DE102004052014A1 - Photovoltaische Zelle - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf eine photovoltaische Zelle mit einem photovoltaisch aktiven Halbleitermaterial, wobei das photovoltaisch aktive Halbleitermaterial ein p- oder n-dotiertes Halbleitermaterial mit Mischverbindungen der Formel (I) ist: DOLLAR A (Zn¶1-x¶Mn¶x¶Te)¶1-y¶(Si¶a¶Te¶b¶)¶y¶ DOLLAR A mit DOLLAR A x = Zahl von 0,01 bis 0,99, DOLLAR A y = Zahl von 0,01 bis 0,2, DOLLAR A a = Zahl von 1 bis 2 und DOLLAR A b = Zahl von 1 bis 3.

Description

  • Die Erfindung betrifft photovoltaische Zellen und das darin enthaltene photovoltaisch aktive Halbleitermaterial.
  • Photovoltaisch aktive Materialien sind Halbleiter, welche Licht in elektrische Energie umsetzen. Die Grundlagen hierzu sind lange bekannt und werden technisch genutzt. Nahezu die meisten der technisch genutzten Solarzellen basieren auf kristallinem Silizium (ein- oder polykristallin). In einer Grenzschicht zwischen p- und n-leitendem Silizium regen einfallende Photonen Elektronen des Halbleiters an, so dass sie vom Valenzband in das Leitungsband gehoben werden.
  • Die Höhe der Energielücke zwischen dem Valenzband und dem Leitungsband limitiert den maximal möglichen Wirkungsgrad der Solarzelle. Beim Silizium ist dies circa 30% bei Bestrahlung mit Sonnenlicht. In der Praxis erreicht man dagegen einen Wirkungsgrad von circa 15%, weil ein Teil der Ladungsträger durch verschiedene Prozesse rekombiniert oder durch weitere Mechanismen deaktiviert und so der Nutzung entzogen wird.
  • Aus DE 102 23 744 A1 sind alternative photovoltaisch aktive Materialien und diese enthaltende Photovoltaikzellen bekannt, die den Wirkungsgrad herabsetzende Verlustmechanismen in einem verringerten Maße aufweisen.
  • Mit einer Energielücke um 1,1 eV weist Silizium einen für die Nutzung recht guten Wert auf. Durch ein Verkleinern der Energielücke werden zwar mehr Ladungsträger ins Leitungsband befördert, die Zellspannung wird jedoch niedriger. Entsprechend werden bei größeren Energielücken zwar höhere Zellspannungen erreicht, da aber weniger Photonen zur Anregung vorhanden sind, stehen niedrigere nutzbare Ströme zur Verfügung.
  • Viele Anordnungen wie die Serienanordnung von Halbleitern mit verschiedenen Energielücken, in sogenannten Tandemzellen wurden vorgeschlagen, um höhere Wirkungsgrade zu erreichen. Diese sind wegen ihres komplexen Aufbaus jedoch wirtschaftlich kaum zu realisieren.
  • Ein neues Konzept besteht darin, innerhalb der Energielücke ein Zwischenniveau zu generieren (Up-Conversion). Dieses Konzept ist beispielsweise beschrieben in Proceedings of the 14th Workshop on Quantum Solar Energy Conversion-Quantasol 2002, March, 17-23, 2002, Rauris, Salzburg, Österreich, "Improving solar cells efficiencies by the up-conversion", Tl. Trupke, M.A. Green, P. Würfel oder "Increasing the Efficiency of Ideal Solar Cells by Photon Induced Tranisitions at intermediate Levels", A. Luque and A. Marti, Phys. Rev. Letters, Vol. 78, Nr. 26, June 1997, 5014-5017. Für eine Bandlücke von 1,995 eV und eine Energie des Zwischenniveaus bei 0,713 eV ergibt sich rechnerisch ein maximaler Wirkungsgrad von 63,17%.
