DE102009051345B4

DE102009051345B4 - Verfahren zur Herstellung einer transparenten Elektrode

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Publication number: DE102009051345B4
Application number: DE102009051345A
Authority: DE
Inventors: Dr. Säuberlich Frank; Dr. Stannowski Bernd; Tobias Wendelmuth; Volker Sittinger; Bernd Szyszka
Original assignee: Schueco Tf & Co KG GmbH; Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV; Schueco TF GmbH and Co KG
Current assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Priority date: 2009-10-30
Filing date: 2009-10-30
Publication date: 2013-07-25
Anticipated expiration: 2029-10-31
Also published as: WO2011051050A2; WO2011051050A3; EP2494608A2; US20120325295A1; CN103081113A; DE102009051345A1

Abstract

Verfahren zur Herstellung einer transparenten Elektrode (110) auf einem transparenten Substrat (101), umfassend – Bereitstellen des transparenten Substrats (101), – Abscheiden einer ersten transparenten elektrisch leitfähigen Schicht (111) auf das transparente Substrat (101) mit einer Eigenschaft, – Abscheiden einer zweiten transparenten elektrisch leitfähigen Schicht (112) auf die erste transparente elektrisch leitfähige Schicht (111) mit einer Eigenschaft, wobei – die Eigenschaft der zweiten transparenten elektrisch leitfähigen Schicht (112) abhängig von der Eigenschaft der ersten transparenten elektrisch leitfähigen Schicht (111) ist, – Abscheiden der ersten transparenten elektrisch leitfähigen Schicht (111) bei einer ersten Substrattemperatur und – Abscheiden der zweiten transparenten elektrisch leitfähigen Schicht (112) bei einer zweiten Substrattemperatur, wobei die erste Substrattemperatur kleiner als die zweite Substrattemperatur ist, – Ätzen einer der ersten transparenten elektrisch leitfähigen Schicht (111) abgewandten Oberfläche (115) der zweiten transparenten elektrisch leitfähigen Schicht (112) zur Strukturierung der zweiten transparenten elektrisch leitfähigen Schicht (112).

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer transparenten Elektrode.
Photoelektrische Vorrichtungen, die auch Solarzellen genannt werden, können zumindest Teile der Sonnenstrahlung in elektrische Energie umwandeln. Photoelektrische Vorrichtungen weisen einen oder mehrere pn-Übergänge auf. Zwischen der p- und der n-Schicht ist eine i-Schicht angeordnet. Die p-Schicht ist eine positiv dotierte Schicht, die n-Schicht eine negativ dotierte Schicht und die i-Schicht eine im Wesentlichen intrinsische Halbleiterschicht. Die p- und die n-Schicht dienen hauptsächlich dazu ein Driftfeld in der photoelektrischen Anordnung zu erzeugen. Über den photoelektrischen Effekt wird eine im Licht enthaltene Strahlungsenergie in elektrische Energie umgewandelt. Photoelektrische Anordnungen beziehungsweise Solarzellen können zu Photovoltaikmodulen verschaltet werden, in denen eine Mehrzahl von photoelektrischen Anordnungen in Serie geschaltet sind.
Photoelektrische Anordnungen umfassen beispielsweise mikrokristalline Siliziumschichten, amorphe Siliziumschichten, polykristalline Siliziumschichten oder andere Halbleiter. Zur elektrischen Kontaktierung der Frontseite der Halbleiterschichten werden transparente leitfähige Schichten (beispielsweise TCO – transparent conductive oxide) auf die p- und die n-Schicht abgeschieden. Durch eine strukturierte und aufgeraute Oberfläche dieser Kontaktschichten kann einfallendes Sonnenlicht in dieser Schicht gestreut werden und dadurch ein größerer Anteil der Strahlungsenergie in elektrische Energie umgewandelt werden. Diese Oberflächenstrukturierung kann beispielsweise durch einen Ätzschritt hergestellt werden.
Die US 7 608 294 B2 beschreibt eine Herstellung von Solarzellen mit einem transparenten Substrat, auf das eine transparente elektrisch leitfähige Schicht aufgebracht wird. Die transparente elektrisch leitfähige Schicht weist zwei Teilschichten mit unterschiedlichem HL Gehalt auf sowie eine weitere Teilschicht mit einem Dotierstoff wie Fluor.
Die JP 09-139515 A zeigt Solarzellen, bei denen auf einem Substrat eine erste transparente elektrisch leitfähige Schicht mit Textur, eine zweite transparente elektrisch leitfähige Schicht mit hoher Leitfähigkeit und eine dritte transparente elektrisch leitfähige Schicht mit hohem Ätzwiderstand gegen Plasmen angeordnet sind.
Die DE 10 2004 003 760 A1 beschreibt zwei Wege zur Herstellung einer Texturierung beziehungsweise Strukturierung von transparenten elektrisch leitfähigen Schichten. Die transparenten elektrisch leitfähigen Schichten können entweder gezielt so aufgewachsen werden, dass sie eine raue Schicht ausbilden, oder es wird eine zunächst glatte TCO Schicht ausgebildet, die dann durch Ätzen angeraut wird.
