Parallelschaltung von Busbarregion und der restlichen Zelle 64

In letzten Abschnitt wurde festgestellt, dass sich die Parameter des Zwei-Dioden-Modells in der Busbarregion von denen im Bereich der restlichen Zelle unter-scheiden. In diesem Abschnitt wird untersucht, welche Auswirkungen auf die Kennlinien davon zu erwarten sind. Dabei wurde angenommen, dass sich eine MWT-Solarzelle als Parallelschaltung der Busbarregion und der restlichen, kon-ventionell aufgebauten Zelle beschreiben l¨asst (siehe Abbildung 4.4).

In Abbildung 4.5 ist die berechnete I-V-Kennlinie einer MWT-Zelle aus 3 Ωcm Cz-Si dargestellt. Zum Vergleich wurde die Kennlinie einer konventionellen So-larzelle aus gleichem Material simuliert und in den Graphen eingetragen. Dabei

4.1. ELEKTRISCHE EIGENSCHAFTEN VON MWT-ZELLEN 65

Abbildung 4.4: Ersatzschaltbild der Parallelschaltung der Busbarregion mit den rest-lichen, konventionell aufgebauten Teilen der Zelle.

Abbildung 4.5: Berechnete Hellkennlinien einer 12.5×12.5 cm² MWT-Zelle aus 3 Ωcm Cz-Si. Zum Vergleich die Hellkennlinie einer konventionellen Zelle aus dem selben Silizium.

Abbildung 4.6: Berechnete Hellkennlinien von 12.5×12.5 cm² Cz-Si MWT-Zellen.

Zur Berechnung wurde die in Abbildung 4.4 dargestellte Parallelschaltung verwendet.

wurden f¨ur die konventionelle Zelle dieselben Parameter wie f¨ur die MWT-Zelle außerhalb der Busbarregion angenommen (siehe Tabelle 4.1).

F¨ur kleinere Spannungen (V < 0.2 V) weichen die beiden Kennlinien nur wenig voneinander ab. Hier resultiert die Abweichung daraus, dass der Parallelwider-stand in der Busbarregion der MWT-Zelle etwas geringer angenommen wurde als im konventionell aufgebauten Teil der Zelle.

F¨ur Spannungen zwischen 0.2V und 0.5V ergeben sich f¨ur die beiden Zellkonzep-te Kennlinien, deren Verlauf wesentlich voneinander abweicht. Hier ist die Kenn-linie der MWT-Zelle deutlich nach oben verschoben. Die berechnete Abweichung der Kennlinie zwischen 0.2 und 0.5 V resultiert sowohl aus dem erh¨ohten J₀₂, als auch aus dem ¨uber die Zellfl¨ache stark variierenden Serienwiderstand der MWT-Zelle.

Der Einfluss des Serienwiderstands in der Busbarregion einer MWT-Solarzelle auf deren Kennlinie ist in Abbildung 4.6 dargestellt. Gleichung 4.1 beschreibt den linearen Zusammenhang des Serienwiderstands in der Busbarregion mit dem im Graphen angegebenen spezifischen Widerstand der Basis. Bei der Berechnung wurde der Einfluss der Basisdotierung, also dem spezifischen Widerstand der Ba-sis, auf die S¨attigungsstromdichten der ersten und zweiten Diode vernachl¨assigt, um ausschließlich den Einfluss des Serienwiderstands darstellen zu k¨onnen.

Die vom spezifischen Widerstand der Basis abh¨angige Verformung der Kennlinie wirkt sich sehr stark auf den F¨ullfaktor aus. Wird bei einer MWT-Zelle 6 Ωcm Substrat anstatt von 1 Ωcm verwendet, so verschlechtert sich der F¨ullfaktor um 2.7 % absolut. Bei einer konventionellen Zelle wirkt sich diese Ver¨anderung der Basisleitf¨ahigkeit wesentlich schw¨acher aus. Hier wird der F¨ullfaktor bei gleicher Ver¨anderung des Basiswiderstands lediglich um 0.7 % absolut reduziert.

4.2. EXPERIMENTELLE ¨UBERPR ¨UFUNG DES MODELLS 67 Insbesondere der Verlauf der Kennlinien f¨ur 3 und 6 Ωcm kann nicht mit dem einfachen Zwei-Dioden-Modell erkl¨art werden. Versucht man dennoch, die Para-meter des Modells so anzupassen, dass sie den Verlauf der Kennlinien beschreiben, so ergeben sich Diodenqualit¨atsfaktoren der zweiten Diode vonn₂ >2 zusammen mit sehr hohen S¨attigungsstromdichtenJ₀₂>10⁻⁷A/cm². Dies w¨urde als Grund f¨ur den Verlauf der Kennlinie Rekombination in der Raumladungszone implizie-ren, was aber nicht physikalische Ursache des Kennlinienverlaufs ist.

4.2 Experimentelle ¨ Uberpr¨ ufung des Modells

Zur ¨Uberpr¨ufung des Modells wurden MWT- Solarzellen aus Cz-Si (semi-square, 12.5×12.5 cm²) mit verschiedener Basisdotierung hergestellt. Die Zellgeometrie entspricht der in der Simulation verwendeten mit zwei Busbars, die sich ¨uber die gesamte Zelll¨ange erstrecken.

