DE102008055036A1

DE102008055036A1 - Solarzelle

Info

Publication number: DE102008055036A1
Application number: DE102008055036A
Authority: DE
Inventors: Peter Engelhart; Sven Wanka; Wilhemus Mathijs Marie Kessels; Gijs Dingemans
Original assignee: Q Cells SE
Current assignee: Hanwha Q Cells GmbH
Priority date: 2008-12-19
Filing date: 2008-12-19
Publication date: 2010-07-08
Also published as: US9548405B2; EP2380205A1; US20110308581A1; CN102257625A; EP2380205B1; DE102008055036A8; ES2408193T3; DE102008064685A1; CN102257625B; WO2010070013A1

Abstract

Solarzelle mit einer Halbleiterschicht (1), einer Sammelschicht (6) zum Sammeln freier Ladungsträger aus der Halbleiterschicht (1) und einer zwischen der Halbleiterschicht (1) und der Sammelschicht (6) angeordneten Pufferschicht (3) welche als Tunnelkontakt (31) zwischen der Halbleiterschicht (1) und der Sammelschicht (6) ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Pufferschicht (3) im Wesentlichen aus einem Material mit einer Flächenladungsdichte von mindestens 10cm, vorzugsweise von mindestens 5 x 10cm, bevorzugt von mindestens 10cmgebildet ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Solarzelle mit einem Tunnelkontakt.
Es ist bekannt, für die Kontaktierung einer Solarzelle ein Tunnelschichtsystem zu verwenden. Hierbei wird eine Tunnelschicht zwischen Emitter oder Basis des Solarzellenhalbleiters und einer Metallschicht eingefügt, welche als Sammelschicht für die durch die Tunnelschicht tunnelnden Ladungsträger dient. Als derartige Tunnelschicht wird beispielsweise Siliziumoxid (SiO₂) eingesetzt. Sie kann gleichzeitig dazu dienen, eine Oberflächenpassivierung vorzunehmen, indem rekombinationsaktive Oberflächenzustände des Halbleiters gesättigt werden. Bei Solarzellen, die auf Siliziumbasis gebildet sind, kann die Tunnelschicht mittels thermischer Oxidation erzeugt werden. Jedoch hat eine SiO₂-Schicht den Nachteil, dass eine ausreichende Oberflächenpassivierung bei gleichzeitiger hoher Tunnelwahrscheinlichkeit der Ladungsträger in die Metallschicht technologisch schwer zu realisieren ist.
Ferner wird in der Regel bei Solarzellen mit einem Heteroübergang, der beispielsweise aus einer kristallinen Schicht und einer in der Regel meist dotierten amorphen Schicht eines Halbleiters gebildet ist, eine zusätzliche Schicht zwischen den beiden Halbleiterschichten eingefügt, um eine Oberflächenpassivierung insbesondere der kristallinen Halbleiterschicht zu erreichen. Hierzu wird in der Regel eine dünne intrinsische, das heißt im Wesentlichen dotierungsfreie, amorphe Halbleiterschicht verwendet. Auch hierbei ist die Passivierung, beispielsweise mittels einer intrinsischen amorphen Siliziumschicht, oft ungenügend, was zu einer Verminderung des Wirkungsgrades der Solarzelle führt. Zudem ist eine homogene Schichtabscheidung technologisch beispielsweise mittels Abscheidung aus der Gasphase schwer zu realisieren um gleichzeitig eine hohe Tunnelwahrscheinlichkeit zu erzielen.
Es ist daher Aufgabe der Erfindung, eine Solarzelle mit einer zwischen einer Halbleiterschicht und einer Sammelschicht angeordneten Tunnelschicht bereitzustellen, die technologisch einfach zu realisieren ist und zudem einen guten Wirkungsgrad aufweist.
