DE102010004996B4 - Process for producing a cadmium telluride solar cell - Google Patents

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Abstract

Verfahren zur Herstellung einer Cadmiumtellurid-Solarzelle, umfassend folgende Schritte: – Aufbringen einer transparenten leitfähigen Schicht auf ein Substrat; - Aufbringen einer Schicht aus Cadmiumsulfid auf die transparente, leitfähige Schicht; – Aufbringen einer Schicht aus Cadmiumtellurid auf die Cadmiumsulfidschicht; – Verarmung der Cadmiumtelluridschicht an Cadmium durch zumindest partielles Aufschmelzen eines oberflächennahen Schichtabschnitts der Cadmiumtelluridschicht durch Laserbestrahlung; und – Abscheiden einer Kontaktschicht auf der Cadmiumtelluridschicht.Method for producing a cadmium telluride solar cell, comprising the following steps: application of a transparent conductive layer to a substrate; - applying a layer of cadmium sulfide to the transparent, conductive layer; Applying a layer of cadmium telluride to the cadmium sulfide layer; - Depletion of cadmium in the cadmium telluride layer by at least partial melting of a layer section of the cadmium telluride layer close to the surface by laser irradiation; and - depositing a contact layer on the cadmium telluride layer.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Cadmiumtellurid-Solarzelle.The invention relates to a method for producing a cadmium telluride solar cell.

Cadmiumtellurid-Solarzellen sind aus der Praxis bekannt und umfassen neben einer Schicht aus Cadmiumtellurid (CdTe), das ein natürlich p-leitender Halbleiter ist, zur Herstellung eines Hetero-Übergangs eine Schicht aus Cadmiumsulfid (CdS), welches ein n-leitender Halbleiter ist. Zur Herstellung der Solarzelle wird zunächst auf ein Glassubstrat eine transparente leitende Schicht, insbesondere eine transparente leitfähige Oxidschicht aufgebracht. Auf die transparente leitende Schicht wird die Schicht aus Cadmiumsulfid aufgebracht, auf welche wiederum die Cadmiumtelluridschicht aufgebracht wird. Zur Kontaktierung der Cadmiumtelluridschicht erfolgt abschließend die Abscheidung einer Kontaktschicht, über welche die Solarzelle in eine elektrische Schaltung integriert werden kann.Cadmium telluride solar cells are known in the art and include, in addition to a layer of cadmium telluride (CdTe), which is a naturally p-type semiconductor, a layer of cadmium sulfide (CdS), which is an n-type semiconductor, to produce a heterojunction. To produce the solar cell, a transparent conductive layer, in particular a transparent conductive oxide layer, is first applied to a glass substrate. On the transparent conductive layer, the layer of cadmium sulfide is applied, on which in turn the Cadmiumtelluridschicht is applied. To contact the Cadmiumtelluridschicht takes place finally the deposition of a contact layer, via which the solar cell can be integrated into an electrical circuit.

In der Praxis hat sich der elektrische Kontakt zwischen der Cadmiumtelluridschicht und der in der Regel aus Metall gebildeten Kontaktschicht als kritisch erwiesen. Insbesondere hat dieser Kontakt ohne zusätzliche Maßnahmen so ungünstige elektrische Eigenschaften, dass die Solarzelle einen unzureichenden Wirkungsgrad hat.In practice, the electrical contact between the cadmium telluride layer and the contact layer, which is usually made of metal, has proved to be critical. In particular, this contact without additional measures has such unfavorable electrical properties that the solar cell has an insufficient efficiency.

Ferner ist es bekannt, dass der elektrische Kontakt zwischen der Cadmiumtelluridschicht und der Metallkontaktschicht durch eine Anreicherung von Tellur gegenüber der stöchiometrischen Zusammensetzung an der Grenzfläche der Cadmiumtelluridschicht verbessert werden kann. Dies wird bisher beispielsweise dadurch erreicht, dass der oben beschriebene Schichtaufbau der Cadmiumtellurid-Solarzelle unter Weglassen der Kontaktschicht hergestellt wird und dann in ein Säurebad aus Salpetersäure und/oder Phosphorsäure getaucht wird, wodurch Cadmium aus der Oberfläche der Cadmiumtelluridschicht gelöst wird. Es handelt sich also um einen nasschemischen Ätzprozess. Ein solcher ist aber nur schwer in einen automatisierten Fertigungsprozess integrierbar. Die Abscheidung der Kontaktschicht erfolgt nach dem Ätzprozess.Furthermore, it is known that the electrical contact between the cadmium telluride layer and the metal contact layer can be improved by an enrichment of tellurium for the stoichiometric composition at the interface of the cadmium telluride layer. This has hitherto been achieved, for example, by producing the above-described layer structure of the cadmium telluride solar cell with omission of the contact layer and then immersing it in an acid bath of nitric acid and / or phosphoric acid, whereby cadmium is released from the surface of the cadmium telluride layer. It is therefore a wet-chemical etching process. However, such is difficult to integrate into an automated manufacturing process. The deposition of the contact layer takes place after the etching process.