In Nakada, T.; Ohukubo, Y.; Kunioka, A.; Textured ZnO:Al Films for Solar Cells by DC-Magnetron Sputtering in Water Vapor Plasma; In: Conference Record of the 22nd IEEE Photovoltaic Specialists Conference, 1991, 1389–1392, ISBN 0-87942-636-5, sind Solarzellen gezeigt, die texturierte TCO Schichten aufweisen. Die TCO Schichten werden auf Glassubstrate durch Sputtern in H20 abgeschieden.
Es ist wünschenswert, eine Verfahren zur Herstellung einer transparenten Elektrode anzugeben, um eine bezüglich der Ätzeigenschaften verbesserte Elektrode zu ermöglichen.
Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 beziehungsweise ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 2.
Gemäß Ausführungsformen umfasst ein Verfahren zur Herstellung einer transparenten Elektrode auf einem transparenten Substrat ein Bereitstellen des transparenten Substrats. Eine erste transparente elektrisch leitfähige Schicht wird auf das transparente Substrat abgeschieden. Die erste transparente elektrisch leitfähige Schicht weist eine Eigenschaft auf. Eine zweite transparente elektrisch leitfähige Schicht wird auf die erste transparente elektrisch leitfähige Schicht abgeschieden. Die zweite transparente elektrisch leitfähige Schicht weist eine Eigenschaft auf. Durch das Abscheiden der zweiten transparenten elektrisch leitfähigen Schichten auf der ersten transparenten elektrisch leitfähigen Schicht ist die Eigenschaft der zweiten transparenten elektrisch leitfähigen Schicht abhängig von der Eigenschaft der ersten transparenten elektrisch leitfähigen Schicht. Die erste transparente elektrisch leitfähige Schicht wird bei einer ersten Substrattemperatur abgeschieden und die zweite transparente elektrisch leitfähige Schicht wird bei einer zweiten Substrattemperatur abgeschieden. Die erste Substrattemperatur ist kleiner als die zweite Substrattemperatur. Eine der ersten transparenten elektrisch leitfähigen Schicht abgewandte Oberfläche der zweiten transparenten elektrisch leitfähigen Schicht wird zur Strukturierung der der zweiten transparenten elektrisch leitfähigen Schicht geätzt.
Gemäß weiteren Ausführungsformen umfasst ein Verfahren zur Herstellung einer transparenten Elektrode auf einem transparenten Substrat ein Bereitstellen des transparenten Substrats. Eine erste transparente elektrisch leitfähige Schicht wird auf das transparente Substrat abgeschieden. Die erste transparente elektrisch leitfähige Schicht weist eine Eigenschaft auf. Eine zweite transparente elektrisch leitfähige Schicht wird auf die erste transparente elektrisch leitfähige Schicht abgeschieden. Die zweite transparente elektrisch leitfähige Schicht weist eine Eigenschaft auf. Durch das Abscheiden der zweiten transparenten elektrisch leitfähigen Schichten auf der ersten transparenten elektrisch leitfähigen Schicht ist die Eigenschaft der zweiten transparenten elektrisch leitfähigen Schicht abhängig von der Eigenschaft der ersten transparenten elektrisch leitfähigen Schicht. Das Verfahren umfasst in einer Ausführungsform ein Abscheiden der ersten transparenten elektrisch leitfähigen Schicht bei einer ersten Leistungsdichte und ein Abscheiden der zweiten transparenten elektrisch leitfähigen Schicht bei einer zweiten Leistungsdichte, wobei die erste Leistungsdichte kleiner als die zweite Leistungsdichte ist. Eine der ersten transparenten elektrisch leitfähigen Schicht abgewandte Oberfläche der zweiten transparenten elektrisch leitfähigen Schicht wird zur Strukturierung der der zweiten transparenten elektrisch leitfähigen Schicht geätzt.
Insbesondere ist in einer Ausführungsform durch das Abscheiden der zweiten transparenten elektrisch leitfähigen Schicht auf die erste transparente elektrisch leitfähige Schicht zumindest die Kristallinität, Orientierung und/oder Terminierung der zweiten transparenten elektrisch leitfähigen Schicht abhängig von der ersten transparenten elektrisch leitfähigen Schicht. Die erste transparente elektrisch leitfähige Schicht wird in einem Ausführungsbeispiel bei Prozessparametern abgeschieden, die Eigenschaften, beispielsweise bezüglich der Oberflächenstrukturierbarkeit, der elektrischen Leitfähigkeit und/oder der optischen Transmissivität, der ersten transparenten elektrisch leitfähigen Schicht zur Folge haben, die herkömmlich für transparente elektrisch leitfähige Schichten, die als Elektrode verwendet werden, unerwünscht sind. Diese Eigenschaften der ersten transparenten elektrisch leitfähigen Schicht beeinflussen die Eigenschaften, beispielsweise bezüglich der Oberflächenstrukturierbarkeit, der elektrischen Leitfähigkeit und/oder der optischen Transmissivität, der zweiten transparenten elektrisch leitfähigen Schicht derart, dass die zweiten transparenten elektrisch leitfähigen Schicht eine vergleichsweise gute Oberflächenstrukturierbarkeit aufweist.