Die Aufgab wird erfindungsgemäß durch eine Solarzelle mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausbildungsformen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Der Erfindung lieg die Erkenntnis zugrunde, dass sich eine Pufferschicht mit einer hohen Flächenladungsdichte von mindestens 10¹² cm^–2, vorzugsweise von mindestens 5 × 10¹² cm^–2, bevorzugt von mindestens 10¹³ cm^–2, besonders gut dazu eignet, einen Tunnelkontakt auszubilden und gleichzeitig eine ausreichende Oberflächenpassivierung mittels Feldeffektpassivierung zu gewährleisten. Darüber hinaus kann die Pufferschicht aufgrund ihrer hohen Flächenladungsdichte in einer darunter liegenden Halbleiterschicht eine Inversions- oder Akkumulationsschicht induzieren. Die Flächenladungsdichte der Pufferschicht kann sowohl negativ als auch positiv sein. Die Stärke und Art der induzierten Schicht hängt insbesondere von der Polarität der Flächenladungsdichte sowie vom Material und einer eventuellen Dotierung der Halbleiterschicht ab. Die elektrischen Eigenschaften und die räumliche Ausbreitung des Tunnelkontaktes hängen auch von den elektrischen Eigenschaften der Inversions- oder Akkumulationsschicht ab.
Der Begriff „-schicht” kann sich hierbei auch auf eine schichtförmige Struktur beziehen, welche sich nur über einen begrenzten Bereich auf der Solarzelle erstreckt. Mit anderen Worten, Halbleiterschicht, Sammelschicht, Pufferschicht und dergleichen können auf inselförmige oder streifenförmige Regionen auf der Solarzelle begrenzt sein. Es ist also nicht notwendig, dass sich die Schichten im Wesentlichen über die gesamte, meist flächig ausgebildete Solarzelle erstrecken. Ferner muss es sich bei einer Schicht nicht notwendig um eine plane beziehungsweise ebene Lage handeln, sonders sie kann, beispielsweise einer darunter liegenden Struktur entsprechend, gewölbt oder gebogen sein, zum Beispiel schalenförmig oder becherförmig ausgebildet sein.
Ein mögliches Verfahren zur Herstellung der Solarzelle umfasst einen Schritt des Bereitstellens der Halbleiterschicht, ein anschließendes Aufbringen der Pufferschicht auf die Halbleiterschicht und ferner ein Aufbringen der Sammelschicht auf die Pufferschicht. Es können zusätzliche Auftragungsschritte für das Auftragen von Zwischenschichten sowie Strukturierungsschritte vorgesehen sein. Die Halbleiterschicht kann in Form eines Wafers vorliegen oder in einem Dünnschichtverfahren auf ein Substrat abgeschieden werden. Im letzteren Fall kann die Reihenfolge der Schichtabscheidung auch umgekehrt sein, so dass beispielsweise zunächst eine Sammelschicht auf ein Substrat oder Superstrat aufgetragen wird und anschließend die Pufferschicht und die Halbleiterschicht hierauf abgeschieden werden.
Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform ist die Pufferschicht (3) im Wesentlichen aus einem Material mit einer negativen Flächenladungsdichte gebildet ist. Ein Beispiel für ein Material mit negativer Flächenladungsdichte ist Aluminiumfluorid (AlF₃) mit einer negativen Ladungsdichte zwischen etwa 10¹² und etwa 10¹³ cm^–2. Eine negative Flächenladungsdichte hat den Vorteilhaft, dass das Material besonders zur Kontaktierung einer p-Typ Halbleiterschicht geeignet ist, was beispielsweise in der Silizium basierten Photovoltaik der mit Abstand am meisten verwendete Leitungstyp für einen Absorber ist.
Bei einer zweckmäßigen Weiterbildung ist vorgesehen, dass die Pufferschicht im Wesentlichen aus Aluminiumoxid gebildet ist. Aluminiumoxid (Al₂O₃) kann bei Nutzung eines geeigneten Auftragungs- oder Abscheideverfahrens mit homogener Schichtdicke aufgebracht werden. Zudem eignet sich eine derartige Aluminiumoxidschicht besonders gut zur Oberflächenpassivierung. Durch die hohe negative Flächenladungsdichte weist eine hierdurch induzierte Inversions- oder Akkumulationsschicht ferner eine hohe Leitfähigkeit auf.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Pufferschicht pinholefrei gebildet ist. Mit anderen Worten, die Pufferschicht ist im Wesentlichen fehlerfrei und weist insbesondere keine sich über eine Pufferschichtdicke erstreckende Öffnungen (pinholes) auf.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung ist vorgesehen, dass die Pufferschicht mittels Atomlagenabscheidung (ALD – „atomic layer deposition”) aufgetragen ist. Mittels ALD, bei der die Schichtabscheidung eine atomare Lage nach der anderen erfolgt, lassen sich insbesondere dünne Schichten fehlerfrei herstellen. Die Schichtdicke kann hierbei sehr präzise gesteuert werden. Die ALD führt insbesondere bei der Herstellung von Aluminiumoxidschichten zu Pufferschichten mit sehr vorteilhaften elektronischen Eigenschaften.
