DE102009041941A1

DE102009041941A1 - Dünnschichttyp-Solarzelle und Verfahren zum Herstellen derselben

Info

Publication number: DE102009041941A1
Application number: DE102009041941A
Authority: DE
Inventors: Yong Woo Yongin Shin; Won Hyun Cheonan Kim; Dae Yup Na; Hyun Jun Namyangju Cho; Dong Woo Gwangju Kang; Doo Young Taebaek Kim; Hyun Kyo Shin; Cheol Hoon Seongnam Yang
Original assignee: Jusung Engineering Co Ltd
Current assignee: Jusung Engineering Co Ltd
Priority date: 2008-12-29
Filing date: 2009-09-17
Publication date: 2010-07-08
Also published as: CN101771091B; JP2010157687A; US8298852B2; US20130025661A1; US20100167458A1; CN101771091A

Abstract

Offenbart ist eine Dünnschichttyp-Solarzelle und ein Verfahren zum Herstellen derselben, die ohne Senken des Wirkungsgrads der Zelle und Erhöhen der Prozesszeit einen großen Lichtübertragungsbereich gewährleisten kann, so dass sie als Ersatz für ein Glasfenster in einem Gebäude verwendet werden kann. Die Dünnschichttyp-Solarzelle umfasst ein Substrat; mehrere Vorderelektroden in festen Abständen auf dem Substrat; mehrere Halbleiterschichten in festen Abständen durch einen jeweiligen dazwischen angeordneten Kontaktbereich oder Trennkanal, wobei sich die mehreren Halbleiterschichten auf den mehreren Vorderelektroden befinden; und mehrere Rückelektroden in festen Abständen durch einen jeweiligen dazwischen angeordneten Trennkanal, wobei jede Rückelektrode mit der jeweiligen Vorderelektrode elektrisch verbunden ist; und wobei jede Rückelektrode derart strukturiert ist, dass ein lichtübertragender Teil in einem vorgegebenen Teil der Rückelektrode umfasst ist.

Description

Verweis auf verwandte Anmeldungen
Die Anmeldung nimmt die Priorität der koreanischen Patentanmeldungen P2008-0135936 , eingereicht am 29. Dezember 2008, und P2009-0036121 , eingereicht am 24. April 2009, in Anspruch, die hiermit durch Bezugnahme aufgenommen sind, als ob sie hierin vollständig wiedergegeben wären.
Hintergrund der Erfindung
Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Dünnschichttyp-Solarzelle und insbesondere eine Dünnschichttyp-Solarzelle mit einem großen Lichtübertragungsbereich, die als Ersatz für ein Glasfenster in einem Gebäude verwendet werden kann.
Diskussion des verwandten Stands der Technik
Eine Solarzelle mit Halbleitereigenschaft wandelt Lichtenergie in elektrische Energie um.
Die Struktur und das Prinzip von Solarzellen gemäß dem verwandten Stand der Technik wird kurz wie folgt erklärt. Die Solarzelle ist in einer pn-Übergangsstruktur ausgebildet, bei der ein Positiv (p)-Typ-Halbleiter einen Übergang mit einem Negativ (n)-Typ-Halbleiter bildet. Trifft ein Sonnenstrahl auf die Solarzelle mit der pn-Übergangsstruktur auf, werden aufgrund der Energie des Sonnenstrahls im Halbleiter Löcher (+) und Elektronen (–) erzeugt. Durch ein in einem pn-Übergangsbereich erzeugtes elektrisches Feld driften die Löcher (+) in Richtung des p-Typ-Halbleiters und die Elektronen (–) in Richtung des n-Typ-Halbleiters, wobei mit Auftreten eines elektrischen Potentials elektrischer Strom erzeugt wird.
Solarzellen können im Wesentlichen in Wafertyp-Solarzellen (wafer type solar cells) und Dünnschichttyp-Solarzellen (thin film type solar cell) eingeteilt werden.
Wafertyp-Solarzellen verwenden ein Wafer, das aus einem Halbleitermaterial wie Silizium hergestellt ist. Währenddessen werden Dünnschichttyp-Solarzellen durch Ausbilden eines Halbleiters in der Art eines dünnen Films auf einem Glassubstrat hergestellt.
In Bezug auf einen Wirkungsgrad sind Wafertyp-Solarzellen besser als Dünnschichttyp-Solarzellen. Jedoch ist es im Fall von Wafertyp-Solarzellen aufgrund von Problemen bei der Durchführung des Herstellungsprozesses schwierig, eine geringe Dicke zu realisieren. Zusätzlich verwenden Wafertyp-Solarzellen ein hochpreisiges Halbleitersubstrat, wodurch sich ihre Herstellungskosten erhöhen. Es ist bei Wafertyp-Solarzellen schwierig, einen Lichtübertragungsbereich darin zu erhalten, so dass Wafertyp-Solarzellen nicht als Ersatz für Glasfenster in einem Gebäude verwendet werden können.
Währenddessen weisen Dünnschichttyp-Solarzellen, obwohl Dünnschichttyp-Solarzellen Wafertyp-Solarzellen in Bezug auf den Wirkungsgrad untelegen sind, Vorteile auf, wie beispielsweise eine Realisierung eines dünnen Profils und die Verwendung von niedrigpreisigem Material. Entsprechend eignen sich Dünnschichttyp-Solarzellen für eine Massenproduktion. Zusätzlich können Dünnschichttyp-Solarzellen als Ersatz für Glasfenster in einem Gebäude verwendet werden, weil sie einfach einen Lichtübertragungsbereich erhalten können.
Im Folgenden wird eine Dünnschichttyp-Solarzelle aus dem verwandten Stand der Technik in Bezug auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben.
1 ist eine perspektivische Ansicht, die eine Dünnschichttyp-Solarzelle aus dem verwandten Stand der Technik veranschaulicht.
Wie in 1 gezeigt, umfasst die Dünnschichttyp-Solarzelle aus dem verwandten Stand der Technik ein Substrat 10; mehrere Vorderelektroden 20; eine Halbleiterschicht 30; und eine transparente leitfähige Schicht 40. Zur Zeit werden die mehreren Vorderelektroden 20 in festen Abständen auf dem Substrat 10 ausgebildet, danach werden die Halbleiterschicht 30 und die transparente, leitfähige Schicht 40 nacheinander auf den mehreren Vorderelektroden 20 ausgebildet. Auch wird jeder Kontaktbereich 35 und jeder Trennkanal 55 in der Halbleiterschicht 30 und der transparenten leitfähigen Schicht 40 ausgebildet. Danach werden mehrere Rückelektroden 50 auf der transparenten leitfähigen Schicht 40 ausgebildet. Jede Rückelektrode 50 ist durch den Kontaktbereich 35 elektrisch mit der Vorderelektrode 20 verbunden, und die mehreren Rückelektroden 50 sind in festen Abständen durch einen jeweiligen dazwischen angeordneten Trennkanal 55 ausgebildet.
Jedoch weisen Dünnschichttyp-Solarzellen aus dem verwandten Stand der Technik die folgenden Nachteile auf, wenn sie als Ersatz für Glasfenster in einem Gebäude verwendet werden.
Um die Dünnschichttyp-Solarzelle als Ersatz für ein Glasfenster in einem Gebäude zu verwenden, ist es notwendig, dass die Dünnschichttyp-Solarzelle den Lichtübertragungsbereich darin zu jeder Größe erhält. Da die Dünnschichttyp-Solarzelle aus dem verwandten Stand der Technik die Vorderelektrode 20 unter Verwendung von transparentem Metall und die Rückelektrode 50 unter Verwendung von lichtundurchlässigem Metall umfasst, ist der Lichtübertragungsbereich auf die Trennkanäle 55 begrenzt, die sich jeweils zwischen den Rückelektroden 50 befinden. Entsprechend kann der begrenzte Lichtübertragungsbereich einer Dünnschichttyp-Solarzelle aus dem verwandten Stand der Technik keinen weiten Sichtbereich gewährleisten.
