太阳能电池接触装置的制作方法

1.本发明涉及一种太阳能电池接触装置。


背景技术：

2.为了减少太阳能电池的正侧的遮挡，可以实现的是，不仅将正的外部接触面而且将负的外部接触面布置在背侧上。在所谓的金属贯穿式(metal wrap through，缩写mwt)太阳能电池的情况下，太阳能电池正侧例如通过贯通接触部开口从背侧接通。
3.已知用于制造穿过太阳能电池的孔或贯通接触部开口的不同方法。将延伸穿过贯通开口的金属化部借助绝缘层相对于太阳能电池堆叠的层进行绝缘。
4.例如，由us9680035b1已知一种太阳能电池接触装置，其具有太阳能电池堆叠，所述太阳能电池堆叠包括在gaas衬底上的多个iii-v族子电池，所述gaas衬底具有背侧接通的正侧。在此，借助湿化学蚀刻工艺产生从太阳能电池的上侧穿过子电池延伸到尚未减薄的衬底层中的孔。在减薄衬底层之前执行正侧和孔的钝化和金属化。


技术实现要素：

5.在此背景下，本发明的任务在于扩展现有技术。
6.该任务通过具有本发明的特征的设备来解决。本发明的有利构型是优选的实施方式。
7.根据本发明的主题，提供一种太阳能电池接触装置。
8.太阳能电池接触装置包括具有上侧和下侧的半导体本体。
9.半导体本体在上侧处包括至少一个太阳能电池堆叠并且在下侧处包括载体衬底。
10.每个太阳能电池堆叠包括布置在载体衬底上的至少两个iii-v族子电池和从半导体本体的上侧延伸至下侧的至少一个贯通接触部(durchgangskontakt)。
11.贯通接触部具有连续的侧壁，该侧壁具有构造在上侧处的第一边缘区域和构造在下侧处的第二边缘区域。
12.第一边缘区域具有第一区段和第二金属区段，并且第二边缘区域具有第一区段和第二区段。
13.此外，绝缘层在第一边缘区域中构造在第一区段上，构造在侧壁上，并且在第二边缘区域中构造在第一区段和第二区段上。
14.绝缘层具有在5μm与200μm之间的厚度。
15.此外，导电层在第一边缘区域中构造在第一区段和第二区段上，在侧壁处，并且在第二边缘区域中构造在第一区段上，其中，导电层至少部分地布置在绝缘层上。
16.导电层构造为具有气体夹杂物(gaseinschl
ü
ssen)的异质层并且具有在5μm至200μm之间的厚度。
17.应注意，气体夹杂物具有导电层的总体积的至少一体积百分比且最高四十体积百分比，或者导电层包括在二至十体积百分比之间的气体夹杂物。
18.在上侧上，导电层在第一边缘区域中在第一区段上方构造成至少部分地超过第一区段，以便接通正侧的金属结构。
19.在下侧上，导电层在第二边缘区域中构造在第一区段内并且不构造在第二区段上。换言之，导电层在第二边缘区域中完全位于绝缘层上。
20.导电层具有有机成分。在一种扩展方案中，导电层经历至少200℃和至少5min的持续时间的退火过程(temperprozess)。
21.优选地，半导体本体构造为半导体盘。在一种扩展方案中，半导体本体包括多个太阳能电池堆叠。优选地，在半导体盘上构造恰好两个太阳能电池堆叠。
22.优选地，导电层在第二边缘区域中仅仅构造在第一区段上。
23.优选地，导电层在第二边缘区域中至少部分地或完全地覆盖第一区段。
24.优选地，绝缘层在第一边缘区域中仅仅构造在第一区段上。
25.可以理解，如果构造有绝缘层，则导电层布置在该绝缘层上。
26.优选地，在绝缘层与导电层之间存在材料锁合(stoffschl
ü
ssig)的连接部。
27.应注意，绝缘层完全覆盖侧壁，即贯通接触部的垂直于表面构造的面。
28.优选地，在第一边缘区域中第一区段以及在第二边缘区域中第一区段和第二区段被绝缘层分别至少部分地或完全地覆盖。
29.应注意，术语“绝缘层”尤其还理解为包括绝缘层的介电层系统。此外，术语边缘区域分别表示上侧上的和下侧上的紧邻贯通开口布置的区域。应注意，光照射到半导体本体的上侧上。为了尽可能少地遮挡上侧，借助金属指状结构电连接上侧。
30.优选地，iii-v族子电池的带隙从上侧朝载体衬底的方向逐子电池地(von teilzelle zu teilzelle)减小。
