots, as the breakthroughs are distributed over a wide area and do not lead to a critical locally increased temperature.
  • a method for quality testing a photovoltaic solar cell comprises the following method steps: a. Performing a performance test by the light, preferably with a predetermined spectrum and / or a predetermined intensity, applied to the solar cell and is checked according to a test criterion A, whether at least a predetermined minimum electrical power P Mjn can be tapped, b. Performing a heat development test by applying a predetermined heat development voltage V G in the reverse direction to the solar cell or by applying reverse voltage to the solar cell in such a manner that a predetermined heat development current I HE flows,
  • test criterion A is typically referred to as "binning" or classification at the end of solar cell production.
  • the test is carried out under the standard STC (25 ° C / 1 sun illumination intensity).
  • the minimum electrical power P Mln is chosen in a conventional manner. In particular, it is within the scope of the invention to specify P min as 50%, preferably 75%, more preferably 90% of the average performance achieved for this solar cell type or with the process line producing this type under standard conditions.
  • a breakthrough test is carried out by the solar cell with a predetermined breakdown voltage V DB is applied in the backward direction and is tested according to a test criterion C, if at least one current greater than or equal to a predetermined minimum leakage current when subjected to the predetermined breakdown voltage l DB flows.
  • the breakdown voltage V DB is typically based on the value defined in equation (1) or, as explained below, at the value defined in equation (1) divided by n sb .
  • Typical values for the breakdown voltage V DB in the case of standard silicon solar cells (AI-BSF with standard process for industrial applications) are approximately -1.5 V (at 24 cells per SS ring), approximately -1.2 V (at 20 cells each String) or -10 V.
  • the breakdown voltage VQB is preferably selected with a value which is smaller in magnitude compared with the previously indicated values. In a preferred embodiment, the aforementioned values are divided by the number of typically shaded solar cells.
  • V DBI breakdown voltage oriented typically at in the equation (1) defined value, which is by n ab lt getei: V rev / n. Accordingly, typical values for standard silicon solar cells arise from - 1 5 ⁇ // n sb (at 24 cells per string about - 1 2 Vln from (at 20 cells per string) -1 or 0 V / n ai).
  • the inventive method for checking the quality thus has contrary to the prevailing opinion of a test criterion to that a low breakdown voltage is given, that is, at the predetermined throughput breakdown voltage V DB at least a predetermined annoyeddll rchbruchsstrom l flows and DB a purpose similarly acting criterion ,
  • the quality inspection according to the method according to the invention for quality testing therefore relates precisely to those solar cells which were previously rejected as "rejects" and, in particular, not used in a photovoltaic module with standard bypass diode connection
  • the method according to the invention provides a quality check which considerably reduces the rejection of a solar cell production line and / or the production of solar cell modules with a significantly reduced risk of partial shading of hot spot formation and / or the production of cheaper photovoltaic modules the saving of bypass diodes and / or the realization of new module designs, which are not limited by a maximum number a cells per string allows.
  • Ve also correspond to those solar cells, which were previously regarded as not profitable due to a low breakdown voltage. This applies in particular to solar cells made of mg-Si material and / or solar cells with a comparison to Today's standard higher base doping in particular when using a multicrystalline Siliziu mwafers for the production of the solar cell.
  • a quality criterion I is assigned, if at least the test criteria A and B and C exist.
  • Solar cells of this newly created quality criterion I thus made possible as described above the egg saving of bypass diodes, an increased power output in a solar cell module at partial shading and / or the realization of novel module designs, which are not ⁇ limited by a maximum number of solar cells per string and / or the use of materials hitherto regarded as not suitable for use, such as, for example, ⁇ mg silicon or hitherto regarded as uneconomical high base doping, in particular in solar cells made of multicrystalline silicon.
  • a quality criterion I I is assigned if at least one of the following two conditions is fulfilled:
  • test criteria A and B and C quality criterion I
  • test criteria A and B there are at least test criteria A and B and pass a test criterion D, whereby in a process step d.
  • a non-breakdown test is carried out by applying a predetermined reverse breakdown voltage V NO e to the solar cell in the reverse direction and checking whether a current smaller than or equal to a predetermined maximum current I ND 8 flows when the predetermined non-breakdown voltage is detected ,
  • the quality criterion I! u thus covers such solar cells that have already been approved for use in a solar cell module according to previously known criteria for quality testing.
  • Criterion D is often referred to as the "backward current criterion" in industrial manufacturing, a term that is common but misleading, because, according to the test conditions for criterion D, the current does not flow in a "backwards direction” but in the same direction as the current photocurrent.
  • quality criterion II also includes the solar cells in accordance with quality criterion 1 as stated above, so that fewer solar cells are rejected as scrap compared with the quality tests carried out so far and thus the yield of a production line in the production of solar cells increases. If at least one solar cell of the second condition is used in the production of a solar cell module with solar cells of the quality criterion II in a string, the arrangement of a bypass diode to this string in a conventional manner makes sense to shading these solar cells a possible hot spot development and to avoid an increased power loss of the module.
  • the solar cell is provided in the inventive method for quality testing for placement in a solar cell module, in which solar cell module, the solar cells are arranged in strings each having a number of n S t solar cells.
  • the solar cells are preferably selected such that in method step c the minimum breakdown current I DB is greater than or equal to, preferably equal to the current of the solar cell module at the optimum operating point of the solar cell module is selected and / or
  • the breakdown voltage V DB is chosen to be smaller than or equal to, preferably equal to, the sum of the voltages V n) pp of the unshaded solar cells of the string at the respectively optimum working time of the solar cells, preferably the aforementioned value divided by n gb .
  • the solar cells are preferably selected such that when voltage V is applied in the reverse direction to the solar cell, which voltage is the sum of the voltages V mpp at the optimum operating point of the remaining solar cells in the string, preferably when a voltage V DB / n sb is applied in the backward direction at the solar cell, at least one current flows, which corresponds to the current l n) p P of the string at the op- corresponds to the operating point.
  • An alternative criterion having the same effect is that the above-mentioned current flows when the solar cell is charged with a voltage in the reverse direction, which voltage is less than or equal to the aforementioned sum of the voltages V mpp , preferably which voltage is smaller or equal Sum above me divided by n is from the voltages V mpp.
  • the limit temperature T GR is chosen to be less than 300 ° C., preferably in the range from 1 00 ° C. to 250 ° C., more preferably in the range from 1 30 J C to 1 80 ° C. In typical solar cell modules, damage to the solar cell module due to the effect of temperature is avoided.
  • a further aspect of the present invention therefore relates to the use of a photovoltaic solar cell in a solar cell module, which solar cell meets at least the test criterion C according to claim 1, preferably the test criteria A and C according to claim 1, more preferably quality criterion I according to claim 2.
  • Another aspect of the present invention relates to a solar cell module comprising a plurality of electrically connected photovoltaic solar cells, wherein the solar cell module exclusively comprises solar cells, which solar cells fulfill the quality criterion I according to claim 2 and / or the quality criterion I I according to claim 3.
  • a solar cell module has the advantage that, at least when the solar cells are shaded according to the quality criterion I, there is a lesser power loss compared to previously known solar cell modules.
  • the solar cells are preferably arranged in strings and at least one string of the solar cell module exclusively comprises solar cells which fulfill the goods criterion I according to claim 2. H hereby takes place in this string at Sectionabschattung a lower power loss compared to Qualcomm nten solar cell modules and it can be dispensed at least for this string on a Bypassdi- ode. In particular, it is therefore advantageous that this string no bypass diode is assigned. As a result, costs are saved in Modulherstellu ng.