Aus der Druckschrift DE 100 58 541 A1 ist ein Verfahren zur Herstellung einer durchsichtigen Siliziumsolarzelle bekannt. Bei diesem Verfahren wird zunächst eine leitfähige Schicht auf ein Substrat aufgebracht. Anschließend wird eine erste dotierte amorphe Siliziumschicht geformt, die in eine polykristalline Schicht überführt wird. In einem weiteren Schritt wird auf die polykristalline Siliziumschicht eine zweite amorphe Siliziumschicht aufgebracht, die in einem nachfolgenden Schritt in eine durchsichtige polykristalline Siliziumschicht überführt wird. In einem weiteren Schritt wird eine zweite leitende Schicht aufgebracht, die als Kontaktschicht fungiert.From the publication DE 100 58 541 A1 a method for producing a transparent silicon solar cell is known. In this method, a conductive layer is first applied to a substrate. Subsequently, a first doped amorphous silicon layer is formed, which is converted into a polycrystalline layer. In a further step, a second amorphous silicon layer is applied to the polycrystalline silicon layer, which is converted in a subsequent step in a transparent polycrystalline silicon layer. In a further step, a second conductive layer is applied, which acts as a contact layer.

Aus der Druckschrift US 5 714 404 A ist ein Verfahren zur Herstellung von polykristallinen Filmen bekannt, wobei mindestens ein Film aus Cadmiumtellurid oder Cadmiumsulfid bestehen kann. Eine Umkristallisierung der Schicht kann mittels Laserbestrahlung erreicht werden.From the publication US 5 714 404 A For example, a method for producing polycrystalline films is known, wherein at least one film may consist of cadmium telluride or cadmium sulfide. A recrystallization of the layer can be achieved by means of laser irradiation.

Aus der Veröffentlichung Gnatyuk, V. A., et al.: ”Surface State of CdTe Crystals Irradiated by KrF Excimer Laser Pulses Near The Melting Threshold”; Surface Science, 2003, S. 142–149 ist es bekannt, bei einem Cadmiumtelluridkristall die Oberfläche durch Laserbestrahlung an Cadmium zu verarmen.From the publication Gnatyuk, V.A., et al .: "Surface State of CdT Crystals Irradiated by KrF Excimer Laser Pulse Near The Melting Threshold"; Surface Science, 2003, pp 142-149 it is known to deplete the surface of a cadmium telluride crystal by laser irradiation to cadmium.

Die Veröffentlichung Tews, H.; An, C.: ”Low-resistivity Ohmic Contacts on p-TypeCdTe by Pulsed Laser Heating”; Journal of Applied Physics, 1982, Vol. 53, S. 5339–5341 beschreibt ein Verfahren, bei welchem ein Schichtabschnitt einer Cadmiumtelluridschicht zur Herstellung einer guten Kontaktierung zwischen angrenzenden Schichten mittels eines Lasers erhitzt wird.The publication Tews, H .; An, C .: "Low-resistivity Ohmic Contacts on p-Type CdTe by Pulsed Laser Heating"; Journal of Applied Physics, 1982, Vol. 53, pp. 5339-5341 describes a method in which a layer portion of a cadmium telluride layer is heated by means of a laser to produce a good contact between adjacent layers.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung einer Cadmiumtellurid-Solarzelle zu schaffen, mit dem eine hinreichend gute Kontaktierung zwischen der Kontaktschicht und der Cadmiumtelluridschicht erreichbar ist und das in einfacher Weise in einen automatisierten Fertigungsprozess integriert werden kann.The invention has for its object to provide a method for producing a cadmium telluride solar cell, with which a sufficiently good contact between the contact layer and the Cadmiumtelluridschicht can be achieved and which can be integrated in a simple manner in an automated manufacturing process.

Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß durch das Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruches 1 gelöst.This object is achieved by the method with the features of claim 1.