Vorzugsweise ist vorgesehen, dass die Pufferschicht eine Dicke in einem Bereich zwischen 0,1 und 10 Nanometern, vorzugsweise in einem Bereich zwischen 1 und 3 Nanometern umfasst. Insbesondere bei einer Dicke zwischen 1 und 3 nm wird sich aufgrund einer genügend hoher Anzahl gebundener Ladungen eine gute Passivierung ausbilden, mit gleichzeitig hoher Tunnelwahrscheinlichkeit.
Bei einer vorteilhaften Weiterbildung ist vorgesehen, dass die Halbleiterschicht aus einem kristallinen Halbleiter gebildet ist. Hierbei kann es sich beispielsweise um einen Halbleiterwafer handeln, der als Ausgangspunkt für die Herstellung der Solarzelle dient.
In einer zweckmäßigen Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Halbleiterschicht n- oder p-leitend ist. Die Halbleiterschicht weist also eine Grunddotierung auf. Aufgrund der Pufferschicht kann ferner eine Inversions- oder eine Akkumulationsschicht unterhalb der Pufferschicht induziert werden, wobei beispielsweise eine Pufferschicht je nach Vorzeichen ihrer Flächenladungsdichte in einer n-leitenden Halbleiterschicht eine n⁺-leitende Akkumulationsschicht oder eine p-leitende Inversionsschicht induziert. Die Dotierung der Halbleiterschicht kann während ihrer Herstellung oder nachträglich mittels eines Diffusionsschrittes erfolgen.
In diesem Zusammenhang soll darauf hingewiesen werden, dass mit n-leitend oder p-leitend gemeint ist, dass die Halbleiterschicht mit einem Dotierstoff derart dotiert ist, dass sie einen n-Typ oder einen p-Typ Halbleiter bildet. Diese Begriffe werden hier synonym verwendet mit den Ausdrücken n-dotiert beziehungsweise p-dotiert.
Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung ist vorgesehen, dass die Halbleiterschicht an der Pufferschicht angrenzend eine Dotierschicht und/oder eine mittels der Pufferschicht induzierte Inversionsschicht oder Akkumulationsschicht umfasst. Sowohl die Dotierschicht als auch die Inversionsschicht sind dazu geeignet, eine Bandverbiegung derart zu erzeugen, dass in dem Halbleiter eine Trennung von Ladungsträgern erfolgt, welche mittels Lichteinstrahlung erzeugt wurden. Hierbei kann zum Beispiel die Halbleiterschicht mit einer Grunddotierung versehen sein, so dass diese Schicht zusammen mit der hierin induzierten Inversionsschicht einen pn-Übergang bildet.
Alternativ kann ein solcher pn-Übergang bereits zwischen der grunddotierten Halbleiterschicht und der Dotierschicht gebildet sein. In diesem Fall kann die induzierte Akkumulationsschicht dazu dienen, den mittels der Pufferschicht gebildeten Tunnelkontakt zwischen der Halbleiterschicht und der Sammelschicht in seinen elektronischen Eigenschaften zu steuern.
Zweckmäßigerweise ist vorgesehen, dass die Pufferschicht als eine Antireflexionsschicht (AR-Schicht) ausgebildet ist. Eine Antireflexionsschicht dient dazu, eine Rückreflexion von auf die Solarzelle auftreffendem Licht zu vermindern oder ganz zu vermeiden. Hierdurch wird der Wirkungsgrad der Solarzelle erhöht. Die AR-Schicht sollte vorzugsweise für einen Wellenlängenbereich wirken, für den die Solarzelle zugeschnitten ist, beispielsweise indem sie in diesem Bereich am empfindlichsten ist. Diese Eigenschaft kann durch geeignete Auswahl des Materials und der Schichtdicke der Pufferschicht eingestellt werden.
