DE102008054756A1 - Photovoltaikelement - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Photovoltaikelement (1) mit einem photovoltaisch aktiven Bereich, einem auf dem photovoltaisch aktiven Bereich angeordneten Transparenzbereich (6) aus einem transparenten elektrisch leitfähigen Kontaktbereich-Grundmaterial zum Entnehmen eines in dem photovoltaisch aktiven Bereich photovoltaisch erzeugten Stromes und einem zwischen dem photovoltaisch aktiven Bereich und dem Transparenzbereich (6) angeordneten Zwischenbereich (4), welcher aus einem transparenten elektrisch leitfähigen Zwischenbereich-Grundmaterial gebildet ist, wobei das Zwischenbereich-Grundmaterial in dem Zwischenbereich (4) eine höhere Dotierungsdichte aufweist, als das Transparenzbereich-Grundmaterial in dem Transparenzbereich (6).

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Photovoltaikelement mit einem Transparenzbereich.
  • Derartige Transparenzbereiche eignen sich dafür, auf einer der Lichteinfallseite abgewandten Rückseite des Photovoltaikelements zwischen einem photovoltaisch aktiven Bereich und einer reflektierenden Schicht angeordnet zu werden. Der Transparenzbereich dient hierbei dazu, die Reflexionseigenschaften der reflektierenden Schicht zu verbessern. Bei dem Photovoltaikelement kann es sich insbesondere um eine Solarzelle handeln.
  • Der Transparenzbereich kann zudem ausgelegt sein, in einem aktiven Bereich des Photovoltaikelements durch Ladungsträgertrennung erzeugte Ströme zu entnehmen. Die reflektierende Schicht ist dann als Kontaktschicht ausgebildet. In der Regel werden als Grundmaterial für derartige Transparenzbereiche sogenannte transparente leitfähige Oxide (TCO – „transparent conductive Oxide”) verwendet, beispielsweise Zinkoxid (ZnO). Die Kontaktschicht ist vorzugsweise als ganzflächige Metallisierung ausgebildet, um den mittels des Transparenzbereichs entnommenen Strom zu sammeln und weiterzuleiten. Diese Metallisierung umfasst regelmäßig Aluminium.
  • Um den Kontakt zwischen dem aktiven Bereich und dem Transparenzbereich zu verbessern, wird der Transparenzbereich derart dotiert, dass er eine hohe Leitfähigkeit aufweist. Üblicherweise wird hierzu der gesamte zwischen dem aktiven Bereich und der Metallisierung angeordnete Transparenzbereich hoch dotiert, im Falle des ZnO beispielsweise mittels Aluminium-Dotierung. Die Dotierung des gesamten Transparenzbereichs führt jedoch dazu, dass einfallendes Licht im Transparenzbereich start absorbiert wird. Hierdurch sinkt die Transparenz des Transparenzbereichs und der Wirkungsgrad des Photovoltaikelements wird vermindert.
  • Es ist daher Aufgabe der Erfindung, ein Photovoltaikelement mit einem verbesserten Wirkungsgrad bereitzustellen.
  • Die Aufgabe wird gemäß der Erfindung durch ein Photovoltaikelement mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
  • Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, dass der spezifische Leitwert nicht in dem gesamten Transparenzbereich erhöht sein muss, da der Strom im Wesentlichen senkrecht zu einer Übergangsfläche zwischen dem aktiven Bereich und dem Transparenzbereich fließt. Deshalb reicht es für das Herstellen einer optimalen elektrischen Verbindung zwischen diesen beiden Bereichen aus, wenn die Dotierung auf den Zwischenbereich konzentriert wird. Üblicherweise werden eine hohe laterale Leitfähigkeit beziehungsweise Querleitfähigkeit und gute Kontakteigenschaften der Transparenzschicht in Kombination durch hohe Dotierung erreicht und damit gute Transparenz geopfert. Mittels der Erfindung ist es möglich, die guten Kontakteigenschaften beizubehalten. Hierdurch wird jedoch die Querleitfähigkeit der Transparenzschicht zugunsten einer guten Transparenz geopfert.