Es wird mithin ein Verfahren zur Herstellung einer Cadmiumtellurid-Solarzelle vorgeschlagen, das folgende Schritte umfasst:

  • – Aufbringen einer transparenten leitfähigen Schicht auf ein Substrat, vorzugsweise aus Glas oder einer Folie;
  • – Aufbringen einer Schicht aus Cadmiumsulfid auf die transparente leitfähige Schicht;
  • – Aufbringen einer Schicht aus Cadmiumtellurid auf die Cadmiumsulfidschicht;
  • – zumindest partielles Aufschmelzen eines oberflächennahen Schichtabschnitts der Cadmiumtelluridschicht durch Laserbestrahlung zur Verarmung der Cadmiumtelluridschicht an Cadmium; und
  • – Abscheiden einer Kontaktschicht auf der Cadmiumtelluridschicht.
A method for producing a cadmium telluride solar cell is therefore proposed, which comprises the following steps:
  • - Applying a transparent conductive layer on a substrate, preferably made of glass or a film;
  • Applying a layer of cadmium sulfide to the transparent conductive layer;
  • - applying a layer of cadmium telluride to the cadmium sulfide layer;
  • At least partial melting of a near-surface layer section of the cadmium telluride layer by laser irradiation for depletion of the cadmium telluride layer on cadmium; and
  • - depositing a contact layer on the Cadmiumtelluridschicht.

Durch das zumindest partielle Aufschmelzen der in der Regel kristallin bzw. mikrokristallin vorliegenden Cadmiumtelluridschicht wird also dieselbe an Cadmium verarmt bzw. an der Grenzfläche zu der Kontaktschicht an Tellur angereichert, so dass ein guter elektrischer Kontakt zwischen der Cadmiumtelluridschicht und der einen elektrischen Rückkontakt der Solarzelle bildenden Kontaktschicht gewährleistet werden kann. Durch die Laserbestrahlung werden oberflächennahe Schichtabschnitte der Cadmiumtelluridschicht so weit erwärmt, dass Cadmium selektiv verdampft. Das Verfahren nach der Erfindung macht sich die Stoffeigenschaft zunutze, dass in dem Cadmiumtelluridsystem der Dampfdruck von Cadmium wesentlich höher ist als der Dampfdruck von Tellur. Das Cadmium dampft bei der Laserbestrahlung an der Oberfläche der Cadmiumtelluridschicht mit einer Rate r ab, die sich gemäß der so genannten Hertz-Knudsen-Gleichung

Figure DE102010004996B4_0002
ergibt, wobei M das Molekulargewicht von Cadmium darstellt, welches 112,4 g/mol beträgt, T die Temperatur in Kelvin und p den temperaturabhängigen Gleichgewichtsdampfdruck von Cadmium über Cadmiumtellurid darstellt. Der Schmelzpunkt Tm von Cadmiumtellurid liegt bei einem Umgebungsdruck von 1,013 bar bei 1092°C.The at least partial melting of the generally crystalline or microcrystalline cadmium telluride layer thus becomes the same Cadmium impoverished or enriched at the interface to the contact layer of tellurium, so that a good electrical contact between the Cadmiumtelluridschicht and the electrical back contact of the solar cell forming contact layer can be ensured. The laser irradiation heats the near-surface layer sections of the cadmium telluride layer so that cadmium selectively evaporates. The method according to the invention makes use of the material property that in the cadmium telluride system the vapor pressure of cadmium is substantially higher than the vapor pressure of tellurium. The cadmium vaporizes at the surface of the cadmium telluride layer at laser irradiation at a rate r, which is in accordance with the so-called Hertz-Knudsen equation
Figure DE102010004996B4_0002
where M is the molecular weight of cadmium which is 112.4 g / mol, T is the temperature in Kelvin and p is the temperature-dependent equilibrium vapor pressure of cadmium over cadmium telluride. The melting point T m of cadmium telluride is at an ambient pressure of 1.013 bar at 1092 ° C.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens nach der Erfindung hat der oberflächennahe Schichtabschnitt der Cadmiumtelluridschicht, der zumindest partiell aufgeschmolzen wird, eine Dicke zwischen 10 nm und 1 μm.In a preferred embodiment of the method according to the invention, the near-surface layer section of the cadmium telluride layer, which is at least partially melted, has a thickness between 10 nm and 1 μm.