  • Spektroskopisch wurden derartige Zwischenniveaus beispielsweise am System Cd1-yMnyOxTe1-x oder an Zn1-xMnxOyTe1-y nachgewiesen. Dies ist beschrieben in "Band anticrossing in group II-OxVI1-x highly mismatched alloys: Cd1-yMnyOxTe1-x quaternaries synthesized by O ion implantation", W. Walukiewicz et al., Appl. Phys. Letters, Vol 80, Nr. 9, March 2002, 1571-1573 und in "Synthesis and optical properties of II-O-VI highly mismatched alloys", W. Walukiewicz et al., J. Appl. Phys. Vol. 95, Nr. 11, June 2004, 6232-6238. Demnach wird das erwünschte energetische Zwischenniveau in der Bandlücke dadurch erhöht, dass im Anionengitter ein Teil der Telluranionen durch das wesentlich elektronegativere Sauerstoffion ersetzt wird. Dabei wurde Tellur durch Ionenimplantation in dünnen Filmen durch Sauerstoff ersetzt. Ein wesentlicher Nachteil dieser Stoffklasse besteht darin, dass die Löslichkeit des Sauerstoffs im Halbleiter äußerst gering ist. Daraus folgt, dass beispielsweise die Verbindungen Zn1-xMnxTe1-yOy mit y größer als 0,001 thermodynamisch nicht stabil sind. Bei Bestrahlung über längere Zeit verfallen sie in die stabilen Telluride und Oxide. Ein Einsatz von bis zu 10 At-% Tellur durch Sauerstoff wäre erwünscht, wobei solche Verbindungen jedoch nicht stabil sind.
  • Zinktellurid, das bei Raumtemperatur eine direkte Bandlücke von 2,32 eV aufweist, wäre wegen dieser großen Bandlücke ein idealer Halbleiter für die Zwischenniveautechnologie. Zink lässt sich gut in Zinktellurid kontinuierlich durch Mangan substituieren, wobei die Bandlücke auf circa 2,8 eV bei MnTe anwächst („Optical Properties of epitaxial Zn Mn Te and ZnMgTe films for a wide range of alloy compostions", X. Liu et al., J. Appl. Phys. Vol. 91, Nr. 5, March 2002, 2859-2865; „Bandgap of Zn1-xMnxTe: non linear dependence on compostion and temperature", H.C. Mertins et al., Semicond. Sci. Technol. 8 (1993) 1634-1638).
  • Zn1-xMnxTe lässt sich mit bis zu 0,2 Mol-% Phosphor p-leitend dotieren, wobei eine elektrische Leitfähigkeit zwischen 10 und 30 Ω-1cm-1 erreicht wird („Electrical and Magnetic Properties of Phosphorus Doped Bulk Zn1-xMnxTe", Le Van Khoi et al., Moldavian Journal of Physical Sciences, Nr. 1, 2002, 11-14). Durch partielles Ersetzen von Zink durch Aluminium werden n-leitende Spezies erhalten („Aluminium-doped n-type ZnTe layers grown by molecular-beam epitaxy", J.H. Chang et al., Appl. Phys. Letters, Vol 79, Nr. 6, august 2001, 785-787; "Aluminium doping of ZnTe grown by MOPVE", S.I. Gheyas et al., Appl. Surface Science 100/101 (1996) 634-638; "Electrical Transport and Photoelectronic Properties of ZnTe: Al Crystals", T.L. Lavsen et al., J. Appl. Phys., Vol 43, Nr. 1, Jan 1972, 172-182). Mit Dotierungsgraden um 4∙1018 Al/cm3 können elektrische Leitfähigkeiten um 50 bis 60 Ω-1cm-1 erreicht werden.
  • Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine photovoltaische Zelle mit einem hohen Wirkungsgrad und einer hohen elektrischen Leistung bereitzustellen, die die Nachteile des Standes der Technik vermeidet. Weiterhin ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung insbesondere eine photovoltaische Zelle mit einem thermodynamisch stabilen photovoltaisch aktiven Halbleitermaterial bereitzustellen, wobei das Halbleitermaterial ein Zwischenniveau in der Energielücke enthält.
  • Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine photovoltaische Zelle mit einem photovoltaisch aktiven Halbleitermaterial, dadurch gekennzeichnet, dass das photovoltaisch aktive Halbleitermaterial ein p- oder ein n-dotiertes Halbleitermaterial mit Mischverbindungen der Formel (I) ist: (Zn1-xMnxOyTe)1-y(SiaTeb)y (I)mit
    x = Zahl von 0,01 bis 0,99,
    y = Zahl von 0,001 bis 0,2,
    a = Zahl von 1 bis 2 und
    b = Zahl von 1 bis 3.
