Beschreibung

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer rückseitenkontaktierten Solarzelle, sowie eine rückseitenkontaktierte Solarzelle.

Solarzellen dienen bekanntermaßen als photovoltaische Elemente zur Umwandlung von Licht in elektrische Energie. Ladungsträger, die bei der Absorption von Licht in einem Halbleitersubstrat erzeugt werden, werden getrennt und in Bereiche unterschiedlicher Polarität geleitet, z.B. an einem pn-Übergang zwischen einem Emitterbereich, der einen ersten Dotierungstyp, bspw. n-Typ oder p-Typ, (zur Erzeugung einer ersten Polarität) aufweist, und einem Basisbereich, der einen entgegengesetzten Dotierungstyp (zur Erzeugung einer entgegengesetzten Polarität) aufweist. Über Emitterkontakte, die den Emitterbereich kontaktieren, und Basiskontakte, welche den Basisbereich kontaktieren, können die derart erzeugten und separierten Ladungsträgerpaare einem externen Stromkreis zugeführt werden.

Bekannt sind Solarzellen, bei denen Kontakte einer Polarität an der Vorderseite angeordnet sind und Kontakte der entgegengesetzten Polarität an der Rückseite angeordnet sind. Um Verluste, welche aus Abschattung durch die Kontakte an der Vorderseite resultieren, zu minimieren, wurden Rückkontaktsolarzellen entwickelt, bei denen beide Kontakttypen, d.h. die Emitterkontakte und die Basiskontakte, an einer Rückseite des Halbleitersubstrats angeordnet sind. Beispielsweise wurden Solarzellen entwickelt, auf deren Rückseitenoberfläche kammförmige, ineinander verschachtelte Metallkontakte (sog.

"Kontaktfinger" oder Elektroden) beider Polaritätstypen angeordnet sind. Derartige Solarzellen werden üblicherweise als IBC- oder Rückkontaktsolarzellen bezeichnet (IBC =

(interdigitated back-contact).

Um einen möglichst hohen Wirkungsgrad bei

Rückseitenkontaktsolarzellen zu erzielen, können die Zellen nicht nur durch einen einzigen positiven und einen einzigen negativen Kontaktpunkt oder eine negative und eine positive Kontaktlinie kontaktiert werden, sondern es ist eine Vielzahl von Kontaktfingern notwendig. Üblicherweise werden Kontaktfingerstrukturen benutzt, die kammartig ineinandergreifen : Die positiven oder Pluskontakt-Finger sind über den Rücken eines ersten Kamms miteinander verbunden, die negativen oder Minuskontakt-Finger sind über den Rücken eines zweiten Kamms verbunden. Den „Kammrücken" bezeichnet man in der Regel als „Stromsammelschiene" oder „busbar". Die Kontaktfinger der verschiedenen Stromsammelschienen greifen ineinander, liegen aber so weit auseinander, dass sie elektrisch gegeneinander isoliert sind. Auf diese Weise ist es möglich, elektrische Energie aus den Solarzellen zu ziehen, indem man die Stromsammelschienen z.B. mit elektrischen Leitungen kontaktiert .

Die Breite einer PV-Zelle, insbesondere, wenn sie aus kristallinem Silizium besteht, ist bei Verwendung von nur zwei Stromsammelschienen etwa auf 2 cm begrenzt, wenn man eine dünne und kostengünstige Metallisierung der Kontaktfinger verwenden will.

Kommerzielle Solarzellen haben heutzutage eine Breite (und Länge) von über 10 cm, der Standard liegt gegenwärtig bei 15,6 cm. Der in solchen Zellen durch die Solarstrahlung erzeugte Strom beträgt dann bis zu 10 A. Da der elektrische Strom mit möglichst geringen elektrischen Widerstands- Verlusten über die Kontaktfinger zu den Stromsammelschienen geleitet werden muss, müssen die metallisch leitenden Kontaktfinger eine Dicke in einem Bereich von einigen Mikrometern bis zu mehreren zig Mikrometern aufweisen.

Meist kommt als Metall Silber zum Einsatz, manchmal auch Aluminium oder eine Schicht, die aus mehreren Metallen besteht .

Eine so dicke Metallisierung hat mehrere Nachteile: Sie ist teuer und kann dazu führen, dass sich die Solarzelle aufgrund von Temperaturänderungen (z.B. schon beim Abkühlen der Zelle nach Aufbringen der Metallschicht) verbiegt, wenn die aufgebrachten metallischen Kontaktfingerschichten einen anderen thermischen Ausdehnungskoeffizienten haben als das Halbleitermaterial (meist ist es Silizium). Bei Verwendung von nur zwei Stromsammelschienen (eine für die Pluskontaktfinger und eine für die Minuskontakt-Finger) ist deshalb die Breite der Zelle begrenzt.

Einen Ausweg bietet der Einsatz mehrerer (Paare von) Stromsammelschienen (sogenannte Multibars). Wenn man mehr als zwei Stromsammelschienen verwendet und diese dann von außen kontaktiert, verringert sich die Länge des

Strompfades durch die Kontaktfinger. Dadurch verringern sich auch die elektrischen Ströme in den Kontaktfingern; sie können deshalb dünner gehalten werden. Das Problem dabei ist, dass die Kontaktfinger nur mit einer Stromsammelschiene, welche die „richtige" Polarität hat, kontaktiert sein sollen und gegenüber der oder den Stromsammelschienen mit der anderen Polarität isoliert sein müssen. Zur Isolation der Kontaktfinger gegeneinander kann z.B. eine Isolationsschicht lokal aufgebracht werden. Dies muss mit hoher Präzision geschehen. Wenn die Kontaktfinger und die Isolationsschicht nicht exakt an den vorgesehenen Orten auf der Rückseite des Substrats aufgebracht werden, dann ist die PV-Zelle fehlerhaft.