Um den Lichtübertragungsbereich zu vergrößern, können die jeweils zwischen den Rückelektroden 50 angeordneten Trennkanäle 55 verbreitert werden. Dieses Verfahren kann Probleme wegen einer Verringerung des Zellenwirkungsgrads und einer Erhöhung der Fertigungsdauer verursachen. Das bedeutet, dass, wenn die Trennkanäle 55 verbreitert werden, ein effektiver Bereich für eine Stromerzeugung der Zelle durch die vergrößerte Breite der Trennkanäle 5 verringert wird, wodurch der Zellenwirkungsgrad sinkt. Auch werden die Trennkanäle 55 durch ein Laser Scribing-Verfahren ausgebildet, wobei das Laser Scribing-Verfahren wiederholt ausgeführt werden muss, um einen Trennkanal 55 zu verbreitern, wodurch sich ein Problem wegen einer langen Fertigungsdauer ergibt.
Zusammenfassung der Erfindung
Entsprechend betrifft die vorliegende Erfindung eine Dünnschichttyp-Solarzelle und ein Verfahren zum Herstellen derselben, die im Wesentlichen eines oder mehrere der Probleme vermeiden, die sich aufgrund von Einschränkungen und Nachteilen des verwandten Stands der Technik ergeben.
Ein Aspekt der vorliegenden Erfindung ist das Bereitstellen einer Dünnschichttyp-Solarzelle und eines Verfahrens zum Herstellen derselben, die einen großen Lichtübertragungsbereich gewährleisten kann, ohne den Wirkungsgrad der Zelle zu senken und die Herstellungszeit zu verlängern, so dass sie als Ersatz für ein Glasfenster in einem Gebäude verwendet werden kann.
Zusätzliche Merkmale und Aspekte der Erfindung werden teilweise in der folgenden Beschreibung dargelegt und teilweise für den Fachmann aus dem Studium des Folgenden ersichtlich, oder ergeben sich aus einer Anwendung der Erfindung. Die Ziele und andere Vorteile der Erfindung können insbesondere durch die Struktur realisiert und erzielt werden, die in der vorliegenden Beschreibung und den Ansprüchen sowie in den beigefügten Zeichnungen erläutert ist.
Um diese und andere Vorteile zu erzielen, und in Übereinstimmung mit dem Ziel der Erfindung, wie sie hierin dargestellt und umfassend beschrieben ist, umfasst eine Dünnschichttyp-Solarzelle ein Substrat; mehrere Vorderelektroden in festen Abständen auf dem Substrat; mehrere Halbleiterschichten in festen Abständen durch einen jeweiligen dazwischen angeordneten Kontaktbereich oder Trennkanal, wobei die mehreren Halbleiterschichten auf den mehreren Vorderelektroden angeordnet sind; und mehrere Rückelektroden in festen Abständen durch einen jeweiligen dazwischen angeordneten Trennkanal, wobei jede Rückelektrode elektrisch mit einer jeweiligen Vorderelektrode verbunden ist; wobei jede Rückelektrode derart strukturiert ist, dass ein lichtübertragender Teil in einem vorgegebenen Teil der Rückelektrode eingeschlossen ist.
Gemäß einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung umfasst ein Verfahren zum Herstellen einer Dünnschichttyp-Solarzelle das Ausbilden mehrerer Vorderelektroden in festen Abständen auf einem Substrat; das Ausbilden einer Halbleiterschicht auf der gesamten Oberfläche des Substrats, einschließlich der mehreren Vorderelektroden; das Ausbilden mehrerer Kontaktbereiche und Trennkanäle durch Entfernen vorgegebener Teile der Halbleiterschicht; und das Strukturieren mehrerer Rückelektroden in festen Abständen durch einen jeweiligen dazwischen angeordneten Trennkanal, wobei jede Rückelektrode über den Kontaktbereich elektrisch mit der Vorderelektrode verbunden ist, und wobei jede Rückelektrode einen lichtübertragenden Teil darin einschließt, um einen Lichtübertragungsbereich zu vergrößern.
Gemäß einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung umfasst ein Verfahren zum Herstellen einer Dünnschichttyp-Solarzelle das Ausbilden mehrerer Vorderelektroden in festen Abständen auf einem Substrat; das Ausbilden einer Halbleiterschicht auf der gesamten Oberfläche des Substrats, einschließlich der mehreren Vorderelektroden; das Ausbilden mehrerer Kontaktbereiche durch Entfernen vorgegebener Teile der Halbleiterschicht; das Strukturieren mehrerer Rückelektroden in festen Abständen durch einen jeweiligen dazwischen angeordneten Trennkanal, wobei jede Rückelektrode über den Kontaktbereich elektrisch mit der Vorderelektrode verbunden ist, und wobei jede Rückelektrode einen lichtübertragenden Teil darin einschließt, um einen Lichtübertragungsbereich zu vergrößern; und das Entfernen der Halbleiterschicht vom lichtübertragenden Teil und Trennkanal unter solchen Umständen, dass die Rückelektrode als Maske verwendet wird.
Sowohl die vorangegangene allgemeine Beschreibung als auch die folgende detaillierte Beschreibung der vorliegenden Erfindung sind beispielhaft und erläuternd zu verstehen und sollen die beanspruchte Erfindung weiter erklären.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Die beigefügten Zeichnungen, die beigefügt sind, um für ein besseres Verständnis der Erfindung zu sorgen, und die in diese Anmeldung integriert sind und einen Teil von ihr darstellen, veranschaulichen (eine) Ausführungsform(en) der Erfindung und dienen zusammen mit der Beschreibung zur Erklärung des Erfindungsprinzips. In den Zeichnungen ist:
1 eine perspektivische Ansicht, die eine Dünnschichttyp-Solarzelle aus dem verwandten Stand der Technik darstellt;
2 eine perspektivische Ansicht, die eine Dünnschichttyp-Solarzelle gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt;
3(A) eine Querschnittsansicht entlang A-A in 2, 3(B) eine Querschnittsansicht entlang B-B in 2, und 3(C) eine Querschnittsansicht entlang C-C in 2;
4 (A und B) eine Reihe von Draufsichten, die verschiedene Strukturen eines lichtübertragenden Teils gemäß der vorliegenden Erfindung darstellen;
5 eine perspektivische Ansicht, die eine Dünnschichttyp-Solarzelle gemäß einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt;
6(A) eine Querschnittsansicht entlang A-A in 5, 6(B) eine Querschnittsansicht entlang B-B in 5, und 5(C) eine Querschnittsansicht entlang C-C in 5;
7 (A bis D) eine Reihe von Draufsichten, die ein Verfahren zum Herstellen einer Dünnschichttyp-Solarzelle gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellen;
8 eine schematische Darstellung, die eine Laser Scribing-Vorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung veranschaulicht;
9 (A bis E) eine Reihe von Draufsichten, die ein Verfahren zum Herstellen einer Dünnschichttyp-Solarzelle gemäß einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellen;
10 (A und B) ein schematisches Diagramm, das ein Nassätzverfahren gemäß verschiedenen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung veranschaulicht; und
11 eine Querschnittsansicht, die eine bei einem Nassätzverfahren aufgetretene Überätzung darstellt; und
12 (A bis E) eine Reihe perspektivischer Ansichten, die ein Verfahren zum Herstellen einer Dünnschichttyp-Solarzelle gemäß einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellen.
Detaillierte Beschreibung der Erfindung
Nunmehr wird detailliert auf die bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung Bezug genommen, wobei Beispiele hierfür in den beigefügten Zeichnungen dargestellt sind. Wenn möglich, werden in den Zeichnungen durchgängig dieselben Bezugszeichen verwendet, um dieselben oder ähnliche Teile zu bezeichnen.