Um das Cadmium aus einer gewünschten Schichtdicke zu entfernen, muss es an die Oberfläche der Cadmiumtelluridschicht diffundieren, was in der durch die Laserbestrahlung erzeugten flüssigen Phase möglich ist. Die Dicke des tellurangereicherten Schichtabschnitts wird durch die Tiefe der Erhitzung vorgegeben. Diese ergibt sich aus der optischen Eindringtiefe der Laserstrahlung und der thermischen Eindringtiefe, welche durch die Wärmeleitung von Cadmiumtellurid und die Dauer der Laserbestrahlung bedingt ist. Des Weiteren ist die optische Eindringtiefe dopt abhängig vom Absorptionskoeffizienten α für die eingesetzte Laserstrahlung, und zwar gemäß der Beziehung dopt = 1/α. In order to remove the cadmium from a desired layer thickness, it must diffuse to the surface of the cadmium telluride layer, which is possible in the liquid phase produced by the laser irradiation. The thickness of the tellurium enriched layer portion is dictated by the depth of heating. This results from the optical penetration depth of the laser radiation and the thermal penetration depth, which is due to the thermal conduction of cadmium telluride and the duration of the laser irradiation. Furthermore, the optical penetration depth d opt depends on the absorption coefficient α for the laser radiation used, according to the relationship d opt = 1 / α.

Bei Nutzung einer Wellenlänge im ultravioletten Bereich, beispielsweise von 248 nm für einen KrF-Excimerlaser ergibt sich eine optische Eindringtiefe von einigen Nanometern, für grünes Licht mit einer Wellenlänge von beispielsweise 532 nm, wie sie ein frequenzverdoppelter Nd:YAG-Laser erzeugt, ergibt sich eine optische Eindringtiefe von 200 nm und für eine Wellenlänge im nahen Infrarotbereich von beispielsweise 1064 nm, wie sie von einem Nd:YAG-Laser erzeugt wird, ergibt sich eine optische Eindringtiefe von mehr als 100 μm. Daher werden vorzugsweise bei dem Verfahren nach der Erfindung Laser eingesetzt, die grünes Licht oder ultraviolette Strahlung emittieren.When using a wavelength in the ultraviolet range, for example of 248 nm for a KrF excimer laser results in an optical penetration of a few nanometers, for green light with a wavelength of, for example, 532 nm, as produced by a frequency doubled Nd: YAG laser results an optical penetration depth of 200 nm and for a wavelength in the near infrared region of, for example, 1064 nm, as generated by a Nd: YAG laser, results in an optical penetration depth of more than 100 microns. Therefore, preferably used in the method according to the invention are lasers emitting green light or ultraviolet radiation.

Die thermische Eindringtiefe ist abhängig von den Materialparametern des CdTe und der Dauer τ der Laserbestrahlung entsprechend der Beziehung dth =(a τ)1/2, wobei a die Temperaturleitfähigkeit bezeichnet und durch die Beziehung a = κ/ρc bestimmt ist, κ die Wärmeleitfähigkeit, ρ die Dichte und c die spezifische Wärme von Cadmiumtellurid ist.The thermal penetration depth is dependent on the material parameters of the CdTe and the duration τ of the laser irradiation according to the relationship d th = (a τ) 1/2 , where a denotes the thermal conductivity and is determined by the relationship a = κ / ρc, κ the thermal conductivity , ρ is the density and c is the specific heat of cadmium telluride.

Zu beachten ist bei der Durchführung des Verfahrens nach der Erfindung, dass die Wärmeleitfähigkeit κ von Cadmiumtellurid eine starke Temperaturabhängigkeit aufweist. Für eine etwaige Abschätzung der Wärmeleitfähigkeit lässt sich aber ein Mittelwert für den Temperaturbereich zwischen Raumtemperatur und dem bei 1092°C liegenden Schmelzpunkt von Cadmiumtellurid heranziehen. Bei einer vorgegebenen Bearbeitungstiefe lässt sich damit die erforderliche Bestrahlungsdauer des eingesetzten Lasers bestimmen. Vorzugsweise ergibt sich bei einer Bearbeitungstiefe von 200 nm eine Pulsdauer von 30 ns. Zweckmäßigerweise wird der Laser bei dem Verfahren nach der Erfindung ein Pulslaser eingesetzt, der mit einer Pulsdauer zwischen 8 ns und 1,5 μs betrieben wird. Wenn die Pulsdauer zu lange gewählt wird, dringt die von dem Laserstrahl erzeugte Wärme tiefer als erwünscht in die Cadmiumtelluridschicht ein, so dass bei ausreichender Laserpulsenergie der aufgeschmolzene Schichtabschnitt der Cadmiumtelluridschicht dicker als erwünscht ist. Es würde damit ein dickerer Schichtanteil modifiziert bzw. an Cadmium abgereichert werden. Wenn die Pulsdauer des Lasers zu kurz gewählt wird, wird hingegen ein zu dünner Schichtabschnitt modifiziert, und zwar mit dem Risiko, dass eine Überhitzung in oberflächennahen Bereichen der Cadmiumtelluridschicht eintritt, was eine ungewünschte Ablation von Tellur nach sich ziehen kann.It should be noted in carrying out the method according to the invention that the thermal conductivity κ of cadmium telluride has a strong temperature dependence. For a possible estimation of the thermal conductivity, however, an average value for the temperature range between room temperature and the melting point of cadmium telluride at 1092 ° C. can be used. With a given processing depth, the required irradiation duration of the laser used can be determined. Preferably, at a processing depth of 200 nm results in a pulse duration of 30 ns. Conveniently, the laser is used in the method according to the invention, a pulse laser, which is operated with a pulse duration between 8 ns and 1.5 microseconds. If the pulse duration is set too long, the heat generated by the laser beam penetrates deeper than desired into the cadmium telluride layer, so that with sufficient laser pulse energy the fused layer portion of the cadmium telluride layer is thicker than desired. It would thus be a thicker layer portion modified or depleted of cadmium. On the other hand, if the pulse duration of the laser is set too short, a section of layer that is too thin is modified, with the risk that overheating will occur in near-surface areas of the cadmium telluride layer, which may lead to undesired ablation of tellurium.