Die vorliegende Erfindung beschäftigt sich mit der Aufgabe, eine kostengünstige und fertigungstechnisch gut beherrschbare Solarzelle mit hohem Wirkungsgrad bereitzustellen.

Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren zur Herstellung einer rückseitenkontaktierten Solarzelle gelöst, welches die Verfahrensschritte gemäß Anspruch 1 umfasst.

Es wird zunächst ein Halbleitersubstrat bereitgestellt, welches eine Vorderseite und eine Rückseite aufweist. Insbesondere kann es sich bei dem Halbleitersubstrat um einen Silizium-Wafer handeln. Es wird dann die Rückseite des Halbleitersubstrats in Bereiche negativer Polarität und in Bereiche positiver Polarität unterteilt. Dies kann beispielsweise dadurch erfolgen, dass das Halbleitersubtrat im Bereich der Rückseite zumindest lokal dotiert wird, und dadurch n-Typ-dotierte Bereiche (zur Formung von Bereichen negativer Polarität) und p-Typ-dotierte Bereiche (zur Formung von Bereichen positiver Polarität) erzeugt werden. Die Unterteilung kann aber auch im Sinne einer bloßen räumlichen Zuordnung von Bereichen in einem z.B. lediglich grunddotierten Substrat erfolgen, wobei die positive Polarität bzw. die negative Polarität dann dadurch erfolgt, dass im Folgeschritt auf die jeweiligen Bereiche polaritätsselektive Kontaktfinger aufgebracht werden (siehe unten).

Die genannten Bereiche bilden z.B. Emitterbereiche der Solarzelle oder ein sog. Back-Surface-Field. Die Dotierung kann beispielsweise mittels Laserdotierung erfolgen. Die Unterteilung in die Bereiche erfolgt derart, dass sich Bereiche negativer Polarität (insbesondere n-Typ-dotierte Bereiche) und Bereiche positiver Polarität (insbesondere p- Typ-dotierte Bereiche) abwechseln. Insofern erstreckt sich die jeweiligen Bereiche (positive Polarität oder negative Polarität) vorzugsweise linienförmig und verlaufen nebeneinander, insbesondere parallel nebeneinander, wobei jeweils benachbarte Bereiche gegensätzliche Polaritäten aufweisen . Vorzugsweise sind die Bereiche positiver Polarität und die Bereiche negativer Polarität derart angeordnet und ausgebildet, dass sich Bereiche negativer Polarität und Bereiche positiver Polarität nicht berühren. Anschließend werden metallische Kontaktfinger erzeugt, welche die Bereiche unterschiedlicher Polarität elektrisch selektiv kontaktieren. Dabei wechselt sich die Polarität der metallischen Kontaktfinger ab. Es wechseln Kontaktfinger einer "ersten Polarität" (erste Kontaktfinger) und Kontaktfinger der entgegengesetzten "zweiten Polarität" (zweite Kontaktfinger) ab.

Anders ausgedrückt: eine Vielzahl von ersten Kontaktfingern soll mit einer Stromsammelschiene der ersten Polarität (erste Stromsammelschienen) elektrisch verbunden werden. Außerdem sollen die ersten Kontaktfinger von den Stromsammelschienen der entgegengesetzten "zweiten" Polarität (zweite Stromsammelschienen) isoliert werden.

Entsprechendes gilt für die zweiten Kontaktfinger: eine Vielzahl von zweiten Kontaktfingern soll mit einer zweiten Stromsammelschiene elektrisch verbunden werden. Außerdem sollen die zweiten Kontaktfinger von den ersten Stromsammelschienen isoliert werden.

Das wird dadurch erreicht, dass die ersten und zweiten Kontaktfinger lokale Mesa-Erhebungen aufweisen, die über die Rückseite des Substrats und der Kontaktfinger in den Bereichen ohne lokale Mesa-Erhebungen hinausragen (z- Achse). Eine Mesa-Erhebung ist insofern eine Erhöhung der Oberfläche in der Art einer Tafelberg-Struktur.

Die lokalen Mesa-Erhebungen sind an den Kontaktfingern so angeordnet, dass sie sich an den Kreuzungs- und Kontaktierungspunkten mit einer Stromsammelschiene der jeweils zu kontaktierenden ("richtigen") Polarität befinden. Über die lokalen Mesa-Erhebungen werden die Kontaktfinger mit einer Stromsammelschiene der "richtigen" Polarität elektrisch verbunden. An den Kreuzungspunkten der Kontaktfinger mit einer Stromsammelschiene der jeweils anderen, nicht zu kontaktierenden Polarität (der "falschen" Polarität) sind keine lokalen Mesa-Erhebungen ausgebildet, so dass dort "Platz" für eine Isolationsschicht ist. Die Isolationsschicht isoliert die Kontaktfinger mit der "zweiten" Polarität von den "ersten Stromsammelschienen" und die Kontaktfinger mit der "ersten" Polarität von den "zweiten Stromsammelschienen" elektrisch.

Die Isolationsschicht ist insbesondere derart ausgebildet und angeordnet, dass sie Abschnitte der Kontaktfinger ohne lokale Mesa-Erhebungen von den Stromsammelschienen der entgegengesetzten Polarität elektrisch isoliert.

Die Bezeichnungen "erste" und "zweite" legen keine Anzahl und keine Reihenfolge fest, sondern dienen zur Unterscheidung der Polaritäten der Kontaktfinger und der Stromsammelschienen .

