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DE3336700A1 - Solar cell - Google Patents

Solar cell

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Publication number
DE3336700A1
DE3336700A1 DE19833336700 DE3336700A DE3336700A1 DE 3336700 A1 DE3336700 A1 DE 3336700A1 DE 19833336700 DE19833336700 DE 19833336700 DE 3336700 A DE3336700 A DE 3336700A DE 3336700 A1 DE3336700 A1 DE 3336700A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
semiconductor body
solar cell
junction
contact
semiconductor
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
DE19833336700
Other languages
German (de)
Inventor
Helmut Dipl.-Ing. Flödl (FH), 7107 Bad Friedrichshall
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Telefunken Electronic GmbH
Original Assignee
Telefunken Electronic GmbH
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Filing date
Publication date
Application filed by Telefunken Electronic GmbH filed Critical Telefunken Electronic GmbH
Priority to DE19833336700 priority Critical patent/DE3336700A1/en
Publication of DE3336700A1 publication Critical patent/DE3336700A1/en
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10F—INORGANIC SEMICONDUCTOR DEVICES SENSITIVE TO INFRARED RADIATION, LIGHT, ELECTROMAGNETIC RADIATION OF SHORTER WAVELENGTH OR CORPUSCULAR RADIATION
    • H10F10/00—Individual photovoltaic cells, e.g. solar cells
    • H10F10/10—Individual photovoltaic cells, e.g. solar cells having potential barriers
    • H10F10/14—Photovoltaic cells having only PN homojunction potential barriers
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10F—INORGANIC SEMICONDUCTOR DEVICES SENSITIVE TO INFRARED RADIATION, LIGHT, ELECTROMAGNETIC RADIATION OF SHORTER WAVELENGTH OR CORPUSCULAR RADIATION
    • H10F77/00—Constructional details of devices covered by this subclass
    • H10F77/10—Semiconductor bodies
    • H10F77/14—Shape of semiconductor bodies; Shapes, relative sizes or dispositions of semiconductor regions within semiconductor bodies
    • H10F77/148—Shapes of potential barriers
    • 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
    • Y02E10/547—Monocrystalline silicon PV cells

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  • Photovoltaic Devices (AREA)

Abstract

In a solar cell having a p-n junction on the front of the semiconductor body, said p-n junction also extends onto the edge of the semiconductor body and is therefore located not only on one principle surface at the front but also on the edge surface of the semiconductor body. The edge region of the p-n junction is intended for irradiation with light.

Description

Solarzelle Solar cell

Bei bekannten Solarzellen ist ein pn-übergang parallel zur einen Hauptfläche des Halbleiterkörpers auf dessen Vorderseite vorhanden. Die ohm'sche Kontaktierung des Halbleiterkörpers erfolgt bei diesen Solarzellen durch einen großflächigen ohm'schen Kontakt auf der Rückseite des Halbleiterkörpers, während die Kontaktierung der mit dem Halbleiterkörper den pn-übergang bildenden Halbleiterzone auf der Vorderseite durch einen fingerförmigen Kontakt erfolgt.In known solar cells, a pn junction is parallel to a main surface of the semiconductor body present on its front side. The ohmic contact of the semiconductor body takes place in these solar cells by a large-area ohmic Contact on the back of the semiconductor body while making contact with the the semiconductor zone forming the pn junction on the front side of the semiconductor body takes place through a finger-shaped contact.

Herkömmliche Siliciumsolarzellen für Konzentrator-Anwendungen sind mit Solarzellen für Standardanwendungen in der Struktur vergleichbar. Für beide Typen soll der ohm'sche Verlust (RSI2) sehr klein gegenüber der durch Lichtbestrahlung erzeugten Leistung sein. Bei zunehmender Lichtkonzentration muß daher mit steigender Stromgenerierung der Serienwiderstand R5 als Innenwiderstand verkleinert werden. Dies kann durch hochdotiertes Basismaterial, geringe Scheibendicke, hochdotierte Halbleiterzone (zur Bildung des pn-Überganges) sowie durch eine fein strukturierte Kontaktgeometrie bei kleiner Zellenfläche erreicht werden.Conventional silicon solar cells for concentrator applications are comparable in structure to solar cells for standard applications. For both Types, the ohmic loss (RSI2) should be very small compared to that caused by light irradiation generated power. With increasing light concentration must therefore with increasing Current generation of the series resistance R5 can be reduced as an internal resistance. This can be achieved through highly doped base material, small slice thickness, highly doped Semiconductor zone (to form the pn junction) as well as a finely structured Contact geometry can be achieved with a small cell area.