Vorzugsweise wird der Laser mit einer Fluenz bzw. Energieflussdichte betrieben, die zwischen 30 mJ/cm2 und 800 mJ/cm2 liegt. Grundsätzlich muss die Fluenz F des Lasers geeignet sein, die Cadmiumtelluridschicht bis hin zu der gewünschten Eindringtiefe auf den Schmelzpunkt von Cadmiumtellurid zu erwärmen, so dass das Cadmiumtellurid geschmolzen und das darin enthaltene Cadmium zumindest teilweise verdampft wird.Preferably, the laser is operated at a fluence of between 30 mJ / cm 2 and 800 mJ / cm 2 . In principle, the fluence F of the laser must be suitable for heating the cadmium telluride layer up to the desired penetration depth to the melting point of cadmium telluride, so that the cadmium telluride is melted and the cadmium contained therein is at least partially vaporized.

Das Verfahren kann auch so eingerichtet werden, dass mit mehreren aufeinander folgenden Laserpulsen an einer Stelle der Cadmiumtelluridschicht gearbeitet wird. Es ist darauf zu achten, dass innerhalb des jeweiligen Bestrahlungsgebiets die Energiedichte des Laserpulses auf der Schicht konstant ist. Um die gesamte Fläche der Schicht zu bestrahlen, muss diese mit dem Laserstrahl abgerastert werden.The method can also be set up in such a way that a number of successive laser pulses are used at one point of the cadmium telluride layer. It must be ensured that the energy density of the laser pulse on the layer is constant within the respective irradiation area. To irradiate the entire surface of the layer, it must be scanned with the laser beam.

Die transparente leitende Schicht kann aus einem Oxid, insbesondere aus Indiumzinnoxid, zinndotiertem Indiumoxid, Aluminiumzinkoxid und/oder aluminiumdotiertem Zinkoxid gebildet werden.The transparent conductive layer can be formed from an oxide, in particular from indium tin oxide, tin-doped indium oxide, aluminum zinc oxide and / or aluminum-doped zinc oxide.

Das Verfahren nach der Erfindung kann in einer geschlossenen Vakuumkette durchgeführt werden und ist mithin Inline-fähig.The process according to the invention can be carried out in a closed vacuum chain and is therefore inline-capable.

Denkbar ist es auch, dass das partielle Aufschmelzen eines oberflächennahen Schichtabschnitts der Cadmiumtelluridschicht außerhalb einer Anlage zum Aufbringen der Cadmiumtelluridschicht erfolgt. Beispielsweise werden in einer Vakuumanlage die einzelnen Schichten des Schichtaufbaus der Cadmiumtelluridsolarzelle abgesehen von der Kontaktschicht hergestellt, wobei anschließend außerhalb dieser Beschichtungsanlage der Aufschmelzprozess erfolgt. Nachfolgend wird wieder in einer Vakuumanlage die Kontaktschicht auf die Cadmiumtelluridschicht aufgebracht.It is also conceivable that the partial melting of a near-surface layer section of the cadmium telluride layer takes place outside a system for applying the cadmium telluride layer. For example, in a vacuum system, the individual layers of the layer structure of the cadmium telluride solar cell are produced apart from the contact layer, with the reflow process subsequently taking place outside this coating system. Subsequently, the contact layer is again applied to the Cadmiumtelluridschicht in a vacuum system.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen des Gegenstandes der Erfindung sind der Beschreibung, der Zeichnung und den Patentansprüchen entnehmbar.Further advantageous embodiments of the subject matter of the invention are the description, the drawings and the claims removed.

