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前侧串联 太阳能模块

阅读：47发布：2020-12-12

专利汇可以提供前侧串联太阳能模块专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本发明涉及一种太阳能电池元件，其包括：具有恰好一个第一掺杂的半导体衬底层(2)；层结构(1)，其被部署在所述衬底层(2)的前侧并与所述衬底层相邻，并且具有与所述第一掺杂互补的至少一个掺杂；后侧金属化部(3)，其被部署在所述衬底层(2)的前侧，与所述衬底层相邻，所述后侧从层结构(1)横跨；以及第一前侧金属化部(4)和第二前侧金属化部(6)。所述第一前侧金属化部(4)与所述层结构(1)电接触，所述第二前侧金属化部(6)被部署在所述衬底层的前侧，与所述衬底层相邻，并且与第一前侧金属化部以及所述层结构(1)电绝缘。，下面是前侧串联太阳能模块专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种太阳能电池模块，包括：
至少两个串联连接的太阳能电池元件，所述太阳能电池元件在承载结构(9，10，11)上分别部署有后侧金属化部(3a，3b)，所述串联连接的太阳能电池元件中的至少两个太阳能电池元件(8a，8b)的电接触仅被构造在这些太阳能电池元件的、与所述承载结构相对的前侧，
在所述前侧上连接的所述至少两个太阳能电池元件中的至少一个具有：
支撑半导体层(2)，具有恰好一个第一掺杂，
层结构(1)，部署在所述支撑半导体层(2)的前侧，与所述支撑半导体层相邻，并且具有与所述第一掺杂互补的至少一个掺杂，
后侧金属化部(3)，部署在所述支撑半导体层(2)的与所述层结构(1)相对的后侧，与所述支撑半导体层相邻，以及
第一前侧金属化部(4)和第二前侧金属化部(6)，所述第一前侧金属化部(4)与所述层结构(1)电接触，所述第二前侧金属化部(6)被部署成与所述第一前侧金属化部和所述层结构(1)间隔开，位于所述支撑半导体层的前侧且与所述支撑半导体层相邻。
2.根据权利要求1所述的太阳能电池模块，其特征在于：
所述支撑半导体层(2)、所述后侧金属化部(3)和/或所述第二前侧金属化部(6)被部署和/或构造成使得所述后侧金属化部(3)通过所述支撑半导体层(2)实现的与所述第二-2 2
前侧金属化部(6)的电接触具有的表面特定电阻小于10 Ωcm。
3.根据权利要求2所述的太阳能电池模块，其特征在于：
-3 2
所述表面特定电阻小于10 Ωcm。
4.根据权利要求3所述的太阳能电池模块，其特征在于：
-4 2
所述表面特定电阻小于5×10 Ωcm。
5.根据权利要求1-4中任一项所述的太阳能电池模块，其特征在于：
在层平面上观看时，所述后侧金属化部(3)从所述第二前侧金属化部(6)延伸到所述第一前侧金属化部(4)，并且/或者所述后侧金属化部是平坦的、非结构化的或结构化的金属化部。
6.根据权利要求1-4中任一项所述的太阳能电池模块，其特征在于：
承载结构(9，10，11)，所述承载结构被部署在所述后侧金属化部一侧，并且具有冷却板(9)。
7.根据权利要求6所述的太阳能电池模块，其特征在于：
所述冷却板(9)为具有非金属前部的冷却板(9)。
8.根据权利要求7所述的太阳能电池模块，其特征在于：
所述非金属前部为陶瓷前部。
9.根据权利要求6所述的太阳能电池模块，
其特征在于：
所述冷却板(9)被构造为有源水冷却体的结构支撑部分。
10.根据权利要求9所述的太阳能电池模块，其特征在于：
所述结构支撑部分为由陶瓷制成的结构支撑部分。
11.根据权利要求6所述的太阳能电池模块，其特征在于：
所述承载结构具有非导电层(11)，其被部署在所述冷却板(9)与所述后侧金属化部(3)之间，为粘接层或陶瓷层，
或
所述承载结构具有电导体结构，该电导体结构被部署在所述冷却板(9)与所述后侧金属化部(3)之间。
12.根据权利要求11所述的太阳能电池模块，其特征在于：
所述电导体结构具有在所述后侧金属化部一侧的导电粘接和/或焊接层(11)以及在所述冷却板一侧的条形导体结构(10)。
13.根据权利要求1-4中任一项所述的太阳能电池模块，其特征在于：
电池连接器(7)，其作为在两个太阳能电池元件(8a，8b)的前侧分别与在前侧连接的所述两个太阳能电池元件(8a，8b)接触的电接触。
14.根据权利要求13所述的太阳能电池模块，其特征在于：
所述电池连接器(7)被构造为线。
15.根据权利要求13所述的太阳能电池模块，其特征在于：
所述电池连接器(7)使得在所述前侧连接的所述太阳能电池元件中的第一太阳能电池元件的所述第一前侧金属化部(4)与在所述前侧连接的所述太阳能电池元件中的第二太阳能电池元件的所述第二前侧金属化部(6)电连接。
16.根据权利要求13所述的太阳能电池模块，其特征在于：
用作电池连接器(7)的线，该线包含或者包括金、银和/或铝。
17.根据权利要求1-4中任一项所述的太阳能电池模块，其特征在于：
具有相反极性的旁路二极管(13，14，15)并联连接到所述太阳能电池元件中的至少一个太阳能电池元件。
18.根据权利要求17所述的太阳能电池模块，其特征在于：
具有相反极性的旁路二极管(13，14，15)并联连接到每一太阳能电池元件。
19.根据权利要求17所述的太阳能电池模块，其特征在于：
所述太阳能电池元件(8a，8b)中的至少一个太阳能电池元件与所述旁路二极管(14)一起具有所述支撑半导体层(2)的公共部分。
20.根据权利要求17所述的太阳能电池模块，其特征在于：
在所述旁路二极管(14，15)的背向所述承载结构的前侧，所述旁路二极管(14，15)中的至少一个具有第一前侧金属化部(B4)以及与所述第一前侧金属化部(B4)电绝缘的第二前侧金属化部(B6)。
21.根据权利要求20所述的太阳能电池模块，其特征在于：
所述旁路二极管(13，14，15)中的至少一个具有第一掺杂的支撑半导体层(B2)、被部署在所述支撑半导体层的背向所述承载结构的前侧上并且与所述支撑半导体层相邻的层结构(B1)、以及被部署在所述支撑半导体层的与所述层结构(B1)相对的后侧上并且与所述支撑半导体层相邻的后侧金属化部(B3)，所述层结构具有与所述第一掺杂互补的至少一个掺杂。
22.根据权利要求21所述的太阳能电池模块，
其特征在于：
对于所述至少一个旁路二极管(14，15)，所述第一前侧金属化部(B4)与所述层结构(B1)电接触，并且与所述第一前侧金属化部(B4)以及所述层结构(B1)电绝缘的所述第二前侧金属化部(B6)被部署在所述支撑半导体层(B2)的前侧，与所述支撑半导体层(B2)相邻。
23.根据权利要求20所述的太阳能电池模块，其特征在于：
所述太阳能电池元件中的至少一个在所述支撑半导体层(2)的背向所述承载结构并且与所述半导体层相邻的前侧上具有金属前侧接触部(S6)，其与该太阳能电池元件的所述前侧金属化部(4，6)以及所述层结构(1)电绝缘，并且经由电池连接器(SB7)与旁路二极管(15)的所述第一前侧金属化部(B4)电连接。
24.根据权利要求17所述的太阳能电池模块，其特征在于：
