太阳能电池的制作方法

专利名称：太阳能电池的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种太阳能电池，该太阳能电池具有带正面触点和背面触点的半导体衬底，其中，背面触点具有由第一导电材料构成的或含有第一导电材料的、带留空部的层，在所述留空部内布置有焊点(焊盘)，所述焊点由第二导电材料构成或含有第二导电材料，该第二导电材料在与第一导电材料的接触区内形成金属间化合物，其中，布置在至少两个留空部内的焊点与沿直线分布的连接器分别在每个焊盘的焊区内连接，并且连接器距层一定距离地延伸经过焊点的焊接边沿。
背景技术：
在制造本发明涉及的晶体硅太阳能电池时，通常经锯割的Si晶片借助刻蚀浴来进行纹理结构化。随后能与标准技术相应地将磷渗入晶片的一面，以便构成Pn结。为此在制造时在正面上施加磷硅玻璃，所述磷硅玻璃用作为扩散过程的P源并且然后被蚀去。然后借助导电膏进行金属化。在空穴导电的晶片上为η层的照射面上，也就是朝向太阳的面上，为构成正面栅极施加二至三个或多个汇流排以及单个约100 μ m宽的、也称为指的集流体。这一点通过丝网印刷、指写(Fingerschreiben)、电镀沉积或火焰喷涂/等离子喷涂进行。丝网印刷技术很大程度上也用于其中将含有玻璃的Ag-导电膏印上、干燥并且然后在约800°C中烧结。在背面上，也就是背对照射或太阳的面上，通常作为背面触点施加大面积的铝层。当铝在约600°C的温度中退火时，硅衬底在铝层与硅衬底之间的界面上熔化并与铝制成合金。冷却时，高掺杂铝的硅层在晶片的、也就是衬底的靠近硅的背面上外延生长地凝固。同时在靠近铝层的面上凝固富硅的Al层，并且在冷却过程结束时在高掺杂铝的层与富硅的层之间凝固Al-Si共晶体。硅内的高Al掺杂紧邻背面触点地感生出电场(即所谓的背面场)，该电场使P区内的少数载流子，也就是电子远离背面触点，并且与欧姆性背面触点上的复合起反作用。因此提供了防止少数载流子复合的、背面的良好的钝化作用，从而可以达到太阳能电池的高效率。为执行所需的电接触，通常接触导体轨道或焊点通过丝网印刷、移印或其他适用的印刷方法直接施加在衬底表面上，并且在其上钎焊上镀锡细铜带。也标称为焊盘的相应焊点的尺寸处于10至20mmX6至8mm之间，并且典型地具有矩形或椭圆形状。含有玻璃成分的导电膏的丝网印刷或移印广泛使用。所述含有玻璃成分的导电膏首先被印刷，然后在200°C至300°C中干燥，并且最后在570°C以上的温度中烧结或制成合金。用于制造如下背面触点太阳能电池的方法由US-A-2008/0102397得知，该背面触点太阳能电池具有铝层和这些铝层的空隙内存在的Ag-焊盘。据那里介绍，在铝层与Ag-焊盘之间有针对性地印刷的重叠区内，三种金属，即Al、Ag和Si配合作用。由此由于三种成分不同的热膨胀而产生机械应力，从而使得在重叠区内印上的背面焊盘的银剥落。为避免这种缺点，应该使用带有倒圆的和倒棱的角的Ag-焊盘，通过倒圆的和倒棱的角降低在角处出现的机械应力峰值。但与此相关的措施的实际实验表明，没有在所要求的程度上降低机械应力峰值，从而还存在银焊盘的损坏，由此还有相应的具有焊盘的太阳能电池功能失效的危险。由DE-A-102009026027公知一种晶片太阳能电池，其中为避免晶片断裂危险背面电极结构中的中断式汇流排如下方式地构成，即，与中断式汇流排和背面层相应地焊盘不发生重叠。因为生产技术上不能确保，在中断式的汇流排的纵向上观察，焊盘仅能在背面层空隙内部引入，所以建议，焊盘在有待焊上的连接器方向上与相邻的层保持间隔地结束，但是其中首要地，距离保持仅在焊盘的边沿与层的边沿之间构成，而空隙不必延伸直到半导体衬底的背面。边沿区域内空隙的宽度优选应该小于400 μ m。JP-A2003-273379的主题是具有带状汇流排的太阳能电池，这些汇流排在与太阳能电池背面的重叠区内比在重叠区外部具有更小的厚度。 US-A-2010/0200057在背面具有带留空部的带状汇流排。按照US-A-2003/0025115的发光二极管具有可与电的导体连接的焊盘电极和一个半透明的电极。前者是周边结构化的。

发明内容