  • Während also der Zwischenbereich eine erhöhte Dotierung aufweist und sich hierdurch ein elektrischer Kontakt zwischen dem aktiven Bereich und dem Zwischenbereich bilden kann, ist der Transparenzbereich niedriger dotiert, um eine Absorption des einfallenden Lichts aufgrund der Dotierung zu vermindern. Mit dem einfallenden Licht ist hierbei nicht lediglich das sichtbare Spektrum gemeint. Vielmehr kann insbesondere auch infrarotes Licht, beispielsweise in dem Wellenlängenbereich von 900 bis 1200 nm, von großer Bedeutung sein. Insbesondere in diesem Spektralbereich weist beispielsweise Silizium eine niedrige Absorption auf, so dass die einfallende Strahlung bis auf die Rückseite des Photovoltaikelementes dringt und dort reflektiert werden muss. Gerade bei infrarotem Licht wird die Absorption stark durch die Dotierung beeinträchtigt. Dementsprechend bezieht sich die Eigenschaft „transparent” auf Materialien, die zumindest einen Wesentlichen Teil des Lichts aus einem für das Photovoltaikelement geeigneten Wellenlängenbereich durchlassen.
  • Die Dotierstoffe, mit denen der Zwischenbereich und der Transparenzbereich dotiert sind, können sich hierbei unterscheiden. Ferner können mehrere Dotierstoffe in einem der Bereiche oder in beiden Bereichen verwendet werden. In diesem Zusammenhang wird als Dotierstoff jenes Material in dem Transparenzbereich beziehungsweise in dem Zwischenbereich bezeichnet, welches nicht den Wesentlichen Teil des jeweiligen Bereiches bildet. Der Dotierstoff beeinflusst jedoch durch sein Vorhandensein die Leitfähigkeit des Bereichs.
  • Zwischen dem photovoltaisch aktiven Bereich und dem Transparenzbereich können weitere Bereiche eingefügt sein, die der Verbesserung der Kontaktierungseigenschaften des Photovoltaikelementes dienen. Vorteilhafterweise handelt es sich herbei um einen Heteroübergang. Dieser kann beispielsweise als pip+-Übergang ausgebildet sein, mit einem p-dotierten kristallinen Bereich, einem intrinsischen amorphen Bereich zur Oberflächenpassivierung und einem p+-dotierten amorphen Bereich. Es handelt sich hier also um einen Heteroübergang mit intrinsischer Dünnschicht oder HIT („Heterojunction with Intrinsic Thin Layer”).
  • Das Photovoltaikelement wird hergestellt, indem der aktive Bereich, der Zwischenbereich, der Transparenzbereich und gegebenenfalls der Heteroübergang auf einem Substrat gebildet werden. Ein mögliches Herstellungsverfahren für das Photovoltaikelement umfasst ein Sputtern mehrerer Schichten aus unterschiedlichen Targets auf ein Substrat, auf dem ein aktiver Bereich gebildet ist. Alternativ oder kumulativ können andere Depositionsverfahren eingesetzt werden, beispielsweise ein chemisches und/oder physikalisches Abscheiden aus der Gasphase (CVD – „chemical vapor deposition”, PVD – „physical vapor deposition”).
  • Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass der Zwischenbereich aus einem gleichen Grundmaterial gebildet ist, wie der Transparenzbereich. Mit anderen Worten, das Zwischenbereich-Grundmaterial und das Transparenzbereich-Grundmaterial sind im Wesentlichen gleich. Hierbei handelt es sich somit um ein Photovoltaikelement, bei dem sich der Zwischenbereich und der Transparenzbereich lediglich durch die Dotierung und/oder die Dotierungsdichte unterscheiden.
  • Ein derartiges Photovoltaikelement kann mittels Sputtern hergestellt werden, indem das Zwischenbereich-Grundmaterial in einem Target als Grundmaterial mit einer Dotierung und/oder einer Dotierungsdichte und das Transparenzbereich-Grundmaterial in einem weiteren Target als Grundmaterial mit einer weiteren Dotierung und/oder einer weiteren Dotierungsdichte vorliegt und das Sputtern aus den beiden Targets nacheinander erfolgt. Alternativ kann ein Sputtern aus einem in einem Target vorliegenden Grundmaterial unter Verwendung eines Dotiergases erfolgen, welches in unterschiedlichen Abscheidungszonen unterschiedlich stark konzentriert, aktiviert und/oder vorhanden ist. Die Zugabe des Dotiergases kann ferner zeitlich variiert werden.