所述太阳能电池元件(8)与所述旁路二极管(13，14，15)的电连接仅被构造在背向所述承载结构的前侧。
25.根据权利要求24所述的太阳能电池模块，其特征在于：
所述电连接经由电池连接器(7，SB7)构造。
26.根据权利要求1-4中任一项所述的太阳能电池模块，其特征在于：
所述太阳能电池元件的所述支撑半导体层具有小于200μm的厚度。
27.根据权利要求1-4中任一项所述的太阳能电池模块，其特征在于：
锗层、砷化镓层或硅层作为所述太阳能电池元件的支撑半导体层(2)。
28.根据权利要求1-4中任一项所述的太阳能电池模块，其特征在于：
p掺杂锗层作为所述太阳能电池元件的支撑半导体层(2)。
29.根据权利要求1-4中任一项所述的太阳能电池模块，其特征在于：
具有所述太阳能电池元件的所述支撑半导体层(2)和所述层结构(1)的半导体结构是单晶的，并且具有不同带隙的至少两个光电有源pn结。
30.根据权利要求1-4中任一项所述的太阳能电池模块，其特征在于：
所述太阳能电池元件的所述第一前侧金属化部(4)和/或所述第二前侧金属化部(6)具有合金金属层结构，和/或所述太阳能电池元件的所述第一前侧金属化部(4)和/或所述第二前侧金属化部(6)以连续层结构的形式或多个不连续岛的形式构造。
31.根据权利要求5所述的太阳能电池模块，其特征在于：
在所述层平面中观看时，所述太阳能电池元件的所述第二前侧金属化部(6)的表面面积部分与所述层结构(1)的表面面积部分的比率小于0.1。
32.根据权利要求31所述的太阳能电池模块，其特征在于：
所述比率小于0.05。
33.根据权利要求32所述的太阳能电池模块，其特征在于：
所述比率小于0.01。
34.根据权利要求33所述的太阳能电池模块，其特征在于：
所述比率小于0.005。
35.根据权利要求34所述的太阳能电池模块，其特征在于：
所述比率小于0.002。
36.根据权利要求1-4中任一项所述的太阳能电池模块，其特征在于：
所述太阳能电池元件的所述第二前侧金属化部(6)具有恰好一个连续的金属化表面，或者所述太阳能电池元件的所述第二前侧金属化部(6)具有彼此间隔开部署的至少两个连续金属化表面(6a，6b)。
37.根据权利要求1-4中任一项所述的太阳能电池模块，其特征在于：
所述第一掺杂是p掺杂或n掺杂。
38.根据权利要求1-4中任一项所述的太阳能电池模块，其特征在于：
太阳能电池元件的至少两个串联连接的并联连接，太阳能电池元件的这些串联连接中的每一个具有根据前述太阳能电池模块权利要求之一所述的在所述前侧连接的至少两个串联连接的太阳能电池元件。
39.根据权利要求38所述的太阳能电池模块，其特征在于：
一个串联连接中的每一太阳能电池元件与至少另一串联连接中的太阳能电池元件并联。
40.根据权利要求1-4中任一项所述的太阳能电池模块，
其特征在于：
在层平面中观看时，所述太阳能电池元件中的至少两个具有不同的总表面面积和/或其层结构(1)的表面面积不同。
41.根据权利要求1-4中任一项所述的太阳能电池模块，其特征在于：
部署在所述太阳能电池元件的、与所述承载结构相对的前侧的封装。
42.根据权利要求41所述的太阳能电池模块，其特征在于：
所述封装为具有被施加的透明填充化合物的透明板。
43.根据权利要求42所述的太阳能电池模块，其特征在于：
所述填充化合物为硅和/或所述透明板为玻璃板。
44.一种用于制造太阳能电池模块的方法，
分别具有后侧金属化部(3a，3b)的至少两个太阳能电池元件被部署在承载结构(9，
10，11)上并且串联连接，串联连接的太阳能电池元件中的至少两个太阳能电池元件(8a，
8b)的电接触仅被构造在这些太阳能电池元件的与所述承载结构相对的前侧，并且所述太阳能电池元件中的至少一个具有：支撑半导体层(2)，具有恰好一个第一掺杂；层结构(1)，部署在所述支撑半导体层(2)的前侧，与所述支撑半导体层相邻，并且具有与所述第一掺杂互补的至少一个掺杂；后侧金属化部(3)，部署在所述支撑半导体层(2)的与所述层结构(1)相对的后侧，与所述支撑半导体层相邻；以及第一前侧金属化部(4)和第二前侧金属化部(6)，所述第一前侧金属化部(4)与所述层结构(1)电接触，所述第二前侧金属化部(6)被部署成与所述第一前侧金属化部和所述层结构(1)间隔开，位于所述支撑半导体层的前侧且与所述支撑半导体层相邻，使得在所述第二前侧金属化部(6)与所述后侧金属化部(3)之间，仅仅安装所述支撑半导体层(2)作为电接触，太阳能电池元件(8)的所有各个元件(1，3，4，6)被分别重复构造在支撑半导体层(2)上，
之后，支撑半导体层(2)连同背向所述前侧的重复构造的各个元件(1，3，4，6)一起被粘接和/或焊接(11)在承载结构(9，10)上，
之后，分离施加在所述承载结构(9，10)上的支撑半导体层(2)以得到多个太阳能电池元件(8)，
最后，所述各个太阳能电池元件(8)彼此电连接。
45.一种用于制造太阳能电池模块的方法，
分别具有后侧金属化部(3a，3b)的至少两个太阳能电池元件被部署在承载结构(9，
10，11)上并且串联连接，串联连接的太阳能电池元件中的至少两个太阳能电池元件(8a，
8b)的电接触仅被构造在这些太阳能电池元件的与所述承载结构相对的前侧，并且所述太阳能电池元件中的至少一个具有：支撑半导体层(2)，其形成电接触，具有恰好一个第一掺杂；层结构(1)，部署在所述支撑半导体层(2)的前侧，与所述支撑半导体层相邻，并且具有与所述第一掺杂互补的至少一个掺杂；后侧金属化部(3)，部署在所述支撑半导体层(2)的与所述层结构(1)相对的后侧，与所述支撑半导体层相邻；以及第一前侧金属化部(4)和第二前侧金属化部(6)，所述第一前侧金属化部(4)与所述层结构(1)电接触，所述第二前侧金属化部(6)被部署成与所述第一前侧金属化部和所述层结构(1)间隔开，位于所述支撑半导体层的前侧且与所述支撑半导体层相邻，使得在所述第二前侧金属化部(6)与所述后侧金属化部(3)之间，仅仅安装所述支撑半导体层(2)作为电接触，
太阳能电池元件(8)的所有各个元件(1，3，4，6)被分别重复构造在支撑半导体层(2)上，
之后，仍待分离的至少两个不同的太阳能电池元件(8)的所述前侧金属化部(4，6)经由电池连接器(7)电连接，
之后，在所述太阳能电池元件的与所述承载结构相对的前侧施加透明填充化合物，之后，在所述填充化合物上，在所述填充化合物的背向所述支撑半导体层的一侧施加透明板，
之后，分离施加在所述承载结构(9，10)上的支撑半导体层(2)以得到多个太阳能电池元件(8)，在仍待分离的太阳能电池元件(8)之间，从背向所述板的一侧开始引入间隙，至少直到所述填充化合物，以及
最后，所述支撑半导体层(2)连同分离的太阳能电池元件(8)一起在所述支撑半导体层(2)的背向所述前侧的一侧上被粘接和/或焊接在承载结构(9，10)。
46.根据权利要求45所述的方法，其特征在于：
所述透明板为玻璃板。
47.根据权利要求44或45所述的方法，
其特征在于：
借助于锯子，通过湿法化学蚀刻或干法化学蚀刻和/或通过激光切割来实现所述分离。
48.根据权利要求47所述的方法，其特征在于：
所述锯子为芯片锯。
49.根据权利要求1-43之一所述的太阳能电池模块在聚光器装置中的用途。