本发明的目的在于，如此地改进开头所述类型的太阳能电池，使得无论为了构成背面触点使用了不同的材料，也就是由于彼此不同的热膨胀系数，不发生半导体衬底，也就是晶片，的损坏，但同时确保连接器与焊点，也就是焊盘之间可靠的材料锁合(stoffschliissig)连接。为实现该目的依据本发明主要建议连接器与焊点仅在金属间化合物之外材料锁合地连接；和/或连接器延伸经过焊点的、至少三个相对于直线横向地分布的焊接边沿，其中，所述至少三个焊接边沿具有由连接器覆盖的、至少是连接器宽度B的2. 5倍，优选3倍的长度。本发明尤其如下地设置，即，第一焊接边沿是焊盘与直线相交的第一边缘区，其与层如Al层或与该层的由连接器覆盖的层边沿保持间隔地分布，其中，特别是焊盘的每个第一边缘区与各个由连接器覆盖的层边沿保持间隔地分布。所述直线穿过连接器的纵轴线地预先给定。此外，第一边缘区应该至少在焊区内具有如下几何形状的分布，该分布不同于靠近的层边沿，也就是特别是由Al构成的背面层的、连接器延伸经过的边沿。焊接边沿是如下边缘，沿该边缘连接器材料锁合地与汇流排的区段连接。连接器通常在其纵向上观察在区段的整个长度上与该区段连接，从而使得被连接器覆盖的区段的边缘也是焊接边沿。焊接边沿也相对于连接器的纵向方向横向地或垂直地分布。此外，依据本发明的教导利用发明人的如下认识，S卩，借助金相方法发现的，对背面触点的相邻的层与焊盘之间的重叠区内出现高的机械应力起决定性作用的是材料(也就是Al与可焊接的接触材料)之间的合金化过程，而不是如US-A-2008/0105297中所介绍的那样是材料Ag、Al和Si的碰头。烧结时，铝和银在焊盘的重叠区内制成合金。首先铝熔化且然后流动到多孔的Ag层结构内。原位观察表明，通过液态招流出形成约Imm至2mm宽的合金带。该合金带依据相图在冷却后凝固为金属间化合物(I-相，μ-相)，该金属间化合物也还含有元素的Al、Ag和可能的Si的组分。在此，条带的宽度依赖于Al和Ag的组分含量，也就是说，也依赖于银的层厚和孔隙度。因此相应地设计a(焊盘的第一边缘区的边沿与连接器的靠近的边沿的距离)的数值，因为这些地带也可以变宽或变窄。出于此原因，不能毫无问题地将Ag触点直接印刷在铝上而在烧结期间不形成上述类型的金属间化合物。本来意义上是渗透区的重叠区向晶片施加高的机械应力。使用显微拉曼光谱分析测量到最高350MPa。对出现的应力的一种可能的解释是，Al-Ag合金远不如元素的层那么可延展。此外需要考虑的是，整个过程在几秒内结束，从而尚在Al/Ag合金的合金形成期间，就实施冷却过程。因此可能出现平行于重叠地带定向的细微裂纹。但是，如果相应预张紧的区域承受机械负载、假设焊接的连接器在该部位上结束、或在温度周期内电池上由于弯曲出现机械应力的话，额外地还由底部出现应力裂纹。 研究表明，焊接的铜连接器两个端部处可能出现通过拉应力产生的细微裂纹，并通过形状和方向明确地指出其产生原因。这一点借助示出太阳能电池12的背面触点10的图I和2进行说明，该太阳能电池具有在背面覆盖太阳能电池12的和由铝构成的或含有铝的、带留空部14的层13，这些留空部由优选具有矩形形状的焊盘16占据。就此而言这是预先公知的结构的、也就是按照现有技术的太阳能电池的背面。如果将成列地布置的焊盘16与铜连接器18、20材料锁合地连接(图2)，那么可以确定，分别在焊接的端部处，也就是在相对于连接器18、20的纵向方向横向的材料锁合的连接处，产生弯曲的、相对于出现的机械拉力横向地分布的裂纹。因为焊接后当冷却时铜连接器18、20比硅更强烈地收缩，所以随着变薄的晶片更多地观察到这种裂纹形成。在更加处在内部的焊盘上也偶尔出现类似的拉应力裂纹。但这些裂纹在如下情况下特别强烈地出现，S卩，焊接伸进重叠区内，也就是连接器的拉应力与由金属间合金产生的应力叠加。基于依据本发明的教导避免了与此相关的缺点。所以获得机械上的减负并且由此裂纹形成还由以下方式得以避免，即，由连接器产生的机械拉力分配到更长的线上并且由此产生较小的应力。如果应力例如分配到10个焊接边沿上，那么每个焊接边沿的应力减少到原来的1/10。这样导致材料的较小负载。依据本发明，特别是如下地设置，S卩，限定第一边缘区的焊接边沿至少在焊区内，关于靠近的层边沿地遵循凸起的和/或凹进的弧形区段。特别是如下地设置，即，焊盘由彼此过渡的透镜形的或在俯视图中椭圆形的区段组成，所述区段的纵轴线沿由连接器预先给定的直线分布，其中，第二边缘区的各个边沿具有带优选弯曲地分布的边的V形几何形状。由此在边沿区域内，连接器与焊盘之间的接触区与具有矩形或圆形几何形状的焊盘相比明显扩大并且由此明显减少可能出现的应力。