Bei einer bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass die Sammelschicht ein Metall, eine Metalllegierung und/oder ein transparentes leitfähiges Material umfasst. Die Sammelschicht kann ferner strukturiert sein, beispielsweise zum Ausbildung von Elektrodenfingern, an denen der in der Solarzelle erzeugte Strom abgreifbar ist. Bei dem transparenten leitfähigen Material handelt es sich um ein Material, welches für einen Wellenlängenbereich transparent ist, für den die Solarzelle ausgelegt ist, beispielsweise für das sichtbare und/oder infrarote Spektrum. Vorzugsweise handelt es sich um ein transparentes leitfähiges Oxid (TCO – „transparent conductive oxide”) wie Indium-Zinnoxid (ITO – „indium tin oxide”), Zinkoxid oder dergleichen.
In einer vorteilhaften Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Sammelschicht einen Halbleiter umfasst. Über der Sammelschicht wird in diesem Fall vorzugsweise eine gegebenenfalls strukturierte Kontaktschicht aufgebracht, um die in die Sammelschicht getunnelten Ladungsträger aufzunehmen. Vorteilhafterweise ist vorgesehen, dass die Sammelschicht n- oder p-dotiert ist. Ein Beispiel für eine Halbleiter umfassende Sammelschicht ist eine Schicht aus hochdotiertem polykristallinem Silizium.
Gemäß einer zweckmäßigen Ausgestaltung ist vorgesehen, dass die Sammelschicht aus einem amorphen Halbleiter gebildet ist. Beispielsweise kann es sich hierbei um eine Heteroübergangsschicht handeln, die aus einem amorphen oder einem mikrokristallinen Halbleitermaterial gebildet ist, während die unterhalb der Pufferschicht angeordnete Halbleiterschicht kristallin ist. Zwischen diesen Halbleiterschichten mit unterschiedlichen Kristallstrukturen wird üblicherweise zu Passivierungszwecken eine intrinsische amorphe Halbleiterschicht eingefügt. Ein Beispiel für einen Heteroübergang bildet eine Schichtanordnung aus kristallinem Silizium (c-Si) und amorphem oder mikrokristallinem Silizium (a-Si oder μc-Si).
Die intrinsische amorphe Halbleiterschicht wird in der vorliegenden Ausführungsform durch die Pufferschicht ersetzt, so dass sich zwischen der Halbleiterschicht und der Heteroübergangsschicht ein Tunnelkontakt bildet. Das Ersetzen der intrinsischen amorphen Halbleiterschicht hat den Vorteil, dass nicht wie sonst üblich ein Kompromiss zwischen V_OC-Gewinn (V_OC bezeichnet hier die offene Klemmspannung, auf English „open circuit voltage”) und Füllfaktor-Verluste (FF-Verluste) mittels Einstellung der Schichtdicke der intrinsischen Schicht gefunden werden muss.
