DE102004039056A1 - Verfahren zur Herstellung eines Substrats für Solarzellen, derartige Substrate sowie deren Verwendung - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur elektrochemischen Abscheidung von Basisschichten, auf die im Folgenden ebenfalls auf elektrochemischem Wege Solarzellen aufgebaut werden können. Diese Basisschichten stellen ein mindestens zweilagiges Schichtsystem dar, das aus mindestens einer Diffusionssperrschicht aus Chrom und mindestens einer Rückkontaktschicht aus Molybdän und/oder einer Molybdän-Legierung besteht.
Description
- Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur elektrochemischen Abscheidung von Basisschichten, auf die im Folgenden ebenfalls auf elektrochemischem Wege Solarzellen aufgebaut werden können. Diese Basisschichten stellen ein mindestens zweilagiges Schichtsystem dar, das aus mindestens einer Diffusionssperrschicht aus Chrom und mindestens einer Rückkontaktschicht aus Molybdän und/oder einer Molybdän-Legierung besteht.
- Nach dem Stand der Technik werden bisher Solarzellen in stand-alone-Technologien, bevorzugt mittels Vakuumprozessen hergestellt. Diese sind energie- und kostenintensiv. Grundsätzlich besteht die Möglichkeit, Solarzellen auch auf elektrochemischem Weg herzustellen, wobei für den Aufbau des Halbleiterkristalls verschiedene Wege darstellbar sind. Um eine effiziente technische Umsetzung z.B. auf einer Metallfolie oder einem Metallband zu realisieren, sind neben der eigentlichen Darstellung des Halbleiters zusätzliche Schritte vonnöten, so z.B. die Darstellung einer Diffusionssperre und eines Rückkontaktes. Als Diffusionssperre dient in diesem Fall eine Chromschicht. Diese muss sehr dünn und dicht, d.h. frei von Rissen und Poren abgeschieden werden können. Zudem darf die Schicht keine großen Schwankungen der Schichtdicke aufweisen. Nach dem Stand der Technik wird die elektrochemische Chromabscheidung für dekorative, sog. „Glanzchrom"-, oder technische, sog. „Hartchrom"-Anwendungen umgesetzt. In beiden Bereichen werden meist rissige bzw. porige Schichten erzeugt, für den technischen Einsatz wird sogar bewusst ein feines Rissnetzwerk erzeugt.
- Ausgehend hiervon war es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren bereitzustellen, das die Herstellung von riss- und porenfreien Schichten ermöglicht.
- Diese Aufgabe wird durch das Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie das Substrat mit den Merkmalen des Anspruchs 14 gelöst. Die weiteren abhängigen Ansprüche zeigen vorteilhafte Weiterbildungen auf. In Anspruch 20 wird eine Verwendungsmöglichkeit der erfindungsgemäßen Substrate angegeben.
- Erfindungsgemäß wird ein Verfahren zur Herstellung eines Substrats für Solarzellen bereitgestellt, das auf einer elektrochemischen Abscheidung eines mindestens zweilagigen Schichtsystems auf einem mechanischen Träger beruht. Dabei wird auf dem mechanischen Träger mindestens eine riss- und porenfreie Diffusionssperrschicht aus Chrom mit einer Schichtdicke von 0,1 bis 10 μm abgeschieden. Auf dieser Schicht wird dann wiederum mindestens eine riss- und porenfreie Rückkontaktschicht aus Molybdän und/oder einer Molybdän-Legierung mit einer Schichtdicke von 0,1 bis 10 μm abgeschieden.
- Überraschenderweise konnte gezeigt werden, dass mit einer derartigen Verfahrensführung riss- und porenfreie Schichten hergestellt werden konnten.
- Gegenüber den aus dem Stand der Technik bekannten Verfahren ist es mit der Erfindung erstmals möglich, die geforderten Eigenschaften sowohl der einzelnen Schichten, z.B. Rissfreiheit, Haftung oder Molybdängehalt, als auch das elektrochemische Aufbringen des gesamten Schichtsystems als Basis für einen ebenfalls elektrochemisch erzeugten Halbleiterkristall darzustellen. Damit ist es erstmals möglich, in technischem Maßstab Rückkontakt und Diffusionssperre für Solarzellen unter Verzicht auf Verfahren wie CVD oder Sputtern darzustellen. Damit ist gegenüber den am Markt erhältlichen Verfahren ein wesentlicher Vorteil sowohl hinsichtlich Ökonomie als auch hinsichtlich Ökologie realisiert.