Konzentrator-Solarzellen (KSZ) für hochkonzentriertes Licht benötigen als Vorderseitenkontakt (VS-Kontakt) fein geartete Fingerstrukturen, um Abschattungs- und Serienwiderstandsverluste möglichst klein zu halten.Need concentrator solar cells (KSZ) for highly concentrated light fine finger structures as front contact (VS contact) to avoid shading and to keep series resistance losses as small as possible.

Die Fingerabstände solcher Solarzellen sind kleiner als 1 mm und die Fingerbreite liegt zwischen 10 um und 50 um.The finger gaps of such solar cells are less than 1 mm and the Finger width is between 10 µm and 50 µm.

Die Vorderseiten-Kontakte werden meist als 3-Schicht-System (z. B. TiPd'Ag) mit Hilfe der Photolithographie hergestellt und anschließend mittels galvanischer Silberbäder in der Schichtdicke (20 bis 40 um) verstärkt.The front-side contacts are mostly used as a 3-layer system (e.g. TiPd'Ag) produced with the help of photolithography and then by means of galvanic Silver baths are reinforced in the layer thickness (20 to 40 µm).

Diese Prozesse sind aufwendig und teuer.These processes are complex and expensive.

Da für kleine Serienwiderstände die Fingerlänge der Kontaktfinger begrenzt ist und die generierten hohen Ströme mit möglichst geringen Verlusten über Sammelbalken und Verbinder abgeleitet werden müssen, kann die Fläche von KSZ für hochkonzentriertes Licht nicht beliebig groß gewählt werden (ca. 0,5 cm2 bis ca.As for small series resistances, the finger length of the contact fingers is limited and the high currents generated with the lowest possible losses Busbars and connectors must be derived, the area of KSZ for highly concentrated light cannot be chosen arbitrarily large (approx. 0.5 cm2 to approx.

5 cm2). Außerdem können sich bei der herkömmlichen Verbinder-Technologie Probleme beim Verschalten der Verbinder ergeben.5 cm2). In addition, the conventional connector technology Problems arise when interconnecting the connector.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Solarzelle für hochkonzentriertes Licht anzugeben, die in einfacher Weise herstellbar ist und die auch für hohe lichterzeugte Ströme einfach zu verschalten ist. Diese Aufgabe wird bei einer Solarzelle mit einem auf der Vorderseite des Halbleiterkörpers befindlichen pn-Übergang nach der Erfindung dadurch gelöst, daß sich dieser pn-Übergang auch auf den Rand des Halbleiterkörpers erstreckt und dadurch außer der einen Hauptfläche auf der Vorderseite auch der Randfläche des Halbleiterkörpers vorgelagert ist und daß der Randbereich des pn-Überganges zur Bestrahlung mit Licht vorgesehen ist.The invention is based on the object of a solar cell for highly concentrated Specify light that can be produced in a simple manner and that also generate high levels of light Currents is easy to interconnect. This task is done with a solar cell with a located on the front side of the semiconductor body pn junction according to the invention solved in that this pn junction is also on the edge of the semiconductor body extends and thereby, in addition to the one main surface on the front side, also the edge surface of the semiconductor body is upstream and that the edge region of the pn junction is intended for exposure to light.

Bei der Solarzelle nach der Erfindung sind die Solarzellenkontakte vorzugsweise großflächig ausgebildet.In the solar cell according to the invention, the solar cell contacts are preferably formed over a large area.

Dies gilt sowohl für den Vorderseitenkontakt als auch für den Rückseitenkontakt. Die beiden Solarzellenkontakte bedecken vorzugsweise zumindest den größten Teil der Vorder- bzw. Rückseitenfläche des Halbleiterkörpers.This applies to both the front contact and the rear contact. The two solar cell contacts preferably cover at least the largest part the front or rear surface of the semiconductor body.

