DE3511082C2

DE3511082C2 -

Info

Publication number: DE3511082C2
Application number: DE3511082A
Authority: DE
Inventors: Roland Dipl.-Ing. Schilling (Fh), 7519 Gemmingen, De; Karl-Heinz 7100 Heilbronn De Tentscher
Original assignee: Telefunken Electronic GmbH
Current assignee: Telefunken Systemtechnik AG
Priority date: 1985-03-27
Filing date: 1985-03-27
Publication date: 1989-03-23
Also published as: US5045481A; DE3511082A1; JPS61224466A

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Solarzelle nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Ein solches Verfahren ist bereits durch die US-PS 36 15 855 bekannt.

Solarzellen zur Stromversorgung elektrischer Systeme, die vom Netz unabhängig sein sollen, erschließen sich immer weitere Anwendungsbereiche. Dabei kommt es u. a. auf die Leistungsdaten der verwendeten Solarzellen, auf deren Betriebsspannungen und Generatorströme an. Zur Erhöhung der Betriebsspannung werden einzelne Solarzel len seriell zusammengeschaltet. Dazu wird beispielswei se der metallische Anschlußkontakt auf der Oberfläche einer Solarzelle mit dem auf der Rückseite befindlichen Anschlußkontakt einer weiteren Solarzelle elektrisch verbunden.

Eine Erhöhung des Generatorstroms erreicht man, indem mehrere einzelne Solarzellen parallel zusammengeschal tet werden oder indem in Serie geschaltete "strings" parallel verbunden werden. Bei diesen Verschaltungen einzelner Solarzellen zu Solarmodulen kommt den elek trischen Verbindungselementen eine entscheidende Bedeu tung zu.

Aus der DE-OS 33 03 926 ist eine Solarzelle bekannt, bei der auf einem Leitbahnsystem als Vorderseitenkon takt ein metallischer Verbinder mechanisch befestigt wird, so daß der Verbinder über den Scheibenrand der Solarzelle hinausragt.

Die mittels dieser Verbinder zusammengeschalteten Solar module haben zwar eine hohe Zuverlässigkeit erreicht, benötigen aber auch einen hohen Aufwand bezüglich der Verbinder und der Verbindungstechnik.

Aus der DE-OS 29 19 041 sind superdünne Solarzellen bekannt, bei denen die für den Lichteinfall vorgesehene Oberflächenseite nicht mit einer kammartigen Leitbahn struktur sondern mit streifenförmigen aufgedampfen Kon taktverbindern versehen ist. Diese Kontaktverbinder werden gleichzeitig auf Formunterlagen zur Bildung über stehender Enden aufgedampft, wobei den überstehenden Enden durch die Formunterlage eine wellenförmige Struk tur aufgeprägt wird.

Aus der US-PS 33 78 407 sind kammförmige, gesondert hergestellte Verbinderelemente bekannt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, unter Ausnut zung überschüssiger Flächenanteile einer Halbleiter scheibe auf einfache Weise Anschlußkontakte herzustel len, mit denen einzelne Solarzellen ohne zusätzliche Kontaktverbinder durch Zusammenschalten zu Solarmodulen zusammengesetzt werden können.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch das Verfahren nach Anspruch 1 gelöst.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen des Verfahrens ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnun gen dargestellt und werden im folgenden näher beschrie ben:

Es zeigen:

Fig. 1 Das Separieren des Verbinderkontakts, der auf der Oberfläche angeordnet ist, von einem Teil des Halbleitergrundkörpers.

Fig. 2 Das Separieren des Verbinderkontakts, der auf der Rückseite angeordnet ist, von einem Teil des Halbleitergrundkörpers.

Fig. 3 Die Anordnung von einzelnen Solarzellen auf einer Waferscheibe.

Fig. 4 Eine Solarzelle mit Verbinderkontakten, inte griert mit metallischem Anschlußkontakt auf der Oberfläche und der Rückseite.

Fig. 5 Die Verschaltung zweier Solarzellen mit einer gemäß Fig. 4 dargestellten Struktur zu einem parallel geschalteten Modul.