Bei einer zweckmäßigen Weiterbildung ist vorgesehen, dass auf der Sammelschicht eine Kontaktschicht aus einem leitfähigen Material gebildet ist. Die Kontaktschicht kann hierbei ein Metall, eine Metalllegierung und/oder ein transparentes leitfähiges Material umfassen. Ferner kann die Kontaktschicht, bei der es sich um einen vorderseitigen oder einen rückseitigen Kontakt handeln kann, strukturiert sein, beispielsweise um fingerförmige Kontakte gegebenenfalls mit Busbars zu bilden.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass auf einer der Pufferschicht abgewandten Seite der Halbleiterschicht eine weitere Pufferschicht zwischen der Halbleiterschicht und einer weiteren Sammelschicht angeordnet ist. Die weitere Pufferschicht und die weitere Sammelschicht können unabhängig von der Pufferschicht und der Sammelschicht die vorangehend und nachfolgend im Zusammenhang mit den Letzteren beschriebenen Ausführungsformen aufweisen. Beispielsweise kann die Sammelschicht eine Metallschicht umfassen, während die weitere Sammelschicht mit der Halbleiterschicht einen Heteroübergang bildet.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Figuren erläutert. Hierbei zeigen in schematischen Querschnittzeichnungen:
1 eine Ausführungsform einer Solarzelle mit einer Pufferschicht und einer als Fingerelektroden ausgebildete Sammelschicht;
2 eine weitere Ausführungsform der Solarzelle mit einer Pufferschicht und einer durchgehenden Sammelschicht;
3 eine Solarzelle mit einem Heteroübergang, in welcher die Pufferschicht eingebaut ist;
4 eine Solarzelle mit beidseitig der Halbleiterschicht angeordneten Pufferschichten;
5 eine weitere Solarzelle mit einer Dotierschicht unterhalb der Pufferschicht;
6 eine Ausführungsform einer rückseitenkontaktierten Solarzelle; und
7 eine weitere Ausführungsform einer rückseitenkontaktierten Solarzelle.
Die 1 zeigt eine Solarzelle mit einer Halbleiterschicht 1, einer hierauf angeordneten Pufferschicht 3 und einer auf der Pufferschicht 3 aufgebrachten Sammelschicht 6. Die Sammelschicht 6 ist zu fingerförmigen Metallelektroden strukturiert und dient dazu, in der Halbleiterschicht mittels Lichteinfall erzeugte Ladungsträger zu sammeln. Die elektrisch isolierende Pufferschicht 3 bildet hierzu zwischen der Halbleiterschicht 1 und der Sammelschicht 6 Tunnelkontakte 31 aus, durch welche die Ladungsträger in die Sammelschicht 6 tunneln.
Bei der Pufferschicht 3 handelt es sich vorzugsweise um eine Aluminiumoxidschicht, welche mittels Atomlagenabscheidung (ADL) auf der Halbleiterschicht 1 aufgebracht ist. Hierdurch kann eine über die gesamte Pufferschicht 3 im Wesentlichen gleich bleibende Schichtdicke erhalten werden, welche zudem im atomaren Maßstab präzise einstellbar ist. Auf diese Weise können die elektronischen Eigenschaften der Tunnelkontakte 31 präzise eingestellt werden. Bei den Tunnelkontakten 31 handelt es sich also um Tunnelbereiche 31 in der Pufferschicht 3.
Direkt unterhalb der Pufferschicht 3 ist in der Halbleiterschicht 1 mittels Diffusion eine Dotierschicht 5 gebildet. Die Dotierschicht 5 kann alternativ mittels eines Abscheidungsprozesses auf die Halbleiterschicht 1 aufgebracht worden sein. Aufgrund der Flächenladungsdichte der Pufferschicht 3, kann anstelle der Dotierschicht 5 direkt unterhalb der Pufferschicht 3 eine Inversions- oder Akkumulationsschicht 4 induziert sein. Wenn beispielsweise die Halbleiterschicht 1 n-dotiert ist, beispielsweise in Form eines grunddotierten Halbleiterwafers, kann mittels eines nachfolgenden überkompensierenden Diffusionsvorgangs eine p-dotierte Dotierschicht 5 erzeugt werden, um einen pn-Übergang zu erhalten. Alternativ kann die Verwendung eines geeigneten Materials, beispielsweise von Aluminiumoxid, für die Pufferschicht 3 dazu führen, dass die Pufferschicht 3 eine p-dotierte Inversionsschicht 4 in der Halbleiterschicht 1 induziert und dadurch den pn-Übergang erzeugt.
Es ist ferner möglich, dass die Pufferschicht 3 eine ihr angrenzende Akkumulationsschicht 4 in der Halbleiterschicht 1 erzeugt. Dies ist beispielsweise der Fall, wenn die Halbleiterschicht 1 p-dotiert ist und die Pufferschicht 3 aus Aluminiumoxid gebildet ist, wodurch eine p⁺-dotierte Akkumulationsschicht 4 erzeugt wird.
