太阳能电池的制作方法
【专利摘要】本发明涉及包括具有正面和背面接触的半导体衬底的太阳能电池，其中该正面接触包括优选地相互平行地伸展的接触指（300、302、304、306）和至少一条相对于所述接触指横向地伸展的母线（307、311），与该母线材料决定地连接的连接器（324、326）沿着该母线伸展。为了避免在作用于该连接器的力的情况下的裂缝形成，建议，该母线由具有焊接棱边（328、330）的区段（308、310、312、314）构成，该连接器在所述区段上延伸。
【专利说明】太阳能电池
【技术领域】
[0001]本发明涉及包括具有正面和背面接触的半导体衬底的太阳能电池，其中该正面接触优选地包括相互平行地延伸的接触指和至少一个相对于这些接触指横向地延伸的母线，与该母线连接的连接器沿着该母线伸展。
【背景技术】
[0002]在制造本发明所涉及的晶体硅太阳能电池时，被锯开的硅晶片通常借助蚀刻槽被纹理化。随后，根据标准技术，磷可以渗入到晶片的一侧中，以便构造pn结。为此在制造时将磷硅酸盐玻璃施加到正面上，该磷硅酸盐玻璃用作用于扩散过程的P源，并且之后被蚀刻掉。然后借助导电膏实现金属化。
[0003]在辐射侧的、即向阳的在p传导的晶片情况下为n层的面上，为了构造正面栅，施加两到三条或更多的母线以及单独的大约100 宽的集流管(也称为指)。这可以通过丝网印刷、指写(Fingerschreiben)、电镀沉积或火焰喷涂/等离子喷涂来实现。在相当大的范围内该丝网印刷技术也获得应用，在该丝网印刷技术中含玻璃的Ag导电膏被压印、烘干并且随后在大约800°C时被烧结。
[0004]在晶片的背面、即背离辐射或背阳的面上，通常施加大面积的铝层作为背面接触。在铝在大约600°C的温度下退火时，硅衬底在铝层和硅衬底之间的界面处熔化并且与铝形成合金。在冷却中，以铝高掺杂的硅层外延地在晶片、即衬底的朝向硅的背面上固化。同时以硅加强的Al层在朝向铝层的面上固化，并且在冷却过程的最后，Al-Si共晶体在以铝高掺杂的层和以硅加强的层之间固化。
[0005]硅中高的铝掺杂在背面接触的附近引起电场、即所谓的背面场(Back-Surface-Field)，该电场使p区中的少数载流子、即电子远离背面接触，并且抵制在欧姆背面接触处的重组。因此给出背面的防止少数载流子重组的良好的钝化，因此太阳能电池的较高的效率是能够实现的。
[0006]为了实施所需的电接触，接触印制导线或焊接点通常通过丝网印刷、移印或其他合适的印刷方法直接被施加到衬底表面上，并且镀锡的铜带被焊接到其上。相应的也被称为垫片的焊接点的尺寸处于10到20mmX6到8mm之间并且典型地具有直角或椭圆形状。
[0007]具有玻璃成分的导电膏的丝网印刷或移印是流行的。这些导电膏首先被印刷，然后在200°C到300°C的情况下被烘干并且最终在大于570°C的温度下被烧结或形成合金。
[0008]用于制造具有铝层和存在于该铝层的空隙中的Ag垫片的背面接触太阳能电池的方法可从US-A-2008/0105297得悉。在那里描述了在铝层和Ag垫片之间的有针对性地印刷的重叠区域中三种金属、即Al、Ag和Si共同作用。因此应该出现由于三种组分的不同的热膨胀而导致的机械应力，使得在重叠区域中背面垫片的所压印的银剥落。为了避免该缺点，应该使用具有倒圆的或斜切的角部的Ag垫片，通过这些角部减小在角部处出现的机械应力峰值。但是与此有关的措施的实际试检已经显示出，机械应力峰值没有在所需的范围内减小，使得银垫片的损害和因此相应的具有垫片的太阳能电池的功能减弱的风险继续存在。
[0009]由DE-A-10 2009 026 027已知一种晶片太阳能电池，在该晶片太阳能电池中为了避免晶片的断裂风险在背面电极结构中构造中断的母线，使得根据中断的母线和背面层不发生垫片的重叠。因为在生产技术上不确保，仅在背面层的空隙内来看在中断的母线的纵向上可引入垫片，所以建议，该垫片在要焊上的连接器的方向上与邻接的层相间隔地终止，其中然而优先地仅在该垫片的棱边和该层之间构造间隔，而间隙不必延伸直到半导体衬底的背面。在棱边范围内的间隙的宽度应该优选地小于400 y m。
[0010]JP-A-2003-273379的主题是具有条带状母线的太阳能电池，该母线与太阳能电池的背面的重叠区域内具有比在重叠区域之外更小的厚度。
[0011]US-A-2010/0200057具有背面条带状的母线，该母线具有凹处。
[0012]根据US-A-2003/0025115的发光二极管具有与电导体连接的垫片电极和半透明的电极。该垫片电极在周边被结构化。
【发明内容】
[0013]本发明所基于的任务是，改进开头所述类型的太阳能电池，使得在力作用于与母线连接的连接器的情况下裂缝形成被避免或相较于现有技术至少被减少。
[0014]根据另一方面，不管用于构造背面接触的所使用的不同材料，即基于相互不同的膨胀系数，对半导体衬底、即晶片的损害应该不发生，然而同时保证连接器和焊接点、即垫片之间的可靠的材料决定的连接。
[0015]本发明建议一种包括具有正面和背面接触的半导体衬底的太阳能电池，其中该正面接触由优选地相互平行地伸展的接触指和至少一条相对于这些接触指横向地伸展的母线构成，与该母线连接的连接器沿着该母线伸展，并且其特征在于，至少一条母线由区段构成并且这些段落具有焊接棱边，该连接器在该焊接棱边上延伸。
