WO2016150878A1 - Photovoltaische solarzelle - Google Patents

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WO2016150878A1
WO2016150878A1 PCT/EP2016/056044 EP2016056044W WO2016150878A1 WO 2016150878 A1 WO2016150878 A1 WO 2016150878A1 EP 2016056044 W EP2016056044 W EP 2016056044W WO 2016150878 A1 WO2016150878 A1 WO 2016150878A1
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contacting
solar cell
contact
contact fingers
fingers
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Karin Krauß
Fabian Fertig
Ralf Preu
Ulrich JÄGER
Sabrina Werner
Stefan Rein
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    • Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy
    • Y02E10/547—Monocrystalline silicon PV cells

Definitions

  • the invention relates to a photovoltaic solar cell according to the preamble of claim 1.
  • Photovoltaic solar cells are used to convert the energy of incident photons into electrical energy.
  • typical solar cells have a semiconductor layer, an electrically insulating insulating layer and a metallic contacting structure.
  • the photons absorbed in the semiconductor layer generate carrier pairs which are separated at a pn junction.
  • the metallic contacting structure is connected to the p- or to the n-doped region, so that charge carriers can be dissipated.
  • Charge carriers of the region of the semiconductor structure with the opposite doping type are correspondingly dissipated via a further metallic contacting structure or also over a whole-area, rear-side metallization.
  • the insulating layer is arranged between the semiconductor layer and the contacting structure in order, inter alia, to reduce losses due to recombination of the minority carriers at the metal / semiconductor interface and losses resulting therefrom.
  • the insulating layer has a plurality of contacting recesses, at which the contacting structure forms an electrical contact with the semiconductor layer in a contacting region.
  • a doping region by doping the semiconductor layer with a metal, which metal is part of the contacting structure to reduce the minority carrier recombination at the remaining interface between metal and semiconductor in the semiconductor layer at the contacting regions.
  • the metal of the metallic contacting structure for forming so-called local high-doping regions at the contacting regions in the semiconductor layer can be used in a simple manner in the production process of the solar cell, and thus the aforementioned reduction of the minority charge carrier recombination in these regions can be achieved in a cost-effective manner.
  • photovoltaic solar cells are now used in a wide range of applications, so that not always an optimal arrangement with respect to the radiation source, such as the sun, is guaranteed.
  • the invention is therefore based on the object to improve a photovoltaic solar cell with an insulating layer and contacting structure as described above by the efficiency is increased due to an achieved reduction of losses.
  • the present invention is based on the recognition that, especially in the case of solar cells with a contacting structure as described in the introduction, a loss in the contacting structure in the region of the contacting recesses is due to:
  • the metal of the contacting structure is used to create local doping regions at the contacting recesses in the semiconductor layer.
  • this not only results in a local doping of the semiconductor layer through the metal, but also typically semiconductor material is integrated into the metallic contacting structure. This reduces the conductivity of the contacting structure in this area.
  • Investigations have shown that, in particular when the contacting structure is formed using contact fingers known per se, the line resistance of the contact fingers in previously known solar cell structures increases in the area of the contacting recesses due to the semiconductor material embedded in the contact finger such that significant reductions in the value due to the increased electrical line resistance and corresponding ohmic power losses Overall efficiency of the photovoltaic solar cell occur.
  • the photovoltaic solar cell according to the invention leads to avoidance or at least reduction of these losses:
  • the photovoltaic solar cell according to the invention has at least one semiconductor layer, at least one electrically insulating insulating layer and at least one metallic contacting structure.
  • the insulating layer is arranged between the semiconductor layer and the contacting structure.
  • the insulating layer has a plurality of contacting recesses, at which the contacting structure forms an electrical contact with the semiconductor layer in a contacting region.
  • a doping region is formed in each case in the semiconductor layer at least at the contacting regions by doping the semiconductor layer with a metal, which metal is the complete or partial component of the metallic contacting structure.
  • the contacting structure has a plurality of contact fingers, which contact fingers each extend over a plurality of contacting regions and / or along a plurality of contacting regions, the contact fingers having a local cross-sectional area increase at the contacting regions.
  • This embodiment is based on the recognition that there is a need for a contacting structure which covers the above-described local doping regions, which contacting structure is not full-surface metallization, such as, for example, previously known full-area backside metallizations. There is a need for such a contacting structure, which is at least partially transparent to incident photons due to the non-surface coverage of the surface by a metal layer.
  • the contact fingers each extend over a plurality of contacting regions and / or along a plurality of contacting regions, wherein the contact fingers have a local cross-sectional area increase at the contacting regions and / or the contact fingers have electrically parallel conduction structures at the contacting regions which do not overlap the contacting regions.
  • the local increase in the specific line resistance of the contact fingers on the contacting recesses can thus be compensated or at least reduced.
  • the contact fingers on the contacting areas on a widening parallel to the surface of the insulating layer and perpendicular to a longitudinal extension of the contact finger.
  • a local cross-sectional area increase is thus achieved in a simple and, in particular, technically uncomplicated way, by at least local broadening of the contact finger at the contacting areas.
  • the contact fingers are formed overlapping the insulating layer at the contacting areas. This achieves a twofold effect for reducing the aforementioned ohmic power losses:
  • the contact fingers cover the insulating layer in a region surrounding the contacting region.
  • the object on which the invention is based is likewise achieved by the contact fingers at the contacting regions having electrically parallel metallic conductor structures which do not cover the contacting regions.
  • These electrically connected in parallel metallic line structures thus have no or only minor deposits of semiconductor material, since they do not cover the contacting areas. Due to the parallel connection of the area of the contact finger, which covers the contact areas, with the aforementioned electrical metal line structures, increases in the line resistance due to inclusions of semiconductor material are thus compensated or at least reduced by the metallic line structures connected electrically in parallel. It is within the scope of the invention to provide alternatively local cross-sectional area increases or electrically parallel metallic line structures. Likewise, it is within the scope of the invention to provide both local cross-sectional surface elevations and electrically parallel metallic line structures.
  • the electrically parallel connected metallic line structures are preferably designed as local, parallel secondary fingers. These secondary fingers are part of a finger, but extend in the region of the contacting areas parallel to a main branch of the contact finger and spaced therefrom. Before and / or after, preferably before and after the contacting regions, the secondary fingers are electrically conductive and in particular preferably materially connected to the main branch of the contact finger.
  • the main branch does not cover the contacting areas and thus only the secondary fingers cover the contacting areas.
  • the secondary fingers are spaced from the main branch in the region of the contacting regions, so that Even with the production of such a contact finger semiconductor material, which is embedded in the metal of the secondary fingers, not or only slightly - due to the spatial spacing - can get into the material of the main branch of the contact finger.
  • the Kunststoffels IndustriessausEnglishaires are arranged in pairs, wherein the pair associated KunststoffianssausEnglishept are arranged on opposite sides of the contact finger.
  • a main line or a main branch of the contact finger extends between the pair of contacting recesses, wherein in the region of the contacting recesses the contact finger has a broadening so that it covers at least the contacting recesses.
  • the contact finger thus has a main branch which extends between the two pair of contacting recesses.
  • the main branch of the contact finger has a broadening in the form of side branches or laterally attached extensions which cover at least the contacting recesses.
  • the main branch of the contact finger is thus guided between the contacting recesses on the insulating layer and thus has no or only comparatively slight deposits of semiconductor material in this area and correspondingly no or only a comparatively small increase in the specific electrical line resistance. Due to the overlap of the KunststoffssensausEnglishungen charge carriers are thus brought laterally to the main branch of the contact finger. The total current density in this lateral approach, however, is relatively low, since only the charge carriers from the respective associatedmaschine SammlungsausEnglishept within these areas must be supplied to the main branch of the contact finger. In contrast, the charge carriers of adjacent pairs of contacting recesses flow through the main branch of the contact finger, which, as described above, is not impaired, or only slightly impaired, by deposits of semiconductor material.
  • the contact finger has a local thickness increase at the contacting areas.
  • a local increase in cross-sectional area can be achieved exclusively by increasing the thickness, in order to reduce the ohmic power losses as described above.
  • the contacting structure comprises a plurality of contact fingers and at least one bus bar, wherein the contact fingers are preferably materially connected and electrically conductively connected to the busbar.
  • a busbar in this case represents a partial region of the contacting structure, which collects charge carriers from the plurality of contact fingers and forwards them to a connection, such as a cell connector or a solder pad, for connection to an external circuit or cell connector.
  • the busbar does not cover any contacting areas, i. H. the busbar is electrically connected to the semiconductor structure exclusively via the contact fingers and the contact surfaces covered by the latter. This has the advantage that there is no reduction in the conductivity in the busbar due to the incorporation of semiconductor material.
  • Contact fingers and bus bars can have the structure of a known contact grid, in particular a comb-like or double-comb contact grid.
  • the contact fingers extend parallel and the busbar extends perpendicular to the contact fingers.
  • the contacting structure comprises a plurality of contact fingers, wherein the contact fingers with each other have no metallic electrically conductive connection. An electrically conductive connection of the contact fingers thus exists at most via the semiconductor layer or subsequently by an external circuit or, for example, upon completion of the solar cell module and interconnection of the solar cell with a plurality of adjacent solar cells via additional components.
  • the contact finger can thus be regarded as consisting of a main branch, on which main branch the contacting surfaces are arranged laterally, which preferably extend approximately perpendicular to the main branch of the contact finger.
  • the contact finger covers at least the contacting surfaces, preferably additionally a region of the insulating layer surrounding the contacting surfaces.
  • the contacting surfaces because of their elongated extension and the areas of the contact finger covering these contacting surfaces, can thus be regarded as "micro-fingers", which supply charge carriers to the main branch of the contact finger.
  • the elongated extension of the contacting surfaces offers the possibility of good coverage of the semiconductor layer by contacting surfaces, which additionally reduces losses due to the line resistance in the semiconductor layer, so-called series resistance losses within the semiconductor layer due to shorter flow paths of the majority charge carriers in the semiconductor layer.
  • the contact finger has a cross-sectional area increasing along the elongate extension in the direction of the contact finger, in particular preferably an increasing width, at the contact surfaces with elongated extension .
  • the aforementioned micro-fingers are thus formed in the known form of a "tapered finger.”
  • charge carriers enter the metallization covering the contacting area over the entire contacting area and thus along a current flow direction in the contacting structure
  • a continuous or stepwise quasi-continuous increasing cross-sectional area along this main current direction, thus in the direction of the main branch of the contact finger, thus leads to an optimization in that on the one hand the current density does not rise or only slightly increases due to the increasing cross-sectional area and on the other hand nevertheless the shading of the surface of the solar cell due to the contacting structure can be kept as low as possible.