说明书全文

前侧串联 太阳能模块

技术领域

[0001] 本发明涉及一种适于前侧串联在太阳能电池模块中的太阳能电池元件，并且还涉及相应的太阳能电池模块。此外，本发明涉及相应太阳能电池元件和太阳能电池模块的制造方法，并且还涉及相应太阳能电池元件及模块在聚光器(concentrator)设备中的用途。 [0002] 本发明首先应用于高聚光光电系统(聚光器装置)领域。在这里，凹面镜将高强度阳光聚集到相对小的模块表面。对于光强度相对于正常阳光上升百倍的情况，这里描述为100日光的聚光比。这样，可以由相对廉价的镜表面来替换昂贵的太阳能电池表面。在聚光比为几个100日光的情况下，以III-V 半导体和锗制成的太阳能电池的用途也变得有吸引力，例如还通常用于太空旅行应用中。然而，这种类型的高聚光比产生非常高的电流密度。在1000日光的情况下，每平方厘米的具有三个pn结的高效III-V太阳能电池(三电池)典型地产生14A的电流。为了将电池的串联电阻的损耗保持较低，必须使用宽度十分小(在几毫米范围内)的电池。

背景技术

[0003] 太阳能电池的串联(各个太阳能电池随后也被称为太阳能电池元件，连接在一起的多个太阳能电池元件于是有可能连同其相关的承载结构一起构成一个太阳能电池模块)在现有技术中是已知的：通常，通过从太阳能电池的前侧向各自串联的下一电池的后侧引出的有角度的电池连接器5来形成太阳能电池的已知的串联连接(图1a)。这些连接器5将一个电池的前侧金属化部4连接到下一电池的后侧金属化部3。这样，形成任何长度的一行太阳能电池的串联连接。这种连接的不利之处在于，有角度的电池连接器5占据相对较大空间。因此，不可实现密集封装的聚光器模块所需的明显小于1mm的芯片间隔或太阳能电池元件间隔：因为落入太阳能电池芯片之间或太阳能电池元件之间的中间空间内的光是损失掉的，并未得以使用，所以需要密集封装的聚光器模块，或者需要用于形成尽可能密集封装的模块的电池连接方式。

[0004] 通过电池后侧的电池连接器5，根据图1中的现有技术的实现方式还使得太阳能电池与冷却表面9热耦合变得困难，所述冷却表面例如为陶瓷衬底或冷却体。图1b示出根据现有技术的用于接触的另外可能方式。这里，使用具有金属化表面10的非导电衬底9(例如陶瓷)。太阳能电池安装在这些表面上。通过电池连接器5，实现从每一电池到各自下一金属表面的接触。由于这里在电池上不需要后侧结构，因此，例如借助于薄的焊接或导电粘接层，可以实现非常好的热耦合。然而，在各电池旁还需要另外的相对宽的条带以便接触。因为表面损耗相对高，所以以此方式照样不可实现十分高效的模块。