- Vorzugsweise wird für die elektrochemische Abscheidung der Diffusionssperrschicht ein Cr(VI)-Ionen enthaltender Elektrolyt eingesetzt. Als Zusätze sind Sulfate, insbesondere in Form von Schwefelsäure, Methansulfonate, Sulfonate und/oder Acetate bevorzugt. Ebenso können Tenside zugesetzt werden.
- Eine weitere bevorzugte Verfahrensführung sieht vor, dass für die Abscheidung der Diffusionssperrschicht ein Cr(III)-Ionen enthaltender Elektrolyt eingesetzt wird. Hierbei sind besonders die Amoniumverbindungen, Borate und Formiate des Chrom(III) bevorzugt. Als Zu sätze können Tenside zugegeben werden.
- Ein weiterer wichtiger Parameter für die erfindungsgemäße Verfahrensführung ist die verwendete kathodische Stromdichte. Diese liegt bevorzugt im Bereich von 1 bis 250 A/dm3. Die Elektrolyttemperaturen liegen bevorzugt von 20 und 75 °C, besonders bevorzugt von 50 bis 75 °C.
- Diese Verfahrensparameter und eingesetzten Elektrolyten erlauben es, eine Schichtdicke der Diffusionssperrschicht mit einer Schichtdicke im Bereich zwischen 0,1 und 10 μm zu realisieren. Besonders bevorzugt beträgt die Schichtdicke 0,1 bis 5 μm.
- Weiterhin ist es wichtig, die Passivierung der Chromschicht zu verhindern, um das Aufbringen weiterer Schichten zu ermöglichen. Eine bevorzugte Variante sieht hier vor, dass die Trocknung der Diffusionssperrschicht aus Chrom verhindert wird. Zwischen dem Abscheiden der Diffusionssperrschicht und der Rückkontaktschicht kann dies z.B. durch Benetzung, insbesondere mit Wasser, erfolgen.
- Eine andere bevorzugte Variante sieht vor, dass die Diffusionssperrschicht während des Trocknens und bis zum Aufbringen der Rückkontaktschicht unter sauerstofffreier Atmosphäre gehalten wird.
- Die riss- und porenfreie Rückkontaktschicht wird auf galvanischem Wege erzeugt. Als Elektrolyt eignen sich hier besonders Molybdän-Salze, z.B. MoO3H3(PMo12O40), MoCl2 und/oder Na2MoO4. Weiterhin können die Elektrolyte zusätzliche metallische Salze, insbesondere von Nickel, Kobalt oder Wolfram enthalten. Weiterhin ist es bevorzugt, dem Elektrolyten anorganischer oder or ganischer Additive zuzusetzen.
- Als mechanischer Träger des Substrats wird vorzugsweise eine Metallfolie oder ein Metallband verwendet.
- Das erfindungsgemäße Verfahren erlaubt nun eine elektrochemische Verfahrenskette, durch die Solarzellen ökonomisch und ökologisch in großtechnischem Maßstab erzeugt werden können. Hierfür müssen die genannten Prozessschritte der Abscheidung einer Diffusionssperrschicht und einer Rückkontaktschicht unter den genannten Verfahrensbedingungen eingehalten werden. Weiterhin wird es mit der erfindungsgemäßen Verfahrensführung ermöglicht, auf der Diffusionssperrschicht eine Rückkontaktschicht aufzubringen, indem die Passivierung der chromhaltigen Diffusionssperrschicht verhindert wird oder durch entsprechende Aktivierungsschritte wieder aufgehoben wird. Eine notwendige Aktivierung kann z.B. dadurch realisiert werden, dass auf chemischem oder elektrochemischem Weg eine Behandlung in einer halogenidhaltigen Lösung erfolgt. Ebenso ist eine Kombination mit reduzierend wirkenden Verbindungen wie bspw. Sulfiten oder Phosphiten möglich.
- Erfindungsgemäß wird ebenso ein Substrat für eine Solarzelle bereitgestellt, die aus einem mechanischen Träger und einem darauf aufgetragenen Schichtsystem aus mindestens einer riss- und porenfreien Diffusionssperrschicht aus Chrom mit einer Schichtdicke von 0,1 bis 10 μm sowie mindestens einer auf der Diffusionssperrschicht abgeschiedenen riss- und porenfreien Rückkontakschicht aus Molybdän oder einer Molybdän-Legierung mit einer Schichtdicke von 0,1 bis 10 μm besteht.