  • the production methods which, in the case of such contacting structures, result in local doping in the region of the contacting surfaces with a metal, which is a single or partial constituent of the metallization structure, likewise lead to a deposition of semiconductor material in the metallization structure in the region of the contacting surfaces.
  • the contact fingers can thus contain semiconductor material of the semiconductor layer in the contacting region.
  • the above-described contacting structure is particularly suitable for arrangement on the back of the solar cell.
  • the per se known and favored structure of a local contacting through the local recesses in the insulating layer for forming the contacting areas
  • the local high doping in the semiconductor layer in the area of the contacting areas can be maintained and at the same time a bifacial solar cell can be formed:
  • the photovoltaic solar cell according to the invention is thus formed as a bifacial solar cell, so that photons striking the solar cell both from the front side and from the rear side can contribute to the generation of electricity.
  • the contacting structure is advantageously used for contacting a p-doped region:
  • Typical metals for forming the contacting structure are, for example, aluminum.
  • the local high doping can take place in p-doped regions of the solar cell, but not in the oppositely doped regions, the n-doped regions.
  • the contacting structure is used for contacting the base of the solar cell.
  • the contacting structure for contacting the p-doped emitter is correspondingly advantageously used, for example when using a p-doped emitter by means of aluminum.
  • the photovoltaic solar cell is designed as a PERC solar cell.
  • the basic structure of such a solar cell is described in Blakers, et al. (1989): 22.8% efficient Silicon solar cell. In: Appl. Phys. Lett. 55 (13), p. 1363. DOI: 10.1063 / 1 .101596.
  • the local cross-sectional area increase is preferably such that the cross-sectional area in the area of the contacting areas is increased by at least a factor 1, 2, preferably at least a factor 1.5, in particular at least a factor 2, compared to the cross-sectional area of those areas of the contact fingers, which are spaced from the contacting areas in the main current flow direction.
  • the local cross-sectional area increase is preferably designed such that the cross-sectional area in the area of the contacting areas is increased by a factor of at most 10, preferably by a maximum of a factor of 7, in particular by a factor of at most 5, compared to the cross-sectional area of those areas of the contact fingers which come from the contacting areas spaced in the main flow direction.
  • the local cross-sectional surface increase preferably extends at most twice the length of the contact surface in the main current flow direction, preferably at most around the simple length of the contact surface, more preferably at most about half the length of the contact surface.
  • the contact finger or at least one main branch of the contact finger has an elongated extension.
  • the main current flow direction typically runs along this elongated extension.
  • the present invention avoids adverse effects due to embedded semiconductor material in the contact fingers.
  • the contact fingers in the region of the contact surfaces locally deposits of semiconductor material in a concentration greater than 20% wt (weight percent), in particular greater than 12.6% wt .
  • concentrations in the contact fingers arise in particular at an epitaxial growth of a doped region on the semiconductor of a liquid mixed phase of metal and semiconductor, particularly preferably by the metal of the contacting structure.
  • the contacting regions over which and / or along which the contact fingers extend are spaced apart from one another.
  • the distance between the contacting regions is preferably at least 100 ⁇ m, in particular at least 200 ⁇ m, in order to reduce a negative influence due to recombination effects at the contact regions. Optimization between series resistance and recombination effects results in a preferred embodiment, typically at distances of the contacting regions in the range of 100 ⁇ m to 4 mm, in particular in the range of 200 ⁇ m to 3 mm.
  • the impairment of the electrical line qualities due to the incorporation of semiconductor materials results in the process, in particular in the case of contacting structures which contact p-doped semiconductor materials and in particular a p-doped base.
  • the contacting structure for contacting a p-doped region of the solar cell and in particular the base is formed.
  • the contacting structure is preferably arranged on the rear side of the solar cell remote from the radiation source.
  • the present invention is particularly suitable for known per se configurations ofmaschineticiansstru structures, which have a plurality of contact fingers. Therefore, all the contact fingers of the contacting structure preferably extend over a plurality of contacting regions spaced apart from each other and / or along a plurality of contacting regions spaced apart from each other, wherein the contact fingers have a local cross-sectional area increase at the contacting regions and / or the contact fingers have metallic conduction structures electrically connected in parallel at the contacting regions do not cover the contact areas.
  • Figure 1 shows a first embodiment of a photovoltaic solar cell according to the invention, which is designed as a PERC solar cell in perspective view;
  • FIG. 2 shows the contacting structure of the solar cell according to FIG. 1;
  • FIG. 3 shows an alternative contacting structure according to a second embodiment, which comprises micro fingers
  • Figure 4 shows a further alternative embodiment of a Kunststofftechniksstru ktur according to a third embodiment, which has no busbars;
  • Figure 5 shows a fourth embodiment in a sectional view, wherein the cutting plane passes through a contact fingers and
  • FIG. 6 shows a fifth exemplary embodiment, in which the contact fingers have conduction structures which are electrically connected in parallel at the contacting regions and which do not cover the contacting regions.
  • FIG. 1 shows a first exemplary embodiment of a photovoltaic solar cell according to the invention, which has a PERC structure:
  • the solar cell has a semiconductor layer 1, which is formed as a p-doped silicon wafer.
  • the rear side of the solar cell is overhead and the bottom side of the solar cell is shown correspondingly.
  • an n-doped emitter 2 is formed at the front of the solar cell.
  • an antireflection layer 3 is additionally arranged on the front side, which is formed as a dielectric layer and is thus additionally electrically insulating.
  • a per se known metallic front-side contact lattice Arranged on the antireflection layer 3 is a per se known metallic front-side contact lattice, which penetrates the antireflection layer 3 in certain areas in order to form an electrically conductive connection with the emitter 2 in a manner known per se.
  • an electrically insulating insulating layer 4 is arranged, which is presently designed as a silicon nitride layer.
  • a contacting structure 5 is arranged, which thus represents a metallic scrubtime impartados für the solar cell of Figure 1.
  • the insulation layer 3 has a plurality of contact recesses (for example contacting recess 6).
  • The- The plurality of KunststofftechniksausEnglishept is generated for example by means of local laser ablation of the insulating layer.
  • the contacting structure 5 penetrates the insulating layer 4 and forms with the semiconductor layer 1 an electrically conductive contact for contacting the p-doped base of the photovoltaic solar cell.
  • semiconductor material of the semiconductor layer 1 in the region of the contacting recesses 6 is caused to melt in metal during the cooling process of the contact firing, the triggered semiconductor material recrystallizes on the semiconductor layer 1 and is thus doped by means of the metal, in the present case aluminum in that, on the one hand, metal of the contacting structure 5 is present as dopant in the semiconductor layer 1 and thus local doping regions 7 are formed.
  • semiconductor material is also embedded in the contacting structure in the region of the contacting recesses.
  • the contacting structure is made of aluminum, so that correspondingly the doping regions 7 represent aluminum-doped and thus p-doped doping regions.
  • the doping of these regions is higher than the basic doping of the base of the semiconductor layer 1, so that the doping regions 7 represent local p-highly doped regions (also referred to as p ++ ).
  • FIG. 2 shows the contacting structure 5 of the solar cell according to FIG. 1.
  • FIGS. 2 to 4 and 6 detail enlargements of local cross-sectional surface elevations of the contacting structures are shown.
  • the contacting structure 5 shown in FIG. 2 has a bus bar 8 and a plurality of contact fingers, three contact fingers 9 being shown in the present case.
  • the contact fingers each extend over a plurality of contacting regions 10 spaced apart from one another with a spacing of 500 ⁇ m in the present case:
  • the contact finger 9 penetrates the insulating layer 4 and thus forms an electrical contact with the semiconductor layer 1 in this region.
  • a contacting surface 11 in the contacting region 10 at which contacting surface 11 the contacting structure 5 and the semiconductor layer 1 directly adjoin one another and form an electrical contact.
  • the contact fingers 9 each have a local broadening parallel to the surface of the insulating layer 4 at the contacting regions 10.
  • the local cross-sectional surface increase is thus a cross-sectional area increase of the contact finger 9 in the region of the contacting surface 11 with respect to the cross-sectional area of the contact finger in the course before and after the contacting surface 11.
  • the cross-sectional area is present in the region of the contacting surface (region "A1") with a factor of about 1, 7, compared to the cross-sectional area in front of and behind the contacting surface (positions "A2" and “A3").)
  • the fingers have present in the area outside the contact surfaces (outside the cross-sectional area increase) has a width of about 300 ⁇ , preferably this width is approximately in the range (100 ⁇ to 500 ⁇ .)
  • the fingers In the area of the contacting surfaces (in the region of the cross-sectional area increase) the fingers have a width here about 500 ⁇ .
  • the cross-sectional area increase is limited to approximately the area of the contacting surface.
  • the cross-sectional area increase may extend slightly in front of and behind the contacting area, but preferably less than half the length of the contacting area.
  • the term "length" refers to the extent of the contacting surface in the main flow direction. Since the widening is formed larger than the width of the contacting surface 1 1, the contact finger 9 is thus formed on the contacting regions 10, the insulating layer 4 overlapping. In particular, the contact finger overlaps in each case the insulating layer 4 in a region surrounding the contacting surface 11, ie in the present case, in plan view from above, the contacting surface 11 is encircled by an area of the contact finger 9 overlapping the insulating layer 4. The contact fingers 9 thus cover the contacting regions 10 and thus also the contact surfaces 11.
  • the current flow in the contacting structure 5 takes place in the direction of the busbar 8, which is electrically connected, for example when a solar cell module is formed via cell connectors, to an adjacent solar cell.
  • the current flow according to Figure 2 thus takes place from right to left.
  • the specific electrical conduction resistance of the contact finger 9 is increased, since in this region semiconductor material of the semiconductor layer 1 is embedded in the contact finger. Due to the increase in cross-sectional area, in this case due to the broadening of the contact finger in the contacting area, this increase in the specific line resistance is however compensated.
  • the edge regions of the contact finger 9, which enclose the contacting region 10 have no or only a slight concentration of the semiconductor material, so that there is correspondingly no or only a slight increase in the line resistance.
  • Figure 3 shows an alternative embodiment of a contacting structure 5 'with according to an alternative embodiment and arrangement of contacting recesses and contacting surfaces 1 1' according to a second embodiment.
  • the contacting structure 5 'according to FIG. 3 can have the contacting structure in the case of correspondingly adapted contacting recesses 6 Replace 5 in Figure 1, ie, the contacting structure 5 'is advantageously used as mulch suitss Quilt a bifacially formed PERC solar cell.
  • the contact fingers 9 'of the contacting structure 5' according to FIG. 3 have a main branch 12, from which micro-fingers 13 extend, as indicated in the detail enlargement.
