DE102010013039A1

DE102010013039A1 - Verfahren zur Herstellung einer Fotovoltaikzelle sowie Verfahren zur Herstellung einer Mehrzahl von Fotovoltaikzellen

Info

Publication number: DE102010013039A1
Application number: DE102010013039A
Authority: DE
Inventors: Kun Ho Ahn
Original assignee: SUNFILM AG
Current assignee: SCHUECO TF GMBH & CO. KG, DE
Priority date: 2010-03-26
Filing date: 2010-03-26
Publication date: 2011-09-29

Abstract

Ein Verfahren zur Herstellung einer Fotovoltaikzelle umfasst ein Abscheiden einer ersten Schicht (111), die eine erste Leitfähigkeit aufweist. Eine im Wesentlichen intrinsische Schicht (112) wird auf die erste Schicht (111) abgeschieden. Eine zweite Schicht (113), die eine zweite Leitfähigkeit aufweist, wobei die zweite Leitfähigkeit gegensätzlich zur ersten Leitfähigkeit ist, wird auf die im Wesentlichen intrinsischen Schicht (112) abgeschieden. Die erste Schicht (111) und zumindest ein Teil (114) der im Wesentlichen intrinsischen Schicht (112) werden gemeinsam in einer ersten Abscheidekammer (201) abgeschieden. Zur Herstellung einer weiteren Fotovoltaikzelle wird ein weiteres Substrat (130) in die Abscheidekammer (201) eingebracht und eine weitere erste Schicht (131) sowie zumindest ein Teil einer weiteren im Wesentlichen intrinsischen Schicht (131) über das weitere Substrat (130) abgeschieden.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Fotovoltaikzelle sowie ein Verfahren zur Herstellung einer Mehrzahl von Fotovoltaikzellen.
Mit Fotovoltaikzellen kann Strahlungsenergie in elektrische Energie umgewandelt werden. So genannte Dünnschichtfotovoltaikzellen weisen dazu fotoaktive Schichten einer Dicke im Bereich von jeweils wenigen zehn Nanometern bis einigen Mikrometern auf. Üblicherweise werden die fotoaktiven Schichten, die eine p-dotierte Schicht, eine im Wesentlichen intrinsische Schicht und eine n-dotierte Schicht umfassen, auf ein Substrat abgeschieden. Beispielsweise erfolgt das Abscheiden der jeweiligen Schichten in einzelnen Abscheidekammern. Herkömmlich wird also die p-Schicht der Fotovoltaikzelle in einer Abscheidekammer auf das Substrat abgeschieden. Die im Wesentlichen intrinsische Schicht wird in einer weiteren Abscheidekammer abgeschieden. Die n-dotierte Schicht wird in einer wiederum weiteren Abscheidekammer abgeschieden oder kann in der Abscheidekammer abgeschieden werden, in der auch die im Wesentlichen intrinsische Schicht abgeschieden wird. Während der Abscheidevorgänge setzt sich Material an der Innenseite der Abscheidekammer ab. Bevor eine weitere Fotovoltaikzelle in der jeweiligen Abscheidekammer hergestellt werden kann, müssen Schichten, die dotiertes Material aufweisen, von den Innenseiten der Abscheidekammer zumindest teilweise entfernt oder mit undotiertem Material abgedeckt werden.
Es ist wünschenswert, ein Verfahren zur Herstellung einer Fotovoltaikzelle beziehungsweise einer Mehrzahl von Fotovoltaikzellen anzugeben, mit dem Fotovoltaikzellen effektiver und kostengünstiger herstellbar sind.
In einer Ausführungsform umfasst ein Verfahren zur Herstellung einer Fotovoltaikzelle ein Abscheiden einer ersten Schicht, die eine erste Leitfähigkeit aufweist. Das Verfahren umfasst ein Abscheiden einer im Wesentlichen intrinsischen Schicht auf die erste Schicht. Das Verfahren umfasst weiterhin ein Abscheiden einer zweiten Schicht, die eine zweite Leitfähigkeit aufweist, wobei die zweite Leitfähigkeit gegensätzlich zur ersten Leitfähigkeit ist. Die zweite Schicht wird auf die im Wesentlichen intrinsische Schicht abgeschieden. Die erste Schicht und zumindest ein Teil der im Wesentlichen intrinsischen Schicht werden gemeinsam in einer ersten Abscheidekammer abgeschieden.