Nachdem die Isolationsschicht appliziert wurde, werden erste und zweite Stromsammelschienen erzeugt, welche im Bereich der lokalen Mesa-Erhebungen mit den Kontaktfingern elektrisch leitend verbunden sind. Dabei kontaktiert eine Stromsammelschiene nur Kontaktfinger der gleichen Polarität. Zu den Kontaktfingern der jeweils anderen Polarität besteht dann insbesondere kein Kontakt, z.B. da die Mesa-Erhebungen der "falschen" Kontaktfinger nicht von der betrachteten Stromsammelschiene berührt werden. Die lokalen Mesa-Erhebungen sind an den Kontaktfingern so angeordnet, dass sie sich an den Kreuzungs- und Kontaktierungspunkten mit einer Stromsammelschiene der "richtigen" Polarität befinden.

Insofern liegen entlang einer (geraden oder gekrümmten) Längserstreckung einer Stromsammelschiene lokale Mesa- Erhebungen jedes zweiten Kontaktfingers hintereinander. Im Bereich der lokalen Mesa-Erhebungen werden diese Kontaktfinger mit der Stromsammelschiene elektrisch verbunden.

Dadurch, dass entlang einer jeden Stromsammelschiene betrachtet zumindest abschnittsweise alle lokalen Mesa- Erhebungen ausschließlich Bereichen mit gleicher Polarität (z.B. entweder n-Typ-Dotierung oder p-Typ-Dotierung) zugeordnet sind, liegen insofern entlang einer jeden Stromsammelschiene betrachtet zumindest abschnittsweise ausschließlich lokale Mesa-Erhebungen mit gleicher Polarität auf dem erhöhten Oberflächenniveau der Mesa- Erhebungen. Dies ermöglicht es, die Kontaktfinger gleicher Polarität auf einfache Weise entlang einer

Stromsammelschiene miteinander elektrisch zu verbinden und somit die durch die Elektroden abgeführten Ladungsträgerpaare einem externen Stromkreis gesammelt zuzuführen.

Die Kontaktfinger sind derart ausgebildet, dass ein jeder Kontaktfinger nur mit einer Stromsammelschiene verbunden ist, die andere Kontaktfinger der gleichen Polarität verbindet.

Vorzugsweise erstrecken sich die Stromsammelschienen im Wesentlichen quer zur Längsrichtung der Kontaktfinger, insbesondere orthogonal zu einer Längserstreckung der dotierten Bereiche.

Insgesamt ermöglicht es ein derartiges Verfahren also, Kontaktfinger gleicher Polarität auf einfache Weise mit einer Stromsammelschiene elektrisch zu verbinden. Gleichzeitig werden Kontaktfinger entgegengesetzter Polarität von dieser Stromsammelschiene isoliert. Die Herstellung der leitfähigen lokalen Mesa-Erhebungen entlang der Kontaktfinger erfolgt vor, nach oder zeitgleich mit der Herstellung des zugehörigen (insbesondere metallischen) Kontaktfingers, z.B. durch eine erste

Deposition der Kontaktfinger (durch Drucken, Sprühen, Kathodenzerstäubung (Sputtern), Aufdampfen, stromlose oder galvanische Abscheidung, etc.) gefolgt von einer zweiten Deposition der lokalen Mesa-Erhebungen in Form von Linienstücken oder beliebig geformter Punktstrukturen direkt auf der ersten Schicht der Kontaktfinger.

Diese Reihenfolge kann auch umgekehrt werden, indem zuerst die lokalen Mesa-Erhebungen in Form von Linienstücken oder beliebig geformter Punktstrukturen auf dem Substrat aufgebracht werden und anschließend die Kontaktfinger auf dem Substrat und den lokalen Mesa-Erhebungen aufgebracht werden.

Es ist aber auch möglich, Kontaktfinger und lokale Mesa- Erhebungen in einem Schritt auf dem Substrat aufzubringen. Beispielsweise indem bei konstanter Fördermenge eines Sprühkopfs beim Sprühen eines Lacks die Vorschubgeschwindigkeit des Sprühkopfs im Bereich der lokalen Mesa-Erhebungen reduziert und in den übrigen Abschnitten der Kontaktfinger erhöht wird. Ebenso kann z.B. beim Sprühen eines Lacks die Fördermenge so erhöht oder erniedrigt werden, dass lokal höhere Kontaktfinger entstehen, z.B. in der Art von lokalen Verdickungen.

Die elektrisch leitfähigen lokalen Mesa-Erhebungen können durch das gleiche oder ein anderes Verfahren wie die Kontaktfinger entstehen. Ebenso ist es möglich, zuerst die lokalen Mesa-Erhebungen auf das Substrat aufzubringen und anschließend die Kontaktfinger aufzubringen.

Entlang eines jeden Kontaktfingers liegen unterschiedliche Höhenniveaus vor. Die Höhenunterschiede müssen nicht notwendigerweise durch zwei, sondern können auch durch einen einzigen oder auch durch mehr als zwei Depositionsschritte entstehen.

Optional können die Kontaktfinger durch Abtragen lokal so strukturiert werden, dass die entlang des Kontaktfingers entstehenden Mesa-Erhebungen weiter herausgearbeitet werden. Es ist auch möglich, dass die "Gipfel" der lokalen Erhöhungen/Mesa-Erhebungen nicht flach in der Form von Tafelbergen sind, sondern einen oder mehrere im Wesentlichen kuppelförmige oder spitze "Gipfel" haben. Dabei liegen die höchsten Punkte der lokalen Mesa- Erhebungen oberhalb der höchsten Punkte der nicht mit einer lokalen Erhöhung/Mesa-Erhebung versehenen Abschnitte der Kontaktfinger (d.h. sie ragen über die Oberfläche hinaus).