  • the ikrofinger 13 extend perpendicular to the elongated main extension direction of the main branch 12 of the contact finger 9 '.
  • the contacting surfaces 1 1 ' have an elongated extent and are arranged perpendicular to the longitudinal extension of the main branch 12 of the contact finger 9'.
  • the microfians 13 cover the contacting surfaces 1 1 'completely and also overlap circumferentially around the contacting surfaces 1 1' the insulation layer.
  • the current flow is perpendicular to the main branch 12 and toward the main branch 12.
  • the contact fingers 9 'thus have at the contacting surfaces 1 1' each local cross-sectional area increases, which are presently formed by the micro fingers 13 and thus by local broadening (in the direction of the main branch 12).
  • the cross-sectional area increases in the present case by a pair of microfiners with a factor of about 3.
  • the increase in the cross-sectional area with a factor in the range 2 to 5.
  • the main branch 12 covers no contacting surface 1 1 ', so that no or only a slight concentration of semiconductor material is embedded in the main branch 12 and thus the current flow in the main branch 12 in the direction of the busbar 5' not or only slightly by increasing the Line resistance is impaired due to storage of semiconductor material.
  • FIG. 4 shows a further exemplary embodiment of a contacting structure 5 ", which can likewise be used to back contact a solar cell analogously to the illustration in FIG. 1.
  • the dimensioning of the local cross-sectional increase can be carried out analogously to the exemplary embodiment according to FIG.
  • This contacting structure 5 "has the special feature that the solar cell has no electrical lines for connecting the individual contact fingers 9" to one another:
  • the contacting structure 5 has a plurality of contact fingers 9", which each extend along a plurality of contacting surfaces 11 "with a main branch of the finger.
  • the contacting surfaces 11" are arranged in pairs, as in FIG The cut-out enlargement shows a contact finger 9 "with a pair of contacting surfaces 11" lying opposite the main branch 12 It is also within the scope of the invention to form a pair of contacting surfaces in each case continuously as a contacting surface, which in this case thus also extends below the main branch of the contact finger.
  • the contacting structure 5 " also has microfineers 13 ':
  • microfins 13 " are arranged laterally on the main branch 12" of the contact finger 9 "and completely cover the contacting surfaces 11".
  • the micro-fingers 13 ' are formed as tapered fingers by increasing the width of the micro-fingers 13' in the direction of the main branch 12 ".
  • the width of the micro-fingers 13 'in the direction of the main branch 12 increases in each case.
  • the contact fingers 9 When the solar cell is connected in a solar cell module, the contact fingers 9 "are electrically conductively connected to one another via external components and / or with contact fingers 9" of adjacent solar cells. Therefore (and due to the lack of a bus bar structure) the contact fingers 9 "according to FIG. 4 are sometimes referred to in the literature as busbars.
  • FIG. 5 shows a further exemplary embodiment in which the local cross-sectional area increase is achieved by a local increase in thickness:
  • the exemplary embodiment according to FIG. 5 can be formed based on a solar cell structure according to FIG. 1 and also on a contacting structure in plan view according to FIG. 5 shows a section perpendicular to the insulating layer 4 and extending along and approximately in the middle in a contact finger 9 ''.
  • the local cross-sectional area increase of the contact finger 9 '' is achieved not only by a local broadening according to FIG by an increase in local thickness according to FIG. 5.
  • the local increase in cross-sectional area is achieved exclusively by a local increase in thickness according to FIG.
  • the thickness locally increases by about a factor of 2.
  • a local increase in thickness occurs with a factor in the range of 1.2 to 4.
  • FIG. 6 shows a fifth exemplary embodiment in which contact fingers are formed with electrically connected metallic line structures:
  • the contacting structure shown in partial representation in FIG. 6 can also be used for contacting a PERC solar cell according to FIG.
  • a plurality of contact fingers 9 "" extend from a busbar 8 "'.
  • these contact fingers 9"" haveso-called” secondary fingers ":
  • a main branch 12' is centrally located”
  • secondary fingers 14a and 14b are arranged parallel to the main branch, which are spaced apart from the main branch 12" in the region of the contacting regions 10, ie there is no electrically conductive one in these regions Only between the contacting areas are the secondary fingers 14a and 14b electrically connected to the main branch 12 "by metallic webs.
  • two such webs are identified by the reference numeral 15 in the enlarged detail.
  • the width of the secondary fingers is presently about 75% of the width of the main branch.
  • the main branch has a width of about 200 ⁇ m.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine photovoltaische Solarzelle, mit mindestens einer Halbleiterschicht, mindestens einer elektrisch isolierenden Isolierungsschicht und mindestens einer metallischen Kontaktierungsstruktur, wobei die Isolierungsschicht zwischen Halbleiterschicht und Kontaktierungsstruktur angeordnet ist und die Isolierungsschicht eine Mehrzahl von Kontaktierungsausnehmungen aufweist, an welchen die Kontaktierungsstruktur mit der Halbleiterschicht in einem Kontaktierungsbereich einen elektrischen Kontakt ausbildet und wobei in der Halbleiterschicht zumindest an den Kontaktierungsbereichen jeweils ein Dotierbereich durch Dotieren der Halbleitschicht mit einem Metall ausgebildet ist, aus welchem Metall die Kontaktierungsstruktur zumindest teilweise ausgebildet ist. Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Kontaktierungsstruktur eine Mehrzahl von Kontaktfingern aufweist, welche Kontaktfinger sich jeweils über mehrere Kontaktierungsbereiche und/oder entlang mehrerer Kontaktierungsbereiche erstrecken, wobei die Kontaktfinger an den Kontaktierungsbereichen eine lokale Querschnittsflächenerhöhung aufweisen.

Description

Photovoltaische Solarzelle
Beschreibung
Die Erfindung betrifft eine photovoltaische Solarzelle gemäß Oberbegriff des Anspruchs 1 .
Photovoltaische Solarzellen dienen zum Umwandeln der Energie einfallender Photonen in elektrische Energie. Hierzu weisen typische Solarzellen eine Halbleiterschicht, eine elektrisch isolierende Isolierungsschicht sowie eine metallische Kontaktierungsstruktur auf.
Die in der Halbleiterschicht absorbierten Photonen erzeugen Ladungsträgerpaare, welche an einem pn-Übergang getrennt werden. Die metallische Kontaktierungsstruktur ist mit dem p- oder mit dem n-dotierten Bereich verbunden, so dass Ladungsträger abgeführt werden können. Über eine weitere metallische Kontaktierungsstruktur oder auch über eine ganzflächige, rückseitige Metallisierung werden entsprechend Ladungsträger des Bereiches der Halbleiterstruktur mit dem entgegengesetzten Dotierungstyp abgeführt.
Die Isolierungsschicht ist zwischen Halbleiterschicht und Kontaktierungsstruktur angeordnet, um unter anderem Verluste aufgrund von Rekombination der Minoritätsladungsträger an der Metall/Halbleiter-Grenzfläche und hieraus resultierende Verluste zu verringern. Die Isolierungsschicht weist eine Mehrzahl von Kontaktierungsausnehmungen auf, an welchen die Kontaktierungsstruktur mit der Halbleiterschicht in einem Kontaktierungsbereich einen elektrischen Kontakt ausbildet.
Weiterhin ist es bekannt, zur Verringerung der Minoritätsladungsträgerrekombination an der verbleibenden Grenzfläche zwischen Metall und Halbleiter in der Halbleiterschicht an den Kontaktierungsbereichen jeweils einen Dotierbereich durch Dotieren der Halbleiterschicht mit einem Metall vorzusehen, welches Metall Bestandteil der Kontaktierungsstruktur ist. Hierdurch kann in einfacher Weise im Herstellungsprozess der Solarzelle das Metall der metallischen Kontaktierungsstruktur zum Ausbilden so genannter lokalen Hochdotierungsbereiche an den Kontaktierungsbereichen in der Halbleiterschicht verwendet werden und so in kostengünstiger Weise die vorgenannte Reduzierung der Minoritätsladungsträgerrekombination in diesen Bereichen erzielt werden.
Trotz der Erfolge hinsichtlich der Verringerung der Herstellungskosten und/oder Erhöhung des Wirkungsgrades von photovoltaischen Solarzellen besteht auf dem Markt weiterhin ein hoher Kostendruck. Darüber hinaus finden photovoltaische Solarzellen inzwischen in breit gefächerten Anwendungen Verwendung, so dass nicht immer eine optimale Anordnung hinsichtlich der Strahlungsquelle, beispielsweise der Sonne, gewährleistet ist.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine photovoltaische Solarzelle mit einer Isolierungsschicht und Kontaktierungsstruktur wie zuvor beschrieben zu verbessern, indem der Wirkungsgrad aufgrund einer erzielten Verringerung von Verlusten erhöht wird.
Gelöst ist diese Aufgabe durch eine photovoltaische Solarzelle gemäß Anspruch 1 . Vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen photovoltaischen Solarzelle finden sich in den Ansprüchen 2 bis 15.
Die vorliegende Erfindung ist in der Erkenntnis begründet, dass speziell bei Solarzellen mit einer Kontaktierungsstruktur wie eingangs beschrieben ein Verlust in der Kontaktierungsstruktur im Bereich der Kontaktierungsausnehmungen begründet ist:
Wie zuvor beschrieben, wird das Metall der Kontaktierungsstruktur verwendet, um lokale Dotierbereiche an den Kontaktierungsausnehmungen in der Halbleiterschicht zu erzeugen. Hierdurch erfolgt jedoch nicht nur eine lokale Dotierung der Halbleiterschicht durch das Metall, ebenso wird typischerweise Halbleitermaterial in die metallische Kontaktierungsstruktur integriert. Hierdurch verringert sich die Leitfähigkeit der Kontaktierungsstruktur in diesem Bereich. Untersuchungen haben gezeigt, dass insbesondere bei Ausbildung der Kontaktierungsstruktur unter Verwendung von an sich bekannten Kontaktfingern der Leitungswiderstand der Kontaktfinger bei vorbekannten Solarzellenstrukturen im Bereich der Kontaktierungsausnehmungen durch das im Kontaktfinger eingelagerte Halbleitermaterial derart ansteigt, dass aufgrund des erhöhten elektrischen Leitungswiderstandes und entsprechender ohmscher Leistungsverluste signifikante Verringerungen des Gesamtwirkungsgrades der photovoltaischen Solarzelle auftreten.
Die erfindungsgemäße photovoltaische Solarzelle führt zu einer Vermeidung oder zumindest Verringerung dieser Verluste:
Die erfindungsgemäße photovoltaische Solarzelle weist mindestens eine Halbleiterschicht, mindestens eine elektrisch isolierende Isolierungsschicht und mindestens eine metallische Kontaktierungsstruktur auf. Die Isolierungsschicht ist zwischen Halbleiterschicht und Kontaktierungsstruktur angeordnet.