通过焊接边沿区域内银焊盘的、与常规下会产生的裂纹形状相应的倒圆，可以将机械拉力传递到更长的线上。在此，如下方式地制造Ag-焊盘倒圆形状，S卩，使其不与由铝构成的或含有铝的层接触。拉应力与接触边长的比例相应地降低。此外，为将电流由平面层(如Al层)引出到焊盘(如Ag-焊盘)内所需的、焊盘与层之间的接触线移到如下区域上，在这些区域中焊接后对所焊接的连接器不产生机械应力。通过减少焊盘中的和背面层的接触，虽然接触电阻可能略有增加，但接触线长度的优化可以使与此相关可能出现的缺点最小化。在改进方案中如下地设置，S卩，焊盘在其各个第一边缘区内关于相邻的背面层具有凹进地分布的弧形几何形状，和/或在其各个第一边缘区内具有凸起地分布的弧形几何形状(分别关于相邻的或保持间隔地分布的背面层区域地观察)。焊盘在俯视图中也可以具有矩形几何形状，其中，第二边缘区的各个边沿和靠近的、层的边沿分别具有凹进地分布的弧形几何形状。为减少拉应力，按照另一种设计方案如下地规定，S卩，焊盘在其焊区内具有矩形、圆形或椭圆形的留空部，所述留空部至少区域式地在焊接了连接器的情况下由所述连接器覆盖，其中，特别是圆形留空部完全地由连接器覆盖，和/或以其纵轴线相对于连接器的纵轴线横向地分布的椭圆形留空部优选仅区域式地、也就是不完全地由连接器覆盖。
尤其如下地设置，S卩，布置在留空部内的焊盘至少在留空部的由连接器覆盖的区域内由至少两个彼此保持间隔的区段组成，其中，每个区段应该具有两个焊接边沿。从彼此保持间隔的区段出发的、彼此靠近的焊接边沿也可以彼此过渡，从而使得区段的焊接边沿在本来的意义上是连贯焊接边沿的区段。此外在改进方案中，所述区段彼此完全保持间隔地，也就是彼此分开地布置在留空部内。换句话说，至少两个，优选两个以上的带状焊区分布在留空部内部，其中，带状焊区彼此保持间隔地布置。保持间隔的焊区因此本身形成焊点。此外，处于外侧的带状焊区与由连接器覆盖的层边沿保持间隔地分布。裂纹的产生特别是由如下方式受到阻止或减少，S卩，在如下区域内消除重叠地带，在这些区域中连接器与焊盘之间进行直接的材料锁合的连接，也就是在连接器延伸经过的、焊盘的边缘区或焊接边沿区内，也就是在相对于产生金属间化合物的第二边缘区横向地分布的第一边缘区内。因此依据本发明，特别是如下地设置，即，在第一边缘区内，焊盘的与包围该焊盘边沿的层的彼此靠近的边沿之间保持间隔，也就是构成应该至少处于O. 5mm到IOmm之间范围内的空隙。焊接边沿与层边沿之间的间隔保持可以通过专门的印刷设计获得。此外，由焊盘的、依据本发明建议的几何形状形成如下优点，在导电银或含有银的材料用作第二导电材料的情况下，银的材料节省得以进行，由此降低依据本发明构成的太阳能电池的制造成本。此外本发明如下地设置，S卩，其中连接器与焊盘材料锁合地连接的焊区与其中形成金属间化合物(合金)的区域，也就是关于连接器地，在焊盘平行于该连接器分布的边缘区内的区域，保持间隔地分布。在此尤其如下地设置，即，焊区与各个纵缘，也就是与焊盘的各个第二边缘区具有O. 5mm < a < 2mm的、特别是O. 5mm ^ a ^ Imm的距离。依据本发明的、避免裂纹形成的教导相应地也可以在正面触点上应用。因此本发明还设置一种包括带正面触点和背面触点的半导体衬底的太阳能电池，其中，正面触点由优选彼此平行地分布的接触指和由至少一个相对于所述接触指横向地分布的汇流排组成，与该汇流排连接的连接器沿该汇流排分布，并且其特征在于，汇流排由具有焊接边沿的区段组成，连接器延伸经过所述区段。
与公知的结构不同地，汇流排在太阳能电池的区域内形成多个焊接边沿，从而在拉力作用于连接器的情况下，进行有如下结果的力分配，即，减少或避免其他情况下出现的裂纹形成。在此，尤其如下地设置，即，区段如下方式地构成，即，使优选至少两个接触指、特别是恰好两个接触指分别与汇流排的形成至少两个焊接边沿的区段连接。本发明尤其如下地设置，S卩，连接至少两个接触指的、汇流排的区段在俯视图中具有用于形成四个焊接边沿的环形或者空心矩形的几何形状。补充地或备选地，本发明如下地设置，S卩，汇流排由两个在其纵向上分布的带状区段组成，所述汇流排的带状区段在指的区域内分别在宽度上扩展，并且优选连续地过渡成指的各个纵缘。在汇流排的纵向上看，汇流排也可以由多个彼此保持间隔的区段组成，其中，每个区段具有至少两个横焊接边沿，也就是相对于汇流排的纵向延伸横向地分布的焊接边沿。