Die Isolationsschicht wird nach der Herstellung der Kontaktfinger und deren lokalen Mesa-Erhebungen entweder ganzflächig oder lokal auf dem Substrat so aufgebracht, dass sie die Kontaktfinger überdeckt und nur die lokalen Mesa-Erhebungen über die Isolationsschicht herausragen. Die Isolationsschicht kann beispielsweise erzeugt werden durch Sprühen eines Isolationslacks, Tintenstrahldrucken, Tauchen in einen Lack, Drucken etc. mit anschließendem Trocknen. Als geeignet haben sich Isolationslacke erwiesen, die in der Leiterplattenindustrie benutzt werden und kostengünstig am Markt verfügbar sind.

Wenn Menge, Viskosität und/oder Kohäsivität des Lacks auf die Höhe der lokalen Mesa-Erhebungen abgestimmt werden, fließt der Lack automatisch wie gewünscht in die (Tief ebene zwischen den lokalen Mesa-Erhebungen, ohne die Plateaus bzw. Hochpunkte der lokalen Mesa-Erhebungen zu überdecken. Das Herstellungsverfahren ist daher wenig anfällig gegenüber Ausrichtungs fehlem . Dadurch ist gewährleistet, dass wenn anschließend die Stromsammelschienen aufgebracht werden, diese jeweils mit den Kontaktfingern der gleichen Polarität elektrisch verbunden werden können und von den Kontaktfingern der entgegengesetzten Polarität elektrisch isoliert sind. Besonders vorteilhaft an diesem Verfahren ist, dass fertigungsbedingte Toleranzen der Lage der Kontaktfinger und der Stromsammelschienen auf dem Substrat innerhalb weiter Grenzen kompensiert werden. Diese Eigenschaft wird im vorliegenden Zusammenhang auch als "selbstjustierend" bezeichnet .

Selbst wenn der Isolationslack die lokalen Mesa-Erhebungen ganz oder teilweise bedeckt, ist die Dicke des Lacks auf den Hochpunkten der lokalen Mesa-Erhebungen aufgrund seiner Viskosität geringer als in den "Tälern". Durch diese dünnere Schicht hindurch kann eine elektrische Verbindung zwischen Kontaktfingern und Stromsammelschienen (z.B. durch Schweißen, Löten oder Drucken) prozesssicher hergestellt werden.

Auch wenn der Lack bzw. die Isolationsschicht überall gleich dick wäre, kann z.B. durch Laserschweißen erreicht werden, dass eine elektrische Verbindung zwischen Kontaktfingern und Stromsammelschienen entsteht und die Stromsammelschiene trotzdem durch den Lack bzw. die Isolationsschicht gegenüber dem „falschen" Kontaktfinger isoliert bleibt.

Die Isolationsschicht muss nicht notwendigerweise ganzflächig oder zusammenhängend ausgestaltet, sondern kann auch nur dort lokal in Form von „Inseln" jeglicher Form aufgebracht werden, wo später die Stromsammelschienen isoliert werden müssen. Es ist zum Beispiel auch denkbar, dass die Isolationsschicht nur auf jeden zweiten Kontaktfinger der „falschen Polarität" entweder lokal oder über dessen ganze Länge aufgebracht wird z.B. durch Drucken, Sprühen, Tauchen. Die benachbarten Kontaktfinger der „richtigen" Polarität werden aber dort durch Tafelberge lokal oder über die ganze Länge höher gestaltet, so dass diese Kontaktfinger über die Isolationsschicht hinausragen, um auf diese Weise mit der gewünschten Stromsammelschiene elektrisch kontaktierbar zu sein.

Die Isolationsschicht kann auch durch lokale oder vollflächige Deposition (z.B. Drucken) eines plastischen Materials hergestellt werden. Dieses plastische Material kann z. B. durch mechanischen Druck oder Erwärmung in die „Täler" zwischen die lokalen Mesa-Erhebungen fließen und die lokalen Mesa-Erhebungen der Kontaktfinger entweder freigeben oder aber nur mit einer dünnen Schicht bedecken. Durch diese dünne Schicht ist die elektrische Verbindung zwischen Kontaktfingern und Stromsammelschienen möglich. Die lokalen Mesa-Erhebungen müssen nicht eine gerade linienartige Form haben; sie können jede Form haben (sie können auch unterbrochen sein), solange sie höher liegen als die Isolationsschicht auf den Kontaktfingern bzw. die Isolationsschicht auf den zu isolierenden Kontaktfingern dicker ist als auf den lokalen Mesa-Erhebungen. Es ist auch möglich, dass die Kontaktfinger nicht in Form von durchgängigen metallisch leitfähigen Linien, sondern als Linienstücke oder als einzelne Punkte oder Ansammlung von Punkten ausgestaltet werden. Entscheidend ist nur, dass unterschiedliche lokale Höhen in Kombination mit einer oder mehrerer Isolationsschichten dazu dienen, um die Kontakte einer bestimmten Polarität mit der entsprechenden Stromsammelschiene verbunden und von der Stromsammelschiene der anderen Polarität elektrisch isoliert werden.