[0005] 发明内容

[0006] 因此，本发明的目的在于实现太阳能电池元件和太阳能电池模块，所述太阳能电池元件和太阳能电池模块被构造或配置成使得通过它们，各个太阳能电池元件之间的中间空间中的光损耗可以最小，从而通过它们可以实现高效的、高聚光的光电系统或聚光器装置。

[0007] 该目的通过根据本发明的太阳能电池元件、根据本发明的太阳能电池模块以及根据本发明的制造方法来实现。在本发明的各个优选实施例中可以得到根据本发明的太阳能电池元件和太阳能模块以及根据本发明的制造方法的有利扩展。

[0008] 随后参照各个实施例来描述本发明。然而，以特定组合的方式举例给出的如实施例中所示的根据本发明的各个特征不仅可以以所示组合的方式出现，而且还可以在本发明范围内被配置或结合在一起以及以任何其它组合方式使用。

[0009] 本发明基于采取仅在前侧的或者在各个太阳能电池元件的前侧的、各个太阳能电池元件的串联连接。可以在前侧或后侧实现多个串联太阳能电池链的并联。为此，各个太阳能电池元件如随后更详细描述的那样被适当配置或构造。因为这种构造，各个太阳能电池元件可以仅在前侧利用适当配置的电池连接器而连接在一起，以形成串联或并联连接。 [0010] 相对于现有技术中已知的太阳能电池元件或太阳能电池模块，根据本发明的太阳能电池元件或模块将平坦金属后侧(其便于组装)的优点与连接密集封装的太阳能电池以形成太阳能电池模块的可能性相结合。如随后更详细示出的那样，根据本发明可以在太阳能电池模块中以极小的间距形成各个太阳能电池元件。附图说明

[0011] 现参照一系列实施例来描述本发明。在各个实施例中，太阳能电池元件或太阳能电池模块的相同或相应的构造元件或部件具有相同的标号。因此，它们各自的描述仅参照各实施例(当其首先出现时)进行，且不重复。

[0012] 在实施例的附图中使用以下标号：

[0013] 1，1a，1c：可变掺杂的电有源半导体层

[0014] 2：支撑半导体层(也称为半导体衬底层或衬底层)，正好具有一种类型的掺杂(n型或p型)或晶片

[0015] 3：太阳能电池的后侧金属化部或旁路二极管

[0016] 4：太阳能电池的前侧金属化部

[0017] 4a：13的前侧金属化部

[0018] 4b：14的前侧金属化部

[0019] 4c：15的前侧金属化部

[0020] 5：有角度的电池连接器，用于接触根据现有技术的电池前侧和后侧 [0021] 6，6a，6b，太阳能电池S6的衬底2上的前侧金属化部：电有源层1或1a、1c的间隙中的元件。

[0022] B6：与6类似，只是具有旁路二极管

[0023] 7，7a，7b：两个太阳能电池元件之间的前侧电池连接器

[0024] B7：两个旁路二极管之间的前侧电池连接器

[0025] SB7：太阳能电池元件与旁路二极管之间的前侧电池连接器

[0026] 8，8a，8b：包括标号1、2、3、4和6以及可能其它元件(例如根据现有技术的绝缘层或抗反射层)的太阳能电池

[0027] 9：冷却表面，例如陶瓷衬底或冷却板或冷却体

[0028] 10：冷却表面9上的金属条带导体结构

[0029] 11：焊接层或导热粘接层

[0030] 12：在陶瓷衬底9上施加的金属总线

[0031] 13：各个旁路二极管，13a：具有与13极性相反的各个旁路二极管 [0032] 14：放置在具有太阳能电池8的公共支撑半导体层2上的旁路二极管 [0033] 15：用于前侧接触的旁路二极管

[0034] 16：p掺杂的锗衬底，锗电池的基极

[0035] 17：通过扩散实现n掺杂的锗，锗电池的发射极

[0036] 18：锗与GaAs电池之间的沟道二极管

[0037] 19：MOVPE沉积的、p掺杂的砷化镓(p型GaAs)，GaAs电池和旁路二极管的基极 [0038] 20：MOVPE n型GaAs，GaAs电池和旁路二极管的发射极

[0039] 21：GaAs与GaInP电池之间的沟道二极管

[0040] 22：MOVPE沉积的、p掺杂的镓铟磷(n型GaInP)，GaInp电池的基极 [0041] 23：MOVPE n型GaInP，GaInP电池的发射极

[0042] 24：MOVPE沉积的GaAs，用于低欧姆金属半导体接触的覆盖层

[0043] 25：金属化部的钯(Pd)层

[0044] 26：金属化部的锗(Ge)层

[0045] 27：高导电金属化层，例如电偶金或真空沉积的银

[0046] 28：透明前盘

[0047] 29：透明密封化合物

[0048] 30：用于分离太阳能电池元件的间隙

[0049] 附图中示出：

[0050] 图1为根据现有技术的两个太阳能电池元件的串联连接图；

[0051] 图2为根据本发明的太阳能电池元件的串联连接图；

[0052] 图3示出在承载结构上形成根据图2的串联连接；

[0053] 图4示出在承载结构上形成图2所示装置的另一种可能形式；

[0054] 图5为图2中根据本发明的装置与承载结构以及与旁路二极管的组合示意图； [0055] 图6为用于组合图2中根据本发明的装置的另一方式的示意图，其中包括承载结构及旁路二级管；

[0056] 图7为这种类型的另一可能组合，以与图5和图6相似的形式示出； [0057] 图8示出基于三太阳能电池的根据本发明的太阳能电池元件的优选制造过程和旁路二极管的相应制造过程；

[0058] 图9为根据本发明的太阳能电池模块的优选组装变化图；

[0059] 图10示出在根据图2b配置的实施例的情况下达到的效率，其中，太阳能电池仅在前侧接触。

具体实施方式

[0060] 图2示出根据本发明的两个太阳能电池元件8a、8b，并且还示出这两个太阳能电池元件电串联连接以形成根据本发明的太阳能模块。图2a以三维整体视图的形式示出该情况，图2b在平面A-A上以截面图形式示出根据本发明的太阳能电池元件之一(元件8a)，该截面A-A垂直于所述装置的半导体层平面并且垂直于以下所述的轴，关于该轴，各个太阳能电池元件彼此间隔且相邻地设置(电串联连接的方向)。图2c示出垂直于半导体层平面的根据本发明的装置的俯视图。