形成一种具有纵边和横边的导体的几何形状。不依赖于此地，汇流排应以如下方式划分成区段，S卩，给最多五个接触指、优选两个接触指分别配属至少两个至少区段式地沿指延伸的焊接边沿。依据本发明，与电池连接器材料锁合地连接的、在正面分布的汇流排如下方式地划分成区段或区域，即，形成多个不是必须强制地相对于汇流排的纵向方向横向地分布的焊接边沿。汇流排的纵向方向在此穿过连接器的纵向延伸地、沿汇流排地预先给定。焊接边沿本身不是必须强制性地只能相对于汇流排横向地、也就是沿接触指地、或者平行于接触指地分布。确切地说，段汇流排的区段的、相对于接触指倾斜地分布的区域也可以形成焊接边沿，特别是在汇流排在接触指的区域内扩展、并且汇流排的纵缘与接触指连续地过渡成彼此，也就是形成汇流排区段的、凹进地分布的、作为焊接边沿的纵缘的情况下。


本发明的其他细节、优点和特征不仅由权利要求，由该权利要求得知的特征(本身和/或组合的)给出，而且由后面的对附图中的实施例的说明给出。其中图I示出按照现有技术的、无连接器的太阳能电池的背面视图；图2示出具有连接器的、依据图I的太阳能电池；图3示出具有与焊盘连接的连接器的太阳能电池的截取图；图4示出具有背面触点的第二实施方式的太阳能电池的截取图；图5示出具有背面触点的第三实施方式的太阳能电池的截取图；图6示出具有背面触点的第四实施方式的太阳能电池的截取图；图7示出具有背面触点的第五实施方式的太阳能电池的截取图；图8示出具有背面触点的第六实施方式的太阳能电池的截取图；图9示出具有背面触点的第七实施方式的太阳能电池的截取图；图10示出具有背面触点的第八实施方式的太阳能电池的截取图；图11示出具有背面触点的第九实施方式的太阳能电池的截取图；图12示出具有背面触点的第十实施方式的太阳能电池的截取图；、
图13示出正面触点的俯视图；图14不出正面触点的另一实施方式；图15示出正面触点的第三实施方式；以及图16示出正面触点的第四实施方式。
具体实施方式
图3至12示出晶体硅太阳能电池的背面截取图，该太阳能电池由带有pn结的p型硅衬底构成，并且该太阳能电池的正面触点以具有汇流排和指状集流体的正面栅极的形式构成。各个背面触点通过烧结具有留空部的铝层和留空部内引入的焊点或焊盘形成，所述焊点或焊盘可以由银构成或可以含有银。如果将背面层标称为铝层，那么也可以使用其他的、如选自组1η、Ga、B或它们的混合物的材料。就此而言，铝应作为同义词理解。这对于可以通过另外的合适的可钎焊材料替换的银而言同样适用，而不偏离本发明。为消除硅材料内由于与焊盘材料锁合地连接的连接器构成裂纹，与对附图的说明相应地在空隙内引入特殊的几何形状的焊盘，其中连接器与焊盘连接的焊区与在由铝层和银焊盘构成的背面触点的退火及因此的制造中构成的合金保持间隔地分布；或者说连接器与焊盘在焊盘与铝层不接触的区域内连接。在此方面，在下面的阐释中原则上相同的部件配有相同的附图标记。图3以原理示图示出太阳能电池背面的截取图，其具有由铝构成的带留空部的背面层30，在该留空部中成列地布置由银构成的焊点或焊盘32，以便焊盘32与连接器36材料锁合地连接。在焊盘32与层30之间的过渡区内形成金属间化合物(区域34)。为避免可能会由于连接器36与具有合金的区域34之间的材料锁合的连接而产生的裂纹形成，依据本发明如下地设置，即，连接器36仅与焊盘32在金属间化合物区域34之外材料锁合地连接。该区域在图3中通过交叉阴影线并以附图标记35标注。金属间化合物不再存在的区域，也就是连接器36与之材料锁合地连接的区域，如此前介绍的那样可以由电压测量或显微照片来检测。因此可以看出金属间化合物的区域在哪里结束。原则上在这种相互联系中可以确定，在铝不再出现的区域内由于此原因金属间化合物也不再存在，从而从该区域开始可以进行连接器36与焊盘32之间的材料锁合地连接，以避免不希望的裂纹形成。图4示出太阳能电池背面的截取图，其中在背面层如铝层100中同样地构成有多个留空部102，示出所述留空部中的一个。多个相应的留空部102在此同样沿如下直线布置，连接器104沿该直线延伸，该连接器与沿直线分布的焊点106材料锁合地连接。焊点以下标称为焊盘。连接器104可以是镀锡的细铜带。如图4所示，焊盘106在连接器104的纵向上以其焊接边沿108、110与留空部102的靠近的层边沿112、114保持间隔地分布。