Im Folgenden werden eine Dünnschichttyp-Solarzelle gemäß der vorliegenden Erfindung und ein Verfahren zum Herstellen derselben in Bezug auf die begleitenden Zeichnungen beschrieben.
DÜNNSCHICHTTYP-SOLARZELLE
2 ist eine perspektivische Ansicht, die eine Dünnschichttyp-Solarzelle gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt. 3(A) ist eine Querschnittsansicht entlang A-A in 2, 3(B) ist eine Querschnittsansicht entlang B-B in 2, und 3(C) ist eine Querschnittsansicht entlang C-C in 2.
Wie in 2 und 3 (A bis C) dargestellt, umfasst eine Dünnschichttyp-Solarzelle gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ein Substrat 100, mehrere Vorderelektroden 200, eine Halbleiterschicht 300, eine transparente leitfähige Schicht 400 und mehrere Rückelektroden 500.
Das Substrat 100 kann aus Glas oder transparentem Plastik gebildet sein.
Die mehreren Vorderelektroden 200 können in festen Abständen auf dem Substrat 100 ausgebildet sein, wobei die Vorderelektroden 200 aus einem transparenten leitfähigen Material hergestellt sein können, beispielsweise aus ZnO, ZnO:B, ZnO:Al, SfO₂, SnO₂:F oder ITO (Indiumzinnoxid). Die Vorderelektrode 200 entspricht einer Sonnenstrahleinfallfläche. In diesem Zusammenhang ist es wichtig, dass die Vorderelektrode 200 den Sonnenstrahl mit maximierter Absorption des Sonnenstrahls in das Innere der Solarzelle überträgt. Hierfür kann die Vorderelektrode 200 eine unebene Struktur aufweisen. Wenn die Vorderelektrode 200 mit der unebenen Struktur ausgebildet wird, nimmt aufgrund einer Dispersion des Sonnenstrahls ein Sonnenstrahl-Reflektionsverhältnis an der Solarzelle ab, und ein Sonnenstrahl-Absorptionsverhältnis in die Solarzelle zu, wodurch der Zellenwirkungsgrad verbessert wird.
Die mehreren Halbleiterschichten 300 sind auf den Vorderelektroden 200 ausgebildet, wobei die mehreren Halbleiterschichten 300 durch einen jeweiligen dazwischen angeordneten Kontaktbereich 350 oder Trennkanal 550 in festen Abständen angeordnet sind. Die Halbleiterschicht 300 kann aus einem siliziumbasierten Halbleitermaterial hergestellt werden, wobei die Halbleiterschicht 300 in einer pin-Struktur ausgebildet sein kann, bei der eine p-Typ-Halbleiterschicht, eine i-Typ-Halbleiterschicht und eine n-Typ-Halbleiterschicht nacheinander aufgebracht werden. Bei der Halbleiterschicht 300 mit der pin-Struktur wird in der i-Typ-Halbleiterschicht durch die p-Typ-Halbleiterschicht und die n-Typ-Halbleiterschicht eine Verarmung erzeugt, wodurch ein elektrisches Feld darin auftritt. Daher driften durch den Sonnenstrahl generierte Elektronen und Löcher wegen des elektrischen Felds, und die driftenden Elektroden und Löcher sammeln sich in der n-Typ-Halbleiterschicht bzw. der p-Typ-Halbleiterschicht. Wenn die Halbleiterschicht 300 als pin-Struktur ausgebildet wird, wird vorzugsweise zuerst die p-Typ-Halbleiterschicht auf der Vorderelektrode 200 ausgebildet, und danach werden die i- und die n-Typ-Halbleiterschicht darauf ausgebildet. Der Grund hierfür ist, dass eine Lochdriftmobilität geringer ist als eine Elektronendriftmobilität. Um den Wirkungsgrad bei der Sammlung des einfallenden Lichts zu maximieren, wird die p-Typ-Halbleiterschicht in der Nähe der Lichteinfallfläche angeordnet.
Wie aus dem vergrößerten Ausschnitt in 2 ersichtlich, kann die Halbleiterschicht 300 als Tandemstruktur ausgebildet werden, bei der nacheinander eine erste Halbleiterschicht 310, eine Pufferschicht 320 und eine zweite Halbleiterschicht 330 aufgebracht werden.
Sowohl die erste 310 als auch die zweite 330 Halbleiterschicht kann als pin-Struktur ausgebildet werden, wobei die p-Typ-Halbleiterschicht, die i-Typ-Halbleiterschicht und die n-Typ-Halbleiterschicht nacheinander aufgebracht werden.
Die erste Halbleiterschicht 310 kann beispielsweise als pin-Struktur aus amorphem Halbleitermaterial gebildet werden, und die zweite Halbleiterschicht 330 als pin-Struktur aus mikrokristallinem Halbleitermaterial.
Das amorphe Halbleitermaterial ist charakterisiert durch eine Absorption von kurzwelligem Licht, und das mikrokristalline Halbleitermaterial ist charakterisiert durch eine Absorption von langwelligem Licht. Eine Mischung des amorphen Halbleitermaterials und des mikrokristallinen Halbleitermaterials kann die Lichtabsorptionseffizienz verbessern, was aber nicht auf diesen Mischungstyp beschränkt ist. Das heißt, die erste Halbleiterschicht 310 kann aus amorphem Halbleiter-/Germaniummaterial gebildet sein, oder aus mikrokristallinem Halbleitermaterial; und die zweite Halbleiterschicht 330 kann aus amorphem Halbleitermaterial oder amorphem Halbleiter-/Germaniummaterial gebildet sein.
Die Pufferschicht 320 liegt zwischen der ersten 310 und der zweiten 330 Halbleiterschicht, wobei die Pufferschicht 320 ein gleichmäßiges Driften von Elektronen und Löchern durch einen Tunnelübergang ermöglicht. Die Pufferschicht 320 kann aus einem transparenten Material hergestellt sein, beispielsweise aus ZnO.
Anstelle der Tandemstruktur kann die Halbleiterschicht 300 in einer Dreifachstruktur ausgebildet sein. Im Fall der Dreifachstruktur ist eine jeweilige Pufferschicht jeweils zwischen einer ersten, zweiten und dritten Halbleiterschicht angeordnet, welche die Halbleiterschicht 300 umfasst.
Die mehreren transparenten, leitfähigen Schichten 400 werden auf den Halbleiterschichten 300 ausgebildet, wobei die transparenten, leitfähigen Schichten 400 nach demselben Strukturtyp wie die Halbleiterschichten 300 bereitgestellt werden. Das heißt, die mehreren transparenten, leitfähigen Schichten 400 werden durch einen jeweiligen dazwischen angeordneten Kontaktbereich 350 oder Trennkanal 550 in festen Abständen ausgebildet. Die transparente, leitfähige Schicht 400 kann aus einem transparenten, leitfähigen Material hergestellt werden, beispielsweise aus ZnO, ZnO:B, ZnO:Al, ZnO:H oder Ag. Die transparente, leitfähige Schicht 400 kann weggelassen werden. Um jedoch den Wirkungsgrad der Zelle zu verbessern, ist es vorteilhafter, die transparente, leitfähige Schicht 400 auszubilden, als die transparente, leitfähige Schicht 400 wegzulassen. Der Grund dafür ist, dass die transparente, leitfähige Schicht 400 ermöglicht, dass der durch die Halbleiterschicht 300 übertragene Sonnenstrahl in alle Richtungen dispergiert wird, wodurch der Sonnenstrahl an der hinteren Elektrodenschicht 500 reflektiert wird und dann wiederum in die Halbleiterschicht 300 einfällt, was einen verbesserten Wirkungsgrad der Zelle bewirkt.
Die mehreren Kontaktbereiche 350 und Trennkanäle 550 werden durch Entfernen vorgegebener Teile der Halbleiterschichten 300 und der transparenten, leitfähigen Schichten 400 geformt. Dadurch werden die mehreren Kontaktbereiche 350 und Trennkanäle 550 in festen Abständen ausgebildet.