  • the term "string" of a module is defined as usual, i.e., typically, the solar cells associated with a bypass diode are summarized as a string in a conceptual sense, provided that a subset of the module's solar cells, which subset solar cells are connected in series If there is no bypass diode assigned, this subset is analogously also known as a string If all solar cells of the module are connected in series and the module does not include a bypass diode, the module thus has only one string, which string is all connected in series. Solar cells are assigned to the module,
  • all the solar cells of the module satisfy the quality criterion I according to claim 2.
  • the entire solar cell module thus has the aforementioned advantages.
  • the solar cell module does not have a bypass diode electrically connected to the solar cells or corresponds to a criterion which has the same effect as stated above. It is particularly advantageous in this case that there is no need for the arrangement of the solar cells of the module in conventional union Stri ngs.
  • all the solar cells of the module are electrically connected in series, so that novel module demands are not limited.
  • the present invention thus makes it possible to create solar cell modules in which bypass diodes can be saved compared to the previously known modular designs or even completely can be dispensed with bypass diodes. Due to the low breakdown voltage, solar modules according to the invention always avoid damage to the module due to high local currents and correspondingly high local heat generation (so-called "hotspots") It is therefore within the scope of the invention to combine solar cells according to the teaching according to the invention with bypass diodes in one line in order to achieve as low a power loss as possible for given typical shading scenarios, but it is particularly advantageous to use a plurality of solar cells or solar cells preferably all solar cells len of the string according to the teaching of the invention to achieve even without the use of a bypass diode in Sectionabschattu ng of several solar cells as low as possible loss of power.
  • a further aspect of the present invention is therefore a method for producing a photovoltaic solar cell 1, comprising providing at least one base region with a base doping concentration and at least one emitter region such that a pn and / or pin transition is formed between the base region and the emitter region. It is essential that, for the time being, the basic doping concentration is chosen such that the solar cell satisfies the quality criterion I according to claim 2.
  • the electrical property of the solar cell can thus be changed in typical, previously known solar cell structures, so that the solar cell satisfies the quality criterion of I.
  • This is typically achieved by starting from a known solar cell structure, the Basisdotierkonzentration is increased, such that quality criterion I is met.
  • This is particularly advantageous in the case of silicon solar cells and in this case in particular in so-called “bulk” solar cells, that is to say solar cells which are produced starting from a silicon substrate.
  • the method according to the invention for producing a photovoltaic solar cell is advantageous, in particular in the case of solar cells based on a semiconductor substrate, starting from a silicon wafer having an ultrafine crystallinity. Since, in particular in the case of multicrystalline silicon and typical previously known solar cell structures, an increase in the basic concentration can be chosen such that the solar cell fulfills the quality criterion I. Furthermore, investigations by the applicant revealed that the use of umg silicon in particular is suitable for the use of the method according to the invention for the production of a photovoltaic solar cell, since a fulfillment of the quality criterion 1 is also achieved in this material by a suitable choice of the basic doping concentration.
  • the production method of a photovoltaic solar cell according to the invention is therefore preferably designed according to a method known per se for the production of a photovoltaic solar cell, wherein the base is formed with a comparison with the previously known method of higher base doping concentration in such a way that the solar cell satisfies quality criterion I. ,
  • the base doping is chosen such that the base has a base resistance ⁇ 0.8 ohmcm, as in claim 14, preferably ⁇ 0.7 ohmcm, more preferably ⁇ 0.5 ohmcm.
  • the aforementioned values are particularly advantageous in the formation of the solar cell starting from a multicrystalline silicon wafer.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Qualitätsprüfung einer photovoltaischen Solarzelle, umfassend die Verfahrensschritte: Durchführen eines Leistungstests in einem Verfahrensschritt a, indem die Solarzelle mit Licht beaufschlagt wird und gemäß eines Prüfkriteriums A geprüft wird, ob zumindest eine vorgegebene elektrische Mindestleistung P Min abgreifbar ist und Durchführen eines Hitzeentwicklungstests in einem Verfahrensschritt b, indem die Solarzelle mit einer vorgegebenen Hitzeentwicklungs-Spannung V HE in Rückwärtsrichtung beaufschlagt wird oder die Solarzelle derart mit Spannung in Rückwärtsrichtung beaufschlagt wird, dass ein vorgegebener Hitzeentwicklungs-Strom I HE fließt, und gemäß eines Prüfkriteriums B geprüft wird, ob die Solarzellenoberfläche eine vorgegebene Grenztemperatur T GR nicht übersteigen. Wesentlich ist, dass zusätzlich in einem Verfahrensschritt c. ein Durchbruchstest durchgeführt wird, indem die Solarzelle mit einer vorgegebenen Durch bruchs-Spannung V DB in Rückwärtsrichtung beaufschlagt wird und gemäß eines Prüfkriteriums C geprüft wird, ob bei Beaufschlagung mit der vorgegebenen Durchbruchsspannung zumindest ein Strom größer oder gleich eines vorgegebenen Mindestdurchbruchsstroms l DB fließt. Die Erfindung betrifft weiterhin eine Verwendung einer photovoltaischen Solarzelle, ein Solarzellenrnodul sowie ein Verfahren zur Herstellung einer photovoltaischen Solarzelle.

Description

Verfahren zur Qualitätsprüfung einer photovoltaischen Solarzelle, Solarzellenmodul und Verfahren zur Herstellung einer photovoltaischen Solarzelle
Beschreibung
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Qualitätsprüfung einer photovoltaischen Solarzelle gemäß Oberbegriff des Anspruchs 1 , eine Verwendung einer photovoltaischen Solarzelle gemäß Anspruch 6, ein Solarzellenmodul gemäß Oberbeg riff des Anspruchs 7 sowie ein Verfahren zu Herstellung einer photovoltaischen Solarzelle gemäß Oberbeg riff des Anspruchs 1 0.
Eine photovoltaische Solarzelle stellt ein flächiges Halbleiterbauelement da r bei dem mittels einfallender elektromagnetischer Strah lung Ladungsträgerpaare e zeugt und anschließend getrennt werden, so dass zwischen m indestens zwei metal lischen Kontakt ierungsstruktu ren der Solarzel le ein Potential entsteht und über einen mit diesen Kontakt ierungsstrukturen verbundenen externen Stromkreis elektrische Leistung von der Solarzelle abgegriffen v/erden kann. Die Ladungsträgertrennung erfolgt an einem pn-Übergang und/oder einem pin- Übergang , der beispielsweise dadurch realisiert werden kann, dass in einem Siliziumsubstrat eines Basisdotierungstyps eine Dotierung eines hierzu entgegengesetzten Dotierungstyps zur Ausbildung eines Em itters vorgenommen wird. Ebenso ist es bekannt, den Em itter durch Aufbringen ei ner oder mehrerer Schichten auf einem Basissu bstrat auszubilden.
Zur Umwandlung einfallender elektrom ag netischer Strahlung in elektrische Energ ie werden Module verwendet, welche eine Vielzahl von photovoltaischen Solarzellen umfassen . Bei dem Einbau in ein photovoltaisches Modul werden die Solarzellen typischerweise in Reihenscha ltung zu so genannten Strings zusammengesetzt. Ein Modul umfasst typischerweise mehrere Strings . Bei Betrieb eines solchen Moduls kann sich folgende Problematik ergeben :
Unter bestimmten Umständen wird bei dem Betrieb des Moduls ei n Teil der enthaltenen Solarzellen abgeschattet, beispielsweise durch Laub oder andere Ge- genstände, die sich zwischen Lichtquelle (typischerweise die Sonne) und Solarzelle befinden. Ebenso findet eine Teilabschattung aufgrund des Laufes der Sonne durch feststehende Gegenstände wie Bäume, Schornsteine oder ähnliches oder temporär durch Reimgungs- oder Wartungspersonal, durch Schnee oder Verschmutzung wie z.B. Vogelexkremente statt.