Die Herstellung einer Solarzelle wird anhand der Fig. 1 erläutert. Nach der Dotierung des Halbleitergrundkör pers 1 a auf einer Waferscheibe wird ein ganzflächiger metallischer Anschlußkontakt 7 a auf der Rückseite 5 a aufgebracht. Auf der Oberfläche 2 a wird an einer Rand zone ein Streifen 12 a erzeugt, der eine Adhäsion oder Sinterverbindung von metallischen Verbindungen oder Legierungen mit dem Halbleitergrundkörper 1 a verhin dert. Dieser Streifen 12 a ist in seinen Abmessungen mindestens gleich groß und deckungsgleich mit der Flä che des herzustellenden Verbinderkontakts 4 a. Der Strei fen 12 a kann vorzugsweise aus aufgedampftem Silber, Fotolack oder Siliziumdioxid bestehen. Über eine nicht dargestellte Metallisierungsmaske werden auf dem Strei fen 12 a und der Oberfläche 2 a der metallische Anschluß kontakt 3 a samt Verbinderkontakt 4 a durch einen Bedamp fungsprozeß im Hochvakuum homogen und zusammenhängend erzeugt. Im Hinblick auf die Materialzusammensetzung von Anschlußkontakt und Verbinderkontakt erfolgt die Bedampfung sukzessive mit den verschiedenen Materialien wie Ti, Pd, Ag. Durch einen anschließenden Temperprozeß wird das Kontakt- und Verbindermaterial gesintert. Die Metallisierungsmaske ist dabei so ausgerichtet, daß der Verbinderkontakt 4 a an keiner Stelle über den Streifen 12 a hinausragt. Über ein Lasertrennverfahren wird in den metallischen Anschlußkontakt 7 a auf der Rückseite 5 a und den Halbleitergrundkörper 1 a eine V-förmige Nut 11 a symmetrisch zu einer Bruchkante 10 a eingebracht, die in ihrer Verlängerung den Streifen 12 a vom daran anschließenden Anschlußkontakt 3 a abgrenzt. Die Tiefe der V-förmigen Nut 11 a beträgt etwa ein Drittel der Dicke des Halbleitergrundkörpers 1 a. Durch Brechen längs der Bruchkante 10 a wird der unter dem Streifen 12 a befindliche Teil des Halbleitergrundkörpers 1 a ab getrennt, so daß der Verbinderkontakt 4 a überstehend auf dem nun verbleibenden Halbleitergrundkörper 1 a an geordnet ist.

Die Fig. 2 zeigt die Herstellungsart des Verbinderkon takts 4 b.

Auf der Rückseite 5 b wird an einer Randzone ein Strei fen 12 b erzeugt, der eine Adhäsion oder Sinterverbin dung von metallischen Verbindungen oder Legierungen mit dem Halbleitergrundkörper 1 b verhindert. Dieser Strei fen 12 b ist in seinen Abmessungen mindestens gleich groß und deckungsgleich mit der Fläche des Verbinder kontakts 4 b. Der Streifen 12 b kann vorzugsweise aus Silber, Fotolack oder Siliziumdioxid bestehen. Über eine nicht dargestellte Metallisierungsmaske werden auf dem Streifen 12 b und der Rückseite 5 b der metallische Anschlußkontakt 7 b samt Verbinderkontakt 4 b durch einen Bedampfungsprozeß im Hochvakuum homogen und zusammen hängend erzeugt. Das Ausrichten der Metallisierungsmas ke erfolgt wie bei dem bezüglich Fig. 1 beschriebenen Verfahren. Über ein Lasertrennverfahren wird in den metallischen Anschlußkontakt 3 b auf der Oberfläche 2 b und den Halbleitergrundkörper 1 b eine V-förmige Nut 11 b symmetrisch zu einer Bruchkante 10 b eingebracht, die in ihrer Verlängerung den Streifen 12 b vom daran anschlie ßenden Anschlußkontakt 3 b abgrenzt. Die Tiefe der V- förmigen Nut 11 b beträgt etwa ein Drittel der Dicke des Halbleitergrundkörpers 1 b. Durch Brechen längs der Bruchkante 10 b wird der über dem Streifen 12 b befind liche Teil des Halbleitergrundkörpers 1 b abgetrennt, so daß der Verbinderkontakt 4 b überstehend auf dem nun verbleibenden Halbleitergrundkörper 1 b angeordnet ist.

Durch die Materialzusammensetzung und die Abmessungen sind die Verbinderkontakte 4 a, 4 b auch verformbar.

Fig. 3 zeigt die Anordnung der Solarzellen auf einer Waferscheibe. Um eine optimale Flächenausnützung der Waferscheibe zu ermöglichen, sind beispielsweise zwei Solarzellen spiegelsymmetrisch angeordnet und rechtwin kelig zu ihnen schließt eine dritte Solarzelle an. Die Konturen der einzelnen Solarzellen werden mittels V- förmiger Lasernuten 6 bzw. 10 a auf dem metallischen Anschlußkontakt 7 a der Rückseite 5 a und anschließendem Brechen erzeugt.

Die in Fig. 4 dargestellte Solarzelle weist auf der Oberfläche 2 c und der Rückseite 5 c je einen überstehen den Verbinderkontakt 4 c ₁ bzw. 4c ₂ auf, die diametral zueinander auf einem dotierten Halbleitergrundkörper 1 c angeordnet sind. Die Verbinderkontakte 4 c ₁ und 4c ₂ sind homogen mit den jeweiligen Anschlußkontakten 3 c und 7 c integriert. Eine Solarzelle mit dieser Struktur eignet sich beispielsweise für eine in Fig. 5 gezeigte Paral lelverschaltung zweier oder mehrerer Solarzellen zu Modulen.