  • Damit wird die Aufgabe überraschenderweise völlig anders gelöst als es die genannten Literaturstellen erwarten ließen. Zur Erzeugung von Zwischenniveaus in der Energielücke wird das Tellur nicht durch ein wesentlich elektronegativeres Element ersetzt, sondern es wird Silizium in das Halbleitermaterial mit der Formel Zn1-xMnxTe eingebracht. Dies ist insofern überraschend, als sich die Elektronegativität von Silizium mit 1,9 nur geringfügig von der des Tellurs mit 2,1 unterscheidet.
  • Die Variable x kann Werte von 0,01 bis 0,99 annehmen, y kann Werte von 0,001 bis 0,2, vorzugsweise von 0,005 bis 0,1 annehmen. Die Variable a kann Werte von 1 bis 2 annehmen, b kann Werte von 1 bis 3 annehmen. Bevorzugt sind a = 2 und b = 3, was als Stöchiometrie Si2Te3 ergibt.
  • Die erfindungsgemäße photovoltaische Zelle hat den Vorteil, dass das verwendete photovoltaisch aktive Halbleitermaterial auch nach dem Einbringen von Siliziumtellurid thermodynamisch stabil ist. Ferner weist die erfindungsgemäße photovoltaische Zelle einen hohen Wirkungsgrad (bis zu 60%) auf, da durch das Siliziumtellurid SiaTeb Zwi schenniveaus in der Energielücke des photovoltaisch aktiven Halbleitermaterials erzeugt werden. Ohne Zwischenniveau können nur solche Photonen Elektronen oder Ladungsträger vom Valenzband in das Leitungsband heben, die mindestens die Energie der Energielücke aufweisen. Photonen höherer Energie tragen auch zum Wirkungsgrad bei, wobei der Überschuss an Energie bzgl. der Bandlücke als Wärme verloren geht. Mit einem Zwischenniveau, das bei dem für die vorliegende Erfindung verwendeten Halbleitermaterial vorhanden ist und das teilweise besetzt werden kann, können mehr Photonen zur Anregung beitragen.
  • Die erfindungsgemäße photovoltaische Zelle ist so aufgebaut, dass sie ein p-dotiertes und ein n-dotiertes Halbleitermaterial enthält, wobei diese beiden Halbleitermaterialien aneinander grenzen, um einen p-n-Übergang zu bilden. Dabei besteht sowohl das p- als auch das n-dotierte Halbleitermaterial weitgehend aus Mischverbindungen der Formel (I), wobei das Material ferner mit Donatorionen in dem p-dotierten Halbleitermaterial und Akzeptorionen in dem n-dotierten Halbleitermaterial dotiert ist.
  • Vorzugsweise enthält das p-dotierte Halbleitermaterial mindestens ein Element aus der Gruppe As und P mit einem Atomkonzentrationsanteil von bis zu 0,1 At-% und das n-dotierte Halbleitermaterial mindestens ein Element aus der Gruppe Al, In und Ga mit einem Atomkonzentrationsanteil von bis zu 0,5 At-%. Bevorzugte Dotierelemente sind Aluminium und Phosphor.
  • Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen photovoltaischen Zelle umfasst diese ein Substrat, insbesondere ein elektrisch leitfähiges Substrat, eine p-Schicht aus dem p- dotierten Halbleitermaterial mit einer Dicke von 0,1 bis 10 μm, bevorzugt 0,3 bis 3 μm und eine n-Schicht aus dem n-dotierten Halbleitermaterial mit einer Dicke von 0,1 bis 10 μm, bevorzugt 0,3 bis 3 μm. Vorzugsweise ist das Substrat eine flexible Metallfolie oder ein flexibles Metallblech. Durch die Kombination aus einem flexiblen Substrat mit dünnen photovoltaisch aktiven Schichten ergibt sich der Vorteil, dass keine aufwendigen und damit teuren Auflager zur Halterung der die erfindungsgemäßen photovoltaischen Zellen enthaltenden Solarmodule eingesetzt werden müssen. Bei unflexiblen Substraten wie Glas oder Silizium müssen Windkräfte durch aufwendige Tragekonstruktionen abgefangen werden, um ein Brechen der Solarmodule zu vermeiden. Ist dagegen eine Verwindung durch Flexibilität möglich, so können sehr einfache und preiswerte Tragkonstruktionen eingesetzt werden, die nicht verwindungssteif sein müssen. Als bevorzugtes flexibles Substrat wird bei der vorliegenden Erfindung insbesondere ein Edelstahlblech verwendet.