Der von einer Solarzelle erzeugte Strom ist unter Anderem von der Beleuch- tungsstärke abhängig, mit der die jeweilige Solarzelle beaufschlagt wird. Wird nun ein Teil de in Reihe geschalteten Solarzellen in einem String teilweise oder vollständig abgeschattet, kann eine Umkehrung der Polarität dieser abgeschatteten Solarzeilen auftreten, da die erzeugte Stromstärke dieser Solarzellen geringer ist als die der vollständig beleuchteten Solarzellen. Diese Umkehrung findet typischerweise statt, sofern die Kurzschlussstromdichte Jsc der abgeschatteten Solarzelle kleiner ist als die Kurzschlussstromdichten der nicht abgeschatteten Solarzellen im String.
Die abgeschatteten Solarzellen werden in diesem Fall in Sperrrichtung betrieben, d. h. an diesen Solarzellen liegt an den metallischen Kontaktierungen eine Spannung in Sperrrichtung an, die eine umgekehrte Polarität verglichen mit der bei nicht abgeschatteten Solarzellen an den metallischen Kontaktierungen anliegenden Spannung aufweist. Die Stromstärke des gesamten Strings, in dem sich die ganz oder teilweise abgeschatteten Solarzellen befinden, und damit die erzeugte elektrische Leistung dieses Strings, werden typischerweise durch die Abschattung stark verringert, zumindest sofern typische Solarzellenmodule mit Standardsolarzellen mit einem der industriellen Fertigung typischen Modulaufbau verwendet werden, deren Strings in Serie geschaltet sind und jeweils eine Bypassdiode aufweisen. Bei Standardmodulen mit Bypassdioden verringert sich somit die elektrische Ausgangsleistung des Moduls in der Regel bei Teilabschattung um die volle Leistung des Strings, in dem sich eine abgeschattete Solarzelle befindet.
Hierbei und im Folgenden wird als negative Spannung oder in Sperrrichtung anliegende Spannung wie üblich der Zustand bezeichnet, dass an den metallischen Kontaktierungen einer Solarzelle eine Spannung entgegengesetzt zu der Spannung in normalem Betrieb vorliegt. Die Spannung in normalem (insbeson- dere unabgeschattetem) Betrieb wird wie üblich als positive Spannung oder Spannung in Vorwärtsrichtung bezeichnet.
Je nach Aufbau des Moduls und der Art der Abschattung kann die an den abgeschatteten Solarzellen a nliegende Spannung somit negativ sein und es som it in der Solarzelle zu einem Verbrauch elektrischer Energ ie kommen (im Wesentlichen durch U mwandlung elektrischer Energie in Wärme). Die Umwandlung von elektrischer Energie in den in Sperrrichtung betriebenen Solarzellen in Wärme kann zu einer Beschädigung des Moduls führen. Eine Beschädigung tritt typischerweise auf, wenn der in Sperrrichtung fließende Strom nicht flächig über die gesamte Fläche der Solarzelle oder zumindest eine große Fläche der Solarzelle fließt, sondern lediglich über lokale Bereiche der Solarzelle , die entsprechend eine hohe Stromdichte aufweisen und sich stark erhitzen (so genannte„Hot- Spots") . I nsbesondere an solchen Hot-Spots kann a ufgrund der großen Wärmeentwicklung die Sola rzelle und/oder das Modul zerstört werden .
Bei der Herstellung von Solarzellenmodulen werden deshalb üblicherweise Bypassdioden angeordnet, welche elektrisch parallel zu den Strings verschaltet sind. Die Bypassd ioden beg renzen die maximale Spann ung in Sperrrichtung auf die Gesamtspannung aller nicht verschatteten Zellen im String zuzüglich der an der Bypassdiode anliegenden Spannung . Je kleiner die Anzahl an Solarzellen in einem String , desto kleiner ist die maximale Spannung , die an abgeschatteten Solarzellen in Sperrnchtung anliegen kann , so dass insbesondere die Gefa hr eines Durchbruchs und auch eines Leistungsverlustes bei Teilabschattung sinkt. Der Leistungsverlust bei Teilabschattung korreliert direkt mit der Anzahl der Solarzellen in einem String . sofern die abgeschattete Sola rzelle , an welcher negative Spannung anliegt, nicht„durchbricht", d . h . in Sperrrichtung leitend wirkt, bevor eingebaute Bypassd ioden schalten.
Typischerweise verringert sich die elektrische Ausgang sleistung des Moduls bei Tei labschattung mindestens um die Gesamtleistung des Strings mit Teilabschattung . Hinzu kommt gegebenenfalls eine Verringerung aufg rund eines Spannungsabfalls an einer Bypassdiode . Je weniger Solarzellen ein String aufweist, desto weniger Leistung verliert das Modul bei Teilabschattung ei nes Strings. Grundsätzlich gibt es jedoch immer einen Leistungsverlust bei Teilabschattung. Um einen hohen Modulwirkungsgrad auch im Falle einer Teilabschattung des Moduls zu erzielen, wäre es daher optimal, jeder Solarzelle eine Bypassdiode elektrisch parallel zu schalten, so dass im Modul theoretisch eine Stringgröße von einer Solarzelle vorliegt. Aufgrund des hohen Herstellungsaufwandes und den entsprechend hohen Herstellu ngskosten ist dies jedoch nicht praktikabel.
Es ist daher bekannt, Dioden als eigenständige elektronische Bauteile immanent in einer Solarzelle auszubilden und entsprechend die positiven und negativen metallischen Kontakte der Solarzelle über diese Bypassdioden zu verschalten. Solche Solarzellen werden in US 5,616,185, WO 2010/029180 A1 und DE 10 2008043 206 A1 beschrieben. Nachteilig hierbei ist, dass bei der Solarzellenherstellung erhebliche zusätzliche Verfahrensschritte, insbesondere Diffusionsschritte zur Herstellung der Bypassdiode in einem Halbleitersubstrat der Solarzelle notwendig sind. Entsprechend ergeben sich erheblich erhöhte Herstellungskosten für solche Solarzellen.
Bei den momentan industriell hergestellten Solarzellenmodulen werden daher standardmäßig Bypassdioden verbaut, welche parallel zu mehreren in Serie geschalteten Solarzellen (eines Strings) geschaltet sind. Industriestandard sind drei Bypassdioden pro Solarzellenmodul, dies bedeutet, dass ein String typischerweise jeweils zwischen 20 und 24 in Serie geschalteter Solarzellen aufweist. Hierdurch wird der Leistungsverlust bei Teilabschattung auf etwa 1/3 der Modulleistung (sofern nur Solarzellen eines Strings teilverschattet sind) begrenzt. Weiterhin wird die maximal in Rückwärtsrichtung an einer Solarzelle anliegende Spannung Vrev maximal auf nachfolgende Summe begrenzt:
Vrev ~
Figure imgf000006_0001
Solarzelien/String + Vßypassdiode (1), d. h. entsprechend der Summe der Spannungen Vriicntverscha„ete soiarzeiien/strmg der nicht verschatteten Solarzellen des entsprechenden Strings und zuzüglich gegebenenfalls der Spannung Vßypassdiode. einer diesen String zugeordneten Bypassdiode.