Um eine elektrische Kontaktierung der Halbleiterschicht mittels der Kontaktierungsstruktur auszubilden weist die Isolierungsschicht eine Mehrzahl von Kontaktierungsausnehmungen auf, an welchen die Kontaktierungsstruktur mit der Halbleiterschicht in einem Kontaktierungsbereich einen elektrischen Kontakt ausbildet.
Weiterhin ist - wie eingangs beschrieben - in der Halbleiterschicht zumindest an den Kontaktierungsbereichen jeweils ein Dotierbereich durch Dotieren der Halbleiterschicht mit einem Metall ausgebildet, welches Metall vollständiger o- der teilweiser Bestandteil der metallischen Kontaktierungsstruktur ist. Hierdurch können wie eingangs beschrieben Verluste aufgrund von Oberflächenrekombination der Ladungsträger in der Halbleiterschicht an den Kontaktierungsbereichen verringert werden.
Wesentlich ist, dass die Kontaktierungsstruktur eine Mehrzahl von Kontaktfingern aufweist, welche Kontaktfinger sich jeweils über mehrere Kontaktierungs- bereiche und/oder entlang mehrerer Kontaktierungsbereiche erstrecken, wobei die Kontaktfinger an den Kontaktierungsbereichen eine lokale Querschnittsflächenerhöhung aufweisen. Diese Ausgestaltung ist in der Erkenntnis begründet, dass ein Bedarf an einer Kontaktierungsstruktur, welche die zuvor beschriebenen lokalen Dotierbereiche überdeckt, besteht, welche Kontaktierungsstruktur keine vollflächige Metallisierung, wie beispielsweise vorbekannte vollflächige Rückseitenmetallisierungen ist. Es besteht Bedarf an einer solchen Kontaktierungsstruktur, welche aufgrund der nicht ganzflächigen Bedeckung der Oberfläche durch eine Metallschicht zumindest teilweise transparent für einfallende Photonen ist. Mittels einer solchen Kontaktierungsstruktur mit einer Mehrzahl von Kontaktfingern ist somit die Verwendung solch einer Kontaktierungsstruktur an einer bei Verwendung der Solarzelle der Lichtquelle zugewandten Vorderseite der Solarzelle möglich. Ebenso ist die Verwendung an der Rückseite einer Solarzelle möglich, beispielsweise um eine bifaciale photovoltaische Solarzelle auszubilden, wie nachfolgend näher erläutert wird.
Hier ergaben Untersuchungen, dass im Gegensatz zu einer ganzflächigen Metallisierung die Ausbildung der Kontaktierungsstruktur mit einer Mehrzahl von Kontaktfingern jedoch das Risiko der zuvor erwähnten ohmschen Leistungsverluste aufgrund der lokalen Erhöhung des Leitungswiderstandes in den Kontaktfingern birgt.
Bei der erfindungsgemäßen photovoltaischen Solarzelle erstrecken sich die Kontaktfinger jeweils über mehrere Kontaktierungsbereiche und/oder entlang mehrerer Kontaktierungsbereiche, wobei die Kontaktfinger an den Kontaktierungsbereichen eine lokale Querschnittsflächenerhöhung aufweisen und/oder die Kontaktfinger an den Kontaktierungsbereichen elektrisch parallel geschaltete Leitungsstrukturen aufweisen, welche die Kontaktierungsbereiche nicht überdecken.
Durch eine lokale Querschnittsflächenerhöhung kann somit die lokale Erhöhung des spezifischen Leitungswiderstandes der Kontaktfinger an den Kontaktie- rungsausnehmungen kompensiert oder zumindest verringert werden. Im Ergebnis erfolgt durch eine solche Ausbildung der Kontaktfinger mit lokalen Querschnittsflächenerhöhungen an den Kontaktierungsbereichen eine Vermeidung oder zumindest Verringerung der vorgenannten ohmschen Leistungsverluste. Vorzugsweise weisen die Kontaktfinger an den Kontaktierungsbereichen eine Verbreiterung parallel zu der Oberfläche der Isolierungsschicht und senkrecht zu einer Längserstreckung des Kontaktfingers auf.
Hierdurch wird somit in einfacher und insbesondere technisch unaufwändig realisierbarer Weise eine lokale Querschnittsflächenerhöhung durch zumindest lokale Verbreiterung des Kontaktfingers an den Kontaktierungsbereichen erzielt.
Besonders vorteilhaft ist es hierbei, dass die Kontaktfinger an den Kontaktierungsbereichen die Isolierungsschicht überlappend ausgebildet sind. Hierdurch wird ein zweifacher Effekt zur Verringerung der vorgenannten ohmschen Leistungsverluste erzielt:
Einerseits erfolgt durch die Verbreiterung an den Kontaktierungsbereichen eine Querschnittflächenerhöhung, so dass aufgrund der Querschnittsflächenerhöhung der Durchleitungswiderstand im Kontaktfinger sinkt, verglichen mit einem Kontaktfinger ohne Querschnittsflächenerhöhung. Darüber hinaus wird in den Bereichen des Kontaktfingers, welche die Isolierungsschicht überlappen, kein oder nur geringfügig Halbleitermaterial eingelagert, da diese Bereiche nicht oder zumindest nicht unmittelbar im Herstellungsprozess in Kontakt mit der Halbleiterschicht stehen. Im Ergebnis ist somit der spezifische Leitungswiderstand in den Bereichen des Kontaktfingers, welche die Isolierungsschicht überlappen, geringer (aufgrund der geringeren Einlagerung von Halbleitermaterial) gegenüber den Bereichen unmittelbar an oder über den Kontaktierungsflächen (aufgrund der höheren Einlagerung von Halbleitermaterial). Im Ersatzschaltbild kann somit von einer Parallelschaltung eines Kontaktfingerbereiches mit höherem spezifischen Widerstand und geringerem spezifischen Widerstand ausgegangen werden, so dass insgesamt keine oder eine nur geringfügige Erhöhung des Leitungswiderstandes im Kontaktfinger aufgrund der Einlagerung von Halbleitermaterial erfolgt und somit diesbezügliche Wirkungsgradverluste vermieden oder zumindest verringert werden.
In einer besonders vorteilhaften Ausführungsform überdecken hierbei die Kontaktfinger in einem den Kontaktierungsbereich umlaufenden Bereich die Isolierungsschicht. Hierdurch wird einerseits der vorbeschriebene Effekt der Parallelschaltung verstärkt. Darüber hinaus ist bei der Herstellung der Solarzelle eine geringere Prozessierungsgenauigkeit notwendig, da umlaufend um die Kontak- tierungsfläche eine Überlappung der Isolierungsschicht durch den Metallisierungsfinger vorliegt und somit höhere Toleranzen hinsichtlich von Justieru n- genauigkeiten gegeben sind .
Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe wird ebenfalls gelöst, indem d ie Kontaktfinger an den Kontaktierungsbereichen elektrisch parallel geschaltete metallische Leitungsstrukturen aufweisen , welche die Kontaktierungsbereiche nicht überdecken. Diese elektrisch parallel geschalteten metallischen Leitungsstrukturen weisen somit keine oder nur geringfügige Einlagerungen von Halbleitermaterial auf, da sie die Kontaktierungsbereiche nicht überdecken . Aufgrund der Parallelschaltung des Bereiches des Kontaktfingers, welcher d ie Kontaktierungsbereiche überdeckt, mit den vorgenannten elektrischen metallischen Leitungsstrukturen werden Erhöhungen im Leitungswiderstand aufgrund von Einlagerungen von Halbleitermaterial durch die elektrisch parallel geschalteten metallischen Leitungsstrukturen somit kompensiert oder zumindest verringert. Es liegt hierbei im Rahmen der Erfindung , alternativ lokale Querschnittsflächenerhöhungen oder elektrisch parallel geschaltete metallische Leitungsstrukturen vorzusehen . Ebenso liegt es im Rahmen der Erfindung , sowohl lokale Querschnittsflächenerhöhungen , als auch elektrisch parallel geschaltete metallische Leitungsstrukturen vorzusehen .
Die elektrisch parallel geschalteten metallischen Leitungsstrukturen sind vorzugsweise als lokale, parallele Nebenfinger ausgebildet. Diese Nebenfinger sind Bestandteil eines Fingers, verlaufen jedoch im Bereich der Kontaktierungsbereiche parallel zu einem Hauptast des Kontaktfingers und beabstandet zu diesen. Vor und/oder nach, bevorzugt vor und nach den Kontaktierungsbereichen sind die Nebenfinger elektrisch leitend und insbesondere bevorzugt stoffschlüssig mit dem Hauptast des Kontaktfingers verbunden.
Hierbei ist es insbesondere vorteilhaft, wenn der Hauptast die Kontaktierungsbereiche nicht überdeckt und somit led iglich die Nebenfinger die Kontaktierungsbereiche überdecken . Hierdurch ergibt sich einerseits der Vorteil , dass der Stromfluss im Hau ptast nicht oder nur geringfügig durch Einlagerungen von Halbleitermaterial beeinträchtigt wird . Darüber hinaus sind die Nebenfinger im Bereich der Kontaktierungsbereiche von dem Hauptast beabstandet, so dass auch bei Herstellung eines solchen Kontaktfingers Halbleitermaterial, welches im Metall der Nebenfinger eingelagert ist, nicht oder nur geringfügig - aufgrund der räumlichen Beabstandung - in das Material des Hauptastes des Kontaktfingers gelangen kann.
Vorzugsweise sind die Kontaktierungsausnehmungen paarweise angeordnet, wobei die einem Paar zugeordneten Kontaktierungsausnehmungen auf gegenüberliegenden Seiten des Kontaktfingers angeordnet sind.
In dieser vorteilhaften Ausführungsform verläuft somit eine Hauptlinie oder ein Hauptast des Kontaktfingers zwischen dem Paar von Kontaktierungsausnehmungen hindurch, wobei im Bereich der Kontaktierungsausnehmungen der Kontaktfinger eine Verbreiterung aufweist, so dass er zumindest die Kontaktierungsausnehmungen überdeckt.
Der Kontaktfinger weist somit einen Hauptast auf, welcher zwischen den beiden ein Paar bildenden Kontaktierungsausnehmungen hindurch verläuft. Der Hauptast des Kontaktfingers weist im Bereich der Kontaktierungsausnehmungen eine Verbreiterung in Form von Seitenästen oder seitlich angefügten Erweiterungen auf, welche zumindest die Kontaktierungsausnehmungen überdecken.