[0016]与已知的构造不同，该母线在太阳能电池的正面的区域中、即在面向辐射的面上，具有多个焊接棱边，如果拉力作用于连接器，则实现具有以下结果的力分配，即减少或避免否则出现的裂缝形成。
[0017]焊接棱边是边缘，沿着该边缘，该连接器与母线的区段材料决定地连接。通常，该连接器在其纵向上来看在区段的整个长度上与该区段连接，使得由连接器覆盖的区段的边缘也是焊接棱边。
[0018]在此特别是规定，区段被构造，使得优选地至少两个接触指、特别是正好两个接触指分别与母线的构成至少两个焊接棱边的区段连接。
[0019]本发明特别是规定，母线的连接至少两个接触指的区段在俯视图中具有环状或空心矩形状的几何形状，用于四个焊接棱边的形成。
[0020]本发明补充地或替代地建议，该母线由两个在其纵向上伸展的条带状的区段构成，这些区段在指的区域中分别在宽度上被加宽，并且优选地连续地过渡为指的相应的纵向边缘。
[0021]母线在其纵向上来看也可以由多个相互间隔的区段构成，其中每个区段具有至少两个横向焊接棱边、即相对于母线的纵向延伸横向地伸展的焊接棱边。得出具有纵向和横向侧边的导体的几何形状。[0022]与此不相关地，该母线应该被划分为区段，使得至少两个至少逐区段地沿着指延伸的焊接棱边被分别分配最多五个接触指、优选地两个接触指。
[0023]根据本发明，在正面伸展的与电池连接器材料决定地连接的母线被划分为区段或区域，使得得出多个焊接棱边，该焊接棱边不必强制性地相对于母线的纵向垂直地或横向地伸展。在此，母线的纵向通过沿着母线的连接器的纵向延伸来预先给定。
[0024]该焊接棱边本身不必强制性地仅仅相对于母线的纵向横向地、即沿着或平行于接触指伸展。更确切地说，特别是当该母线在接触指的区域中被扩宽并且母线和接触指的纵向棱边连续地过渡为彼此、即得出母线区段的凹状伸展的纵向边缘作为焊接棱边时，母线的区段的相对于接触指倾斜地伸展的区域也可以构成该焊接棱边。
[0025]为了解决本发明的其他方面，只要涉及背面接触，那么根据本发明基本上建议一种太阳能电池，该太阳能电池具有有正面和背面接触的半导体衬底，其中该背面接触具有由第一导电材料构成的或包含第一导电材料的具有凹处的层，在该凹处中布置有焊接点(垫片)，该焊接点由第二导电材料构成或包含该第二导电材料，该第二导电材料在接触区域中与第一导电材料形成金属间连接，其中被布置在至少两个凹处中的焊接点与沿着直线伸展的连接器在每个垫片的各一个焊接区域中连接，并且该连接器与层隔一定距离在焊接点的焊接棱边上延伸，其中该太阳能电池的特征在于，该连接器与该焊接点仅仅在金属间连接之外材料决定地连接和/或该连接器在焊接点的至少三个相对于直线横向地伸展的焊接棱边上延伸，其中至少三个焊接棱边具有由连接器所覆盖的长度，该长度是至少2.5倍的、优选地3倍的连接器的宽度B。
[0026]本发明特别是规定，第一焊接棱边是垫片的由直线切割的第一边缘区域，该第一边缘区域与层、如Al层或其由连接器所覆盖的层棱边相间隔地伸展，其中特别是垫片的每个第一边缘区域与相应的由连接器所覆盖的层棱边相间隔地伸展。该直线通过连接器的纵轴预先给定。
[0027]此外，该第一边缘区域应该至少在焊接区域中具有几何形状的伸展，该伸展偏离所面向的层棱边、即背面层的棱边的伸展，该背面层特别是由Al构成，该连接器在该层棱边上延伸。
[0028]根据本发明的教导此外利用发明人的已经借助金相法被确定的如下认识，即材料、即Al和可焊接的接触材料之间的合金过程、而不是材料Ag、Al和Si的同时发生对垫片和背面接触的邻接的层之间的重叠区域中的高机械应力的出现决定性地负责，如在US-A-2008/0105297 中所描述的。
[0029]在烧结时铝和银在垫片的重叠区域中形成合金。首先铝熔化并且之后流到多孔的Ag层结构中。原位观察已经示出，通过液态招的流出，产生大约Imm到2mm宽的合金条带。该合金条带根据相图在冷却之后固化作为金属间连接((相，U相)，该金属间连接也还包含基本的Al、Ag的成分并且也许包含Si的成分。该条带的宽度在此依赖于Al和Ag的总量成分，即也依赖于层厚和银的多孔性。因此应相应地设计(垫片的第一边缘区域的棱边到连接器的所面向的棱边的间隔的)数据(Zahlenangabe)，因为区域也可以较宽或较窄地沉淀。
[0030]由于该原因，不能毫无问题地将Ag接触直接压印到铝上，而在烧结期间形成上述类型的金属间连接。[0031]本义是渗透区域的重叠区域对晶片施加高的机械应力。利用拉曼光谱显微镜测量直到350MPa。对于出现的应力的可能的解释是，Al-Ag合金在展宽时不像基本的层那样是可延展的。此外要注意的是，总的过程在几秒内结束，使得在Al/Ag合金的合金形成期间还执行冷却过程。因此可能出现微裂缝，该微裂缝平行于重叠区域被定向。然而，当相应的预应力区域承受机械负荷时，或者当焊接的连接器在该位置处终止时，或者当在温度周期中机械应力由于弯曲在电池处出现时，由于该原因还附加地出现应力裂缝。