焊接边沿108、110限定焊盘106的所谓的第一边缘区，连接器104延伸经过该边缘区。换句话说，原则上延伸直到硅衬底的空隙116、118在边沿108、112和110、114之间分布。此外，连接器104由此还有焊盘106的、由该连接器覆盖的焊区122与各个纵向边缘区或第二边缘区124、126保持间隔地分布，在该纵向边缘区或第二边缘区内，焊盘106与铝层100接触，或需要时在边缘侧重叠该铝层。该附图中在制图上从焊盘106的中心区突显出的相应纵向边缘区124、126由金属间化合物，也就是铝和硅的合金构成。焊盘106的焊区122由此还有连接器104与该区域124、126保持间隔地分布。连接器104的靠近的纵缘128、130与边缘区124、126 (也就是铝-硅合金)的靠近的端部之间的距离在该附图中以a标注，并且处于O. 5mm到5mm之间。各个空隙116、118的宽度以b标注并且应该处于O. 5mm到IOmm之间，连接器104的各个纵缘128、130与焊盘106的边缘区124、126之间的距离。按照图4的实施例，焊盘106的焊接边沿108、110平行于留空部118的层边沿112、114地分布。由此虽然消除了 Ag/Al合金区的机械负载，但在拉力作用于连接器104的情况下焊盘106内建立高的应力，这种高应力导致衬底内出现裂纹。为将可能出现的拉力传递到更长的线上由此降低应力，焊盘106具有至少一个如下留空部107，连接器104延伸经过该留空部，从而该连接器覆盖四个焊接边沿，由此拉力被传递到更长的线上。相应的焊接边沿以附图标记108、110、111、113标注。 图5示出焊盘132，该焊盘由与铝层100接触或重叠于该铝层分布的、中间的矩形中心区134和由端侧的呈部分圆形的区段136、138组合成。因此限定区段136、138的焊接边沿140、142 (连接器104延伸经过所述焊接边沿，并且由这些焊接边沿开始连接器104与焊盘132的焊区122材料锁合地连接)几何形状上如下方式地构成，即，形成凸起地分布的弧形。焊接边沿140、142的总长度由于该几何形状如下方式地选择，即，焊接边沿140、142的、由连接器104覆盖的长度相当于连接器104宽度B的至少2. 5倍，优选至少3倍，虽然这一点在制图中不是必须能看出来。不依赖于此地，连接器104同样与第一或纵缘区124、126保持间隔地分布，在这些第一或纵缘区124、126中构成铝与硅之间的合金。特别是借助图5的实施例还可以看出，并未偏离本发明的是，连接器104仅覆盖焊盘132的两个焊接边沿140、142，只要连接器104与焊盘132在金属间化合物之外，也就在是纵缘区124、126之外材料锁合地连接。按照图6的实施例，焊盘144在俯视图中具有“狗骨头形状”，其中，连接器104延伸经过的焊接边沿具有凹进地分布的弧形。相应的焊接边沿以附图标记146、148标注。焊盘144的、与焊接边沿146、148相邻的侧区段凸起地弧形分布，并且向直线地分布的第二边缘区124、126过渡。焊接边沿146、148区段的长度关于连接器104的宽度B地同样如下方式地设计，即，前者相当于连接器104的宽度B的至少2. 5倍，优选至少3倍。按照图7的实施例，焊盘154由两个彼此过渡的透镜形的或在俯视图中椭圆形的区段156、158组成，所述区段在其沿连接器104的纵轴线延伸的边缘区内直线地分布。在这些区域内构成合金，从而相应的边缘区以附图标记124、126标注。通过区段156、158的重叠，形成由连接器104覆盖的端侧的焊接边沿160、162，所述焊接边沿在俯视图中具有带凸起地分布的边的V形。图8的实施例示出如下焊盘164的几何形状，该焊盘具有矩形形状并除了由连接器104覆盖的第二边缘区外，基本上填满留空部102。在这些区域内，焊盘164，也就是其第一边缘区，即焊接边沿166、168具有凹进的弧形分布，该分布的关于由连接器104覆盖的区域的总长度相当于宽度B的至少2. 5倍，优选至少3倍。为在连接器104的区域内扩大焊盘164与背面层100的距离，该背面层在其靠近焊盘164焊接边沿166、168的边缘区内同样如下方式地构成，S卩，其分别形成凸起的弧形的层边沿170、172。因此连接器104覆盖如下空隙，该空隙在俯视图中具有椭圆形几何形状。为达到进一步降低可能通过连接器104作用于焊盘174的拉力，图9的实施例如下地设置，即，焊盘174具有留空部176、178，所述留空部例如在俯视图中具有圆形或椭圆形的几何形状。