  • Die Erfindung bezieht sich weiterhin auf ein Verfahren zur Herstellung einer erfindungsgemäßen photovoltaischen Zelle, umfassend das Beschichten eines Substrats mit mindestens jeweils einer Schicht aus dem p-dotierten Halbleitermaterial und einer Schicht aus dem n-dotierten Halbleitermaterial, wobei die Schichten eine Dicke von 0,1 bis 10 μm, vorzugsweise von 0,3 bis 3 μm aufweisen.
  • Das Beschichten des Substrats mit der p- oder n-Schicht umfasst dabei vorzugsweise mindestens ein Abscheidungsverfahren ausgewählt aus der Gruppe Sputtern, Laserablation, elektrochemisches Abscheiden oder stromloses Abscheiden. Durch das jeweilige Abscheidungsverfahren kann das bereits p- oder n-dotierte Halbleitermaterial mit Mischverbindungen der Formel (I) als Schicht auf das Substrat aufgebracht werden. Alternativ dazu kann eine Schicht aus dem Halbleitermaterial zunächst ohne p- oder n-Dotierung durch das Abscheidungsverfahren erzeugt werden und diese Schicht anschließend p- oder n-dotiert werden. Das erfindungsgemäße Einbringen von Silizium in Form von Siliziumtellurid wird (falls die jeweilige durch eines der oben genannten Abscheidungsverfahren hergestellte Schicht noch nicht entsprechend ausgebildet ist) vorzugsweise im Anschluss an die Durchführung des Abscheidungsverfahrens (und gegebenenfalls an die p- oder n-Dotierung) durchgeführt.
  • Ein mögliches Abscheidungsverfahren ist das Beschichten durch Sputtern. Sputtern bezeichnet das Herausschlagen von Atomen aus einem als Elektrode dienenden Sputter-Target durch beschleunigte Ionen und die Deposition des herausgeschlagenen Materials auf einem Substrat (z.B. Edelstahl). Zum Beschichten eines Substrats bei der vorliegenden Erfindung werden zum Sputtern z.B. Sputter-Targets enthaltend Zink, Mangan, Tellur und Silizium durch Zusammenschmelzen der Bestandteile hergestellt oder einzelne Bestandteile des Halbleitermaterials werden nacheinander auf das Substrat gesputtert und anschließend auf eine Temperatur von 400 bis 900°C erwärmt.
  • Vorzugsweise werden zum Herstellen des Sputter-Targets Zink, Mangan, Tellur und Silizium in einer Reinheit von mindestens 99,5 % eingesetzt. Zink, Mangan, Tellur und Siliziumtellurid (SiaTeb) werden z.B. in einer entwässerten Quarzröhre unter Vakuum bei Temperaturen von 1.200 bis 1.400°C verschmolzen. Beim Herstellen des Sputter-Targets werden vorzugsweise Dotierelemente für eine p- oder n-Dotierung in das Sputter-Target eingebracht. Die Dotierelemente, bevorzugt Aluminium zur n-Leitung und Phosphor zur p-Leitung, werden demnach dem Sputter-Target von vornherein zugefügt. Die Verbindungen AlTe bzw. Zn3P2 sind so temperaturstabil, dass sie den Sputter-Prozess ohne wesentliche Stöchiometrie-Änderung überstehen. Auf das Substrat wird dann zunächst eine Schicht mit einer Dotierung aufgesputtert und direkt darauf eine weitere Schicht mit der entgegengesetzten Dotierung.
  • Ein weiteres bevorzugtes erfindungsgemäßes Abscheidungsverfahren ist das elektrochemische Abscheiden von Zn1-xMnxTe auf dem elektrisch leitfähigen Substrat. Die elektrochemische Abscheidung von ZnTe ist beschrieben in „Thin films of ZnTe electrodeposited on stainless steel", A.E. Rakhsan u. B. Pradup, Appl. Phys. A (2003), Pub online Dec. 19, 2003, Springer-Verlag; „Electrodeposition of ZnTe for photovoltaic alls", B. Bozzini et al., Thin Solid Films, 361-362, (2000) 288-295; „Electrochemical deposition of ZnTe Thins films", T. Mahalingam et al., Semicond. Sci. Technol. 17 (2002) 469-470; "Electrodeposition of Zn-Te Semiconductor Film from Acidic Aqueous Solution", R. Ichino et al., Second Internat. Conference on Processing Materials for Properties, The Minerals, Metals & Materials Society, 2000 und in US-PS 4,950,615 , nicht hingegen die elektrochemische Abscheidung von gemischten Zn/Mn/Te-Schichten.
