專(zhuān)利名稱(chēng)：前側(cè)串聯(lián)太陽(yáng)能模塊的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種適于前側(cè)串聯(lián)在太陽(yáng)能電池模塊中的太陽(yáng)能電池元件，并 且還涉及相應(yīng)的太陽(yáng)能電池模塊。此外，本發(fā)明涉及相應(yīng)太陽(yáng)能電池元件和太 陽(yáng)能電池模塊的制造方法，并且還涉及相應(yīng)太陽(yáng)能電池元件及模塊在聚光器
(concentrator)設(shè)備中的用途。
本發(fā)明首先應(yīng)用于高聚光光電系統(tǒng)(聚光器裝置)領(lǐng)域。在這里，凹面鏡 將高強(qiáng)度陽(yáng)光聚集到相對(duì)小的模塊表面。對(duì)于光強(qiáng)度相對(duì)于正常陽(yáng)光上升百倍 的情況，這里描述為100日光的聚光比。這樣，可以由相對(duì)廉價(jià)的鏡表面來(lái)替 換昂貴的太陽(yáng)能電池表面。在聚光比為幾個(gè)100日光的情況下，以III-V半導(dǎo)體 和鍺制成的太陽(yáng)能電池的用途也變得有吸引力，例如還通常用于太空旅行應(yīng)用 中。然而，這種類(lèi)型的高聚光比產(chǎn)生非常高的電流密度。在IOOO日光的情況下， 每平方厘米的具有三個(gè)pn結(jié)的高效m-V太陽(yáng)能電池(三電池)典型地產(chǎn)生14A 的電流。為了將電池的串聯(lián)電阻的損耗保持較低，必須使用寬度十分小(在幾 毫米范圍內(nèi))的電池。
背景技術(shù)：
太陽(yáng)能電池的串聯(lián)(各個(gè)太陽(yáng)能電池隨后也被稱(chēng)為太陽(yáng)能電池元件，連接 在一起的多個(gè)太陽(yáng)能電池元件于是有可能連同其相關(guān)的承載結(jié)構(gòu)一起構(gòu)成一個(gè) 太陽(yáng)能電池模塊)在現(xiàn)有技術(shù)中是已知的通常，通過(guò)從太陽(yáng)能電池的前側(cè)向 各自串聯(lián)的下一電池的后側(cè)引出的有角度的電池連接器5來(lái)形成太陽(yáng)能電池的 已知的串聯(lián)連接(圖la)。這些連接器5將一個(gè)電池的前側(cè)金屬化部4連接到下 一電池的后側(cè)金屬化部3。這樣，形成任何長(zhǎng)度的一行太陽(yáng)能電池的串聯(lián)連接。 這種連接的不利之處在于，有角度的電池連接器5占據(jù)相對(duì)較大空間。因此， 不可實(shí)現(xiàn)密集封裝的聚光器模塊所需的明顯小于lmm的芯片間隔或太陽(yáng)能電池元件間隔因?yàn)槁淙胩?yáng)能電池芯片之間或太陽(yáng)能電池元件之間的中間空間內(nèi) 的光是損失掉的，并未得以使用，所以需要密集封裝的聚光器模塊，或者需要 用于形成盡可能密集封裝的模塊的電池連接方式。
通過(guò)電池后側(cè)的電池連接器5，根據(jù)圖1中的現(xiàn)有技術(shù)的實(shí)現(xiàn)方式還使得太 陽(yáng)能電池與冷卻表面9熱耦合變得困難，所述冷卻表面例如為陶瓷襯底或冷卻 體。圖lb示出根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的用于接觸的另外可能方式。這里，使用具有金屬 化表面10的非導(dǎo)電襯底9(例如陶資)。太陽(yáng)能電池安裝在這些表面上。通過(guò)電 池連接器5，實(shí)現(xiàn)從每一電池到各自下一金屬表面的接觸。由于這里在電池上不 需要后側(cè)結(jié)構(gòu)，因此，例如借助于薄的焊接或?qū)щ娬辰訉?，可以?shí)現(xiàn)非常好的 熱耦合。然而，在各電池旁還需要另外的相對(duì)寬的條帶以便接觸。因?yàn)楸砻鎿p 耗相對(duì)高，所以以此方式照樣不可實(shí)現(xiàn)十分高效的模塊。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明的目的在于實(shí)現(xiàn)太陽(yáng)能電池元件和太陽(yáng)能電池模塊，所述太 陽(yáng)能電池元件和太陽(yáng)能電池模塊被構(gòu)造或配置成使得通過(guò)它們，各個(gè)太陽(yáng)能電 池元件之間的中間空間中的光損耗可以最小，從而通過(guò)它們可以實(shí)現(xiàn)高效的、 高聚光的光電系統(tǒng)或聚光器裝置。
該目的通過(guò)根據(jù)專(zhuān)利權(quán)利要求1的太陽(yáng)能電池元件、根據(jù)專(zhuān)利權(quán)利要求17 的太陽(yáng)能電池模塊以及專(zhuān)利權(quán)利要求32的制造方法來(lái)實(shí)現(xiàn)。在各個(gè)從屬權(quán)利要 求中可以得到根據(jù)本發(fā)明的太陽(yáng)能電池元件和太陽(yáng)能模塊以及根據(jù)本發(fā)明的制 造方法的有利擴(kuò)展。
隨后參照各個(gè)實(shí)施例來(lái)描述本發(fā)明。然而，以特定組合的方式舉例給出的 如實(shí)施例中所示的根據(jù)本發(fā)明的各個(gè)特征不僅可以以所示組合的方式出現(xiàn)，而 且還可以在本發(fā)明范圍內(nèi)被配置或結(jié)合在一起以及以任何其它組合方式使用。
本發(fā)明基于采取僅在前側(cè)的或者在各個(gè)太陽(yáng)能電池元件的前側(cè)的、各個(gè)太 陽(yáng)能電池元件的串聯(lián)連接?？梢栽谇皞?cè)或后側(cè)實(shí)現(xiàn)多個(gè)串聯(lián)太陽(yáng)能電池鏈的并
聯(lián)。為此，各個(gè)太陽(yáng)能電池元件如隨后更詳細(xì)描述的那樣;故適當(dāng)配置或構(gòu)造。因?yàn)檫@種構(gòu)造，各個(gè)太陽(yáng)能電池元件可以?xún)H在前側(cè)利用適當(dāng)配置的電池連接器 而連接在一起，以形成串聯(lián)或并耳關(guān)連接。
相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)中已知的太陽(yáng)能電池元件或太陽(yáng)能電池模塊，根據(jù)本發(fā)明 的太陽(yáng)能電池元件或模塊將平坦金屬后側(cè)(其便于組裝)的優(yōu)點(diǎn)與連接密集封 裝的太陽(yáng)能電池以形成太陽(yáng)能電池模塊的可能性相結(jié)合。如隨后更詳細(xì)示出的 那樣，根據(jù)本發(fā)明可以在太陽(yáng)能電池模塊中以極d 、的間距形成各個(gè)太陽(yáng)能電池 元件。


現(xiàn)參照一系列實(shí)施例來(lái)描述本發(fā)明。在各個(gè)實(shí)施例中，太陽(yáng)能電池元件或 太陽(yáng)能電池模塊的相同或相應(yīng)的構(gòu)造元件或部件具有相同的標(biāo)號(hào)。因此，它們 各自的描述僅參照各實(shí)施例(當(dāng)其首先出現(xiàn)時(shí))進(jìn)行，且不重復(fù)。
在實(shí)施例的附圖中使用以下標(biāo)號(hào)
1, la，lc:可變摻雜的電有源半導(dǎo)體層
2:支撐半導(dǎo)體層(也稱(chēng)為半導(dǎo)體襯底層或村底層)，正好具有一種類(lèi)型的
摻雜(n型或p型)或晶片 3:太陽(yáng)能電池的后側(cè)金屬化部或旁路二極管 4:太陽(yáng)能電池的前側(cè)金屬化部 4a: 13的前側(cè)金屬化部 4b: 14的前側(cè)金屬化部 4c: 15的前側(cè)金屬化部
5:有角度的電池連接器，用于接觸根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的電池前側(cè)和后側(cè)
6, 6a， 6b，太陽(yáng)能電池S6的襯底2上的前側(cè)金屬化部電有源層1或la、 lc 的間隙中的元件。
B6:與6類(lèi)似，只是具有旁路二極管
7, 7a, 7b:兩個(gè)太陽(yáng)能電池元件之間的前側(cè)電池連接器 B7:兩個(gè)旁路二極管之間的前側(cè)電池連接器SB7:太陽(yáng)能電池元件與旁路二極管之間的前側(cè)電池連接器 8， 8a， 8b:包括標(biāo)號(hào)1、 2、 3、 4和6以及可能其它元件(例如根據(jù)現(xiàn)有技 術(shù)的絕緣層或抗反射層)的太陽(yáng)能電池
9:冷卻表面，例如陶資襯底或冷卻板或冷卻體
10:冷卻表面9上的金屬條帶導(dǎo)體結(jié)構(gòu)
11:焊接層或?qū)嵴辰訉?br> 12:在陶瓷襯底9上施加的金屬總線
13:各個(gè)旁路二極管，13a:具有與13極性相反的各個(gè)旁路二極管
14:放置在具有太陽(yáng)能電池8的公共支撐半導(dǎo)體層2上的旁路二極管
15:用于前側(cè)接觸的旁路二極管
16: p摻雜的鍺襯底，鍺電池的基極
17:通過(guò)擴(kuò)散實(shí)現(xiàn)n摻雜的鍺，鍺電池的發(fā)射極
18:鍺與GaAs電池之間的溝道二極管
19: MOVPE沉積的、p摻雜的砷化鎵(p型GaAs), GaAs電池和旁路二極 管的基極
20: MOVPEn型GaAs， GaAs電池和旁路二極管的發(fā)射極 21: GaAs與GalnP電池之間的溝道二極管
22: MOVPE沉積的、p摻雜的鎵銦磷(n型GalnP)， Galnp電池的基極
23: MOVPEn型GalnP, GalnP電池的發(fā)射極
24: MOVPE沉積的GaAs,用于低歐姆金屬半導(dǎo)體接觸的覆蓋層
25:金屬化部的鈀(Pd)層
26:金屬化部的鍺(Ge)層
27:高導(dǎo)電金屬化層，例如電偶金或真空沉積的銀
28:透明前盤(pán)
29:透明密封化合物
30:用于分離太陽(yáng)能電池元件的間隙附圖中示出:.