- Besonderer Vorteil der erfindungsgemäßen Substrate ist die hohe Dichte der aufgetragenen Schichten und die damit verbundene Riss- und Porenfreiheit.
- Vorzugsweise weist die Diffusionssperrschicht eine Schichtdicke von 0,1 bis 5 μm auf.
- Die Rückkontaktschicht besteht bevorzugt aus einer Legierung von 10 bis 99 Gew.-% Molybdän zusammen mit Nickel und/oder Kobalt. Besonders bevorzugt beträgt der Anteil von Molybdän in der Legierung von 30 bis 99 Gew.-%. Ebenso kann aber auch reines Molybdän zur Anwendung kommen.
- Das Substrat weist als mechanischen Träger vorzugsweise ein Metallband oder eine Metallfolie auf.
- Das Substrat wird dabei bevorzugt nach dem Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 13 hergestellt.
- Das erfindungsgemäße Substrat dient der Herstellung von Solarzellen, ist aber auch als Halbzeug für andere Anwendungen einsetzbar.
Claims (20)
- Verfahren zur Herstellung eines Substrats für Solarzellen durch elektrochemische Abscheidung auf einem mechanischen Träger, wobei auf dem mechanischen Träger mindestens eine riss- und porenfreien Diffusionssperrschicht aus Chrom mit einer Schichtdicke von 0,1 bis 10 μm sowie mindestens eine riss- und porenfreie Rückkontaktschicht aus Molybdän oder einer Molybdän-Legierung mit einer Schichtdicke von 0,1 bis 10 μm abgeschieden wird.
- Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass für die Abscheidung der Diffusionssperrschicht ein Cr(VI)-Ionen enthaltender Elektrolyt eingesetzt wird.
- Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Elektrolyt zusätzlich Sulfate, Methansulfonate, Sulfonate und/oder Acetate enthält.
- Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass für die Abscheidung der Diffusionssperrschicht ein Cr(III)-Ionen enthaltender Elektrolyt eingesetzt wird.
- Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Cr(III)-Ionen als Ammoniumverbindungen, Borate, Formiate und Tenside vorliegen.
- Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Abscheidung der Diffusionssperrschicht bei einer kathodischen Strommdichte von 1 bis 250 A/dm3 erfolgt.
- Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Abscheidung der Diffusionssperrschicht bei einer Elektrolyttemperatur von 20 bis 75°C, insbesondere von 50 bis 75°C erfolgt.
- Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Trocknung der Chromschicht durch Benetzung, z.B. mit Wasser, vermieden wird.
- Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Diffusionssperrschicht bis zur Abscheidung mit der Rückkontaktschicht unter sauerstofffreier Atmosphäre gehalten wird.
- Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Rückkontaktschicht aus einem Elektrolyten enthaltend MoO3H3 (PMo12O40), MoCl2 und/oder Na2MoO4 abgeschieden wird.
- Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Elektrolyt weitere metallische Ionen, insbesondere von Nickel, Kobalt und/oder Wolfram, enthält.
- Verfahren nach einem der Ansprüche 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Elektrolyt anorganische oder organische Additive enthält.
- Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als mechanischer Träger eine Metallfolie oder ein Metallband verwendet wird.
- Substrat für eine Solarzelle bestehend aus einem mechanischen Träger und einem darauf aufgetragenen Schichtsystem aus mindestens einer riss- und porenfreien Diffusionssperrschicht aus Chrom mit einer Schichtdicke von 0,1 bis 10 μm sowie mindestens einer auf der Diffusionssperrschicht abgeschiedenen riss- und porenfreien Rückkontaktschicht aus Molybdän oder einer Molybdän-Legierung mit einer Schichtdicke von 0,1 bis 10 μm.
- Substrat nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Diffusionssperrschicht eine Schichtdicke von 0,1 bis 5 μm aufweist.
- Substrat nach einem der Ansprüche 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Rückkontaktschicht aus einer Legierung aus 10 bis 99 Gew.-% Molybdän mit Nickel und/oder Kobalt besteht.
- Substrat nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass in der Legierung von 30 bis 99 Gew.-% Molybdän enthalten ist.
- Substrat nach einem der Ansprüche 14 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass der mechanische Träger ein Metallband oder eine Metallfolie ist.
- Substrat nach einem der Ansprüche 14 bis 18 herstellbar nach dem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 13.
- Verwendung des Substrats nach einem der Ansprüche 14 bis 19 zur Herstellung von Solarzellen.
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