  • Gegenstand eines erfindungsgemäßen Verfahrens ist es ferner, Zn1-xMnxTe-Schichten stromlos abzuscheiden, indem in Gegenwart des Substrats eine wässrige Lösung, die Zn2+, Mn2+ sowie TeO3 2--Ionen enthält, bei Temperaturen von 30 bis 90°C mit hypophosphoriger Säure (H3PO2) als Reduktionsmittel vernetzt wird. Durch die hypophosphorige Säure wird TeO3 2- zu Te2- reduziert. Damit sind auch Abscheidungen auf elektrisch nicht leitenden Substraten möglich.
  • Je nach Abscheidungsverfahren sind noch Nachbehandlungen notwendig, um Siliziumtellurid in die Schichten einzubauen, teilweise auch um die Dotierstoffe einzubringen.
  • Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung weist das erfindungsgemäße Verfahren folgende Verfahrensschritte auf:
    • a) Beschichten des Substrats mit einer ersten Schicht aus Zn1-xMnxTe,
    • b) Einbringen von Silizium in die erste Schicht zum Herstellen von Mischverbindungen der Formel (I),
    • c) Erzeugen einer p- oder einer n-Dotierung mit Donatoratomen oder Akzeptoratomen,
    • d) Beschichten der ersten Schicht mit einer zweiten Schicht aus Zn1-xMnxTe,
    • e) Einbringen von Silizium in die zweite Schicht zum Herstellen von Mischverbindungen in der Formel (I),
    • f) Erzeugen einer n- oder p-Dotierung mit Akzeptoratomen oder Donatoratomen und
    • g) Aufbringen einer elektrisch leitfähigen transparenten Schicht und einer Schutzschicht auf die zweite Schicht.
  • In Schritt a) wird das elektrisch leitfähige Substrat z.B. durch Sputtern, elektrochemische Abscheidung oder stromlose Abscheidung mit einer ersten Schicht aus Zn1-xMnxTe beschichtet. Bei dem Substrat handelt es sich vorzugsweise um ein Metallblech oder eine Metallfolie.
  • Danach wird in Schritt b) in diese erste Schicht Silizium eingebracht, um Mischverbindungen der Formel (I) herzustellen. Das Einbringen von Silizium erfolgt z.B. dadurch, dass Si2Te3 durch Sputtern auf die erste Schicht aufgebracht wird und anschließend durch eine thermische Nachbehandlung bei 600 bis 1200°C, vorzugsweise 800 bis 1000°C, eine Mischkristallisation und damit die gewünschte Zusammensetzung erreicht wird.
  • In Schritt c) erfolgt anschließend das Erzeugen einer p- oder n-Dotierung durch Dotieren mit Donatoratomen oder Akzeptoratomen. Beispielsweise wird die erste Schicht entweder mit Phosphor (beispielsweise aus PCl3) zum p-Leiter oder mit Aluminium (beispielsweise aus AlCl3) zum n-Leiter dotiert.
  • In Schritt d) wird sodann die zweite Schicht aus Zn1-xMnxTe auf der ersten Schicht abgeschieden. Dazu kann beispielsweise das gleiche Abscheidungsverfahren wie in Schritt a) dienen.
  • In Schritt e) wird wie anhand der ersten Schicht für Schritt b) beschrieben Silizium in die zweite Schicht eingebracht.
  • Die in Schritt f) erzeugte Dotierung ist der in Schritt c) erzeugten Dotierung entgegengesetzt, so dass eine Schicht eine p-Dotierung und die andere Schicht eine n-Dotierung aufweist.
  • Schließlich werden in Schritt g) eine elektrisch leitfähige transparente Schicht und eine Schutzschicht auf die zweite Schicht aufgebracht. Die elektrisch leitfähige transparente Schicht kann beispielsweise eine Schicht aus Indium-Zinn-Oxid oder Aluminium-Zink-Oxid sein. Sie trägt ferner vorzugsweise Leiterbahnen für die elektrische Kontaktierung der erfindungsgemäßen photovoltaischen Zelle. Die Schutzschicht kann beispielsweise eine Schicht aus SiOx sein, die vorzugsweise durch CVD oder PVD aufgebracht wird. Es kann z.B. eine Schicht aus einem Material als Schutzschicht dienen, das im Stand der Technik für aromadichte Folien (z.B. Kaffeeverpackungen) hergestellt wird.