Die lokalen Mesa-Erhebungen müssen nicht alle die gleiche Höhe haben. Es ist denkbar, dass alle oder ein Teil der lokalen Mesa-Erhebungen der einen Polarität eine andere Höhe als alle oder ein Teil der lokalen Mesa-Erhebungen der anderen Polarität haben. Wichtig für die Isolation der Stromsammelschienen ist, dass LOKAL die Kontaktpunkte (= lokale Mesa-Erhebungen) der einen Polarität eine andere Höhe als die Kontaktpunkte (= lokale Mesa-Erhebungen) der anderen Polarität haben. Es ist auch denkbar, dass nicht nur eine oder zwei verschiedene Höhen von lokalen Mesa- Erhebungen verwendet werden, sondern mehr.

Außerdem ist denkbar, dass sowohl die Kontaktfinger als auch die lokalen Mesa-Erhebungen auf einer vorher strukturierten Unterlage, die auch die Halbleiterschicht selbst sein kann, deponiert oder aber durch Abtragen geformt werden (Siehe dazu auch die Figur 6).

In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung werden die Stromsammelschienen durch Deposition einer leitfähigen Schicht durch Drucken, galvanische Abscheidung, stromlose Abscheidung, Sputtern, Aufdampfen etc. auf die Isolationsschicht aber in einer elektrisch leitfähigen Verbindung zu den lokalen Mesa-Erhebungen der Kontaktfinger mit der "richtigen" Polarität.

Das Erzeugen der Stromsammelschienen umfasst insbesondere das Aufbringen der Stromsammelschienen, sowie das elektrische Kontaktieren der Stromsammelschienen mit den "richtigen" Kontaktfingern. Dabei kann eine elektrische Kontaktierung insbesondere durch stoffschlüssiges Verbinden einer jeweiligen Stromsammelschiene mit den ihr zugeordneten Kontaktfingern erfolgen, beispielsweise mittels Löten und/oder Schweißen und/oder Bonden.

Alternativ können die Stromsammelschienen als leitfähige (Metall-)Folie oder als (Metall-) Drähte, insbesondere verzinnte Kupferdrähte, ausgebildet sein, die auf mit den lokalen Mesa-Erhebungen der Kontaktfinger der "richtigen" Polarität gelötet, geklebt oder geschweißt oder anderweitig so befestigt werden, dass eine elektrisch leitende Verbindung entsteht. Die Stromsammelschienen bestehen besonders bevorzugt auf einer Metallfolie (z.B. herkömmliche Aluminiumfolie für den Haushalt). Diese Folie wird zum Beispiel mit Hilfe eines Lasers lokal auf die "richtigen" lokalen Mesa-Erhebungen geschweißt.

Statt zwei Lagen von Metallisierungen (Kontaktfinger und Stromsammelschiene) sind auch mehrlagige Metallisierungen möglich, z.B. dadurch, dass auf die erste Lage der Stromsammelschienen wieder lokale Mesa-Erhebungen aufgebracht werden. Danach wird wieder eine Isolationsschicht aufgebracht und eine weitere Ebene von Kontaktfingern oder Stromsammelschienen. Auf diese Weise kann z.B. erreicht werden, dass die eine zweite Ebene von Stromsammelschienen entsteht, die z.B. um 90 Grad gegenüber der ersten verdreht ist, aber die zweite Ebene von Stromsammelschienen jeweils nur die jeweils „richtigen" Stromsammelschienen der ersten Ebene lokal kontaktiert aber gegenüber den jeweils „falschen" Stromsammelschienen lokal isoliert ist.

Die eingangs gestellte Aufgabe wird auch durch eine rückseitenkontaktierte Solarzelle gelöst, welche insbesondere mittels eines voranstehend erläuterten

Verfahrens hergestellt ist. Die vorstehend im Zusammenhang mit dem Verfahren erläuterten Merkmale und Vorteile können auch zur Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Solarzelle dienen.

Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Figuren näher erläutert.

Es zeigen:

Figur 1 eine schematische Darstellung einer rückseitenkontaktierten Solarzelle mit vier Paaren von Stromsammelschienen;

Figur 2 einen vergrößerten Ausschnitt aus Figur 1; Figur 3 eine Isometrie erfindungsgemäßer Kontaktfinger vor dem Aufbringen einer Isolationsschicht;

Figur 4 eine Isometrie der Rückseite der Zelle nach dem Aufbringen einer Isolationsschicht;

Figur 5 eine Isometrie der Rückseite der Zelle nach dem Anbringen der Stromsammelschienen; und

Figur 6 ein weiteres Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen PV-Zelle.

In der nachfolgenden Beschreibung sowie in den Figuren sind für identische oder einander entsprechende Merkmale jeweils dieselben Bezugszeichen verwendet.

Zur Erläuterung der geometrischen Verhältnisse ist in den Figuren ein kartesisches Koordinatensystem (x, y, z) dargestellt. In dem dargestellten Beispiel verläuft eine von der Rückseite des Halbleitersubstrats 12 aufgespannte Ebene parallel zu der x-y-Ebene. Insofern verläuft eine Flächennormale der Rückseite parallel zur z-Achse.

Figur 1 zeigt in vereinfachter Darstellung die Rückseite einer rückseitenkontaktierten Solarzelle 10, kurz als Solarzelle 10 bezeichnet. Die Solarzelle 10 umfasst ein Halbleitersubstrat 12. Beispielhaft und bevorzugt ist das Halbleitersubstrat 12 in Form eines Silizium-Wafers ausgebildet.