Ein Ausführungsbeispiel des Verfahrens nach der Erfindung ist in der Zeichnung schematisch vereinfacht dargestellt und wird in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.An embodiment of the method according to the invention is shown schematically simplified in the drawing and will be explained in more detail in the following description.

Die einzige Figur der Zeichnung zeigt einen Rezipienten, in dem zum einen die Schichten einer Cadmiumtellurid-Solarzelle aufgebracht werden und zum anderen eine Laserbestrahlung der Cadmiumtelluridschicht erfolgen kann.The sole figure of the drawing shows a recipient in which on the one hand the layers of a cadmium telluride solar cell are applied and on the other hand a laser irradiation of the cadmium telluride layer can take place.

In der Figur ist eine Auftraganlage 10 zur Herstellung einer Cadmiumtellurid-Solarzelle dargestellt, die eine Bedampfungskammer 12 umfasst, in deren Bodenbereich eine Fördereinrichtung 14 angeordnet ist, mittels der ein Substrat 16 der herzustellenden Cadmiumtellurid-Solarzelle zu bestimmten Prozessstationen gefördert werden kann. Im vorliegenden Fall ist das Substrat aus einem Kalknatronglas gebildet, das eine Grundfläche in der gewünschten Solarmodulgröße haben kann, die üblicherweise zwischen 1 m2 und 5 m2 liegt.In the figure is an order system 10 for producing a cadmium telluride solar cell, which is a vapor deposition chamber 12 comprises, in the bottom region of a conveyor 14 is arranged, by means of a substrate 16 the cadmium telluride solar cell to be produced can be conveyed to specific process stations. In the present case, the substrate is formed of a soda-lime glass which may have a footprint in the desired solar module size, which is usually between 1 m 2 and 5 m 2 .

Die Bedampfungskammer 12, in der ein Hochvakuum herrscht, hat eine Einführschleuse 18, über die das Glassubstrat 16 eingeschleust wird und zu einer Prozessstation I gefördert wird. An der Prozessstation I wird zunächst auf das Substrat mittels einer Beschichtungseinrichtung 20 eine Indiumzinnoxidschicht (ITO-Schicht) aufgebracht, die ein transparentes leitfähiges Oxid darstellt und den Frontkontakt der Solarzelle bildet. Die Schichtdicke der Indiumzinnoxidschicht beträgt etwa 100 nm.The vaporization chamber 12 , in which a high vacuum prevails, has an introducer sheath 18 over which the glass substrate 16 is introduced and is conveyed to a process station I. At the process station I is first on the substrate by means of a coating device 20 an indium tin oxide (ITO) layer is deposited, which is a transparent conductive oxide and forms the front contact of the solar cell. The layer thickness of the indium tin oxide layer is about 100 nm.

Alternativ kann ein Glassubstrat verwendet werden, das schon mit einer ITO-Schicht versehen ist.Alternatively, a glass substrate already provided with an ITO layer may be used.

Nach dem Aufbringen der Indiumzinnoxidschicht auf das Glassubstrat 16 wird mittels einer zweiten Beschichtungseinrichtung 22 eine kristalline bzw. mikrokristalline Cadmiumsulfidschicht auf der Indiumzinnoxidschicht abgeschieden. Die Schichtdicke der Cadmiumsulfidschicht beträgt etwa 100 nm. Daraufhin wird mittels einer dritten Beschichtungseinrichtung 24 eine kristalline bzw. mikrokristalline Cadmiumtelluridschicht auf der Cadmiumsulfidschicht abgeschieden, und zwar mit einer Schichtdicke von etwa 1 bis 10 μm.After application of the indium tin oxide layer on the glass substrate 16 is by means of a second coating device 22 deposited a crystalline or microcrystalline cadmium sulfide layer on the Indiumzinnoxidschicht. The layer thickness of the cadmium sulfide layer is about 100 nm. Subsequently, by means of a third coating device 24 deposited a crystalline or microcrystalline cadmium telluride layer on the cadmium sulfide layer, with a layer thickness of about 1 to 10 microns.