Der Verbinderkontakt 4 c ₂ des Anschlußkontakts 7 c auf der Rückseite einer Solarzelle mit dem Halbleitergrund körper 1 c ₁ ist auf dem metallischen Anschlußkontakt 7 c einer weiteren Solarzelle mit dem Halbleitergrundkörper 1 c ₂ an einer Kontaktverbindungsstelle 8 c ₂ elektrisch leitend befestigt.

Sinngemäß ist der Verbinderkontakt 4 c ₁ der weiteren Solarzelle mit dem Halbleitergrundkörper 1 c ₂ mit dem Anschlußkontakt 3 c der ersten Solarzelle an einer Kon taktverbindungsstelle 8 c ₁ elektrisch leitend befestigt.

Eine andere Möglichkeit der Parallelverschaltung mehre rer Solarzellen zu Modulen wird in der Praxis oft da durch erreicht, daß man zuerst eine bestimmte Anzahl Solarzellen z. B. jeweils 4 in Serie schaltet und diese so erhaltenen "strings" parallel anordnet und mit zu sätzlichen, nicht dargestellten Verbinderkontakten pa rallel verschaltet.

Die Schichtdicke der Anschlußkontakte 3 a, 3 b, 3 c, 7 a, 7 b, 7 c sowie der Verbinderkontakte 4 a, 4 b, 4 c ₁, 4c ₂ liegt zwischen 4 µm und 13 µm. Die Dicke der Streifen 12 a, 12 b liegt für Silber in der Größenordnung von klei ner 1 µm, für Fotolack kleiner 5 µm und für Siliziumdi oxid kleiner 1 µm.

Die Verbinderkontakte 4 a, 4 b, 4 c ₁, 4c ₂ haben - bezogen auf die Oberflächen 2 a, 2 b, 2 c - einen Flächenanteil von ca. 30%.

In einem Ausführungsbeispiel hat der Verbinderkontakt 4 a die Abmessungen 15 mm×30 mm.

Die Verbinderkontakte 4 a, 4 b, 4 c können in vorteilhaf ter Weise auch fingerförmig ausgeführt sein und sie können in sich strukturiert sein, um thermisch bedingte Dehnungen zu kompensieren.

Claims

1. Verfahren zur Herstellung einer Solarzelle aus einer Halbleiterscheibe, die flächenmäßig größer ist als die Solarzelle, wobei die Solarzelle auf gegenüberliegenden Oberflächenseiten (2 a, 5 a bzw. 2 b, 5 b) des Halbleiter grundkörpers (1 a, 1 b) mit Anschlußkontakten (3 a, 7 a bzw. 3 b, 7 b) versehen ist, von denen einer eine kammar tige Struktur aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß vor dem Aufdampfen wenigstens eines der Anschlußkontakte (3 a, 7 b) auf der Oberfläche (2 a) bzw. Rückseite (5 b) des Halbleitergrundkörpers (1 a, 1 b) ein an die Solar zelle angrenzender, gleichfalls für die Aufdampfung eines Teils des Anschlußkontaktes vorgesehener, strei fenförmiger Bereich (12 a, 12 b) erzeugt wird, der eine Verbindung zwischen Anschlußkontakt (3 a, 7 b) und Halb leitergrundkörper (1 a, 1 b) derart verhindert, daß nach dem Aufdampfen der Anschlußkontakte (3 a, 7 b) beim Zer teilen der Halbleiterscheibe in eine oder mehrere So larzellen, mindestens einer der Anschlußkontakte (3 a, 7 b) in einen homogen integrierten, in der gleichen Ebe ne liegenden und über den Rand der Solarzelle hinausra genden Verbinderkontakt (4 a, 4 b) übergeht.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der die Adhäsion oder Sinterverbindung von Halblei tergrundkörper (1 a, 1 b) mit dem Verbinderkontakt (4 a, 4 b) verhindernde streifenförmige Bereich (12 a, 12 b) auf der Oberfläche (2 a) bzw. Rückseite (5 b) des Halbleiter grundkörpers (1 a, 1 b) mit Hilfe eines fotolithografi schen Verfahrens erzeugt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn zeichnet, daß der mit den Verbinderkontakten (4 a, 4 b) nicht adhäsiv oder gesintert verbundene Teil des Halb leitergrundkörpers (1 a, 1 b) über ein Laser- oder Säge Trennverfahren längs einer Bruchkante (10 a, 10 b) für die Abtrennung präpariert wird.

4. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Befestigung der Verbin derkontakte (4 a, 4 b) an den jeweiligen Kontaktverbin dungsstellen (8 a, 8 b) mit den Anschlußkontakten (7 a, 3 b) durch Löten, Schweißen, Kleben oder Ultraschall schweißen erfolgt.