Entsprechend wird die Kristallinität, Orientierung und/oder Terminierung der zweiten transparenten elektrisch leitfähigen Schicht in einer Ausführungsform von der Kristallinität, Orientierung und/oder Terminierung der ersten transparenten elektrisch leitfähigen Schicht beeinflusst. Durch die Beeinflussung der Kristallinität, Orientierung und/oder Terminierung wird zumindest die Morphologie und/oder die Struktur der zweiten transparenten elektrisch leitfähigen Schicht ebenfalls beeinflusst. Folglich ist die Oberflächenstrukturierbarkeit, die elektrische Leitfähigkeit und/oder die optische Transmissivität der zweiten elektrisch leitfähigen Schicht abhängig von der Oberflächenstrukturierbarkeit, der elektrischen Leitfähigkeit und/oder der optischen Transmissivität der ersten transparenten elektrisch leitfähigen Schicht.
Die Oberflächenstrukturierbarkeit umfasst insbesondere, dass durch eine Strukturierung, beispielsweise ein Ätzen eine möglichst homogene Rauhigkeit, eine gute Homogenität und/oder eine gleichmäßig verteilte Dicke jeweils bezogen auf die Substratfläche erzeugt werden kann. Weiterhin weist eine Schicht mit besserer Oberflächenstrukturierbarkeit nach der Strukturierung eine bessere Lichtstreuung auf und entsprechend wird die Einkopplung der einfallenden Strahlung in die photoelektrische Vorrichtung, die auf der transparenten elektrisch leitfähigen Schicht angeordnet ist, erhöht. Weiterhin weist besser gestreutes Licht im Mittel einen längeren Weg in der photoelektrischen Vorrichtung auf, so dass eine höhere Absorptionswahrscheinlichkeit und damit eine höhere Effektivität erreicht wird.
Das Abscheiden der ersten und der zweiten transparenten elektrisch leitfähigen Schicht kann ein Abscheiden von Zinkoxid, Zinnoxid oder einem anderen transparenten elektrisch leitfähigen Oxid umfassen. So kann die Eigenschaft der transparenten Elektrode bezüglich der Oberflächenstrukturierbarkeit möglichst gut angepasst werden.
Insbesondere wird die erste transparente elektrisch leitfähige Schicht bei Parametern, beispielsweise Temperatur und/oder Leistungsdichte, abgeschieden, die herkömmlich nicht zu einer vergleichsweise guten Oberflächenstrukturierbarkeit führen. Die zweite transparente elektrisch leitfähige Schicht wird bei Parametern abgeschieden, so dass die zweite transparente elektrisch leitfähige Schicht und damit die transparente elektrisch leitfähige Schicht durch die Abhängigkeit von der ersten transparenten elektrisch leitfähigen Schicht eine vergleichsweise gute Oberflächenstrukturierbarkeit aufweist. Die transparente elektrisch leitfähige Schicht weist eine bessere Oberflächenstrukturierbarkeit auf als die erste transparente elektrisch leitfähige Schicht für sich allein genommen.
Die erste und die zweite transparenten elektrisch leitfähige Schichte bilden eine gemeinsame elektrisch leitfähigen Schicht. Die gemeinsame transparente elektrisch leitfähige Schicht umfasst in Ausführungsbeispielen drei transparente elektrisch leitfähige Schichten, sie kann auch mehr Schichten umfassen, beispielweise vier oder mehr transparente elektrisch leitfähige Schichten. Eigenschaften der transparenten elektrisch leitfähigen Schicht können durch Eigenschaften der ersten transparenten elektrisch leitfähigen Schicht und Eigenschaften der zweiten transparenten elektrisch leitfähigen Schicht eingestellt werden. Mindestens eine Eigenschaft der transparenten elektrisch leitfähigen Schicht ist abhängig von der mindestens einen Eigenschaft der ersten transparenten elektrisch leitfähigen Schicht und von der mindestens einen Eigenschaft der zweiten transparenten elektrisch leitfähigen Schicht. So weist die transparente elektrisch leitfähige Schicht in einer Ausführungsform Eigenschaften in Abhängigkeit der ersten und der zweiten elektrisch leitfähigen Schicht auf, die durch einen einschichtigen Aufbau nicht oder zumindest schwieriger realisierbar sind. Weist die transparente elektrisch leitfähige Schicht mehr als zwei Schichten auf, so sind die Eigenschaften der transparente elektrisch leitfähige Schicht abhängig von den mehr als zwei Schichten. Die mindestens eine Eigenschaft einer der elektrisch leitfähigen Schichten der Mehrzahl von elektrisch leitfähigen Schichten beeinflusst jeweils die mindestens eine Eigenschaft der anderen elektrisch leitfähigen Schichten der Mehrzahl von elektrisch leitfähigen Schichten.
Weitere Merkmale, Vorteile und Weiterbildungen ergeben sich aus den nachfolgenden in Verbindung mit den 1 bis 3 erläuterten Beispielen.
Es zeigen:
1 eine schematische Darstellung einer Anordnung gemäß einer Ausführungsform,
2A bis 2C eine schematische Darstellung einer Vorrichtung zu verschiedenen Verfahrensschritten gemäß einer Ausführungsform,
3 eine schematische Darstellung einer Anordnung gemäß einer Ausführungsform.
