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Die
Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Abscheidung von mikrokristallinem
Silizium auf einem Substrat.
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Mikrokristallines
Silizium (μc-Si:H) ist ein Material, welches insbesondere
in Solarzellen als Absorbermaterial genutzt wird. Es wird heute
in vielen Labors mittels des PECVD-Verfahrens (plasma enhanced chemical
vapor deposition) aus siliziumhaltigem Gas (typischerweise Silan)
und Wasserstoff hergestellt.
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Es
können in verschiedenen Abscheidungsregimen qualitativ
hochwertige Schichten aus mikrokristallinem Silizium abgeschieden
werden. Typischerweise wird beim PECVD-Verfahren das Silan/Wasserstoff-Gemisch
in die Plasmakammer eingelassen und eine entsprechende Menge Gas
wird abgepumpt, während gleichzeitig in der Plasmakammer
ein Plasma brennt, welches die Dissoziation von Silan- und Wasserstoff-Molekülen
und damit die Generation von Vorläuferprodukten für
die aufwachsende mikrokristalline Siliziumschicht bewirkt. Bei der
Abscheidung mit PECVD bei der Standardindustriefrequenz von 13,56
MHz beträgt die Silankonzentration (= Silanfluss/(Summe
aus Silanfluss und Wasserstofffluss)) typischerweise ca. 1%, bei
Anregungsfrequenzen im VHF-Bereich in der Regel weniger als 10%.
Der Wasserstoff wird benötigt um das Schichtwachstum zu
beeinflussen. Es wird jedoch nur ein geringer Teil des eingesetzten
Wasserstoffs in die hergestellte Siliziumschicht eingebaut, typischerweise
weniger als 10%. Der übrige Wasserstoff wird abgepumpt.
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Aus
dem Stand der Technik sind Verfahren zur Abscheidung von mikrokristallinem
Silizium mittels PECVD bekannt, mit denen sich der Wasserstoffverbrauch,
der einen Faktor bei den Solarzellenherstellungskosten darstellt,
reduzieren lässt.
- 1. Das ”Closed-chamber
CVD Verfahren” (CC-CVD). Dieser untersuchte Prozess verläuft
zyklisch (diskontinuierlich) und umfasst im Wesentlichen zwei Prozessschritte.
In einem ersten Schritt fließt eine geringe Menge des reaktiven
Prozessgases (siliziumhaltiges Gas, z. B. SiH4 oder
eine CH4/SiH4-Mischung)
in einem Verhältnis von ca. 25% reaktivem Gas zu Wasserstoff
durch die Kammer. Dieser Schritt dient der Auffrischung der Gasatmosphäre
nach einem Prozesszyklus. Während dieser Zeit brennt das
Plasma bei geringer Leistung (ca. 10 W), so dass eine ultra dünne
Siliziumschicht abgeschieden wird. Im nachfolgenden zweiten Schritt
wird sowohl die Pumpleistung aus der Kammer als auch die Gasversorgung
in die Kammer unterbrochen. Durch eine Verzögerung des
Abschaltens der Wasserstoffzufuhr wird der Abscheidungsdruck erhöht
und die Silankonzentration auf –5% erniedrigt. Das Plasma
brennt nun bei ca. 60 W weiter. Die Prozessgase werden allmählich
zersetzt und die abgeschiedene Schicht wächst weiter. Zur
gleichen Zeit tritt ein gegensätzlicher Effekt auf. Die
Schicht wird durch H-Radikale geätzt. Die Ätzrate
nimmt aufgrund des steigenden Anteils an Wasserstoff im Plasma immer
weiter zu, bis schließlich ein Gleichgewicht zwischen Schichtwachstum
und Ätzen erreicht ist. Atome, die schwach gebunden sind,
werden bevorzugt geätzt, so dass sich schließlich
ein Netzwerk mit stärkeren Bindungen ausbildet. Der gesamte
Abscheidungsprozess erfolgt als ständige Abfolge dieser
beiden Schritte (layer by layer) bis zur gewünschten Schichtdicke.
Es wird von einem kristallinen Volumenanteil von mehr als 90% berichtet.
Durch die zyklische Veränderung der Prozessbedingungen
ist dieser Prozess jedoch sehr aufwendig. Er unterscheidet sich grundsätzlich
von dem standardmäßig eingesetzten PECVD-Verfahren,
und ist bislang noch nicht für den Einsatz in der Industrie
geeignet. Mit diesem Verfahren konnte bisher auch noch keine Solarzelle
realisiert werden.
- 2. Das ”Static closed chamber Verfahren” (VHFGD).
Dieses ”very high frequency glow discharge” (VHFGD) Abscheidungsverfahren
ist ein kontinuierlicher Prozess ohne jeglichen Einsatz von Wasserstoff.
Die Abscheidungskammer (Plasmakammer) ist nicht vollständig
isoliert. Ein geringer Silanfluss wird in die Kammer eingelassen
und eine entsprechende Menge Gas wird gleichzeitig abgepumpt. Die
Abscheidung erfolgt bei VHF-Anregung und bei niedrigem Druck (0,1
mbar). Bei der Abscheidung von Silizium aus Silan wird Wasserstoff
frei. Der geringe Silangasfluss sorgt dafür, dass eine
Silanverarmung auftritt. Die anfänglich schnelle Abscheidung
des Siliziums wird durch die Zunahme an dissoziiertem Wasserstoff
gebremst. Nach ca. einer Minute herrschen statische Bedingungen
mit einem kleinen Verhältnis von [SiH*]/[Hα] vor,
bei denen ein kontinuierliches mikrokristallines Wachstum ermöglicht
wird. Da die Abscheidung mit einem reinen Silanplasma gestartet
wird und erst später durch die Zersetzung des Silans Wasserstoff
hinzukommt, weist die abgeschiedene Schicht eine ausgeprägte
amorphe Inkubationsschicht (~0,1 nm) als erste Schicht auf. Das kann
bei dem Einsatz solcher Schichten in Bauelementen, insbesondere
in Solarzellen, zu einer deutlichen Beeinträchtigung der
Funktion rühren. So konnte bei Solarzellen, deren Absorberschicht
mit diesem Verfahren hergestellt wurde, nur ein Wirkungsgrad von
2,5% erzielt werden.
- 3. Aus DE 103
08 381 A1 ist ein Verfahren zur Abscheidung mikrokristallinen
Siliziums für die Absorberschicht bekannt, das ebenfalls
einen geringen Wasserstoffverbrauch aufweist. Hierzu wird mit viel
Wasserstoff begonnen, und nach dem Plasmastart die Wasserstoffzufuhr
radikal gesenkt. Im Gegensatz zu den Verfahren 1. und 2. ist es
mit diesem Verfahren jedoch möglich, deutlich höhere
Solarzellenwirkungsgrade von bis zu 7% zu erzielen.