  • Weitere Prozesse zur Herstellung des Zwischenbereiches und des Transparenzbereiches mit gleichem Grundmaterial und unterschiedlicher Dotierung umfassen Batchprozesse mit unterschiedlichen zeitlichen Dotiergasmengen und/oder Inlineprozesse mit unterschiedlich stark dotierenden räumlichen Abscheidungszonen. Während also bei einem Batchprozess das Abscheiden auf paketweise angeordneten Substraten bei zeitlich variierenden Dotiergasmengen und/oder -dichten erfolgt, durchlaufen die Substrate bei einem Inlineprozess unterschiedliche Abscheidungszonen in der Depositionsanlage.
  • Bei einem alternativen Verfahren zur Herstellung des Photovoltaikelements wird zunächst eine dünne Schicht eines Dotierstoffes, beispielsweise eine Aluminiumschicht, auf den aktiven Bereich aufgebracht. Anschließend wird auf diese Schicht das transparente leitende Grundmaterial undotiert oder mit nur geringer Dotierung aufgebracht. Der Dotierstoff wird anschließend in das Grundmaterial eindiffundieren. Dieser Vorgang kann mittels Energiezufuhr unterstützt werden, beispielsweise in einem Aufwärmschritt.
  • In einer vorteilhaften Weiterbildung ist vorgesehen, dass der Zwischenbereich eine 10-fach höhere Dotierungsdichte aufweist, als der Transparenzbereich, vorzugsweise eine 40-fach höhere Dotierungsdichte, bevorzugt eine 100-fach höhere Dotierungsdichte. Eine um den Faktor 40 höhere Dotierungsdichte liegt beispielsweise vor, wenn der Zwischenbereich eine Dotierungsdichte von etwa 2% und der Transparenzbereich eine Dotierungsdichte von etwa 0,05% aufweisen.
  • Gemäß einer zweckmäßigen Ausgestaltung ist vorgesehen, dass das Transparenzbereich-Grundmaterial in dem Transparenzbereich im Wesentlichen undotiert ist. Hierdurch wird die Lichtabsorption in dem Transparenzbereich minimiert. Hierbei können jedoch prozessbedingte Dotierungslevels vorliegen. Beispielsweise kann beim Sputtern eine geringe Dotierung notwendig sein, damit das Target ausreichend leitfähig ist. Prozessbedingte Dotierungsdichten können in einem Bereich von bis zu etwa 0,05% liegen.
  • Bevorzugterweise ist vorgesehen, dass das Grundmaterial in dem Zwischenbereich derart dotiert ist, dass sich zwischen dem Zwischenbereich und dem photovoltaisch aktiven Bereich ein Tunnelübergang bildet. Hierzu kann der Zwischenbereich p- oder n-dotiert sein. Der an den Zwischenbereich grenzende Bereich des photovoltaisch aktiven Bereichs weist eine entgegen gesetzte Dotierung auf. Um einen Tunnelübergang zu bilden, können sowohl die Dotierdichte in dem Zwischenbereich als auch die räumlichen Abmessungen des Zwischenbereichs eingestellt werden, beispielsweise eine Schichtdicke bei schichtförmigen Zwischenbereichen.
  • Bei einer zweckmäßigen Ausführungsform ist vorgesehen, dass der Zwischenbereich eine Dotierungsdichte von etwa 0,5% aufweist, vorzugsweise von etwa 1%, bevorzugt von etwa 2%. Höhere Dotierungsdichten können auch vorgesehen sein.
  • In einer vorteilhaften Ausgestaltung ist vorgesehen, dass auf einer dem Zwischenbereich abgewandten Seite des Transparenzbereichs eine Metallisierung vorgesehen ist. Die Metallisierung dient dazu, den mittels des Transparenzbereichs aus dem aktiven Bereich entnommenen Strom abzuführen. Sie ist vorzugsweise ganzflächig ausgebildet, um eine laterale Leitfähigkeit bereitzustellen und die hierauf auftreffende elektromagnetische Strahlung zurück in den photovoltaisch aktiven Bereich zu reflektieren.
  • Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass zwischen dem Transparenzbereich und der Metallisierung ein hochdotierter Metallisierungsübergang angeordnet ist. Durch geeignete Auswahl elektrischer und/oder geometrischer Parameter des Metallisierungsübergangs können die elektrischen Verbindungseigenschaften zwischen dem Transparenzbereich und der Metallisierung eingestellt werden.
  • Vorteilhafterweise ist vorgesehen, dass die Metallisierung aus Aluminium gebildet ist. In diesem Fall kann ein Metallisierungsübergang dadurch gebildet werden, dass Aluminiumatome aus der Metallisierung in das Transparenzbereich-Grundmaterial getrieben werden.
  • Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung ist vorgesehen, dass der photovoltaisch aktive Bereich aus Silizium gebildet ist. Das Silizium kann hierbei zumindest teilweise amorph oder polykristallin sein. Der aktive Bereich kann beispielsweise eine Schichtfolge mit einem pn-Übergang, einem pin-Übergang, und/oder einem anderen zur Umwandlung elektromagnetischer Strahlung in elektrischen Strom geeigneten Übergang umfassen. Hierzu ist beispielsweise auch ein Schottky-Übergang geeignet.
  • Bevorzugterweise ist vorgesehen, dass der Zwischenbereich und/oder der Transparenzbereich aus Indium-Zinn-Oxid (ITO), aus Zinnoxid (SnO), aus Zinkoxid (ZnO) und/oder aus einem weiteren transparenten leitfähigen Metalloxid (TCO – „transparent conductive Oxide”) gebildet sind.
  • In einer zweckmäßigen Weiterbildung ist vorgesehen, dass ein dem Zwischenbereich benachbarter Bereich des photovoltaisch aktiven Bereichs p-dotiert ist und der Zwischenbereich und/oder der Transparenzbereich n-dotiert sind. Für die p-Dotierung von Silizium können beispielsweise die Elemente B, Al und/oder Ga als Dotierstoffe verwendet werden. Der umgekehrte Fall, bei dem der dem Zwischenbereich benachbarte Bereich n-dotiert ist und der Zwischenbereich und/oder der Transparenzbereich p-dotiert sind, ist auch geeignet, wobei jedoch die Herstellung p-dotierter TCOs schwieriger sein kann.
  • Zweckmäßigerweise ist vorgesehen, dass der Zwischenbereich und/oder der Transparenzbereich mit Aluminium, Bor und/oder einem weiteren Donator-Material dotiert sind. Je nach verwendetem Grundmaterial können auch andere Elemente als Donator-Material zu Dotierung des Grundmaterials in dem Zwischenbereich und/oder dem Transparenzbereich verwendet werden.
  • In einer vorteilhaften Ausgestaltung ist vorgesehen, dass der Zwischenbereich als eine Zwischenschicht und der Transparenzbereich als eine Transparenzschicht gebildet sind. In diesem Fall ist das Photovoltaikelement zumindest teilweise schichtförmig oder plattenförmig aufgebaut. Alternativ können die einzelnen Bereiche dreidimensionale Strukturen bilden.
  • Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass die Zwischenschicht eine wesentlich kleinere Dicke aufweist, als die Transparenzschicht. Die Dicke der Zwischenschicht kann beispielsweise in einem Bereich zwischen 5 und 30 nm liegen.
  • In einer zweckmäßigen Ausführungsform ist das Photovoltaikelement als eine Solarzelle ausgebildet. Die Solarzelle kann waferbasiert oder als Dünnschicht auf einem Substrat aufgebracht sein.
  • Die Erfindung wird im Folgenden anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Figuren erläutert. Hierbei zeigen:
  • 1 eine schematische nicht maßstabsgerechte Schnittansicht eines Photovoltaikelements mit einem dotierten Transparenzbereich;
  • 2 eine schematische nicht maßstabsgerechte Schnittansicht eines Photovoltaikelements mit einem zwischen Transparenzbereich und einem Heteroübergang angeordneten, dotierten Zwischenbereich; und
  • 3 eine Ausführung des Photovoltaikelements aus der 2, bei dem zwischen Transparenzbereich und Metallisierung ein Metallisierungsübergang eingefügt ist.
