DE102006039331A1 - Photovoltaik-Dünnschichtaufbau und Herstellungsverfahren - Google Patents

Photovoltaik-Dünnschichtaufbau und Herstellungsverfahren Download PDF

Info

Publication number
DE102006039331A1
DE102006039331A1 DE102006039331A DE102006039331A DE102006039331A1 DE 102006039331 A1 DE102006039331 A1 DE 102006039331A1 DE 102006039331 A DE102006039331 A DE 102006039331A DE 102006039331 A DE102006039331 A DE 102006039331A DE 102006039331 A1 DE102006039331 A1 DE 102006039331A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
layer
front contact
buffer
buffer layer
boron
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
DE102006039331A
Other languages
English (en)
Other versions
DE102006039331B9 (de
DE102006039331C5 (de
DE102006039331B4 (de
Inventor
Dimitrios Dr. Hariskos
Richard Dipl.-Phys. Menner
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Zentrum fuer Sonnenenergie und Wasserstoff Forschung Baden Wuerttemberg
Original Assignee
Zentrum fuer Sonnenenergie und Wasserstoff Forschung Baden Wuerttemberg
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Zentrum fuer Sonnenenergie und Wasserstoff Forschung Baden Wuerttemberg filed Critical Zentrum fuer Sonnenenergie und Wasserstoff Forschung Baden Wuerttemberg
Priority to DE102006039331A priority Critical patent/DE102006039331C5/de
Publication of DE102006039331A1 publication Critical patent/DE102006039331A1/de
Application granted granted Critical
Publication of DE102006039331B4 publication Critical patent/DE102006039331B4/de
Publication of DE102006039331B9 publication Critical patent/DE102006039331B9/de
Publication of DE102006039331C5 publication Critical patent/DE102006039331C5/de
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L31/0248—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by their semiconductor bodies
    • H01L31/0256—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by their semiconductor bodies characterised by the material
    • H01L31/0264—Inorganic materials
    • H01L31/032—Inorganic materials including, apart from doping materials or other impurities, only compounds not provided for in groups H01L31/0272 - H01L31/0312
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L31/04—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof adapted as photovoltaic [PV] conversion devices
    • H01L31/06—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof adapted as photovoltaic [PV] conversion devices characterised by potential barriers
    • H01L31/072—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof adapted as photovoltaic [PV] conversion devices characterised by potential barriers the potential barriers being only of the PN heterojunction type
    • H01L31/0749—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof adapted as photovoltaic [PV] conversion devices characterised by potential barriers the potential barriers being only of the PN heterojunction type including a AIBIIICVI compound, e.g. CdS/CulnSe2 [CIS] heterojunction solar cells
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L31/18—Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment of these devices or of parts thereof
    • H01L31/1828—Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment of these devices or of parts thereof the active layers comprising only AIIBVI compounds, e.g. CdS, ZnS, CdTe
    • H01L31/1836—Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment of these devices or of parts thereof the active layers comprising only AIIBVI compounds, e.g. CdS, ZnS, CdTe comprising a growth substrate not being an AIIBVI compound
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy
    • Y02E10/541—CuInSe2 material PV cells
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
    • Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Photovoltaic Devices (AREA)

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf einen Photovoltaik-Dünnschichtaufbau mit einer photoelektrisch aktiven Absorberschicht (3), einer transparenten Frontkontaktschicht (5) und einer mehrlagigen Pufferschicht (4) zwischen der Absorberschicht und der Frontkontaktschicht sowie auf ein zugehöriges Herstellungsverfahren. Erfindungsgemäß umfasst die Pufferschicht eine Zn-S-Schichtlage (4a) und eine Zn-Mg-O- oder bordotierte Zn-O-Schichtlage (4b), wobei zusätzlich eine undotierte Zn-O-Schichtlage (4c) vorgesehen ist und/oder die Zn-S-Schichtlage eine Dicke zwischen 20 nm und 150 nm aufweist und/oder die Zn-Mg-O-Schichtlage durch Magnetronsputtern aus einem keramischen Zn-Mg-O-Target abgeschieden wird und/oder die bordotierte Zn-O-Schichtlage durch Magnetronsputtern aus einem keramischen bordotierten Zn-O-Target mit einem Boranteil zwischen 0,05 Atom-% und 35 Atom-% abgeschieden wird. Verwendung z. B. für Solarzellen vom CIS-Typ.