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Für
die industrielle Anwendbarkeit eines Verfahrens zur Herstellung
von Solarzellen sind neben dem Wasserstoffverbrauch, die produzierten
Stückzahlen je Zeiteinheit ein wichtiges Kriterium. Bei
einer vorgegebenen Abscheidungsrate in nm/s ist daher die Dicke
der Solarzelle ein Kriterium.
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Aus
Vetterl et al. (O. Vetterl, A. Lambertz, A. Dasgupta, F.
Finger, B. Rech, O. Kluth, H. Wagner (2006). Thickness dependence
of microcrystalline silicon solar cell properties. Solar Energy
Materials & Solar
Cells. 66, 345-351) ist bekannt, dass bei Schichtdicken < 1 μm für
die μc-Si:H Absorberschicht (i-Schicht) der erzielbare
Wirkungsgrad η von μc-Si:H Einzelsolarzellen als
Produkt aus Leerlaufspannung (VOC), Kurzschlussstromdichte
(JSC) und Füllfaktor (FF) deutlich
abnimmt. In der Praxis hat sich daher eine Schichtdicke von > 1 μm für
die μc-Si:H-Absorberschicht als optimierte Solarzelle durchgesetzt.
Dadurch werden Einzelsolarzellen mit einem Wirkungsgrad größer
oder gleich 8% bei Verwendung eines ZnO/Ag Rückkontakts
bereitgestellt. Als Rückkontakt wird die Licht abgewandte
Seite bezeichnet. Als Frontkontakt wird die Licht zugewandte Seite
bezeichnet.
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Aus
Rath (J. K. Rath (2003). Low temperature polycrystalline
silicon: a review an deposition, physical properties and solar cell
applications. Solar Energy Materials & Solar Cells 76, 431-487)
ist bekannt, dass der Parameter Abscheidungsrate der μc-Si:H
Absorberschicht den Parameter Wirkungsgrad der späteren
Zelle ebenfalls negativ beeinflusst. Je höher die Abscheidungsrate
für die Absorberschicht gewählt wird, desto niedriger
ist der erzielbare Wirkungsgrad der Zelle. Die Anhebung der Abscheidungsrate
für die μc-Si:H Absorberschicht, beispielsweise
durch eine Erhöhung der Plasmaleistung auf über
0,3 W/cm2 Elektrodenfläche, führt bei
einer Anregungsfrequenz des Plasmas von 13,56 MHz somit nachteilig
dazu, dass bei μc-Si:H Einzelsolarzellen mit Standardschichtdicken
von etwa 1000 bis 2000 Nanometer der erzielbare Zellwirkungsgrad
bereits deutlich abnimmt. Selbiges gilt entsprechend für
die Stapelsolarzellen, die derartige μc-Si:H Absorberschichten
umfassen.
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Aufgabe
der Erfindung ist es, ein schnelles Verfahren zur Abscheidung von
mikrokristallinem Silizium auf einem Substrat anzugeben, welches
dennoch zu hohen Wirkungsgraden der Solarzellen führt.
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Die
Aufgabe wird durch ein Verfahren nach Anspruch 1 gelöst.
Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den darauf rückbezogenen
Ansprüchen.
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Das
Verfahren zur Abscheidung von mikrokristallinem Silizium auf einem
Substrat in einem Plasmakammersystem umfasst die Schritte:
- – das Plasmakammersystem weist vor
dem Start des Plasmas ein reaktives, siliziumhaltiges Gas und Wasserstoff
oder ausschließlich Wasserstoff auf,
- – das Plasma wird gestartet,
- – dem Kammersystem wird nach dem Plasmastart kontinuierlich
ausschließlich reaktives, siliziumhaltiges Gas zugeführt
oder dem Kammersystem wird nach dem Plasmastart kontinuierlich ein
Gemisch, umfassend ein reaktives, siliziumhaltiges Gas und Wasserstoff
zugeführt, wobei die Konzentration an reaktivem, siliziumhaltigem
Gas bei der Zufuhr in die Kammer größer als 0,5%
eingestellt wird und
- – die Plasmaleistung wird zwischen 0,1 und 2,5 W/cm2 Elektrodenfläche eingestellt,
und
- – es wird eine Abscheidungsrate von größer
als 0,5 nm/s gewählt und eine mikrokristalline Schicht
auf dem Substrat abgeschieden, welche eine Dicke von 1000 nm nicht überschreitet.
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Die
Silankonzentration (= Silanfluss/(Summe aus Silanfluss und Wasserstofffluss))
wird so eingestellt, dass die Abscheidung der mikrokristallinen
Absorberschicht nahe am μc-Si:H/a-Si:H Wachstumsübergang stattfindet.
Der Grund hierfür liegt darin, dass optimale μc-Si:H
Absorberschichteigenschaften nicht durch einen hohen kristallinen
Anteil erreicht werden, sondern dass Materialien im Übergangsbereich
mit amorphen und kristallinen Anteilen die besten Eigenschaften
zeigen. Als Ursache dieser günstigen Eigenschaften wird eine
optimale Grenzflächenpassivierung der Silizium-Kristallite
durch amorphes Silizium angesehen.
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Zur
Abscheidung der mikrokristallinen Schicht können den Prozessgasen
(siliziumhaltiges Gas und Wasserstoff) vor und/oder nach dem Plasmastart
inerte Gase, wie beispielsweise Argon, beigemischt werden.
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Eine
Erhöhung der Generatorleistung führt bei sonst
gleich bleibenden Prozessparametern zu einer höheren kristallinen
Volumenanteil der aufwachsenden Schicht.
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Das
erfindungsgemäße Verfahren weist vorteilhaft die
Merkmale auf, welche für eine Massenproduktion von Solarzellen
in großtechnischem Maßstab besonders vorteilhaft
sind. Dieses ist die Abscheidung einer vergleichsweise dünnen μc-Si:H
Absorberschicht bei gleichzeitig hoher Abscheidungsrate. Es ist
unerheblich, ob die mikrokristalline Absorberschicht für
eine Einzelzelle oder für eine Stapelsolarzelle abgeschieden
wird. Allein die Maßnahme der Erhöhung der Abscheidungsrate
bei dünnen mikrokristallinen Absorberschichten löst die
Aufgabe der Erfindung unabhängig vom gewählten
Substrat und dem damit verbundenen Aufbau der Solarzelle.