Gleiche, gleichartige und gleichwirkende Elemente sind in den Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
1 zeigt einen schematischen Querschnitt durch eine Anordnung 100 zur Umwandlung von Strahlungsenergie in elektrische Energie. Die Anordnung 100 weist in der Hauptrichtung der während des Betriebs einfallenden Strahlung ein Substrat 101 und darauf angeordnet eine Passivierungsschicht 102 auf. Auf der Passivierungsschicht ist eine transparente elektrisch leitfähige Schicht 110 angeordnet. Auf der transparent elektrisch leitfähigen Schicht 110 ist eine photoelektrische Vorrichtung 120 angeordnet, in der durch den photoelektrischen Effekt Strahlungsenergie in elektrische Energie umgewandelt werden kann. Auf der photoelektrischen Vorrichtung ist eine Rückkontaktschicht 103 angeordnet.
Das Substrat 101 ist für Sonnenlicht möglichst transparent. Insbesondere ist das Substrat 101 für Licht im sichtbaren Spektrum und im Infrarotbereich besonders durchlässig und weist eine Transparenz von größer als 85 Prozent in einem Wellenlängenbereich von 400 Nanometer bis 1200 Nanometer auf. Das Substrat umfasst beispielsweise Glas, insbesondere eisenarmes Flachglas, Silikatglas oder Walzglas. Das Substrat 101 ist ausgebildet, den Schichtstapel, der auf dem Substrat 101 angeordnet ist, zu tragen.
In einer weiteren Ausführungsform wird der Schichtstapel auf einem flexiblem Substrat, das beispielsweise Aluminium oder Stahl umfasst, abgeschieden. Der Schichtstapel wird auf der dem flexiblem Substrat gegenüberliegenden Seite mit einem transparenten Substrat gekoppelt und das flexible Substrat von dem Schichtstapel abgelöst und entfernt.
In der Haupteinstrahlrichtung des während des Betriebs einfallenden Lichts, die der X-Richtung der 1 entspricht, ist die Passivierungsschicht 102 auf dem Substrat 101 angeordnet. In einer weiteren Ausführungsform kann auf die Passivierungsschicht 102 verzichtet werden, so dass die transparente elektrisch leitfähige Schicht 110 direkt auf dem Substrat 101 angeordnet ist und dieses berührt. Die Passivierungsschicht 102 umfasst eines aus transparentem Oxid und transparentem Nitrid, beispielsweise Silizium Oxy-Nitrid, Zinkoxid, Titanoxid oder Aluminiumoxid und verringert als Barriere eine Teilchen- beziehungsweise Molekülbewegung zwischen dem Substrat 101 und der transparenten elektrisch leitfähigen Schicht 110.
Die transparente elektrisch leitfähige Schicht 110 umfasst eine erste transparente elektrisch leitfähige Schicht 111 und eine zweite transparente elektrisch leitfähige Schicht 112. In X-Richtung ist die erste transparente elektrisch leitfähige Schicht auf der Passivierungsschicht 102 angeordnet und die zweite transparente elektrisch leitfähige Schicht 112 ist auf der ersten elektrisch leitfähigen Schicht 111 angeordnet. Insbesondere sind die erste transparente elektrisch leitfähige Schicht 111 und die zweite transparente elektrisch leitfähige Schicht 112 in direkten Kontakt zueinander angeordnet. Die erste elektrisch leitfähige Schicht 111 erstreckt sich möglichst eben und gleichförmig über das Substrat 101. Die erste elektrisch leitfähige Schicht 111 erstreckt sich möglichst eben und gleichförmig über die erste elektrisch leitfähige Schicht 111.
Die erste transparente elektrisch leitfähige Schicht 111 und die zweite transparente elektrisch leitfähige Schicht 112, die gemeinsam die transparente elektrisch leitfähige Schicht 110 ausbilden, bilden eine transparente Frontseitenelektrode zur elektrischen Kontaktierung der photoelektrischen Vorrichtung 120. Über die transparente elektrisch leitfähige Schicht 110 kann elektrische Spannung beziehungsweise elektrischer Strom aus der photoelektrischen Vorrichtung 120 abgeleitet werden.
Die photoelektrische Vorrichtung 120 ist in X-Richtung auf der zweiten transparenten elektrisch leitfähigen Schicht 112 angeordnet. Die photoelektrische Vorrichtung 120 umfasst eine p-dotierte Schicht 121 und eine n-dotierte Schicht 123 sowie eine intrinsische Schicht 122, die zwischen der Schicht 121 und der Schicht 123 angeordnet ist. Die p-dotierte Schicht 121 ist in X-Richtung auf der zweiten transparenten elektrisch leitfähigen Schicht 112 angeordnet. In einer weiteren Ausführungsform ist die n-dotierte Schicht auf der zweiten transparenten elektrisch leitfähigen Schicht 112 angeordnet. Die intrinsische Schicht 122 ist eingerichtet, Licht zu absorbieren und photoelektrisch umzuwandeln. Die photoelektrische Vorrichtung 120 ist eingerichtet, hauptsächlich Licht in einem Wellenlängenbereich von 400 bis 1200 Nanometer zu absorbieren.