Jede Rückelektrode 500 ist elektrisch mit der Vorderelektrode 200 über den Kontaktbereich 350 verbunden, wobei die mehreren Rückelektroden 500 durch einen jeweiligen dazwischen angeordneten Trennkanal 550 in festen Abständen ausgebildet sind. Die Rückelektrode 500 kann aus einem Metallmaterial, beispielsweise Ag, Al, Al + Mo, Ag + Ni oder Ag + Cu, hergestellt werden.
Dann werden mehrere lichtübertragende Teile 570 in vorgegebenen Teilen der jeweiligen Rückelektroden 500 strukturiert. Der lichtübertragende Teil 570 entspricht einem Teil ohne das Metallmaterial für die Rückelektrode 500. Durch den lichtübertragende Teil 570 ist die transparente, leitfähige Schicht 400 exponiert, so dass die Halbleiterschicht 300, die Vorderelektrode 200 und das Substrat 100, die aufeinanderfolgend unterhalb der exponierten, transparenten, leitfähigen Schicht 400 angeordnet sind, Sonnenstrahlen übertragen können. Schließlich können die Sonnenstrahlen, die von einer Unterseite des Substrats 100 auf das Substrat 100 auftreffen, durch den lichtübertragenden Teil 570 übertragen werden, wodurch ein Lichtübertragungsbereich der Solarzelle vergrößert werden kann. Ist die transparente, leitfähige Schicht 400 auf der Halbleiterschicht 300 nicht ausgebildet, kann die Halbleiterschicht 300 durch den lichtübertragenden Teil 570 exponiert sein.
Wie in 2 gezeigt, kann der lichtübertragende Teil 570 als Struktur mit geraden Linien ausgebildet sein, ist aber nicht auf diese Struktur beschränkt. Der lichtübertragende Teil 570 kann als verschiedene Strukturen in der Rückelektrode 500 ausgebildet sein. 4 (A und B) zeigt eine Reihe von Draufsichten, die unterschiedliche Strukturen des lichtübertragenden Teils 570 gemäß der vorliegenden Erfindung veranschaulichen, und eine Draufsicht auf 2 sind. Wie in 4(A) gezeigt, kann der lichtübertragende Teil 570 als Struktur mit geschwungenen Linien ausgebildet sein. Wie in 4(B) gezeigt, kann der lichtübertragende Teil 570 als buchstabenförmige Struktur ausgebildet sein. Obwohl nicht gezeigt, kann der lichtübertragende Teil 570 als symbolförmige Struktur ausgebildet sein, wobei seine Form bei Bedarf geändert werden kann.
Bei der Dünnschichttyp-Solarzelle gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann der Sonnenstrahl durch den lichtübertragenden Teil 570 ebenso wie den Trennkanal 550 übertragen werden, wodurch der Lichtübertragungsbereich im Vergleich zum verwandten Stand der Technik weiter vergrößert wird, weil der lichtübertragende Teil 570 das Übertragen von Sonnenstrahlen ermöglicht. Entsprechend kann die Dünnschichttyp-Solarzelle gemäß der vorliegenden Erfindung einen ausreichenden Sichtbereich erzielen, um als Ersatz für ein Glasfenster verwendet zu werden. Insbesondere kann der Lichtübertragungsbereich der Solarzelle durch Einstellen der Gesamtgröße des lichtübertragenden Teils 570 bestimmt werden. Der Sichtbereich kann bei Bedarf in geeigneter Weise geändert werden. Außerdem kann der als buchstabenförmige Struktur oder symbolförmige Struktur ausgebildete lichtübertragende Teil 570 eine Werbewirkung realisieren.
5 ist eine perspektivische Ansicht, die eine Dünnschichttyp-Solarzelle gemäß einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt. 6(A) ist eine Querschnittsansicht entlang A-A in 5, 6(B) ist eine Querschnittsansicht entlang B-B in 5 und 5(C) ist eine Querschnittsansicht entlang C-C in 5. Eine in 5 gezeigte Dünnschichttyp-Solarzelle gemäß einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann durch Entfernen der durch den lichtübertragenden Teil 570 exponierten transparenten, leitfähigen Schicht 400 und der unterhalb der exponierten transparenten, leitfähigen Schicht 400 der Dünnschichttyp-Solarzelle aus 2 angeordneten Halbleiterschicht 300 hergestellt werden, wodurch die Dünnschichttyp-Solarzelle nach 5 die Lichtübertragungseffizienz weiter steigern kann. Außer der Struktur des lichtübertragenden Teils 570 entspricht die Dünnschichttyp-Solarzelle nach 5 der Dünnschichttyp-Solarzelle nach 2. Daher werden, wann immer möglich, in den Zeichnungen durchgängig dieselben Bezugszeichen verwendet, um dieselben oder ähnliche Teile der vorangehenden Ausführungsform zu bezeichnen, und eine detaillierte Beschreibung dieser selben oder ähnlichen Teile wird ausgelassen.
Wie in 5 und 6 (A bis C) gezeigt, umfasst die Dünnschichttyp-Solarzelle gemäß einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung einen lichtübertragenden Teil 570 in einer Rückelektrode 500. Dann ist eine Vorderelektrode 200 durch den lichtübertragenden Teil 570 exponiert. Wenn Sonnenstrahlen, die von einer unteren Seite eines Substrats 100 auf das Substrat 100 treffen, durch den lichtübertragenden Teil 570 übertragen werden, durchlaufen die Sonnenstrahlen entsprechend nur das Substrat 100 und die Vorderelektrode 200. Daher kann die Lichtübertragungseffizienz in der Dünnschichttyp-Solarzelle nach 5 im Vergleich zu der der Dünnschichttyp-Solarzelle aus 2 weiter verbessert werden.
5 zeigt, dass die Vorderelektrode 200 durch den lichtübertragenden Teil 570 exponiert wird, indem die im lichtübertragenden Teil 570 angeordnete, transparente, leitfähige Schicht 400 und die darunter angeordnete Halbleiterschicht 300 durch den lichtübertragenden Teil 570 entfernt werden, was aber nicht darauf beschränkt ist. Stattdessen kann die Halbleiterschicht 300 durch den lichtübertragenden Teil 570 exponiert werden, indem nur die im lichtübertragenden Teil 570 angeordnete, transparente, leitfähige Schicht 400 entfernt wird.
VERFAHREN ZUM HERSTELLEN EINER DÜNNSCHICHTTYP-SOLARZELLE
7 (A bis D) zeigt eine Reihe perspektivischer Ansichten, die ein Verfahren zum Herstellen der Dünnschichttyp-Solarzelle gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung veranschaulichen, das sich auf das Verfahren zum Herstellen der Dünnschichttyp-Solarzelle nach 2 bezieht.
Zuerst werden, wie in 7(A) gezeigt, die mehreren Vorderelektroden 200 in festen Abständen auf dem Substrat 100 ausgebildet.
Ein Verfahren zum Ausbilden der mehreren Vorderelektroden 200 umfasst Schritte zum Ausbilden einer transparenten, leitfähigen Schicht aus ZnO, ZnO:B, ZnO:Al, SnO₂, SnO₂:F oder ITO (Indiumzinnoxid) auf einer gesamten Oberfläche des Substrats 100 durch Sputtern oder metallorganische Gasphasenabscheidung (MOCVD, Metal Organic Chemical Vapor Deposition); und zum Entfernen vorgegebener Teile der transparenten, leitfähigen Schicht durch ein Laser Scribing-Verfahren.