Um Solarzellen aufgrund ihrer möglichen Hot-Spot-Gefahr auszusortieren, wird von Modulherstellern teilweise als Eingangsspezifikation ein Stromkriterium unter Rückwärtsspannung angewendet. Das heisst, dass die zu verbauenden Solarzellen bei einer definierten Rückwärtsspannung einen gewissen Stromwert nicht überschreiten dürfen. Die Rückwärtsspannung wird gemäß der
verwendeten Modularchitektur festgelegt und orientiert sich in der Regel an Gleichung ( 1 ) . Demzufolge ist der Strom bei einer definierten
Rückwärtsspannung auch ein Klassierkriterium bei der Ausg angskontrolle vieler Solarzellenfertig u ngslinien .
Bei Solarzel len aus multikristallinem Silizium findet bei Rückwärtsspan nungen kleiner als der eigentlich erwarteten Du rchbruch Spannung f r Silizium ein Durchbruch der Raumladung szone statt. Mögliche U rsachen für diese
verringerte Durchbruchspannung werden ausführlich in der Literatur diskutiert (z. B Breitenstein, O. , J. Bauer , J. -M. Wagner , N. D. Zakharov , H.
Bluintritt , A. Lotnyk , M. Kasemann , W. Kwapil , and W. Warta;
Defect-inducod breakdown in muiticrystalline Silicon solar cells; IEEE
Transactions on Electron Devices *57* (9) , p 2227-2234 (2010) ) . Findet der Du rchbruch bei Spannungen kleiner der definierten Rückwärt s-Testspannung statt , so weisen diese Solarzellen einen erhöhten Strom auf und werden aussortiert. Der Stand der Technik ist, die Durchbruchspannung in Solarzellen aus m ultikristallinem Silizium soweit zu erhöhen , dass die Solarzellen bei Teilverschattung in einem standardmä ßig mit Bypassdioden versehenem industriellem Modul nicht durchbrechen. Es wird postuliert, dass die
Dui chbrüche zu Hot-Spots im Modul führen können, welche Hot-Spots ein hohes Beschädigungsrisiko für das Modul darstellen.
E ine Erhöhung der Durchbruchspannung bei einer Solarzelle wird beispielsweise in DE 10 2008 043 458 A I vorgeschlagen. Weiterhin wird in DE 10 2009 034 31 7 A1 bei Solarzellen, welche aus umg-Silizium hergestellt werden, eine Erhöhung der Durchbruchspannung vorgeschlagen .
Ausgehend hiervon liegt der vorliegenden Erfindung die Aufg abe zug runde, die Band breite der in einem Solarzellenmodul wirtschaftlich sinnvoll einsetzbaren Solarzellen zu erweitern, insbesondere, ein Gütekriterium für Solarzellen zu schaffen, so dass der Ausschuss einer industriellen Produktionslinie von Solarzellen verringert wird und/oder die Gefahr einer Hot-Spot-Bild ung in Solarzellenmodulen verringert wird und/oder ausgehend von an sich bekannten Verfahren zur Herstellung von Solarzellen ein Herstellungsverfahren für Solarzel len vorzuschlagen , welches zu einer Vermeidung von Hot-Spots in einem Modul und/oder zu einer Vereinfachu ng der Modulstruktur führt.
Gelöst ist diese Aufgabe durch ein Verfahren zur Qualitätsprüfung einer photo- voltaischen Solarzelle gemäß Anspruch 1 , durch die Verwendung einer photo- voltaischen Solarzelle in einem Solarzellenmodul gemäß Anspruch 6 , durch ein Solarzellenmodul gemäß Anspruch 7 und ein Verfahren zur Herstellung einer photovoltaischen Solarzelle gemäß Anspruch 1 0. Vorzugsweise Ausführungsformen des Verfahrens zur Qualitätsprüfu ng finden sich in den Ansprüchen 2 bis 5, des Solarzellenmoduls in den Ansprüchen 8 bis 9 und des Verfahrens zur Herstellung einer photovoltaischen Solarzelle in den Ansprüchen 1 1 bis 14. Hiermit wird der Wortlaut der Ansprüche durch ausdrückliche Bezug nahme in die Beschreibung aufgenommen .
Die vorliegende E rfindung ist in der E rkenntnis des Anmelders beg ründet, dass es überraschenderweise und im Gegensatz zu der vorherrschenden Meinung sinnvoll ist, gezielt Solarzellen auszuwählen , welche eine erniedrigte Durch- bruchspannung besitzen und deshalb unter Teilabschattungsbeding u ngen im Modu l„durchbrechen" (d. h . in Sperrichtung elektrisch leiten), bevor
standardmäßig verbaute Bypassdioden schalten . Im Gegensatz zu dem standardmäßigen Ansatz, die Durch bruchspannung von Solarzellen soweit wie mög lich zu erhöhen , soll diese gezielt verringert werden .
Die gezielt ausgewählten Solarzellen haben vorzugsweise folgende
Charakteristika:
Die Solarzellen brechen unter Rückwärtsspannung durch , bevor eine standardmäßig im selben String verbaute Bypassdiode schalten würde, d. h. vorzug sweise liegt die Durch bruchspannung unter dem in Gleichung (1 ) definierten Wert und die Solarzelle leitet bei einer in
Rückwärtsrichtung anliegenden Spannung , welche defniniert wird durch die S u m m e der Spannungen am optimalen Arbeitspunkt der
nichtverschatteten Solarzellen des Strings, im Dunkeln einen Strom , der größer ist als der am optimalen Arbeitspunkt fließende Strom der
Serienschaltung der nicht verschatteten Solarzellen des Strings.
Sofern ein typisches Verwendungsszenario der Solarzellen eine häufige Abschattung von mehreren Solarzellen bein haltet ist es vorteilhaft, die vorgenannte Durchbruchspannung geringer zu wählen, bevorzugt die vorgenannte Durchbruchspannung m it einem Faktor Mnab zu
multiplizieren , wobei nab die Anzahl der bei typischer Verwendung und Auftreten einer Abschattung typischerweise abgeschatteten Solarzellen eines Strings angibt, bzw. die Anzahl abgeschatteter Solarzellen in einem String , bei deren Abschattung ein Leistungsverlust bei Verwendung gemä ß Vorgabe vermieden werden soll. Vorzugsweise wird in diesem und in den folgenden Fällen bei Verwendung der Anzahl nab auch m indestens eine Anzahl nab von solchen Solarzellen in dem String verwendet.
Der Faktor nab wird im Folgenden stets in dieser Bedeutung verwendet, d . h . gemäß der oben genannten Definition und gemä ß der bevorzugten Verwendung von mindestens nab Solarzellen , die dieses Kriterium erfüllen , in dem String .
Die Solarzellen weisen keine erherblichen Shunts bzw, andere
Beeinträchtigung des Vorwärtsverhaltens auf. Dieses Kriterium ist in der Regel erfüllt, wenn die Solarzelle unter Standard testbedingungen eine vorgegebene elektrische Mindestleistung erbringt.
Die Sola rzellen veru rsachen keine H ot-Spots, da die Durchbrüche flächig verteilt sind und nicht zu einer kritischen lokal erhöhten Tem peratu führen.