In X-Richtung ist auf der photoelektrischen Anordnung 120 der Rückseitenkontakt 103 angeordnet, der eingerichtet ist, Strom beziehungsweise Spannung aus der photoelektrischen Anordnung 120 abzuführen. In einem weiteren Ausführungsbeispiel ist mindestens eine weitere photoelektrische Anordnung vergleichbar zu der photoelektrischen Anordnung 120 zwischen der transparenten elektrisch leitfähige Schicht 110 und dem Rückseitenkontakt 103 angeordnet.
Die transparente elektrisch leitfähige Schicht 110 umfasst Zinkoxid. Die erste transparente elektrisch leitfähige Schicht 111 und die zweite transparente elektrisch leitfähige Schicht 112 umfassen ebenso jeweils Zinkoxid. Eine dem Substrat 101 abgewandte Oberfläche 115 der zweiten transparenten elektrisch leitfähige Schicht 112 weist eine möglichst homogen ausgebildete raue Textur auf, so dass diese Oberfläche ein gutes Streuvermögen für das einfallende Licht in einem Wellenlängenbereich von 400 Nanometer bis 1200 Nanometer aufweist. Dadurch kann die Effektivität der photoelektrischen Anordnung 120 erhöht werden, da der Weg der einfallenden Strahlung durch die photoelektrische Vorrichtung 120 im Mittel verlängert wird, das einfallende Licht besser in die photoelektrische Vorrichtung 120 eingekoppelt wird und eine höhere Absorptionswahrscheinlichkeit der einfallenden Strahlung erreicht wird.
Zudem weist die transparente elektrisch leitfähige Schicht 110 eine möglichst gute optische Transmisivität sowie eine möglichst gute elektrische Leitfähigkeit auf. Die erste transparente elektrisch leitfähige Schicht 111 weist für sich genommen andere Eigenschaften bezüglich der Oberflächenstrukturierbarkeit, also der Möglichkeit eine homogene rauen Textur auf der Oberfläche auszubilden, der optischen Transmisivität sowie der elektrischen Leitfähigkeit auf als die zweite transparente elektrisch leitfähige Schicht 112, wenn die Schichten 111 und 112 jeweils getrennt voneinander für sich genommen betrachtet werden. Die erste transparente elektrisch leitfähige Schicht 111 weist eine von der zweiten transparenten elektrisch leitfähigen Schicht 112 verschiedene Kristallinität, eine verschiedene Orientierung und/oder eine verschiedene Terminierung auf. Die erste transparente elektrisch leitfähige Schicht 111 weist eine von der zweiten transparenten elektrisch leitfähigen Schicht 112 verschiedene Morphologie und Struktur auf.
Die zweite transparente elektrisch leitfähige Schicht 112 ist optisch transparenter und besser leitfähig als die erste transparente elektrisch leitfähige Schicht 111, wenn die Schichten jeweils getrennt voneinander für sich genommen betrachtet werden. Die erste transparente elektrisch leitfähige Schicht 111 weist Eigenschaften auf, so dass die erste transparente elektrisch leitfähige Schicht 111 für sich alleine genommen nur unzureichend als Frontelektrode verwendet werden könnte. Die Kristallinität, die Orientierung und/oder die Terminierung der zweiten transparenten elektrisch leitfähigen Schicht 112 ist ausgebildet, weil die zweite transparente elektrisch leitfähigen Schicht 112 auf der ersten transparenten elektrisch leitfähige Schicht 111 angeordnet ist. Die zweite transparente elektrisch leitfähige Schicht 112 würde für sich alleine genommen bei gleichem Herstellungsprozess eine unterschiedliche Kristallinität, Orientierung und/oder Terminierung ausbilden als bei Anordnung auf der ersten transparenten elektrisch leitfähige Schicht 111.
Eine gute Oberflächenstrukturierbarkeit umfasst insbesondere, dass durch ein Ätzen, beispielsweise mit verdünnter Salzsäure, eine möglichst homogene Rauhigkeit bezogen auf die Substratfläche, die zu einer verbesserten Lichtstreuung führt, auf der Oberfläche 115 der transparenten elektrisch leitfähigen Schicht 110 ausgebildet werden kann.
Eine Dicke 113 der ersten transparenten elektrisch leitfähigen Schicht 111 in X-Richtung ist größer als etwa 30 Nanometer und kleiner als etwa 400 Nanometer. Insbesondere ist die Dicke 113 kleiner als 100 Nanometer, vorzugsweise kleiner als etwa 50 Nanometer und beispielsweise 40 Nanometer ± 10%.
Eine Dicke 114 der zweiten transparenten elektrisch leitfähigen Schicht 112 in X-Richtung ist größer als etwa 200 Nanometer und kleiner als etwa 1000 Nanometer. Insbesondere ist die Dicke 114 größer als etwa 600 Nanometer und kleiner als etwa 900 Nanometer, beispielsweise 800 Nanometer ± 10%. Die Dicke 114 der zweiten transparenten elektrisch leitfähigen Schicht ist abhängig von einer möglichst guten optischen Transmisivität und elektrischen Leitfähigkeit.