Nach dem Aufbringen der Indiumzinnoxidschicht, der Cadmiumsulfidschicht und der Cadmiumtelluridschicht auf das Glassubstrat 16 wird der so erzeugte Schichtaufbau mittels der Fördereinrichtung 14 von der Prozessstation 1 zu der Prozessstation II gefördert. Dort wird die oben angeordnete Cadmiumtelluridschicht durch Bestrahlung mittels eines Lasers 26 in einem oberflächennahen Schichtabschnitt einer Dicke von etwa 200 nm aufgeschmolzen. Als Laser 26 wird ein Excimer-Laser mit einer Wellenlänge von 248 oder 351 nm eingesetzt, dessen Strahlung eine optische Eindringtiefe von etwa 5 nm in die Cadmiumtelluridschicht hat. Ferner stellt der Laser 26 einen Kurzpulslaser dar, dessen Pulsdauer etwa 30 ns beträgt. Der Laser 26 wird mit einer Energieflussdichte von etwa 180 mJ/cm2 betrieben. Alternativ kann auch ein frequenzverdoppelter Nd:YAG-Laser mit einer Wellenlänge von 532 nm eingesetzt werden.After applying the indium tin oxide layer, the cadmium sulfide layer and the cadmium telluride layer to the glass substrate 16 the layer structure thus produced is conveyed by means of the conveyor 14 from the process station 1 promoted to the process station II. There, the cadmium telluride layer arranged above is irradiated by means of a laser 26 melted in a near-surface layer portion of a thickness of about 200 nm. As a laser 26 an excimer laser with a wavelength of 248 or 351 nm is used whose radiation has an optical penetration depth of about 5 nm into the cadmium telluride layer. Further, the laser presents 26 a short pulse laser whose pulse duration is about 30 ns. The laser 26 is operated at an energy flux density of about 180 mJ / cm 2 . Alternatively, a frequency doubled Nd: YAG laser with a wavelength of 532 nm can be used.

Der Excimerlaser 26 wird beispielsweise mit einer Pulswiederholrate von 200 Hz betrieben. Von Puls zu Puls wird der Strahl über das Substrat gerastert. Bei einer Pulsenergie des Lasers von 1,5 J kann der Strahl, abhängig von den Verlusten der Strahloptik beispielsweise eine Fläche von ca. 4 cm2 pro Puls bestrahlen, so dass insgesamt 800 cm2/s bearbeitet werden können.The excimer laser 26 is operated, for example, with a pulse repetition rate of 200 Hz. From pulse to pulse, the beam is scanned across the substrate. At a pulse energy of the laser of 1.5 J, the beam, depending on the losses of the beam optics, for example, an area of about 4 cm 2 per pulse irradiate, so that a total of 800 cm 2 / s can be processed.

Durch das mittels des Lasers 26 erfolgende Aufschmelzen des oberflächennahen Schichtabschnitts der Cadmiumtelluridschicht erfolgt in diesem Schichtabschnitt eine Abreicherung an Cadmium, da Cadmium aufgrund seines gegenüber Tellur höheren Dampfdrucks über Cadmiumtellurid verdampft und mithin ausgetrieben wird. Bezogen auf das stöchiometrische Verhältnis liegt damit ein Überschuss an Tellur vor.By means of the laser 26 melting of the near-surface layer portion of the Cadmiumtelluridschicht takes place in this layer section, a depletion of cadmium, since cadmium is evaporated due to its tellurium higher vapor pressure over cadmium telluride and thus expelled. Based on the stoichiometric ratio, there is thus an excess of tellurium.

Nach der an der Prozessstation II durchgeführten Laserbestrahlung des Schichtaufbaus bzw. der Cadmiumtelluridschicht des Schichtaufbaus wird dieser mittels der Fördereinrichtung 14 zu der Prozessstation 111 gefördert. An dieser wird auf die Cadmiumtelluridschicht, die angrenzend an ihre Grenzfläche an Cadmium abgereichert ist, mittels einer Beschichtungseinrichtung 28 eine Metallschicht aufgetragen, die bei der fertigen Cadmiumtellurid-Solarzelle einen Rückkontakt bzw. eine Kontaktschicht bildet, über die die Solarzelle in eine elektrische Schaltung eingebunden werden kann.After the laser irradiation of the layer structure or of the cadmium telluride layer of the layer structure carried out at process station II, this is produced by means of the conveying device 14 to the process station 111 promoted. At this point, the cadmium telluride layer, which is depleted of cadmium adjacent to its interface, is coated by means of a coating device 28 a metal layer is applied, which forms a back contact or a contact layer in the finished cadmium telluride solar cell, via which the solar cell can be integrated into an electrical circuit.