[0061] 根据本发明的太阳能电池元件8a、8b中的每一个包括以下部件：支撑半导体层2(在这里，虽然并非完全涉及电无源层，但在下文中，或者也称为晶片、半导体衬底层或简称为衬底层)；部署在半导体衬底层2的一侧并且与半导体衬底层2相邻(在附图中为层2的下侧)的后侧金属化部3；以及部署在上侧(在背向后侧金属化部的一侧)的第一前侧金属化部4、第二前侧金属化部6；以及层结构1。支撑半导体层R包括晶片。在堆叠期间，层2可以形成最下面的太阳能电池的基极。金属化部3可以是平面的，尤其是一整个平面的、非结构化的金属化部(通常，在后续示例中为该情况)，然而，金属化部3也可以涉及不覆盖整个表面的(不连续的)结构化的金属化部。层结构1被部署在衬底层2的上侧与之邻近，使得衬底层2的整个表面并未被层结构1覆盖。因此，衬底层2的上侧(前侧)具有未被层结构覆盖的间隙A。在这个间隙A内，太阳能电池元件的第二前侧金属化部6被部署为与衬底层2直接相邻，并且在衬底层2上与层结构1横向间隔开。因为层结构1与前侧金属化部6在横向间隔开，所以这两个元件1、6彼此电绝缘。在层表面中观看时，前侧金属化部6的表面面积部分与层结构1的表面面积部分的比率小于0.1、优选小于0.05、更优选小于0.01、进一步优选小于0.005、更进一步优选小于0.002。太阳能电池元件的第一前侧金属化部4部署在层结构1上并且与其相邻。在这里，该第一前侧金属化部4被布置成使得层结构1被部分覆盖，但不产生第一前侧金属化部4超出层结构1的横向凸出部分。

[0062] 特别地，如图2c中的俯视图所示，这里通过两个各自分离的元件6a和6b来配置第二前侧金属化部6，所述元件6a和6b彼此间隔地部署在衬底层或晶片2上。所述元件6a和6b被部署在与太阳能电池元件8a、8b的侧表面相邻的端侧，使得相对于元件8a、8b的前侧表面观看时，它们完全被层结构1所环绕(因此，产生层结构1的E形结构，其完全覆盖衬底层2的整个表面，除了衬底层2的表面中被第二前侧金属化部6a、6b以及元件1与
6a、6b之间的两个窄沟道所覆盖的表面部分之外)。在层结构1上，并且在截面中观看时未横向突出层结构1从而同样与第二前侧金属化部6间隔开且电绝缘的情况下，元件8的第一前侧金属化部4在这里以梳子形状施加。

[0063] 第一前侧金属化部4和第二前侧金属化部6是太阳能电池元件的电接触部，其在正常操作中传递太阳能电池模块中电流的主要部分。

[0064] 这这里，第一前侧金属化部4以连续区域的形式(梳子形状)施加，第二前侧金属化部6以彼此分离但自身又各自连续的多个(这里为两个)岛的形式(这里为立方体)施加。然而，类似地，还容易想到可以以多个此类分离的岛的形式来配置第一前侧金属化部，并且以连续层结构的形式来配置第二前侧金属化部6。同样，当然可以以多个不连续岛的形式来分别配置第一前侧金属化部和第二前侧金属化部二者，或者分别以各个连续层结构的形式来配置这两个前侧金属化部。

[0065] 因此，通过太阳能电池元件的衬底层2表面上的层结构1和第二前侧金属化部6(为两个元件6a和6b的形式)的所示布置方式，实现了可以使有源太阳能电池表面的损耗最小化的优点。

[0066] 如图2a、图2b和图2c所示，左边所示的太阳能电池元件8a的第一前侧金属化部4a经由两个导电电池连接器7a和7b连接到右边所示的太阳能电池元件8b的第二前侧金属化部6。电池连接器7a由此将左边太阳能电池的第一前侧金属化部4a连接到右边太阳能电池的第二前侧金属化的元件6a，第二电池连接器7b将元件4a对应地连接到前侧元件
6b。这里，所述两个电池连接器7a、7b被配置为超声焊接的金引线。

[0067] 在与元件1、4和6相对的后侧，太阳能电池元件8a、8b的后侧金属化部3从元件8a、8b的第二前侧金属化部6的区域一直延伸到所述元件的第一前侧金属化部4的区域。
如果元件1、4和6垂直于层平面向后侧金属化部3投影，则该后侧金属化部将完全包围所投影的元件1、4和6。

[0068] 因此，举例说明太阳能电池8a、8b的低欧姆的、仅前侧的串联连接。太阳能电池包括具有第一类型掺杂(p型或n型)的支撑半导体层2以及可变掺杂的层或层结构1，所述层或层结构1具有偏离支撑半导体层2的至少一个掺杂。通常，层2是半导体盘中充当(最低)太阳能电池的基极的部分。层1由(最低)太阳能电池的发射极以及可能还有太阳能电池结和层所形成。层1设有前侧金属化部4，前侧金属化部4相对于半导体层具有低欧姆接触电阻。同样，具有后侧金属化部的层2设置有低接触电阻。此外，在区域A的地方移除电池前侧上的半导体层1。在这些地方，将具有低接触电阻的金属化部6施加在半导体层2上的前侧上。金属化部6和4可以在一个共同的金属化步骤中施加，或者也可以在分离的金属化步骤中施加。分别通过一个电池的前侧金属化部4到下一电池的金属化部6的连接，实现一串太阳能电池的串联连接。图2b示出穿过电池连同电池连接器的横截面。这里，以箭头来表示电流路径(不限于一个极性)。电流从电池连接器7流出，通过金属化部6进入与该金属化部直接相邻的支撑半导体层2。电流以高电流密度流过支撑半导体层2(晶片)，并且到达与晶片2直接相邻并且容易导电的后侧金属化部。在那里，电流分布在电池后侧上。重要的是，晶片层2仅位于金属化部6与后侧金属化部3之间。在半导体层(结构)1中实现真正生成电力，支撑半导体层2能够充当(最低)太阳能电池的“基极”。从而电流在分布在有源太阳能电池表面1的情况下流过一个或多个pn结，直到最终到达前侧金属化部4。电流从那里流过另一电池连接器7到达下一电池。为了便于引用，以标号8来表征包括标号1、2、3、4和6以及其它元件(诸如绝缘层和/或抗反射层)的太阳能电池。在以下附图中，各自仅示出两个太阳能电池。然而，应理解，通过任意数量的太阳能电池的相应串联连接，可以以相同方式实现更大的太阳能电池模块。同样，也可以实现任何数量的太阳能电池或串联的太阳能电池链的并联连接。