圖1為根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的兩個(gè)太陽(yáng)能電池元件的串聯(lián)連接圖2為根據(jù)本發(fā)明的太陽(yáng)能電池元件的串聯(lián)連接圖3示出在承載結(jié)構(gòu)上形成根據(jù)圖2的串聯(lián)連接；
圖4示出在承載結(jié)構(gòu)上形成圖2所示裝置的另一種可能形式；
圖5為圖2中根據(jù)本發(fā)明的裝置與承載結(jié)構(gòu)以及與旁路二極管的組合示意
圖6為用于組合圖2中才艮據(jù)本發(fā)明的裝置的另一方式的示意圖，其中包括
承載結(jié)構(gòu)及旁路二級(jí)管；
圖7為這種類(lèi)型的另一可能組合，以與圖5和圖6相似的形式示出；
圖8示出基于三太陽(yáng)能電池的根據(jù)本發(fā)明的太陽(yáng)能電池元件的優(yōu)選制造過(guò)
程和旁路二極管的相應(yīng)制造過(guò)程；
圖9為才艮據(jù)本發(fā)明的太陽(yáng)能電池^^塊的優(yōu)選組裝變化圖IO示出在才艮據(jù)圖2b配置的實(shí)施例的情況下達(dá)到的效率，其中，太陽(yáng)能
電池僅在前側(cè)接觸。
具體實(shí)施例方式
圖2示出根據(jù)本發(fā)明的兩個(gè)太陽(yáng)能電池元件8a、 8b，并且還示出這兩個(gè)太 陽(yáng)能電池元件電串聯(lián)連接以形成根據(jù)本發(fā)明的太陽(yáng)能模塊。圖2a以三維整體視 圖的形式示出該情況，圖2b在平面A-A上以截面圖形式示出才艮才居本發(fā)明的太陽(yáng) 能電池元件之一 (元件8a),該截面A-A垂直于所述裝置的半導(dǎo)體層平面并且 垂直于以下所述的軸，關(guān)于該軸，各個(gè)太陽(yáng)能電池元件」波此間隔且相鄰地設(shè)置 (電串聯(lián)連接的方向)。圖2c示出垂直于半導(dǎo)體層平面的根據(jù)本發(fā)明的裝置的 俯視圖。
根據(jù)本發(fā)明的太陽(yáng)能電池元件8a、 8b中的每一個(gè)包括以下部件支撐半導(dǎo) 體層2(在這里，雖然并非完全涉及電無(wú)源層，但在下文中，或者也稱(chēng)為晶片、 半導(dǎo)體襯底層或簡(jiǎn)稱(chēng)為襯底層)；部署在半導(dǎo)體襯底層2的一側(cè)并且與半導(dǎo)體襯底層2相鄰(在附圖中為層2的下側(cè))的后側(cè)金屬化部3;以及部署在上側(cè)(在 背向后側(cè)金屬化部的一側(cè))的第一前側(cè)金屬化部4、第二前側(cè)金屬化部6;以及 層結(jié)構(gòu)l。支撐半導(dǎo)體層R包括晶片。在堆疊期間，層2可以形成最下面的太陽(yáng) 能電池的基極。金屬化部3可以是平面的，尤其是一整個(gè)平面的、非結(jié)構(gòu)化的 金屬化部(通常，在后續(xù)示例中為該情況)，然而，金屬化部3也可以涉及不覆 蓋整個(gè)表面的(不連續(xù)的)結(jié)構(gòu)化的金屬化部。層結(jié)構(gòu)1被部署在襯底層2的 上側(cè)與之鄰近，使得襯底層2的整個(gè)表面并未被層結(jié)構(gòu)l覆蓋。因此，襯底層2 的上側(cè)(前側(cè))具有未被層結(jié)構(gòu)覆蓋的間隙A。在這個(gè)間隙A內(nèi)，太陽(yáng)能電池 元件的第二前側(cè)金屬化部6被部署為與襯底層2直接相鄰，并且在襯底層2上 與層結(jié)構(gòu)1橫向間隔開(kāi)。因?yàn)閷咏Y(jié)構(gòu)1與前側(cè)金屬化部6在橫向間隔開(kāi)，所以 這兩個(gè)元件l、 6彼此電絕緣。太陽(yáng)能電池元件的第一前側(cè)金屬化部4部署在層 結(jié)構(gòu)1上并且與其相鄰。在這里，該第一前側(cè)金屬化部4被布置成使得層結(jié)構(gòu)1 被部分覆蓋，但不產(chǎn)生第一前側(cè)金屬化部4超出層結(jié)構(gòu)1的橫向凸出部分。
特別地，如圖2c中的俯視圖所示，這里通過(guò)兩個(gè)各自分離的元件6a和6b 來(lái)配置笫二前側(cè)金屬化部6，所述元件6a和6b 4皮此間隔地部署在襯底層或晶片 2上。所述元件6a和6b纟皮部署在與太陽(yáng)能電池元件8a、 8b的側(cè)表面相鄰的端 側(cè)，使得相對(duì)于元件8a、 8b的前側(cè)表面觀看時(shí)，它們完全被層結(jié)構(gòu)1所環(huán)繞(因 此，產(chǎn)生層結(jié)構(gòu)1的E形結(jié)構(gòu)，其完全覆蓋襯底層2的整個(gè)表面，除了襯底層2 的表面中被第二前側(cè)金屬化部6a、 6b以及元件1與6a、 6b之間的兩個(gè)窄溝道所 覆蓋的表面部分之外)。在層結(jié)構(gòu)1上，并且在截面中觀看時(shí)未橫向突出層結(jié)構(gòu) 1從而同樣與第二前側(cè)金屬化部6間隔開(kāi)且電絕緣的情況下，元件8的第一前側(cè) 金屬化部4在這里以橋u子形狀施加。
第一前側(cè)金屬化部4和第二前側(cè)金屬化部6是太陽(yáng)能電池元件的電接觸部， 其在正常操作中傳遞太陽(yáng)能電池模塊中電流的主要部分。
這里，第一前側(cè)金屬化部4以連續(xù)區(qū)域的形式(梳子形狀)施加，第二前 側(cè)金屬化部6以彼此分離但自身又各自連續(xù)的多個(gè)(這里為兩個(gè))島的形式(這 里為立方體)施加。然而，類(lèi)似地，還容易想到可以以多個(gè)此類(lèi)分離的島的形式來(lái)配置第一前側(cè)金屬化部，并且以連續(xù)層結(jié)構(gòu)的形式來(lái)配置第二前側(cè)金屬化
部6。同樣，當(dāng)然可以以多個(gè)不連續(xù)島的形式來(lái)分別配置第一前側(cè)金屬化部和第 二前側(cè)金屬化部二者，或者分別以各個(gè)連續(xù)層結(jié)構(gòu)的形式來(lái)配置這兩個(gè)前側(cè)金 屬化部。
因此，通過(guò)太陽(yáng)能電池元件的襯底層2表面上的層結(jié)構(gòu)1和第二前側(cè)金屬 化部6 (為兩個(gè)元件6a和6b的形式)的所示布置方式，實(shí)現(xiàn)了可以使有源太陽(yáng) 能電池表面的損耗最小化的優(yōu)點(diǎn)。
如圖2a、圖2b和圖2c所示，左邊所示的太陽(yáng)能電池元件8a的第一前側(cè)金 屬化部4a經(jīng)由兩個(gè)導(dǎo)電電池連接器7a和7b連接到右邊所示的太陽(yáng)能電池元件 8b的第二前側(cè)金屬化部6。電池連接器7a由此將左邊太陽(yáng)能電池的第一前側(cè)金 屬化部4a連接到右邊太陽(yáng)能電池的第二前側(cè)金屬化的元件6a,第二電池連接器 7b將元件4a對(duì)應(yīng)地連接到前側(cè)元件6b。這里，所述兩個(gè)電池連接器7a、 7b被 配置為超聲焊接的金引線。
在與元件l、 4和6相對(duì)的后側(cè)，太陽(yáng)能電池元件8a、 8b的后側(cè)金屬化部3 從元件8a、 8b的第二前側(cè)金屬化部6的區(qū)域一直延伸到所述元件的第一前側(cè)金 屬化部4的區(qū)域。如果元件l、 4和6垂直于層平面向后側(cè)金屬化部3投影，則 該后側(cè)金屬化部將完全包圍所投影的元件1、 4和6。