Über der Pufferschicht 3 ist eine Antireflexionsschicht 11 angeordnet, welche durch Auswahl eines geeigneten Brechungsindexes und einer geeigneten Schichtdicke ausgebildet ist, eine Reflexion des einfallenden Lichts zumindest über einen bestimmten spektralen Bereich und Einfallswinkelbereich zu minimieren oder zu vermeiden. Die fingerförmigen Elektroden, welche die Sammelschicht 6 bilden, sind teilweise von der Antireflexionsschicht 11 umgeben. Anstelle der zusätzlichen Antireflexionsschicht 11 kann die Pufferschicht 3 durch geeignete Wahl des Materials und der Schichtdicke als Antireflexionsschicht genutzt werden.
Die 2 zeigt eine Solarzelle gemäß einer weiteren Ausführungsform, bei der die Sammelschicht 6 als eine durchgehende, sich ohne Strukturierung über eine Solarzellenoberfläche erstreckende Schicht aus einem leitenden Material gebildet ist, beispielsweise aus Metall. Damit sich der Tunnelkontakt 31 zwischen der Inversions- oder Akkumulationsschicht 4 oder Dotierschicht 5 in der Halbleiterschicht 1 durch die Pufferschicht 3 nur lokal und nicht entlang der gesamten Pufferschicht 3 bildet, ist zwischen der Pufferschicht 3 und der Sammelschicht 6 eine Isolierschicht 8 angeordnet, welche oberhalb des Tunnelkontaktes 31 eine Öffnung aufweist.
Bei den 1 und 2 sind jeweils nur eine vorderseitige Kontaktierung der Solarzelle dargestellt. Es wurden der Übersichtlichkeit halber die rückseitigen Kontakte in diesen Figuren weggelassen. Es ist zum Beispiel möglich, dass die in den 1 und 2 dargestellten Sammelschichten 3 jeweils eine vorderseitige Sammelschicht 3 und eine rückseitige Sammelschicht 3 ein und derselben Solarzelle bilden.
Die 3 zeigt eine beidseitig kontaktierte Solarzelle, welche einen Heteroübergang umfasst. Der Heteroübergang bildet sich zwischen der Halbleiterschicht 1 und der Sammelschicht 6, zwischen denen die Pufferschicht 3 angeordnet ist. Beispielsweise kann die Sammelschicht 6 amorphes Silizium umfassen, während die Halbleiterschicht 1 aus kristallinem Silizium gebildet ist. Im Wesentlichen die gesamte Pufferschicht 3 wirkt als Tunnelschicht 31. Gegenüber einem herkömmlichen Heteroübergang mit einer kristallinen Halbleiterschicht, einer amorphen Halbleiterschicht und einer hierzwischen angeordneten intrinsischen amorphen Halbleiterschicht ist vorliegend somit ein alternativer Heteroübergang geschaffen.
Mittels Einsatz von ADL kann die Schichtdicke einer beispielsweise aus Aluminiumoxid gebildeten Pufferschicht 3 präzise gesteuert werden. Derartig abgeschiedene Pufferschichten 3 mit ausreichend hoher Flächenladungsdichte führen ferner zu einer sehr guten Oberflächenpassivierung. Darüber hinaus kann sich auch hier, wie bereits anhand der 1 und 2 erläutert, eine Inversions- oder Akkumulationsschicht 4 (nicht dargestellt) unterhalb der Pufferschicht 3 in der Halbleiterschicht 1 ausbilden.
Auf der Sammelschicht 6 ist eine Kontaktschicht 7 angeordnet, welche beispielsweise aus einem leitfähigen transparenten Material gebildet ist. Schließlich ist die Solarzelle mit einer vorderseitigen Elektrode 91 und einer rückseitigen Elektrode 92 versehen. Während die vorderseitige Elektrode 91 zu Elektrodenfingern strukturiert ist, so dass einfallendes Licht mit nur geringer Abschattung durch die Kontaktschicht 7 in die Solarzelle gelangen kann, ist die rückseitige Elektrode 92 flächig ausgebildet. Oberhalb der rückseitigen Elektrode 92 kann zusätzlich eine Dotierschicht in der Halbleiterschicht 1 gebildet sein, um den ohmschen Kontakt zwischen der Halbleiterschicht 1 und der rückseitigen Elektrode 92 zu verbessern.