Werden ausschließlich solche Solarzellen für den Modulbau verwendet, geht bei Teilabschattung einer Solarzel le nicht die gesamte Leistung eines Stringes verloren, sondern lediglich die Leistung der Solarzellen , welche benötigt werden , um die Durchbruchspannung der verschatteten Solarzelle
bereitzustellen . Die Folge ist ein geringerer Leistungsverlust des Modu les bei Teilabschattu ng einzelner Solarzellen . Da die Aktivierungsspa nnung der standardmäßig eingebauten Bypassdioden in den meisten Fällen ohnehin nicht erreicht wird , können som it auch die Bypassdioden eingespart werden. Durch eine flächige Verteilung der Durchbrüche über die gesamte Zellfläche führt eine Teilabschattung der ausgewählten Solarzellen nicht zu Hot-Spots im Modul. Diese Erfindung widerlegt somit das Vorurteil, dass Solarzellen mit einem erhöhten Rückwärtsstrom bei einer definierten Rückwärtsspannung im Bereich der Aktivierungsspannung der Bypassdioden aussortiert werden müssen. Im Speziellen wird widerlegt, dass Durchbrüche bei multi-kristallinen Silizium-Solarzellen zu vermeiden sind, sondern sich im Gegenteil vorteilhaft auf die Leistungsausbeute bei Teilabschattung auswirken, ohne das Modul durch Hot-Spots zu beschädigen.
In einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zur Qualitätsprüfung einer photovoltaischen Solarzelle vorgeschlagen. Das Verfahren umfasst folgende Verfahrensschritte: a. Durchführen eines Leistungstests, indem die Solarzelle mit Licht, vorzugsweise mit einem vorgegebenen Spektrum und/oder einer vorgegebenen Intensität, beaufschlagt wird und gemäß eines Prüfkriteriums A geprüft wird, ob zumindest eine vorgegebene elektrische Mindestleistung PMjn abgreifbar ist, b. Durchführen eines Hitzeentwicklungstests, indem die Solarzelle mit einer vorgegebenen Hitzeentwicklungs-Spann ng VHE in Rückwärtsrichtung beaufschlagt wird oder die Solarzelle derart mit Spannung in Rückwärtsrichtung beaufschlagt wird, dass ein vorgegebener Hitzeentwicklungs-Strom lHE fließt,
und gemäß eines Prüfkriteriums B geprüft wird, ob die Solarzellenoberfläche eine vorgegebene Grenztemperatur TGR nicht übersteigt oder gemäß eines theoretischen Voraussagemodells bei Einstellen eines Wärmegleichgewichts nicht übersteigen würde.
Diese Verfahrensschritte bzw. Prüfkriterien A und B sind bereits aus der Auswahl von Solarzellen bei der industriellen Herstellung bekannt. Insbesondere Prüfkriterium A wird lypischerweise als„Binning" bzw. Klassieren am Ende der Solarzellenfertigung bezeichnet. Typischerweise erfolgt die Prüfung unter der Norm STC (25°C/1 Sonne Beleuchtungsintensität). Die elektrische Mindestleistung PMln wird dabei in an sich bekannter Weise gewählt. I nsbesondere liegt es im Rahmen der Erfindung , als PMin 50% , bevorzugt 75% , weiter bevorzugt 90% der durchschnittlich für diesen Solarzellentyp bzw. mit der diesen Typ herstellenden Prozesslinie erzielten Leistung unter Standardbedi ng ungen vorzugeben.
Wesentlich ist, dass zusätzlich in einem Verfahrensschritt c. ein Durchbruchstest durchgeführt wird , indem die Solarzelle mit einer vorgegebenen Durch- bruchs-Spannu ng VDB in R ückwärtsrichtung beaufschlagt wird und gemäß eines Prüfkriteriums C geprüft wird , ob bei Beaufschlagung m it der vorgegebenen Durchbruchsspannung zumindest ein Strom größer oder g leich eines vorgegebenen Mindestdurchbruchsstroms lDB fließt. Die Durchbruchsspannu ng VDB orientiert sich typischerweise an dem in Gleichung ( 1 ) definierten Wert bzw. wie weiter unten erläutert bei dem in Gleichung ( 1 ) definierten Wert, geteilt durch nsb. Typische Werte für die Durchbruchsspannung VDB sind im Fall von Standard-Silizium-Solarzel len (AI-BSF mit Standardprozess für I ndustrieanwendungen} etwa - 1 5 V (bei 24 Zellen je SSring), etwa - 1 2 V (bei 20 Zellen je String) oder -10 V.
Die vorgenannten Kriterien für eine vorzugsweise Wahl der Durchbruchsspannung VQB gehen von einem typischen Szenario aus, bei welchem in der Meh r- zahl der Fälle lediglich eine Solarzelle abgeschattet wird. Muss hingegen davon ausgegangen werden, dass häufig zwei oder mehr Solarzel len abgeschattet werden , so wird vorzugsweise die Durchbruchsspannung VDB mit einem betragsmäßig kleineren Wert verglichen mit den zuvor angegebenen Werten gewählt. In einer vorzugsweisen Ausführungsform werden die vorgenannten Werte um die Anzahl der typischerweise abgeschatteten Solarzellen geteilt . Geht man som it von einer Anzahl nab von bei Au ftreten einer Abschattung typischerweise abgeschatteten Solarzellen aus, bzw. der Anzahl von Solarzellen in einem String , bei deren Abschattung gemäß Vorgabe kein erheblicher Leistungseinbruch erfolgen soll, so orientiert sich die Durchbruchsspannung VDß typischerweise an dem in Gleichung (1 ) definierten Wert, welcher durch nab getei lt wird : VREv/nab. Entsprechend ergeben sich typische Werte bei Standard-Silizium- Solarzellen von - 1 5 \//nsb (bei 24 Zellen je String etwa - 1 2 Vlnab (bei 20 Zellen je String) oder -1 0 V/nai). Hierbei liegt es im Rahmen der Erfindung, hinsichtlich des Durchbruchstests gleichwirkende Kriterien zu verwenden, beispielsweise, dass bei Anstreben einer vorgegebenen Durchbruchspannung sich ergibt, dass die Solarzelle bereits bei geringeren Spannungen ein Stromlimit erreicht. Dadurch ist ebenfalls gewährleistet, dass die tatsächliche Durchbruchspannung der Solarzelle kleiner der vorgegebenen Durchbruchspannung ist, Gleichwirkend ist somit ein Prüfkriterium C\ indem geprüft wird, ob bei Beaufschlagen der Solarzeile mit Spannung in Rückwärtsrichtung bereits bei einer Spannung kleiner einer als maximal definierten Durchbruchspannung VDBilTiax ein vorgegebener Mindestdurchbruch- strom lDB fließt. Dieser orientiert sich vorzugsweise am IMPP des Moduls.
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Qualitätsprüfung weist somit entgegen der vorherrschenden Meinung ein Prüfkriterium auf, dass eine niedrige Durchbruchsspannung gegeben ist, das heißt, dass bei der vorgegebenen Durch- bruchs-Spannung VDB zumindest ein vorgegebener Mindestdll rchbruchsstrom lDB fließt bzw. ein hierzu gleichwirkendes Kriterium.
Die Qualitätsprüfung gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Qualitätsprüfung betrifft somit gerade solche Solarzellen, die bisher als„Ausschuss" ausgesondert und insbesondere nicht in einem Photovoltaikmodul mit standardmäßiger Bypassdiodenverschaltung verwendet wurden. Aufgrund der Erkenntnis des Anmelders, dass überraschenderweise jedoch gerade solche Solarzellen vorteilhaft in einem Solarzellenmodul einsetzbar sind, wie vorhergehend ausgeführt, wird durch das erfindungsgemäße Verfahren eine Qualitätsprüfung bereitgestellt, die den Ausschuss einer Solarzellenproduktionslinie erheblich verringert und/oder die Produktion von Solarzellenmodulen mit einem erheblich verringerten Risiko der Hot-Spot-Bildung bei Teilabschattung und/oder die Produktion günstigerer Photovoltaikmodule aufgrund der Einsparung von Bypassdioden und/oder die Realisierung neuer Moduldesigns, welche nicht durch eine Maximalzahl a Zellen pro String limitiert sind, ermöglicht.