  • In den 1 bis 3 sind Photovoltaikelemente 1 unterschiedlicher Gestaltung gezeigt. Die Zickzacklinie am oberen Rand der hier dargestellten Strukturen deutet an, dass sich das Photovoltaikelement 1 nach oben hin fortsetzt. In den 1 bis 3 nicht dargestellt, sind die sich nach oben hin anschließenden photovoltaisch aktiven Bereiche der Photovoltaikelemente 1, die beispielsweise einen pn-Übergang und/oder eine Heterostruktur umfassen können. Die Lichteinfallseiten der Solarzellen sind also in den 1 bis 3 nicht dargestellt.
  • Die 1 zeigt schematisch in einer Schnittansicht den Schichtaufbau eines Kontaktbereiches eines Photovoltaikelements 1 mit einem Heteroübergang 2 und einer bekannten Kontaktierung. Hierbei ist der schichtweise aufgebaute Heteroübergang 2 mittels eines Transparenzbereichs 6 bedeckt, auf dem wiederum eine Metallisierung 8 aufgetragen ist. Das Photovoltaikelement 1 kann einen kristallinen Wafer umfassen. Alternativ kann es auch in Form von Dünnschichten auf einem geeigneten Substrat, beispielsweise Glas, aufgebracht sein.
  • Der Heteroübergang 2 umfasst einen dreischichtigen Aufbau aus einer p-dotierten kristallinen Siliziumschicht 21, einer intrinsischen amorphen Siliziumschicht 22 und einer p+-dotierten amorphen Siliziumschicht 23. Die Zick-Zack-Linie am oberen Rand der kristallinen Siliziumschicht 21 kann beispielsweise andeuten, dass sich an die kristalline Siliziumschicht 21 eine weitere Halbleiterschicht anschließt, welche mit der kristallinen Siliziumschicht 21 einen photovoltaisch aktiven Übergang bildet, beispielsweise kann es sich um einen Silizium-Wafer handeln, der gleichzeitig als Substrat für das Photovoltaikelement 1 dient.
  • Der hier nicht dargestellte aktive Bereich sowie der Heteroübergang 2 sind mit herkömmlichen Halbleiterverfahren herstellbar. Der Photovoltaikelement-Aufbau ist nicht auf die hier beschriebene und auch im Folgenden beispielhaft verwendete Ausführung mit einem Heteroübergang im Kontaktbereich beschränkt, sondern kann auch andere Strukturen aufweisen, die zur Lichtumwandlung und Kontaktierung geeignet sind. Derartige Strukturen können als (reine) Halbleiterstrukturen oder auch als Metall-Halbleiter-Strukturen aufgebaut sein, beispielsweise mit einem Schottky-Übergang. Dies gilt für alle hierin aufgeführten Photovoltaikelemente.
  • Der Transparenzbereich 6 des Photovoltaikelements 1 umfasst als Grundmaterial das transparente leitfähige Oxid (TCO) Zinkoxid (ZnO) und ist mit Aluminium dotiert. Die gewöhnlich starke Dotierung des TCO dient hierbei dazu, die Leitfähigkeit des Transparenzbereiches 6 zu erhöhen. Eine derartige starke Dotierung hat jedoch den Nachteil, dass beim Durchgang durch den photovoltaisch aktiven Bereich nicht absorbierte elektromagnetische Strahlung, die mittels einer Metallisierung 8 in den photovoltaisch aktiven Bereich zurückreflektiert werden soll eine starke Absorption erfährt.
  • Das in der 2 dargestellte Photovoltaikelement 1 umfasst einen Heteroübergang 2, der einem (nicht dargestellten, sondern nur durch die Zickzacklinie angedeuteten) aktiven Bereich folgt. Zwischen dem Heteroübergang 2 und dem Transparenzbereich 6 ist ein Zwischenbereich 4 vorgesehen. Im vorliegenden Fall weist der Zwischenbereich 4 als Zwischenbereich-Grundmaterial das gleiche Grundmaterial auf, wie der Transparenzbereich 6, nämlich ZnO. Im Gegensatz zu dem Transparenzbereich 6 in der Ausführungsform der 1 ist der Transparenzbereich 6 in der in 2 dargestellten Ausführungsform nicht dotiert oder nur sehr gering dotiert. Dagegen weist der Zwischenbereich 4 eine verhältnismäßig hohe Aluminium-Dotierung auf. Mit anderen Worten, die Dotierung des TCO ist zu einem wesentlichen Teil oder im Wesentlichen vollständig auf den Zwischenbereich 4 konzentriert.