31.通常，相应的太阳能电池堆叠的子电池具有n在p上装置(n auf panordnung)。可以理解，在两个子电池之间分别构造有隧道二极管，以便从电学角度将各个子电池串联连接。尤其地，最上方的子电池包括由ingap组成的化合物并且具有大于1.7ev的带隙。
32.可以理解，在上侧上布置有通常指状地实施的上侧金属化部，以便电连接正侧。在下文中，上侧金属化部也称为金属结构。
33.可以理解，在每个太阳能电池堆叠中，借助一个或多个贯通开口，上侧从背侧电连接。
34.优选地，在构造贯通开口之前，将例如构造为半导体盘并且优选地具有100mm或150mm直径的半导体本体减薄至期望的最终厚度。为此，在背侧上去除载体衬底。
35.此外，应注意，在一种扩展方案中构造为半导体盘的半导体本体具有多个未分离的太阳能电池堆叠，其中，载体衬底构造半导体本体的下侧。可以理解，太阳能电池堆叠也具有3个或4个或5个或最多6个子电池。
36.在一种扩展方案中，在此，分别地，多个子电池中的恰好一个子电池构造为ge子电池。
37.太阳能电池接触装置的一个优点在于，借助贯通接触部，太阳能电池堆叠的构造在上侧处的正侧从下侧连接。换言之，太阳能电池堆叠仅仅从背侧电连接。不必要在正侧上
构造金属面、即焊盘。正侧上的接收面增大并且该装置的效率提高。
38.贯通开口的构造——即从背侧电连接正侧的构造——简化太阳能电池堆叠的电连接。另一优点是，两个接触部——即n接触部和p接触部——例如可以借助单个焊接工艺步骤在背侧连接。由此可以提高生产率(ausbeute)和可靠性。
39.应注意，太阳能电池接触装置的构造优选地在一次或多次应用印刷方法的情况下进行。优选地，借助第一印刷方法以绝缘层来涂覆上侧和背侧，并且借助第二印刷方法以导电层来涂覆正侧和背侧。
40.在此，第一印刷方法和第二印刷方法分别包括一个或多个工艺步骤。
41.例如，分别在第一工艺步骤中分别仅印刷半导体本体的一侧和贯通开口，并且接下来分别在第二工艺步骤中印刷半导体本体的另一侧和贯通开口或排除贯通开口。
42.替代地，第一印刷方法和/或第二印刷方法分别仅包括单个印刷步骤，在所述单个印刷步骤中分别印刷半导体本体的两侧。
43.在一种扩展方案中，在第一工艺步骤和/或第二工艺步骤中，在执行相应的单个印刷步骤时，借助被引导穿过贯通开口的材料来印刷半导体本体的一侧。
44.可以借助印刷方法以结构化的方式施加相应的层，因此光刻工艺步骤不必要。换言之，不仅绝缘层而且导电层可以以结构化的方式可靠地且成本有利地施加。
45.印刷方法的一个优点另外还在于，前面提及的层可以容易地即使在轮廓(topographie)中存在大的差异时也可靠地施加。避免昂贵且高开销的掩膜步骤。还可以在贯通开口的区域中构造绝缘层的可靠保护。尤其地，与借助抗蚀剂掩膜(lackmasken)的现有技术相比，时间上的和技术上的开销以及材料消耗低。由此可以提高可靠性和生产率。
46.优选地，贯通开口以及上侧上和下侧上上邻接贯通开口的区域仅仅借助印刷方法来覆盖。借助该方法，可以以简单且成本有利的方式制造高效且可靠的多结太阳能电池，其正侧电连接至背侧。
47.在一种扩展方案中，在载体衬底的下侧处，在第一接触区域中构造导电层。由此，半导体盘的上侧、即太阳能电池堆叠的正侧可以在背侧上电连接。
48.在另一扩展方案中，在载体衬底的下侧处构造有第二接触区域。导电载体衬底的下侧可以借助第二接触区域电连接。优选地，第一接触区域构造为n接触部并且第二接触区域构造为p接触部。可以理解，两个接触区域在下侧处彼此间隔开，以便确保电绝缘。
49.在另一扩展方案中，两个接触区域平面地构造并且分别包括至少1.0mm2的尺寸。在一种实施方式中，两个接触区域至少部分地具有相等的高度。换言之，两个接触区域的表面与载体衬底的下侧相距相同地远。一个优点是，两个接触区域可以例如同时借助所谓的回流焊接步骤与基底(unterlage)连接。