2A zeigt schematisch einen ersten Herstellungsschritt zur Herstellung der Anordnung 100. In X-Richtung wird auf das transparente Substrat 101 die Passivierungsschicht 102 abgeschieden. Auf die Passivierungsschicht 102 wird die erste transparente elektrisch leitfähige Schicht 111 abgeschieden. In einem weiteren Ausführungsbeispiel wird die erste transparente elektrisch leitfähige Schicht 111 direkt auf das transparente Substrat 101 abgeschieden ohne dass zwischen der ersten transparente elektrisch leitfähige Schicht 111 und dem transparenten Substrat 101 die Passivierungsschicht 102 angeordnet ist, so dass sich die erste transparente elektrisch leitfähige Schicht 111 und das transparente Substrat 101 berühren.
Die erste transparente elektrisch leitfähige Schicht wird beispielsweise durch ein Depositionssputterverfahren abgeschieden. Die Eigenschaften der ersten transparenten elektrisch leitfähigen Schicht 111, insbesondere bezüglich Oberflächenstrukturierbarkeit, optischer Transmissivität oder elektrischer Leitfähigkeit sind abhängig von Abscheideparametern während des Depositionssputterverfahrens. Parameter, von denen die Eigenschaften der ersten transparenten elektrisch leitfähigen Schicht abhängen, umfassen mindestens eines aus Substrattemperatur, Leistungsdichte, Sauerstoffpartialdruck und Prozessdruck.
Die erste transparente elektrisch leitfähige Schicht 111 wird bei Parametern abgeschieden, bei denen herkömmlich gewünschte Eigenschaften einer Frontelektrode nicht hergestellt werden können. In einem Ausführungsbeispiel wird die erste transparente elektrisch leitfähige Schicht 111 bei einer Substrattemperatur von 250°C ± 10% bis 350°C ± 10% abgeschieden. Die erste transparente elektrisch leitfähige Schicht 111 wird bei einer Leistungsdichte bezogen auf die Erosionsfläche von 0,1 Watt/Quadratzentimeter ± 10% bis 100 Watt/Quadratzentimeter ± 10% abgeschieden, insbesondere bei einer Leistungsdichte von 0,5 Watt/Quadratzentimeter ± 10% bis 5 Watt/Quadratzentimeter ± 10%. Die erste transparente elektrisch leitfähige Schicht 111 wird bei einem Sauerstoffpartialdruck von 1 × 10^–6 bis 5 × 10^–4 hPa (1 × 10^–6 bis 5 × 10^–4 mbar) ± 10% abgeschieden. Die erste transparente elektrisch leitfähige Schicht 111 wird bei einem Prozessdruck von 1 × 10^–3 bis 50 × 10^–3 hPa (1 × 10^–3 bis 50 × 10^–3 mbar) ± 10% abgeschieden.
Die erste transparente elektrisch leitfähige Schicht 111 ist als Untergrund für die zweite transparente elektrisch leitfähige Schicht 112 ausgebildet. Durch die transparente elektrisch leitfähige Schicht 111 kann die zweite transparente elektrisch leitfähige Schicht 112, die im Folgenden abgeschieden wird, mit anderen Abscheideparametern abgeschieden werden, als wenn die transparente elektrisch leitfähige Schicht 110 lediglich die zweite transparente elektrisch leitfähige Schicht 112 als einzige Schicht aufweist.
2B zeigt einen Schritt während der Herstellung, in dem die zweite transparente elektrisch leitfähige Schicht 112 in X-Richtung auf die erste transparente elektrisch leitfähige Schicht 111 abgeschieden wurde. Die zweite transparente elektrisch leitfähige Schicht 112 wird direkt auf die erste transparente elektrisch leitfähige Schicht 111 abgeschieden, so dass sich die erste und die zweite transparente elektrisch leitfähige Schicht jeweils berühren.
Die zweite transparente elektrisch leitfähige Schicht 112 wird mit Abscheideparametern des Depositionssputterverfahrens abgeschieden, die zumindest teilweise von den Abscheideparametern der ersten transparenten elektrisch leitfähige Schicht 111 verschieden sind. Die zweite transparente elektrisch leitfähige Schicht 112 wird mit Parametern abgeschieden, so dass vorrangig eine besonders gute optische Transmissivität und elektrische Leitfähigkeit der zweiten transparenten elektrisch leitfähige Schicht 112 realisiert wird. Dadurch, dass die zweite transparente elektrisch leitfähige Schicht 112 auf die ersten transparenten elektrisch leitfähigen Schicht 111 abgeschieden wird, weist die zweite transparente elektrisch leitfähige Schicht 112 zusätzlich eine vergleichsweise gute Oberflächenstrukturierbarkeit auf, obwohl die Abscheideparameter vorrangig auf eine besonders gute optische Transmissivität und elektrische Leitfähigkeit optimiert sind.
Beispielsweise wird die zweite transparente elektrisch leitfähige Schicht 112 bei einer Substrattemperatur von 300 ± 10% bis 450°C ± 10% abgeschieden. Insbesondere wird die zweite transparente elektrisch leitfähige Schicht 112 bei einer höheren Substrattemperatur als die erste transparente elektrisch leitfähige Schicht 111. Der Abstand der jeweiligen Substrattemperatur der ersten und der zweiten transparenten elektrisch leitfähigen Schicht ist möglichst groß, so dass möglichst große Unterschiede in den Eigenschaften der Schichten realisiert werden können. Beispielsweise weisen die Temperaturen eine Differenz zwischen 50°C und 200°C auf.