因此，舉例說(shuō)明太陽(yáng)能電池8a、 8b的低歐姆的、僅前側(cè)的串聯(lián)連接。太陽(yáng) 能電池包括具有第一類(lèi)型摻雜(p型或n型)的支撐半導(dǎo)體層2以及可變摻雜的 層或?qū)咏Y(jié)構(gòu)1，所述層或?qū)咏Y(jié)構(gòu)1具有偏離支撐半導(dǎo)體層2的至少一個(gè)摻雜。通 常，層2是半導(dǎo)體盤(pán)中充當(dāng)(最低)太陽(yáng)能電池的基極的部分。層l由(最低) 太陽(yáng)能電池的發(fā)射極以及可能還有太陽(yáng)能電池結(jié)和層所形成。層1設(shè)有前側(cè)金 屬化部4，前側(cè)金屬化部4相對(duì)于半導(dǎo)體層具有低歐姆接觸電阻。同樣，具有后 側(cè)金屬化部的層2i殳置有低接觸電阻。此外，在區(qū)域A的地方移除電池前側(cè)上 的半導(dǎo)體層l。在這些地方，將具有低接觸電阻的金屬化部6施加在半導(dǎo)體層2 上的前側(cè)上。金屬化部6和4可以在一個(gè)共同的金屬化步驟中施加，或者也可 以在分離的金屬化步驟中施加。分別通過(guò)一個(gè)電池的前側(cè)金屬化部4到下一電池的金屬化部6的連接，實(shí)現(xiàn)一串太陽(yáng)能電池的串聯(lián)連接。圖2b示出穿過(guò)電池 連同電池連接器的橫截面。這里，以箭頭來(lái)表示電流路徑(不限于一個(gè)^l性)。 電流從電池連接器7流出，通過(guò)金屬化部6進(jìn)入與該金屬化部直接相鄰的支撐 半導(dǎo)體層2。電流以高電流密度流過(guò)支撐半導(dǎo)體層2(晶片)，并且到達(dá)與晶片2 直接相鄰并且容易導(dǎo)電的后側(cè)金屬化部。在那里，電流分布在電池后側(cè)上。重 要的是，晶片層2 ^f義位于金屬化部6與后側(cè)金屬化部3之間。在半導(dǎo)體層(結(jié) 構(gòu))l中實(shí)現(xiàn)真正生成電力，支撐半導(dǎo)體層2能夠充當(dāng)(最低)太陽(yáng)能電池的"基 極"。從而電流在分布在有源太陽(yáng)能電池表面1的情況下流過(guò)一個(gè)或多個(gè)pn結(jié)， 直到最終到達(dá)前側(cè)金屬化部4。電流從那里流過(guò)另 一電池連接器7到達(dá)下一電池。 為了便于引用，以標(biāo)號(hào)8來(lái)表征包括標(biāo)號(hào)1、 2、 3、 4和6以及其它元件(諸如 絕緣層和/或抗反射層)的太陽(yáng)能電池。在以下附圖中，各自?xún)H示出兩個(gè)太陽(yáng)能 電池。然而，應(yīng)理解，通過(guò)任意數(shù)量的太陽(yáng)能電池的相應(yīng)串聯(lián)連接，可以以相 同方式實(shí)現(xiàn)更大的太陽(yáng)能電池模塊。同樣，也可以實(shí)現(xiàn)任何數(shù)量的太陽(yáng)能電池 或串聯(lián)的太陽(yáng)能電池鏈的并聯(lián)連接。
圖3示出另一實(shí)施例，其中，圖2中才艮據(jù)本發(fā)明的太陽(yáng)能電池裝置(太陽(yáng) 能電池元件8a和8b)被部署在承載結(jié)構(gòu)9、 10、 11上。元件9是具有不導(dǎo)電前 側(cè)的冷卻板，例如具有陶乾前部的有源水冷卻體或一部分通常被安裝在有源冷 卻體上的陶乾板?；蛘?，冷卻板或包括板和有源冷卻體的組合物在以下筒稱(chēng)為 "熱沉"。該承載結(jié)構(gòu)還具有條形電導(dǎo)體結(jié)構(gòu)10a和10b，其彼此電絕緣并且 被部署在冷卻板或熱沉9的上側(cè)；以及焊接層lla和llb，其分別被部署在條形 導(dǎo)體結(jié)構(gòu)10a和10b的上側(cè)(背向熱沉的一側(cè))(或者，這也可以包括由導(dǎo)電且 導(dǎo)熱的粘接劑制成的層)。太陽(yáng)能電池元件8a被部署在焊接層lla上，太陽(yáng)能電 池元件8b被部署在焊接層lib上。圖3所示的串聯(lián)連接(太陽(yáng)能電池位于公共 條形導(dǎo)體上)適于多個(gè)串聯(lián)太陽(yáng)能電池鏈的成對(duì)并聯(lián)連接。該連接在并聯(lián)太陽(yáng) 能電池的情況下能夠?qū)﹄娏魃蛇M(jìn)行補(bǔ)償，因而在非均勻照射情況下實(shí)現(xiàn)較低 的損耗。
所示根據(jù)本發(fā)明的裝置將有助于組裝的平坦金屬太陽(yáng)能電池后側(cè)的優(yōu)點(diǎn)與連接太陽(yáng)能電池8以形成密集封裝形式的模塊的可能性相結(jié)合。這里，太陽(yáng)能 電池通過(guò)導(dǎo)電粘接或焊接層11而被安裝在條形導(dǎo)體結(jié)構(gòu)10上，而所述條形導(dǎo) 體結(jié)構(gòu)位于冷卻表面9上。所述電池彼此之間的連接是通過(guò)電池連接器7a在前 側(cè)實(shí)現(xiàn)的。圖中左邊的第一電池的后側(cè)經(jīng)由條形導(dǎo)體結(jié)構(gòu)10的條形導(dǎo)體直4妻接 觸，并且形成所述串聯(lián)連接的一個(gè)極。反之，在圖中的右邊，電池連接器7b將 最后的電池的前金屬化部連接到條形導(dǎo)體結(jié)構(gòu)10的分離的條形導(dǎo)體10c,所述 分離的條形導(dǎo)體10c^皮部署在冷卻器9上、與塊10b、 llb、 8b橫向間隔開(kāi)，并 且形成所述串聯(lián)連接的另 一極。如此生成的串聯(lián)連接可以擴(kuò)展到任何數(shù)量的串 聯(lián)電池。同樣，可以并聯(lián)布置多個(gè)此類(lèi)串聯(lián)連接的串。
圖4示出圖2中根據(jù)本發(fā)明的太陽(yáng)能電池模塊在具有冷卻結(jié)構(gòu)9的承載結(jié) 構(gòu)9、 11上的另一根據(jù)本發(fā)明的布置方式。這里，熱沉9同樣被配置為具有陶 瓷前部的不導(dǎo)電熱沉(例如，作為水冷主體的結(jié)構(gòu)支撐部的陶瓷前板，例如由 Curamik公司制造)，但是，熱沉9或者也可以被制造為金屬熱沉。在具有陶資 前部的熱沉的表面上，各個(gè)包括粘接劑或包括絕緣體(例如陶乾)的不導(dǎo)電層 11被部署在兩個(gè)太陽(yáng)能電池元件8a、 8b之下。此外，層ll可以包括電介質(zhì)， 例如聚酰亞胺或SiOx。于是，兩個(gè)元件8a、 8b的后側(cè)金屬化部3分別被部署在 層部分lla和llb上，這里，所述層部分lla和llb被分立配置并且彼此間隔開(kāi)。 在圖4中的制造中，省卻了條形導(dǎo)體結(jié)構(gòu)IO,因此，該條形導(dǎo)體結(jié)構(gòu)10對(duì)于太 陽(yáng)能電池的串聯(lián)連接并不是絕對(duì)必需。相反，僅需要橫向供電總線12。所述串 聯(lián)連接的功能仍然未受此影響。結(jié)合不導(dǎo)電粘接層ll或另外的絕緣層，在冷卻 表面8不導(dǎo)致串聯(lián)連接短路的情況下，即使金屬冷卻體也可以用作冷卻表面8。 當(dāng)然，為此，總線12無(wú)需與熱沉電接觸。如果如這里那樣使用沒(méi)有條形導(dǎo)體結(jié) 構(gòu)10的陶瓷前板9,則可以使用僅導(dǎo)熱的粘接劑來(lái)用于組裝，以避免由于粘接 劑溢出而引起短路。