[0032]研究已经得出，在焊接的铜连接器的两个端部处可能出现微裂缝，该微裂缝通过拉应力产生，并且通过形式和方向对其产生原因提供明确的提示。这借助图1和图2被说明，图1和图2示出太阳能电池12的背面接触10，该太阳能电池具有在背面覆盖太阳能电池12并且由铝构成或包含铝的具有凹处14的层13，该凹处由优选地具有矩形形状的垫片16安插。就这点而言涉及预先已知的构造、即根据现有技术的太阳能电池背面。
[0033]如果以行布置的垫片16与铜连接器18、20材料决定地连接(图2)，那么可以确定，分别在焊接的端部处、即在横向于连接器18、20的纵向的材料决定的连接处，出现弯曲的、相对于出现的机械拉力横向地伸展的裂缝。因为在焊接后冷却时该铜连接器18、20比硅更强烈地收缩，所以随着变得更薄的晶片可渐增地观察到这种类型的裂缝形成。偶尔，相似的拉应力裂缝也出现在处于更内部的垫片处。
[0034]但是，如果焊接达到重叠区域中，即连接器的拉应力应被添加到通过金属间合金所产生的应力上，那么这种裂缝特别强烈地出现。
[0035]基于根据本发明的教导避免与此有关的缺点。因此，机械卸载和因此裂缝形成的避免此外通过下述方式来实现，即通过连接器所产生的机械拉力被分配到更大的线上并且因此产生更小的应力。如果该应力例如被分配到10个焊接棱边上，那么每个焊接棱边的应力被减小到1/10。这导致材料的更小的负荷。
[0036]根据本发明特别是规定，限制第一边缘区域的焊接棱边至少在焊接区域中相对于层的所面向的棱边遵循凸状或凹状的弧线区段。特别是规定，该垫片由过渡为彼此的透镜状的或在俯视图中椭圆状的区段构成，这些区段的纵轴沿着由连接器预先给定的直线伸展，其中第二边缘区域的相应的棱边具有有弯曲地伸展的侧边的几何形状。由此连接器和垫片之间的接触区域在棱边的区域中相较于垫片显著地被放大并且因此可能出现的应力显著地被减小，其中该垫片具有矩形或圆形几何形状。
[0037]通过银垫片在焊接棱边的区域中根据通常得出的裂缝形状的倒圆，机械拉力可以被传输到更大的线上。在此Ag垫片的倒圆的形状被制造，使得该Ag垫片与由铝构成的或包含铝的层不接触。拉应力可以根据接触的侧面长度的比例被减小。
[0038]此外，垫片和层之间的、用于将电流从平面层、如Al层引出到垫片、如Ag垫片中所必需的接触线被转移到如下区域中，在这些区域中在焊接之后不产生到焊接的连接器的机械应力。虽然通过减小在垫片和背面层中的接触可以稍微提高电过渡电阻。但是通过优化接触线的长度可以使与此有关的必要时出现的缺点最小化。
[0039]在改进方案中规定，分别相对于背面的邻接的或相间隔地伸展的层区域来看，该垫片在其相应的第一边缘区域中相对于邻接的背面层具有凹状伸展的弧形几何形状和/或在其相应的第一边缘区域中具有凸状伸展的弧形几何形状。
[0040]该垫片在俯视图中也可以具有矩形几何形状，其中第二边缘区域的相应的棱边和层的所面向的棱边分别具有凹状伸展的弧形几何形状。
[0041]为了减小拉应力，根据另一扩展方案规定，该垫片在其焊接区域中具有矩形、圆形或椭圆状的凹处，该凹处至少按区域在连接器被焊接上的情况下由该连接器所覆盖，其中特别是圆形凹处完全由连接器覆盖和/或以其纵轴相对于连接器的纵轴横向地延伸的椭圆形凹处优选地仅仅按区域、即没有完全由连接器覆盖。
[0042]特别是规定，在凹处中布置的垫片至少在凹处的由连接器所覆盖的区域中由至少两个相互间隔的区段构成，其中每个区段应该具有两个焊接棱边。从相互间隔的区段出发的面向彼此的焊接棱边也可以过渡为彼此，使得该区段的焊接棱边本义是连续的焊接棱边的区段。
[0043]在改进方案中此外规定，区段在凹处中完全相互间隔地被布置，即是相互分离的。换句话说，至少两个、优选地多于两个的条带状的焊接区域在凹处之内伸展，其中相互间隔地布置条带状的焊接区域。间隔的焊接区域因此自身构成焊接点。此外，处于外部的条带状的焊接区域应该与层棱边相间隔地伸展，该层棱边由连接器所覆盖。
[0044]裂缝的产生特别是通过下述方式被阻止或被减少，即重叠区在以下区域中被排除，在这些区域中实现连接器和垫片之间的直接的材料决定的连接，即在垫片的边缘或焊接棱边区域中，该连接器在该边缘或焊接棱边区域上延伸，即在相对于第二边缘区域横向地伸展的第一边缘区域中，在该第二边缘区域中产生金属间连接。因此根据本发明特别是规定，在第一边缘区域中实现垫片的面向彼此的棱边和围绕该棱边的层之间的间隔，即构造间隙，该间隙应该至少处于0.5mm到IOmm的范围中。
[0045]焊接棱边和层棱边之间的间隔可以通过特别的印刷设计来实现。
[0046]此外，由垫片的根据本发明所建议的几何形状得出如下优点，即如果导电银或包含银的材料作为第二导电材料被使用，那么实现银的材料节约，由此减少根据本发明所构造的太阳能电池的制造成本。
[0047]此外，本发明规定，连接器与垫片材料决定地连接的焊接区域与如下区域相间隔地伸展，在该区域中构成金属间连接(合金)，即相对于该连接器在垫片的平行于该连接器伸展的边缘区域中伸展。在此，特别是规定，焊接区域与相应的纵向棱边、即垫片的相应的第二边缘区域具有间距a,其中0.5mm ^ a ^ 2mm,特别是0.5mm ^ a ^ 1mm。
[0048]本发明的其他的细节、优点和特征不仅由权利要求、可从这些权利要求得悉的特征(本身和/或组合形式)得出，而且也由可从附图的随后描述中得悉的实施例得出。