Der Hauptast des Kontaktfingers ist somit zwischen den Kontaktierungsausnehmungen auf der Isolierungsschicht geführt und weist somit in diesem Bereich keine oder nur vergleichsweise geringfügige Einlagerungen von Halbleitermaterial und entsprechend keine oder nur eine vergleichsweise geringe Erhöhung des spezifischen elektrischen Leitungswiderstandes auf. Aufgrund der Überdeckung der Kontaktierungsausnehmungen werden somit Ladungsträger seitlich an den Hauptast des Kontaktfingers herangeführt. Die Gesamtstromdichte bei dieser seitlichen Heranführung ist jedoch vergleichsweise gering, da lediglich die Ladungsträger aus den jeweils zugeordneten Kontaktierungsausnehmungen innerhalb dieser Bereiche dem Hauptast des Kontaktfingers zugeführt werden müssen. Die Ladungsträger von benachbarten Paaren von Kontaktierungsausnehmungen fließen hingegen durch den Hauptast des Kontaktfingers, welcher wie zuvor beschrieben nicht oder nur geringfügig durch Einlagerungen von Halbleitermaterial beeinträchtigt ist. Alternativ und/oder zusätzlich zur Ausbildung einer lokalen Querschnittsflächenerhöhung durch lokale Verbreiterung des Kontaktfingers weist der Kontaktfinger an den Kontaktierungsbereichen eine lokale Dickenerhöhung auf. Hierbei kann bei konstanter Breite ausschließlich durch eine Dickenerhöhung eine lokale Querschnittsflächenerhöhung erzielt werden, um die ohmschen Leistungsverluste wie zuvor beschrieben zu verringern.
Ebenso kann durch eine Kombination von Verbreiterung und Dickenerhöhung eine vergleichsweise stärkere Querschnittsflächenerhöhung und entsprechend stärkere Verringerung des Durchleitungswiderstandes erzielt werden.
Vorzugsweise umfasst die Kontaktierungsstruktur eine Mehrzahl von Kontaktfingern und mindestens einen Busbar, wobei die Kontaktfinger bevorzugt stoffschlüssig und elektrisch leitend mit dem Busbar verbunden sind.
Ein Busbar stellt hierbei einen Teilbereich der Kontaktierungsstruktur dar, welcher Ladungsträger von der Mehrzahl von Kontaktfingern einsammelt und zu einem Anschluss wie beispielsweise einem Zellverbinder oder einem Lötpad zum Verbinden mit einem externen Stromkreis bzw. Zellverbinder weiterleitet.
Vorzugsweise überdeckt der Busbar keine Kontaktierungsbereiche, d. h. der Busbar ist ausschließlich über die Kontaktfinger und die von diesem überdeckten Kontaktflächen elektrisch leitend mit der Halbleiterstruktur verbunden. Hierdurch ergibt sich der Vorteil, dass keine Verringerung der Leitfähigkeit im Busbar aufgrund der Einlagerung von Halbleitermaterial erfolgt.
Kontaktfinger und Busbar können die Struktur an sich bekannter Kontaktie- rungsgitter aufweisen, insbesondere kammartiger oder doppelkammartiger Kontaktgitter. Vorzugsweise erstrecken sich die Kontaktfinger parallel und der Busbar erstreckt sich senkrecht zu den Kontaktfingern. Hierdurch kann somit hinsichtlich Busbar und Kontaktfinger (bzw. hinsichtlich Busbar und Hauptast der Kontaktfinger bei einer bevorzugten Ausgestaltung wie zuvor beschrieben) auf an sich bekannte Geometrien und Herstellungsmethoden im Wesentlichen zurückgegriffen werden. In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform umfasst die Kontaktierungs- struktur eine Mehrzahl von Kontaktfingern, wobei die Kontaktfinger untereinander keine metallisch elektrisch leitende Verbindung aufweisen. Eine elektrisch leitende Verbindung der Kontaktfinger besteht somit allenfalls über die Halbleiterschicht oder über nachträglich durch einen externen Stromkreis oder beispielsweise bei Fertigstellung des Solarzellenmoduls und Verschaltung der Solarzelle mit mehreren benachbarten Solarzellen über zusätzliche Komponenten.
Hierdurch ergibt sich eine kostengünstige Herstellung, da keine Busbars als Bestandteil der Solarzelle, welche Kontaktfinger verbinden, ausgebildet werden.
Bevorzugt weist zumindest eine Teilmenge der Kontaktierungsflächen, insbesondere bevorzugt alle Kontaktierungsflächen eine längliche Streckung auf, wobei die Kontaktierungsflächen senkrecht zu einer Längserstreckung des Kontaktfingers angeordnet sind. Bei dieser vorteilhaften Ausgestaltung kann der Kontaktfinger somit als aus einem Hauptast bestehend angesehen werden, an welchem Hauptast seitlich die Kontaktierungsflächen angeordnet sind, welche sich bevorzugt in etwa senkrecht zu dem Hauptast des Kontaktfingers erstrecken. Auch hier überdeckt der Kontaktfinger zumindest die Kontaktierungsflächen, vorzugsweise zusätzlich einen die Kontaktierungsflächen umgebenden Bereich der Isolierungsschicht. Hinsichtlich der elektrischen Leitungswege können die Kontaktierungsflächen aufgrund ihrer länglichen Erstreckung und die diese Kontaktierungsflächen bedeckenden Bereiche des Kontaktfingers somit als„MikroFinger" angesehen werden, welche Ladungsträger dem Hauptast des Kontaktfingers zuführen.
Hierdurch ergibt sich der bereits zuvor ausgeführte Vorteil, dass in dem Hauptast des Kontaktfingers kein oder nur eine geringfügige Erhöhung des Leitungswiderstandes aufgrund einer Einlagerung von Halbleitermaterial erfolgt. Darüber hinaus bietet die längliche Erstreckung der Kontaktierungsflächen die Möglichkeit einer guten Abdeckung der Halbleiterschicht durch Kontaktierungsflächen, womit zusätzlich Verluste aufgrund des Leitungswiderstandes in der Halbleiterschicht, so genannte Serienwiderstandsverluste innerhalb der Halbleiterschicht aufgrund kürzerer Flusswege der Majoritätsladungsträger in der Halbleiterschicht verringert werden.
g Eine weitere Verringerung von ohmschen Leistungsverlusten in der Kontaktie- rungsstruktur wird hierbei in einer weiter bevorzugten Ausführungsform erzielt, bei welcher der Kontaktfinger an den Kontaktierungsflächen mit länglicher Er- streckung eine entlang der länglichen Erstreckung in Richtung des Kontaktfingers zunehmende Querschnittsfläche, insbesondere bevorzugt eine zunehmende Breite aufweist. Die vorgenannten Mikro-Finger sind somit in der an sich bekannten Form eines„tapered finger" ausgebildet. Hierbei wird berücksichtigt, dass über die gesamte Kontaktierungsfläche Ladungsträger in die die Kontaktie- rungsfläche bedeckende Metallisierung eintreten und somit entlang einer Strom- hauptflussrichtung in der Kontaktierungsstruktur entlang der Kontaktierungsfläche der Gesamtstrom ansteigt. Eine kontinuierliche oder stufenartig quasi kontinuierliche zunehmende Querschnittsfläche entlang dieser Hauptstromrichtung, vorliegend somit in Richtung des Hauptastes des Kontaktfingers, führt somit insofern zu einer Optimierung, dass einerseits die Stromdichte aufgrund der zunehmenden Querschnittsfläche nicht oder nur geringfügig ansteigt und andererseits dennoch die Abschattung der Oberfläche der Solarzelle aufgrund der Kontaktierungsstruktur möglichst gering gehalten werden kann.
Wie zuvor ausgeführt führen die Herstellungsverfahren, welche bei solchen Kon- taktierungsstrukturen eine lokale Dotierung im Bereich der Kontaktierungsflächen mit einem Metall, welches einziger oder teilweiser Bestandteil der Metallisierungsstruktur ist, ebenso zu einer Einlagerung von Halbleitermaterial in der Metallisierungsstruktur im Bereich der Kontaktierungsflächen. Die Kontaktfinger können somit im Kontaktierungsbereich Halbleitermaterials der Halbleiterschicht enthalten.
Die vorbeschriebene Kontaktierungsstruktur ist insbesondere zur Anordnung an der Rückseite der Solarzelle geeignet. Hierdurch kann die an sich bekannte und favorisierte Struktur einer lokalen Kontaktierung (durch die lokalen Ausnehmungen in der Isolierungsschicht zur Ausbildung der Kontaktierungsflächen) und die lokale Hochdotierung in der Halbleiterschicht im Bereich der Kontaktierungsflächen aufrechterhalten werden und gleichzeitig eine bifaciale Solarzelle ausgebildet werden:
Aufgrund der Ausbildung der Kontaktierungsstruktur mit einer Mehrzahl von Kontaktfingern ist es nicht notwendig, eine ganzflächige Metallisierung der Rückseite vorzusehen. An den nicht durch die Kontaktierungsstruktur bedeckten Bereichen der Rückseite können somit Photonen in die Halbleiterschicht eindringen und zur Ladungsträgergeneration beitragen. Vorteilhafterweise wird die erfindungsgemäße photovoltaische Solarzelle somit als bifaciale Solarzelle ausgebildet, so dass sowohl von der Vorderseite, als auch von der Rückseite auf die Solarzelle auftreffende Photonen zur Stromerzeugung beitragen können.
Die Kontaktierungsstruktur wird vorteilhafterweise zur Kontaktierung eines p- dotierten Bereiches verwendet: Typische Metalle zur Ausbildung der Kontaktierungsstruktur ist beispielsweise Aluminium. Mittels dieser Metalle kann wie zuvor beschrieben die lokale Hochdotierung in p-dotierten Bereichen der Solarzelle erfolgen, nicht jedoch in den hierzu entgegengesetzt dotierten Bereichen, den n-dotierten Bereichen.
Die Mehrzahl der aktuell produzierten Solarzellen weisen n-dotierte Emitter und entsprechend eine p-dotierte Basis auf. Vorteilhafterweise wird daher die Kontaktierungsstruktur zur Kontaktierung der Basis der Solarzelle verwendet.
Zunehmend sind jedoch aufgrund verbesserter Materialeigenschaften Solarzellen von Interesse, welche eine n-dotierte Basis aufweisen. Bei solchen Solarzellen wird entsprechend vorteilhafterweise die Kontaktierungsstruktur zur Kontaktierung des p-dotierten Emitters verwendet, beispielsweise bei Verwendung eines mittels Aluminium p-dotierten Emitters.
Besonders vorteilhaft ist die photovoltaische Solarzelle als PERC-Solarzelle ausgebildet. Die Grundstruktur einer solchen Solarzelle ist in Blakers, et al. (1989): 22.8% efficient Silicon solar cell. In: Appl. Phys. Lett. 55 (13), S. 1363. DOI: 10.1063/1 .101596, beschrieben.