在太陽(yáng)能電池的串聯(lián)連接中，各個(gè)電池的短路電流不同。該情況特別應(yīng)用 在模塊被非均勻照射的情況下。聚光器系統(tǒng)的焦點(diǎn)中的光分布從來(lái)不是完全均 勻的?，F(xiàn)在，如果這樣的太陽(yáng)能模塊在短路情況下?lián)?作，則通常將提供限制整個(gè)模塊的電流的太陽(yáng)能電池。在該太陽(yáng)能電池處，由其它太陽(yáng)能電池在該模塊 中生成的高電壓在阻滯方向上逐漸變小。在足夠高的阻滯電壓的情況下，該電 池受損壞，并且另一電池變?yōu)殡娏飨拗啤榇耍枰ㄟ^(guò)與電池并聯(lián)但具有相 反極性的旁路二極管來(lái)保護(hù)太陽(yáng)能電池。隨后解釋根據(jù)本發(fā)明如何可以通過(guò)旁 路二極管保護(hù)太陽(yáng)能電池。
圖5示出本發(fā)明另一實(shí)施例，其中，兩個(gè)串聯(lián)連接的太陽(yáng)能電池元件8a、 8b分別具有旁路二極管(例如肖特基(Schottky) 二極管)，其并聯(lián)到相應(yīng)的太 陽(yáng)能電池元件但具有相反的極性。這里，承載結(jié)構(gòu)9、 10、 11如圖3所示示例 中那樣配置。然而，這里的條形導(dǎo)體結(jié)構(gòu)IO具有更大的基極表面，從而在橫向 上，與每一太陽(yáng)能電池元件關(guān)聯(lián)的分離的旁路二極管13可以挨著該太陽(yáng)能電池 元件被分別放置在條形導(dǎo)體結(jié)構(gòu)上。在圖5a中，示出如何將旁路二極管13連 同太陽(yáng)能電池元件8 —起放置在導(dǎo)體結(jié)構(gòu)10的條形導(dǎo)體上。通過(guò)太陽(yáng)能電池元 件的后側(cè)金屬化部3借助于導(dǎo)體結(jié)構(gòu)10實(shí)現(xiàn)的到相應(yīng)配置的相關(guān)旁路二極管13 的后側(cè)金屬化部的電連接，可以通過(guò)太陽(yáng)能電池元件借助于電池連接器7實(shí)現(xiàn) 的串聯(lián)連接，以及通過(guò)分離的旁路二極管13a、 13b借助于類(lèi)似配置的電池連接 器B7實(shí)現(xiàn)的相應(yīng)串聯(lián)連接，來(lái)串聯(lián)連接太陽(yáng)能電池，并且將具有相反極性的旁 路二極管與各太陽(yáng)能電池并聯(lián)連接(見(jiàn)圖5b中的電路圖)。
圖6示出使用旁路二極管13a、 14的根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的另一實(shí)現(xiàn)方式， 這里,承載結(jié)構(gòu)9、 10、 11再次如圖4所示示例中那樣配置。這里，旁路二極管 14被制造成使得太陽(yáng)能電池元件的襯底層2被制成具有放大的基極面積并且太 陽(yáng)能電池元件的電有源層結(jié)構(gòu)1的部分la在前側(cè)上分離(在溝道G中，襯底層 2的前側(cè)上的層結(jié)構(gòu)l被去除；結(jié)果得到兩個(gè)分離區(qū)域的結(jié)構(gòu)旁路二極管區(qū)域 14和太陽(yáng)能電池元件區(qū)域8)。在襯底層2的后側(cè)，對(duì)于這兩個(gè)區(qū)域8和14,于 是配置公共的后側(cè)金屬化部3。旁路二極管元件14和太陽(yáng)能電池元件8的電連 接原理上如圖5所示那樣實(shí)現(xiàn)(見(jiàn)圖6b)。
在旁路二極管區(qū)域14中，旁路二極管的第一前側(cè)金屬化部B4被部署在襯 底層2的前側(cè)上、在部署在襯底層2上的電有源層的分離區(qū)域la上。設(shè)置有旁路二極管的第二前側(cè)金屬化部B6，其與元件la和B4電分離，其在橫向上同樣 在旁路二極管區(qū)域14中。鄰近的旁路二極管的連接完全類(lèi)似于鄰近的太陽(yáng)能電 池元件的連接旁路二極管14的第二前側(cè)金屬化部B6通過(guò)電池連接器B7連接 到鄰近的旁路二極管的第一前側(cè)金屬化部B4。
因此，圖6a得以按圖4的實(shí)施例來(lái)構(gòu)造，其中，在太陽(yáng)能電池之下未設(shè)置 導(dǎo)體結(jié)構(gòu)IO。這里，旁路二極管14和太陽(yáng)能電池8在公共芯片上組合。為此， 電有源層1的一部分被分離并且在這里被稱(chēng)為la。如果電有源層1包括多個(gè)二 極管結(jié)，則可以從la移除一個(gè)或多個(gè)二極管結(jié)而不限制作為旁路二極管14的 效果。金屬化部B4和B6被施加在旁路二極管上用于接觸。在太陽(yáng)能電池類(lèi)似 于圖3的情況下實(shí)現(xiàn)了接觸。類(lèi)似地，旁路二極管14得以連接，但具有相反的 極性。如果考慮圖6b的等效電路圖，則將注意到，在圖左邊的旁路二極管14 仍然未使用，而圖中右邊的太陽(yáng)能電池8未受到旁路二極管14保護(hù)。因此，需 要另外的單獨(dú)旁路二極管13a，其與右邊的電池并聯(lián)連接。
圖7示出根據(jù)本發(fā)明的具有旁路二極管15的太陽(yáng)能電池元件8的連接的另 一實(shí)施例。這里，旁路二極管15被配置為分離的旁路二極管，即，太陽(yáng)能電池 元件8和旁路二極管15沒(méi)有公共結(jié)構(gòu)(例如襯底層2或后側(cè)金屬化部3 )。
這里，承載結(jié)構(gòu)9、 11與圖4類(lèi)似配置，然而，在這里，各個(gè)不導(dǎo)電粘接 層或絕緣層11對(duì)應(yīng)地被部署在兩個(gè)旁路二極管的后側(cè)金屬化部3和與之分離部 署的兩個(gè)太陽(yáng)能電池元件的后側(cè)金屬化部3之間。
現(xiàn)在，可以如下實(shí)現(xiàn)與先前所述類(lèi)似的太陽(yáng)能電池元件和旁路二極管的電 連接(圖7a在這里示出，甚至在太陽(yáng)能電池元件8之下沒(méi)有導(dǎo)體結(jié)構(gòu)10的情 況下，也可以有到旁路二極管15的這種連接)為此，分離的旁路二極管15必 須適合于前側(cè)連接，與太陽(yáng)能電池8類(lèi)似。因此，在這里，它們包括摻雜的支 撐半導(dǎo)體層B2;摻雜Bl，與其前側(cè)上部署的層相對(duì)，并且僅覆蓋半導(dǎo)體襯底 B2的一部分。在未覆蓋的表面上，金屬化部B6被施加作為支撐半導(dǎo)體層B2上 的接觸，與層B1電絕緣。金屬接觸部B4還被施加在摻雜層B1上。分離的旁 路二極管15的后側(cè)金屬化部B3的配置與太陽(yáng)能電池元件8的情況類(lèi)似。為了產(chǎn)生上述電連接，太陽(yáng)能電池元件8具有另外的橫向表面，在該橫向表面上， 半導(dǎo)體襯底2未設(shè)有層結(jié)構(gòu)1。在該表面上，于是在襯底層2上的前側(cè)上施加另 外的金屬接觸部S6，與層結(jié)構(gòu)1電絕緣并且與層結(jié)構(gòu)1橫向間隔開(kāi)。每一太陽(yáng) 能電池元件8的這種電接觸部S6經(jīng)由與前側(cè)上的電池連接器7、 B7類(lèi)似配置的 電池連接器SB7連接到相關(guān)旁路二極管的金屬接觸部B4。如圖6所示，旁路二 極管的金屬接觸部B4于是通過(guò)電池連接器B7又在前側(cè)上連接到鄰近的旁路二 極管的金屬接觸部B6。如圖7可見(jiàn)，旁路二極管和太陽(yáng)能電池因此分別是串聯(lián) 的。此外，通過(guò)電池連接器SB7生成太陽(yáng)能電池上的表面S6與旁路二極管上的 B4之間的并聯(lián)接觸。從圖7b中的等效電路圖可見(jiàn)，每一太陽(yáng)能電池以此方式得 到具有相反極性的并聯(lián)旁路二極管的保護(hù)。