【专利附图】
【附图说明】
[0049]图1示出根据现有技术的没有连接器的太阳能电池的背面视图，
图2示出根据图1的具有连接器的太阳能电池，
图3示出具有与垫片连接的连接器的太阳能电池的一部分，
图4示出具有背面接触的第二实施方式的太阳能电池的一部分，
图5示出具有背面接触的第三实施方式的太阳能电池的一部分，
图6示出具有背面接触的第四实施方式的太阳能电池的一部分，
图7示出具有背面接触的第五实施方式的太阳能电池的一部分，
图8示出具有背面接触的第六实施方式的太阳能电池的一部分， 图9示出具有背面接触的第七实施方式的太阳能电池的一部分，
图10示出具有背面接触的第八实施方式的太阳能电池的一部分，
图11示出具有背面接触的第九实施方式的太阳能电池的一部分，
图12示出具有背面接触的第十实施方式的太阳能电池的一部分，
图13示出正面接触的俯视图，
图14示出正面接触的另一实施方式，
图15示出正面接触的第三实施方式，
图16示出正面接触的第四实施方式，以及 图17a)到图17c)示出正面接触的另一实施方式。
【具体实施方式】
[0050]可以从图3到12中得悉晶体硅太阳能电池的背面部分，该晶体硅太阳能电池由具有pn结的p硅衬底构成并且其正面接触以具有母线和指状集流管的正面栅的形式被构造。相应的背面接触通过烧结具有凹处的铝层和在凹处中引入的焊接点或垫片而形成，该焊接点或垫片由银构成或可以包含银。
[0051]如果背面层被称作铝层，那么也可以使用其他材料、如来自组In、Ga、B的这样的材料或这些材料的混合。就这点而言铝应被理解为同义词。关于银，上述内容同样适用，其中银可以用其他合适的可焊的材料来替换，而不背离本发明。
[0052]为了排除由于材料决定地与垫片连接的连接器而在硅材料中形成裂缝，根据关于图的说明，将特殊几何形状的垫片引入空隙中，其中该连接器与该垫片连接的焊接区域与在退火和因此制造由铝层和银垫片构成的背面接触时构成的合金相间隔地伸展，或连接器与垫片在如下区域中连接，在这些区域中该垫片与铝层不接触。此外，在下述的说明中基本上相同的元件配备有相同的附图标记。
[0053]可以从图3中得悉按原则示出的太阳能电池的背面的一部分，该太阳能电池具有由铝构成的具有凹处的背面层30，在该凹处中特别是由银构成的焊接点或垫片32被布置成一列，用于将该垫片32与连接器36材料决定地连接。
[0054]在该垫片32和该层30之间的过渡区中形成金属间连接(区域34)。为了避免由于该连接器36和具有合金的区域34之间的材料决定的连接而会出现的裂缝形成，根据本发明规定，该连接器36仅仅在金属间连接的区域34之外与垫片32材料决定地连接。该区域在图3中通过平行线相交的阴影并以附图标记35来标记。
[0055]金属间连接不再存在的区域、即连接器36材料决定地所连接的区域可以基于应力测量或显微照片来检测，如之前被说明的。因此可以识别，金属间连接的区域在哪里终止。关于这点，基本上可以确定，在铝不再出现的区域中，金属间连接根据该原因不再存在，使得从该区域开始可以实现连接器36和垫片32之间的材料决定的连接，以便避免不期望的裂缝形成。
[0056]在图4中示出了太阳能电池的背面的一部分，在该太阳能电池中在背面层、如铝层100中同样形成有多个凹处102，其中一个被示出。多个相应的凹处102在此同样沿着直线被布置，连接器104沿着该直线延伸，该连接器与沿着该直线伸展的焊接点106材料决定地连接。这些焊接点在下面被称作垫片。该连接器104可以是镀锡的铜小带。[0057]如图4所说明的，该垫片106在连接器104的纵向上以其焊接棱边108、110与凹处102的所面向的层棱边112、114相间隔地伸展。该焊接棱边108、110限制垫片106的所谓的第一边缘区域，该连接器104在该第一边缘区域上延伸。换句话说，间隙116、118在棱边108、112和110、114之间伸展，该间隙基本上延伸直至硅衬底。
[0058]此外，该连接器104并且因此由其所覆盖的垫片106的焊接区域122与相应的纵向或第二边缘区域124、126相间隔地伸展，在该纵向或第二边缘区域中该垫片106与铝层100接触或必要时在边缘侧与该铝层100重叠。在图中从垫片106的中间区域绘图上显露的相应的纵向边缘区域124、126由金属间连接、即合金构成，该金属间连接由铝和硅构成。垫片106的焊接区域122并且因此该连接器104与该区域124、126相间隔地伸展。连接器104的所面向的纵向边缘128、130和边缘区域124、126的所面向的端部之间的间距、即铝硅合金在图中以a来标记并且处于0.5mm到5mm之间。
[0059]相应的间隙116、118的宽度以b来标记并且应该处于0.5mm到IOmm之间，连接器104的相应的纵向边缘128、130和垫片106的边缘区域124、126之间的间隔。
[0060]根据图4的实施例，垫片106的焊接棱边108、110与凹处118的层棱边112、114平行地伸展。因此，尽管Ag/Al合金区域的机械负荷被排除，但是在作用于连接器104的拉力下可能在垫片106中构建高的应力，该应力可能导致在衬底中产生裂缝。为了将可能出现的拉力转移到更大的线上，由此该应力被减小，该垫片106具有至少一个凹处107，该连接器104在该凹处上延伸，使得该连接器总共覆盖四个焊接棱边，由此该拉力被转移到更大的线上。相应的焊接棱边以附图标记108、110、111、113来标记。