限定留空部176、178的焊接边沿在该附图中虚线地示出。具有椭圆形几何形状的留空部178的纵轴线在此相对于连接器104的纵轴线横向地分布。此外由该附图可以看出，焊盘174与图5的实施例相应地由矩形的中间区段134和呈部分圆形的端部区段136、138组合成，其中，端部区段136、138的焊接边沿140、142与留空部102的靠近的层边沿保持间隔地分布，如附图所示。焊盘174的第二边缘区124、126或纵缘区与连接器104的纵边沿或边缘128、130 保持间隔地分布。此外从该附图中看出，圆形留空部176完全地由连接器104覆盖，并且椭圆形留空部178在中心区内由连接器104覆盖。图10和11示出焊盘180、182的其他实施方式。在此，依据图10的焊盘180由彼此保持间隔地的带状区段184、186、188、190组成，从而使得连接器104因此覆盖总计八个焊接边沿194、196、198、200、202、204、206、208。由此出现的拉力如下方式地分布，即，避免裂纹形成并且使得焊盘180或其条带184、186、188、190不发生松脱。在图11的实施例中，焊盘182具有三个矩形留空部210、212、214，从而连接器104同样覆盖未详细标注的八个焊接边沿。不依赖于此地，焊盘180、182分别以其最外侧的焊接边沿194、208与由连接器104覆盖的层边沿216、218保持间隔。通过与此相关的几何形状形成的优点是与铝层100良好的导电接触。此外，通过焊盘180、182的相应构成(如此前介绍的依据本发明的焊盘中那样)形成的优点是，所使用的焊盘材料的量与公知的布置方案相比有所减少。在银作为焊盘材料使用的情况下这一点特别有利。图12示出焊盘250、252的其他优选实施方式，所述焊盘由在周围形成椭圆形几何形状的、彼此保持间隔地分布的条带组成。几条条带例如以254、256、258或260、262标注。所述条带相对于连接器104横向地或垂直地分布。金属间化合物区域通过涂黑标注。该区域通过焊盘带与铝的接触形成。未分布在金属间化合物区域内的桥式区段或条带256、258、260、262分别具有两个焊接边沿，从而与依据本发明的教导相应地，在拉力作用于连接器104的情况下进行力分配。此外，连接器104在图12的左侧图示中经过即将过渡成焊盘250,252的具有金属间化合物的边缘区的带状区段254的、焊盘内侧分布的焊接边沿266之上分布。在图12右侧图示的实施例中，与此相反，焊盘252的全部的、并且垂直于连接器104的纵轴线分布的带状区段260、262在它们由连接器104覆盖的区域内，与象征金属间化合物的椭圆264保持间隔。焊盘或焊点的优选尺寸如下焊盘的长度5_至10_
焊盘的宽度5mm各自第二边缘区的长度5mm至8mm被连接器覆盖的区域内焊盘与铝层之间空隙的最小宽度0. 5mm焊盘的厚度10 μ m至15 μ m焊盘的面积尽可能小，以节省Ag合金区的宽度0. Imm至约2_。 应借助图13至16介绍太阳能电池的与依据本发明教导相符的正面触点。在此，原则上为相同的部件使用相同的附图标记。以公知的方式在太阳能电池的正面上布置有基本上彼此平行地分布的所谓接触指300、302、304、306。接触指300、302、304、306可以在其端部处彼此间连接，以便使得在接触指应中断的区域内也可以存在电流。相对于接触指300、302、304、306的纵向延伸横向地，汇流排307、311以公知的方式分布，这些汇流排依据本发明由彼此成列的区段组成，所述区段依据图13通过填色的方块308、310或312、314或依据图14通过未填色的矩形如方块316、318或320、322表示。与汇流排307、311材料锁合地连接的连接器324、326分别延伸经过汇流排307、311或其区段308、310、312、314、316、318、320、322。然后通过连接器324、326进行太阳能电池的布线。如由图13和14中所看到的那样，每个汇流排不是连贯地构成，而是由经由连接器324、326导电地连接的区段308、310、312、314、316、318、320、322组成。在此，每个区段308、310、312、314、316、318、320、322 经过至少两个接触指 300、302、304、306 地延伸。