圖8示出根據(jù)本發(fā)明的基于三太陽(yáng)能電池的太陽(yáng)能電池元件的優(yōu)選實(shí)施例。 在這里，圖8a示出三維整體圖，圖8b示出在太陽(yáng)能電池區(qū)域8處穿過(guò)具有集 成旁路二極管的太陽(yáng)能電池元件的截面，圖8c對(duì)應(yīng)地示出在旁路二極管區(qū)域14 處的截面(與截面平面垂直的截面)。
典型地，具有150pm厚度的p摻雜鍺半導(dǎo)體盤(pán)16 (鍺晶片)充當(dāng)支撐半導(dǎo) 體層16 (對(duì)應(yīng)于襯底層2 )。為了使金屬化層6或B6與后側(cè)金屬化部3之間的 直通接觸(through-contacting)盡可能為低歐姆，應(yīng)該選取盡可能高的摻雜(> 1017/cm3)，以及盡可能小的鍺厚度。通過(guò)金屬有機(jī)氣相外延法MOVPE或分子 束外延法MBE，現(xiàn)在沉積層結(jié)構(gòu)。最低沉積層包含摻雜物，該摻雜物通過(guò)擴(kuò)散 使得生成鍺太陽(yáng)能電池的pn結(jié)而產(chǎn)生n摻雜鍺層17。隨后，沉積溝道二極管結(jié) 構(gòu)18，之后是p摻雜GaAs層19和n摻雜GaAs層20，它們形成GaAs太陽(yáng)能 電池。在另一溝道二才及管21之后，沉積GalnP太陽(yáng)能電池，其包括p摻雜基極 22和n摻雜發(fā)射極23。 GaAs覆蓋層24允許隨后構(gòu)造覆蓋層24與金屬化部4 之間的低歐姆半導(dǎo)體接觸。實(shí)際的MOVPE生長(zhǎng)的層結(jié)構(gòu)還包含用于改進(jìn)太陽(yáng) 能電池的效率的其它功能層(例如鈍化層)，這在這里對(duì)于理解是并不重要。
接下來(lái)是用于形成太陽(yáng)能電池的晶片16-24的處理。為此，通過(guò)光刻和蝕刻 在特定處移除層17-24或21-24。在另一光刻步驟中，沉積金屬化結(jié)構(gòu)，所述金屬化結(jié)構(gòu)包括至少一個(gè)鈀層25、位于其上的鍺層26以及導(dǎo)電層27 (通常是銀 或電鍍的金)。把-鍺層序列具有在n摻雜GaAs層20和24以及在p摻雜鍺襯底 16 二者上形成具有十分低的接觸電阻的歐姆接觸的特定特性。當(dāng)在保護(hù)性氣體 之下加熱半導(dǎo)體盤(pán)時(shí)(接觸的合金化)，這通過(guò)固相中受控的化學(xué)反應(yīng)來(lái)進(jìn)行。
這樣，在p-鍺襯底上形成太陽(yáng)能電池的前接觸部4、旁路二極管的前接觸部 B4以及還有接觸部6和B6。對(duì)于通過(guò)鍺襯底16的低歐姆接觸，在后側(cè)3上需 要另一低歐姆接觸。其可以包括例如合金化的鋁。在太陽(yáng)能電池制造期間的其 它工藝步驟(例如臺(tái)面蝕刻或通過(guò)抗反射層的連續(xù)蒸鍍涂覆來(lái)移除覆蓋層24) 對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員是已知的，并且這里不進(jìn)行更詳細(xì)的解釋。
典型地，聚光器太陽(yáng)能電池才莫塊制造按以下順序?qū)崿F(xiàn)
-加工半導(dǎo)體盤(pán)以形成太陽(yáng)能電池，大量較小的電池最終被定位在每一半 導(dǎo)體盤(pán)上
-將半導(dǎo)體盤(pán)劃分為各個(gè)電池或太陽(yáng)能電池元件 -將電池組裝在冷卻表面9上 -串聯(lián)連接太陽(yáng)能電池。
但是，當(dāng)使用根據(jù)本發(fā)明的連接方法時(shí)，改變?cè)摴に図樞蚩梢允怯欣摹?-加工半導(dǎo)體盤(pán)以形成太陽(yáng)能電池(在襯底2上多次形成元件1、 3、 4、 6， 從而在隨后的分離之后形成多個(gè)太陽(yáng)能電池元件8)。
-任選的將半導(dǎo)體盤(pán)劃分為片，再次，大量電池被定位在每一片上。 -通過(guò)焊接或粘接工藝，將整個(gè)半導(dǎo)體盤(pán)或半導(dǎo)體片組裝在冷卻表面9上。 -將半導(dǎo)體盤(pán)或半導(dǎo)體片分為各個(gè)太陽(yáng)能電池。 -將所述太陽(yáng)能電池串聯(lián)連接。
例如，可以用芯片鋸來(lái)分離冷卻表面上的半導(dǎo)體。非常精細(xì)的、包含金剛 石的鋸片允許切割50nm寬度或更小。因此，可以通過(guò)太陽(yáng)能電池芯片8的非常 小的間隔來(lái)實(shí)現(xiàn)根據(jù)圖3和圖4的裝置?；蛘?，例如，可以使用激光切割。
對(duì)于外部用途，尤其是在凹面鏡中，必須將^t塊封裝。為此，有可能以硅 來(lái)安裝前玻璃板。首先，硅的導(dǎo)熱性非常低，從而具有限制，并且需要非常薄的硅層。在1000日光的情況下，層厚最多可以是例如0.3mm，從而避免硅過(guò)熱。 由此需要注意的是，電池連接器7的高度通常是至少0.25mm。因此，需要 十分精確地控制硅的層厚。水冷卻器很少具有為此所需的低容限。為此，可以 進(jìn)行以下組裝順序。
根據(jù)圖9a)，首先，為相當(dāng)大的半導(dǎo)體表面設(shè)置有電池連接器7，該半導(dǎo)體 表面包括多個(gè)太陽(yáng)能電池或具有多個(gè)太陽(yáng)能電池的整個(gè)太陽(yáng)能電池晶片。隨后， 前盤(pán)28施加有填充化合物29。在這里，可以使用真空工藝以避免氣泡。由于太 陽(yáng)能電池晶片和前玻璃片的厚度變化很小，因此保持硅層28的精確確定的厚度 并不是問(wèn)題。在固化填充化合物29之后，設(shè)置間隙30,該間隙通過(guò)后側(cè)金屬化 部3和半導(dǎo)體材料2。這樣，制造出串聯(lián)連接的前側(cè)封裝模塊。必須實(shí)現(xiàn)后側(cè)金 屬化部3與冷卻板的耦合，從而排除串聯(lián)連接的太陽(yáng)能電池的短路。
用于制作間隙的十分精確的方法是使用芯片鋸，通過(guò)該芯片鋸，可以實(shí)現(xiàn) 小至3(Him的間隙寬度。其它可能方法有干法化學(xué)蝕刻或濕法化學(xué)蝕刻或這些方 法的組合。
本發(fā)明因此描述了具有安裝在前側(cè)的后接觸部的太陽(yáng)能元件或太陽(yáng)能電池 模塊。具體地說(shuō)，所述接觸的不同之處在于僅由優(yōu)選是恰好為一種類(lèi)型的摻 雜的支撐半導(dǎo)體層2將至少一個(gè)前側(cè)金屬接觸表面6與平坦的后側(cè)接觸表面3 分離。對(duì)于高電流密度重要的是后側(cè)金屬化部3的良好的橫向?qū)щ娦?，以及?流穿過(guò)半導(dǎo)體層2期間的低電阻。可以通過(guò)通常由Al或Ag制成的高導(dǎo)電金屬 層(該層的典型厚度近似為2jim至3(im)來(lái)實(shí)現(xiàn)這樣的良好橫向?qū)щ娦浴?br> 以下特征(其可以單獨(dú)實(shí)現(xiàn)，或者也可以在有利變型中以任何組合方式來(lái) 實(shí)現(xiàn))尤其是在本發(fā)明中在技術(shù)上是重要的
-前側(cè)的鈀-鍺接觸結(jié)構(gòu)(實(shí)際的接觸具有明顯更多的層)以及在后側(cè)的鋁 接觸。