Description

  • Die Erfindung bezieht sich auf einen Photovoltaik-Dünnschichtaufbau nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 und auf ein zugehöriges Herstellungsverfahren.
  • Mit dem Begriff Photovoltaik-Dünnschichtaufbau ist vorliegend jeglicher Aufbau aus übereinanderliegenden dünnen Schichten gemeint, mit dem der photoelektrische Effekt genutzt wird, insbesondere aber nicht ausschließlich für Solarzellen bzw. Photovoltaikmodule. Die eigentliche photoelektrische Umwandlung erfolgt in der sogenannten Absorberschicht, der frontseitig eine transparente Frontkontaktschicht vorgelagert ist, wobei primär zu Anpassungszwecken eine Pufferschicht zwischen Absorberschicht und von Frontkontaktschicht vorgesehen ist, die bei der vorliegend betrachteten Gattung von Photovoltaik-Dünnschichtaufbauten mehrlagig realisiert ist. Rückseitig schließt sich an die Absorberschicht üblicherweise eine Rückkontaktschicht z.B. aus Molybdän und ein geeignetes Trägersubstrat z.B. aus einem Glasmaterial an. Ein wichtiger Typ von Absorberschicht ist der CIS-Typ, der Kupfer und/oder ein äquivalentes Element, wie beispielsweise Ag, und des Weiteren Indium und/oder ein äquivalentes Element, wie beispielsweise Gallium, und Se len und/oder ein äquivalentes Element, wie beispielsweise Schwefel, umfasst, wobei jeweils die beiden äquivalenten Elemente in praktisch beliebigen Mischungsverhältnissen vorhanden sein können. Für die transparente Frontkontaktschicht sind vor allem leitfähige bzw. leitfähig dotierte Oxide („transparent conductive Oxide"; TCO) gebräuchlich, wie Indiumzinnoxid (ITO) oder mit Aluminium dotiertes Zinkoxid.
  • Ein traditionelles Pufferschichtmaterial ist Cadmiumsulfid (CdS), das jedoch schon aus Umweltverträglichkeitsgesichtspunkten problematisch ist, so dass bereits verschiedentlich Ersatzmaterialien vorgeschlagen worden sind. In diesem Zusammenhang offenbart die Offenlegungsschrift DE 101 51 415 A1 neben einigen einlagigen Pufferschichten aus Ersatzmaterialien auch eine zweilagige Pufferschicht mit einer Zn(O,S)-Schicht auf der Absorberschicht, speziell einer Cu(In,Ga)Se2-Schicht (CIGS-Schicht), und einer Zn-Mg-O-Schicht oder kurz ZnMgO-Schicht, genauer einer Zn1-xMgxO-Schicht, mit 0 < x < 1, auf der Zn(O,S)-Schicht. Die Zn(O,S)-Schicht wird dort nasschemisch unter Verwendung einer Lösung aus Zinkacetat, Thioharnstoff und Ammoniak in einer Dicke zwischen 1 nm und 20 nm hergestellt, wobei ein mit dieser Lösung befüllter Behälter in ein auf 85°C gehaltenes Heißwasserbad eingesetzt wird. Das Aufbringen der ZnMgO-Schicht z.B. in einer Dicke von 100 nm erfolgt dort durch Magnetronsputtern zweier getrennter ZnO- bzw. MgO-Targets. Für die Pufferschicht oder bei mehrlagiger Ausführung derselben für wenigstens eine der Pufferschichtlagen ist auch die Bezeichnung Fensterschicht gebräuchlich.
  • Ungeachtet der in den letzten Jahren erzielten Fortschritte ist es ein stetes Bemühen, die elektrischen Eigenschaften derartiger Photovoltaik-Dünnschichtaufbauten und insbesondere deren Wirkungsgrad weiter zu verbessern, wobei sowohl die für die einzelnen Schichten verwendeten Materialien als auch die zum Bilden der Schichten benutzten Prozesspa rameter wesentlichen Einfluss auf die resultierenden Eigenschaften des hergestellten Photovoltaik-Dünnschichtaufbaus haben.
  • Der Erfindung liegt als technisches Problem die Bereitstellung eines Photovoltaik-Dünnschichtaufbaus der eingangs genannten Art und eines zugehörigen Herstellungsverfahrens zugrunde, mit denen sich gegenüber dem oben erwähnten Stand der Technik eine weitere Verbesserung vor allem der elektrischen Eigenschaften des Photovoltaik-Dünnschichtaufbaus bei guter Umweltverträglichkeit und vertretbarem Herstellungsaufwand erzielen lässt.
  • Die Erfindung löst dieses Problem durch die Bereitstellung eines Photovoltaik-Dünnschichtaufbaus mit den Merkmalen des Anspruchs 1, 2 oder 3 sowie eines Herstellungsverfahrens mit den Merkmalen des Anspruchs 10, 11 oder 12.
  • Der mit dem Verfahren nach Anspruch 10 herstellbare Photovoltaik-Dünnschichtaufbau nach Anspruch 1 beinhaltet eine mindestens dreilagige Pufferschicht mit einer Zn-S-Schichtlage, einer Zn-Mg-O- oder bordotierten Zn-O-Schichtlage und einer undotierten Zn-O-Schichtlage. Hier und im Folgenden soll durch die Bindestriche zwischen den Bezeichnungen der beteiligten Elemente im jeweiligen Schichtmaterial zum Ausdruck gebracht werden, dass es sich um Hauptkomponenten für die jeweilige Schichtlage handelt, die in beliebigen stöchiometrischen und nichtstöchiometrischen Anteilen enthalten sein können, soweit dadurch die jeweils geforderten Schichteigenschaften bereitgestellt werden, wie sich dies für den Fachmann auf dem hier maßgeblichen Fachgebiet versteht. Als Hauptkomponenten werden hierbei jeweils diejenigen Elemente angesehen, die mit deutlich höherem Anteil als etwa zusätzlich vorhandene weitere Elemente in der betreffenden Schicht bzw. Schichtlage enthalten sind, wobei diese anderen Elemente auch als Minoritätsbestandteile oder Zusätze bzw. Additive bezeichnet werden.
  • Bei dem durch das Verfahren nach Anspruch 11 herstellbaren Photovoltaik-Dünnschichtaufbau nach Anspruch 2 beinhaltet die Pufferschicht eine Zn-S-Schichtlage und auf dieser eine Zn-Mg-O-Schichtlage, wobei die Dicke der Zn-S-Schichtlage zwischen 20 nm und 150 nm liegt, was sich als sehr günstig gezeigt hat, und/oder die Zn-Mg-O-Schichtlage durch Sputtern aus einem keramischen Zn-Mg-O-Target abgeschieden ist. Wiederum zeigen sich überraschend gute Eigenschaften der Pufferschicht mit diesen Schichtlagen und damit des entsprechenden Photovoltaik-Dünnschichtaufbaus insgesamt.
  • Letzteres gilt auch für den mit dem Verfahren nach Anspruch 12 herstellbaren Photovoltaik-Dünnschichtaufbau nach Anspruch 3, bei dem die Pufferschicht eine Zn-S-Schichtlage und eine auf dieser durch Sputtern aus einem keramischen bordotierten Zn-O-Target mit einem Boranteil zwischen 0,05 Atom% und 35 Atom% abgeschiedene bordotierte Zn-O-Schichtlage beinhaltet, wobei ein Boranteil zwischen 0,1 Atom% und 30 Atom% und noch spezieller zwischen 0,1 Atom% und 10 Atom% besonders gute Eigenschaften der so zusammengesetzten Pufferschicht und damit des entsprechenden Photovoltaik-Dünnschichtaufbaus ergibt.