Die lokale Querschnittsflächenerhöhung ist vorzugsweise derart ausgebildet, dass die Querschnittsfläche im Bereich der Kontaktierungsbereiche mit mindestens einen Faktor 1 ,2, vorzugsweise mit mindestens einem Faktor 1 ,5, insbesondere mit mindestens einem Faktor 2 erhöht ist, verglichen mit der Querschnittsfläche derjenigen Bereiche der Kontaktfinger, welche von den Kontaktie- rungsbereichen in Hauptstromflussrichtung beabstandet sind. Die lokale Querschnittsflächenerhöhung ist vorzugsweise derart ausgebildet, dass die Querschnittsfläche im Bereich der Kontaktierungsbereiche mit maximal einen Faktor 10, vorzugsweise mit maximal einem Faktor 7, insbesondere mit maximal einem Faktor 5 erhöht ist, verglichen mit der Querschnittsfläche derjenigen Bereiche der Kontaktfinger, welche von den Kontaktierungsbereichen in Hauptstromflussrichtung beabstandet sind.
In Hauptstromflussrichtung des Kontaktfingers bzw. eines Hauptastes des Kontaktfingers erstreckt sich die lokale Querschnittsflächenerhöhung vorzugsweise maximal um die doppelte Länge der Kontaktfläche in Haupstromflussrichtung, vorzugsweise maximal um die einfache Länge der Kontaktffläche, insbesondere bevorzugt maximal um die Hälfte der Länge der Kontaktffläche.
Typischerweise weist der Kontaktfinger bzw. zumindest ein Hauptast des Kontaktfingers eine längliche Erstreckung auf. In diesem Fall verläuft die Haupstromflussrichtung typischerweise entlang dieser länglichen Erstreckung.
Wie vorangehend erwähnt, werden mit der vorliegenden Erfindung negative Auswirkungen aufgrund von eingelagertem Halbleitermaterial in den Kontaktfingern vermieden. Typischerweise weisen die Kontaktfinger im Bereich der Kon- taktierungsflächen lokal Einlagerungen von Halbleitermaterial in einer Konzentration größer 20 %wt (Gewichtsprozent), insbesondere größer 12.6 %wt auf, Solche Konzentrationen im Kontaktfinger ergeben sich insbesondere bei einem epitaktischen Aufwachsen eines dotierten Bereiches am Halbleiter aus einer flüssigen Mischphase aus Metall und Halbleiter, insbesondere bevorzugt durch das Metall der Kontaktierungsstruktur.
Die Kontaktierungsbereiche, über welche und/oder entlang derer sich die Kontaktfinger erstrecken sind voneinander beabstandet. Vorzugsweise beträgt der Abstand zwischen den Kontaktierungsbereichen zumindest 100 μιη, insbesondere zumindest 200pm, um einen negativen Einfluss aufgrund von Rekombinationseffekten an den Kontaktbereichen zu verringern. Eine Optimierung zwischen Serienwiderstands- und Rekombinationseffekten ergibt sich in einer bevorzugten Ausführungsform typischerweise bei Abständen der Kontaktierungsbereiche im Bereich 100 μιη bis 4mm, insbesondere im Bereich 200 Mm bis 3 mm. Die Beeinträchtigung der elektrischen Leitungsqualitäten durch Einlagerung von Halbleitermaterialien ergibt sich prozessbedingt insbesondere bei Kontaktie- rungsstrukturen , welche p-dotierte Halbleitermaterialien und insbesonde eine p- dotierte Basis kontaktieren. Vorzugsweise ist daher die Kontaktierungsstruktur zur Kontaktierung eines p-dotierten Bereiches der Solarzelle und insbesondere der Basis ausgebildet. I nsbesondere bevorzugt ist die Kontaktierungsstruktur an der bei Benutzung der Strahlungsquelle abgewandten Rückseite der Solarzelle angeordnet.
Die vorliegende Erfindung ist insbesondere für an sich bekannte Ausbildungen von Kontaktierungsstru kturen geeignet, welche mehrere Kontaktfinger aufweisen . Vorzugsweise erstecken sich daher alle Kontaktfinger der Kontaktierungsstruktur jeweils über mehrere zueinander beabstandete Kontaktierungsbereiche und/oder entlang mehrerer, zueinander beabstandeter Kontaktierungsbereiche, wobei die Kontaktfinger an den Kontaktierungsbereichen eine lokale Querschnittsflächenerhöhung aufweisen und/oder die Kontaktfinger an den Kontaktierungsbereichen elektrisch parallel geschaltete metallische Leitungsstrukturen aufweisen, welche die Kontaktierungsbereiche nicht überdecken.
Weitere bevorzugte Merkmale und Ausfü hrungsformen werden im Folgenden anhand von Ausführu ngsbeispielen und den Figuren erläutert. Dabei zeigt:
Figur 1 ein erstes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen photovol- taischen Solarzelle, welche als PERC-Solarzelle ausgebildet ist in perspektivischer Darstellung ;
Figur 2 die Kontaktierungsstruktur der Solarzelle gemäß Figur 1 ;
Figur 3 eine alternative Kontaktierungsstruktur gemäß eines zweiten Ausführungsbeispiels, welche M ikro-Finger umfasst;
Figur 4 eine weitere alternative Ausführung einer Kontaktierungsstru ktur gemäß eines dritten Ausführungsbeispiels, welche keine Busbars aufweist; Figur 5 ein viertes Ausführungsbeispiel in Schnittdarstellung, wobei die Schnittebene durch einen Kontaktfinger verläuft und
Figur 6 ein fünftes Ausführungsbeispiel, bei welchem die Kontaktfinger an den Kontaktierungsbereichen elektrisch parallel geschaltete Leitungsstrukturen aufweisen, welche die Kontaktierungsbereiche nicht überdecken.
Sämtliche Figuren zeigen schematische, nicht maßstabsgetreue Darstellungen. Gleiche Bezugszeichen in den Figuren 1 bis 5 bezeichnen gleiche oder gleichwirkende Elemente.
Figur 1 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen photovol- taischen Solarzelle, welche eine PERC-Struktur aufweist:
Die Solarzelle weist eine Halbleiterschicht 1 auf, welche als p-dotierter Silizi- umwafer ausgebildet ist. In der Darstellung gemäß Figur 1 ist die Rückseite der Solarzelle obenliegend und entsprechend die Vorderseite der Solarzelle untenliegend dargestellt.
An der Vorderseite der Solarzelle ist ein n-dotierter Emitter 2 ausgebildet. Zur Passivierung und Verbesserung der optischen Eigenschaften (Verringerung der Reflektion) ist an der Vorderseite zusätzlich eine Antireflexschicht 3 angeordnet, welche als dielektrische Schicht ausgebildet ist und somit zusätzlich elektrisch isolierend ist. Auf der Antireflexschicht 3 ist (nicht dargestellt) ein an sich bekanntes metallisches Vorderseitenkontaktierungsgitter angeordnet, welches bereichsweise die Antireflexschicht 3 durchgreift, um eine elektrisch leitende Verbindung mit dem Emitter 2 in an sich bekannter Weise auszubilden.
An der Rückseite der Solarzelle ist eine elektrisch isolierende Isolierungsschicht 4 angeordnet, welche vorliegend als Siliziumnitridschicht ausgebildet ist.
Auf der Isolierungsschicht 4 ist eine Kontaktierungsstruktur 5 angeordnet, welche somit eine metallische Rückseitenkontaktierungsstruktur der Solarzelle gemäß Figur 1 darstellt. Die Isolierungsschicht 3 weist eine Mehrzahl von Kontak- tierungsausnehmungen (beispielsweise Kontaktierungsausnehmung 6) auf. Die- se Mehrzahl von Kontaktierungsausnehmungen wird beispielsweise mittels lokaler Laserablation der Isolierungsschicht erzeugt. An diesen Kontaktierungsausnehmungen 6 durchdringt die Kontaktierungsstruktur 5 die Isolierungsschicht 4 und bildet mit der Halbleiterschicht 1 einen elektrisch leitenden Kontakt zur Kon- taktierung der p-dotierten Basis der photovoltaischen Solarzelle aus.
Während der Herstellung wird in einem so genannten„Kontaktfeuern" Halbleitermaterial der Halbleiterschicht 1 im Bereich der Kontaktierungsausnehmungen 6 in aufgeschmolzenes Metall ausgelöst. Im Abkühlvorgang des Kontakt- feuerns rekristallisiert das ausgelöste Halbleitermaterial an der Halbleiterschicht 1 und ist somit mittels dem Metall, vorliegend Aluminium, dotiert, so dass einerseits Metall der Kontaktierungsstruktur 5 als Dotierstoff in der Halbleiterschicht 1 vorliegt und somit lokale Dotierbereiche 7 ausgebildet werden. Andererseits wird hierbei aber auch Halbeitermaterial in der Kontaktierungsstruktur im Bereich der Kontaktierungsausnehmungen eingelagert.
Die Kontaktierungsstruktur ist vorliegend aus Aluminium ausgebildet, so dass entsprechend die Dotierbereiche 7 aluminiumdotierte und somit p-dotierte Dotierbereiche darstellen. Die Dotierung dieser Bereiche ist höher als die Grunddotierung der Basis der Halbleiterschicht 1 , so dass die Dotierbereiche 7 lokale p- hochdotierte Bereiche (auch als p++ bezeichnet) darstellen.
Die Ausgestaltung der Kontaktierungsstruktur 5 wird nachfolgend unter Bezugnahme auf Figur 2 näher erläutert:
Die Figuren 2 bis 4 und 6 zeigen jeweils Teilausschnitte von verschiedenen Kontaktierungsstrukturen jeweils in Draufsicht. Figur 2 zeigt hierbei die Kontaktierungsstruktur 5 der Solarzelle gemäß Figur 1 .
Zusätzlich sind in den Figuren 2 bis 4 und 6 jeweils Ausschnittvergrößerungen von lokalen Querschnittsflächenerhöhungen der Kontaktierungsstrukturen dargestellt.
Die in Figur 2 dargestellte Kontaktierungsstruktur 5 weist einen Busbar 8 und eine Mehrzahl von Kontaktfingern auf, wobei vorliegend drei Kontaktfinger 9 dargestellt sind. Die Kontaktfinger erstrecken sich jeweils über mehrere zueinander beabstande- te Kontaktierungsbereiche 10 mit einem Abstand von vorliegend 500 μιη:
Wie in der Ausschnittvergrößerung ersichtlich, durchgreift in einer Kontaktie- rungsausnehmung 6 der Isolierungsschicht 4 der Kontaktfinger 9 die Isolierungsschicht 4 und bildet somit in diesem Bereich einen elektrischen Kontakt zur Halbleiterschicht 1 aus. Es besteht somit eine Kontaktierungsfläche 11 im Kontaktierungsbereich 10, an welcher Kontaktierungsfläche 11 die Kontaktie- rungsstruktur 5 und die Halbleiterschicht 1 unmittelbar aneinander angrenzen und einen elektrischen Kontakt ausbilden.