Bei hochohmigem Material sollten im Vergleich zu niederohmigem die Kennlinien im Bereich der zweiten Diode wegen des sehr hohen Serienwiderstands in der Busbarregion nach oben verschoben sein. Um diesen Effekt deutlich zu machen m¨ussen folgende Voraussetzungen erf¨ullt sein:

1. Der Parallelwiderstand der Zellen muss f¨ur alle Basisdotierungen gleich gut sein.

2. Die gesamte Zellfl¨ache muss sehr gut kontaktiert sein.

Unterschiedliche Parallelwiderst¨ande der MWT-Zellen w¨urden die Kennlinien schwer vergleichbar machen. Parallelwiderst¨ande entstehen oft im Bereich der Busbars durch ein ¨Uberfeuern der f¨ur die Busbars verwendeten Silberpaste (siehe Abschnitt 3.3). Dabei neigen h¨oher dotierte Substrate (ca. 1 Ωcm) dazu, nied-rigere Parallelwiderst¨ande zu bilden als weniger stark dotierte (mit ca. 6 Ωcm).

Falls die Busbarpaste ¨uberfeuert wird, sind die Kennlinien der MWT-Zellen mit verschiedener Basisdotierung also nur schlecht miteinander vergleichbar. F¨ur den Vergleich von MWT-Zellen mit unterschiedlicher Basisdotierung ist es also unbe-dingt notwendig, ein ¨Uberfeuern der Paste und die damit verbundene Bildung von Kurzschl¨ussen zu vermeiden. Deshalb wurde ein selektives Emitterdesign f¨ur die MWT-Zellen gew¨ahlt. Der Herstellungsprozess verl¨auft ¨ahnlich dem von strom-los metallisierten Solarzellen (siehe Kapitel 6), wobei jedoch die Metallisierung mittels Siebdruck erfolgt. Bei diesem Prozess wird sowohl die Silberpaste, die f¨ur die Finger verwendet wird, als auch die Busbarpaste direkt auf Silizium (ohne SiN_x-Zwischenschicht) gedruckt. Deshalb kann die selbe Paste f¨ur Finger und Busbars verwendet werden. Da dann exakt die selben Feuerbedingungen f¨ur die Silberpaste auf Vorder- und R¨uckseite vorliegen, kann die Bildung von Parallel-widerst¨anden sehr zuverl¨assig vermieden werden.

Abbildung 4.7: UmJsc verschobene Hellkennlinien von MWT-Zellen mit verschiede-ner Basisdotierung. Die Kennlinien zeigen qualitativ das selbe Verhalten wie die Kenn-linien, die mit dem Modell berechnet wurden, dem eine Parallelschaltung der Busbar-region und der ¨ubrigen MWT-Zelle zugrunde liegt (siehe Abbildung 4.4).

Die zweite Bedingung muss erf¨ullt sein, um sicherzustellen, dass außer der Bus-barregion keine weiteren Zellbereiche mit hohem Serienwiderstand existieren.

Schlecht kontaktierte Zellregionen k¨onnen auf unterschiedliche Weise entstehen.

Beispielsweise k¨onnen Fingerunterbrechungen und schlecht metallisierte L¨ocher den Serienwiderstand in Teilen der Zelle erh¨ohen. Um Unterbrechungen zu ver-meiden, wurden die Kontaktfinger doppelt gedruckt. Eine gute Metallisierung der L¨ocher wurde gew¨ahrleistet, indem der Unterdruck w¨ahrend des Druckvor-gangs im Bereich der L¨ocher sorgsam eingestellt wurde³. Eine weitere Quelle von lokal stark variierenden Serienwiderst¨anden kann speziell beim selektiven Emit-terdesign ein zu hoher Schichtwiderstand des Emitters zwischen den Fingern sein.

Normalerweise wird zwischen den Fingern ein hochohmiger Emitter diffundiert, um eine gute Quanteneffizienz im Kurzwelligen (λ < 400 nm) und somit einen hohen Kurzschlussstrom zu erhalten. In diesem Experiment haben die Zellen je-doch aus dem oben genannten Grund mit 40 Ω/sq einen relativ niederohmigen Emitter zwischen den Fingern. Durch Messung des Kontaktwiderstands, der Fin-gerleitf¨ahigkeit und des Widerstands durch die L¨ocher wurde sichergestellt, dass die Maßnahmen erfolgreich waren und kein erh¨ohter Serienwiderstand außerhalb der Busbarregion vorliegt.

Die Hellkennlinien der so hergestellten MWT-Zellen mit unterschiedlicher Ba-sisdotierung sind in Abbildung 4.7 aufgetragen. Sie zeigen qualitativ das vom Modell prognostizierte Verhalten (siehe Abbildung 4.4). Die Ursache dieses Ver-haltens ist, wie im Modell beschrieben, der Anstieg des Serienwiderstands in der Busbarregion bei h¨oherer Dotierung.

3Dadurch wurde sichergestellt, dass Paste vollst¨andig durch die L¨ocher gesogen wurde.

Gleichzeitig wurden Pastenh¨ugel, die zu Fingerunterbrechungen f¨uhren, vermieden.

4.3. OPTIMIERUNG DER ZELLGEOMETRIE 69