因此按照图13的实施例每个连接器324、326、对每对接触指300、302或304、306来说覆盖两个焊接边沿，结果是，拉力得以分配并且使得裂纹形成的危险不发生。各个区段308、310、312、314的焊接边沿例如在区段308处以附图标记328、330标注。在区段316、318、320、322以空心矩形的形式构成时，提供另外两个焊接边沿，从而对每对接触指300、302或304、306来说总计四个焊接边沿由各自的连接器324、326覆盖，从而提高拉力分配。区段(在区段316的实施例中)的相应焊接边沿以附图标记332、334、336、338 标注。如果在图13和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，那么同样可以是其他的几何形状，特别是圆形或椭圆形几何形状。此外，汇流排的区段也可以覆盖两个以上的接触指300、302、304、306，从而可以相
应减少焊接边沿的数量。如果按照图13和14的实施例的汇流排307、311划分成单个区段，那么依据本发明的教导即使在汇流排连贯构成的情况下也被实现，只要提供额外的焊接边沿。这一点借助图14和15示出。依据图15，接触指400、402、404、406、408、410由汇流排412、414连接，但在与所述指400、402、404、406、408、410的接触区内宽度适量地扩展，如图15中的细部示图所示。该细部示图示出接触指408与汇流排414之间的交点418。可以看出，在重叠区中或交点418中汇流排414扩展，从而在交点418中形成总计四个焊接边沿420、422、424、426，它们相对于汇流排414的纵向428倾斜地分布。在此，汇流排414形成纵缘的焊接边沿420、422、424、426应该连续地过渡成接触指408的未详细标注的纵缘。在图16的实施例中，汇流排430、432垂直于接触指400、402、404、406、408、410地分布，所述汇流排构成为双带，也就是说，每个汇流排430、432由两个彼此平行分布的带状或线形区段434、436或438、440组成。由此形成带有四个纵向焊接边沿的汇流排430、432，如图16中的细部示图所示。在此方面，汇流排430、432的区段434、436、438、440各自形成焊接边沿的纵缘可以连续地过渡成接触指400、402、404、406、408、410的各个纵缘，这一点正如借助图15所示。
如果按照图16的实施例焊接边沿在连接器的纵向上，也就是拉力方向上分布，那么在其他实施例中设置相对于纵向方向横向的或垂直的分布。也可以是如图15所示的混合形式，也就是说，焊接边沿可以相对于纵向方向横向地、相对于纵向方向倾斜地并且沿纵向方向至少区段式地分布。
权利要求
1.太阳能电池，所述太阳能电池具有带正面触点和背面触点的半导体衬底，其中，所述背面触点具有由第一导电材料构成的或含有第一导电材料的、带留空部(102)的层(30、.100)，在所述留空部内布置有焊点(焊盘)(32、106、132、144、154、164、174、180、182)，所述焊点由第二导电材料构成或含有所述第二导电材料，所述第二导电材料在与所述第一导电材料的接触区内形成金属间化合物，其中，布置在至少两个留空部内的焊点与沿直线分布的连接器(36、104)在每个焊盘的各自的焊区(122)内连接，并且所述连接器距所述层一定距离地延伸经过所述焊点的焊接边沿(108、110、111、113、114、142、146、148、160、162、166、.168、192、194、196、198、202、204、206、208)， 其特征在干， 所述连接器(36)与所述焊点(32)仅在所述金属间化合物之外材料锁合地连接，和/或所述连接器(104)延伸经过所述焊点的相对于所述直线横向地分布的至少三个焊接边沿(108、110、11I、113、114、142、146、148、160、162、166、168、192、194、196、198、202、204、.206、208)，其中，所述至少三个焊接边沿(108、110、111、113、114、142、146、148、160、162、 .166、168、192、194、196、198、202、204、206、208)具有由所述连接器(104)覆盖的、至少是所述连接器(104)的宽度B的2. 5倍的长度。