Die zweite transparente elektrisch leitfähige Schicht 112 wird bei einer Leistungsdichte bezogen auf die Erosionsfläche von 0,1 Watt/Quadratzentimeter ± 10% bis 100 Watt/Quadratzentimeter ± 10% abgeschieden, insbesondere bei einer Leistungsdichte von 2 Watt/Quadratzentimeter ± 10% bis 20 Watt/Quadratzentimeter ± 10%. Die zweite transparente elektrisch leitfähige Schicht 112 wird bei einem Sauerstoffpartialdruck von 1 × 10^–6 bis 5 × 10^–5 hPa (1 × 10^–6 bis 5 × 10^–5 mbar) ± 10% abgeschieden. Die zweite transparente elektrisch leitfähige Schicht 111 wird bei einem Prozessdruck von 1 × 10^–3 bis 50 × 10^–3 hPa (1 × 10^–3 bis 50 × 10^–3 mbar) ± 10% abgeschieden.
Die erste transparente elektrisch leitfähige Schicht 111 wird mit Parametern abgeschieden, so dass die erste transparente elektrisch leitfähige Schicht 111 andere Eigenschaften bezüglich der Oberflächenstrukturierbarkeit für sich genommen allein stehend aufweist als die zweite transparente elektrisch leitfähige Schicht 112 für sich genommen allein stehend.
Durch das unmittelbare Abscheiden der zweiten transparenten elektrisch leitfähige Schicht 112 auf die erste transparente elektrisch leitfähige Schicht 111, so dass die transparente elektrisch leitfähige Schicht 110 ausgebildet wird, die als Frontelektrode für eine photoelektrische Anordnung verwendet werden kann, kann die zweite transparente elektrisch leitfähige Schicht 112 optimiert auf elektrische Leitfähigkeit und optische Transmissivität abgeschieden werden. Die zweite transparente elektrisch leitfähige Schicht 112 bildet zudem eine vergleichsweise gute Oberflächenstrukturierbarkeit aus, weil sie die erste transparente elektrisch leitfähige Schicht 111 als der Grundlage hat. So kann eine transparente elektrisch leitfähige Schicht 110 ausgebildet werden, die sowohl bezüglich der Oberflächenstrukturierbarkeit als auch der elektrischen Leitfähigkeit und der optischen Transmisivität besonders gute Eigenschaften aufweist.
In einer weiten Ausführungsform werden nach dem Abscheiden der ersten transparenten elektrisch leitfähigen Schicht 111 und vor dem Abscheiden der zweiten transparenten elektrisch leitfähigen Schicht 112 eine oder mehrere weitere transparente elektrisch leitfähige Schichten abgeschieden, so dass die transparente elektrisch leitfähige Schicht 110 mit drei oder mehr elektrisch leitfähigen Schicht 110 ausgebildet wird, wie in Verbindung mit 3 erläutert.
2C zeigt dass die photoelektrische Vorrichtung 120 beginnend mit der p-dotierten Schichten 121 auf die transparente elektrisch leitfähige Schicht 110 abgeschieden wurde. Vor dem Abscheiden der photoelektrische Vorrichtung 120 und nach dem Abscheiden der zweiten transparenten elektrisch leitfähige Schicht 112 wird die Oberfläche 115 in einem Ätzschritt strukturiert. Beispielsweise wird auf der Oberfläche 115 durch verdünnte Salzsäure eine raue Textur zur Streuung von einfallender Strahlung während des Betriebs ausgebildet. Dadurch, dass die zweite transparente elektrisch leitfähige Schicht 112 direkt auf die ersten transparenten elektrisch leitfähigen Schicht 111 abgeschieden wurde und die Kristallinität, Orientierung und Terminierung Abhängig von der ersten elektrisch leitfähigen Schicht 111 ausgebildet sind, lässt sich auf der Oberfläche durch das Ätzen eine relativ homogene raue Textur ausbilden.
Auf die n-dotierte Schicht 123 der photoelektrischen Vorrichtung 120 kann sowohl der Rückseitenkontakt 103 als auch eine weitere photoelektrische Vorrichtung abgeschieden werden oder weitere Schichten, beispielsweise eine Reflektionsschicht.
Die Anordnung 100 mit der photoelektrische Vorrichtung 120 kann in Solarmodulen verwendet werden, die beispielsweise auf transparenten Substraten von etwa einem halben Quadratmeter bis etwa 25 Quadratmeter, aber auch kleiner oder größer, insbesondere auf transparenten Substraten von etwa 1,8 Quadratmeter bis etwa 5,7 Quadratmeter, als so genannte Dünnschichtsolarmodule verwendet werden. Flexible Substrate können eine Breite von bis zu etwa 4,5 Meter aufweisen, insbesondere eine Breite von etwa 0,6 Meter.
Zwei oder mehr Anordnungen 100 können elektrisch in Serie geschaltet werden. Insbesondere in Hinblick auf die erste und zweite transparente elektrisch leitfähige Schicht auf einer relativ großen Fläche, beispielsweise von etwa fünf Quadratmeter, kann die Oberfläche 115 relativ gut homogen über die gesamte Fläche durch Ätzen strukturiert werden.