Das Halbleitersubstrat 12 weist Bereiche positiver Polarität (z.B. p-Typ dotierte Bereiche) und Bereiche negativer Polarität (z.B. n-Typ-dotierte Bereiche) auf. Diese Bereiche sind aus Gründen der Übersichtlichkeit in den Figuren nicht dargestellt. In den Figuren erstrecken sich die verschiedenen Bereiche jeweils linienartig, bezüglich des beispielhaften Koordinatensystems in Richtung der x-Achse. In Richtung der Y-Achse wechseln sich die Bereiche unterschiedlicher Polarität ab. Unter der Annahme, dass das Halbleitersubstrat 12 eine n-Typ-Dotierung aufweist und die Basis der Solarzelle 10 bildet, bilden die Bereiche positiver Polarität (z.B. p-Typ-dotierte Bereiche) die Emitterbereiche und die anderen Bereiche (z.B. die n- Typ dotierten Bereiche) das Back-Surface-Field 28. Beispielsweise sind die n-Typ-dotierten Bereiche vorzugsweise stärker n-Typ-dotiert als das Halbleitersubstrat 12 selbst.

Die PV-Zelle 10 mit insgesamt acht (8) Stromsammelschienen ist in Figur 1 annähernd in Originalgröße dargestellt. Es gibt zwei Gruppen von Kontaktfingern 14, 16 und zwei

Gruppen von Stromsammelschienen 20, 22.

Die Kontaktfinger 14 sind oberhalb der nicht dargestellten Bereiche negativer Polarität (z.B. n-Typ-dotierte Bereiche) des Substrats 12 angeordnet. Die Kontaktfinger 16 sind oberhalb der nicht dargestellten Bereiche positiver Polarität (z.B. p-Typ-dotierte Bereiche) des Substrats 12 angeordnet .

Figur 2 zeigt vergrößert einen Ausschnitt der PV-Zelle 10 mit Stromsammelschienen. Die Breite der Kontaktfinger 14, 16 ist aus Gründen der Übersichtlichkeit vergrößert dargestellt, wobei nur eine reduzierte Anzahl dargestellt ist. Tatsächlich kann eine solche Rückseitenkontakt- Solarzelle 10 über mehrere Hundert von Kontaktfingern beider Polaritäten verfügen. Die Anzahl von acht Stromsammelschienen (4 positive, 4 negative) kann realistisch sein.

In den Figuren 1 und 2 sind die Kontaktfinger 14 und die Stromsammelschienen 20 in einer ersten Linienart (durchgezogene Linie) dargestellt. Die Kontaktfinger 16 und die Stromsammelschienen 22 sind in einer zweiten Linienart (unterbrochene Linie) dargestellt. Dadurch soll deren unterschiedliche Polarität veranschaulicht werden.

Die Anordnung der dotierten Bereiche und die elektrische Verbindung mit den zwei Gruppen von Kontaktfingern 14, 16 und von Stromsammelschienen 20, 22 sind dem Fachmann bekannt und werden daher nicht näher erläutert.

Die Kontaktfinger 14 sind mit den Stromsammelschienen 20 elektrisch verbunden und von den Stromsammelschienen 22 elektrisch isoliert. Die Kontaktfinger 16 sind mit den Stromsammelschienen 22 elektrisch verbunden und von den Stromsammelschienen 20 elektrisch isoliert.

Am Beispiel der Stromsammelschiene 22 ist dieser Sachverhalt in Figur 2 veranschaulicht: Die Pfeile 30 weisen auf elektrisch leitende Verbindungen zwischen der Stromsammelschiene 22 und den Kontaktfingern 16; die Pfeile 32 weisen auf die elektrische Isolierung zwischen der Stromsammelschiene 22 und den Kontaktfingern 14.

Erfindungsgemäß ist vorgesehen, die Höhe der Kontaktfinger 14, 16 lokal an den Stellen zu vergrößern, an denen bei der

Zelle 10 ein elektrisch leitender Kreuzungspunkt zwischen Kontaktfinger 14, 16 und Stromsammelschiene 20, 22 vorhanden ist; d. h. an den Enden der Pfeile 30.

In der Figur 3 sind insgesamt sechs Kontaktfinger in einer Isometrie dargestellt; drei erste Kontaktfinger 14 und drei zweite Kontaktfinger 16. Die Höhe der Kontaktfinger 14, 16 erstreckt sich in Richtung der z-Achse.

Beginnend bei "I" ist ein Ausschnitt aus einem Kontaktfinger 14 mit einer lokalen Mesa-Erhebung 24 dargestellt. Im Bereich der lokalen Mesa-Erhebung 24 ist die Höhe (d. h. die Erstreckung des Kontaktfingers 14 in Richtung der z-Achse) größer als in den angrenzenden Bereichen . Die lokale Mesa-Erhebung 24 befindet sich dort, wo bei der fertigen Zelle 10 eine elektrisch leitende Verbindung des Kontaktfingers 14 mit der Stromsammelschiene 20 (nicht dargestellt in Fig. 3) besteht.

Bei "II" ist ein Ausschnitt aus einem Kontaktfinger 16 mit einer lokalen Mesa-Erhebung 26 dargestellt. Die lokale Mesa-Erhebung 26 befindet sich in Richtung der x-Achse versetzt zu den Mesa-Erhebungen 24 der Kontaktfinger 14 aus

"I", "III" und ""V".

Im Bereich der lokalen Mesa-Erhebung 26 des Kontaktfingers 16 aus "II" besteht bei der fertigen Zelle 10 eine elektrisch leitende Verbindung zu der Stromsammelschiene 22 (nicht dargestellt in Fig. 3).

In entsprechender Weise sind an den Kontaktfingern 14, 16 aus "III", "IV", "V" und "VI" lokale Mesa-Erhebungen 24 bzw. 26 ausgebildet.