Technisch gesehen ist es am einfachsten, wenn der pn-übergang allseitig hergestellt und dann so aufgetrennt wird, daß ein zusammenhängendes Stück pn-Übergang auf der Vorderseite und seitlich (am Rand) verbleibt, von dem der pn-übergang auf der Rückseite abgetrennt ist. Um einen ohm'schen Kontakt mit dem Halbleiterkörper er erhalten, wird der ohm'sche Kontakt auf der Rückseite des Halbleiterkörpers bis zum Halbleiterkörper durchlegiert. Natürlich besteht auch die Möglichkeit, den pn-Übergang von vorneherein lediglich auf der Vorderseite sowie seitlich (am Rand) vorzusehen.From a technical point of view, it is easiest if the pn junction is on all sides is produced and then separated in such a way that a coherent piece of pn junction on the front and on the side (at the edge) remains, from which the pn junction is on the back is detached. About an ohmic contact with the semiconductor body he received, the ohmic contact on the back of the semiconductor body is up alloyed through to the semiconductor body. Of course there is also the possibility of the pn junction To be provided from the start only on the front and on the side (on the edge).

Die Erfindung wird im folgenden an einem Ausführungsbeispiel erläutert.The invention is explained below using an exemplary embodiment.

Die Figur 1 zeigt eine Solarzelle mit einem Halbleiterkörper 1 aus Silicium, bei der nach der Erfindung ein pn-Übergang 2 nicht nur auf der Vorderseite 3 (obere Hauptfläche), sondern auch seitlich am Rand 4 vorgesehen ist. Hat der Halbleiterkörper 1 den p-Leitungstyp, so hat die zur Herstellung des pn-Überganges 2 erforderliche Halbleiterzone 5 den n-Leitungstyp. Im Ausführungsbeispiel der Figur 1 ist die den pn-Obergang mit dem Halbleiterkörper bildende Halbleiterzone 5 allseitig und somit auch auf der Rückseite 6 (untere Hauptfläche) des Halbleiterkörpers eingebracht. Die Herstellung der Halbleiterzone 5, deren Leitungstyp dem des Halbleiterkörpers entgegengesetzt ist, erfolgt beispielsweise durch Diffusion oder durch Ionenimplantation. Das allseitige Einbringen der Halbleiterzone 5 hat den Vorteil, daß die Rückseite 6 bei der Herstellung der Halbleiterzone 5 nicht maskiert werden muß.FIG. 1 shows a solar cell with a semiconductor body 1 Silicon, in which, according to the invention, a pn junction 2 not only on the front side 3 (upper main surface), but also on the side of the edge 4 is provided. Has the semiconductor body 1 has the p-conductivity type, then the one required to produce the pn junction 2 Semiconductor zone 5 the n-conductivity type. In the embodiment of Figure 1 is the The semiconductor zone 5 forming the pn transition with the semiconductor body on all sides and thus also introduced on the rear side 6 (lower main surface) of the semiconductor body. The manufacture of the semiconductor zone 5, the conductivity type of which is that of the semiconductor body is opposite, takes place, for example, by diffusion or by ion implantation. The introduction of the semiconductor zone 5 on all sides has the advantage that the rear side 6 need not be masked in the manufacture of the semiconductor zone 5.

Der bei einem allseitigen Einbringen auf der Rückseite 6 entstehende Teil des pn-Oberganges 2 muß allerdings von dem auf der Vorderseite und am Rand befindlichen Teil des pn-Überganges getrennt werden. Das Auftrennen des pn-Oberganges 2 erfolgt beispielsweise gemäß der Figur 1 mittels eines Grabens 7, den die Halbleiterzone 5 durchtrennt und beispielsweise durch Laserritzen hergestellt wird. Auf zur V-orderseite 3 befindet sich der Solarzellenkontakt 8, -der die Halbleiterzone 2 ohmisch kontaktiert. Der Solarzellenkontakt 8 ist im Gegensatz zu bekannten Solarzellen nicht fingerförmig, sondern großflächig wie der Rückseitenkontakt 9 ausgebildet, der nicht die Halbleiterzone 2, sondern den Halbleiterkörper 1 kontaktiert. Um den Halbleiterkörper 1 zu kontaktieren, muß der Rückseitenkontakt 9 für den Fall, daß die Halbleiterzone 2 allseitig und somit auch auf der Rückseite eingebracht wird, gemäß der Figur 1 durch die Halbleiterzone 2 bis zur Kontaktierung mit dem Halbleiterkörper 1 durchlegiert werden.The one that arises when it is introduced on all sides on the rear side 6 Part of the pn transition 2 must, however, be different from that on the front and at the edge located part of the pn junction are separated. The separation of the pn transition 2 takes place, for example, according to FIG. 1 by means of a ditch 7, which the semiconductor zone 5 cuts through and produced, for example, by laser scribing will. On the front side 3 is the solar cell contact 8, -der the semiconductor zone 2 contacted ohmically. The solar cell contact 8 is in contrast to known solar cells not finger-shaped, but over a large area like the rear contact 9, which does not contact the semiconductor zone 2, but the semiconductor body 1. To the To contact semiconductor body 1, the rear contact 9 must be used in the event that the semiconductor zone 2 is introduced on all sides and thus also on the rear side, according to FIG. 1 through the semiconductor zone 2 up to the contact with the semiconductor body 1 be alloyed through.