Wesentlich ist, dass die Kontaktfinger 9 an den Kontaktierungsbereichen 10 jeweils eine lokale Querschnittsflächenerhöhung aufweisen:
Wie in der Draufsicht gemäß Figur 2 ersichtlich, weisen die Kontaktfinger 9 an den Kontaktierungsbereichen 10 jeweils eine lokale Verbreiterung parallel zu der Oberfläche der Isolierungsschicht 4 auf. Die lokale Querschnittsflächenerhöhung ist somit eine Querschnittsflächenerhöhung des Kontaktfingers 9 im Bereich der Kontaktierungsfläche 11 gegenüber der Querschnittsfläche des Kontaktfingers im Verlauf vor und nach der Kontaktierungsfläche 11. Die Querschnittsfläche ist vorliegend im Bereich der Kontaktierungsfläche (Bereich „A1") mit einem Faktor von etwa 1 ,7 erhöht, verglichen mit der Querschnittsfläche vor und hinter der Kontaktierungsfläche (Positionen „A2" und„A3"). Vorzugsweise liegt eine Querschnittsflächenerhöhung mit einem Faktor im Bereich 1 ,10 bis 3, insbesondere im Bereich 1,2 bis 2 vor. Die Finger haben vorliegend im Bereich außerhalb der Kontaktflächen (außerhalb der Querschnittsflächenerhöhung) eine Breite von etwa 300 μπτι, vorzugsweise liegt diese Breite etwa im Bereich (100 μιτι bis 500 μιτι). Im Bereich der Kontaktierungsflächen (im Bereich der Querschnittsflächenerhöhung) haben die Finger vorliegend einer Breite von etwa 500 μιτι. Vorzugsweise ist die Querschnittsflächenerhöhung in etwa auf den Bereich der Kontaktierungsfläche beschränkt. Ebenso kann die Querschnittsflächenerhöhung sich geringfügig vor und hinter der Kontaktierungsfläche weiter erstrecken, vorzugsweise jedoch weniger als die Hälfte der Länge der Kontaktierungsfläche. Die Bezeichnung „Länge" bezieht sich auf die Erstreckung der Kontaktierungsfläche in Hauptstromflussrichtung. Da die Verbreiterung größer als die Breite der Kontaktierungsfläche 1 1 ausgebildet ist, ist der Kontaktfinger 9 somit an den Kontaktierungsbereichen 10 die Isolierungsschicht 4 überlappend ausgebildet. Insbesondere überlappt der Kontaktfinger jeweils die Isolierungsschicht 4 in einem die Kontaktierungsfläche 1 1 umlaufenden Bereich, d. h. vorliegend in der Draufsicht von oben ist die Kontaktierungsfläche 1 1 umlaufend von einem die Isolierungsschicht 4 überlappenden Bereich des Kontaktfingers 9 umschlossen. Die Kontaktfinger 9 überdecken somit die Kontaktierungsbereiche 10 und somit auch die Kontaktflächen 1 1 .
Bei Verwendung der Solarzelle erfolgt der Stromfluss in der Kontaktierungs- struktur 5 in Richtung des Busbars 8, welcher beispielsweise bei Ausbildung eines Solarzellenmoduls über Zellverbinder mit einer benachbarten Solarzelle elektrisch leitend verbunden ist.
In den Kontaktfingern 9 erfolgt der Stromfluss gemäß Figur 2 somit von rechts nach links. In einem Kontaktierungsbereich ist der spezifische elektrische Leitungswiderstand des Kontaktfingers 9 erhöht, da in diesem Bereich Halbleitermaterial der Halbleiterschicht 1 in den Kontaktfinger eingelagert ist. Aufgrund der Querschnittsflächenerhöhung, vorliegend in der Verbreiterung des Kontaktfingers im Kontaktierungsbereich begründet, wird diese Erhöhung des spezifischen Leitungswiderstandes jedoch kompensiert. Darüber hinaus weisen die Randbereiche des Kontaktfingers 9, welche den Kontaktierungsbereich 10 umschließen, kein oder nur eine geringfügige Konzentration des Halbleitermaterials auf, so dass entsprechend auch keine oder nur eine geringfügige Erhöhung des Leitungswiderstandes vorliegt.
Im Ergebnis werden Wirkungsgradverluste begründet in einer lokalen Erhöhung des Leitungswiderstandes der Kontaktierungsstruktur 5 aufgrund von eingelagertem Halbleitermaterial vermieden oder zumindest erheblich verringert.
Figur 3 zeigt eine alternative Ausgestaltung einer Kontaktierungsstruktur 5' mit entsprechend einer alternativen Ausgestaltung und Anordnung von Kontaktie- rungsausnehmungen und Kontaktierungsflächen 1 1 ' gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel. Die Kontaktierungsstruktur 5' gemäß Figur 3 kann bei entsprechend angepassten Kontaktierungsausnehmungen 6 die Kontaktierungsstruktur 5 in Figur 1 ersetzen, d. h. auch die Kontaktierungsstruktur 5' ist vorteilhaft als Rückseitenkontaktierungsstruktur einer bifacial ausgebildeten PERC-Solarzelle verwendbar.
Die Kontaktfinger 9' der Kontaktierungsstruktur 5' gemäß Figur 3 weisen einen Hauptast 12 auf, von welchem sich Mikro-Finger 13 erstrecken, wie in der Ausschnittvergrößerung gekennzeichnet. Die ikrofinger 13 erstrecken sich senkrecht zur länglichen Haupterstreckungsrichtung des Hauptastes 12 des Kontaktfingers 9'.
Entsprechend weisen auch die Kontaktierungsflächen 1 1 ' eine längliche Erstre- ckung auf und sind senkrecht zu der Längserstreckung des Hauptastes 12 des Kontaktfingers 9' angeordnet. Die Mikrofinger 13 überdecken die Kontaktierungsflächen 1 1 ' vollständig und überlappen darüber hinaus umlaufend um die Kontaktierungsflächen 1 1 ' die Isolierungsschicht.
Auch bei der Kontaktierungsstruktur 5' gemäß Figur 3 fließt bei Benutzung der Solarzelle in den Kontaktfingern 9' der Strom im Wesentlichen in Richtung des Busbars 5', d. h. im Hauptast 12 der Kontaktfinger 9' jeweils von rechts nach links gemäß der Darstellung in Figur 3.
In den Mikrofingern erfolgt der Stromfluss senkrecht zum Hauptast 12 und in Richtung zu dem Hauptast 12.
Die Kontaktfinger 9' weisen somit an den Kontaktierungsflächen 1 1 ' jeweils lokale Querschnittsflächenerhöhungen auf, welche vorliegend durch die MikroFinger 13 und somit durch lokale Verbreiterungen (in Richtung des Hauptastes 12) ausgebildet sind. Die Querschnittsfläche erhöht sich vorliegend durch ein Paar von Mikrofingern mit etwa einem Faktor 3. Vorzugsweise erfolgt bei dieser Ausgestaltung die Erhöhung der Querschnittsfläche mit einem Faktor im Bereich 2 bis 5.
Darüber hinaus überdeckt der Hauptast 12 keine Kontaktierungsfläche 1 1 ', so dass kein oder nur eine geringfügige Konzentration von Halbleitermaterial in dem Hauptast 12 eingelagert ist und somit der Stromfluss im Hauptast 12 in Richtung des Busbars 5' nicht oder nur geringfügig durch eine Erhöhung des Leitungswiderstandes aufgrund von Einlagerung von Halbleitermaterial beeinträchtigt ist.
Figur 4 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel für eine Kontaktierungsstruktur 5", welche ebenfalls zur Rückseitenkontaktierung einer Solarzelle analog der Darstellung in Figur 1 verwendet werden kann. Die Dimensionierung der lokalen Querschnittserhöhung kann hier analog zu dem Ausführungsbeispiel gemäß Figur 3 erfolgen.
Diese Kontaktierungsstruktur 5" weist die Besonderheit auf, dass die Solarzelle keine elektrischen Leitungen zur Verbindung der einzelnen Kontaktfinger 9" untereinander aufweist:
Die Kontaktierungsstruktur 5" weist eine Mehrzahl von Kontaktfingern 9" auf, welche sich mit einem Hauptast des Fingers jeweils entlang einer Mehrzahl von Kontaktierungsflächen 1 1 " erstrecken. Die Kontaktierungsflächen 1 1 " sind, wie auch in Figur 3, paarweise angeordnet, wobei die einem Paar zugeordneten Kontaktierungsflächen (und entsprechend auch die zugeordneten Kontaktie- rungsausnehmungen in der Isolierungsschicht) auf gegenüberliegenden Seiten des Hauptastes des jeweiligen Kontaktfingers 9" ausgebildet sind. Die Ausschnittvergrößerung zeigt einen Kontaktfinger 9" mit einem Paar von Kontaktierungsflächen 1 1 ", welche gegenüberliegend dem Hauptast 12" des Kontaktfingers 9" angeordnet sind. Ebenso liegt es im Rahmen der Erfindung, ein Paar von Kontaktierungsflächen jeweils durchgängig als eine Kontaktierungsfläche auszubilden, welche sich in diesem Fall somit auch unter den Hauptast des Kontaktfingers erstreckt.
Auch die Kontaktierungsstruktur 5" weist Mikrofinger 13' auf:
Wie ebenfalls in der Ausschnittvergrößerung ersichtlich, sind seitlich an dem Hauptast 12" des Kontaktfingers 9" jeweils Mikrofinger 13" angeordnet, welche die Kontaktierungsflächen 1 1 " vollständig überdecken. Darüber hinaus sind die Mikrofinger 13' als„tapered fingers" ausgebildet, indem die Breite der MikroFinger 13' sich in Richtung des Hauptastes 12" erhöht. Der Stromfluss in den Mikro-Fingern 13' steigt bei Verwendung der Solarzelle in Richtung des Hauptastes 12" an, da kontinuierlich über die Kontaktierungsflä- che 1 1 " Strom zugeführt wird. Um einen Leistungsverlust aufgrund der Zunahme des Stromflusses zu vermeiden oder zumindest zu verringern, nimmt die Breite der Mikro-Finger 13' in Richtung des Hauptastes 12" jeweils zu.