Die Vorderelektrode 200 entspricht der Sonnenstrahleinfallfläche. In diesem Zusammenhang ist es wichtig, dass die Vorderelektrode 200 den Sonnenstrahl mit maximierter Absorption des Sonnenstrahls in das Innere der Solarzelle überträgt. Hierfür kann die Vorderelektrode 200 eine unebene Oberfläche aufweisen, die durch einen Texturvorgang hergestellt wird. Die Oberfläche der Materialschicht wird durch den Texturvorgang, beispielsweise ein Ätzvorgang unter Verwendung von Photolithographie, ein anisotroper Ätzvorgang unter Verwendung einer chemischen Lösung oder ein furchenformender Vorgang unter Verwendung von mechanischer Strukturierung, mit der unebenen Oberfläche, d. h. mit einer Texturstruktur, versehen.
Dann werden, wie in 7(B) gezeigt, nacheinander die Halbleiterschicht 300 und die transparente, leitfähige Schicht 400 auf der gesamten Oberfläche des Substrats 100 ausgebildet.
Die Halbleiterschicht 300 kann aus siliziumbasiertem Halbleitermaterial hergestellt werden, und die Halbleiterschicht 300 kann durch ein plasmaunterstütztes chemisches Gasphasenabscheidungs (CVD, chamical vapor deposition)-Verfahren in der pin-Struktur oder nip-Struktur ausgebildet werden.
Obwohl nicht gezeigt, kann die Halbleiterschicht 300, wie in dem vergrößerten Ausschnitt von 2 gezeigt, in einer Tandemstruktur ausgebildet werden, indem die erste Halbleiterschicht 310, die Pufferschicht 320 und die zweite Halbleiterschicht 300 nacheinander aufgebracht werden.
Die transparenten, leitfähigen Schichten 400 können aus einem transparenten, leitfähigen Material geformt werden, beispielsweise ZnO, ZnO:B, ZnO:Al oder Ag, durch Sputtern oder metallorganische Gasphasenabscheidung (MOCVD, Metal Organic Chemical Vapor Deposition). Die transparenten leitfähigen Schichten 400 können weggelassen werden.
Wie in 7(C) gezeigt, werden die mehreren Kontaktbereiche 350 und Trennkanäle 550 durch Entfernen der vorgegebenen Teile der Halbleiterschicht 300 und der transparenten, leitfähigen Schicht 400 ausgebildet.
Ein Vorgang zum Ausbilden der Kontaktbereiche 350 und der Trennkanäle 550 kann durch ein Laser Scribing-Verfahren durchgeführt werden. Die Trennkanäle 550 können ausgebildet werden, nachdem zuerst die Kontaktbereiche 350 ausgebildet wurden; die Kontaktbereiche 350 können ausgebildet werden, nachdem zuerst die Trennkanäle 550 ausgebildet wurden; oder die Kontaktbereiche 350 und die Trennkanäle 550 können zeitgleich ausgebildet werden.
Insbesondere können die Kontaktbereiche 350 und die Trennkanäle 550 durch einen Laserstrahlbestrahlungsvorgang gleichzeitig ausgebildet werden, der in Bezug auf 8 erklärt wird.
8 ist eine schematische Darstellung, die eine Laser Scribing-Vorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung veranschaulicht. Wie in 8 gezeigt, ist die Laser Scribing-Vorrichtung gemäß einer Ausfünhrungsform der vorliegenden Erfindung mit einem Laseroszillator 600, einem ersten Spiegel 610, einem zweiten Spiegel 630, einer ersten Linse 650 und einer zweiten Linse 670 ausgestattet. Emittiert der Laseroszillator 600 einen Laserstrahl, fällt der emittierte Laserstrahl auf den ersten Spiegel 610. In diesem Fall durchläuft die Hälfte des einfallenden Laserstrahls den ersten Spiegel 610, während die andere Hälfte des einfallenden Laserstrahls vom ersten Spiegel 610 reflektiert wird. Daher wird der den ersten Spiegel 610 durchlaufende Laserstrahl mittels der ersten Linse 650 auf ein Zielobjekt angewendet, und der vom ersten Spiegel 610 reflektierte Laserstrahl wird mit Hilfe der zweiten Linse 670 auf das Zielobjekt angewendet, nachdem er den zweiten Spiegel 630 durchlaufen hat. Dabei reflektiert der zweite Spiegel 630 den einfallenden Laserstrahl vollständig.
Schließlich wird der vom einzelnen Laseroszillator 600 emittierte Laserstrahl durch die beiden verschiedenen Richtungen in Laserstrahlen aufgeteilt, d. h. die Laserstrahlen der zwei verschiedenen Richtungen ermöglichen das gleichzeitige Ausbilden von Kontaktbereich 350 und Trennkanal 550.
Wie in 7(D) gezeigt, werden die Rückelektroden 500 strukturiert, wodurch die Dünnschichttyp-Solarzelle nach 2 fertiggestellt wird.
Jede Rückelektrode 500 wird durch den Kontaktbereich 350 elektrisch mit der Vorderelektrode 200 verbunden, wobei die mehreren Rückelektroden 500 durch einen jeweiligen dazwischen angeordneten Trennkanal 550 in festen Abständen ausgebildet werden. In der Rückelektrode 500 ist der lichtübertragende Teil 570 vorgesehen, um den Lichtübertragungsbereich zu vergrößern.
Die mehreren Rückelektroden 500 können durch einen Druckvorgang gleichzeitig ausgebildet werden. Das heißt, die mehreren Rückelektroden 500 können durch die Verwendung einer Metallpaste, wie beispielsweise Ag, Al, Ag + Mo, Ag + Ni oder Ag + Cu, durch ein Siebdruckverfahren, ein Inkjetdruckverfahren, ein Tiefdruckverfahren, ein Offset-Tiefdruckverfahren, ein Reverse Offset-Druckverfahren, ein Flexodruckverfahren oder ein Mikrokontaktdruckverfahren strukturiert werden.
Wenn die Rückelektroden 500 durch das Druckverfahren strukturiert werden, ermöglicht dies einen vereinfachten Vorgang sowie das Realisieren von im Vergleich zu einem Strukturierungsverfahren unter Verwendung des Laser Scribing-Verfahrens verringerter Besorgnis über eine Kontamination des Substrats. Verwendet das Verfahren das Druckverfahren, ist es möglich, die Anzahl von Säuberungsvorgängen zur Vermeidung einer Kontamination des Substrats zu verringern.
9 (A bis E) zeigt eine Reihe von perspektivischen Ansichten, die ein Verfahren zum Herstellen einer Dünnschichttyp-Solarzelle gemäß einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung veranschaulichen, das sich auf das Verfahren zum Herstellen der Dünnschichttyp-Solarzelle nach 5 bezieht.
Wird die Dünnschichttyp-Solarzelle nach dem zuvor beschriebenen, in Bezug auf 7 (A bis D) erklärten Verfahren hergestellt, so wird die transparente, leitfähige Schicht 400 durch den lichtübertragenden Teil 570 exponiert (falls die transparente, leitfähige Schicht 400 nicht ausgebildet ist, wird die Halbleiterschicht 300 durch den lichtübertragenden Teil 570 exponiert). Jedoch kann die nach dem folgenden, in Bezug auf 9 (A bis E) erklärten Verfahren hergestellte Dünnschichttyp-Solarzelle eine verbesserte Lichtübertragungseffizienz realisieren, indem die Halbleiterschicht 300 und die durch den lichtübertragenden Teil 570 exponierte, transparente, leitfähige Schicht 400 zusätzlich entfernt werden. Im Folgenden wird die Erklärung von denselben oder ähnlichen Teilen wie die der obigen Ausführungsform weggelassen.
Zuerst werden, wie in 9(A) gezeigt, die mehreren Vorderelektroden 200 in festen Abständen auf dem Substrat 100 ausgebildet.
Danach werden, wie in 9(B) gezeigt, die Halbleiterschicht 300 und die transparente, leitfähige Schicht 400 nacheinander auf der gesamten Oberfläche des Substrats 100 ausgebildet. Die transparente, leitfähige Schicht 400 kann weggelassen werden.