50.在一种实施方式中，第一接触区域、即导电层与位于其下的绝缘层具有材料锁合的连接部。尤其地，导电层在第一接触区域中具有与绝缘层的完全的材料锁合的连接部。
51.在另一实施方式中，贯通开口在载体衬底中的直径从上侧朝下侧的方向近似(in erster)相等或恰好相等，或者模拟锥形走向。
52.在一种扩展方案中，在构造导电层之后，贯通开口部分或完全封闭，或者贯通开口仍然具有贯通的孔。
53.在一种实施方式中，在上侧处的第一边缘区域具有在与下侧处的第二边缘区域相
比不同的、尤其是更小的直径。
54.在另一实施方式中，第一边缘区域和第二边缘区域分别构造为完全环绕贯通开口的边缘区域。优选地，相应的边缘区域平行于半导体本体地具有至少10μm且最高3.0mm的直径。替代地，相应的边缘区域平行于半导体本体地具有至少100μm且最高1.0mm的直径。
55.在另一扩展方案中，半导体本体的贯通开口具有最高500μm且至少30μm或最高200μm且至少50μm的总高度。
56.在一种实施方式中，贯通开口在横截面中具有椭圆形的外周，尤其是具有圆形的外周。优选地，在应用第一印刷方法之前，即在没有构造绝缘层的情况下，贯通开口具有在25μm与1mm之间的直径。替代地，贯通开口的直径在50μm至300μm之间的范围内。
57.在另一扩展方案中，载体衬底构造为导电的。优选地，载体衬底包括锗或gaas或硅或者由前面提及的材料之一组成。替代地，载体衬底包括金属箔或包括导电塑料。
58.在一种实施方式中，贯通开口优选地椭圆形地构造。在当前情况下，术语“椭圆形”还包括圆形，尤其是包括圆形形状、蛋形形状和椭圆形形状。
59.在另一实施方式中，贯通开口构造为具有倒圆角的四边形或正方形。
60.在一种扩展方案中，在第一印刷方法之后并且在执行第二印刷方法之前执行第一加热步骤。在另一扩展方案中，在第二印刷方法之后执行第二加热步骤。借助所述加热步骤分别调节绝缘层和导电层。优选地，在100℃与450℃之间的温度范围内执行加热步骤。
61.在一种扩展方案中，为了构造绝缘层而使用膏(paste)。优选地，该膏包括有机成分。
62.在另一扩展方案中，为了构造导电层而使用包含金属颗粒的膏。
63.在一种实施方式中，第一印刷方法和/或第二印刷方法仅仅从正侧或仅仅从背侧执行。替代地，第一印刷方法和/或第二印刷方法不仅从正侧而且从背侧执行。
64.在另一实施方式中，在构造绝缘层之后，贯通开口仍然具有贯通的孔。替代地，借助激光在中心区域中打开贯通开口。
65.优选地，第一边缘区域上和贯通开口中以及第二边缘区域上的导电层由相同的材料组成。在一种替代实施方式中，为了构造导电层，在上侧上和下侧上使用不同的成份。
66.如果贯通开口借助导电层完全封闭，则在一种扩展方案中，导电层在上侧上方和/或在下侧处突出。替代地，在下侧处在绝缘层上的导电层构造近似平坦的面，其中导电层位于贯通开口的中心。
67.在一种扩展方案中，借助喷墨方法(inkjet-verfahren)或丝网印刷方法(siebdruckverfahren)或者借助分配工艺(dispens-verfahren)来执行印刷方法。替代地，借助模板印刷方法(schablonendruckverfahren)来执行印刷方法。在另一扩展方案中，组合不同印刷方法中的至少两种。
68.在一种扩展方案中，在应用印刷方法之前，贯通开口的直径在载体衬底中从上侧的方向出发直至下侧为止近似相等或恰好相等。
69.替代地，贯通开口的直径从上侧朝下侧的方向变得更小，其中，所述变细(verj
ü
ngung)优选台阶状地构造。在一种扩展方案中，贯通开口在横截面中具有沙漏形的视图。在此，横截面变细到总厚度的大约一半。
70.在另一扩展方案中，贯通开口中的变细包括恰好一个完全环绕的台阶或恰好两个
完全环绕的台阶。
71.优选地，半导体本体或载体衬底具有100mm或150mm或更大的尺寸。
72.如果载体衬底包括锗或由锗组成，则ge载体衬底构造半导体本体的下侧。优选地，在ge载体衬底中在背离下侧的一侧上构造有第一子电池作为ge子电池，其中，该ge子电池具有太阳能电池堆叠的子电池的最小带隙。