[0061]从图5中可以得悉垫片132，该垫片由中间的矩形的中间区域134并且由端侧的弓形状的区段136、138组成，该中间区域与铝层100接触或与该铝层重叠地伸展。因此限制该区段136、138的焊接棱边140、142在几何形状上被构造为使得得出凸状伸展的弧形，其中该连接器104在该焊接棱边上延伸并且从该焊接棱边出发该连接器104与垫片132的焊接区域122材料决定地连接。焊接棱边140、142的总长度基于几何形状来选择，使得焊接棱边140、142的由连接器104覆盖的长度对应于至少2.5倍的、优选地至少三倍的连接端104的宽度B，尽管这在绘图上不一定可识别出。
[0062]与此不相关地，该连接器104同样与第一或纵向边缘区域124、126相间隔地伸展，在该第一或纵向边缘区域中构造有铝和硅之间的合金。
[0063]特别是借助图5的实施例也可识别出，如果该连接器104仅覆盖垫片132的两个焊接棱边140、142，只要该连接器104与该垫片132在金属间连接之外、即在纵向边缘区域124、126之外材料决定地连接，那么就不背离本发明。
[0064]根据图6的实施例，垫片144在俯视图中具有“狗骨头形状”，其中焊接棱边具有凹状伸展的弧形，连接器104在该焊接棱边上延伸。相应的焊接棱边以附图标记146、148来标记。垫片144的邻接焊接棱边146、148的侧区段是凸状弧形地伸展的并且过渡为直线伸展的第二边缘区域124、126。同样地，焊接棱边146、148的区段的长度相对于连接器104的宽度B被设计为使得焊接棱边146、148的区段的长度对应于至少2.5倍的、优选地至少三倍的连接器104的宽度B。
[0065]根据图7的实施例，垫片154由两个过渡为彼此的透镜状的或在俯视图中椭圆形的区段156、158构成，所述区段在其沿着连接器104的纵轴延伸的边缘区域中直线地伸展。在这些区域中构成合金，从而相应的边缘区域以附图标记124、126来标记。
[0066]通过区段156、158的重叠，得出由连接器104覆盖的端面的焊接棱边160、162，该焊接棱边在俯视图中具有侧边为凸状伸展的V形。
[0067]图8的实施例介绍垫片164的几何形状，该垫片具有矩形形状并且除了第二边缘区域之外基本上填满凹处102，该第二边缘区域由连接器104所覆盖。在这些区域中，该垫片164、即其第一边缘区域、也即焊接棱边166、168具有相对于由连接器104所覆盖的区域的总长的凹状弧形伸展，该伸展对应于至少2.5倍的、优选地至少三倍的宽度B。
[0068]为了扩大垫片164到连接器104的区域中的背面层100的间隔，该背面层在其面向垫片164的焊接棱边166、168的边缘区域中同样被构造为分别产生凹状弧形的层棱边170、172。因此该连接器104覆盖间隙，该间隙在俯视图中具有椭圆形的几何形状。
[0069]为了进一步减小可能通过连接器104作用于垫片174的拉力，图9的实施例规定，该垫片174具有凹处176、178，该凹处例如在俯视图中具有圆形几何形状或椭圆几何形状。限制凹处176、178的焊接棱边在图中以虚线示出。具有椭圆几何形状的凹处178的纵轴在此相对于连接器104的纵轴横向地伸展。此外由绘制的图示中可以识别出，该垫片174对应于图5的实施例由矩形的中间区段134和弓形的端部区段136、138组成，其中端部区段136、138的焊接棱边140、142与凹处102的所面向的层棱边相间隔地伸展，如绘制的图示所介绍的。
[0070]第二边缘区域124、126或垫片174的纵向边缘区域与连接器104的纵向棱边或边缘128、130相间隔地伸展。
[0071]此外由图得出，圆形的凹处176完全地由连接器104覆盖并且椭圆形的凹处178在中间区域中由连接器104覆盖。
[0072]垫片180、182的其他实施方式可以从图10和11得悉。在此，根据图10，该垫片180由相互间隔的条带状区段184、186、188、190构成，使得该连接器104因此总共覆盖八个焊接棱边194、196、198、200、202、204、206、208。因此出现的拉力被分配，使得避免裂缝形成并且垫片180或其条带184、186、188、190的脱开不发生。在图11的实施例中，该垫片182具有三个矩形的凹处210、212、214，使得该连接器104同样覆盖八个焊接棱边，这些焊接棱边没有进一步被标记。
[0073]与此不相关地，垫片180、182以其分别最外部的焊接棱边194、208与层棱边216、218相间隔地伸展，该层棱边由连接器104所覆盖。
[0074]通过与此有关的几何形状得出与铝层100的良好的电接触的优点。
[0075]此外，通过相应地构造垫片180、182，如在之前所说明的根据本发明的垫片的情况下，得出如下优点，即要使用的垫片材料的量与已知的装置相比被减少。这在银作为垫片材料被使用时是特别有利的。