  • Hervorzuheben ist zu allen drei Aspekten eines Photovoltaik-Dünnschichtaufbaus mit einer mehrlagigen Pufferschicht gemäß den Ansprüchen 1 bis 3, dass eine beträchtliche Verbesserung des Wirkungsgrades von so realisierten Photovoltaik-Dünnschichtaufbauten z.B. gegenüber solchen mit einer traditionellen einlagigen CdS-Pufferschicht oder einer herkömmlichen zweilagigen Pufferschicht mit einer CdS-Pufferschichtlage und einer Pufferschichtlage aus undotiertem ZnO beobachtet wird. Die erfindungsgemäßen Photovoltaik-Dünnschichtaufbauten zeigen zudem eine vergleichsweise hohe Langzeitstabilität z.B. im Vergleich mit herkömmlichen Pufferschichten aus ZnS-Pufferschichtlage und undotierter ZnO-Pufferschichtlage durch Reduzie rung oder vollständige Eliminierung von sogenannten transienten Effekten bzw. Light-Soaking-Effekten. Außerdem können im Vergleich zu Pufferschichten mit ZnS-Pufferschichtlage und undotierter ZnO-Pufferschichtlage Temper- und Beleuchtungsschritte, wie sie für Photovoltaik-Dünnschichtaufbauten mit dieser herkömmlichen zweilagigen Pufferschicht zur Leistungssteigerung und Leistungsstabilisierung in der Literatur als notwendig beschrieben werden, reduziert oder sogar ganz eliminiert werden.
  • In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung beträgt die Dicke der undotierten Zn-O-Schichtlage höchstens etwa 200 nm, während die Dicke der Zn-S-Schichtlage, wie schon erwähnt, bevorzugt im Bereich zwischen 20 nm und 150 nm und spezieller zwischen 20 nm und 60 nm liegt.
  • Die Zn-S-Schichtlage beinhaltet in einer Weiterbildung der Erfindung einen Sauerstoff-Minoritätsanteil von höchstens einem Drittel des Schwefelanteils. Es zeigt sich, dass diese Begrenzung des Sauerstoffanteils in der Zn-S-Schichtlage in Kombination mit der oder den weiteren Schichtlagen der Pufferschicht ebenfalls zur Erzielung vergleichsweise guter Eigenschaften der Pufferschicht und damit des Photovoltaik-Dünnschichtaufbaus insgesamt beiträgt. Der z.B. nach einer nasschemischen Bildung der Zn-S-Schichtlage in dieser enthaltene Sauerstoffanteil kann bei Bedarf vorteilhaft durch Spülen der aufgebrachten Schicht mit ammoniakhaltigem Wasser verringert werden.
  • Die Dicke der Zn-Mg-O-Schichtlage oder der bordotierten Zn-O-Schichtlage beträgt in Weiterbildung der Erfindung zwischen mm und 150 nm, vorzugsweise zwischen 30 nm und 100 nm. Es zeigt sich, dass dieser Schichtdickenbereich für die betreffende Zn-Mg-O- bzw. bordotierte Zn-O-Schichtlage für die Erzielung vergleichsweise guter Eigen schaften, vor allem guter elektrischer Eigenschaften, des Photovoltaik-Dünnschichtaufbaus günstig ist.
  • Vorteilhaft ist die bordortierte Zn-O-Schichtlage in Weiterbildung der Erfindung hochohmig realisiert, speziell mit einem Flächenwiderstand von mindestens etwa 1 MΩ und insbesondere von mindestens etwa 80 MΩ.
  • Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden nachfolgend beschrieben. Hierbei zeigen:
  • 1 eine schematische Querschnittansicht eines Photovoltaik-Dünnschichtaufbaus,
  • 2 ein I-U-Kennliniendiagramm für eine erste erfindungsgemäße Solarzelle mit einem Schichtaufbau gemäß 1,
  • 3 ein vergleichendes I-U-Kennliniendiagramm für eine herkömmliche Solarzelle und eine zweite erfindungsgemäße Solarzelle jeweils mit einer Cu(In,Ga)Se2-Absorberschicht,
  • 4 ein vergleichendes Quantenausbeutediagramm für die herkömmliche bzw. die erfindungsgemäße Solarzelle entsprechend 3,
  • 5 ein vergleichendes Quantenausbeutediagramm für eine herkömmliche Solarzelle und zwei weitere erfindungsgemäße Solarzellen jeweils mit einer CuGaSe2-Absorberschicht,
  • 6 ein I-U-Kennliniendiagramm für ein mehrzelliges erfindungsgemäßes Solarzellenmodul mit Zn-Mg-O-Pufferschichtlage und
  • 7 ein I-U-Kennliniendiagramm für eine weitere erfindungsgemäße Solarzelle mit bordotierter Zn-O-Schichtlage.
  • 1 zeigt schematisch den Dünnschichtaufbau einer erfindungsgemäßen Photovoltaikzelle. Wie daraus ersichtlich, beinhaltet dieser Photovoltaik-Dünnschichtaufbau auf einem Trägersubstrat 1, das beispielsweise aus einem Glasmaterial bestehen kann, in der genannten Reihenfolge eine Rückkontaktschicht 2 z.B. aus Molybdän, eine photoelektrisch aktive Absorberschicht 3, bei der es sich insbesondere um eine CIS-Schicht bzw. CIGS-Schicht irgendeiner beliebigen, hierfür an sich bekannten Zusammensetzung handeln kann, eine mehrlagige Pufferschicht 4 und eine Frontkontaktschicht 5 z.B. aus mit Aluminium dotiertem Zinkoxid, abgekürzt ZnO:Al.
  • Im gezeigten Beispiel beinhaltet die mehrlagige Pufferschicht 4 drei Schichtlagen, in alternativen Ausführungsformen der Erfindung kann sie jedoch auch nur zwei oder mehr als drei Schichtlagen umfassen. Im Ausführungsbeispiel von 1 beinhaltet die Pufferschicht 4 eine Zn-S-Schichtlage 4a, eine Zn-Mg-O- oder eine bordotierte ZnO-Schichtlage 4b, letztere auch als ZnO:B-Schichtlage abgekürzt, und eine undotierte Zn-O-Schichtlage 4c, letztere auch als i-Zn-O-Schichtlage oder i-ZnO-Schichtlage abgekürzt, in dieser Reihenfolge zwischen der darunterliegenden Absorberschicht 3 und der darüberliegenden Frontkontaktschicht 5.
  • Bei einem speziellen Ausführungsbeispiel besteht die Absorberschicht 3 aus einem Cu(In,Ga)Se2-Material ohne Schwefel bzw. ohne Schwefelanreicherung an der Oberfläche. Diese Absorberschicht 3 kann z.B. durch Coverdampfung der Elementbestandteile Cu, In, Ga und Se hergestellt werden. Der Ga-Gehalt kann hierbei beliebig zwischen 0% und 100% bezogen auf den Gesamtgehalt von Indium und Gallium betragen, je nach Bedarf und entsprechend eingestellten Präparationsparametern.
  • Das Aufbringen der Rückkontaktschicht 2 z.B. aus Molybdän und das Aufbringen der Frontkontaktschicht 5 z.B. aus ZnO:Al kann jeweils durch eine beliebige der hierfür an sich bekannten Techniken erfolgen und bedarf daher hier keiner näheren Erläuterungen. Nachfolgend wird detaillierter auf die Herstellung der Pufferschicht 4, d.h. auf das Aufbringen der zugehörigen Pufferschichtlagen 4a, 4b und 4c, eingegangen, wobei schon hier erwähnt sei, dass die dritte Pufferschichtlage, d.h. die undotierte Zn-O-Schichtlage 4c, optional ist und in entsprechenden Ausführungsbeispielen auch weggelassen werden kann.