Dann kann die Solarzelle über eine Ausführschleuse 30 aus der Bedampfungskammer 12 ausgeschleust werden.Then the solar cell can via a export lock 30 from the evaporation chamber 12 be discharged.

Zwischen den einzelnen Prozessstationen I, II und III erfolgt kein Bruch des Vakuums.There is no break in the vacuum between the individual process stations I, II and III.

Im Betrieb wird die Solarzelle von der Seite des Glassubstrats mit Sonnenlicht bestrahlt. Dieses durchdringt also vor dem Auftreffen auf die photovoltaisch aktive Schicht (Cadmiumtelluridschicht) das Glassubstrat und die Indiumzinnoxidschicht.In operation, the solar cell is irradiated from the side of the glass substrate with sunlight. This thus penetrates the glass substrate and the indium tin oxide layer before impinging on the photovoltaically active layer (cadmium telluride layer).

Claims (9)

Verfahren zur Herstellung einer Cadmiumtellurid-Solarzelle, umfassend folgende Schritte: – Aufbringen einer transparenten leitfähigen Schicht auf ein Substrat; - Aufbringen einer Schicht aus Cadmiumsulfid auf die transparente, leitfähige Schicht; – Aufbringen einer Schicht aus Cadmiumtellurid auf die Cadmiumsulfidschicht; – Verarmung der Cadmiumtelluridschicht an Cadmium durch zumindest partielles Aufschmelzen eines oberflächennahen Schichtabschnitts der Cadmiumtelluridschicht durch Laserbestrahlung; und – Abscheiden einer Kontaktschicht auf der Cadmiumtelluridschicht.Process for producing a cadmium telluride solar cell, comprising the following steps: Applying a transparent conductive layer to a substrate; - Applying a layer of cadmium sulfide on the transparent, conductive layer; - applying a layer of cadmium telluride to the cadmium sulfide layer; Depletion of the cadmium telluride layer on cadmium by at least partial melting of a near-surface layer section of the cadmium telluride layer by laser irradiation; and - depositing a contact layer on the Cadmiumtelluridschicht. Verfahren nach Anspruch 1, wobei der aufgeschmolzene, oberflächennahe Schichtabschnitt der Cadmiumtelluridschicht eine Dicke zwischen 10 nm und 1 μm hat.The method of claim 1, wherein the molten, near-surface layer portion of the cadmium telluride layer has a thickness of between 10 nm and 1 μm. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei für die Laserbestrahlung ein Kurzpulslaser eingesetzt wird, dessen Strahlung vorzugsweise eine Wellenlänge im sichtbaren Bereich oder im ultravioletten Bereich hat.The method of claim 1 or 2, wherein for the laser irradiation, a short-pulse laser is used, the radiation preferably has a wavelength in the visible range or in the ultraviolet range. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei der Laser (26) mit einer Pulsdauer zwischen 8 ns und 1,5 μs betrieben wird.Method according to one of claims 1 to 3, wherein the laser ( 26 ) is operated with a pulse duration between 8 ns and 1.5 μs. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei der Laser (26) mit einer Energieflussdichte von 30 mJ/cm2 bis 800 mJ/cm2 betrieben wird.Method according to one of claims 1 to 4, wherein the laser ( 26 ) is operated at an energy flux density of 30 mJ / cm 2 to 800 mJ / cm 2 . Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei das Substrat (16) aus Glas, insbesondere einem Kalknatronglas, oder einer Folie besteht.Method according to one of claims 1 to 5, wherein the substrate ( 16 ) consists of glass, in particular a soda lime glass, or a film. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die Kontaktschicht aus einem Metall gebildet wird.Method according to one of claims 1 to 6, wherein the contact layer is formed of a metal. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei das Aufbringen der Cadmiumsulfidschicht, der Cadmiumtelluridschicht, das partielle Aufschmelzen der Cadmiumtelluridschicht und das Abscheiden der Kontaktschicht in einer geschlossenen Vakuumkette erfolgt.Method according to one of claims 1 to 7, wherein the application of the Cadmiumsulfidschicht, the Cadmiumtelluridschicht, the partial melting of the Cadmiumtelluridschicht and the deposition of the contact layer takes place in a closed vacuum chain. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei das partielle Aufschmelzen eines oberflächennahen Schichtabschnitts der Cadmiumtelluridschicht außerhalb einer Anlage zum Aufbringen der Cadmiumtelluridschicht erfolgt.Method according to one of claims 1 to 8, wherein the partial melting of a near-surface layer portion of the Cadmiumtelluridschicht takes place outside a plant for applying the Cadmiumtelluridschicht.
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