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Mit
dem Begriff Plasmakammersystem sind alle gängigen Plasmakammern
zur Abscheidung von Solarzellen umfasst. Das Verfahren kann daher
grundsätzlich für Einzelkammern als auch für
kombinierte Plasmakammersysteme aus mehreren Einzelkammern angewendet
werden.
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Das
Plasmakammersystem kann beispielsweise eine Einzelkammer für
die Herstellung von intrinsischen a-Si:H und μc-Si:H Absorberschichten
(i-Kammer), eine weitere Einzelkammer für die Herstellung
von p- oder n-dotierten a-Si:H und μc-Si:H Schichten (Dotierkammer)
sowie einer Ladekammer zur Ein- und Ausschleusung von Substraten
umfassen.
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Im
Rahmen der Erfindung wurde erkannt, dass bei einer Erhöhung
der Abscheidungsrate auf größer als 0,5 nm/s und
gleichzeitig dünnen μc-Si:H Absorberschichten
mit kleiner als 1000 mit Schichtdicke kein nennenswerter Wirkungsgradverlust
auf Grund einer Abscheidungsratenerhöhung mehr stattfindet.
Dabei sind alle Kombinationen an Zwischenwerten für die
Abscheidungsrate und die Schichtdicke erlaubt. Im Gegensatz hierzu
führt bei den bisher im Stand der Technik bevorzugten dicken
mikrokristallinen Absorberschichten mit mehr als 1000 nm Schichtdicke
eine Abscheidungsratenerhöhung, beispielsweise von 1 auf
2,5 nm/s, zu einem deutlichen Wirkungsgradverlust.
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Die
Abscheidungsrate kann bis 5 nm/s abhängig von der Plasmaleistung
bzw. Generatorleistung gewählt werden.
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Zur
Herstellung von p- bzw. n-dotierten Siliziumschichten in der Dotierkammer
kann dem Prozessgasgemisch aus siliziumhaltigem Gas und H2 zusätzlich ein borhaltiges (beispielsweise
Trimethylbor B(CH3)3)
bzw. phosphorhaltiges Gas (beispielsweise Phosphin PH3)
beigemischt werden. Um Dotierstoffverschleppungen bei der Herstellung
von intrinsischen Siliziumabsorberschichten möglichst zu
vermeiden, sind die i-Kammer und die Dotierkammer vorzugsweise über
ein Schleusentor voneinander getrennt.
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Die
i-Kammer kann eine oder mehrere verschiedene Hochfrequenzelektroden
beinhalten, die über ein „Showerhead”-Design
zur homogenen Gaseinspeisung verfügen können und
deren Elektrodenfläche vertikal oder horizontal ausgerichtet
sein können. Das zu beschichtende Substrat kann mithilfe
eines Transportsystems zu der Elektrode bewegt werden, an der die
Siliziumabscheidung stattfinden soll. Hat das Substrat seine Endposition
eingenommen, dann sorgt ein Heizersystem dafür, dass das
Substrat vor Abscheidungsbeginn auf die gewünschte Substrattemperatur
aufgeheizt wird. Der Abstand zwischen der Hochfrequenzelektrode
und dem Substrat kann beispielsweise auf Werte zwischen 5 und 25
mm eingestellt werden.
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Der
Begriff Abscheidungsrate ist dabei definiert als die Dicke der abgeschiedenen
Absorberschicht je Zeiteinheit. Die Abscheidungsrate steigt prinzipiell
mit der Erhöhung der Plasmaleistung bzw. Generatorleistung.
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Es
kann vorzugsweise eine Plasmaanregungsfrequenz von 13,56 bis etwa
100 MHz bei einem Elektrodenabstand von 5 bis 25 Millimeter, bevorzugt
10 bis 25 Millimeter gewählt werden.
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Bevorzugt
wird der Abscheidungsdruck in der Plasmakammer während
des Verfahrens zwischen 1 und 25 mbar in der Plasmakammer bzw. in
den Plasmakammern eingestellt. Eine Erhöhung des Abscheidungsdrucks
führt bei sonst gleich bleibenden Prozessparametern zu
einem geringeren kristallinen Volumenanteil der aufwachsenden Schicht.
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Das
Verfahren kann in einer weiteren, besonders vorteilhaften Ausführung
der Erfindung derartig ausgeführt werden, dass der Basisdruck
in dem Plasmakammersystem mindestens 10–6 mbar
oder sogar mehr beträgt, das heißt also z. B.
10–5 mbar oder z. B. 10–4 mbar. Alle Zwischenwerte sind
möglich.
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Der
Basisdruck ist der vorherrschende Druck in der Plasmakammer oder
im Plasmakammersystem im evakuierten Zustand vor der Einleitung
der Prozessgase und abhängig unter anderem vom Design der
Kammer und der Reinheit der verwendeten Gase.
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Gemäß des
Stands der Technik weist die Plasmakammer oder das Plasmakammersystem
einer kleinen Laboranlage einen Basisdruck von etwa 10–8 mbar
auf. Dies ist den angesprochenen hohen Reinheitsgraden geschuldet,
unter dem die Verfahren gemäß des Standes der
Technik betrieben werden müssen, um zu den gewünschten
hohen Wirkungsgeraden der Solarzellen zu gelangen. So hat sich die
Erkenntnis durchgesetzt, dass der Sauerstoffgehalt in μc-Si:H
Absorberschichten einen bestimmten Grenzwert keinesfalls überschreiten
soll, da ansonsten der erzielbare Wirkungsgrad sowohl von μc-Si:H
basierten Einzelsolarzellen als auch von a-Si:H/μc-Si:H
basierten Stapelsolarzellen deutliche und unerwünschte
Einbußen im Wirkungsgrad erfährt. In Bezug auf
die Prozessreinheit war gemäß Stand der Technik
entsprechend daher zu gewährleisten, dass der Sauerstoffgehalt
in der μc-Si:H Absorberschicht stets unterhalb eines erlaubten
Grenzwertes blieb, um hohe Zellwirkungsgrade zu erzielen. Dieser
Grenzwert liegt gemäß Stand der Technik bei der μc-Si:H
Absorberschicht bei etwa 2·1019/cm3 Sauerstoffatomen und Standardschichtdicken
von > 1000 nm für
die μc-Si:H Absorberschicht. Damit verbunden waren in Bezug
auf den Prozessreinheitsgrad hohe Anlagenkosten auf Grund der zu
verwendenden Pumpensysteme. Die Betriebskosten als solche sind ebenfalls
vergleichsweise hoch, da auch der Reinheitsgrad der Prozessgase,
im wesentlichen Silan oder siliziumhaltiges Gas im allgemeinen und
Wasserstoffhoch gewählt werden mussten.