  • Ein Verfahren zur Herstellung des Zwischenbereichs 4 und des Transparenzbereichs 6 umfasst die Schritte, eine gegebenenfalls sehr dünne oder ultradünne Aluminiumschicht auf den Heteroübergang 2 aufzutragen und diese Aluminiumschicht anschließend mit dem ZnO zu bedecken. In einem anschließenden Diffusionsschritt, beispielsweise mit unterstützender Wärmebehandlung, diffundieren Aluminiumatome aus der Aluminiumschicht in den ZnO hinein und bilden einen dotierten Zwischenbereich 4, während der übrigbleibende Teil der ZnO-Schicht den Transparenzbereich 6 bildet. Bei diesem Verfahren ist es möglich, den Zwischenbereich 4 und den Transparenzbereich 6 als eine zusammenhängende Schicht herzustellen, der einen höher dotierten Zwischenbereich 4 und einen niedriger dotierten oder im Wesentlichen undotierten Transparenzbereich 6 umfasst.
  • Eine Abschätzung für eine vorteilhafte Schichtdicke der dünnen Aluminiumschicht ergibt die folgende Rechnung: Um auf eine Dotierungsdichte von 0,5%–2% in einer 5–30 nm dicken Zwischenschicht zu kommen, würde theoretisch eine Schicht von 0,025–0,6 nm ausreichen. Dies entspricht Bruchteilen einer bis etwa zwei ganzen Monolagen von Al-Atomen.
  • Aufgrund der Dotierung ist das ZnO der Zwischenschicht 4 n-dotiert, so dass sich zwischen der Zwischenschicht 4 und der p+-dotierten amorphen Siliziumschicht 23 des Heteroübergangs 2 ein Tunnelkontakt bildet. Anstelle des Aluminiums und des Grundmaterials ZnO können auch andere geeignete Stoffkombinationen eingesetzt werden.
  • Auf dem Transparenzbereich 6 ist eine Metallisierung 8 aufgebracht, die vorliegend aus einer Aluminiumschicht gebildet ist. Auch hierbei kann das Aluminium aus der Aluminiumschicht in einem Diffusionsschritt in die ZnO-Schicht des Transparenzbereiches 6 eindringen. Wie in der 3 dargestellt, kann hierdurch ein Metallisierungsübergang 9 gebildet werden. Ein derartiger Metallisierungsübergang 9 verbessert die elektrische Verbindung zwischen dem Transparenzbereich 6 und der Metallisierung 8.
  • Wie vorangehend erläutert, kann somit die Schichtstruktur aus Zwischenbereich 4, Transparenzbereich 6 und Metallisierungsübergang 9 aus einer Schicht eines Grundmaterials hervorgegangen sein, die an ihren zwei gegenüberliegenden Flächen dotiert ist, entweder mit dem gleichen Dotierstoff oder mit unterschiedlichen Dotierstoffen. Alternativ kann der Transparenzbereich 6 aus einem Transparenzbereich-Grundmaterial gebildet sein, während der Zwischenbereich 4 und/oder der Metallisierungsübergang 9 aus hiervon abweichenden Materialien gebildet sind und gleiche oder unterschiedliche Dotierstoffe enthalten. Ein möglicher alternativer Dotierstoff ist beispielsweise Bor.
  • Bei den bisher beschriebenen Ausführungsformen ist der Zwischenbereich 4 n-dotiert und der dem Zwischenbereich 4 benachbarte Bereich 23 des Heteroübergangs 2, vorliegend aus amorphem Silizium, ist p-dotiert. Alternativ kann die Dotierungsart auch umgekehrt so vorliegen, dass der Zwischenbereich 4 p-dotiert ist, was jedoch technologisch schwieriger zu realisieren sein kann.
  • Die hier beschriebenen Ausführungsformen können sowohl bei beidseitig als auch bei allen rückkontaktierten Photovoltaikelementen eingesetzt werden. Diese umfassen beispielsweise Emitter-Wrap-Through-Strukturen (EWT-Struktur), HIT-Rückkontaktstrukturen (HIT – Heterojunction with Intrinsic Thin Lager, Heteroübergang mit intrinsischer Dünnschicht) und Dünnschichtrückkontakte in Zusammenhang mit amorphen oder mikromorphen Halbleitern.