Die Zahl der lokalen Mesa-Erhebungen 24, 26 auf jedem einzelnen Kontaktfinger 14, 16 kann von der Anzahl der Stromsammelschienen abhängen. Bei einer Zelle mit vier (4) positiven und vier (4) negativen Stromsammelschienen 20, 22 (d. h vier Paaren von Stromsammelschienen 20, 22) können sich z.B. auf jedem Kontaktfinger 14 vier (4) lokale Mesa- Erhebungen 24 befinden. Dementsprechend befinden sich auf jedem Kontaktfinger 16 vier (4) lokale Mesa-Erhebungen 26. Der Versatz der lokalen Mesa-Erhebungen 26 zu den lokalen Mesa-Erhebungen 24 in Richtung der x-Achse entspricht vorzugsweise dem Abstand der Stromsammelschienen 20 und 22 (siehe Fig. 1 und 2).

Wenn alle lokalen Mesa-Erhebungen 24, 26 auf den Kontaktfingern 14, 16 aufgebracht sind, liegt ein "Halbrelief" vor, bei dem die späteren Kontaktpunkte zwischen Kontaktfingern 14, 16 einerseits und den Stromsammelschienen 20, 22 andererseits als lokale Erhöhungen (in Richtung der z-Achse) über das umgebende Substrat 12 und die Kontaktfinger 14, 16 hinausragen.

Diese reliefartige Struktur wird ausgenutzt, um die elektrisch leitenden Verbindungen zwischen den Kontaktfingern 14 und den Stromsammelschienen 20 herzustellen. In gleicher Weise wird diese reliefartige Struktur ausgenutzt, um die elektrisch leitenden Verbindungen zwischen den Kontaktf ingern 16 und den Stromsammelschienen 22 herzustellen.

Die Herstellung ist weitgehend "selbstjustierend". Damit ist gemeint, dass (fertigungsbedingte) Abweichungen des Verlaufs der Kontaktfinger auf der Rückseite des Substrats 12 von dem gewünschten Verlauf und/oder oder Abweichungen der Orte, an denen die lokalen Mesa-Erhebungen 24, 26 aufgebracht werden, nicht zu Fehlfunktionen der PV-Zelle 10 führen, da sie innerhalb relativ weiter Toleranzbereiche "automatisch" ausgeglichen werden. Das vereinfacht die Herstellung sehr stark und reduziert die Ausschussquote erheblich .

Durch das Aufbringen einer Isolationsschicht 28 werden die Kontaktfinger 14 und die Stromsammelschienen 22 sowie die Kontaktfinger 16 und die Stromsammelschienen 20 elektrisch isoliert .

Die Isolationsschicht wird auf der Rückseite des Substrats 12 aufgebracht. Das kann durch Aufsprühen oder Aufwalzen eines flüssigen Lacks oder durch Tauchen des Substrats 12 in den Lack erfolgen.

Die Viskosität und Kohäsivität des Lacks, der die spätere Isolationsschicht 28 bildet, können so abgestimmt sein, dass er die "Täler" zwischen den lokalen Mesa-Erhebungen 24, 26 ganz oder teilweise auffüllt. Anschließend wird der Lack getrocknet und es entsteht die in Figur 4 dargestellte Isolationsschicht 28 aus der die lokalen Mesa-Erhebungen 24 herausragen .

Die Figur 4 ist, wie die Figur 3, eine isometrische Darstellung eines Ausschnitts der Rückseite des Substrats 12. Daher verlaufen die x- und die y-Achse in dieser Darstellung nicht orthogonal zueinander. D. h. die lokalen Mesa-Erhebungen 24 der positiven Kontaktfinger 14 und die lokalen Mesa-Erhebungen 26 der negativen Kontaktfinger 16 sind nur scheinbar in Richtung der x-Achse gegeneinander verschoben. Tatsächlich können die Kontaktfinger 14, 16 und die Stromsammelschienen 20, 22 rechtwinklig zueinander verlaufen (siehe Figuren 1 und 2). Die Erfindung ist jedoch nicht darauf beschränkt, dass die Stromsammelschienen und die Kontakt finger unbedingt in einem Winkel von 90° verlaufen .

In der Figur 5 ist dargestellt, wie eine Stromsammelschiene 20 die in einer Spalte angeordneten lokalen Mesa-Erhebungen 24 der positiven Kontaktfinger 14 über eine Art „Brückenstruktur" elektrisch miteinander verbindet. In entsprechender Weise verbindet eine Stromsammelschiene 22 die in einer Spalte angeordneten lokalen Mesa-Erhebungen 26 der negativen Kontakt finger 16 über eine Art „Brückenstruktur" elektrisch miteinander. Die Brückenstrukturen werden durch die jeweiligen Stromsammelschienen 20, 22 gebildet.

Die eigentlichen Kontaktfinger 14, 16 sind in den Figuren 4 und 5 nicht sichtbar, da sie von der Isolationsschicht 28 verdeckt sind. Die Kontaktfinger 14, 16 verlaufen bei diesem Ausführungsbeispiel in Richtung der x-Achse.

Aus der Figur 5 wird deutlich, dass eine Stromsammelschiene 20, die lokalen Mesa-Erhebungen 24 mehrere Kontaktfinger 14 gleicher Polarität (nicht sichtbar unter der Isolationsschicht 28) 14 elektrisch verbindet. Entsprechendes gilt für die Stromsammelschiene 22 und die lokalen Mesa-Erhebungen 26 der Kontaktfinger 16 (nicht sichtbar unter der Isolationsschicht 28), die eine entgegengesetzte Polarität aufweisen. Die Stromsammelschienen 20, 22 können direkt auf der Isolationsschicht 28 aufliegen oder in Richtung der z-Achse beabstandet zu der Isolationsschicht 28 verlaufen.