[0069] 图3示出另一实施例，其中，图2中根据本发明的太阳能电池装置(太阳能电池元件8a和8b)被部署在承载结构9、10、11上。元件9是具有不导电前侧的冷却板，例如具有陶瓷前部的有源水冷却体或一部分通常被安装在有源冷却体上的陶瓷板。或者，冷却板或包括板和有源冷却体的组合物在以下简称为“热沉”。该承载结构还具有：条形电导体结构10a和10b，其彼此电绝缘并且被部署在冷却板或热沉9的上侧；以及焊接层11a和11b，其分别被部署在条形导体结构10a和10b的上侧(背向热沉的一侧)(或者，这也可以包括由导电且导热的粘接剂制成的层)。太阳能电池元件8a被部署在焊接层11a上，太阳能电池元件8b被部署在焊接层11b上。图3所示的串联连接(太阳能电池位于公共条形导体上)适于多个串联太阳能电池链的成对并联连接。该连接在并联太阳能电池的情况下能够对电流生成进行补偿，因而在非均匀照射情况下实现较低的损耗。

[0070] 所示根据本发明的装置将有助于组装的平坦金属太阳能电池后侧的优点与连接太阳能电池8以形成密集封装形式的模块的可能性相结合。这里，太阳能电池通过导电粘接或焊接层11而被安装在条形导体结构10上，而所述条形导体结构位于冷却表面9上。所述电池彼此之间的连接是通过电池连接器7a在前侧实现的。图中左边的第一电池的后侧经由条形导体结构10的条形导体直接接触，并且形成所述串联连接的一个极。反之，在图中的右边，电池连接器7b将最后的电池的前金属化部连接到条形导体结构10的分离的条形导体10c，所述分离的条形导体10c被部署在冷却器9上、与块10b、11b、8b横向间隔开，并且形成所述串联连接的另一极。如此生成的串联连接可以扩展到任何数量的串联电池。同样，可以并联布置多个此类串联连接的串。

[0071] 图4示出图2中根据本发明的太阳能电池模块在具有冷却结构9的承载结构9、11上的另一根据本发明的布置方式。这里，热沉9同样被配置为具有陶瓷前部的不导电热沉(例如，作为水冷主体的结构支撑部的陶瓷前板，例如由Curamik公司制造)，但是，热沉
9或者也可以被制造为金属热沉。在具有陶瓷前部的热沉的表面上，各个包括粘接剂或包括绝缘体(例如陶瓷)的不导电层11被部署在两个太阳能电池元件8a、8b之下。此外，层
11可以包括电介质，例如聚酰亚胺或SiOx。于是，两个元件8a、8b的后侧金属化部3分别被部署在层部分11a和11b上，这里，所述层部分11a和11b被分立配置并且彼此间隔开。
在图4中的制造中，省却了条形导体结构10，因此，该条形导体结构10对于太阳能电池的串联连接并不是绝对必需。相反，仅需要横向供电总线12。所述串联连接的功能仍然未受此影响。结合不导电粘接层11或另外的绝缘层，在冷却表面8不导致串联连接短路的情况下，即使金属冷却体也可以用作冷却表面8。当然，为此，总线12无需与热沉电接触。如果如这里那样使用没有条形导体结构10的陶瓷前板9，则可以使用仅导热的粘接剂来用于组装，以避免由于粘接剂溢出而引起短路。

[0072] 在太阳能电池的串联连接中，各个电池的短路电流不同。该情况特别应用在模块被非均匀照射的情况下。聚光器系统的焦点中的光分布从来不是完全均匀的。现在，如果这样的太阳能模块在短路情况下操作，则通常将提供限制整个模块的电流的太阳能电池。在该太阳能电池处，由其它太阳能电池在该模块中生成的高电压在阻滞方向上逐渐变小。在足够高的阻滞电压的情况下，该电池受损坏，并且另一电池变为电流限制。为此，需要通过与电池并联但具有相反极性的旁路二极管来保护太阳能电池。随后解释根据本发明如何可以通过旁路二极管保护太阳能电池。

[0073] 图5示出本发明另一实施例，其中，两个串联连接的太阳能电池元件8a、8b分别具有旁路二极管(例如肖特基(Schottky)二极管)，其并联到相应的太阳能电池元件但具有相反的极性。这里，承载结构9、10、11如图3所示示例中那样配置。然而，这里的条形导体结构10具有更大的基极表面，从而在横向上，与每一太阳能电池元件关联的分离的旁路二极管13可以挨着该太阳能电池元件被分别放置在条形导体结构上。在图5a中，示出如何将旁路二极管13连同太阳能电池元件8一起放置在导体结构10的条形导体上。通过太阳能电池元件的后侧金属化部3借助于导体结构10实现的到相应配置的相关旁路二极管13的后侧金属化部的电连接，可以通过太阳能电池元件借助于电池连接器7实现的串联连接，以及通过分离的旁路二极管13a、13b借助于类似配置的电池连接器B7实现的相应串联连接，来串联连接太阳能电池，并且将具有相反极性的旁路二极管与各太阳能电池并联连接(见图5b中的电路图)。

[0074] 图6示出使用旁路二极管13a、14的根据本发明的实施例的另一实现方式，这里，承载结构9、10、11再次如图4所示示例中那样配置。这里，旁路二极管14被制造成使得太阳能电池元件的衬底层2被制成具有放大的基极面积并且太阳能电池元件的电有源层结构1的部分1a在前侧上分离(在沟道G中，衬底层2的前侧上的层结构1被去除；结果得到两个分离区域的结构：旁路二极管区域14和太阳能电池元件区域8)。在衬底层2的后侧，对于这两个区域8和14，于是配置公共的后侧金属化部3。旁路二极管元件14和太阳能电池元件8的电连接原理上如图5所示那样实现(见图6b)。