73.在使用ge作为载体衬底时，第一台阶构造在ge子电池与支承的iii-v族子电池之间的边界面处。第二台阶优选地构造在ge子电池与ge衬底之间。
74.优选地，贯通开口也在ge衬底内变细。贯通开口的台阶状的或锥形的实施方案具有以下优点：尤其是在绝缘层的和/或其他待施加层的优选一致(konform)沉积的情况下，在金属化的范畴内，层的厚度可以充分地构造在侧面上。
75.在一种扩展方案中，在金属结构与最上方的iii-v族子电池的上侧之间的边界面处，在半导体本体的上侧处构造有另一台阶。
76.在一种实施方式中，太阳能电池堆叠具有锗子电池。结果，太阳能电池堆叠包括至少3个子电池。
77.在另一实施方式中，绝缘层在上侧上的一部分构造在金属面上。由此可以确保，将金属结构、即太阳能电池堆叠的正侧连接在上侧上。
78.换言之，由于导电层在上侧上搭接(
ü
bergreift)绝缘层，并且形成与金属结构的一部分的材料锁合的连接部，然而在下侧上仅覆盖第二边缘区域的直接邻接贯通开口的部分，由此在下侧处构造用于电连接金属结构mv的接触区域。
79.在一种扩展方案中，相应的第二区段完全包围相应的第一区段。
80.在一种实施方式中，在导电层中有机成分的份额在0.1与5体积百分比之间或在0.2与2体积百分比之间。可以理解，通过印刷方法在使用金属有机膏的情况下将导电层施加到表面上。
81.在另一扩展方案中，导电层的紧邻第一边缘区域的朝向贯通开口的棱边的部分的厚度至少为导电层的支承在第二边缘区域上的部分的厚度的一半。
82.在一种扩展方案中，在构造导电层之后完全填充贯通开口。
83.在另一实施方式中，绝缘层包括有机份额。优选地，有机份额的份额在0.1％与5％体积百分比之间的范围内。
84.在一种扩展方案中，绝缘层具有在5μm与200μm之间或在5μm与250μm之间的厚度和/或导电层具有在5μm与500μm之间的厚度。在另一扩展方案中，绝缘层的厚度在10μm至100μm之间和/或导电层的厚度在10μm至200μm之间。
85.在一种实施方式中，导电层具有小于99％且大于50％的金属体积份额。
86.在另一实施方式中，电导率介于如下金属层的金属电导率的30％和90％之间：该金属层由近似相等的材料组合物均匀构造。
附图说明
87.下面参照附图更详细地阐述本发明。在此，相同类型的部件标有相同的标记。所示实施方式是高度示意性的，即间距以及横向和竖直延伸不是按比例的，并且——除非另有说明——彼此之间不具有任何可导出的几何关系。在此示出，
88.图1：在一种实施方式中金属化贯通开口的横截面视图；
89.图2：在另一实施方式中金属化贯通开口的横截面视图；
90.图3：在另一实施方式中金属化贯通开口的横截面视图；
91.图4a：相应于结合图3的图示所示出的实施方式的金属化贯通开口的上侧的俯视图；
92.图4b：相应于结合图3的图示所示出的实施方式的金属化贯通开口的下侧的俯视图；
93.图5：具有第一接触区域和第二接触区域的金属化贯通开口的横截面视图；
94.图6：具有两个太阳能电池堆叠的半导体本体的俯视图。
具体实施方式
95.图1的图示示出半导体主体10的金属化贯通开口22的横截面视图。
96.提供一种半导体本体10，该半导体本体具有上侧10.1、下侧10.2和贯通开口22，该贯通开口从上侧10.1延伸至下侧10.2并且具有连续的侧壁22.1。
97.半导体本体10包括多个尚未分离的太阳能电池堆叠12，在当前情况下仅示出一个太阳能电池堆叠12，所述太阳能电池堆叠分别具有由如下组成的层序列：构造下侧10.2的载体衬底14、第一iii-v族子电池18和构造上侧10.1的第二iii-v族子电池20。
98.在上侧10.1上构造有金属结构mv。金属结构mv几乎仅仅构造为指状结构并且尤其在贯通开口22的第一边缘区域11中具有大致完全围绕贯通开口22构造的连续的金属面。