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Im
Rahmen der Erfindung wurde erkannt, dass besonders vorteilhaft bei
hohen Abscheidungsraten größer 0,5 nm/s und gleichzeitig
geringen Schichtdicken kleiner als 1000 nm der abgeschiedenen mikrokristallinen
Absorberschicht ein synergistischer Effekt auftritt, in der Weise,
dass trotz eines sehr hohen Basisdrucks von bis zu 10–6 mbar,
10–5 mbar oder mehr, lediglich
ein nur geringer Wirkungsgradverlust der Zelle auftritt, welcher
aus prozesstechnischer Sicht absolut tolerierbar ist. Für
das Verfahren kann in Bezug auf diese drei Para meter, Abscheidungsrate > 0,5 nm/s, Schichtdicke < 1000 nm und Basisdruck > 10–6 mbar
wiederum jeder Zwischenwert angenommen werden.
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Es
wurde erkannt, dass erfindungsgemäße hohe Abscheidungsraten
gegenüber geringen Abscheidungsraten bewirken, dass bei
gleichem Basisdruck geringere Sauerstoffmengen in die aufwachsende μc-Si:H Schicht
eingebaut werden. Ferner wurde erkannt, dass der tolerierbare Sauerstoffgehalt
in μc-Si:H Einzelsolarzellen, bis zu der noch keine Wirkungsgradverluste
auftreten, bei dünnen Absorberschichten höher
ist als bei dicken Absorberschichten. Selbiges gilt widerum für
alle Formen von Stapelsolarzellen.
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Die
Konsequenz aus den geschilderten Entdeckungen, das heißt
dem Einfluss der Abscheidungsrate und/oder des Sauerstoffgehalts
auf den erzielbaren μc-Si:H Einzelsolarzellenwirkungsgrad
in Abhängigkeit der Absorberschichtdicke, besteht darin,
dass sich das Produktionskostenoptimum bei Dünnschichtsolarmodulen, die μc-Si:H
Absorberschichten beinhalten, zu deutlich geringeren Gesamtschichtdicken
verschiebt. Dies gilt auch für Stapelsolarzellen.
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Es
wurde erkannt, dass im Rahmen des erfindungsgemäßen
Verfahrens dann der erzielbare Zellwirkungsgrad möglicherweise
geringfügig abnimmt, dass dieser Nachteil aber neben der
geringeren Herstellungszeit aufgrund der Schichtdickenreduktion
und gegebenenfalls geringeren Ansprüchen an die Reinheit
des Prozesses (der Gase) und der hergestellten Zellen in Bezug auf
den Sauerstoffgehalt überkompensiert wird, und dass in
diesem Fall die Solarzellenherstellungszeit aufgrund einer Erhöhung
der Abscheidungssrate der μc-Si:H Absorberschicht ohne
zusätzliche Wirkungsgradeinbußen noch einmal deutlich
gesenkt werden kann. Die Produktion kann also mit deutlich geringeren
Anforderungen an die Prozessreinheit durchgeführt werden, was
signifikante Kostenvorteile mit sich bringt, nämlich geringere
Anlagenkosten und geringere Prozessgaskosten. Zusätzlich
dazu ist noch zu berücksichtigen, dass dünnere
a-Si:H/μc-Si:H basierte Stapelsolarzellen weniger degradieren.
Folglich wird dadurch die Differenz beim stabilisierten Wirkungsgrad
gegenüber a-Si:H/μc-Si:H basierten Stapelsolarzellen
mit Standardgesamtschichtdicke kleiner, als es beim Anfangswirkungsgrad
der Fall ist.
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Das
Verfahren kann in einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung so
ausgeführt werden, die Flüsse der der Kammer zugeführten
und aus der Kammer abgeleiteten Gase bzw. Gasmi schungen derart zu
regeln, dass sich während des Verfahrens ein konstanter
Abscheidungsdruck ausbildet.
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Es
kann insbesondere eine Abscheidungsrate zwischen etwa 1,0 bis 2,5
nm/s gewählt werden und eine mikrokristalline Schicht mit
einer Dicke von 200 bis 800 nm, insbesondere von 400 bis 600 nm
abgeschieden werden. In diesen Fällen können mit
dem genannten Verfahren regelmäßig μc-Si:H
Einzelsolarzellen mit einem Wirkungsgrad von etwa 7–8%
ebenfalls für alle Kombinationen an Zwischenwerten realisiert
werden. Für a-Si:H/μc-Si:H basierte Stapelsolarzellen,
die aufgrund des a-Si:H Anteils zuerst lichtinduziert degradieren und
erst danach einen stabilisierten Wirkungsgrad aufweisen, können
höhere Anfangswirkungsgrade von etwa 9–11%, und
auch höhere stabilisierte Wirkungsgrade von etwa 8–10%
ohne weiteres erzielt werden.
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Der
Kammer kann nach dem Plasmastart kontinuierlich ausschließlich
reaktives, siliziumhaltiges Gas in einem Volumenstrom von 0,5 sccm
bis zu 20 sccm/100 cm2 Beschichtungsfläche,
insbesondere von 0,5 sccm bis zu 10 sccm/100 cm2 Beschichtungsfläche,
zugeführt werden. Dies gilt z. B. dann, wenn die Kammer oder
das Kammersystem vor Beginn des Plasmastarts Wasserstoff ohne siliziumhaltiges
Gas aufweist. Gleichzeitig kann das in der Kammer vorliegende Gasgemisch
wenigstens teilweise aus der Kammer abgeleitet werden. Inerte Gase
können diesem Verfahren beigemischt sein.
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Das
Verfahren zur Abscheidung des mikrokristallinen Siliziums kann insbesondere
zur Herstellung von Stapelsolarzellen genutzt werden. Als Substrat
wird in dem Verfahren dann z. B. eine elektrische Kontaktschicht
sowie hierauf abgeschiedene mikrokristalline n-Schicht gewählt.
Die Solarzelle im Falle einer Tandemkonfiguration weist im fertigen
Zustand eine n-i-p-n-i-p-Konfiguration auf. Als elektrische Kontaktschicht
kann z. B. eine Metall-ZnO-Schicht oder eine Metall-SnO2-Schicht
oder eine andere TCO-Schicht gewählt werden. Als elektrische
Kontaktschicht der n-i-p-n-i-p-Schicht kann auch allein eine Metallschicht
als Reflektor gewählt werden. Einzelzellen werden ohne
den entsprechenden a-Si:H-Anteil gefertigt.