Zweckmäßigerweise werden mehrere KSZ gestapelt, so daß in Serienschaltung (String) ein kleines Modul ohne Verbindungsaufwand entsteht. Die Verbindung mehrerer Solarzellen ermöglicht ein Kontaktkleber (10). Eine "String"-Schaltung bietet die Möglichkeit, über die Anzahl der im String gestapelten Zellen die gewünschte Arbeitsspannung bereitzustellen. Der durch den String fließende Strom ist dabei unabhängig von der Zellenanzahl.Appropriately, several KSZ are stacked so that they are connected in series (String) a small module without connection effort is created. The connection of several Solar cells are made possible by a contact adhesive (10). A "string" circuit offers the Possibility of the desired working voltage via the number of cells stacked in the string provide. The current flowing through the string is independent of the Cell count.

Die Figuren 2 und 3 zeigen die Solarzelle nach der Erfindung in perspektivischer Darstellung, jedoch ohne Kleber 10. Während die Figur 2 die Ausbildung des ganzflächigen Rückseitenkontaktes 9 zeigt, zeigt die Figur 3 den Vorderseitenkontakt 8, der ebenfalls großflächig ausgebildet ist.Figures 2 and 3 show the solar cell according to the invention in perspective Representation, but without adhesive 10. While Figure 2 shows the formation of the full-surface Rear side contact 9 shows, Figure 3 shows the front side contact 8, which is also is formed over a large area.

Entgegen der bisherigen Solarzellen-Technik wird bei der Solarzelle nach der Erfindung nicht die Vorderseite mit hochkonzentriertem Licht bestrahlt, sondern erfindungsgemäß der pn-übergang am Zllenrand 4. Bei der Solarzelle nach der Erfindung hat der lichtgenerierte Strom nur eine minimale Weglänge über die Halbleiterzone 2 bis zu den nahe am Zellenrand liegenden Solarzellenkontakten zurückzulegen. Die bei der Solarzelle nach der Erfindung vorhandene kurze Weglänge für den generierten Strom entspricht bei herkömmlichen Solarzellen mit Fingerstruktur bei einer Scheibendicke von 150 bis 200 um einem Fingerabstand von 0,3 bis 0,4 mm.Contrary to the previous solar cell technology, the solar cell according to the invention, the front side is not irradiated with highly concentrated light, but according to the invention the pn junction at the Zllenrand 4. In the Solar cell According to the invention, the light-generated current has only a minimal path length the semiconductor zone 2 up to the solar cell contacts lying close to the cell edge put back. The short path length present in the solar cell according to the invention for the generated electricity corresponds to conventional solar cells with a finger structure with a slice thickness of 150 to 200 µm, a finger spacing of 0.3 to 0.4 mm.

Sehr vorteilhaft für kleine Serienwiderstände ist bei der Solarzelle nach der Erfindung die senkrechte Lage der Kontakte zu der Lichteinfallsrichtung, so daß (von der Seite betrachtet) die Kontakte sehr schmal (kleiner 10 um), aber extrem hoch (mehrere mm) erscheinen. Eine galvanische Verstärkung der Kontakte, beispielsweise durch Silber, kann deshalb bei der Solarzelle nach der Erfindung entfallen. Bei einem Verhältnis von 200 um Scheibendicke und 20 um Kontakt- und Verbindungdicke entstehen beispielsweise nur 9 % Abschattungsverluste.The solar cell is very advantageous for small series resistances according to the invention, the perpendicular position of the contacts to the direction of incidence of light, so that (viewed from the side) the contacts are very narrow (less than 10 µm), but appear extremely high (several mm). Galvanic reinforcement of the contacts, for example by silver, can therefore be used in the solar cell according to the invention omitted. At a ratio of 200 µm slice thickness and 20 µm contact and Connection thickness, for example, results in only 9% shading losses.