-每個(gè)太陽(yáng)能電池使用多個(gè)或正好一個(gè)金屬化表面6。 -通過(guò)鋸或激光切割而在組裝之后分離太陽(yáng)能電池芯片。因此可以實(shí)現(xiàn)異 常高的封裝密度。尤其是還通過(guò)隨后的分離和串聯(lián)連接來(lái)組裝(近乎)完整的太陽(yáng)能電池晶片。
-冷卻板9可以是有源水冷卻體的結(jié)構(gòu)支撐部分。例如，由Curamik公司 制造的水冷卻體，其在兩個(gè)陶f(shuō):板之間包括微溝道結(jié)構(gòu)。在這里，前陶瓷板同 時(shí)用于加強(qiáng)熱沉并充當(dāng)導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的基f反。
-金屬層6通過(guò)具有小于5 * 10"4 Qcm2的表面特定電阻(surface-specific resistance)的半導(dǎo)體層2與金屬層3接觸。在實(shí)驗(yàn)中實(shí)現(xiàn)近似1 * l(T4 Qcm2。在 這里，表面特定電阻由以下確定
a) 半導(dǎo)體襯底層2的前側(cè)和后側(cè)的金屬半導(dǎo)體接觸電阻。
b) 進(jìn)而與電荷載流子的摻雜和遷移率成比例的半導(dǎo)體材料2的特定導(dǎo)電性。 在這里，可以在鍺電池的功率受到的特定限制下選取摻雜，直到十分高的摻雜。 遷移率是由摻雜和材料質(zhì)量來(lái)確定的。
c) 接觸部3與6之間的層2的厚度。
層2的厚度和摻雜在這里是可變的。還可以想到深度蝕刻半導(dǎo)體層2以局 部減少金屬化部3與6之間的間距，從而實(shí)現(xiàn)這樣的表面特定電阻，但這在技 術(shù)上是復(fù)雜的。
-至少包含金和鍺的可替換的前側(cè)接觸部(4, 6)。(共晶金-鍺是最熟知的
n型GaAs上的接觸部)。
-對(duì)于至少100kW/i^的光強(qiáng)度而設(shè)計(jì)的根據(jù)上述權(quán)利要求的太陽(yáng)能電池。 -電池表面(電池寬度)可以在模塊內(nèi)變化，以補(bǔ)償太陽(yáng)能模塊的非均勻照射。
-通過(guò)在球形-楔形或楔形-楔形工藝中金、鋁或銀線的超聲焊接(熱聲鍵 合)，或者通過(guò)電焊接或熱焊接，實(shí)現(xiàn)施加電池連接器。
本發(fā)明還適合旨在未會(huì)聚的陽(yáng)光下操作的太陽(yáng)能電池。具體地說(shuō)，在空間 中使用的太陽(yáng)能電池模塊的根據(jù)圖6和圖8的實(shí)施例是令人感興趣的。在這里， 必須被配置用于接觸部6和B6的表面比例處于千分之一范圍內(nèi)。此外，當(dāng)用作 聚光器模塊時(shí)，僅在前側(cè)上實(shí)現(xiàn)太陽(yáng)能電池和旁路二極管的連接，這也可以明 顯簡(jiǎn)化模塊制造。圖IO示出根據(jù)圖2b的變型在非校準(zhǔn)測(cè)量中所達(dá)到的效率?？梢酝ㄟ^(guò)近似20x6 mn^的電池表面來(lái)實(shí)現(xiàn)585日光下的31.3%的效率。在這里，在32個(gè)前側(cè)金屬表面6和32個(gè)薄引線鍵合上實(shí)現(xiàn)后接觸部的接觸。對(duì)于在空間中的用途，使用三外延結(jié)構(gòu)。該處理與III-V空間太陽(yáng)能電池的處理廣泛對(duì)應(yīng)。
權(quán)利要求
1、一種太陽(yáng)能電池元件，包括支撐半導(dǎo)體層(2)，具有恰好一個(gè)第一類(lèi)型的摻雜(第一摻雜)，層結(jié)構(gòu)(1)，部署在所述支撐半導(dǎo)體層(2)的前側(cè)，與所述支撐半導(dǎo)體層相鄰，并且具有與所述第一摻雜互補(bǔ)的至少一個(gè)摻雜，后側(cè)金屬化部(3)，部署在所述支撐半導(dǎo)體層(2)的與所述層結(jié)構(gòu)(1)相對(duì)的后側(cè)，與所述支撐半導(dǎo)體層相鄰，以及第一前側(cè)金屬化部(4)和第二前側(cè)金屬化部(6)，所述第一前側(cè)金屬化部(4)與所述層結(jié)構(gòu)(1)電接觸，所述第二前側(cè)金屬化部(6)被部署成與所述第一前側(cè)金屬化部和所述層結(jié)構(gòu)(1)間隔開(kāi)，位于所述支撐半導(dǎo)體層的前側(cè)且與所述支撐半導(dǎo)體層相鄰。
2、 根據(jù)前述權(quán)利要求所述的太陽(yáng)能電池元件，其特征在于 在層平面上觀看時(shí)，所述后側(cè)金屬化部(3)從所述第二前側(cè)金屬化部(6)延伸到所述第一前側(cè)金屬化部(4),并且/或者所述后側(cè)金屬化部是平坦的、非 結(jié)構(gòu)化的或結(jié)構(gòu)化的金屬化部。
3、 根據(jù)前述權(quán)利要求之一所述的太陽(yáng)能電池元件，其特征在于 所述支撐半導(dǎo)體層(2)、所述后側(cè)金屬化部(3)和/或所述第二前側(cè)金屬化部(6)被部署和/或構(gòu)造成使得所述后側(cè)金屬化部(3)通過(guò)所述支撐半導(dǎo)體層 (2)實(shí)現(xiàn)的與所述第二前側(cè)金屬化部(6)的電接觸具有的表面特定電阻小于 10-2Qcm2，尤其小于10-3Qcm2，尤其小于5 x l(T4 Qcm2。
4、 根據(jù)前述權(quán)利要求之一所述的太陽(yáng)能電池元件，其特征在于 所述支撐半導(dǎo)體層(2)具有的摻雜大于1016原子/cm3，尤其大于1017原子/cm3，尤其大于5 x 1017原子/cm3， 和/或所述支撐半導(dǎo)體層(2)具有的厚度小于1000pm，尤其小于500pm，尤其 小于200nm。
5、 根據(jù)前述權(quán)利要求之一所述的太陽(yáng)能電池元件，其特征在于 鍺層，尤其是p摻雜鍺層、砷化鎵層或硅層作為支撐半導(dǎo)體層(2)。
6、 根據(jù)前述權(quán)利要求之一所述的太陽(yáng)能電池元件，其特征在于 具有所述支撐半導(dǎo)體層(2)和所述層結(jié)構(gòu)(1)的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)是單晶體且具有至少兩個(gè)、優(yōu)選是至少三個(gè)具有不同帶隙的光電有源pn結(jié)，所述單晶體半 導(dǎo)體結(jié)構(gòu)優(yōu)選是具有主族III和V的元素，并且還有鍺。
7、 根據(jù)前述權(quán)利要求之一所述的太陽(yáng)能電池元件，其特征在于 所述層結(jié)構(gòu)(1)具有至少一個(gè)p摻雜或n摻雜GaAs層(19， 20)， 和/或所述層結(jié)構(gòu)(1)具有鍺層(17)，尤其是n摻雜鍺層， 和/或背向所述層結(jié)構(gòu)(1)在背向所述襯底的一側(cè)具有非摻雜GaAs覆蓋層(24) 或GalnAs覆蓋層。
8、 根據(jù)前述權(quán)利要求之一所述的太陽(yáng)能電池元件，其特征在于 所述第一前側(cè)金屬化部(4)和/或所述第二前側(cè)金屬化部(6)具有鈀-鍺層序列或鈀-鍺合金， 和/或所述第一前側(cè)金屬化部(4)和/或所述第二前側(cè)金屬化部(6)具有或者包 括金和鍺，尤其是共晶金-鍺混合物， 和/或所述第一前側(cè)金屬化部(4)和/或所述第二前側(cè)金屬化部(6)具有合金金 屬層結(jié)構(gòu)，該合金金屬層結(jié)構(gòu)優(yōu)選是具有與所述層結(jié)構(gòu)(1)相鄰的至少一個(gè)4巴 層、鍺層和由金和/或銀和/或鋁制成的導(dǎo)電層，優(yōu)選是具有大于0.5[im的厚度，和/或所述第一前側(cè)金屬化部(4)和/或所述第二前側(cè)金屬化部(6)以連續(xù)層結(jié) 構(gòu)的形式或多個(gè)非連續(xù)島的形式構(gòu)造。