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Als
Substrat kann beispielsweise aber auch ein Glas-TCO-a-Si:H-Schichtsystem
plus hierauf abgeschiedener mikrokristalliner p-Schicht gewählt
werden. Es kann auch ein Metall-TCO-a-Si:H-Schichtsystem plus hierauf
abgeschiedener mikrokristalliner p-Schicht gewählt werden.
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Die
Solarzelle weist in diesen Fällen einer Tandemkonfiguration
im fertigen Zustand eine p-i-n-p-i-n-Konfiguration auf. Für
Einzelzellen werden Substrate ohne den entsprechenden a-Si:H-Anteil
gewählt. Selbstverständlich können andere
Substrate zur Herstellung der Stapelsolarzellen verwendet werden.
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Die
mittels dieses Verfahrens hergestellten Solarzellen weisen also
mindestens eine n-i-p-Struktur oder eine p-i-n-Struktur auf, wobei
die Absorberschicht mikrokristallin ausgebildet ist. Beispielsweise
weisen μc-Si:H Einzelsolarzellen, die mit diesem erfindungsgemäßen
Verfahren bei einer besonders vorteilhaften Abscheidungsrate von
2,5 nm/s hergestellt werden, einen Wirkungsgrad von etwa 7–8%
auf. Sie sind dadurch gekennzeichnet, dass die μc-Si:H-Absorberschicht
eine Dicke von weniger als 1000 Nanometer aufweist.
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Besonders
vorteilhaft weisen bereits die durch das erfindungsgemäße
Verfahren hergestellten Einzelsolarzellen einen Wirkungsgrad von
7–8% trotz hoher Abscheidungsraten und geringer Schichtdicken
auf. Bei Stapelsolarzellen sind entsprechend höhere Wirkungsgrade
erreichbar.
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In
einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung können
die mittels dieses Verfahrens hergestellten Solarzellen mehr als
2·1019 bis etwa 1·1021 cm–3 Sauerstoffatome
in der mikrokristallinen Absorberschicht aufweisen.
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Eine
a-Si:H/μc-Si:H basierte Stapelsolarzelle weist besonders
vorteilhaft eine Gesamtschichtdicke aller Absorberschichten von
weniger als 1000 Nanometern auf. Vorzugsweise bezüglich
der Herstellungskosten je Watt peak Solarmodulnennleistung weist
dabei die mikrokristalline Absorberschicht einen Sauerstoffgehalt von
mehr als 2·1019 insbesondere bis
1021 Sauerstoffatomen/cm3 auf.
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Mit
dem Verfahren ist es besonders vorteilhaft möglich, dünne
a-Si:H/μc-Si:H Stapelsolarzellen, insbesondere Tandemsolarzellen
herzustellen, wobei die üblichen negativen Auswirkungen
einer hohen Abscheidungsrate für die μc-Si:H Absorberschicht
als auch einer hohen Konzentration an Verunreinigungsstoffen in der μc-Si:H
Absorberschicht wesentlich geringer ausgeprägt sind. Hiermit
werden zusätzliche Kosteneinsparungen ermöglicht
durch eine weitere Reduzierung der Herstellungszeiten und geringere
Anforderungen an die Prozessreinheit. Es tritt hierbei zusätzlich
ein synergistischer Effekt auf, da hohe Abscheidungsraten gegen über
geringen Abscheidungsraten bewirken, dass bei gleichem Basisdruck
geringere Sauerstoffmengen in die aufwachsende μc-Si:H
Schicht eingebaut werden.
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Es
wurde im Rahmen der Erfindung auch erkannt, dass der relative degradationsbedingte
Wirkungsgradverlust bei Stapelsolarzellen mit zunehmend geringer
Absorberschichtdicke geringer ausfällt.
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Im
Weiteren wird die Erfindung an Hand von Ausführungsbeispielen
und der beigefügten Figuren näher erläutert.
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Erstes Ausführungsbeispiel: Herstellung
einer μc-Si:H Absorberschicht auf einem Substrat bei unterschiedlich hohen
Abscheidungsraten
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Als
Substrat wurde ein Glas-TCO-Schichtsystem (TCO engl. transparent
conductive Oxide) plus hierauf abgeschiedener mikrokristalliner
p-Schicht gewählt. Das Glas hat eine Dicke von etwa 1 Millimeter,
die TCO-Schicht weist eine Dicke von etwa 500 Nanometer und die
p-Schicht weist eine Dicke von etwa 10 Nanometer auf.
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Es
wurde ein Plasmakammersystem gewählt, bei dem die dotierte
p- und n–Schicht und die undotierte Absorberschicht in
verschiedenen Kammern abgeschieden wurden.
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Zur
Vorbereitung der μc-Si:H Absorberschichtabscheidung auf
der p-Schicht wird das genannte Substrat zuerst parallel zur Showerhead-Hochfrequenzelektrode
mit einem Elektrodenabstand von 10 mm positioniert und im Vakuum
auf eine Substrattemperatur von 200°C aufgeheizt. Der Basisdruck
beträgt dabei 10–7 mbar.
Danach wird die Plasmakammer, in der Substrate bis zu einer Größe
von 30 × 30 cm2 beschichtet werden
können, kontinuierlich mit einem Wasserstofffluss von 4000
sccm (dies entspricht 444,4 sccm je 100 cm2 zu
beschichtende Substratfläche) und einem Silanfluss von
57 sscm bei 1 nm/s Abscheidungsrate (dies entspricht 6,3 sccm je
100 cm2 zu beschichtende Substratfläche)
bzw. 102 sccm Silanflusss bei 2,5 nm/s Abscheidungsrate (dies entspricht
11,3 sccm je 100 cm2 zu beschichtende Substratfläche)
geflutet und dabei der Plasmakammerdruck kontinuierlich während
des gesamten Abscheidungsprozesses auf 9,3 mbar geregelt.
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Das
in der Kammer vorliegende Gasgemisch wird vollständig aus
der Kammer abgeleitet.
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Dabei
bildet sich ein konstanter Abscheidungsdruck aus. Die Prozessgase
werden durch die Showerhead-Hochfrequenzelektrode in die Plasmakammer
eingelassen. Soll die μc-Si:H Absorberschichtabscheidung
bei einer Generatorleistung von 800 W stattfinden, dann wird die
Silankonzentration (= Silanfluss/(Summe aus Silanfluss und Wasserstofffluss))
auf einen Wert von 1,4% eingestellt. Für die Abscheidung
der μc-Si:H Absorberschicht bei einer Generatorleistung
von 1800 W wird eine Silankonzentration von 2,5% eingestellt.