Durch das Abscheiden der ersten Schicht und der zumindest einen Teil der im Wesentlichen intrinsischen Schicht kann die Fotovoltaikzelle schneller und damit effektiver hergestellt werden, da insbesondere Reinigungsschritte zur Reinigung der Abscheidekammer verkürzt oder ausgelassen werden können.
In einer Ausführungsform wird die zweite Schicht in einer zweiten von der ersten verschiedenen Abscheidekammer abgeschieden. In einer Ausführungsform weist die erste Schicht eine p-Leitfähigkeit auf. Entsprechend weist die zweite Schicht eine zur p-Leitfähigkeit entgegengesetzte n-Leitfähigkeit auf.
In einer Ausführungsform wird die im Wesentlichen intrinsische Schicht vollständig in der ersten Abscheidekammer abgeschieden. In einer weiteren Ausführungsform wird ein erster Teil der im Wesentlichen intrinsischen Schicht in der ersten Abscheidekammer abgeschieden und ein weiterer vom ersten Teil verschiedener Teil in einer weiteren Abscheidekammer. Durch das Abscheiden des ersten Teils der im Wesentlichen intrinsischen Schicht in der ersten Abscheidekammer wird die Effektivität der Herstellung der Fotovoltaikzelle erhöht, da die dotierten Materialablagerungen an der Innenseite der ersten Abscheidekammer von im Wesentlichen intrinsischem Material abgedeckt werden. Zudem ist die Zeit die nötig ist um den weiteren Teil der im Wesentlichen intrinsischen Schicht in der weiteren Abscheidekammer abzuscheiden, im Gegensatz zu einer vollständigen Abscheidung der gesamten im Wesentlichen intrinsischen Schicht verkürzt. Insbesondere wird die im Wesentlichen intrinsische Schicht, die in der ersten Abscheidekammer abgeschieden wird, mit einer Dicke von zumindest 50 Nanometer abgeschieden. Die Dicke bezieht sich dabei auf die Richtung quer zu flächigen Ausbreitungsrichtung des Substrats. Wird die im Wesentlichen intrinsische Schicht vollständig in der ersten Abscheidekammer abgeschieden, weist die im Wesentlichen intrinsische Schicht ein Dicke von größer als 1000 Nanometer auf.
In einer Ausführungsform wird ein Substrat bereitgestellt, das mit einer elektrisch leitfähigen Schicht zur elektrischen Kontaktierung der Fotovoltaikzelle beschichtet ist. Die erste Schicht wird auf die elektrisch leitfähige Schicht abgeschieden. In einer weiteren Ausführungsform wird ein Substrat bereitgestellt, auf dem ein fotoaktiver Schichtstapel angeordnet ist. Die erste Schicht wird auf dem fotoaktiven Schichtstapel abgeschieden. Dies ist insbesondere bei so genannten Tandem-Junction-Fotovoltaikzellen, die zwei pn-Übergänge aufweisen, der Fall. Insbesondere bei solchen Tandem-Junction-Fotovoltaikzellen kann durch das Abscheiden der ersten Schicht und zumindest einem Teil der im Wesentlichen intrinsischen Schicht die Effektivität der Herstellung erhöht werden, da die im Wesentlichen intrinsische Schicht im Vergleich zu den weiteren Schichten der Fotovoltaikzelle am längsten Zeit zur vollständigen Abscheidung benötigt.
In einer Ausführungsform wird ein Wasserstoffplasma in der ersten Abscheidekammer bereitgestellt nachdem die erste Schicht abgeschieden wurde und bevor zumindest der Teil der im Wesentlichen intrinsischen Schicht auf die erste Schicht abgeschieden wird. Das Wasserstoffplasma dient zur Verminderung von Dotierstoffen in der ersten Abscheidekammer. Durch die Bereitstellung des Wasserstoffplasmas wird zwischen der Abscheidung der erste Schicht und zumindest des Teil der im Wesentlichen intrinsischen Schicht das Plasma aufrecht erhalten, während die Abscheideparameter von den Parametern zum Abscheiden der ersten Schicht auf die Paramter zum Abscheiden der im Wesentlichen intrinsischen Schicht umgestellt werden. Zudem werden nach dem Abscheiden der ersten Schicht in der ersten Abscheidekammer noch vorhandene Dotierstoffe von dem Wasserstoffplasma gebunden und somit wird eine Verunreinigung der im Wesentlichen intrinsischen Schicht durch diese Dotierstoffe verringert.