Eine weitere beidseitig kontaktierte Solarzelle ist in der 4 dargestellt. Sie ist auf beiden Seiten der Halbleiterschicht 1 jeweils mit einer Pufferschicht 3 versehen. Eine vorderseitige Pufferschicht 3a schließt sich eine hierdurch in der Halbleiterschicht 1 induzierten Inversions- oder Akkumulationsschicht 4 an, während eine rückseitige Pufferschicht 3b auf einer Dotierschicht 5 gebildet ist. Bei den den Pufferschichten 3a, 3b zugeordneten Sammelschichten 6 handelt es sich um eine strukturierte vorderseitige Elektrode 91 und eine ganzflächige rückseitige Elektrode 92. Dementsprechend bilden sich in der vorderseitigen Pufferschicht 3a flächig begrenzte Tunnelbereiche 31, während die rückseitige Pufferschicht 3b im Wesentlichen vollständig als Tunnelkontakt 31 wirkt.
Ähnlich wie in der Ausführungsform gemäß der 1 ist auch hier auf der vorderseitigen Pufferschicht 3a eine Antireflexionsschicht 11 gebildet. In der vorliegenden Ausführungsform können die Inversions- oder Akkumulationsschicht 4 und die Dotierschicht 5 ausgetauscht sein oder die Halbleiterschicht 1 kann auf beiden Seiten mit einer Inversions- oder Akkumulationsschicht 4 und/oder einer Dotierschicht 5 versehen sein.
Die 5 zeigt eine Solarzelle, bei welcher die Halbleiterschicht 1 auf einer Seite sowohl mit einer Inversions- oder Akkumulationsschicht 4 als auch mit einer Dotierschicht 5 versehen ist. Für die Bildung der Dotierschicht 5 ist die Halbleiterschicht 1 jedoch lediglich in Abschnitten dotiert, die sich unterhalb der fingerförmigen vorderseitigen Elektrode 91 und somit unterhalb der sich zwischen der Sammelschicht 6 und der Halbleiterschicht 1 bildenden Tunnelbereiche 31 befinden. Während in der vorliegenden Ausführungsform die Inversions- oder Akkumulationsschicht 4 für die Bandverbiegung und somit für die Ladungsträgertrennung verantwortlich ist, dient die Dotierschicht 5 bei geeigneter Wahl ihrer Dotierungsparameter wie beispielsweise Dotierungsart, Dotierungsstärke, Dotierungstiefe und dergleichen teilweise oder ausschließlich zur Verbesserung des Tunnelkontaktes 31.
In der 6 ist eine rückseitenkontaktierte Solarzelle dargestellt, die eine Halbleiterschicht 1 umfasst und rückseitig eine Pufferschicht 3 aufweist. Auf der Pufferschicht 3 ist eine Isolierschicht 8 aus einem geeigneten elektrisch isolierenden Material gebildet, auf der eine Sammelschicht 6 angeordnet ist. Die Sammelschicht 6 ist in eine rückseitige Basiselektrode 92a und eine rückseitige Emitterelektrode 92b geteilt. Die rückseitige Basiselektrode 92a ist über einen in der Pufferschicht 3 gebildeten Tunnelkontakt 31 mit einer Dotierschicht 5 verbunden. Die rückseitige Emitterelektrode 92b ist über einen weiteren Tunnelkontakt 31 mit einer aufgrund der Flächenladung der Pufferschicht 3 in der Halbleiterschicht 1 induzierten Inversions- oder Akkumulationsschicht 4 verbunden. Die Inversions- oder Akkumulationsschicht 4 bildet somit den Emitter in der Solarzelle. Auch in dieser Ausführungsform können sich die Inversions- oder Akkumulationsschicht 4 und die Dotierschicht 5 überlagern.