    •
  • Beispiel 1
  • Entsprechend der Stöchiometrie (Zn0,5 Mn0,5 Te)0,95(Si2Te3)0,05 wurden 1,0350 g Zn; 0,8669 g Mn; 4,0407 g Tellur sowie 0,7316 g Si2Te3 in ein Quarzrohr mit 11 mm Innendurchmesser und ca. 15 cm Länge eingewogen. Das Si2Te3 wurde vorher gesondert hergestellt, indem Silizium und Tellur bei 1.000°C in einem evakuierten Quarzrohr zur Reaktion gebracht wurden. Das Rohr wurde unter Vakuum zum Entwässern 10 min lang auf 300°C erhitzt und sodann unter einem Druck kleiner als 0,1 mbar abgeschmolzen. Das Rohr wurde in einem Ofen mit 300°C/h auf 1.300°C aufgeheizt, die Temperatur 10 h bei 1.300°C belassen und der Ofen dann abkühlen gelassen. Während der 10 h bei 1.300°C wurde der Ofen über einen Antrieb 30 mal pro Stunde um seine Längsachse gekippt, um die Schmelze im Quarzrohr zu durchmischen.
  • Nach dem Abkühlen wurde das Quarzrohr geöffnet und der Schmelzregulus entfernt. Mittels Reflexionsspektroskopie wurden die Anregungsniveaus des Materials bestimmt. Neben der Bandlücke um 2,3 eV wurden noch Energieniveaus bei 0,66 eV; 0,76 eV sowie 0,9 eV gefunden.
  • Zur Herstellung einer erfindungsgemäßen photovoltaischen Zelle wird dieses Material auf ein Substrat gesputtert.
  • Beispiel 2
  • Zum elektrochemischen Abscheiden wurden Elektrolysen in einem 500 ml Planschliff-Reaktionsgefäß mit Doppelmantel, Innenthermometer und Bodenablassventil durchgeführt. Als Kathode wurde ein Edelstahlblech (100 × 70 × 0.5) verwendet. Die Anode bestand aus MKUSF04 (Graphit).
  • a) Darstellung von ZnTe
  • Es wurden 21,35 g ZnSO4∙7H2O und 55,4 mg Na2TeO3 in destilliertem Wasser gelöst. Diese Lösung wurde mit H2SO4 (2 mol/l) auf pH 2 eingestellt und mit destilliertem Wasser auf 500 ml aufgefüllt (Zn = 0.15 mol/l; Te = 0,5 mmol/l; Zn/Te = 300/1). Anschließend wurde die Elektrolyt-Lösung in die Elektrolysezelle gefüllt und auf 80°C geheizt. Die Elektrolyse wurde über einen Zeitraum von 30 min. bei einem Strom von 100,0 mA ohne Rühren durchgeführt. Die Abscheidung erfolgte bei einer Kathodenfläche von ~50 cm2 (2 mA/cm2). Nach beendeter Elektrolyse wurde die Kathode ausgebaut, mit destilliertem Wasser gespült und getrocknet. Es wurde ein kupferfarbener Film abgeschieden (18,6 mg).
  • b) Darstellung von Zn1-xMnxTe
  • Es wurden 21,55 g ZnSO4∙7H2O (0,15 mol/l), 47,68 g MnSO4∙H2O (0,6 mol/l), 33 g (NH4)2SO4 (0,5 mol/l), 1 g Weinsäure und 55,4 mg Na2TeO3 (0,5 mmol/l) in destilliertem Wasser gelöst. Diese Lösung wurde mit N2SO4 (2 mol/l) auf pH 2 eingestellt und mit destilliertem Wasser auf 500 ml aufgefüllt (Zn/Mn/Te = 300/1200/1). Anschließend wurde die Elektrolyt-Lösung in die Elektrolysezelle gefüllt und auf 80°C geheizt. Die Elektrolyse wurde über einen Zeitraum von 60 min. bei einem Strom von 101,3 mA ohne Rühren durchgeführt. Die Abscheidung erfolgte bei einer Kathodenfläche von ~50 cm2 (~2 mA/cm2). Nach beendeter Elektrolyse wurde die Kathode ausgebaut, mit destilliertem Wasser gespült und getrocknet. Die Gewichtszunahme beträgt 26,9 mg. Die Abscheidung hat eine tief dunkelbraune Farbe.