Ein Verfahren zur Herstellung einer Mehrzahl von Fotovoltaikzellen umfasst ein Bereitstellen eines Substrats. Eine erste Schicht wird über das Substrat abgeschieden. Die erste Schicht weist eine erste Leitfähigkeit auf. Zumindest ein Teil einer im Wesentlichen intrinsischen Schicht wird auf die erste Schicht in einer Abscheidekammer abgeschieden. Bei dem Abscheiden der ersten Schicht und der im Wesentlichen intrinsischen Schicht werden eine Ablagerung und darauf eine weitere Ablagerung auf zumindest einem Teil mindestens einer Innenseite der Abscheidekammer aufgebracht. Das beschichtete Substrat wird aus der Abscheidekammer entfernt. Ein weiteres Substrat wird bereitgestellt. Eine weitere erste Schicht, die die erste Leitfähigkeit aufweist, wird über das weitere Substrat abgeschieden. Eine weitere im Wesentlichen intrinsische Schicht wird zumindest zum Teil auf die weitere erste Schicht in der Abscheidekammer abgeschieden. Beim Abscheiden der weiteren ersten Schicht und der weiteren im Wesentlichen intrinsischen Schicht werden eine dritte Ablagerung und darauf eine vierte Ablagerung auf zumindest einen Teil der zweiten Ablagerung aufgebracht. Die erste und die dritte Ablagerung weisen jeweils zumindest teilweise das gleiche Material wie die erste Schicht beziehungsweise die weitere erste Schicht auf. Die zweite und die vierte Ablagerung weisen jeweils zumindest teilweise das gleiche Material auf wie die im Wesentlichen intrinsische Schicht beziehungsweise die weitere im Wesentlichen intrinsische Schicht.
In einer Ausführungsform sind das Substrat und das weitere Substrat jeweils mit einer elektrisch leitfähigen Schicht zur elektrischen Kontaktierung der Fotovoltaikzelle beschichtet. Die erste Schicht beziehungsweise die weitere erste Schicht werden auf die elektrisch leitfähige Schicht des Substrat beziehungsweise auf die elektrisch leitfähige Schicht des weiteren Substrats abgeschieden.
In einer Ausführungsform ist auf dem Substrat und dem weiteren Substrat jeweils ein fotoaktiver Schichtstapel angeordnet. Die erste Schicht beziehungsweise die weitere erste Schicht werden auf dem fotoaktiven Schichtstapel des Substrats beziehungsweise auf den fotoaktiven Schichtstapel des weiteren Substrats abgeschieden.
Dadurch, dass in einer gemeinsamen Abscheidekammer sowohl die erste Schicht, die eine erste Leitfähigkeit, insbesondere eine Dotierung, aufweist, als auch zumindest ein Teil der im Wesentlichen intrinsischen Schicht abgeschieden werden, werden die Ablagerungen, die während der Abscheidung der ersten Schicht an der Innenseite der Abscheidekammer auftreten, von im Wesentlichen intrinsischem Material überdeckt, das während der Abscheidung der im Wesentlichen intrinsischen Schicht über die Ablagerungen an der Innenseite der Abscheidekammer abgeschieden wird. Dadurch kann mit der Abscheidung der weiteren Schichten auf das weitere Substrat in der Abscheidekammer begonnen werden, ohne dass die Ablagerungen an der Innenseite der Abscheidekammer entfernt werden müssen, da die oberste Ablagerung an der Innenseite der Abscheidekammer in Richtung zu dem Substrat intrinsisches Material aufweist und somit das Substrat und die darauf abzuscheidenden Schichten nicht beeinflusst. Dadurch kann bei der Herstellung der Mehrzahl von Fotovoltaikzellen auf bestimmte Reinigungsschritte verzichtet werden, wodurch die Herstellung effektiver und kostengünstiger wird. Beispielsweise werden weniger Gase, die herkömmlich zum Reinigen der Abscheidekammer verwendet werden benötigt, wodurch das Herstellungsverfahren kostengünstiger wird.