Darüber hinaus entsprechen dem erfindungsgemäßen Ve fahren zur Qualitätsprüfung auch solche Solarzellen, die bisher als aufgrund einer niedrigen Durchbruchspannung nicht rentabel angesehen wurden. Dies betrifft insbesondere Solarzellen aus mg-Si Material und/oder Solarzellen mit einer verglichen zum heutigen Standard höheren Basisdotierung insbesondere bei Verwendung eines multikristallinen Siliziu mwafers zur Herstellung der Solarzelle.
Vorzugsweise wird bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Qualitätsprüfung der Solarzelle daher ein Gütekriterium I zugeordnet, bei Bestehen zumindest der Prüfkriterien A und B und C .
Solarzellen dieses neu geschaffenen Gütekriteriums I ermög lichen somit wie zuvor ausgeführt die Ei nsparung von Bypassdioden , eine erhöhte Leistungsausbeute in einem Solarzellenmodul bei Teilabschattung und/oder die Realisierung neuartiger Moduldesigns, welche n icht durch eine maximale Anzahl an Solarzellen pro String lim itiert sind und/oder die Verwend ung bisher als nicht ei nsetzbar erachteter Materialien, wie beispielsweise u mg-Silizium oder bisher als unwirtschaftlich erachteter hoher Basisdotierungen, insbesondere bei Solarzellen aus multikristallinem Silizium .
Sofern primär die Ausbeute einer Produktionslinie zu r Herstellung von Solarzellen erhöht werden soll, ist es vorteilhaft, die bereits nach bisher geltenden Kriterien verwendbaren Sola rzellen zusätzlich zu den Solarzellen gem äß Gütekriterium I zur Herstellung eines Solarzellenmoduls zu verwenden :
Vorzugsweise wird bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Qualitätsprüfung einer Solarzelle ein Gütekriterium I I zugeordnet, wenn zumindest ei ne der beiden folgenden Beding ungen erfüllt wird:
Bestehen zumindest der Prüfkriterien A und B und C (Gütekriteri um I),
Bestehen zumi ndest der Prüfkriterien A und B und bestehen eines Prüfkriteriums D, wobei in einem Verfahrensschritt d . ein N ichtdurchbruchs- test durchgeführt wird, indem die Solarzelle mit einer Vorgegebenen Nichtdurchbruchsspannung VNOe in Rückwärtsrichtung beaufschlagt wird und gemä ß Prüfkriterium D geprüft wird, ob bei Bea ufschlagung mit der vorgegebenen Nichtdurchbruchsspannung ein Strom kleiner oder gleich eines vorgegebenen Ma ximalstromes lND8 fließt. Das Gütekriterium I! u mfasst somit solche Solarzellen, die auch nach vorbekannten Kriterien zur Qualitätsprüfung bereits zur Verwendung in einem Solarzellenmodul zugelassen wurden. Kriterium D wird bei der industriellen Fertigung häufig als„Rückwärtsstrom -Kriterium" bezeichnet. Dieser Begriff ist gängig, jedoch irreführend, da gemäß Prüfung sbedingungen bei Kriterium D der Strom- fluss nicht in eine„Rückwärtsrichtung" fließt, sondern in die gleiche Richtung wie der Photostrom.
Zusätzlich urnfasst Gütekriterium II jedoch auch die Solarzellen gemäß Gütekriterium 1 wie zuvor ausgeführt, so dass verglichen mit den bisher durchgeführten Qualitätsprüfungen weniger Solarzellen als Ausschuss ausgesondert werden und sich somit die Ausbeute einer Produktionslinie bei der Herstellung von Solarzellen erhöht. Sofern bei der Herstellung eines Solarzellenmoduls mit Solarzellen des Gütekriteriums II in einem String mindestens eine Solarzelle der zweiten Bedingung eingesetzt wird, ist die Anordnung einer Bypassdiode an diesen String in an sich bekannter Weise sinnvoll, um bei Abschattung dieser Solarzellen eine mögliche Hot-Spot-Entwicklung und einen erhöhten Leistungsverlust des Moduls zu vermeiden.
Vorzugsweise ist die Solarzelle bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Qualitätsprüfung zur Anordnung in einem Solarzellenmodul vorgesehen, bei welchem Solarzellenmodul die Solarzellen in Strings mit jeweils einer Anzahl von nSt Solarzellen angeordnet sind. Hierbei sind die Solarzellen vorzugsweise derart gewählt, dass in Verfahrensschritt c der Mindestdurchbruchsstrom lDB größer oder gleich, vorzugsweise gleich dem Strom des Solarzellenmoduls am optimalen Arbeitspunkt des Solarzellenmoduls gewählt wird und/oder
dass die Durchbruchs-Spannung VDB betragsmäßig kleiner oder gleich, vorzugsweise gleich der Summe der Spannungen Vn)pp der nicht verschatteten Solarzellen des Strings am jeweils optimalen Arbeitspu nkt der Solarzellen gewählt wird, bevorzugt den vorgenannten Wert geteilt durch ngb. Hierdurch wird die Abgrenzung des Prüfkriteriums C optimiert. Insbesondere sind die Solarzellen vorzugsweise derart gewählt, dass bei Anliegen einer Spannung V in Rückwärtsrichtung an der Solarzelle, welche Spann ung die Summe der Spann ungen Vmpp am optimalen Arbeitspunkt der verbleibenden Solarzellen im String darstellt, bevorzugt bei Anliegen einer Spannung VDB/nsb in Rückwärtsrichtung an der Solarzelle, mindestens ein Strom fließt, der dem Strom ln)pP des Strings am op- timalen Arbeitspunkt entspricht. Ein alternatives , gleich wirkendes Kriterium ist, dass der vorgenannte St om lmpp bei Beaufschlagen der Solarzelle mit einer Spannung in Rückwärtsrichtung fließt, welche Spannung kleiner oder g leich der vorgenannten Summe der Spannungen Vmpp ist, bevorzugt welche Spannu ng kleiner oder g leich der vorgenannten Sum me der Spannungen Vmpp geteilt durch nab ist.
Weiterhin ist es vorteilhaft, dass in Verfahrenssch ritt b die Grenztem peratur TGR kleiner 300°C, vorzugsweise im Bereich 1 00°C bis 250"C, weiter bevorzugt im Bereich 1 30JC bis 1 80°C gewählt wi rd . Hierdurch wird bei typischen Solarzellenmodulen eine Beschädigung des Solarzellenmoduls durch Temperatureinwirkung vermieden .
Die zuvor erläuterte Erkenntnis des Anmelders widerlegt somit das bisher herrschende Vorurteil, dass Solarzellen mit niedriger Durchbruch Spannung als Aus- schuss auszusondern sind . Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft daher die Verwendung einer photovoltaischen Solarzelle in einem Solarzellenmodul , welche Solarzelle zumindest das Prüfkriterium C gemäß Anspruch 1 , vorzugsweise die Prüfkriterien A und C gemäß Anspruch 1 , weiter bevorzugt Gütekriterium I gemäß Anspruch 2 erfüllt.
Ei n weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindu ng betrifft ein Solarzellenmodul , umfassend eine Mehrzahl elektrisch mitei nander verbundener photovoltaischer Solarzel len , wobei das Solarzellenmodul ausschließlich Solarzellen umfasst, welche Solarzellen das Gütekriterium I gemäß Anspruch 2 und/oder das Gütekriterium I I gemäß Anspruch 3 erfüllen . E in solches Solarzellenmodul weist den Vorteil auf, dass zumindest bei Abschattung der Solarzellen gemä ß Gütekriterium I ein geringerer Leistungsabfall verglichen mit vorbekannten Solarzellenmo- dulen erfolgt.