2.按权利要求I所述的太阳能电池，其特征在于，所述第一导电材料由铝构成或含有铝，和/或所述第二导电材料是银或含有银。
3.按权利要求I所述的太阳能电池，其特征在于，第一焊接边沿(108、110、111、113、.140、142、146、148、160、162、166、168、192、208)是所述焊点(106、132、144、154、164、174、.180、182)的与所述直线相交的第一边缘区，所述第一边缘区与所述层(100)或与所述层的由所述连接器(104)覆盖的层边沿(112、114、170、172、216、218)保持间隔地分布。
4.按权利要求3所述的太阳能电池，其特征在于，所述焊点(106、132、144、154、164、.174、180、182)的每个第一边缘区与各个由所述连接器(104)覆盖的层边沿(112、114、170、.172、216、218)保持间隔地分布。
5.按权利要求I所述的太阳能电池，其特征在于，布置在所述留空部(102)内的所述焊点(180、182)至少在所述留空部(102)的由所述连接器(104)覆盖的区域内由至少两个彼此保持间隔的区段(184、186、188、190)组成。
6.按权利要求5所述的太阳能电池，其特征在于，所述焊点(118)的每个所述彼此保持间隔地的区段(184、186、188、190)具有两个焊接边沿(192、194、196、198、202、204、206、.208)。
7.按权利要求5或权利要求6所述的太阳能电池，其特征在于，所述焊点(180)的所述区段(184、186、188、190)彼此分开地布置在所述留空部(102)内。
8.按权利要求3所述的太阳能电池，其特征在于，限定所述第一边缘区的焊接边沿(140、142、146、148、166、168)至少在所述焊区(122)内关于靠近的层边沿(112、114、170、.172)地遵循凸起形的和/或凹进形的弧形区段。
9.按权利要求I所述的太阳能电池，其特征在于，所述焊点(154)由两个彼此过渡的透镜形的或在俯视图中呈椭圆形的区段(156、158)组成，所述区段的纵轴线沿所述直线分布，其中，所述第一边缘区的焊接边沿(160、162)具有带优选弯曲地分布的边的V形几何形状。
10.按权利要求I所述的太阳能电池，其特征在于，所述焊点(164)在俯视图中具有矩形几何形状，其中，所述第一边缘区的各个焊接边沿(166、168)具有凹进地分布的弧形几何形状，并且靠近的层边沿(170、172)分别具有凹进地分布的弧形几何形状。
11.按权利要求I所述的太阳能电池，其特征在于，所述焊点(174)在其焊区(122)内具有至少ー个圆形或椭圆形的留空部(107、176、178)，所述圆形或椭圆形的留空部在焊上了连接器(104)的情况下至少区域式地由所述连接器覆盖。
12.按权利要求11所述的太阳能电池，其特征在于，那个圆形留空部(176)完全由所述连接器覆盖，和/或那个以其纵轴线相对于所述连接器(104)的纵轴线横向地分布的椭圆形留空部(178)优选仅区域式地由所述连接器覆盖。
13.按权利要求3所述的太阳能电池，其特征在于，所述焊盘(174)的所述第一边缘区的焊接边沿(108、110)与所述层(100)的靠近的层边沿(112、114)之间的最小距离b为b ^ 500 μ m，特别是 500 μ m ミ b ミ 10mm。
14.按权利要求I所述的太阳能电池，其特征在于，所述连接器(36)与所述焊点(32)之间的材料锁合连接的边缘区与所述金属间化合物(35)之间的最小距离a为500μπι，特別是 500 μ m ミ a ミ 2mm。
全文摘要
本发明涉及一种太阳能电池，该太阳能电池包括具有正面触点和背面触点的半导体衬底，所述正面触点和背面触点特别具有由铝构成的、带留空部的层(30)，在该留空部内布置有可以钎焊的焊点(焊盘)(32)，所述焊点可与沿直线分布的连接器(36)连接。为确保连接器与焊点之间的、不导致太阳能电池的损坏的、材料锁合的连接，如下地设置，即，连接器(36)与焊点(32)仅在背面层的材料与焊点的材料之间的金属间化合物之外连接。
文档编号H01L31/05GK102738256SQ20121010730
公开日2012年10月17日 申请日期2012年4月12日 优先权日2011年4月12日
发明者希尔马·冯·坎佩, 彼得·罗特 申请人:肖特太阳能控股公司