[0076]从图12中可以得悉垫片250、252的其他的优选的实施方式，这些垫片由相互间隔地伸展的条带构成，这些条带在周边侧形成椭圆的几何形状。条带中的几个例如以附图标记254、256、258或260、262来标记。这些条带相对于连接器104横向地或垂直地伸展。金属间区域通过涂黑来标记。该区域通过垫片条带与铝的接触而形成。不在金属间区域中伸展的接片状的区段或条带256、258、260、262分别具有两个焊接棱边，使得如果拉力作用于连接器104，那么根据本发明的教导实现力分配。此外，在图12的左边的图示中，连接器104延伸经过条带状的区段254的在垫片内部侧伸展的焊接棱边266，该区段直接过渡为垫片250、252的具有金属间连接的边缘区域。与此相对，在图12中的右边的图示的实施例中，垫片252的所有条带状的并且垂直于连接器104的纵轴伸展的区段260、262在由连接器104所覆盖的区域中与象征性地表示金属间连接的椭圆264相间隔地伸展。
[0077]垫片或焊接点的优选的尺寸如下:
垫片的长度:5mm到IOmm
垫片的宽度:5mm
相应的第二边缘区域的长度:5mm到8mm
在由连接器所覆盖的区域中垫片和铝层之间的间隙的最小宽度:0.5mm 垫片的厚度到15um 垫片的面积:为了节省Ag，尽可能小 合金区域的宽度:0.1mm到大约2mm。
[0078]借助图13到16将说明太阳能电池的遵从根据本发明的教导的正面接触。在此基本上针对相同的元件使用相同的附图标记。
[0079]以已知的方式在太阳能电池的正面上布置由所谓的接触指300、302、304、306，该接触指基本上相互平行地伸展。该接触指300、302、304、306可以在其端部处相互连接，以便当在一个区域中一个接触指应被中断时也能够实现电流。母线307、311以已知的方式相对于接触指300、302、304、306的纵向延伸横向地伸展，母线307、311根据本发明由相互排列的区段构成，这些区段根据图13通过被填充的正方形308、310或312、314或根据图14通过开放的矩形、如正方形316、318或320、322来象征性地表示。连接器324、326分别在相应的母线307,311或其区段308、310、312、314、316、318、320、322上延伸，该连接器与母线307、311材料决定地连接。然后通过该连接器324、326实现太阳能电池的电路连接。
[0080]如由图13和14得出的，每条母线不是不间断地被构造，而是由区段308、310、312、314、316、318、320、322构成，这些区段通过该连接器324、326导电连接。在此每个区段308、310、312、314、316、318、320、322 在至少两个接触指 300、302、304、306 上延伸。
[0081]因此，根据图13的实施例，每个连接器324、326覆盖每对接触指300、302或304、306的两个焊接棱边，使得拉力被分配并且裂缝形成的风险不发生。各个区段308、310、312,314的焊接棱边示例性地在区段308处以附图标记328、330来标记。
[0082]在构造空心矩形形式的区段316、318、320、322时，两个另外的焊接棱边可供使用，使得每对接触指300、302或304、306总共四个焊接棱边由相应的连接器324、326所覆盖，使得实现拉力分布的提高。区段之一的相应的棱边(在区段316的实施例中)以附图标记 332、334、336、338 来标记。
[0083]如果在图13和图14的实施例中各个区段308、310、312、314、316、318、320、322在俯视图中具有矩形几何形状，那么其他的几何形状、特别是圆形或椭圆形几何形状同样是可能的。
[0084]此外，母线的区段也可以覆盖多于两个的接触指300、302、304、306，使得焊接棱边的数量相应地被减少。
[0085]如果根据图13和图14的实施例母线307、311被划分成单区段，那么当母线不间断地被构造时，只要提供附加的焊接棱边，根据本发明的教导也被实现。这将借助图14和15被说明。
[0086]根据图15，接触指400、402、404、406、408、410由母线412、414连接，然而该母线在与指400、402、404、406、408、410的接触区域中在宽度上被加宽，如图15中的细节图示所说明的。在该细节图示中示出了接触指408和母线414之间的交点418。可识别出，在重叠区域或交点418中该母线414被扩宽，使得在交点418中得到总共四个焊接棱边420、422、424、426，这些焊接棱边相对于母线414的纵向428倾斜地伸展。在此，母线414的构成纵向边缘的焊接棱边420、422、424、426应该连续地过渡为接触指408的没有进一步被标记的纵向边缘。
[0087]在图16的实施例中，母线430、432垂直于接触指400、402、404、406、408、410伸展，其中该母线作为双条带被构造，即每个母线430、432由两个相互平行地伸展的条带状或线状区段434、436或438、440构成。由此得出具有四个纵向焊接棱边的母线430、432，如图16中的细节图示所说明的。在此，母线430、432的区段434、436、438、440的相应的构成焊接棱边的纵向边缘能够连续地过渡为接触指400、402、404、406、408、410的相应的纵向边缘，如借助图15所说明的。