9、 根據(jù)前一權(quán)利要求所述的太陽(yáng)能電池元件，其特征在于所述鈀-鍺層序列或所述金屬層結(jié)構(gòu)優(yōu)選是按所列順序具有鈀層(25 )、鍺層 (26)和導(dǎo)體層(27),所述導(dǎo)體層(27)尤其包含或者包括金和/或銀。
10、 根據(jù)前述權(quán)利要求之一所述的太陽(yáng)能電池元件，其特征在于 在層平面中觀看時(shí)，所述笫二前側(cè)金屬化部(6)的表面面積部分與所述層結(jié)構(gòu)(1)的表面面積部分的比率小于0.1，尤其小于0.05，尤其小于0.01,尤 其小于0.005，尤其小于0.002。
11、 根據(jù)前述權(quán)利要求之一所述的太陽(yáng)能電池元件，其特征在于 所述第一前側(cè)金屬化部(6)具有恰好一個(gè)連續(xù)金屬化表面， 或所述第一前側(cè)金屬化部(6)具有至少兩個(gè)連續(xù)金屬化表面(6a， 6b),其 被部署為彼此電絕緣，并且彼此間隔開(kāi)。
12、 根據(jù)前述權(quán)利要求之一所述的太陽(yáng)能電池元件，其特征在于 所述后側(cè)金屬化部(3)包含或者包括鋁。
13、 根據(jù)前述權(quán)利要求之一所述的太陽(yáng)能電池元件，其特征在于 承載結(jié)構(gòu)(9， 10， 11),所述承載結(jié)構(gòu)被部署在所述后側(cè)金屬化部一側(cè)，并且具有冷卻板(9),尤其是具有非金屬前部的、特別是陶瓷前部的冷卻板(9)。
14、 根據(jù)前一權(quán)利要求所述的太陽(yáng)能電池元件， 其特征在于所述冷卻板(9)被構(gòu)造為有源水冷卻體的結(jié)構(gòu)支撐部分，該結(jié)構(gòu)支撐部分 尤其以陶瓷制成。
15、 根據(jù)前述兩項(xiàng)權(quán)利要求之一所述的太陽(yáng)能電池元件，其特征在于 所述承載結(jié)構(gòu)具有非導(dǎo)電層(11)，其被部署在所述冷卻板(9)與所述后側(cè)金屬化部(3)之間，該非導(dǎo)電層(11)尤其是粘接層或陶瓷層， 或所述承載結(jié)構(gòu)具有電導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，該電導(dǎo)體結(jié)構(gòu)^皮部署在所述冷卻板(9)與 所述后側(cè)金屬化部(3 )之間，并且所述承載結(jié)構(gòu)優(yōu)選是具有在所述后側(cè)金屬化 部一側(cè)的導(dǎo)電粘接和/或焊接層(11)以及在所述冷卻板一側(cè)的條形導(dǎo)體結(jié)構(gòu)(10)。
16、 根據(jù)前述權(quán)利要求之一所述的太陽(yáng)能電池元件，其特征在于 所述第 一摻雜是p摻雜或n摻雜。
17、 一種太陽(yáng)能電池模塊，包括至少兩個(gè)串聯(lián)連接的太陽(yáng)能電池元件，所述太陽(yáng)能電池元件被分別部署成爭(zhēng)使得它們的后側(cè)金屬化部(3a, 3b)在承載結(jié)構(gòu)(9， 10， 11 )上，所述串聯(lián)連 接的太陽(yáng)能電池元件中的至少兩個(gè)太陽(yáng)能電池元件(8a, 8b)的電接觸僅被構(gòu) 造在太陽(yáng)能電池元件的、與所述承載結(jié)構(gòu)相對(duì)的前側(cè)(前側(cè)連接)， 其特征在于連接到所述前側(cè)的所述至少兩個(gè)太陽(yáng)能電池元件中的至少 一個(gè)是根據(jù)前述 太陽(yáng)能電池元件權(quán)利要求中的 一項(xiàng)來(lái)構(gòu)造。
18、 根據(jù)前述太陽(yáng)能電池模塊權(quán)利要求之一所述的太陽(yáng)能電池模塊，其特 征在于電池連接器(7)，其作為在兩個(gè)太陽(yáng)能電池元件(8a， 8b)的前側(cè)分別與 在前側(cè)連接的所述兩個(gè)太陽(yáng)能電池元件(8a， 8b)接觸的電接觸，并且尤其被 構(gòu)造為線。
19、 根據(jù)前述兩項(xiàng)太陽(yáng)能電池模塊權(quán)利要求所述的太陽(yáng)能電池模塊，其特 征在于所述電池連接器(7)使得在所述前側(cè)連接的所述太陽(yáng)能電池元件中的第一 太陽(yáng)能電池元件的所述第一前側(cè)金屬化部(4)與在所述前側(cè)連接的所述太陽(yáng)能 電池元件中的第二太陽(yáng)能電池元件的所述第二前側(cè)金屬化部(6)電連接。
20、 根據(jù)前述兩項(xiàng)太陽(yáng)能電池模塊權(quán)利要求之一所述的太陽(yáng)能電池模塊， 其特征在于用作電池連接器(7)的線，該線包含或者包括金、銀和/或鋁。
21、 根據(jù)前述太陽(yáng)能電池模塊權(quán)利要求之一所述的太陽(yáng)能電池模塊，其特 征在于太陽(yáng)能電池元件的至少兩個(gè)串聯(lián)連接并聯(lián)，太陽(yáng)能電池元件的這些串聯(lián)電路中的每一個(gè)具有根據(jù)前述太陽(yáng)能電池模塊權(quán)利要求之一所述的在所述前側(cè)連 接的至少兩個(gè)串聯(lián)連接的太陽(yáng)能電池元件，并且優(yōu)選地， 一個(gè)串聯(lián)電路的每一 太陽(yáng)能電池元件并聯(lián)連接到至少另一串聯(lián)連接的太陽(yáng)能電池元件(串聯(lián)連接的 太陽(yáng)能電池鏈成對(duì)地并聯(lián)連接)。
22、 根據(jù)前述太陽(yáng)能電池模塊權(quán)利要求之一所述的太陽(yáng)能電池模塊，其特 征在于具有相反極性的旁路二極管(13， 14， 15)并聯(lián)連接到所述太陽(yáng)能電池元 件中的至少一個(gè)太陽(yáng)能電池元件。
23、 根據(jù)前一太陽(yáng)能電池模塊權(quán)利要求所述的太陽(yáng)能電池模塊，其特征在于具有相反極性的旁路二極管(13， 14, 15)并聯(lián)連接到每一太陽(yáng)能電池元件。
24、 根據(jù)前述兩項(xiàng)太陽(yáng)能電池模塊權(quán)利要求之一所述的太陽(yáng)能電池模塊， 其特征在于所述太陽(yáng)能電池元件(8a， 8b)中的至少一個(gè)太陽(yáng)能電池元件與所述旁路 二極管(14 ) 一起具有所述支撐半導(dǎo)體層(2 )的公共部分。
25 、根據(jù)前述三項(xiàng)太陽(yáng)能電池模塊權(quán)利要求之一所述的太陽(yáng)能電池模塊， 其特征在于在所述旁路二極管(14， 15)的背向所述承載結(jié)構(gòu)的前側(cè)，所述旁路二極 管(14， 15)中的至少一個(gè)具有第一前側(cè)金屬化部(B4)以及與所述第一前側(cè) 金屬化部(B4)電絕緣的第二前側(cè)金屬化部(B6)。