Vorzugsweise sind die Sola rzellen in Strings angeordnet und m indestens ein String des Solarzellen moduls umfasst ausschließlich Solarzellen , welche das Güterkriterium I gemäß Anspruch 2 erfüllen . H ierdurch erfolgt in diesem String bei Teilabschattung ein geringerer Leistungsabfall verglichen mit vorbekan nten Solarzellenmodulen und es kann zumindest für diesen String auf eine Bypassdi- ode verzichtet werden. I nsbesondere ist es daher vorteilhaft, dass diesem String keine Bypassdiode zugeordnet ist. Hierdurch werden Kosten bei der Modulherstellu ng eingespart.
I n dieser Anmeldung ist der Begriff „String" eines Moduls wie üblich definiert, d . h . typischerweise werden die einer Bypassdiode zugeordneten Solarzellen begrifflich als String zusam mengefasst. Sofern eine U ntermenge der Solarzellen des Moduls, welche Solarzellen der Untermenge in Serie verschaltet sind , keine Bypassdiode zugeordnet ist, ist diese Untermenge analog ebenfalls als String zu bezeichnen . Sofern alle Solarzellen des Moduls in Serie verschaltet sind und das Modul keine Bypassdiode umfasst, weist das Modul somit lediglich einen String auf, welchem String a lle (in Serie verschalteten) Solarzellen des Moduls zugeordnet sind ,
I n einer weiteren vorzugsweisen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Solarzel lenmoduls erfüllen sämtliche Solarzellen des Moduls das Gütekriterium I gemäß Anspruch 2. I n dieser vorteilhaften Ausführungsform weist somit das gesamte Solarzellenmodul die zuvor genannten Vorteile auf. I nsbesondere ist es daher vorteilhaft, dass das Solarzellen modul keine elektrisch mit den Solarzellen verbundene Bypassdiode aufweist bzw. einem hierzu g leich wirkenden Kriterium wie zuvor ausgeführt entspricht. Besonders vorteilhaft ist hierbei , dass keine Notwendigkeit der Anordnung der Solarzellen des Moduls in herkömm lichen Stri ngs besteht. Vorzugsweise sind sämtliche Solarzellen des Moduls elektrisch in Serie verschaltet, so dass neuartige Moduldesig ns nicht limitiert werden .
Die vorliegende Erfindung erlaubt somit das Erstellen von Solarzellenmodulen , bei denen gegenüber den vorbekannten Modulbauweisen Bypassdioden eingespart werden können oder sogar vollständig auf Bypassdioden verzichtet werden kann . Aufgrund der geringen Du rchbruchspannu ng wird bei Solarmodulen gemäß der erfindungsgem äßen Lehre stets eine Beschädigung des Modu ls aufg rund hoher lokaler Ströme und entsprechend hoher lokaler Wärmeentwicklung (so genannte„HotSpots") verm ieden. Darüber hinaus wird in typischen Fällen ein Leistungsverlust bei Teilabschattung vermieden. Es liegt daher im Rahmen der Erfindung , Solarzel len gemäß der erfindungsgemä ßen Lehre m it Bypassdioden in einem Stri ng zu kombinieren , um f r vorgegebene typische Abschat- tungsszenarien einen mög lichst geringen Leistungsverlust zu erzielen . Besonders vorteilhaft ist jedoch, mehrere Solarzellen oder vorzugsweise alle Solarzel- len des Strings gemäß der erfindungsgemäßen Lehre auszuführen, um auch ohne Verwendung einer Bypassdiode bei Teilabschattu ng auch von mehreren Solarzellen einen möglichst geringen Leistungsverlust zu erzielen .
Wie zuvor ausgeführt, widerlegt die der Erfindung zug runde liegende Erkenntnis des Anmelders das Vorurteil , class Solarzellen mit niedriger Durchbruchspan- nung als Ausschuss auszusondern sind . Vielmehr ist es sogar vorteilhaft, Solarzellen insbesondere gem äß Gütekriterium I in einem Solarzellenmodul zu verwenden , da die Leistungsausbeute bei Teilabschattung erhöht und die Gefahr von Hot-Spots verringert wird, f n einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird daher ein Verfahren zur Herstellung einer photovoltaischen Solarzel le vorgeschlagen, umfassend das Bereitstellen mindestens eines Basisbereichs mit einer Basisdotierkonzentration und mindestens eines Emitterbereichs, derart, dass ein pn- und/oder pin-Übergangs zwischen Basis- und Emitterbereich ausgebildet wird . Wesentlich ist, dass zum indest die Basisdotierkonzentration derart gewählt wird , dass die Solarzelle das Gütekriterium I gemäß Anspruch 2 erfüllt.
Durch Anpassu ng und durch geeignete Wahl zum indest der Basisdotierkonzentration kann somit bei typischen , vorbekannten Solarzellenstrukturen die elektrische Eigenschaft der Solarzel le verändert werden , so dass die Solarzelle Gütekriteri um I erfüllt. Dies wird typischerweise dadurch erreicht, dass ausgehend von einer an sich bekannten Solarzellenstruktur die Basisdotierkonzentration erhöht wird , derart, dass Gütekriterium I erfüllt wird . Dies ist insbesondere bei Siliziumsolarzellen und hierbei i nsbesondere bei so genannten„bulk"- Solarzellen , d . h . Solarzellen , welche ausgehend von einem Siliziu msubstrat hergestellt werden , vorteilhaft.
U ntersuchungen des Anmelders haben ergeben, dass insbesondere bei Solarzellen basierend auf einem Halbleitersubstrat ausgehend von einem m ultikristallinen Siliziumwafer das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung einer photovoltaischen Solarzel le vorteilhaft ist. Da insbesondere bei multikristallinem Silizium und typischer vorbekannter Solarzellenstrukturen eine Erhöh ung der Basiskonzentration derart wählbar ist, dass die Solarzelle das Gütekriterium I erfüllt. Weiterhin ergaben U ntersuchungen des Anmelders, dass insbesondere die Verwendung von umg-Silizium zur Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Herstellung einer photovoltaischen Solarzelle geeignet ist, da auch bei diesem Material durch geeignete Wahl der Basisdotierkonzentration ein erfüllen des Gütekriterium 1 erzielt wird.
Vorzugsweise ist das erfindungsgemäße Herstellungsverfahren einer photovoltaischen Solarzelle daher gem äß eines an sich bekannten Verfahrens zur Herstellung einer photovoltaischen Solarzelle ausgebildet, wobei zum indest die Basis m it einem Vergleich u dem vorbekannten Verfa hren höheren Basisdotierkonzentration ausgebildet wird , derart, dass die Solarzelle Gütekriterium I erfüllt.
Vorzugsweise wird die Basisdotierung derart gewählt, dass die Basis einen Basiswiderstand < 0 , 8 Ohmcm , wie im Anspruch 14, bevorzugt < 0,7 Ohmcm , weiter bevorzugt < 0, 5 Ohmcm aufweist.
Vorgenannte Werte sind insbesondere bei der Ausbildung der Solarzelle ausgehend von einem multikristallinen Siliziumwafer vorteilhaft.