3 zeigte eine weitere Ausführungsform der Anordnung 100. Im Unterschied zu der Ausführungsform, die in Verbindung mit 1 erläutert wurde, umfasst die transparente elektrisch leitfähige Schicht 110 eine dritte transparente elektrisch leitfähige Schicht 116.
Die dritte transparente elektrisch leitfähige Schicht 116 ist zwischen der ersten transparenten elektrisch leitfähigen Schicht 111 und der zweiten transparenten elektrisch leitfähigen Schicht 112 angeordnet. In einer weiteren Ausführungsform umfasst die transparente elektrisch leitfähige Schicht 110 eine oder mehrere weitere transparente elektrisch leitfähige Schichten (nicht gezeigt), die zwischen der ersten transparenten elektrisch leitfähigen Schicht 111 und der zweiten transparenten elektrisch leitfähigen Schicht 112 angeordnet sind.
Die dritte transparente elektrisch leitfähige Schicht 116 weist in X-Richtung einen Gradienten bezüglich der Eigenschaften, beispielsweise der Kristallinität und/oder der Orientierung, zwischen den Eigenschaften der ersten transparenten elektrisch leitfähigen Schicht 111 und der zweiten transparenten elektrisch leitfähigen Schicht 112 auf.
Während der Herstellung der transparenten elektrisch leitfähigen Schicht 110 wird zuerst die erste transparente elektrisch leitfähige Schicht 111 mit ersten Abscheideparametern abgeschieden. Wenn der Abscheidevorgang der ersten transparenten elektrisch leitfähigen Schicht 111 beendet ist, werden die Abscheideparameter geändert zu den zweiten Abscheideparametern, bei denen die zweite transparente elektrisch leitfähige Schicht 112 abgeschieden wird. Während der Änderung der Abscheideparameter wird die dritte transparente elektrisch leitfähige Schicht 116 abgeschieden. Die dritte transparente elektrisch leitfähige Schicht 116 wird bei sich ändernden Abscheideparametern abgeschieden.
Bezugszeichenliste

100: Anordnung
101: Substrat
102: Passivierungsschicht
103: Rückkontakt
110: transparente elektrisch leitfähige Schicht
111: erste transparente elektrisch leitfähige Schicht
112: zweite transparente elektrisch leitfähige Schicht
113: Dicke
114: Dicke
115: Oberfläche
116: dritte transparente elektrisch leitfähige Schicht
120: photoelektrische Vorrichtung
121: P-Schicht
122: I-Schicht
123: N-Schicht

Claims

Verfahren zur Herstellung einer transparenten Elektrode (110) auf einem transparenten Substrat (101), umfassend – Bereitstellen des transparenten Substrats (101), – Abscheiden einer ersten transparenten elektrisch leitfähigen Schicht (111) auf das transparente Substrat (101) mit einer Eigenschaft, – Abscheiden einer zweiten transparenten elektrisch leitfähigen Schicht (112) auf die erste transparente elektrisch leitfähige Schicht (111) mit einer Eigenschaft, wobei – die Eigenschaft der zweiten transparenten elektrisch leitfähigen Schicht (112) abhängig von der Eigenschaft der ersten transparenten elektrisch leitfähigen Schicht (111) ist, – Abscheiden der ersten transparenten elektrisch leitfähigen Schicht (111) bei einer ersten Substrattemperatur und – Abscheiden der zweiten transparenten elektrisch leitfähigen Schicht (112) bei einer zweiten Substrattemperatur, wobei die erste Substrattemperatur kleiner als die zweite Substrattemperatur ist, – Ätzen einer der ersten transparenten elektrisch leitfähigen Schicht (111) abgewandten Oberfläche (115) der zweiten transparenten elektrisch leitfähigen Schicht (112) zur Strukturierung der zweiten transparenten elektrisch leitfähigen Schicht (112).
Verfahren zur Herstellung einer transparenten Elektrode (110) auf einem transparenten Substrat (101), umfassend – Bereitstellen des transparenten Substrats (101), – Abscheiden einer ersten transparenten elektrisch leitfähigen Schicht (111) auf das transparente Substrat (101) mit einer Eigenschaft, – Abscheiden einer zweiten transparenten elektrisch leitfähigen Schicht (112) auf die erste transparente elektrisch leitfähige Schicht (111) mit einer Eigenschaft, wobei – die Eigenschaft der zweiten transparenten elektrisch leitfähigen Schicht (112) abhängig von der Eigenschaft der ersten transparenten elektrisch leitfähigen Schicht (111) ist, – Abscheiden der ersten transparenten elektrisch leitfähigen Schicht (111) bei einer ersten Leistungsdichte und – Abscheiden der zweiten transparenten elektrisch leitfähigen Schicht (112) bei einer zweiten Leistungsdichte, wobei die erste Leistungsdichte kleiner als die zweite Leistungsdichte ist, – Ätzen einer der ersten transparenten elektrisch leitfähigen Schicht (111) abgewandten Oberfläche (115) der zweiten transparenten elektrisch leitfähigen Schicht (112) zur Strukturierung der zweiten transparenten elektrisch leitfähigen Schicht (112).
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei der die jeweilige Eigenschaft der Schicht (111; 112) mindestens eines aus Kristallinität, Orientierung und Terminierung der jeweiligen Schicht (112; 112) umfasst.