  • 1
    Photovoltaikelement
    2
    Heteroübergang
    21
    p-dotierte kristalline Siliziumschicht
    22
    intrinsische amorphe Siliziumschicht
    23
    p+-dotierte amorphe Siliziumschicht
    4
    Zwischenbereich
    6
    Transparenzbereich
    8
    Metallisierung
    9
    Metallisierungsübergang

Claims (17)

  1. Photovoltaikelement (1) mit einem photovoltaisch aktiven Bereich, einem auf dem photovoltaisch aktiven Bereich angeordneten Transparenzbereich (6) aus einem transparenten elektrisch leitfähigen Transparenzbereich-Grundmaterial zum Entnehmen eines in dem photovoltaisch aktiven Bereich photovoltaisch erzeugten Stromes und einem zwischen dem photovoltaisch aktiven Bereich und dem Transparenzbereich (6) angeordneten Zwischenbereich (4), welcher aus einem transparenten elektrisch leitfähigen Zwischenbereich-Grundmaterial gebildet ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Zwischenbereich-Grundmaterial in dem Zwischenbereich (4) eine höhere Dotierungsdichte aufweist, als das Transparenzbereich-Grundmaterial in dem Transparenzbereich (6).
  2. Photovoltaikelement (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Zwischenbereich (4) aus einem gleichen Grundmaterial gebildet ist, wie der Transparenzbereich (6).
  3. Photovoltaikelement (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Zwischenbereich (4) eine 10-fach höhere, vorzugsweise eine 40-fach höhere, bevorzugt eine 100-fach höhere, Dotierungsdichte aufweist, als der Transparenzbereich (6).
  4. Photovoltaikelement (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Transparenzbereich-Grundmaterial in dem Transparenzbereich (6) im Wesentlichen undotiert ist.
  5. Photovoltaikelement (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Grundmaterial in dem Zwischenbereich (4) derart dotiert ist, dass sich zwischen dem Zwischenbereich (4) und dem photovoltaisch aktiven Bereich ein Tunnelübergang bildet.
  6. Photovoltaikelement (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Zwischenbereich (4) eine Dotierungsdichte von etwa 0,5%, vorzugsweise von etwa 1%, bevorzugt von etwa 2% aufweist.
  7. Photovoltaikelement (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass auf einer dem Zwischenbereich (4) abgewandten Seite des Transparenzbereichs (6) eine Metallisierung (8) vorgesehen ist.
  8. Photovoltaikelement (1) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Transparenzbereich (6) und der Metallisierung (8) ein hochdotierter Metallisierungsübergang (9) angeordnet ist.
  9. Photovoltaikelement (1) nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Metallisierung (8) aus Aluminium gebildet ist.
  10. Photovoltaikelement (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der photovoltaisch aktive Bereich aus Silizium gebildet ist.
  11. Photovoltaikelement (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Zwischenbereich (4) und/oder der Transparenzbereich (6) aus Indium-Zinn-Oxid (ITO), aus SnO, aus ZnO und/oder aus einem weiteren transparenten leitfähigen Metalloxid gebildet sind.
  12. Photovoltaikelement (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein dem Zwischenbereich (4) benachbarter Bereich des photovoltaisch aktiven Bereichs p-dotiert ist und der Zwischenbereich (4) und/oder der Transparenzbereich (6) n-dotiert sind.
  13. Photovoltaikelement (1) nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Zwischenbereich (4) und/oder der Transparenzbereich (6) mit Aluminium, Bor und/oder einem weiteren Donator-Material dotiert sind.
  14. Photovoltaikelement (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Zwischenbereich (4) als eine Zwischenschicht (4) und der Transparenzbereich (6) als eine Transparenzschicht (6) gebildet sind.
  15. Photovoltaikelement (1) nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Zwischenschicht (4) eine wesentlich kleinere Dicke aufweist, als die Transparenzschicht (6).
  16. Photovoltaikelement (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Photovoltaikelement (1) als eine Solarzelle ausgebildet ist.
  17. Photovoltaikelement (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Zwischenschicht (4) und dem photovoltaisch aktiven Bereich ein Heteroübergang (2) gebildet ist.
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