Weitere Merkmale, Vorteile und Weiterbildungen ergeben sich aus den nachfolgenden in Verbindung mit den 1 bis 6 erläuterten Beispielen.
Es zeigen:
1 eine schematische Darstellung einer Fotovoltaikzellen gemäß einer Ausführungsform,
2 eine schematische Darstellung einer Fotovoltaikzelle gemäß einer Ausführungsform,
3A bis 3D eine schematische Darstellung einer Mehrzahl von Fotovoltaikzellen und einer Abscheidekammer in verschiedenen Schritten der Herstellung gemäß einer Ausführungsform,
4 eine schematische Darstellung einer Vorrichtung zur Herstellung von Fotovoltaikzellen gemäß einer Ausführungsform,
5 eine schematische Darstellung einer Vorrichtung zur Herstellung von Fotovoltaikzellen gemäß einer Ausführungsform und
6 eine schematische Darstellung einer Vorrichtung zur Herstellung von Fotovoltaikzellen gemäß einer Ausführungsform.
Gleiche, gleichartige und gleich wirkende Elemente können in den Figuren mit dem gleichen Bezugszeichen versehen sein. Die dargestellten Elemente und deren Größenverhältnisse zueinander sind grundsätzlich nicht als maßstabsgerecht anzusehen, vielmehr können einzelne Elemente, wie zum Beispiel Schichten und Bereiche, zur besseren Darstellbarkeit und/oder zum besseren Verständnis übertrieben dick oder groß dimensioniert dargestellt sein.
1 zeigt schematisch eine Ausführungsform einer Fotovoltaikzelle 100. Die Fotovoltaikzelle 100 umfasst ein Substrat 101 und darauf angeordnet eine elektrisch leitfähige Schicht 102. Auf der elektrisch leitfähigen Schicht 102 ist ein fotoaktiver Schichtstapel 110 angeordnet. Auf der dem Substrat 101 abgewandten Seite ist auf dem fotoaktiven Schichtstapel 110 eine weitere elektrisch leitfähige Schicht 103 angeordnet. Die Fotovoltaikzelle ist eingerichtet, Strahlungsenergie in elektrische Energie umzuwandeln. In Betrieb werden in dem fotoaktiven Schichtstapel 110 Photonen der eintreffenden Strahlung unter Bildung von Elektron-Loch-Paaren absorbiert. Die elektrisch leitfähigen Schichten 102 und 103 dienen als Frontkontakt und Rückkontakt und sind eingerichtet, während des Betriebs elektrischen Strom beziehungsweise elektrische Spannung aus dem fotoaktiven Schichtstapel 110 abzuführen.
Das Substrat 101 ist eingerichtet, den Schichtstapel zu tragen. Das Substrat umfasst beispielsweise Glas, insbesondere eisenarmes Flachglas, Silikatglas oder Walzglas. Die Frontelektrode 102 umfasst ein transparentes leitfähiges Oxid (TCO), beispielsweise Zinkoxid oder Zinnoxid. Das Substrat 101 und die Frontelektrode 102 weisen gemeinsam eine Transparenz von größer als 80% in einem Wellenlängenbereich von 400 Nanometer bis 1100 Nanometer auf.
Die Rückelektrode 103 umfasst zumindest eine Metallschicht aus zumindest einem aus Al, Ag, Ti und TiOx. Der Rückelektrode 103, kann eine (nicht gezeigte) TCO-Schicht umfassen, beispielsweise aus ITO, SnO2 oder ZnO.
Der fotoaktive Schichtstapel 110 ist optoelektrisch aktiv und umfasst insbesondere eines aus amorphem Silizium und mikrokristallinem Silizium. Der fotoaktive Schichtstapel 110 umfasst eine erste Schicht 111, die eine erste Leitfähigkeit aufweist. Auf der ersten Schicht 111 ist auf der vom Substrat abgewandten Seite eine im Wesentlichen intrinsischen Schicht 112 angeordnet. Auf der im Wesentlichen intrinsischen Schicht 112 ist auf der vom Substrat abgewandten Seite eine zweite Schicht 113 angeordnet, die eine zweite Leitfähigkeit aufweist. Die zweite Leitfähigkeit ist gegensätzlich zur ersten Leitfähigkeit. In einer Ausführungsform ist die erste Schicht 111 p-dotiert, beispielsweise mit Bor, und weist eine p-Leifähigkeit auf. Entsprechend weist die zweite Schicht 113 eine zu der p-Leitfähigkeit gegensätzliche n-Leitfähigkeit auf. Die zweite Schicht 113 ist n-dotiert, beispielsweise mit Phosphor. Die im Wesentlichen intrinsische Schicht 112 ist undotiert.