[0075] 在旁路二极管区域14中，旁路二极管的第一前侧金属化部B4被部署在衬底层2的前侧上、在部署在衬底层2上的电有源层的分离区域1a上。设置有旁路二极管的第二前侧金属化部B6，其与元件1a和B4电分离，其在横向上同样在旁路二极管区域14中。邻近的旁路二极管的连接完全类似于邻近的太阳能电池元件的连接：旁路二极管14的第二前侧金属化部B6通过电池连接器B7连接到邻近的旁路二极管的第一前侧金属化部B4。 [0076] 因此，图6a得以按图4的实施例来构造，其中，在太阳能电池之下未设置导体结构10。这里，旁路二极管14和太阳能电池8在公共芯片上组合。为此，电有源层1的一部分被分离并且在这里被称为1a。如果电有源层1包括多个二极管结，则可以从1a移除一个或多个二极管结而不限制作为旁路二极管14的效果。金属化部B4和B6被施加在旁路二极管上用于接触。在太阳能电池类似于图3的情况下实现了接触。类似地，旁路二极管14得以连接，但具有相反的极性。如果考虑图6b的等效电路图，则将注意到，在图左边的旁路二极管14仍然未使用，而图中右边的太阳能电池8未受到旁路二极管14保护。因此，需要另外的单独旁路二极管13a，其与右边的电池并联连接。

[0077] 图7示出根据本发明的具有旁路二极管15的太阳能电池元件8的连接的另一实施例。这里，旁路二极管15被配置为分离的旁路二极管，即，太阳能电池元件8和旁路二极管15没有公共结构(例如衬底层2或后侧金属化部3)。

[0078] 这里，承载结构9、11与图4类似配置，然而，在这里，各个不导电粘接层或绝缘层11对应地被部署在两个旁路二极管的后侧金属化部3和与之分离部署的两个太阳能电池元件的后侧金属化部3之间。

[0079] 现在，可以如下实现与先前所述类似的太阳能电池元件和旁路二极管的电连接(图7a在这里示出，甚至在太阳能电池元件8之下没有导体结构10的情况下，也可以有到旁路二极管15的这种连接)：为此，分离的旁路二极管15必须适合于前侧连接，与太阳能电池8类似。因此，在这里，它们包括掺杂的支撑半导体层B2；掺杂B1，与其前侧上部署的层相对，并且仅覆盖半导体衬底B2的一部分。在未覆盖的表面上，金属化部B6被施加作为支撑半导体层B2上的接触，与层B1电绝缘。金属接触部B4还被施加在掺杂层B1上。分离的旁路二极管15的后侧金属化部B3的配置与太阳能电池元件8的情况类似。为了产生上述电连接，太阳能电池元件8具有另外的横向表面，在该横向表面上，半导体衬底2未设有层结构1。在该表面上，于是在衬底层2上的前侧上施加另外的金属接触部S6，与层结构1电绝缘并且与层结构1横向间隔开。每一太阳能电池元件8的这种电接触部S6经由与前侧上的电池连接器7、B7类似配置的电池连接器SB7连接到相关旁路二极管的金属接触部B4。如图6所示，旁路二极管的金属接触部B4于是通过电池连接器B7又在前侧上连接到邻近的旁路二极管的金属接触部B6。如图7可见，旁路二极管和太阳能电池因此分别是串联的。此外，通过电池连接器SB7生成太阳能电池上的表面S6与旁路二极管上的B4之间的并联接触。从图7b中的等效电路图可见，每一太阳能电池以此方式得到具有相反极性的并联旁路二极管的保护。

[0080] 图8示出根据本发明的基于三太阳能电池的太阳能电池元件的优选实施例。在这里，图8a示出三维整体图，图8b示出在太阳能电池区域8处穿过具有集成旁路二极管的太阳能电池元件的截面，图8c对应地示出在旁路二极管区域14处的截面(与截面平面垂直的截面)。

[0081] 典型地，具有150μm厚度的p掺杂锗半导体盘16(锗晶片)充当支撑半导体层16(对应于衬底层2)。为了使金属化层6或B6与后侧金属化部3之间的直通接触17 3
(through-contacting)尽可能为低欧姆，应该选取尽可能高的掺杂(＞10 /cm)，以及尽可能小的锗厚度。通过金属有机气相外延法MOVPE或分子束外延法MBE，现在沉积层结构。
最低沉积层包含掺杂物，该掺杂物通过扩散使得生成锗太阳能电池的pn结而产生n掺杂锗层17。随后，沉积沟道二极管结构18，之后是p掺杂GaAs层19和n掺杂GaAs层20，它们形成GaAs太阳能电池。在另一沟道二极管21之后，沉积GaInP太阳能电池，其包括p掺杂基极22和n掺杂发射极23。GaAs覆盖层24允许随后构造覆盖层24与金属化部4之间的低欧姆半导体接触。实际的MOVPE生长的层结构还包含用于改进太阳能电池的效率的其它功能层(例如钝化层)，这在这里对于理解是并不重要。

[0082] 接下来是用于形成太阳能电池的晶片16-24的处理。为此，通过光刻和蚀刻在特定处移除层17-24或21-24。在另一光刻步骤中，沉积金属化结构，所述金属化结构包括至少一个钯层25、位于其上的锗层26以及导电层27(通常是银或电镀的金)。钯-锗层序列具有在n掺杂GaAs层20和24以及在p掺杂锗衬底16二者上形成具有十分低的接触电阻的欧姆接触的特定特性。当在保护性气体之下加热半导体盘时(接触的合金化)，这通过固相中受控的化学反应来进行。

[0083] 这样，在p-锗衬底上形成太阳能电池的前接触部4、旁路二极管的前接触部B4以及还有接触部6和B6。对于通过锗衬底16的低欧姆接触，在后侧3上需要另一低欧姆接触。其可以包括例如合金化的铝。在太阳能电池制造期间的其它工艺步骤(例如台面蚀刻或通过抗反射层的连续蒸镀涂覆来移除覆盖层24)对于本领域技术人员是已知的，并且这里不进行更详细的解释。