  • Die erste Pufferschichtlage 4a aus Zn-S-Material kann z.B. nasschemisch durch eine Fällungsreaktion aus einer wässrigen Lösung hergestellt werden. Derartige Verfahren sind auch unter den Abkürzungen CBD („chemical bath deposition") und SD („solution deposition") bekannt. Als Ausgangsstoffe dienen die Verbindung ZnSO4 oder ein anderes Zn-Salz, wie Zn(CH3COO)2, ZnCl2 oder ZnI2, sowie Thioharnstoff und Ammoniumhydroxid. Diese drei Ausgangsstoffe werden bei der vorliegend gewählten Verfahrensweise zuerst getrennt je für sich in destilliertem Wasser gelöst und die daraus resultierenden Ausgangslösungen werden dann bei Raumtemperatur in beliebiger Reihenfolge, bevorzugt jedoch in der Reihenfolge ZnSO4-Lösung, Ammoniumhydroxid-Lösung und Thioharnstoff-Lösung, zusammengemischt und dann in einem Reaktor zur Reaktion gebracht. Dazu wird die Mischung im Reaktor einer vorgebbaren Temperatur-Zeit-Rampe ausgesetzt, für die günstige Parameter beispielsweise empirisch ermittelt werden. Die Ausgangstemperatur der Temperatur-Zeit-Rampe beträgt Raumtemperatur, d.h. zwischen 20°C und 25°C, die Endtemperatur beträgt zwischen 70°C und 90°C. Die Konzentrationen der drei beteiligten Ausgangsstoffe im Reaktor betragen bevorzugt für das Zn-Salz, wie ZnSO4, 0,05 mol/l bis 0,15 mol/l, für Ammoniumhydroxid 1,0 mol/l bis 2,0 mol/l und für Thioharnstoff 0,2 mol/l bis 0,5 mol/l.
  • Es zeigt sich z.B. aus entsprechenden EDX-Messungen, dass die durch dieses Verfahren aufgebrachte Zn-S-Pufferschichtlage 4a aus den Hauptkomponenten Zn und S besteht. Bedingt durch das nasschemische Verfahren ist eventuell noch ein gewisser Sauerstoff-Minoritätsanteil in der Schichtlage enthalten. Dieser kann auf Wunsch reduziert werden, indem die erzeugte Zn-S-Pufferschichtlage 4a mit ammoniakhaltigem Wasser gespült wird. Das Spülen mit ammoniakhaltigem Wasser erfolgt vorzugsweise im Temperaturbereich zwischen 10°C und 60°C. Dadurch lässt sich erreichen, dass maximal 25 Atom-% des verfügbaren Zn eine Verbindung zu Sauerstoff aus der wässrigen ammoniakalischen Lösung im Reaktor eingehen, während sich der überwiegende Zn-Anteil von mindestens 75 Atom-% mit dem Schwefel zu ZnS verbindet. Je nach Konzentration der drei beteiligten Ausgangsstoffe wächst die Zn-S-Pufferschichtlage 4a durch dieses Verfahren z.B. auf einer Cu(In,Ga)Se2-Absorberschicht 3 in einer Depositionszeit zwischen etwa 10 min und etwa 30 min mit einer Dicke von 20 nm bis 60 nm auf. Dieser Schichtdickenbereich hat sich für die erste Pufferschichtlage 4a aus Zn-S-Material als optimal für den erfindungsgemäßen Photovoltaik-Dünnschichtaufbau herausgestellt.
  • Die zweite Pufferschichtlage 4b aus Zn-Mg-O-Material wird vorzugsweise durch Magnetronsputtern aus einem keramischen Zn-Mg-O-Target als hochohmige Schichtlage hergestellt, wobei der Mg-Anteil bezogen auf den gesamten Metallgehalt an Zn und Mg vorzugsweise zwischen 1 Atom-% und 50 Atom-% beträgt. Die Zusammensetzung der hergestellten Zn-Mg-O-Schicht kann abhängig von den Präparationsbedingungen etwas von derjenigen des Targets abweichen. Die Abscheidung erfolgt z.B. bei Leistungsdichten zwischen 1 W/cm2 und 3 W/cm2 mit reinem Ar als Sputtergas oder mit Ar/O2-Gasgemischen mit einem O2-Anteil von bis zu 3%. Die Zn-Mg-O-Pufferschichtlage 4b wird mit einer Dicke vorzugsweise zwischen mm und 200 nm aufgebracht, wobei sich zeigt, dass in diesem Dickenbereich eine optimale Solarzellenfunktion gewährleistet wird.
  • In einer alternativen Ausführungsform wird die zweite Pufferschichtlage 4b durch ein ZnO:B-Material gebildet, wobei die Bordotierung ausreichend niedrig gehalten wird, so dass die erzeugte ZnO:B-Schicht noch relativ hochohmig ist. Die Schichtabscheidung erfolgt in diesem Fall vorzugsweise durch Magnetronsputtern aus einem keramischen ZnO:B-Target, das einen Boranteil von 0,1 Atom-% bis 30 Atom-% bezogen auf den gesamten Metallanteil von Zn und B enthält. Die Dicke der ZnO:B-Schichtlage 4b beträgt vorzugsweise zwischen mm und 200 nm. Die Abscheidung erfolgt z.B. bei Leistungsdichten von 1 W/cm2 bis 3 W/cm2 mit reinem Ar als Sputtergas oder mit Ar/O2-Gasgemischen mit einem O2-Anteil von bis zu 3%.
  • Die dritte Pufferschichtlage 4c aus i-ZnO-Material kann beispielsweise durch Magnetronsputtern aus einem undotieren keramischen ZnO-Target mit den gleichen Sputterbedingungen abgeschieden werden, wie sie oben zur zweiten Pufferschichtlage 4b angegeben sind. Wie schon erwähnt, ist die dritte Pufferschichtlage 4c optional. Wenn sie vorgesehen wird, wird sie in einer Dicke von vorzugsweise höchstens etwa 200 nm aufgebracht, wobei bevorzugt die Dicke der dritten Pufferschichtlage 4c umgekehrt proportional zur Dicke der zweiten Pufferschichtlage 4b gewählt wird, d.h. in verschiedenen Ausführungsbeispielen mit unterschiedlicher Dicke der zweiten Pufferschichtlage 4b wird die Dicke der dritten Pufferschichtlage 4c jeweils so gewählt, dass sich in etwa die gleiche Gesamtdicke von zweiter und dritter Pufferschichtlage 4b, 4c ergibt.
  • Im Folgenden wird anhand einiger konkreter Ausführungsbeispiele auf die vorteilhaften Eigenschaften näher eingegangen, die sich für den erfindungsgemäßen Photovoltaik-Dünnschichtaufbau ergeben. In einem ersten konkreten Ausführungsbeispiel sind eine Absorberschicht aus Cu(In0,65Ga0,35)Se2, eine erste Pufferschichtlage 4a aus Zn-S-Material mit einer Dicke von 40 nm, eine zweite Pufferschichtlage 4b aus Zn-Mg-O-Material mit einer Dicke von 50 nm sowie eine dritte Pufferschichtlage aus i-ZnO-Material mit einer Dicke von 40 nm vorgesehen. Im übrigen sind eine übliche Molybdänrückkontaktschicht und eine übliche ZnO:Al-Frontkontaktschicht vorgesehen. Für eine Solarzelle mit diesem Schichtaufbau wurde eine I-U-Kennlinie K1 gemessen, wie sie in 2 gezeigt ist. Die Messung erfolgte unter den bekannten Standardtestbedingungen (STC) mit simuliertem AM1,5-Spektrum, Beleuchtungsintensität 100 mW/cm2, Temperatur T = 25°C. Wie im Insert von 2 angegeben, betrug die Solarzellenfläche 0,5 cm2, und es ergaben sich ein Wirkungsgrad (n) von 15,6%, eine Leerlaufspannung (Voc) von 672,3 mV, ein Füllfaktor (FF) von 77,3% und eine Kurzschlussstromdichte (jSC) von 29,9 mA/cm2. Die Messungen haben außerdem gezeigt, dass die so hergestellte und aufgebaute Solarzelle langzeitstabil ist und auch nach längerer Lagerung im Dunkeln unter Laborbedingungen kein transientes Verhalten zeigt.
  • Für ein zweites konkretes Ausführungsbeispiel wurden die gleiche Absorberschicht 3 und die gleiche erste Pufferschichtlage 4b aus Zn-S-Material mit einer Dicke von 40 nm sowie als zweite Pufferschichtlage 4b wiederum eine Zn-Mg-O-Schicht gewählt, jedoch wurde die zweite Pufferschichtlage 4b in diesem Fall in einer Dicke von 100 nm aufgebracht. Gleichzeitig wurde die dritte Pufferschichtlage 4c bei diesem Beispiel weggelassen.