[0088]如果根据图16的实施例焊接棱边在连接器的纵向上、即在拉力方向上伸展，那么在其他的实施例中设置横向于或垂直于纵向的伸展。混合形式也是可能的，如图15所说明的，即焊接棱边可以相对于纵向横向地、相对于纵向倾斜地和在纵向上至少逐区段地伸展。
[0089]从图17a)到图17c)可以得悉用于形成太阳能电池的正面接触的根据本发明的教导的另一要强调的实施方式。因此，该母线500由条带状的区段构成，其中的一些区段以附图标记502、504、506来标记。可以具有矩形几何形状的区段具有宽度Cl。两个相继的区段的相邻边缘的间隔是c2。其他的几何形状、如每个区段的弧形伸展同样是可能的，其中由每个区段的弧形伸展得到相应焊接棱边的延长。
[0090]如从根据图17a)的绘制的图示可以得悉，不是每个区段都与接触指或栅格指508、510连接。在该实施例中区段502与指508连接。指508、510通过虚线来表明。
[0091]连接器512相对于区段502、504、506横向地延伸，该连接器与该区段材料决定地连接。因此，根据图17a)到图17c)，接触结构由多个单独的、由接触材料构成的相对于连接器512的方向横向地伸展的区段502、504、506组成，其中在狭窄的空间上形成多个焊接棱边，其中的一些焊接棱边以附图标记514、516、518、520、522、524来标记。
[0092]连接器512的拉力被均匀地分配到单独的n个区段502、504、506、即接触结构上，使得在每个焊接棱边514、516、518、520、522、524上力Fn = FVerbinder/2n变得有效。
[0093]如果该连接器对连续的母线的外部焊接棱边施加例如30N的力，那么对于该母线根据本发明的教导例如被划分为n = 10个区段或结构的情况力被除以20，使得每个焊接棱边仅还有1.5N变得有效。由此晶片的机械负荷被减小并且应力被分配到2n个焊接棱边上。
[0094]所提到的以虚线标记的接触指或格栅指508、510通向一些被称为接触结构的区段，用于保证集流管的电连接。
[0095]如由绘制的图示得出的，多个分别具有两个焊接棱边的区段或接触结构、如接触结构504、506在指508、510之间或之外伸展，使得该机械应力可以极为有效地被减小。
[0096]由图17b)和图17c)的图示得出，区段502、504、506、即接触结构的宽度不依赖于连接器512的宽度，即可以比连接器512的宽度更大或更小。根据图17b)，条带状的区段或结构在侧面在连接器512之外延伸，而在图17c)的实施例中这些区段完全由连接器512覆盖 o
[0097]根据图17的接触结构的优选的尺寸是:
C1 = 200 u m 到 500 u m
C2 = 200 u m 到 500 u m
bv =连接器512的宽度，例如1.5謹、1.8謹和2.0謹 bs =接触结构或区段502、504、506的宽度，例如 对于 bv = 1.5mm，1.0mm 到 1.8mm 对于 bv = 1.6mm，1.2mm 到 2.2mm 对于 bv = 2.0mm，1.8mm 到 2.4mm。
【权利要求】
1.太阳能电池，包括具有正面和背面接触的半导体衬底，其中所述正面接触包括优选地相互平行地伸展的接触指(300、302、304、306、400、402、404、406、408、410)和至少一条相对于所述接触指横向地伸展的母线(307、311、412、414、430、432、500)，与所述母线材料决定地连接的连接器(324、326)沿着所述母线伸展， 其特征在于， 所述至少一条母线(307、311、412、414、430、432)由具有焊接棱边(328、330、332、334、.336、338、420、422、424、426、438、440、514、516、518、520、522、524)的区段(308、310、.312、.314、316、318、320、322、418、502、504、506)构成，所述连接器(324、326、512)在所述区段上延伸。
2.根据权利要求1所述的太阳能电池，其特征在于，所述区段(308、310、312、314、316、318、320、322)被构造，使得多个接触指(330、302、304、306)、特别是两个接触指分别与所述母线(310、311)的具有至少两个焊接棱边(328、330)的区段连接。
3.根据权利要求1或2所述的太阳能电池，其特征在于，连接至少两个接触指(300、.302、304、306)的区段(308、310、312、314、316、318、320、322)在俯视图中具有环状或空心矩形状的几何形状，用于形成四个焊接棱边(332、334、338)。
4.根据权利要求1到3中至少一个所述的太阳能电池，其特征在于，所述母线(430、.432)在其纵向上来看具有至少四个纵向焊接棱边。
5.根据权利要求1到4中至少一个所述的太阳能电池，其特征在于，所述母线(412、.414)在与所述接触指(400、402、404、406、408)的接触区域中在宽度上被加宽并且优选地连续地过渡为接触指(408 )的相应的纵向边缘。