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Mithilfe
des Generators wird ein Plasma zwischen dem Substrat und der Showerhead-Hochfrequenzelektrode
gezündet und anschließend auf eine bestimmte Generatorleistung
geregelt. Die Plasmaanregungsfrequenz beträgt hierbei 40,68
MHz. Soll eine Abscheidungsrate der μc-Si:H Absorberschicht
von 1 nm/s erzielt werden, dann ist die Generatorleistung auf einen
Wert von 800 W (entspricht 0,6 W/cm2 Elektrodenfläche)
einzustellen. Zur Erzielung einer μc-Si:H Abscheidungsrate
von 2,5 nm/s ist eine Generatorleistung von 1800 W (entspricht 1,3
W/cm2 Elektrodenfläche) einzustellen.
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Während
der μc-Si:H Absorberschichtabscheidung bleiben alle angegebenen
Prozessparameter unverändert. Die benötigte Abscheidungszeit
ergibt sich aus der gewünschten μc-Si:H Absorberschichtdicke
und der zum jeweiligen Herstellungsprozess dazugehörigen μc-Si:H
Abscheidungsrate. Die μc-Si:H Absorberschichtabscheidung
endet mit dem Ausschalten des Generators nach Ablauf der eingestellten
Abscheidungszeit.
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Die μc-Si:H
Absorberschicht ist hierbei aufgrund der eingestellten Silankonzentration
(= Silanfluss/(Summe aus Silanfluss und Wasserstofffluss)) nahe
am μc-Si:H/a-Si:H Übergang abgeschieden und daher
hinsichtlich den Schichteigenschaften optimiert.
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Auf
der nach diesem Verfahren hergestellten μc-Si:H Absorberschicht
wurde zur Herstellung einer μc-Si:H Einzelsolarzelle eine
n-dotierte Schicht abgeschieden. Diese hat eine Dicke von etwa 20
Nanometer. Der Rückkontakt wurde aus ZnO/Ag (80 Nanometer
ZnO und 700 Nanometer Ag) gefertigt.
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In
Abhängigkeit der μc-Si:H Absorberschichtdicke
und der μc-Si:H Abscheidungsrate erreichte der Zellwirkungsgrad
dieser Einzelzelle folgende Werte:
μc-Si:H
Solarzelle Nr. | μc-Si:H
Absorberschichtdicke | μc-Si:H
Abscheidungsrate | Zellwirkungsgrad | Rückkontakt |
1 | 1460
Nanometer | 1
nm/s | 9,2% | ZnO/Ag |
2 | 1400
Nanometer | 2,5
nm/s | 7,8% | ZnO/Ag |
3 | 530
Nanometer | 1
nm/s | 7,4% | ZnO/Ag |
4 | 600
Nanometer | 2,5
nm/s | 7,3% | ZnO/Ag |
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Es
wird deutlich, dass eine Erniedrigung der Schichtdicke der Absorberschicht
auf Werte um 500–600 Nanometer (Zellen 3 bis 4) zu keiner
Verringerung des Zellwirkungsgrades auf Grund einer Abscheidungsratenerhöhung
von 1 nm/s auf 2,5 nm/s führt. Im Gegensatz hierzu ist
bei dem Kontrollexperiment mit einer Absorberschichtdicke gemäß Stand
der Technik (Standard: 1000–2000 Nanometer für
Einzelzellen; 1000–3000 Nanometer bei Stapelsolarzellen)
ein deutlicher Verlust des Zellwirkungsgrades von 9,2 auf 7,8% auf
Grund der erhöhten Schichtdicke messbar. Resultierend führt
daher das erfindungsgemäße Verfahren zu einer
deutlichen Steigerung des Ausstoßes an Solarzellen bei
ansonsten unverändertem Wirkungsgrad.
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Zweites Ausführungsbeispiel:
Herstellung einer μc-Si:H Absorberschicht auf einem Substrat
bei zusätzlich hohem Basisdruck
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Als
Substrat wurde ein Glas-TCO-Schichtsystem (TCO engl. transparent
conductive Oxide) plus hierauf abgeschiedener mikrokristalliner
p-Schicht gewählt. Das Glas hat eine Dicke von etwa 1 Millimeter,
die TCO-Schicht weist eine Dicke von etwa 500 Nanometer und die
p-Schicht weist eine Dicke von etwa 10 Nanometer auf.
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Es
wurde ein Plasmakammersystem gewählt, bei der die dotierte
p- und n-Schicht und die undotierte Absorberschicht in verschiedenen
Kammern abgeschieden wurden.
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Die
Plasmakammer weist im evakuierten Zustand einen Basisdruck von ca.
10–8 mbar auf. Zur gezielten Erhöhung
des Sauerstoffgehalts in dort abgeschiedenen μc-Si:H Absorberschichten
ist ein künstliches Luftleck an der Kammer angebracht,
dessen Stärke über ein Nadelventil eingestellt
werden kann. Je nachdem, wie weit das Nadelventil geöffnet
ist, erhöht sich auch der Basisdruck in der Plasmakammer.
Der Basisdruck fungiert als Maß für die Stärke
des Luftlecks und damit der eingebauten Sauerstoffmenge.
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Zur
Vorbereitung der μc-Si:H Absorberschichtabscheidung wird
das Substrat zuerst parallel zur Showerhead-Hochfrequenzelektrode
mit einem Elektrodenabstand von 10 mm positioniert und in Vakuum
auf eine Substrattemperatur von 200°C aufgeheizt. Danach
wird die Plasmakammer, in der Substrate bis zu einer Größe
von 10 × 10 cm2 beschichtet werden
können, kontinuierlich mit einem Wasserstofffluss von 360
sccm und einem Silanfluss von 5,0 sccm (etwa 1,4% Silankonzentration)
geflutet und dabei der Plasmakammerdruck auf 13,3 mbar geregelt.
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Das
in der Kammer vorliegende Gasgemisch wird vollständig aus
der Kammer abgeleitet. Dabei bildet sich wiederum ein konstanter
Abscheidungsdruck aus. Die Prozessgase werden dabei durch die Showerhead-Hochfrequenzelektrode
in die Prozesskammer eingelassen.
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Mithilfe
des Generators wird ein Plasma zwischen dem Substrat und der Showerhead-Hochfrequenzelektrode
gezündet und anschließend auf eine Generatorleistung
von etwa 60 W geregelt (entspricht etwa 0,4 W/cm2 Elektrodenfläche),
so dass eine μc-Si:H Abscheidungsrate von 0,7 nm/s erzielt
wird. Die Plasmaanregungsfrequenz beträgt hierbei 13,56
MHz.