  • 3 zeigt eine für die so hergestellte und aufgebaute Solarzelle gemessene I-U-Kennlinie K2 im Vergleich zu einer I-U-Kennlinie V1, wie sie für eine herkömmliche Solarzelle gemessen wurde, bei der bei ansonsten gleichem Schichtaufbau statt der zweilagigen ZnS/ZnMgO-Pufferschicht eine herkömmliche zweilagige CdS/i-ZnO-Pufferschicht vorgesehen ist. Beide Kennlinien K2 und V1 wurden wiederum unter STC gemessen und zeigten auch nach längerer Lagerung im Dunkeln unter Laborbedingungen kein transientes Verhalten, d.h. beide Solarzellen erwiesen sich als langzeitstabil. Für die erfindungsgemäße, CdS-freie Solarzelle ergibt sich gegenüber der herkömmlichen Solarzelle aufgrund einer deutlich höheren Kurzschlussstromdichte ein deutlich besserer Wirkungsgrad von η = 15,18% im Vergleich zu η = 13,98% bei der herkömmlichen Solarzelle, was einer Steigerung von ca. 9% entspricht. Die Leerlaufspannung betrug 658,32 mV gegenüber 690,00 mV, der Füllfaktor 77,33% gegenüber 76,42% und die Stromdichte 29,82 mA/cm2 gegenüber 26,51 mA/cm2, jeweils für die erfindungsgemäße Solarzelle verglichen mit der herkömmlichen Solarzelle.
  • 4 zeigt jeweils wiederum für die erfindungsgemäß realisierte Solarzelle mit ZnS/ZnMgO-Pufferschicht und die herkömmliche Vergleichszelle mit CdS/i-ZnO-Pufferschicht eine Kennlinie K3 bzw. V2 der wellenlängenabhängigen Quantenausbeute. Wie daraus ersichtlich, ist die Quantenausbeute gemäß der Kennlinie K3 für die erfindungsgemäße Solarzelle gegenüber derjenigen der herkömmlichen Vergleichszelle entsprechend der Kennlinie V2 deutlich verbessert, insbesondere im Wellenlängenbereich zwischen 350 nm und 550 nm. Dies spiegelt sich auch in höheren Kurzschlussstromdichten wider, sowohl für ein AM1,5-Spektrum als auch für ein AM0-Spektrum.
  • Für ein drittes konkretes Ausführungsbeispiel der Erfindung wurde für die Absorberschicht 3 ein CuGaSe2-Material verwendet, d.h. der In-Anteil der vorherigen Ausführungsbeispiele ist in diesem Fall vollständig durch Ga ersetzt. Der Bandabstand dieses Absorberschichtmaterials beträgt 1,66 eV. Für die erste Pufferschichtlage 4a wurde eine Zn-S-Schicht mit einer Dicke von 35 nm gewählt, für die zweite Pufferschichtlage 4b eine Zn-Mg-O-Schicht mit einer Dicke von 50 nm und einem Mg-Anteil, der wie in den anderen Beispielen im Bereich zwischen 1 Atom-% und 50 Atom-% bezogen auf den Gesamtmetallgehalt von Mg und Zn lag. Für eine erste Ausführung der Solarzelle gemäß diesem dritten Beispiel wurde wie im zweiten Ausführungsbeispiel die dritte Pufferschichtlage aus i-ZnO-Material weggelassen. Für eine zweite Ausführung wurde die dritte Pufferschichtlage 4c aus i-ZnO-Material mit einer Dicke von 35 nm vorgesehen. Als Vergleich wurde eine herkömmliche Solarzelle mit im Wesentlichen gleichem Schichtaufbau herangezogen, wobei jedoch als Pufferschicht 4 wiederum eine herkömmliche zweilagige CdS/i-ZnO-Pufferschicht verwendet wurde.
  • 5 zeigt vergleichend die wellenabhängige Quantenausbeute für die herkömmliche Vergleichszelle (Kennlinie V3) sowie für die erste Ausführung des dritten erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiels mit zweilagiger ZnS/ZnMgO-Pufferschicht (Kennlinie K4) und für die zweite Ausführung des erfindungsgemäßen dritten Ausführungsbeispiels mit dreilagiger ZnS/ZnMgO/i-ZnO-Pufferschicht (Kennlinie K5). Wie aus 5 ersichtlich, weisen die beiden erfindungsgemäßen Solarzellen wiederum eine deutlich höhere Quantenausbeute auf als die Vergleichszelle, insbesondere im Wellenlängenbereich zwischen 350 nm und 600 nm, wobei die zweite Ausführung mit dreilagiger Pufferschicht noch eine höhere Quantenausbeute als die zweite Ausführung mit zweilagiger Pufferschicht zeigt. Dies spiegelt sich wiederum in entsprechend höheren Kurzschlussstromdichten (iSC) wider, wie sie in der Legende unter dem Diagrammteil von 5 angegeben sind. Es sei an dieser Stelle betont, dass durch dieses dritte konkrete Ausführungsbeispiel dokumentiert wird, dass die Erfindung die Bereitstellung von praxistauglichen CdS-freien Solarzellen mit einer Absorberschicht auf der Basis von CuGaSe2, d.h. ohne In-Anteil, ermöglicht.
  • Die durch die Erfindung erzielbaren vorteilhaften Solarzelleneigenschaften lassen sich nicht nur an Einzelzellen beobachten, sondern auch an großflächigeren, aus mehreren Einzelzellen aufgebauten Photovoltaik modulen. Hierzu zeigt 6 ein I-U-Diagramm für ein viertes Ausführungsbeispiel in Form eines aus 16 Einzelzellen mit einer effektiven Gesamtfläche von 52,3 cm2 bestehenden Photovoltaikmoduls mit einer Modulabmessung von 10 cm × 10 cm. Zur Realisierung dieses Moduls wurde auf einer CIGS-Absorberschicht ein Pufferschichtaufbau mit einer ZnS-Schichtlage in einer Dicke von ca. 40 nm und einer ZnMgO-Schichtlage mit einer Dicke von ca. 150 nm gewählt. Die gemessenen Werte für die wesentlichen Modulparameter Wirkungsgrad, Leerlaufspannung, Füllfaktor und Stromdichte sind als Legende in 6 angegeben. Der erhaltene Wirkungsgrad von 14,9% war höher als bei einem parallel mit gleichen Abmessungen unter analogen Bedingungen hergestellten Vergleichsmodul mit herkömmlicher CdS/iZnO-Pufferschicht.
  • Für ein fünftes konkretes Ausführungsbeispiel wurden eine Absorberschicht 3 aus Cu(In1-xGa)Se2-Material, mit 0,3 ≤ x ≤ 0,4, eine erste Pufferschichtlage 4a aus Zn-S-Material mit einer Dicke von 40 nm, eine zweite Pufferschichtlage 4b aus ZnO:B-Material mit einer Dicke von etwa 50 nm und einem Boranteil von 4 Atom-% bezogen auf den Gesamtmetallgehalt von Zn und B sowie optional eine dritte Pufferschichtlage 4c i-ZnO-Material mit einer Dicke zwischen 0 nm und 50 nm gewählt. Es zeigte sich, dass auch die so hergestellten und aufgebauten Solarzellen praxistaugliche Eigenschaften aufweisen.
  • Dies wird durch das I-U-Diagramm von 7 belegt, das sich aus Messungen an einer gemäß dem fünften Ausführungsbeispiel realisierten Solarzelle ergab, wobei im konkreten Beispiel keine dritte Pufferschichtlage aus i-Zn-O vorgesehen wurde. Es ergab sich ein Wirkungsgrad von 13,68, eine Leerlaufspannung von 665,83 mV, ein Füllfaktor von 73,41, ein Kurzschlussstrom von 14,0 mA und eine Kurzschlussstromdichte von 28,0 mA/cm2.
  • Wie die oben beschriebenen exemplarischen Ausführungsbeispiele deutlich machen, stellt die Erfindung einen Photovoltaik-Dünnschichtaufbau und ein vorteilhaftes Verfahren zu dessen Herstellung zur Verfügung, der in Lage ist, herkömmliche Photovoltaik-Dünnschichtaufbauten und insbesondere Solarzellen mit CdS-haltiger Pufferschicht zu ersetzen und dabei ohne Cd auszukommen, wobei die relevanten Solarzelleneigenschaften nicht verschlechtert und überwiegend sogar verbessert werden. Die Erfindung eignet sich insbesondere für Solarzellen vom CIS- bzw. CIGS-Typ, ist jedoch auch für Solarzellen anderer herkömmlicher Typen anwendbar.