Die Kontaktfinger 9" werden bei der Verschaltung der Solarzelle in einem Solarzellenmodul über externe Komponenten miteinander und/oder mit Kontaktfingern 9" von benachbarten Solarzelle elektrisch leitend verbunden. Daher (und aufgrund des Fehlens einer Busbarstruktur) werden die Kontaktfinger 9" gemäß Figur 4 in der Literatur teilweise auch als Busbars bezeichnet.
In Figur 5 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel dargestellt, bei welchem die lokale Querschnittsflächenerhöhung durch eine lokale Dickenerhöhung erzielt wird :
Grundsätzlich kann das Ausführungsbeispiel gemäß Figur 5 auf einer Solarzellenstruktur gemäß Figur 1 und auch auf einer Kontaktierungsstruktur in Draufsicht gemäß Figur 2 beruhend ausgebildet werden. Die Darstellung gemäß Figur 5 zeigt einen Schnitt senkrecht zur Isolierungsschicht 4 und entlang und in etwa mittig in einem Kontaktfinger 9"' verlaufend. Die lokale Querschnittsflächenerhöhung des Kontaktfingers 9"' wird vorliegend somit nicht nur durch eine lokale Verbreiterung gemäß Figur 2 erzielt, sondern zusätzlich durch eine lokale Dickenerhöhung gemäß Figur 5. In einem alternativen Ausführungsbeispiel wird die lokale Querschnittsflächenerhöhung ausschließlich durch eine lokale Dickenerhöhung gemäß Figur 5 erzielt. Die Dicke erhöht sich vorliegend lokal etwa mit einem Faktor 2. Vorzugsweise erfolgt eine lokale Dickenerhöhung mit einem Faktor im Bereich 1 ,2 bis 4.
Figur 6 zeigt ein fünftes Ausführungsbeispiel, bei welchem Kontaktfinger mit elektrisch parallel geschalteten metallischen Leitungsstrukturen ausgebildet sind:
Auch die in Teildarstellung in Figur 6 dargestellte Kontaktierungsstruktur kann zur Kontaktierung einer PERC-Solarzelle gemäß Figur 1 verwendet werden. Auch hier gehen von einem Busbar 8"' mehrere Kontaktfinger 9"" aus. Im Unterschied zu den vorgenannten Ausführungsbeispielen weisen diese Kontaktfinger 9"" so genannte„Nebenfinger" auf: Wie in der rechts dargestellten Ausschnittsvergrößerung ersichtlich, ist mittig ein Hauptast 12'" des Kontaktfingers angeordnet, welcher keine Kontaktierungsbereiche überdeckt. Seitlich neben dem Hauptast 12"' sind parallel zu dem Hauptast Nebenfinger 14a und 14b angeordnet, welche im Bereich der Kontaktierungsbereiche 10 von dem Hauptast 12"' beabstandet sind, d. h. in diesen Bereichen besteht keine elektrisch leitende Verbindung. Lediglich zwischen den Kontaktierungsbereichen sind durch metallische Stege die Nebenfinger 14a und 14b mit dem Hauptast 12"' elektrisch leitend verbunden. Exemplarisch sind in der Ausschnittsvergrößerung zwei solche Stege mit den Bezugszeichen 15 gekennzeichnet.
Hierdurch ergeben sich die Vorteile, dass bei Herstellung solch einer Kontaktie- rungsstruktur zwar Halbleiermaterial an den Kontaktierungsbereichen 10 in das Metall im Bereich der Kontaktierungsbereiche 10 eindiffundiert, aufgrund der räumlichen Beabstandung zu dem Hauptast 12"' jedoch nicht bis zu dem Hauptast gelangt. Der Stromfluss entlang des Hauptastes 12"' zu dem Busbar 8"' ist somit nicht oder nur geringfügig durch Einlagerung von Halbleitermaterial beeinträchtigt.
Die Breite der Nebenfinger beträgt vorliegend etwa 75% der Breite des Hauptastes. Vorliegend weist der Hauptast eine Breite von etwa 200 μιη auf.

Claims

Ansprüche
1 . Photovoltaische Solarzelle,
mit mindestens einer Halbleiterschicht (1 ), mindestens einer elektrisch isolierenden Isolierungsschicht (4) und mindestens einer metallischen Kontaktie- rungsstruktur (5, 5', 5"),
wobei die Isolierungsschicht zwischen Halbleiterschicht und Kontaktierungs- struktur angeordnet ist und
die Isolierungsschicht (4) eine Mehrzahl von zueinander beabstandeten Kon- taktierungsausnehmungen (6) aufweist, an welchen die Kontaktierungsstruk- tur (5, 5', 5") mit der Halbleiterschicht (1 ) in einem Kontaktierungsbereich (10) einen elektrischen Kontakt ausbildet und
wobei in der Halbleiterschicht (1 ) zumindest an den Kontaktierungsbereichen jeweils ein Dotierbereich durch Dotieren der Halbleitschicht mit einem Metall ausgebildet ist, aus welchem Metall die Kontaktierungsstruktur (5, 5', 5") zumindest teilweise ausgebildet ist,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Kontaktierungsstruktur (5, 5', 5") eine Mehrzahl von Kontaktfingern aufweist,
welche Kontaktfinger (9, 9', 9", 9"') sich jeweils über mehrere zueinander beabstandete Kontaktierungsbereiche und/oder entlang mehrerer, zueinander beabstandeter Kontaktierungsbereiche erstrecken, wobei die Kontaktfinger (9, 9', 9", 9"') an den Kontaktierungsbereichen eine lokale Querschnittsflächenerhöhung aufweisen und/oder die Kontaktfinger an den Kontaktierungsbereichen elektrisch parallel geschaltete metallische Leitungsstrukturen aufweisen, welche die Kontaktierungsbereiche nicht überdecken.
2. Solarzelle nach Anspruch 1 ,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Kontaktfinger (9, 9', 9", 9"') an den Kontaktierungsbereichen eine Verbreiterung parallel zu der Oberfläche der Isolierungsschicht (4) und senkrecht zu einer Längserstreckung des Kontaktfingers aufweisen.
3. Solarzelle nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet, dass die Kontaktfinger (9, 9', 9" , 9"') an den Kontaktierungsbereichen d ie Isolieru ngsschicht (4) überlappend ausgebildet sind , insbesondere, dass die Kontaktfinger (9, 9', 9" , 9'") in einem den Kontaktierungsbereiche umlaufenden Bereich die Isolierungsschicht (4) überdecken .
4. Solarzelle nach einem der vorangegangenen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Kontaktierungsausnehmungen paarweise angeordnet sind, wobei die einem Paar zugeordneten Kontaktierungsausnehmu ngen auf gegenüberliegenden Seiten eines Hauptastes des Kontaktfingers angeordnet sind.
5. Solarzelle nach einem der vorangegangenen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Kontaktfinger (9, 9' , 9", 9"') an den Kontaktierungsbereichen eine lokale Dickenerhöhung aufweist.
6. Solarzelle nach einem der vorangegangenen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Kontaktierungsstruktur (5, 5' , 5") mindestens eine Mehrzahl von Kontaktfingern aufweist, wobei die Kontaktfinger (9, 9', 9", 9"') bevorzugt parallel angeordnet sind.
7. Solarzelle nach einem der vorangegangenen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Kontaktierungsstruktur (5, 5' , 5") eine Mehrzah l von Kontaktfingern und mindestens einen Busbar (8, 8' , 8") umfasst, wobei die Kontaktfinger (9, 9', 9" , 9"') stoffschlüssig und elektrisch leitend mit dem Busbar verbunden sind, vorzugsweise, dass sich die Kontaktfinger (9, 9' , 9" , 9"') parallel erstrecken und der Busbar (8, 8', 8") sich senkrecht zu den Kontaktfingern erstreckt.
8. Solarzelle nach einem der vorangegangenen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Kontaktierungsstruktur eine Mehrzahl von Kontaktfingern u mfasst, wobei die Kontaktfinger (9") untereinander keine metallische elektrisch lei- tende Verbindung aufweisen.
9. Solarzelle nach einem der vorangegangenen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass zumindest eine Teilmenge von Kontaktierungsflächen, bevorzugt alle Kontaktierungsflächen eine längliche Erstreckung aufweisen und senkrecht zu einer Längserstreckung des Kontaktfingers angeordnet sind,
insbesondere,
dass der Kontaktfinger (9, 9', 9", 9"') an den Kontaktierungsflächen mit länglicher Erstreckung eine entlang der länglichen Erstreckung in Richtung des Kontaktfinger (9, 9', 9", 9"') zunehmende Querschnittsfläche, insbesondere bevorzugt zunehmende Breite aufweist.
10. Solarzelle nach einem der vorangegangenen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass elektrisch parallel geschaltete metallische Leitungsstrukturen als lokale, parallele Nebenfinger ausgebildet sind, welche im Bereich der Kontaktie- rungsbereiche von einem Hauptast des Kontakfingers beabstandet sind, insbesondere,
dass die Nebenfinger die Kontaktierungsbereiche überdecken und der Hauptast die Kontaktierungsbereiche nicht übderdeckt.
1 1 . Solarzelle nach einem der vorangegangenen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Kontaktfinger (9, 9', 9", 9"') im Kontaktierungsbereich (10) das Halbleitermaterial der Halbleiterschicht (1 ) enthalten.
12. Solarzelle nach einem der vorangegangenen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Solarzelle als bifaciale Solarzelle ausgebildet ist, indem an einer Rückseite der Solarzelle zumindest teilweise die Oberfläche für elektromagnetische Strahlung transparent ausgebildet ist, insbesondere,
dass die Kontaktierungsstruktur (5, 5', 5") als RückseitenKontaktierungs- struktur (5, 5', 5") ausgebildet und an der Rückseite der Solarzelle angeordnet ist.
13. Solarzelle nach einem der vorangegangenen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Kontaktierungsstruktur (5, 5', 5") zur Kontaktierung eines p- dotierten Bereichs der Halbleiterschicht (1 ) verwendet wird.
14. Solarzelle nach einem der vorangegangenen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Kontaktierungsstruktur (5, 5', 5") als RückseitenKontaktierungs- struktur (5, 5', 5") ausgebildet und an der Rückseite der Solarzelle angeordnet ist und
dass an der Rückseite der Solarzelle lokale Hochdotierungsbereiche an den Kontaktierungsbereichen in der Halbleiterschicht (1 ) ausgebildet sind.
15. Solarzelle nach einem der vorangegangenen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Kontaktfinger an allen Kontaktierungsbereichen lokale Querschnittserhöhungen und/oder parallele Leitungsstrukturen aufweisen, und/oder dass die Solarzelle als PERC-Solarzelle ausgebildet ist.
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