Wie in 9(C) gezeigt, werden die mehreren Kontaktbereiche 350 und Trennkanäle 550 durch Entfernen der vorgegebenen Teile der Halbleiterschicht 300 und der transparenten, leitenden Schicht 400 ausgebildet.
Wie in 9(D) gezeigt, werden die mehreren Rückelektroden 500 durch einen jeweiligen dazwischen angeordneten Trennkanal 550 in festen Abständen strukturiert, wobei jede Rückelektrode 500 durch den Kontaktbereich 350 elektrisch mit der Vorderelektrode 200 verbunden wird. Für eine Verbesserung des Lichtübertragungsbereichs wird die Rückelektrode 500 mit dem lichtübertragenden Teil 570 ausgestattet.
Als Nächstes wird, wie in 9(E) gezeigt, die Dünnschichttyp-Solarzelle nach 5 fertig gestellt, indem die durch den lichtübertragenden Teil 570 exponierte transparente, leitfähige Schicht 400 und die darunter angeordnete Halbleiterschicht 300 entfernt werden.
9(E) zeigt, dass die Vorderelektrode 200 durch den lichtübertragenden Teil 570 exponiert wird, indem die im lichtübertragenden Teil 570 angeordnete, transparente, leitfähige Schicht 400 und die darunter angeordnete Halbleiterschicht 300 zusammen entfernt werden, was aber nicht darauf beschränkt ist. Stattdessen kann die Halbleiterschicht 300 durch den lichtübertragenden Teil 570 exponiert werden, indem nur die transparente, leitfähige Schicht 400 entfernt wird, die im lichtübertragenden Teil 570 angeordnet ist.
Ein Vorgang des Entfernens der transparenten, leitfähigen Schicht 400 und der Halbleiterschicht 300, die durch den lichtübertragenden Teil 570 exponiert sind, kann durch einen Trockenätzvorgang durchgeführt werden. In diesem Fall können die transparente, leitfähige Schicht 400 und die Halbleiterschicht 300 durch Steuern eines Ätzgases gleichzeitig entfernt werden. Nach einem anderen Aspekt kann das Ätzgas zweimal zugeführt werden, wodurch zuerst die transparente, leitfähige Schicht 400 und danach die Halbleiterschicht 300 entfernt wird.
Das Ätzgas zum Entfernen der transparenten, leitfähigen Schicht 400 kann wenigstens eins von CH₄, C₂H₆, BCl₃, Cl₂, Ar und H₂ verwenden.
Das Ätzgas zum Entfernen der Halbleiterschicht 300 kann ein fluorbasiertes Gas, ein chlorbasiertes Gas oder deren Mischung sein. Zur Zeit kann das fluorbasierte Gas zum Beispiel wenigstens eines von C₂F₆, SF₆, CF₄ und C₄F₈ verwenden, und das chlorbasierte Gas kann zum Beispiel wenigstens eines von Cl₂, BCl₃ und SiCl₄ verwenden.
Nach Entfernen der transparenten, leitfähigen Schicht 400 und der Halbleiterschicht 300 durch den Trockenätzprozess kann das Substrat 100, von dem die transparente, leitfähige Schicht 400 und die Halbleiterschicht 300 entfernt sind, einem Trocknungsprozess in einem auf einer Temperatur von ungefähr 80 bis 150°C gehaltenen Ofen unterworfen werden. Der Trocknungsprozess kann weggelassen werden.
Ein Schritt des Entfernens der transparenten, leitfähigen Schicht 400 und der Halbleiterschicht 300, die durch den lichtübertragenden Teil 570 exponiert sind, kann durch einen Nassätzvorgang unter Verwendung der Rückelektrode 500 als Maske durchgeführt werden.
Wie in 10(A) gezeigt, kann der Nassätzvorgang durch Eintauchen des Substrats 100 in ein in einer Ätzwanne 710 gespeichertes, vorgegebenes Ätzmittel 700 durchgeführt werden. Wie in 10(B) gezeigt, kann der Nassätzvorgang durch Aufsprühen eines vorgegebenen Ätzmittels 700 auf das Substrat 100 unter Verwendung einer Düse 720 durchgeführt werden. Insbesondere ermöglicht das in Bezug auf 10(B) erläuterte Verfahren, das Aufsprühen des Ätzmittels 700 auf das Substrat 100, den nachfolgenden Ätzvorgang durch Übertragen des Substrats 100 unter Verwendung von Transportrollen 730.
Im Vergleich zum üblichen Trockenätzverfahren ist das Nassätzverfahren vorteilhaft, weil das Nassätzverfahren eine Verringerung der Herstellungskosten und eine auf Grund der schnelleren Verarbeitung vergrößerte Gewinnspanne ermöglicht.
Um diese Vorteile des Nassätzverfahrens zu realisieren, ist es wichtig, die optimalen Bedingungen für den Nassätzvorgang zu erfüllen. Nach wiederholten Tests können die optimalen Bedingungen des Nassätzvorgangs wie folgt zusammengefasst werden. Im Einzelnen beziehen sich die optimalen Bedingungen des Nassätzvorgangs auf eine optimale Zusammensetzung des Ätzmittels, eine optimale Temperatur des Ätzmittels und eine optimale Zeitdauer des Ätzvorgangs.
Zunächst wird die optimale Zusammensetzung des Ätzmittels wie folgt erklärt. Vorzugsweise umfasst das Ätzmittel wenigstens ein Ätzmaterial, das aus einer Gruppe bestehend aus NaOH, KOH, HCl, NHO₃, H₂SO₄, H₃PO₃, H₂O₂ und C₂H₂O₄ ausgewählt ist. Auch kann das Ätzmaterial mit Wasser verdünnt werden, wodurch die Wasserlösung des Ätzmaterials als das Ätzmittel verwendet werden kann (wenn sich das Ätzmaterial in einem Festkörperzustand befindet, wird das sich in einem festen Zustand befindende Ätzmaterial unweigerlich mit Wasser verdünnt). In diesem Fall liegt das Gewichtsverhältnis von Ätzmaterial zu Wasser in einem Bereich von 0,1:9,9~9,9:0,1. Vorzugsweise liegt das Gewichtsverhältnis von Ätzmaterial zu Wasser in einem Bereich von 1:9~9:1.
Ist das Gewichtsverhältnis von Ätzmaterial zu Wasser kleiner als 0,1:9,9 (beispielsweise 0,01:9,99), verläuft der Ätzvorgang nicht reibungslos, und die Zeitdauer des Ätzvorgangs erhöht sich. Ist andererseits das Gewichtsverhältnis von Ätzmaterial zu Wasser größer als 9,9:0,1 (beispielsweise 9,99:0,01), ist es schwierig, das pulverförmige Ätzmaterial im Wasser aufzulösen.
Sowohl die optimale Temperatur des Ätzmittels als auch die optimale Zeitdauer des Ätzvorgangs wird im Folgenden erläutert. Zunächst wird das Ätzmittel vorzugsweise optimalerweise bei einer Temperatur von 20 bis 200°C gehalten. Weiter vorzugsweise wird das Ätzmittel optimalerweise bei einer Temperatur von 50 bis 100°C gehalten. Wenn die Ätzmitteltemperatur unter von 20° gehalten wird, kann dies einen nicht reibungslosen Ätzvorgang und eine lange Zeitdauer des Ätzvorgangs verursachen. Wird die Ätzmitteltemperatur hingegen über 200°C gehalten, ist es schwierig, auf Grund des raschen Ätzfortschritts das Ausmaß des Ätzens zu kontrollieren, wodurch ein Überätzungsproblem entstehen kann.
In Bezug auf 11 kann, wenn die Vorderelektrode 200 durch den lichtübertragenden Teil 570 exponiert wird, indem die transparente, leitfähige Schicht 400 und die Halbleiterschicht 300 vom lichtübertragenden Teil 570 unter solchen Umständen entfernt werden, dass die Rückelektrode 500 als Maske verwendet wird, aufgrund des Hochgeschwindigkeitsätzverfahrens das Ausmaß des Ätzens zu groß sein, wodurch die transparente, leitfähige Schicht 400 und die Halbleiterschicht 300 überätzt werden können. Zusätzlich kann sich die Rückelektrode 500 abschälen.