Claims

Ansprüche
1 . Verfahren zur Qualitätsprüfung einer photovoltaischen Solarzelle,
folgende Verfahrensschritte umfassend:
a. Durchführen eines Leistungstests, indem die Solarzelle mit Licht beaufschlagt wird und gemäß eines Prüfkriteriums A geprüft wird , ob zumindest eine vorgegebene elektrische Mindestleistung PMin abgreifbar ist, b. Durchführen eines H itzeentwicklungstests, indem d ie Solarzelle mit einer vorgegebenen Hitzeentwicklungs-Spann ung VHE in Rückwärtsrichtung beaufschlagt wird oder die Solarzelle derart mit Spannung in Rückwärtsrichtung beaufschlagt wi rd , dass ein vorgegebener Hitzeentwicklu gs- St om lHE fließt, und indem gemäß eines Prüfkriteriums B geprüft wird, ob die Solarzellen Oberfläche ei ne vorgegebene Grenztemperatur TGR nicht übersteigt oder gemäß eines theoretischen Voraussagemodells bei Einstellen eines Wärmegleichgewichts nicht übersteigen würde , dad urch gekennzeichnet,
dass zusätzlich in einem Verfahrensschritt c. ein Durchbruchstest durchgeführt wird , indem die Solarzelle mit einer vorgegebenen Durchbruchs- Spannu ng VDe in Rückwärtsrichtung beaufschlagt wird und gemäß ei nes Prüfkriteriu ms C geprüft wird , ob bei Beaufschlagung mit der vorgegebenen Durchbruchsspannung zum indest ein Strom größer oder gleich eines vorgegebenen Mindestdu rchbruchsstroms lDB fließt und/oder geprüft wird , ob bei Bea ufschlagen der Solarzelle mit Spann ung in Rückwärtsrichtung bereits bei einer Spann ung kleiner eine als maximal definierten Durch- bruchspannung l/Dß ms < ein vorgegebener Mindestdurchbruchstrom lDB fließt.
2. Verfahren nach Anspruch 1 ,
dadurch gekennzeichnet,
dass ein Gütekriterium I der Sola rzelle zugeordnet wird bei Bestehen zu- mindest der Prüfkriterien Λ und B und C.
3. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass ein Gütekriterium II der Solarzelle zugeordnet wird, wenn zumindest eine der beiden folgenden Bedingungen erfüllt wird;
Bestehen zumindest der Prüfkriterien A und B und C,
Bestehen zumindest der Prüfkriterien A und B und bestehen eines Prüfkriteriums D, wobei in einem Verfahrensschritt d. ein Nicht- d urchbruchstest durchgeführt wird, indem die Solarzelle mit einer Vorgegebenen Nichtdurchbruchsspannung VNDB in Rückwärtsrichtung beaufschlagt wird und gemäß Prüfkriterium D geprüft wird, ob bei Beaufschlagung mit der vorgegebenen Nichtdurchbruchsspannung ein Strom kleiner oder gleich eines vorgegebenen Maximalstromes /,VDß fließt. , Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche,
dadurch gekennzeich net,
dass die Solarzelle zu r Anordn ung in einem Solarzellenmodul vorgesehen ist, bei welchem Solarzellenmodul die Solarzellen in Strings mit jeweils einer Anzahl von /?Sf Solarzellen angeordnet werden und dass in Verfahrensschritt c der Mindestdurchbruchsstrom l0B größer oder gleich, vorzugsweise gleich dem Strom des Solarzellenmoduls am optimalen Arbeitspunkt gewählt wird
und/oder
dass die Durchbruchs-Spannung VD8 betragsmäßig kleiner oder gleich, vorzugsweise gleich der Summe der Spannungen Vmpp der Solarzellen des Strings am jeweils optimalen Arbeitspunkt der Solarzellen gewählt wird, bevorzugt, dass die Durchbruchs-Spannung VDB betragsmäßig kleiner oder gleich, vorzugsweise gleich der Summe der Spannungen Vmpp der Solarzellen des Strings am jeweils optimalen Arbeitspunkt der Solarzellen multipliziert mit einem Faktor Mnab gewählt wird, wobei nab die Anzahl der bei typischer Verwendung unf Auftreten einer Abschattung typischerweise abgeschatteten Solarzellen eines Strings angibt oder die Anzahl abgeschatteter Solarzellen in einem String , bei deren Abschattung ein Leistungsverlust bei Verwendung gemäß Vorgabe vermieden werden soll .
5. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
class in Verfa hrensschritt b die Grenztemperatur TGR kleiner 300°C, vorzugsweise im Bereich 1 00°C bis 250°C , weiter bevorzugt im Bereich 1 30°C bis 180°C gewählt wird.
6. Verwendung einer photovoltaischen Solarzel le in eine m Solarzellenmodul ,
welche Solarzelle zumindest das Prüfkriterium C gemäß Anspruch 1 , vorzugsweise die Prüfkriterien A und C gemäß Anspruch 1 , weiter bevorzugt
Gütekriterium I gemäß Anspruch 2 erfüllt.
7. Solarzellen modul ,
umfassend eine Mehrzahl elektrisch miteinander verbundener photovolta- ischer Solarzellen ,
dadurch gekennzeichnet,
dass das Sola rzellenmodul ausschließlich Sola rzellen umfasst, welche Solarzellen das Gütekriterium I gemäß Anspruch 2 und/oder das Gütekriterium I I gemäß Anspruch 3 erfüllen ,
8. Soiarzellenmodul nach Anspruch 7,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Sola rzellen in Sti ings angeordnet sind und mindestens ein String des Solarzellenmoduls ausschließlich Solarzellen umfasst, welche das Gütekriterium I gemäß Anspruch 2 erfüllen, vorzug sweise,
dass diesem String keine Bypassdiode zugeordnet ist .
9. Soiarzellenmodul nach einem der Ansprüche 7 bis 8,
dadurch gekennzeichnet.
class sämtliche Solarzellen des Mod uls das Güterkriterium I gemäß Anspruch 2 erfüllen , vorzugsweise,
dass das Soia rzellen modul keine elektrisch mit den Solarzellen verbun- dene Bypassdiode aufweist. 0. Verfahren zur Herstellung einer photovoltaischen Solarzelle ,
umfassend das Bereitstellen mindestens eines Basisbereichs mit einer Basisdotierkonzen trat ion und m indestens eines Em itterbereichs , derart, dass ein pn- und/oder pin-Ü bergangs zwischen Basis- und E m itterbereich ausgebildet wird ,
dadurch gekennzeichnet ,
dass die Basisdotierkonzentration derart gewählt wird, dass die Solarzelle das Gütekriterium I gemä ß Anspruch 2 erfüllt. 1 . Verfahren nach Anspruch 1 0,
dadurch gekennzeichnet.
dass das Herstellungsverfahren grundsätzlich gemäß eines an sich bekannten Verfahrens zur Herstellung einer photovoltaischen Solarzelle ausgebildet ist,
wobei zu mindest die Basis m it einer im Vergleich zu dem vorbekannten Verfahren höheren Basisdotierkonzentration ausgebildet wird . 2. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche 1 0 bis 1 1 , dadurch gekennzeichnet,
dass zumindest die Basis in einem Siliziumsubstrat ausgebildet wird , vorzugsweise dass Basis und Emitter in dem Siliziumsubstrat ausgebildet werden 3. Verfahren nach Anspruch 1 2 ,
dadurch gekennzeichnet,
dass das Siliziu msubstrat ein m ultikristalliner Siliziumwafer ist. 4. Verfahren nach Anspruch 1 3,
dadurch geken nzeichnet,
dass die Basisdotierung kleiner 0, 8 Ohmcm , bevorzugt kleiner 0,7
Ohrncm, weiter bevorzugt kleiner 0, 5 Ohmcm ausgebildet wird.
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