Claims (17)

  1. Photovoltaik-Dünnschichtaufbau mit – einer photoelektrisch aktiven Absorberschicht (3), – einer transparenten Frontkontaktschicht (5) und – einer mehrlagigen Pufferschicht (4) zwischen der Absorberschicht und der Frontkontaktschicht, dadurch gekennzeichnet, dass – die Pufferschicht eine Zn-S-Schichtlage (4a), eine Zn-Mg-O- oder eine bordotierte Zn-O-Schichtlage (4b) und eine undotierte Zn-O-Schichtlage (4c) umfasst.
  2. Photovoltaik-Dünnschichtaufbau mit – einer photoelektrisch aktiven Absorberschicht (3), – einer transparenten Frontkontaktschicht (5) und – einer mehrlagigen Pufferschicht (4) zwischen der Absorberschicht und der Frontkontaktschicht, dadurch gekennzeichnet, dass – die Pufferschicht eine Zn-S-Schichtlage (4a) und eine Zn-Mg-O-Schichtlage (4b) beinhaltet, wobei die Zn-S-Schichtlage mit einer Dicke zwischen 20 nm und 150 nm, insbesondere zwischen 20 nm und 60 nm, aufgebracht ist und/oder die Zn-Mg-O-Schichtlage durch Sputtern aus einem keramischen Zn-Mg-O-Target abgeschieden ist.
  3. Photovoltaik-Dünnschichtaufbau mit – einer photoelektrisch aktiven Absorberschicht (3), – einer transparenten Frontkontaktschicht (5) und – einer mehrlagigen Pufferschicht (4) zwischen der Absorberschicht und der Frontkontaktschicht, dadurch gekennzeichnet, dass – die Pufferschicht eine Zn-S-Schichtlage (4a) und eine auf dieser durch Sputtern aus einem keramischen bordotierten Zn-O-Target mit einem Boranteil zwischen 0,05 Atom-% und 35 Atom-%, insbesondere zwischen 0,1 Atom-% und 30 Atom-% oder zwischen 0,1 Atom-% und 10 Atom-%, abgeschiedene bordotierte Zn-O-Schichtlage (4b) beinhaltet.
  4. Photovoltaik-Dünnschichtaufbau nach Anspruch 2 oder 3, weiter dadurch gekennzeichnet, dass die Pufferschicht eine auf die Zn-Mg-O-Schichtlage oder die bordotierte Zn-O-Schichtlage aufgebrachte undotierte Zn-O-Schichtlage (4c) beinhaltet.
  5. Photovoltaik-Dünnschichtaufbau nach Anspruch 1 oder 4, weiter dadurch gekennzeichnet, dass die undotierte Zn-O-Schichtlage (4c) eine Dicke zwischen 0 nm und 200 nm aufweist.
  6. Photovoltaik-Dünnschichtaufbau nach einem der Ansprüche 1 bis 5, weiter dadurch gekennzeichnet, dass die Zn-S-Pufferschichtlage (4a) eine Dicke zwischen 20 nm und 150 nm, insbesondere zwischen 20 nm und 60 nm, aufweist.
  7. Photovoltaik-Dünnschichtaufbau nach einem der Ansprüche 1 bis 6, weiter dadurch gekennzeichnet, dass die Zn-S-Pufferschichtlage (4a) einen Sauerstoff-Minoritätsanteil von höchstens einem Drittel des Schwefelanteils aufweist.
  8. Photovoltaik-Dünnschichtaufbau nach einem der Ansprüche 1 bis 7, weiter dadurch gekennzeichnet, dass die Zn-Mg-O-Pufferschichtlage oder die bordotierte Zn-O-Pufferschichtlage (4b) eine Dicke zwischen mm und 200 nm, insbesondere zwischen 50 nm und 150 nm, aufweist.
  9. Photovoltaik-Dünnschichtaufbau nach einem der Ansprüche 1 und 3 bis 8, weiter dadurch gekennzeichnet, dass die bordotierte Zn-O-Pufferschichtlage (4b) einen Flächenwiderstand von mindestens 1 MΩ, insbesondere von mindestens 80 MΩ, aufweist.
  10. Verfahren zur Herstellung eines Photovoltaik-Dünnschichtaufbaus, mit folgenden Schritten: – Aufbringen einer photoelektrisch aktiven Absorberschicht (3) auf ein Trägersubstrat (1) mit einer Rückkontaktschicht (2), – Bilden einer mehrlagigen Pufferschicht (4) auf der Absorberschicht, indem nacheinander eine Zn-S-Schichtlage (4a), eine Zn-Mg-O- oder eine bordotierte Zn-O-Schichtlage (4b) und eine undotierte Zn-O-Schichtlage (4c) aufgebracht werden, und – Aufbringen einer transparenten Frontkontaktschicht (5) auf die mehrlagige Pufferschicht (4).
  11. Verfahren zur Herstellung eines Photovoltaik-Dünnschichtaufbaus, mit folgenden Schritten: – Aufbringen einer photoelektrisch aktiven Absorberschicht (3) auf ein Trägersubstrat (1) mit einer Rückkontaktschicht (2), – Bilden einer mehrlagigen Pufferschicht (4) auf der Absorberschicht (3) indem nacheinander eine Zn-S-Schichtlage (4a) und eine Zn-Mg-O-Schichtlage (4b) aufgebracht werden, wobei die Zn-S-Schichtlage in einer Dicke zwischen 20 nm und 150 nm, insbesondere zwischen 20 nm und 60 nm, durch ein nasschemisches Abscheideverfahren aufgebracht wird und/oder die Zn-Mg-O-Schichtlage durch Magnetronsputtern aus einem keramischen Zn-Mg-O-Target abgeschieden wird, und – Aufbringen einer transparenten Frontkontaktschicht (5) auf die mehrlagige Pufferschicht (4).
  12. Verfahren zur Herstellung eines Photovoltaik-Dünnschichtaufbaus, mit folgenden Schritten: – Aufbringen einer photoelektrisch aktiven Absorberschicht (3) auf ein Trägersubstrat (1) mit einer Rückkontaktschicht (2), – Bilden einer mehrlagigen Pufferschicht (4) auf der Absorberschicht, indem nacheinander eine Zn-S-Schichtlage (4a) und eine bordotierte Zn-O-Schichtlage (4b) aufgebracht werden, wobei die bordotierte Zn-O-Schichtlage durch Magnetronsputtern aus einem keramischen bordotierten Zn-O-Target mit einem Boranteil zwischen 0,05 Atom-% und 35 Atom-%, insbesondere zwischen 0,1 Atom-% und 30 Atom% oder zwischen 0,1 Atom-% und 10 Atom-%, abgeschieden wird, und – Aufbringen einer transparenten Frontkontaktschicht (5) auf die mehrlagige Pufferschicht (4).
  13. Verfahren nach Anspruch 11 oder 12, weiter dadurch gekennzeichnet, dass das Bilden der mehrlagigen Pufferschicht ein Aufbringen einer undotierten Zn-O-Schichtlage (4c) auf die Zn-Mg-O-Schichtlage oder die bordotierte Zn-O-Schichtlage vor dem Aufbringen der transparenten Frontkontaktschicht umfasst.
  14. Verfahren nach Anspruch 10 oder 13, weiter dadurch gekennzeichnet, dass die undotierte Zn-O-Schichtlage mit einer Dicke von höchstens 200 nm aufgebracht wird.
  15. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 14, weiter dadurch gekennzeichnet, dass die Zn-S-Schichtlage mit einer Dicke zwischen 20 nm und 150 nm, insbesondere zwischen 20 nm und 60 nm, mittels eines nasschemischen Abscheideverfahrens aufgebracht wird, bei dem ein Zn-Salz, Ammoniumhydroxid und Thioharnstoff jeweils als wässrige Lösung bei Raumtemperatur derart gemischt werden, dass die Konzentration des Zn-Salzes zwischen 0,05 mol/l und 0,15 mol/l, die Konzentration des Ammoniumhydroxids zwischen 1,0 mol/l und 2,0 mol/l und die Konzentration des Thioharnstoffs zwischen 0,2 mol/l und 0,5 mol/l liegen, und die Temperatur anschließend rampenförmig von Raumtemperatur bis auf eine Endtemperatur zwischen 70°C und 90°C gesteigert wird.
  16. Verfahren nach Anspruch 15, weiter dadurch gekennzeichnet, dass die abgeschiedene Zn-S-Schichtlage einer Behandlung mit ammoniakhaltigem Wasser unterzogen wird, um einen Sauerstoff-Minoritätsanteil auf einen vorgebbaren Maximalwert, insbesondere auf höchstens ein Drittel des Schwefelanteils, zu begrenzen.
  17. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 16, weiter dadurch gekennzeichnet, dass die Zn-Mg-O-Schichtlage oder die bordotierte Zn-O-Schichtlage (4b) mit einer Dicke zwischen mm und 150 nm, insbesondere zwischen 30 nm und 100 nm, aufgebracht wird.
DE102006039331A 2006-08-15 2006-08-15 Photovoltaik-Dünnschichtaufbau und Herstellungsverfahren Active DE102006039331C5 (de)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102006039331A DE102006039331C5 (de) 2006-08-15 2006-08-15 Photovoltaik-Dünnschichtaufbau und Herstellungsverfahren