Die Solarzelle der Figuren 4 bis 6 unterscheidet sich von der Solarzelle der Figuren 1 bis 3 dadurch, daß der pn-Übergang 2 nicht auf der Rückseite 6 vorhanden ist, sondern lediglich auf der Vorderseite 3 sowie am Rand 4.The solar cell of FIGS. 4 to 6 differs from the solar cell of FIGS. 1 to 3 in that the pn junction 2 is not present on the rear side 6 is, but only on the front 3 and on the edge 4.

Dies wird dadurch erreicht, daß die Rückseite 6 bei der Herstellung der Halbleiterzone 5 maskiert ist, so daß die Diffusion nicht in die Rückseite des Halbleiterkörpers erfolgt. Bei dieser Ausführungsform der Erfindung kann der Rückseitenkontakt 9 direkt mit dem Halbleiterkörper 1 legiert werden, ohne daß eine Halbleiterzone (5) durchlegiert werden muß. Die Figuren 5 und 6 zeigen die Solarzelle der Figur 4 in perspektivischer Darstellung.This is achieved in that the rear side 6 during manufacture the semiconductor zone 5 is masked so that the diffusion does not enter the back of the Semiconductor body takes place. In this embodiment of the invention, the rear contact 9 are alloyed directly with the semiconductor body 1 without a semiconductor zone (5) must be alloyed through. Figures 5 and 6 show the solar cell of the figure 4 in a perspective view.

Der Halbleiterkörper der Solarzelle nach der Erfindung kann quadratisch, rechteckig oder vieleckig ausgebildet sein, wobei mehrere Seiten des Halbleiterkörpers gleich- zeitig beleuchtet werden können. Bei einer Vereinigung von mehreren Solarzellen zu einem Modul sollte jedoch mindestens eine Halbleiterseite zur Wärmeabfuhr zur Verfügung stehen.The semiconductor body of the solar cell according to the invention can be square, be rectangular or polygonal, with several sides of the semiconductor body same- can be illuminated in good time. In the case of an association of several solar cells to a module should, however, have at least one semiconductor side are available for heat dissipation.

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Claims (5)

Patentansprüche Solarzelle mit einem auf der Vorderseite des Halbleiterkörpers befindlichen pn-Übergang, dadurch gekennzeichnet, daß sich dieser pn-Übergang auch auf den Rand des Halbleiterkörpers erstreckt und dadurch außer der einen Hauptfläche auf der Vorderseite auch der Randfläche des Halbleiterkörpers vorgelagert ist, und daß der Randbereich des pn-überganges zur Bestrahlung mit Licht vorgesehen ist. Claims Solar cell with one on the front side of the semiconductor body located pn junction, characterized in that this pn junction is also extends to the edge of the semiconductor body and thereby except for the one main surface is also upstream of the edge surface of the semiconductor body on the front side, and that the edge area of the pn junction is intended for irradiation with light. 2) Solarzelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Solarzellenkontakte großflächig ausgebildet sind.2) Solar cell according to claim 1, characterized in that the solar cell contacts are formed over a large area. 3) Solarzelle nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Solarzellenkontakte zumindest den größten Teil der Vorder- und Rückseitenfläche des Halbleiterkörpers bedecken.3) Solar cell according to claim 2, characterized in that the solar cell contacts at least most of the front and back surface of the semiconductor body cover. 4) Solarzelle nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der pn-Übergang allseitig vorhanden ist undidaß derjenige Teil des pn-Überganges, der sich auf der Rückseite des Halbleiterkörpers befindet, auf der der ohm'sche Kontakt für den Halbleiterkörper vorgesehen ist, vom übrigen Teil des pn-Überganges getrennt ist.4) Solar cell according to one of claims 1 to 3, characterized in that that the pn junction is present on all sides and that that part of the pn junction which is located on the back of the semiconductor body on which the ohmic Contact is provided for the semiconductor body from the remaining part of the pn junction is separated. 5) Solarzelle nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß bei Vorhandensein eines allseitigen pn-überganges der ohm'sche Kontakt für den Halbleiterkörper durch die den pn-Übergang mit dem Halbleiterkörper bildende Halbleiterzone bis zum Halbleiterkörper durchlegiert ist.5) Solar cell according to claim 4, characterized in that in the presence an all-round pn junction through the ohmic contact for the semiconductor body the semiconductor zone forming the pn junction with the semiconductor body up to the semiconductor body is alloyed through.
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