Oberhalb der Halbleiterschicht 1 und somit auf einer Lichteinfallseite der Solarzelle ist eine weitere Dotierschicht 5 gebildet, welche mit einer Antireflexionsschicht 11 bedeckt ist. Auch hier kann die Dotierschicht 5 durch eine Inversions- oder Akkumulationsschicht 4 ersetzt sein, welche mittels einer unterhalb der Antireflexionsschicht 11 angeordneten Pufferschicht 3 (die jedoch hier lediglich als eine Inversionsschicht dient) induziert ist.
Die 7 zeigt eine weitere Ausführungsform einer rückseitenkontaktierten Solarzelle. Diese unterscheidet sich von der in der 6 dargestellten Solarzelle dadurch, dass die rückseitige Emitterelektrode 92b über einen Heteroübergang ähnlich dem in der 3 gezeigten mit der Halbleiterschicht 1 verbunden ist. Auch hier bildet die Pufferschicht 3 unterhalb der Sammelschicht 6 einen flächig ausgedehnten Tunnelkontakt 31.

1: Halbleiterschicht
3: Pufferschicht
3a: vorderseitige Pufferschicht
3b: rückseitige Pufferschicht
31: Tunnelkontakt (Tunnelbereich)
4: Inversionsschicht (Akkumulationsschicht)
5: Dotierschicht
6: Sammelschicht
7: Kontaktschicht
8: Isolierschicht
91: vorderseitige Elektrode
92: rückseitige Elektrode
92a: rückseitige Basiselektrode
92b: rückseitige Emitterelektrode
11: Antireflexionsschicht

Claims

Solarzelle mit einer Halbleiterschicht (1), einer Sammelschicht (6) zum Sammeln freier Ladungsträger aus der Halbleiterschicht (1) und einer zwischen der Halbleiterschicht (1) und der Sammelschicht (6) angeordneten Pufferschicht (3), welche als Tunnelkontakt (31) zwischen der Halbleiterschicht (1) und der Sammelschicht (6) ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Pufferschicht (3) im Wesentlichen aus einem Material mit einer Flächenladungsdichte von mindestens 10¹² cm^–2, vorzugsweise von mindestens 5 × 10¹² cm^–2, bevorzugt von mindestens 10¹³ cm^–2 gebildet ist.
Solarzelle nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Pufferschicht (3) im Wesentlichen aus einem Material mit einer negativen Flächenladungsdichte gebildet ist.
Solarzelle nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Pufferschicht (3) im Wesentlichen aus Aluminiumoxid gebildet ist.
Solarzelle nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Pufferschicht (3) pinholefrei gebildet ist.
Solarzelle nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Pufferschicht (3) mittels Atomlagenabscheidung aufgetragen ist.
Solarzelle nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Pufferschicht (3) eine Dicke in einem Bereich zwischen 0,1 und 10 nm, vorzugsweise in einem Bereich zwischen 1 und 3 nm umfasst.
Solarzelle nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Halbleiterschicht (1) aus einem kristallinen Halbleiter gebildet ist.
Solarzelle nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Halbleiterschicht (1) n- oder p-dotiert ist.
Solarzelle nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Halbleiterschicht (1) an der Pufferschicht (3) angrenzend eine Dotierschicht (5) und/oder eine mittels der Pufferschicht (3) induzierte Inversionsschicht (4) oder Akkumulationsschicht (4) umfasst.
Solarzelle nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Pufferschicht (3) als eine Antireflexionsschicht (11) ausgebildet ist.
Solarzelle nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Sammelschicht (6) ein Metall, eine Metalllegierung und/oder ein transparentes leitfähiges Material umfasst.
Solarzelle nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Sammelschicht (6) einen Halbleiter umfasst.
Solarzelle nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Sammelschicht (6) aus einem amorphen Halbleiter gebildet ist.
Solarzelle nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Sammelschicht (6) n- oder p-dotiert ist.
Solarzelle nach einem der Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass auf der Sammelschicht (6) eine Kontaktschicht (7) aus einem leitfähigen Material gebildet ist.
Solarzelle nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass auf einer der Pufferschicht (3a; 3b) abgewandten Seite des Halbleiterschicht (1) eine weitere Pufferschicht (3b; 3a) zwischen der Halbleiterschicht (1) und einer weiteren Sammelschicht (3) angeordnet ist.