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102006039331A DE102006039331C5 (de) 2006-08-15 2006-08-15 Photovoltaik-Dünnschichtaufbau und Herstellungsverfahren

Publications (4)

Publication Number Publication Date
DE102006039331A1 true DE102006039331A1 (de) 2008-02-28
DE102006039331B4 DE102006039331B4 (de) 2011-07-28
DE102006039331B9 DE102006039331B9 (de) 2012-02-23
DE102006039331C5 DE102006039331C5 (de) 2013-08-22

Family

ID=38973251

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE102006039331A Active DE102006039331C5 (de) 2006-08-15 2006-08-15 Photovoltaik-Dünnschichtaufbau und Herstellungsverfahren

Country Status (1)

Country Link
DE (1) DE102006039331C5 (de)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102008024230A1 (de) * 2008-05-19 2009-11-26 Avancis Gmbh & Co. Kg Schichtsystem für Solarzellen
DE102009054973A1 (de) * 2009-12-18 2011-06-22 SULFURCELL Solartechnik GmbH, 12487 Chalkopyrit-Dünnschicht-Solarzelle mit CdS/(Zn(S,O)-Pufferschicht und dazugehöriges Herstellungsverfahren
WO2011092236A2 (de) 2010-01-28 2011-08-04 Würth Solar Gmbh & Co. Kg Badabscheidungslösung zur nasschemischen abscheidung einer metallsulfidschicht und zugehörige herstellungsverfahren
DE102012022745B4 (de) * 2012-11-21 2021-03-18 Helmholtz-Zentrum Berlin für Materialien und Energie Gesellschaft mit beschränkter Haftung Tandem-Dünnschicht-Solarzelle

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5078804A (en) * 1989-06-27 1992-01-07 The Boeing Company I-III-VI2 based solar cell utilizing the structure CuInGaSe2 CdZnS/ZnO
JPH08330614A (ja) * 1995-05-29 1996-12-13 Showa Shell Sekiyu Kk 薄膜太陽電池および該薄膜太陽電池の製造方法
DE10010177A1 (de) * 1999-03-05 2000-09-14 Matsushita Electric Works Ltd Solarzelle
DE10151415A1 (de) * 2000-10-18 2002-05-08 Matsushita Electric Ind Co Ltd Solarzelle
US20050253142A1 (en) * 2002-09-11 2005-11-17 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd Solar cell and its manufacturing method
DE102004040546B3 (de) * 2004-08-18 2006-05-18 Hahn-Meitner-Institut Berlin Gmbh Verfahren zum Aufbringen einer Zinksulfid-Pufferschicht auf ein Halbleitersubstrat mittels chemischer Badabscheidung, insbesondere auf die Absorberschicht einer Chalkopyrit-Dünnschicht-Solarzelle