26、根據(jù)前述四項(xiàng)太陽(yáng)能電池模塊權(quán)利要求之一所述的太陽(yáng)能電池模塊， 其特征在于所述旁路二極管(13， 14， 15)中的至少一個(gè)具有第一摻雜的支撐半導(dǎo)體 層(B2)、被部署在所述支撐半導(dǎo)體層的背向所述承載結(jié)構(gòu)的前側(cè)上并且與所述 支撐半導(dǎo)體層相鄰的層結(jié)構(gòu)(Bl)、以及被部署在所述支撐半導(dǎo)體層的與所述層 結(jié)構(gòu)(Bl)相對(duì)的后側(cè)上并且與所述支撐半導(dǎo)體層相鄰的后側(cè)金屬化部(B3),所述層結(jié)構(gòu)具有與所述第一摻雜互補(bǔ)的至少一個(gè)摻雜。
27 、根據(jù)前述兩項(xiàng)太陽(yáng)能電池模塊權(quán)利要求所述的太陽(yáng)能電池模塊， 其特征在于對(duì)于所述至少一個(gè)旁路二極管(14， 15),所述第一前側(cè)金屬化部(B4)與 所述層結(jié)構(gòu)(Bl)電接觸，并且與所述第一前側(cè)金屬化部(B4)以及所述層結(jié) 構(gòu)(Bl )電絕緣的所述第二前側(cè)金屬化部(B6 )被部署在所述支撐半導(dǎo)體層(B2 ) 的前側(cè)，與所述支撐半導(dǎo)體層(B2)相鄰。
28、 根據(jù)前述三項(xiàng)太陽(yáng)能電池模塊權(quán)利要求之一所述的太陽(yáng)能電池模塊， 其特征在于在所述支撐半導(dǎo)體層(2)的背向所述承載結(jié)構(gòu)的前側(cè)并且與所述半導(dǎo)體層 相鄰的所述太陽(yáng)能電池元件中的至少一個(gè)具有金屬前側(cè)接觸部(S6)，其與所述 前側(cè)金屬化部(4， 6 )以及所述層結(jié)構(gòu)(1)電絕緣，并且經(jīng)由電池連接器(SB7 ) 與旁路二極管(15)的所述第一前側(cè)金屬化部(B4)電連接。
29、 根據(jù)前述七項(xiàng)太陽(yáng)能電池模塊權(quán)利要求之一所述的太陽(yáng)能電池模塊， 其特征在于所述太陽(yáng)能電池元件(8)與所述旁路二極管(13, 14, 15)的電連接僅4皮 構(gòu)造在背向所述承載結(jié)構(gòu)的前側(cè)，并且優(yōu)選是經(jīng)由電池連接器(7, B7)。
30、 根據(jù)前述太陽(yáng)能電池模塊權(quán)利要求之一所述的太陽(yáng)能電池模塊， 其特征在于在層平面中觀看時(shí)，所述太陽(yáng)能電池元件中的至少兩個(gè)具有不同的總表面 面積和/或其層結(jié)構(gòu)(1)的表面面積不同。
31、 根據(jù)前述太陽(yáng)能電池模塊權(quán)利要求之一所述的太陽(yáng)能電池模塊，其特 征在于封裝，部署在所述前側(cè)，該封裝尤其是透明板，尤其是玻璃板，該封裝具 有所施加的透明填充化合物，該填充化合物尤其是硅。
32、 一種用于制造太陽(yáng)能電池模塊的方法，分別具有后側(cè)金屬化部(3a, 3b)的至少兩個(gè)太陽(yáng)能電池元件被部署在承載結(jié)構(gòu)(9， 10， ll)上并且串聯(lián)連接，串聯(lián)連接或并聯(lián)連接的太陽(yáng)能電池元件中的至少兩個(gè)太陽(yáng)能電池元件(8a, 8b)的電接觸僅被構(gòu)造在這些太陽(yáng)能電池元件的與所述承載結(jié)構(gòu)相對(duì)的前側(cè)(前 側(cè)連接)，其特征在于 '根據(jù)前述太陽(yáng)能電池元件權(quán)利要求或太陽(yáng)能電池模塊權(quán)利要求之一制造太 陽(yáng)能電池元件和/或太陽(yáng)能電池模塊。
33、 根據(jù)前述方法權(quán)利要求之一所述的方法，其特征在于 太陽(yáng)能電池元件(8)的所有各個(gè)元件(1， 3， 4， 6)被分別重復(fù)構(gòu)造在支撐半導(dǎo)體層(2)上，之后，支撐半導(dǎo)體層(2)連同背向所述前側(cè)的重復(fù)構(gòu)造的各個(gè)元件(1， 3, 4, 6) —起被粘接和/或焊接(11)在承載結(jié)構(gòu)(9, 10)上，所述承載結(jié)構(gòu)有利 地具有冷卻板(9)，之后，多個(gè)太陽(yáng)能電池元件(8)與施加在所述承載結(jié)構(gòu)(9, 10)上的支 撐半導(dǎo)體層(2)分離，最后，所述各個(gè)太陽(yáng)能電池元件(8)彼此電連接。
34、 根據(jù)前述方法權(quán)利要求之一所述的方法， 其特征在于太陽(yáng)能電池元件(8)的所有各個(gè)元件(1， 3, 4， 6)被分別重復(fù)構(gòu)造在支 撐半導(dǎo)體層(2)上，之后，仍待分離的至少兩個(gè)不同的太陽(yáng)能電池元件(8)的所述前側(cè)金屬化 部(4， 6)經(jīng)由電池連接器(7)電連接，之后，在所述前側(cè)施加透明填充化合物，該填充化合物尤其是硅，之后，在所屬填充化合物上，在所述填充化合物的背向所述村底層的一側(cè) 施加透明^反，該透明斧反尤其是玻璃才反，之后，所述多個(gè)太陽(yáng)能電池元件(8)與施加在所述承載結(jié)構(gòu)(9， 10)上 的支撐半導(dǎo)體層(2)分離，在仍待分離的太陽(yáng)能電池元件(8)之間，從背向 所述板的一側(cè)開(kāi)始引入間隙，至少直到所述填充化合物，以及最后，所述支撐半導(dǎo)體層(2)連同分離的太陽(yáng)能電池元件(8) —起在所 述支撐半導(dǎo)體層(2)的背向所述前側(cè)的一側(cè)上被粘接和/或焊接在承載結(jié)構(gòu)(9， 10)，該承載結(jié)構(gòu)(9， IO)有利地具有冷卻板。
35、 根據(jù)前述兩項(xiàng)方法權(quán)利要求之一所述的方法， 其特征在于借助于鋸子，尤其是芯片鋸，通過(guò)濕法化學(xué)蝕刻或干法化學(xué)蝕刻和/或通過(guò) 激光切割來(lái)實(shí)現(xiàn)所述分離。
36、 根據(jù)前述太陽(yáng)能電池元件權(quán)利要求或太陽(yáng)能電池模塊權(quán)利要求之一所 述的太陽(yáng)能電池元件和/或太陽(yáng)能電池^^莫塊在聚光器裝置中的用途。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種太陽(yáng)能電池元件，其包括具有恰好一個(gè)第一摻雜的半導(dǎo)體襯底層(2)；層結(jié)構(gòu)(1)，其被部署在所述襯底層(2)的前側(cè)并與所述襯底層相鄰，并且具有與所述第一摻雜互補(bǔ)的至少一個(gè)摻雜；后側(cè)金屬化部(3)，其被部署在所述襯底層(2)的前側(cè)，與所述襯底層相鄰，所述后側(cè)從層結(jié)構(gòu)(1)橫跨；以及第一前側(cè)金屬化部(4)和第二前側(cè)金屬化部(6)。所述第一前側(cè)金屬化部(4)與所述層結(jié)構(gòu)(1)電接觸，所述第二前側(cè)金屬化部(6)被部署在所述襯底層的前側(cè)，與所述襯底層相鄰，并且與第一前側(cè)金屬化部以及所述層結(jié)構(gòu)(1)電絕緣。
文檔編號(hào)H01L31/05GK101647125SQ200880007540
公開(kāi)日2010年2月10日 申請(qǐng)日期2008年3月7日 優(yōu)先權(quán)日2007年3月8日
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