99.在下侧10.2上构造有整面的背侧金属化部mr，以便连接导电的载体衬底14。可以理解，相应的太阳能电池堆叠12与两个金属化部mv和mr电连接。
100.贯通开口22在上侧10.1处具有第一边缘区域11.1，并且在下侧10.2处具有第二边缘区域11.2。第一边缘区域11.1直接构造在金属结构mv上，并且第二边缘区域11.2直接构造在背侧金属化部mr上。
101.第一边缘区域11.1具有第一区段12.1和第二金属区段12.2。第二边缘区域11.2具有第一区段13.1和第二区段13.2。接下来，第一边缘区域11.1的第一区段12.1和第一边缘区域11.1的第二区段12.2也称为第一边缘区域的第一部分或第二部分。
102.相应地，第二边缘区域11.2的第一区段13.1和第二区段13.2也称为第二边缘区域11.2的第一部分或第二部分。
103.第一边缘区域11.1的直接围绕贯通开口22构造的部分和整个第二边缘区11.2以及贯通开口22的侧壁22.1涂覆有绝缘层24，其中，绝缘层24以第一印刷方法构造。可以理解，贯通开口22中的侧壁22.1完全由绝缘层24覆盖。
104.借助第二印刷方法，将导电层32施加到第一边缘区域11.1的整个区域上，并且完全施加到侧壁22.1的整个面上，并且施加到第二边缘区域11.2的直接邻接贯通开口22的部分上。在当前情况下，即使在构造导电层32之后，贯通开口22也仍然是打开的。
105.通过如下方式在下侧10.2处构造用于连接金属结构mv的接触区域：导电层32在上侧10.1上搭接绝缘层24并构造与金属结构mv的一部分的材料锁合的连接部，然而在下侧10.2上仅覆盖第二边缘区域11.2的直接邻接贯通开口22的部分。
106.在图2的图示中示出另一实施方式。下面仅阐述与图1的图示的不同之处。
107.在所示实施方式中，导电层32在衬底14的中心处相接(zusammenstoβen)并且构造呈沙漏形式的轮廓。
108.在图3的图示中示出另一实施方式。下面仅阐述与图1的图示的不同之处。
109.在所示实施方式中，贯通开口22完全由导电层32填充并且构造从上侧10.1突出的隆起部(erhebung)和从下侧10.2突出的隆起部。
110.在图4a的图示中示出相应于结合图3的图示所示出的实施方式的金属化贯通开口22的上侧的俯视图。
111.第一边缘区域11.1——作为金属结构mv的部分——完全包围贯通开口22。第一边缘区域11.1的以绝缘层24覆盖的部分以虚线的方式示出。附图表明，导电层22完全覆盖上侧10.1上的绝缘层24。
112.在图4b的图示中示出相应于结合图3的图示所示出的实施方式的金属化的贯通开口22的下侧的俯视图。
113.第二边缘区域11.2——作为背侧金属化部mr的部分——完全包围贯通开口22。第二边缘区域11.2的以绝缘层24覆盖的部分现在大于以导电层22覆盖的部分。换言之，导电层22仅部分覆盖下侧10.2上的绝缘层24。
114.在图5的图示中示出金属化的贯通开口的另一横截面视图。下面仅阐述与图1的图示和图4b的图示的不同之处。
115.在下侧10.2处，第二边缘区域11.2的第一区段13.1至少在贯通开口22的右侧加宽，以便构造第一接触区域k1。在第二边缘区域11.2的第二区段13.2上，下侧10.2仅以绝缘层24覆盖。
116.在下侧10.2处，与第二区段24邻接地构造有第二接触区域k2作为背侧金属化部mr的部分。
117.在第二接触区域k2的一部分中，在下侧10.2上，为了调整第二接触区域k2的高度，同样构造绝缘层24。换言之，背侧金属化部mr在第二接触区域k2中以材料锁合的方式构造在绝缘层24上。
118.由此，可以以这样的方式调整第一接触区域k1的和第二接触区域k2的两个表面，以便同时焊接两个接触区域k1和k2。
119.在图6的图示中示出具有两个太阳能电池堆叠的半导体本体10的俯视图。在当前情况下，半导体本体10具有恰好两个太阳能电池堆叠12。可以理解，在未示出的实施方式中，在半导体本体10上也构造多于两个的太阳能电池堆叠12。