Die optimale Zeitdauer des Ätzvorgangs ist vorzugsweise ungefähr 30 Sekunden bis 10 Minuten. Weiter vorzugsweise ist die optimale Zeitdauer des Ätzvorgangs außerdem ungefähr 2 Minuten bis 5 Minuten. Ist die Zeitdauer des Ätzvorgangs weniger als 30 Sekunden, reicht die Zeit nicht aus, um das gewünschte Ausmaß des Ätzens zu erzielen, wodurch der Lichtübertragungsbereich nicht vergrößert wird. Wenn andererseits die Zeitdauer des Ätzvorgangs über 10 Minuten beträgt, können, wie in Bezug auf 11 erklärt, die transparente, leitfähige Schicht 400 und die Halbleiterschicht 300 überätzt werden, und die Rückelektrode 500 kann sich abschälen.
12 (A bis E) zeigt eine Reihe perspektivischer Ansichten, die ein Verfahren zum Herstellen einer Dünnschichttyp-Solarzelle gemäß einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellen, das sich auf das Verfahren zum Herstellen der Dünnschichttyp-Solarzelle nach 5 bezieht. Im Folgenden wird die Erklärung für dieselben oder ähnliche Teile wie die der obigen Ausführungsform weggelassen.
Wie in 12(A) gezeigt, werden zunächst die mehreren Vorderelektroden 200 in festen Abständen auf dem Substrat 100 ausgebildet.
Wie in 12(B) gezeigt, werden danach die Halbleiterschicht 300 und die transparente, leitfähige Schicht 400 nacheinander auf der gesamten Oberfläche des Substrats 100 ausgebildet. Die transparente, leitfähige Schicht 400 kann weggelassen werden.
Wie in 12(C) gezeigt, werden die mehreren Kontaktbereiche 350 durch Entfernen der vorgegebenen Teile der Halbleiterschichten 300 und der transparenten, leitfähigen Schichten 400 ausgebildet. Ein Schritt des Ausbildens der Kontaktbereiche 350 kann durch ein Laser Scribing-Verfahren durchgeführt werden.
In einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung werden die Trennkanäle (vgl. Bezugszeichen ”550” aus 9(C)) nicht ausgebildet, wenn die Kontaktbereiche 350 in der Halbleiterschicht 300 und der transparenten, leitfähigen Schicht 400 ausgebildet werden. Entsprechend kann ein Vorgang des Ausbildens der Trennkanäle 550 weggelassen werden, so dass die Anzahl von zu verwendenden Laser Scribing-Vorrichtungen verringert werden kann und der Vorgang vereinfacht wird.
Wie in 12(D) gezeigt, werden die Rückelektroden 500 durch einen jeweiligen dazwischen angeordneten Trennkanal 550 in festen Abständen strukturiert, wobei jede Rückelektrode 500 durch den Kontaktbereich 350 elektrisch mit der Vorderelektrode 200 verbunden ist. Für eine Verbesserung des Lichtübertragungsbereichs wird die Rückelektrode 500 mit dem lichtübertragenden Teil 570 ausgestattet.
Wie in 12(E) gezeigt, werden die im lichtübertragenden Teil 570 angeordnete, transparente, leitfähige Schicht 400 und die darunter angeordnete Halbleiterschicht 300 unter solchen Bedingungen zusammen entfernt, dass die Rückelektrode 500 als Maske verwendet wird, wodurch die Vorderelektrode 200 durch den lichtübertragenden Teil 570 exponiert wird. Da die Rückelektrode 500 als Maske verwendet wird, werden die im Trennkanal 550 angeordnete, transparente, leitfähige Schicht 400 und die darunter angeordnete Halbleiterschicht 300 entfernt, wodurch die Vorderelektrode 200 durch den Trennkanal 550 exponiert wird. Dadurch wird die Dünnschichttyp-Solarzelle nach 5 fertig gestellt.
Ein Vorgang des Entfernens der transparenten, leitfähigen Schicht 400 und der darunter angeordneten Halbleiterschicht 300 wird durch den zuvor beschriebene Trockenätzvorgang oder Nassätzvorgang durchgeführt.
Entsprechend weist die Dünnschichttyp-Solarzelle gemäß der vorliegenden Erfindung und das Verfahren zum Herstellen derselben die folgenden Vorteile auf.
Bei der Dünnschichttyp-Solarzelle gemäß der vorliegenden Erfindung ist der lichtübertragende Teil in der Rückelektrode strukturiert, wodurch der Sonnenstrahl durch den lichtübertragenden Teil übertragen werden kann. Im Vergleich zu Dünnschichttyp-Solarzellen aus dem verwandten Stand der Technik erzielt die Dünnschichttyp-Solarzelle gemäß der vorliegenden Erfindung einen Lichtübertragungsbereich, der einen ausreichenden Sichtbereich erzielen kann, um als Ersatz für ein Glasfenster verwendet zu werden.
Bei der Dünnschichttyp-Solarzelle gemäß der vorliegenden Erfindung wird die Rückelektrode durch verschiedene Verfahren unter Verwendung eines Druckvorgangs strukturiert. Im Vergleich zu einem Verfahren aus dem verwandten Stand der Technik unter Verwendung eines Laser Scribing-Vorgangs kann das Verfahren nach der vorliegenden Erfindung, d. h. das Verfahren unter Verwendung eines Druckvorgangs, einen vereinfachten Vorgang realisieren und auch eine Kontamination des Substrats verhindern. Da die Rückelektrode durch das Druckverfahren strukturiert wird, ist es einfach möglich, die Gesamtgröße des lichtübertragenden Teils zu steuern. Wenn notwendig, kann daher der Sichtbereich geeignet gesteuert werden, indem der lichtübertragende Teil der Solarzelle auf einen gewünschten Bereich geändert wird.
Nachdem die Vorderelektrode durch den lichtübertragenden Teil durch Entfernen der transparenten, leitfähigen Schicht und der Halbleiterschicht exponiert wird, durchläuft ein von der Unterseite des Substrats auf das Substrat eintreffender Sonnenstrahl nur das Substrat und die Vorderelektrode, wenn er durch den lichtübertragenden Teil übertragen wird, woraus sich eine höhere Transmittanz des Sonnenstrahls ergibt.
Dem Fachmann ist klar, dass verschiedene Modifikationen und Variationen der vorliegenden Erfindung vorgenommen werden können, ohne vom Sinn oder Bereich der Erfindung abzuweichen. Daher ist beabsichtigt, dass die vorliegende Erfindung die Modifikationen und Variationen dieser Erfindung abdeckt, sofern sie in den Bereich der beigefügten Ansprüche und ihrer Äquivalente fallen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- KR 2008-0135936 [0001]
- KR 2009-0036121 [0001]

Claims

Dünnschichttyp-Solarzelle, umfassend: ein Substrat; mehrere Vorderelektroden in festen Abständen auf dem Substrat; mehrere Halbleiterschichten in festen Abständen durch einen jeweiligen dazwischen angeordneten Kontaktbereich oder Trennkanal, wobei sich die mehreren Halbleiterschichten auf den mehreren Vorderelektroden befinden; und mehrere Rückelektroden in festen Abständen durch einen jeweiligen dazwischen angeordneten Trennkanal, wobei jede der Rückelektroden elektrisch mit einer jeweiligen Vorderelektrode verbunden ist; wobei jede Rückelektrode auf eine solche Weise strukturiert ist, dass ein lichtübertragender Teil in einem vorgegebenen Teil der Rückelektrode umfasst ist.
Dünnschichttyp-Solarzelle nach Anspruch 1, bei der die Halbleiterschicht durch den lichtübertragenden Teil exponiert ist.