6.根据权利要求1所述的太阳能电池，其特征在于，所述母线(500)由条带状的区段(502、504、506)构成，所述区段相对于所述连接器(512)横向地、优选地垂直地伸展并且材料决定地与所述连接器连接。
7.根据权利要求6所述的太阳能电池，其特征在于，所述区段中仅仅几个区段(502)与接触指(510)连接。
8.根据权利要求1到6中至少一个所述的太阳能电池，其中所述太阳能电池的背面接触具有由第一导电材料、特别是由铝构成的或包含铝的具有凹处(102)的层(30、100)，可焊接的焊接点(垫片)(32、106、132、144、154、164、174、180、182)被布置在所述凹处中，所述焊接点由第二导电材料、如银构成或包含该第二导电材料材料，所述第二导电材料在接触区域中与所述第一导电材料形成金属间连接，其中被布置在至少两个凹处中的焊接点与沿着直线伸展的连接器(36、104)在每个垫片的各一个焊接区域(122)中是可连接的，并且所述连接器与所述层隔一定距离在所述焊接点的焊接棱边(108、110、111、113、114、142、146、.148、160、162、166、168、192、194、196、198、202、204、206、208)上延伸， 其特征在于， 所述连接器(36)与所述焊接点(32)仅仅在所述金属间连接之外材料决定地连接和/或所述连接器(104)在至少三个焊接棱边(108、110、111、113、114、142、146、148、160、162、.166、168、192、194、196、198、202、204、206、208)上延伸，其中至少三个相对于直线横向地伸展的焊接棱边具有由所述连接器(104)所覆盖的长度，所述长度是至少2.5倍的所述连接器(104)的宽度B。
9.根据权利要求8所述的太阳能电池，其特征在于，第一焊接棱边(108、110、111、113、140、142、146、148、160、162、166、168、192、208)是焊接点(106、132、144、154、164、174、180、182)的由所述直线切割的第一边缘区域，所述边缘区域与所述层(100)或其由所述连接器(104)所覆盖的层棱边(112、114、170、172、216、218)相间隔地伸展。
10.根据至少权利要求8所述的太阳能电池，其特征在于，被布置在所述凹处(102)中的焊接点(180、182)至少在所述凹处(102)的由所述连接器(104)所覆盖的区域中由至少两个相互间隔的区段(184、186、188、190)构成。
11.根据至少权利要求10所述的太阳能电池，其特征在于，焊接点(118)的相互间隔的区段(184、186、188、190)中的每一个具有两个焊接棱边(192、194、196、198、202、204、206、208)。
12.根据至少权利要求11所述的太阳能电池，其特征在于，所述焊接点(180)的所述区段(184、186、188、190)在所述凹处(102)中相互分离地被布置。
13.根据上述权利要求中的至少一个所述的太阳能电池，其特征在于，限制第一边缘区域的焊接棱边(140、142、146、148、166、168)至少在焊接区域(122)中相对于所面向的层棱边(112、114、170、172)遵循凸状和/或凹状的弧形区段。
14.根据上述权利要求中的至少一个所述的太阳能电池，其特征在于，焊接点(154)由两个过渡为彼此的透镜状的或在俯视图中椭圆形的区段(156、158)构成，所述区段的纵轴沿着所述直线伸展，其中第一边缘区域的焊接棱边(160、162)具有有弯曲地伸展的侧边的V形几何形状。
15.根据上述权利要求中的至少一个所述的太阳能电池，其特征在于，焊接点(164)在俯视图中具有矩形几何形状，其中第一边缘区域的相应的焊接棱边(166、168)具有凹状伸展的弧形几何形状，并且所面向的层棱边(170、172)分别具有凹状伸展的弧形几何形状。
16.根据上述权利要求中的至少一个所述的太阳能电池，其特征在于，焊接点(174)在其焊接区域(122)中具有至少一个圆形或椭圆形的凹处(107、176、178)，所述凹处在连接器(104)被焊接上的情况下至少按区段由所述连接器所覆盖。
17.根据至少权利要求16所述的太阳能电池，其特征在于，所述圆形的凹处(176)完全由所述连接器所覆盖和/或以其纵轴相对于所述连接器(104)的纵轴横向地伸展的椭圆形的凹处(178 )优选地仅仅按区段由所述连接器所覆盖。
18.根据上述权利要求中的至少一个所述的太阳能电池，其特征在于，所述垫片(174)的第一边缘区域的焊接棱边(108、110)和所述层(100)的所面向的层棱边(112、114)之间的最小间距b为b≤500iim，特别是500iim≤b ( 10mm，和/或所述连接器(36)和所述焊接点(32)之间的材料决定的连接和所述金属间连接(35)之间的最小间距a为500 ii m,特别是 500 u m ^ a ^ 2mm。
【文档编号】H01L31/0224GK103650153SQ201280017847
【公开日】2014年3月19日 申请日期:2012年4月12日 优先权日:2011年4月12日
【发明者】H.冯坎佩, P.罗特 申请人:弗劳恩霍弗实用研究促进协会