Claims (11)

  1. Photovoltaische Zelle mit einem photovoltaisch aktiven Halbleitermaterial, dadurch gekennzeichnet, dass das photovoltaisch aktive Halbleitermaterial ein p- oder n-dotiertes Halbleitermaterial mit Mischverbindungen der Formel (I) ist: (Zn1-xMnxTe)1-y(SiaTeb)y (I)mit x = Zahl von 0,01 bis 0,99, y = Zahl von 0,01 bis 0,2, a = Zahl von 1 bis 2 und b = Zahl von 1 bis 3.
  2. Photovoltaische Zelle gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das p-dotierte Halbleitermaterial mindestens ein Element aus der Gruppe As und P mit einem Atomkonzentrationsanteil von bis zu 0,1 At-% enthält und dass das n-dotierte Halbleitermaterial mindestens ein Element aus der Gruppe Al, In und Ga mit einem Atomkonzentrationsanteil von bis zu 0,5 At-% enthält.
  3. Photovoltaische Zelle gemäß einem der Ansprüche 1 oder 2, umfassend ein Substrat, eine p-Schicht aus dem p-dotierten Halbleitermaterial mit einer Dicke von 0,1 bis 10 μm und eine n-Schicht aus dem n-dotierten Halbleitermaterial mit einer Dicke von 0,1 bis 10 μm.
  4. Photovoltaische Zelle gemäß Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Substrat eine flexible Metallfolie oder ein flexibles Metallblech ist.
  5. Verfahren zur Herstellung einer photovoltaischen Zelle gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, gekennzeichnet durch das Beschichten eines Substrats mit mindestens jeweils einer Schicht aus dem p-dotierten Halbleitermaterial und einer Schicht aus dem n-dotierten Halbleitermaterial, wobei die Schichten eine Dicke von 0,1 bis 10 μm aufweisen.
  6. Verfahren gemäß Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Beschichten mindestens ein Abscheidungsverfahren aus der Gruppe Sputtern, Laserablation, elektrochemisches Abscheiden oder stromloses Abscheiden umfasst.
  7. Verfahren gemäß Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass zum Sputtern ein Sputter-Target enthaltend Zink, Mangan, Tellur und Silizium durch Zusammenschmelzen von Bestandteilen hergestellt wird.
  8. Verfahren gemäß Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass zum Herstellen des Sputter-Targets Zn, Mn, Te und Si in einer Reinheit von mindestens 99,5 eingesetzt werden und dass Zn, Mn, Te und SiaTeb in einer entwässerten Quarzröhre unter Vakuum bei Temperaturen von 1.200 bis 1.400°C verschmolzen werden.
  9. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass beim Herstellen des Sputter-Targets Dotierelemente für eine p- oder n-Dotierung in das Sputter-Target eingebracht werden.
  10. Verfahren gemäß Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass zum stromlosen Abscheiden eine wässrige Lösung, die Zn2+-, Mn2+- und TeO3 2+-Ionen enthält, bei einer Temperatur von 30 bis 90°C mit hypophosphoriger Säure H3PO2 als Reduktionsmittel in Gegenwart des Substrats vernetzt wird.
  11. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 6 bis 10, gekennzeichnet durch die Verfahrensschritte: a) Beschichten des Substrats mit einer ersten Schicht aus Zn1-xMnxTe, b) Einbringen von Si in die erste Schicht zum Herstellen von Mischverbindungen der Formel (I), c) Erzeugen einer p- oder n-Dotierung mit Donatoratomen oder Akzeptoratomen, d) Beschichten der ersten Schicht mit einer zweiten Schicht aus Zn1-xMnxTe, e) Einbringen von Silizium in die zweite Schicht zum Herstellen von Mischverbindungen der Formel (I), f) Erzeugen einer n- oder p-Dotierung mit Akzeptoratomen oder Donatoratomen und g) Aufbringen einer elektrisch leitfähigen transparenten Schicht und einer Schutzschicht auf die zweite Schicht.
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