[0084] 典型地，聚光器太阳能电池模块制造按以下顺序实现：

[0085] -加工半导体盘以形成太阳能电池，大量较小的电池最终被定位在每一半导体盘上

[0086] -将半导体盘划分为各个电池或太阳能电池元件

[0087] -将电池组装在冷却表面9上

[0088] -串联连接太阳能电池。

[0089] 但是，当使用根据本发明的连接方法时，改变该工艺顺序可以是有利的。 [0090] -加工半导体盘以形成太阳能电池(在衬底2上多次形成元件1、3、4、6，从而在随后的分离之后形成多个太阳能电池元件8)。

[0091] -任选的：将半导体盘划分为片，再次，大量电池被定位在每一片上。 [0092] -通过焊接或粘接工艺，将整个半导体盘或半导体片组装在冷却表面9上。 [0093] -将半导体盘或半导体片分为各个太阳能电池。

[0094] -将所述太阳能电池串联连接。

[0095] 例如，可以用芯片锯来分离冷却表面上的半导体。非常精细的、包含金刚石的锯片允许切割50μm宽度或更小。因此，可以通过太阳能电池芯片8的非常小的间隔来实现根据图3和图4的装置。或者，例如，可以使用激光切割。

[0096] 对于外部用途，尤其是在凹面镜中，必须将模块封装。为此，有可能以硅来安装前玻璃板。首先，硅的导热性非常低，从而具有限制，并且需要非常薄的硅层。在1000日光的情况下，层厚最多可以是例如0.3mm，从而避免硅过热。

[0097] 由此需要注意的是，电池连接器7的高度通常是至少0.25mm。因此，需要十分精确地控制硅的层厚。水冷却器很少具有为此所需的低容限。为此，可以进行以下组装顺序。 [0098] 根据图9a)，首先，为相当大的半导体表面设置有电池连接器7，该半导体表面包括多个太阳能电池或具有多个太阳能电池的整个太阳能电池晶片。随后，前盘28施加有填充化合物29。在这里，可以使用真空工艺以避免气泡。由于太阳能电池晶片和前玻璃片的厚度变化很小，因此保持硅层28的精确确定的厚度并不是问题。在固化填充化合物29之后，设置间隙30，该间隙通过后侧金属化部3和半导体材料2。这样，制造出串联连接的前侧封装模块。必须实现后侧金属化部3与冷却板的耦合，从而排除串联连接的太阳能电池的短路。

[0099] 用于制作间隙的十分精确的方法是使用芯片锯，通过该芯片锯，可以实现小至30μm的间隙宽度。其它可能方法有干法化学蚀刻或湿法化学蚀刻或这些方法的组合。 [0100] 本发明因此描述了具有安装在前侧的后接触部的太阳能元件或太阳能电池模块。
具体地说，所述接触的不同之处在于：仅由优选是恰好为一种类型的掺杂的支撑半导体层
2将至少一个前侧金属接触表面6与平坦的后侧接触表面3分离。对于高电流密度重要的是后侧金属化部3的良好的横向导电性，以及电流穿过半导体层2期间的低电阻。可以通过通常由Al或Ag制成的高导电金属层(该层的典型厚度近似为2μm至3μm)来实现这样的良好横向导电性。

[0101] 以下特征(其可以单独实现，或者也可以在有利变型中以任何组合方式来实现)尤其是在本发明中在技术上是重要的：

[0102] -前侧的钯-锗接触结构(实际的接触具有明显更多的层)以及在后侧的铝接触。 [0103] -每个太阳能电池使用多个或正好一个金属化表面6。

[0104] -通过锯或激光切割而在组装之后分离太阳能电池芯片。因此可以实现异常高的封装密度。尤其是还通过随后的分离和串联连接来组装(近乎)完整的太阳能电池晶片。

[0105] -冷却板9可以是有源水冷却体的结构支撑部分。例如，由Curamik公司制造的水冷却体，其在两个陶瓷板之间包括微沟道结构。在这里，前陶瓷板同时用于加强热沉并充当导体结构的基板。

[0106] -金属层6通过具有小于10-2Ωcm2、优选小于10-3Ωcm2、更优选小于5*10-4Ωcm2的表面特定电阻(surface-specific resistance)的半导体层2与金属层3接触。在实验中-4 2实现近似1*10 Ωcm。在这里，表面特定电阻由以下确定：

[0107] a)半导体衬底层2的前侧和后侧的金属半导体接触电阻。

[0107]授权

[0108] c)接触部3与6之间的层2的厚度。

[0109] 层2的厚度和掺杂在这里是可变的。还可以想到深度蚀刻半导体层2以局部减少金属化部3与6之间的间距，从而实现这样的表面特定电阻，但这在技术上是复杂的。 [0110] -至少包含金和锗的可替换的前侧接触部(4，6)。(共晶金-锗是最熟知的n型GaAs上的接触部)。

[0111] -对于至少100kW/m2的光强度而设计的根据本发明实施例的太阳能电池。 [0112] -电池表面(电池宽度)可以在模块内变化，以补偿太阳能模块的非均匀照射。 [0113] -通过在球形-楔形或楔形-楔形工艺中金、铝或银线的超声焊接(热声键合)，或者通过电焊接或热焊接，实现施加电池连接器。

[0114] 本发明还适合旨在未会聚的阳光下操作的太阳能电池。具体地说，在空间中使用的太阳能电池模块的根据图6和图8的实施例是令人感兴趣的。在这里，必须被配置用于接触部6和B6的表面比例处于千分之一范围内。此外，当用作聚光器模块时，仅在前侧上实现太阳能电池和旁路二极管的连接，这也可以明显简化模块制造。

[0115] 图10示出根据图2b的变型在非校准测量中所达到的效率。可以通过近似20×6mm2的电池表面来实现585日光下的31.3％的效率。在这里，在32个前侧金属表面6和32个薄引线键合上实现后接触部的接触。对于在空间中的用途，使用三外延结构。该处理与III-V空间太阳能电池的处理广泛对应。

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