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Während
der μc-Si:H Absorberschichtabscheidung bleiben alle angegebenen
Prozessparameter unverändert. Die benötigte Abscheidungszeit
ergibt sich aus der gewünschten μc-Si:H Absorberschichtdicke
und der zum Herstellungsprozess dazugehörigen μc-Si:H
Abscheidungsrate. Die Abscheidung der μc-Si:H Absorberschicht
endet mit dem Ausschalten des Generators nach Ablauf der eingestellten
Abscheidungszeit.
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Die μc-Si:H
Absorberschicht ist hierbei aufgrund der eingestellten Silankonzentration
(= Silanfluss/(Summe aus Silanfluss und Wasserstofffluss)) nahe
am μc-Si:H/a-Si:H Übergang abgeschieden und daher
hinsichtlich den Schichteigenschaften optimiert.
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Auf
der nach diesem Verfahren hergestellten μc-Si:H Absorberschicht
wurde zur Herstellung einer μc-Si:H Einzelsolarzelle eine
n-dotierte Schicht abgeschieden. Diese hat eine Dicke von etwa 20
Nanometer. Der Rückkontakt wurde aus Ag (700 Nanometer)
gefertigt.
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In
Abhängigkeit des über das Nadelventil eingestellten
Basisdrucks in der Plasmakammer und der μc-Si:H Absorberschichtdicke
erreichte der Zellwirkungsgrad folgende Werte:
μc-Si:H
Solarzelle Nr. | μc-Si:H
Absorberschichtdicke | Basisdruck
in Plasmakammer | Zellwirkungsgrad | Rückkontakt |
1 | 520
Nanometer | 10–8 mbar (kein Luftleck) | 6,1% | Ag |
2 | 530
Nanometer | 10–6 mbar (Luftleck) | 6,1% | Ag |
3 | 400
Nanometer | 10–5 mbar (Luftleck) | 4,5% | Ag |
4 | 1100
Nanometer | 10–8 mbar (kein Luftleck) | 7,7% | Ag |
5 | 1070
Nanometer | 10–6 mbar (Luftleck) | 7,2% | Ag |
6 | 1020
Nanometer | 10–5 mbar (Luftleck) | 5,0% | Ag |
7 | 2960
Nanometer | 10–8 mbar (kein Luftleck) | 7,8% | Ag |
8 | 2980
Nanometer | 10–6 mbar (Luftleck) | 6,9% | Ag |
9 | 3000
Nanometer | 10–5 mbar (Luftleck) | 4,1% | Ag |
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Es
wird deutlich, dass bei einer Schichtdicke von weniger als 1000
Nanometer für die Absorberschicht (Beispiele 1–3),
auch eine deutliche Erhöhung des Basisdrucks auf etwa 10–5 mbar zu tolerierbaren Wirkungsgradverlusten
von nur 1,6% führen. Hierbei ist noch zu berücksichtigen,
dass Beispiel 3 im Vergleich zu Beispiel 1 und Beispiel 2 eine gut
100 Nanometer geringere Absorberschichtdicke hat, was bei diesem
Absorberschichtdickenniveau ursächlich für den
Wirkungsgradverlust von 1,6% ist.
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Im
Gegensatz hierzu sind oberhalb 1000 Nanometer Schichtdicke der Absorberschicht
bereits deutlich erhöhte Wirkungsgradverluste bei einer
Erhöhung des Basisdrucks von 10–8 auf
10–5 mbar nachweisbar. Diese liegen
bereits bei 2,7%.
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In
dem Fall, dass die Absorberschichtdicke sogar etwa 3000 Nanometer
beträgt, ist der nachweisbare Wirkungsgradverlust noch
einmal deutlich erhöht. In diesem Fall beträgt
er sogar 3,7% bei einer Erhöhung des Basisdrucks von 10–8 auf 10–5 mbar.
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Als
Resultat dieser Ergebnisse, ist bereits bei einer gegenüber
Stand der Technik leicht erhöhten Abscheidungsrate von
0,7 nm/s und gleichzeitig dünnen Schichtdicken von hier
400–530 Nanometer der abgeschiedenen mikrokristallinen
Absorberschicht ein zusätzlicher Effekt aufgetreten. So
ist trotz eines vergleichsweise sehr hohen Basisdrucks von 10–5 mbar lediglich ein geringer Wirkungsgradverlust
nachweisbar. Dieser ist aus prozesstechnischer Sicht absolut tolerierbar.
Der Wirkungsgradverlust ist dabei deutlich geringer, als bei den
dicken Absorberschichten der Beispiele 7–9.
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Das
Beispiel 3 in Tabelle 2 weist mit einer vergleichbar zum ersten
Ausführungsbeispiel dicken Absorberschicht von 530 Nanometer
und mit einem Rückkontakt aus ZnO/Ag entsprechend einen
Wirkungsgrad von etwa 7% auf.
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Drittes Ausführungsbeispiel:
Herstellung einer μc-Si:H Absorberschicht für
eine Tandemsolarzelle auf einem Substrat
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In
Stapelsolarzellen, die aus amorphem (a-Si:H) und mikrokristallinem
(μc-Si:H) Silizium basieren, wird die Gesamtdicke der aktiven
Schichten im Wesentlichen durch die Dicke der μc-Si:H Absorberschichten beeinflusst.
Ein Beispiel für a-Si:H/μc-Si:H basierte Stapelsolarzellen
sind a-Si:H/μc-Si:H Tandemsolarzellen, die aus genau einer
a-Si:H Topzelle und einer μc-Si:H Bottomzelle bestehen.
Als Top-Zelle ist die Zelle, in die das Licht zuerst eintritt, bezeichnet.
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Nach
dem Stand der Technik trägt dabei die μc-Si:H
Absorberschicht zu etwa 75% zur Gesamtdicke der aktiven Schicht
einer a-Si:H/μc-Si:H Tandemsolarzelle bei.
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Da
insbesondere in einer a-Si:H/μc-Si:H Tandemsolarzelle die μc-Si:H
Bottom-Absorberschicht mit 1000–3000 Nanometer Dicke die
mit Abstand größte Einzelschichtdicke aufweist,
bestimmt deren Abscheidungsrate maßgeblich den jährlich
erzielbaren Output einer Produktionsanlage.