Dünnschichttyp-Solarzelle nach Anspruch 2, bei der die Vorderelektrode durch den lichtübertragenden Teil durch Entfernen der exponierten Halbleiterschicht exponiert ist.
Dünnschichttyp-Solarzelle nach Anspruch 1, bei der zusätzlich eine transparente, leitfähige Schicht auf der Halbleiterschicht ausgebildet und durch den lichtübertragenden Teil exponiert ist.
Dünnschichttyp-Solarzelle nach Anspruch 4, bei welcher die Halbleiterschicht durch den lichtübertragenden Teil durch Entfernen der exponierten, transparenten, leitfähigen Schicht exponiert ist.
Dünnschichttyp-Solarzelle nach Anspruch 5, bei der die Vorderelektrode durch den lichtübertragenden Teil durch Entfernen der exponierten Halbleiterschicht exponiert ist.
Dünnschichttyp-Solarzelle nach Anspruch 4, bei welcher die transparente, leitfähige Schicht eine identische Struktur wie die Halbleiterschicht aufweist.
Dünnschichttyp-Solarzelle nach Anspruch 1, bei welcher der lichtübertragende Teil in einer Struktur mit geraden Linien, einer Struktur mit gekrümmten Linien, einer buchstabenförmigen Struktur oder einer symbolförmigen Struktur ausgebildet sein kann.
Dünnschichttyp-Solarzelle nach Anspruch 1, bei welcher die Halbleiterschicht eine erste Halbleiterschicht, eine Pufferschicht und eine zweite Halbleiterschicht umfasst, die nacheinander aufgebracht werden.
Verfahren zum Herstellen einer Dünnschichttyp-Solarzelle, umfassend: Ausbilden mehrerer vorderer Elektroden in festen Abständen auf einem Substrat; Ausbilden einer Halbleiterschicht auf einer gesamten Oberfläche des Substrats einschließlich der mehreren Vorderelektroden; Ausbilden mehrerer Kontaktbereiche und Trennkanäle durch Entfernen vorgegebener Teile der Halbleiterschicht; und Strukturieren mehrerer Rückelektroden in festen Abständen durch einen jeweiligen dazwischen angeordneten Trennkanal, wobei jede Rückelektrode durch einen der Kontaktbereiche elektrisch mit einer der Vorderelektroden verbunden ist, und wobei jede Rückelektrode einen lichtübertragenden Teil darin umfasst, um einen Lichtübertragungsbereich zu verbessern.
Verfahren nach Anspruch 10, außerdem umfassend: Entfernen der Halbleiterschicht vom lichtübertragenden Teil unter solchen Umständen, dass die Rückelektrode als Maske verwendet wird, um die Vorderelektrode durch den lichtübertragenden Teil zu exponieren.
Verfahren nach Anspruch 10, außerdem umfassend: Ausbilden einer transparenten, leitfähigen Schicht auf der Halbleiterschicht nach dem Ausbilden der Halbleiterschicht, wobei die vorgegebenen Teile der Halbleiterschicht und der transparenten, leitfähigen Schicht beim Ausbilden der Kontaktbereiche und Trennkanäle zusammen entfernt werden.
Verfahren nach Anspruch 12, außerdem umfassend: Entfernen der transparenten, leitfähigen Schicht vom lichtübertragenden Teil unter solchen Umständen, dass die Rückelektrode als Maske verwendet wird, um die Halbleiterschicht durch den lichtübertragenden Teil zu exponieren.
Verfahren nach Anspruch 12, außerdem umfassend: Entfernen der transparenten, leitfähigen Schicht und der Halbleiterschicht vom lichtübertragenden Teil unter solchen Umständen, dass die Rückelektrode als Maske verwendet wird, um die Vorderelektrode durch den lichtübertragenden Teil zu exponieren.
Verfahren nach Anspruch 14, bei dem der Vorgang des Entfernens der transparenten, leitfähigen Schicht und der Halbleiterschicht vom lichtübertragenden Teil durch einen Trockenätzvorgang durchgeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 15, bei dem der Trockenätzvorgang zum Entfernen der transparenten, leitfähigen Schicht vom lichtübertragenden Teil durch die Verwendung wenigstens eines Gases von CH₄, C₂H₆, BCl₃, Cl₂, Ar und H₂ durchgeführt wird; der Trockenätzvorgang zum Entfernen der Halbleiterschicht vom lichtübertragenden Teil durch die Verwendung wenigstens eines Gases von fluorbasiertem Gas, chlorbasiertem Gas oder deren Mischung durchgeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 14, bei dem der Vorgang des Entfernens der transparenten, leitfähigen Schicht und der Halbleiterschicht vom lichtübertragenden Teil durch einen Nassätzvorgang durchgeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 17, bei dem der Nassätzvorgang durch die Verwendung eines Ätzmittels durchgeführt wird, das wenigstens ein aus einer Gruppe aus NaOH, KOH, HCl, NHO₃, H₂SO₄, H₃PO₃, H₂O₂ und C₂H₂O₄ ausgewähltes Ätzmaterial umfasst.
Verfahren nach Anspruch 18, bei dem das Ätzmittel bei einer Temperatur von 20 bis 200°C gehalten wird.
Verfahren nach Anspruch 18, bei dem der Nassätzvorgang durch Eintauchen des Substrats in das Ätzmittel oder durch Aufsprühen des Ätzmittels auf das Substrat durchgeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 10, bei dem der Vorgang des Ausbildens der Kontaktbereiche und der Trennkanäle mit einer einzelnen Laserstrahlbestrahlung durchgeführt wird, indem ein von einem Laseroszillator emittierter Laserstrahl durch mehrere Richtungen in Laserstrahlen aufgeteilt wird, so dass die Kontaktbereiche und Trennkanäle gleichzeitig ausgebildet werden.
Verfahren nach Anspruch 10, bei dem der Vorgang des Ausbildens der Halbleiterschicht durchgeführt wird, indem eine erste Halbleiterschicht, eine Pufferschicht und eine zweite Halbleiterschicht nacheinander aufgebracht werden.
Verfahren zum Herstellen einer Dünnschichttyp-Solarzelle, umfassend: Ausbilden mehrerer Vorderelektroden in festen Abständen auf einem Substrat; Ausbilden einer Halbleiterschicht auf einer gesamten Oberfläche des Substrats einschließlich der mehreren Vorderelektroden; Ausbilden mehrerer Kontaktbereiche durch Entfernen vorgegebener Teile der Halbleiterschicht; Strukturieren mehrerer Rückelektroden in festen Abständen durch einen jeweiligen dazwischen angeordneten Trennkanal, wobei jede Rückelektrode durch einen der Kontaktbereiche mit einer der Vorderelektroden elektrisch verbunden ist, und wobei jede Rückelektrode einen lichtübertragenden Teil darin umfasst, um einen Lichtübertragungsbereich zu verbessern, und Entfernen der Halbleiterschicht von dem lichtübertragenden Teil und dem Trennkanal unter solchen Umständen, dass die Rückelektrode als Maske verwendet wird.
Verfahren nach Anspruch 23, außerdem umfassend: Ausbilden einer transparenten, leitfähigen Schicht auf der Halbleiterschicht nach dem Ausbilden der Halbleiterschicht, wobei die vorgegebenen Teile der Halbleiterschicht und der transparenten, leitfähigen Schicht zusammen entfernt werden, wenn die Kontaktbereiche ausgebildet werden, und wobei die vorgegebenen Teile der transparenten, leitfähigen Schicht entfernt werden, wenn die Halbleiterschicht von dem lichtübertragenden Teil und dem Trennkanal entfernt wird.
Verfahren nach Anspruch 23, bei dem der Vorgang des Ausbilden der Halbleiterschicht durchgeführt wird, indem nacheinander eine erste Halbleiterschicht, eine Pufferschicht und eine zweite Halbleiterschicht aufgebracht werden.