Die in Richtung der X-Achse verlaufenden unterbrochenen Linien illustrieren die beispielsweise durch Löten oder (Laser-)Schweißen erzeugten elektrische Verbindung von Kontaktfingern bzw. deren lokalen Mesa-Erhebungen 24, 26 und den Stromsammelschienen 20, 22.

Anhand der Figur 5 lässt sich die "Selbstjustierung" des erfindungsgemäßen Verfahrens erläutern. Wenn man annimmt, dass eine lokale Mesa-Erhebung 24 aufgrund einer Fertigungsungenauigkeit in Richtung der y-Achse versetzt zu dem "idealen" Ort auf dem Substrat aufgebracht wird, dann hat das keine negativen Auswirkungen für die elektrische Verbindung von dem zu dieser lokalen Mesa-Erhebung 24 gehörenden und unter der Isolationsschicht befindlichen Kontaktfinger 14 und der Stromsammelschiene 20, weil sich die Stromsammelschiene in Richtung des "Versatzes" erstreckt .

Wenn man beispielsweise annimmt, dass eine lokale Mesa- Erhebung 24 aufgrund einer Fertigungsungenauigkeit in Richtung der x-Achse versetzt zu dem "idealen" Ort auf dem Substrat aufgebracht wird, dann hat das ebenfalls keine negativen Auswirkungen für die elektrische Verbindung von dem zu dieser lokalen Mesa-Erhebung 24 gehörenden und unter der Isolationsschicht 28 befindlichen Kontaktfinger 14 und der Stromsammelschiene 20, solange der Versatz kleiner ist als die Länge "L" der lokalen Mesa-Erhebung 24 (bzw. der Breite der Stromsammelschiene 20), weil dann immer noch eine elektrische Verbindung zwischen dem dieser lokalen Mesa-Erhebung 24 gehörenden und unter der Isolationsschicht 28 befindlichen Kontaktfinger und der Stromsammelschiene 20 entsteht .

Anders ausgedrückt: Die Anforderungen an die Fertigungsgenauigkeit bei der Positionierung der Kontaktfinger 14, 16, der lokalen Mesa-Erhebungen 24, 26 und der Stromsammelschienen 20, 22 sind relativ niedrig. In Verbindung mit den relativ kostengünstigen Materialien (wie den Isolationslack, die Pasten für die Kontaktfinger 14, 16 und die lokalen Mesa-Erhebungen 24, 26 sowie das Material der Stromsammelschienen 20, 22) ergeben sich geringe Fertigungskosten und eine hohe Prozesssicherheit bei der Serienfertigung .

Anhand der Figur 6 wird eine weitere Ausgestaltung des Verfahrens und der daraus resultierenden PV-Zelle 10 erläutert. Bei dieser Variante wird entweder das Substrat 12 selbst oder aber eine Schicht auf dem Substrat 12 vor oder während der Herstellung der PV-Zelle 10 strukturiert. Das Strukturieren kann zum Beispiel durch lokales Ätzen oder lokale Laserablation dergestalt erfolgen, dass Vertiefungen 34, 36, z.B. in der Art eines Grabens, eingebracht werden. In die Vertiefungen 34, 36 werden die Kontaktfinger 14, 16 eingebracht; z.B. durch Siebdruck, stromlose Abscheidung oder andere geeignete Verfahren. Vorzugsweise füllen die Kontaktf inger 154, 16 die Vertiefungen 34, 36 im Wesentlichen wieder auf. Anschließend oder im gleichen Schritt werden die lokalen Mesa-Erhebungen 24, 26 auf die Kontaktfinger 14, 16 aufgebracht, so dass sich eine der in Figur 3 entsprechende halbreliefartige Struktur ergibt. Danach erfolgt das Aufbringen der Isolationsschicht 28 und der Stromsammelschienen 20, 22 wie anhand der Figuren 4 und 5 erläutert .

Das Einbringen der Vertiefungen kann über die ganze Rückseite der PV-Zelle 10 oder nur in der Umgebung der späteren Stromsammelschienen 20, 22 und/oder an den späteren Kontaktstellen erfolgen.

Grundsätzlich müssen die Kontaktfinger 14, 16 untereinander und die lokalen Mesa-Erhebungen 24, 26 untereinander nicht notwendigerweise alle die gleiche Höhe (z-Achse) haben. Es ist ausreichend, dass eine durch eine Stromsammelschiene zu kontaktierende lokale Mesa-Erhebung der „richtigen" Polarität lokal höher liegt als die benachbarten und zu überbrückenden „falschen" Kontaktfinger . Es ist auch denkbar, dass die Kontaktfinger nur einer Polarität auch schon von der Ausbildung von Mesa-Erhebungen in (lokalen) Vertiefungen oder Erhöhungen liegen.

Es ist auch denkbar, dass die Kontaktfingerlinien und Mesa- Erhebungen (Tafelberge) auf mehr als zwei verschiedenen, voneinander isolierten Ebenen liegen. Außerdem müssen Stromsammelschienen und Kontaktfinger nicht notwendigerweise einen Winkel von 90° bilden. Auch müssen nicht alle Kontaktfinger oder Stromsammelschienen parallel zu einander verlaufen. Es muss lediglich sichergestellt werden, dass Stromsammelschienen und „falsche"

Kontaktfinger über mindestens eine Isolationsschicht voneinander isoliert sind und die Stromsammelschienen und mit den „richtigen" Kontaktfingern über die lokalen Mesa- Erhebungen elektrisch verbunden sind.