Die Fotovoltaikzelle 100 ist eine Dünnschicht- beziehungsweise Dünnfilmfotovoltaikzelle, deren fotoaktive Schichten eine Dicke im Bereich von wenigen zehn Nanometern bis einigen Mikrometern aufweisen. Üblicherweise werden die fotoaktiven Schichten zusammen mit den Kontakt- und Reflexionsschichten großflächig auf das Substrat aufgebracht, beispielsweise durch einen CVD-Prozess und/oder ein Sputter-Verfahren. Mit Hilfe von einem oder mehreren Strukturierungsschritten wird die Mehrzahl von einzelnen streifenförmigen Fotovoltaikzellen gebildet, die elektrisch in Reihe hintereinandergeschaltet sind. Die erste Schicht 111 und die im Wesentlichen intrinsische Schicht 112 sind in einer gemeinsame CVD-Prozesskammer (Abscheidekammer 201, 3 bis 6) abgeschieden, ohne dass das Substrat 101 während der Abscheidung der beiden Schichten 111 und 112 aus der Kammer entfernt wird.
Weiterhin können die p-dotierte und die n-dotierte Schicht so angeordnet sein, dass die n-dotierte Schicht in Richtung der eintreffenden Strahlung zuerst angeordnet ist und die p-dotierte Schicht nachfolgend auf der im Wesentlichen intrinsischen Schicht.
2 zeigt schematisch eine weitere Ausführungsform der Fotovoltaikzelle 100. Zusätzlich zu dem in Bezug auf 1 beschriebenen Aufbau weist die Fotovoltaikzelle gemäß 2 einen zweiten fotoaktiven Schichtstapel 120 auf. Der erste fotoaktive Schichtstapel 110 und der zweite fotoaktive Schichtstapel 120 sind zwischen der Frontelektrode 102 und der Rückelektrode 103 angeordnet. Der zweite fotoaktive Schichtstapel 120 ist in Einstrahlungsrichtung der während des Betriebs einfallenden Strahlung auf dem fotoaktiven Schichtstapel 110 angeordnet. Der erste fotoaktive Schichtstapel 110 und der zweite fotoaktive Schichtstapel 120 sind elektrisch und optisch in Reihe gekoppelt.
Der fotoaktive Schichtstapel 120 ist optoelektrisch aktiv und umfasst insbesondere amorphes Silizium. Der fotoaktive Schichtstapel 120 umfasst eine erste Schicht 121, die eine erste Leitfähigkeit aufweist. Auf der ersten Schicht 121 ist auf der vom Substrat abgewandten Seite eine im Wesentlichen intrinsischen Schicht 122 angeordnet. Auf der im Wesentlichen intrinsischen Schicht 122 ist auf der vom Substrat abgewandten Seite eine zweite Schicht 123 angeordnet, die eine zweite Leitfähigkeit aufweist. Die zweite Leitfähigkeit ist gegensätzlich zur ersten Leitfähigkeit. In einer Ausführungsform ist die ersten Schicht 121 p-dotiert, beispielsweise mit Bor, und weist eine p-Leifähigkeit auf. Entsprechend weist die zweite Schicht 123 eine zu der p-Leitfähigkeit gegensätzliche n-Leitfähigkeit auf. Die zweite Schicht 123 ist n-dotiert, beispielsweise mit Phosphor. Die im Wesentlichen intrinsische Schicht 122 ist undotiert.
Der erste fotoaktive Schichtstapel 110 umfasst in dieser Ausführungsform insbesondere mikrokristallines Silizium. Die im Wesentlichen intrinsische Schicht 112 des fotoaktiven Schichtstapels 110 umfasst mikrokristallines Silizium. Die im Wesentlichen intrinsische Schicht 122 des fotoaktiven Schichtstapels 120 umfasst amorphes Silizium. Die Kristallinität des mikrokristllinen Siliziums ist größer als 10% ermittelt über die Intensitäten der Linien der Raman-Spektroskopie. Insbesondere wird die Kristallinität mit der Formel (((Intensität bei 520 cm^–1) plus (Intensität bei 500cm^–1)) geteilt durch ((Intensität bei 520 cm^–1) plus (Intensität bei 500 cm^–1) plus (Intensität bei 480 cm^–1))) ermittelt.