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5078804A (en) * 1989-06-27 1992-01-07 The Boeing Company I-III-VI2 based solar cell utilizing the structure CuInGaSe2 CdZnS/ZnO
JPH08330614A (ja) * 1995-05-29 1996-12-13 Showa Shell Sekiyu Kk 薄膜太陽電池および該薄膜太陽電池の製造方法
DE10010177A1 (de) * 1999-03-05 2000-09-14 Matsushita Electric Works Ltd Solarzelle
DE10151415A1 (de) * 2000-10-18 2002-05-08 Matsushita Electric Ind Co Ltd Solarzelle
US20050253142A1 (en) * 2002-09-11 2005-11-17 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd Solar cell and its manufacturing method
DE102004040546B3 (de) * 2004-08-18 2006-05-18 Hahn-Meitner-Institut Berlin Gmbh Verfahren zum Aufbringen einer Zinksulfid-Pufferschicht auf ein Halbleitersubstrat mittels chemischer Badabscheidung, insbesondere auf die Absorberschicht einer Chalkopyrit-Dünnschicht-Solarzelle

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Nakada, T. [u.a.]: High-efficiency cadmium-free Cu(In,Ga)Se<SUB>2</SUB> thin-film solar cells with chemically deposited ZnS buffer layers. In: IEEE Transactions on Electron Devices. ISSN 0018-9383. 1999, Vol. 46, Nr. 10, S. 2093-2097 *
Nakada, T. [u.a.]: High-efficiency cadmium-free Cu(In,Ga)Se2 thin-film solar cells with chemi- cally deposited ZnS buffer layers. In: IEEE Trans- actions on Electron Devices. ISSN 0018-9383. 1999, Vol. 46, Nr. 10, S. 2093-2097

Cited By (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102008024230A1 (de) * 2008-05-19 2009-11-26 Avancis Gmbh & Co. Kg Schichtsystem für Solarzellen
WO2009141132A2 (de) * 2008-05-19 2009-11-26 Avancis Gmbh & Co. Kg Schichtsystem für solarzellen
WO2009141132A3 (de) * 2008-05-19 2010-08-19 Saint-Gobain Glass France S.A. Schichtsystem für solarzellen
CN102099929A (zh) * 2008-05-19 2011-06-15 法国圣戈班玻璃厂有限公司 用于太阳能电池的层系统
JP2011521463A (ja) * 2008-05-19 2011-07-21 サン−ゴバン グラス フランス エス アー 太陽電池用層システム
CN102099929B (zh) * 2008-05-19 2014-04-30 法国圣戈班玻璃厂有限公司 用于太阳能电池的层系统
US8962995B2 (en) 2008-05-19 2015-02-24 Saint Gobain Glass France Layer system for solar cells
DE102009054973A1 (de) * 2009-12-18 2011-06-22 SULFURCELL Solartechnik GmbH, 12487 Chalkopyrit-Dünnschicht-Solarzelle mit CdS/(Zn(S,O)-Pufferschicht und dazugehöriges Herstellungsverfahren
WO2011092236A2 (de) 2010-01-28 2011-08-04 Würth Solar Gmbh & Co. Kg Badabscheidungslösung zur nasschemischen abscheidung einer metallsulfidschicht und zugehörige herstellungsverfahren
DE102010006499A1 (de) 2010-01-28 2011-08-18 Würth Solar GmbH & Co. KG, 74523 Badabscheidungslösung zur nasschemischen Abscheidung einer Metallsulfidschicht und zugehörige Herstellungsverfahren
DE102012022745B4 (de) * 2012-11-21 2021-03-18 Helmholtz-Zentrum Berlin für Materialien und Energie Gesellschaft mit beschränkter Haftung Tandem-Dünnschicht-Solarzelle

Also Published As

Publication number Publication date
DE102006039331B9 (de) 2012-02-23
DE102006039331C5 (de) 2013-08-22
DE102006039331B4 (de) 2011-07-28

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE10010177B4 (de) Solarzelle mit einer p-Typ Lichtabsorptionsschicht und einer Cd-freien n-Typ Schicht, die einen größeren Bandabstand und eine größere Elektronenaffinität aufweist
EP0715358B1 (de) Verfahren zur Herstellung einer Solarzelle mit Chalkopyrit-Absorberschicht und so hergestellte Solarzelle
DE10151415A1 (de) Solarzelle
EP0468094B1 (de) Verfahren zur Herstellung einer Chalkopyrit-Solarzelle
DE10351674A1 (de) Elektronisches Bauelement und Verfahren zu seiner Herstellung
DE19912961A1 (de) Halbleiterdünnfilm, Herstellungsverfahren dafür, sowie den Halbleiterdünnfilm aufweisende Solarzelle
DE10393214T5 (de) Solarzelle und Verfahren zur Herstellung derselben
DE102011018268A1 (de) Single Junction CIGS/CIC Solar Module
DE10113782A1 (de) Solarzelle und Verfahren zu ihrer Herstellung
DE102004040546B3 (de) Verfahren zum Aufbringen einer Zinksulfid-Pufferschicht auf ein Halbleitersubstrat mittels chemischer Badabscheidung, insbesondere auf die Absorberschicht einer Chalkopyrit-Dünnschicht-Solarzelle
DE112006002716T5 (de) Solarzelle und Verfahren zu deren Herstellung
DE102010006499A1 (de) Badabscheidungslösung zur nasschemischen Abscheidung einer Metallsulfidschicht und zugehörige Herstellungsverfahren
DE102012109883A1 (de) Verfahren zum Herstellen einer Dünnschichtsolarzelle mit pufferfreiem Fertigungsprozess
DE102013109202A1 (de) Verfahren zur Behandlung einer Halbleiterschicht
DE112015000755T5 (de) Dünnfilm-Solarzelle auf Verbindungsbasis
DE112012001058B4 (de) Verfahren zur herstellung einer tandem-photovoltaikeinheit
DE2726009A1 (de) Verfahren und vorrichtung zum erzeugen von lichtelektrischer energie
DE102006039331B4 (de) Photovoltaik-Dünnschichtaufbau und Herstellungsverfahren
DE102012100259A1 (de) Verfahren zum Erzeugen eines halbleitenden Films und Photovoltaikvorrichtung
DE4447865B4 (de) Verbindungshalbleiter-Dünnschichtsolarzelle mit Alkalimetallzusatz und Verfahren zur Herstellung
DE102014223485A1 (de) Schichtaufbau für eine Dünnschichtsolarzelle und Herstellungsverfahren
DE212012000087U1 (de) Eine kristalline 2D-Schicht auf der Grundlage von ZnO auf einem leitfähigen Kunststoffsubstrat
DE102014225862B4 (de) Verfahren zur Bildung einer Dünnschicht mit Gradient mittels Spraypyrolyse
EP0798786B1 (de) Solarzelle mit einer Chalkopyrit-Absorberschicht
WO2015131881A2 (de) RÜCKSEITENKONTAKTIERTE Si-DÜNNSCHICHT-SOLARZELLE

Legal Events

Date Code Title Description
OP8 Request for examination as to paragraph 44 patent law
R018 Grant decision by examination section/examining division
R026 Opposition filed against patent

Effective date: 20111028

R034 Decision of examining division/federal patent court maintaining patent in limited form now final

Effective date: 20130419

R206 Amended patent specification

Effective date: 20130822