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Zur
Herstellung einer Solarzelle mit p-i-n-p-i-n-Aufbau für
eine Tandemkonfiguration wird als Substrat ein Glas-TCO-a-Si:H-Topzellen-Schichtsystem
(TCO engl. transparent conductive Oxide) plus hierauf abgeschiedener
mikrokristalliner p-Schicht gewählt. Das Glas hat eine
Dicke von etwa 1 Millimeter, die TCO-Schicht weist eine Dicke von
etwa 500 Nanometer, die a-Si:H-Topzelle weist auf Grund der Reihenschaltung
zur μc-Si:H-Bottomzelle eine jeweils angepasste Dicke von
etwa 140–390 Nanometer auf. Das heisst, dass in Abhängigkeit
der μc-Si:H Absorberschichtdicke die Absorberschichtdicke
der a-Si:H Top-Zelle dabei so angepasst wurde, dass beide Einzelzellen
den gleichen Strom liefern.
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Die
hierauf abgeschiedene mikrokristalline p-Schicht weist eine Dicke
von etwa 10 Nanometer auf.
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Zur
Vorbereitung der μc-Si:H Absorberschichtabscheidung wird
das Substrat zuerst parallel zur Showerhead-Hochfrequenzelektrode
mit einem Elektrodenabstand von 10 mm positioniert und in Vakuum
auf eine Substrattemperatur von 200°C aufgeheizt. Der Basisdruck
beträgt etwa 10–7 mbar.
Danach wird die Plasmakammer, in der Substrate bis zu einer Größe
von 30 × 30 cm2 beschichtet werden
können, kontinuierlich mit einem Wasserstofffluss von 2700
sccm und Silan-Fluss von 24 sccm (0,9% Silankonzentration) geflutet
und dabei der Plasmakammerdruck auf 13,3 mbar geregelt.
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Das
in der Kammer vorliegende Gasgemisch wird vollständig aus
der Kammer abgeleitet. Dabei bildet sich wiederum ein konstanter
Abscheidungsdruck aus. Die Prozessgase werden dabei durch die Showerhead-Hochfrequenzelektrode
in die Prozesskammer eingelassen.
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Mithilfe
des Generators wird ein Plasma zwischen dem Substrat und der Showerhead-Hochfrequenzelektrode
gezündet und anschließend auf eine Generatorleistung
von etwa 500 W (entspricht etwa 0,4 W/cm2 Elektrodenfläche)
geregelt, so dass eine μc-Si:H Abscheidungsrate von 0,7
nm/s erzielt wird. Die Plasmaanregungsfrequenz beträgt
hierbei 13,56 MHz.
-
Während
der μc-Si:H Absorberschichtabscheidung bleiben alle angegebenen
Prozessparameter unverändert.
-
Die
benötigte Abscheidungszeit ergibt sich aus der gewünschten μc-Si:H
Absorberschichtdicke und der zum jeweiligen Herstellungsprozess
dazugehörigen μc-Si:H Abscheidungsrate.
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Die μc-Si:H
Absorberschichtabscheidung endet mit dem Ausschalten des Generators
nach Ablauf der eingestellten Abscheidungszeit.
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Die μc-Si:H
Absorberschicht ist hierbei aufgrund der eingestellten Silankonzentration
(= Silanfluss/(Summe aus Silanfluss und Wasserstofffluss)) nahe
am μc-Si:H/a-Si:H Übergang abgeschieden und daher
hinsichtlich den Schichteigenschaften optimiert.
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Auf
der nach diesem Verfahren hergestellten μc-Si:H Absorberschicht
wurde zur Herstellung der a-Si:H/μc-Si:H Tandemsolarzelle
eine mikrokristalline n-Schicht abgeschieden. Diese hat eine Dicke
von etwa 20 Nanometer. Der Rückkontakt wurde aus ZnO/Ag
(80 Nanometer ZnO und 700 Nanometer Ag) gefertigt. Die a-Si:H/μc-Si:H
Tandemsolarzelle weist somit eine μc-Si:H Bottom-Zelle
auf einer a-Si:H-Topzelle auf.
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Nach
Ermittlung des Anfangszellwirkungsgrades wurden die a-Si:H/μc-Si:H
Tandemsolarzellen anschließend in einem Degradationsexperiment
für 1000 Stunden bei einer Zelltemperatur von 50°C
einer Einstrahlungsstärke von 100 mW/cm
2 ausgesetzt,
um auch den stabilisierten Zellwirkungsgrad zu ermitteln. Es ergaben
sich folgende Werte:
a-Si:H/μc-Si:H Tandemsolarzelle
Nr. | Absorber-Schichtdicke
der μc-Si:H Bottom-Zelle | anfänglicher Zellwirkungsgrad | Stabilisierter Zellwirkungsgrad | relativer
degradationsbedingter Wirkungsgradverlust | Rückkontakt |
1 | 1850
nm | 11,9% | 9,7% | 18,5% | ZnO/Ag |
2 | 1140
nm | 10,6% | 9,3% | 12,3% | ZnO/Ag |
3 | 780
nm | 10,5% | 9,5% | 9,5% | ZnO/Ag |
4 | 440
nm | 9,0% | 8,4% | 6,7% | ZnO/Ag |
-
Es
wird deutlich, dass der relative degradationsbedingte Wirkungsgradverlust
bei Zellen mit zunehmend geringer Absorberschichtdicke geringer
ausfällt. Während in Beispiel 1 und 1850 Nanometer
Schichtdicke dieser relative Verlust noch bei 18,5% liegt, beträgt
er im Beispiel 4 und einer Schichtdicke von 440 Nanometer nur noch
6,7%. Für Tandemsolarzellen ist die lichtinduzierte Degradation
fast ausschließlich durch eine Degradation des a-Si:H-Topsolarzelle
herbeigeführt.
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Die
Konsequenz aus den Ergebnissen der Ausführungsbeispiele
besteht darin, dass sich das Produktionskostenoptimum zu deutlich
geringeren Gesamtschichtdicken < 1000
Nanometer bei hohen Abscheidungsraten > 0,5 nm/s und gegebenenfalls hohem Basisdruck
mit entsprechend hoher Sauserstoffendkonzentration in der fertigen
Solarzelle verschiebt. So weist die a-Si:H/uc-Si:H Tandemsolarzelle
Nr. 4 eine Gesamtschichtdicke der aktiven Halbleiter-Schichten (p-i-n-p-i-n
ohne Front- und Rückkontakt) von etwa 640 Nanometer auf.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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Zitierte Nicht-Patentliteratur
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- - O. Vetterl,
A. Lambertz, A. Dasgupta, F. Finger, B. Rech, O. Kluth, H. Wagner
(2006). Thickness dependence of microcrystalline silicon solar cell
properties. Solar Energy Materials & Solar Cells. 66, 345-351 [0006]
- - J. K. Rath (2003). Low temperature polycrystalline silicon:
a review an deposition, physical properties and solar cell applications.
Solar Energy Materials & Solar
Cells 76, 431-487 [0007]