In einer Ausführungsform ist die Kristallinität des mikrokristllinen Siliziums größer als 60% ermittelt über die Intensitäten der Linien der Raman-Spektroskopie. Die im Wesentlichen intrinsische Schicht 112 weist einen ersten Teil 114 auf. Der erste Teil 114 erstreckt sich beginnen an einer der Schicht 102 zugewandten Seite 116 der Schicht 112 vollflächig in Richtung der Schicht 103. Die im Wesentlichen intrinsische Schicht 112 weist einen zweiten Teil 115 auf. Der zweite Teil ist von dem ersten Teil 114 verschieden. Der zweite Teil der im Wesentlichen intrinsischen Schicht 112 ist der Schicht 103 zugewandt. Der zweite Teil 115 erstreckt sich beginnen an einer der Schicht 103 zugewandten Seite 117 der Schicht 112 vollflächig in Richtung der Schicht 103. Die erste Schicht 111 und der erste Teil 114 der im Wesentlichen intrinsische Schicht 112 sind in einer gemeinsame CVD-Prozesskammer (Abscheidekammer 201, 3 bis 6) abgeschieden, ohne dass das Substrat 101 während der Abscheidung der Schicht 111 und dem Teil 114 aus der Kammer entfernt wird. Zur Vervollständigung der im Wesentlichen intrinsischen Schicht 112 wird der zweite Teil 115 in einer weiteren Kammer (beispielsweise Abscheidekammer 221, 5 und 6) abgeschieden. Während der Herstellung wird die Schicht 111 auf die dem Substrat 101 abgewandte Seite der Schicht 123 abgeschieden. Zwischen der Schicht 123 und der Schicht 111 ist einer Ausführungsform mindestens eine weitere Schicht (nicht gezeigt) angeordnet, beispielsweise eine Reflexionsschicht.
Insbesondere kann die Fotovoltaikzelle 100 auch mehr als zwei, beispielsweise drei, in Reihe gekoppelte fotoaktive Schichtstapel, die jeweils eine p-dotierte Schicht, eine im Wesentlichen intrinsische Schicht sowie eine n-dotierte Schicht umfassen, zwischen der Frontelektrode und der Rückelektrode aufweisen.
3A zeigt eine Abscheidekammer 201. In der Abscheidekammer befindet sich das zu beschichtende Substrat 101. Die Abscheidekammer 201 weist Innenwände 204 auf, die dem Substrat 101 zugewandt sind. Die Abscheidekammer 201 ist eingerichtet, dass in ihr Material auf das Substrat 101 abgeschieden wird. Beispielsweise weist die Abscheidekammer 201 eine Plasmaquelle auf und mittels eines PECVD-Verfahrens (plasmaunterstützte chemische Gasphasenabscheidung) wird in der Abscheidekammer 201 Halbleitermaterial auf das Substrat 201 abgeschieden.
3B zeigt die Abscheidekammer 201 und das Substrat 101, nach dem die p-dotierte Schicht 111 und die im Wesentlichen intrinsische Schicht 112 auf das Substrat 101 abgeschieden wurden. Während des Abscheidens der p-dotierten Schicht 111 setzt sich Material an der Innenseite 204 der Abscheidekammer 201 ab, so dass die Ablagerung 211 gebildet wird. Die Ablagerung 211 umfasst im Wesentlichen Material gleichen Typs wie die p-dotierte Schicht 111. Die Ablagerung 211 umfasst p-dotiertes Silizium.
In der Abscheidekammer 201 wird nachfolgend auf die Abscheidung der p-dotierten Schicht 111 die im Wesentlichen intrinsische Schicht 112 über das Substrat 101 auf die p-dotierte Schicht 111 abgeschieden. Während der Abscheidung der im Wesentlichen intrinsischen Schicht 112 setzt sich Material zumindest auf Teile der Innenseite 204 und/oder der Ablagerung 211 ab und bildet die Ablagerung 212 aus. Die Ablagerung 212 umfasst Material gleichen Typs wie die im Wesentlichen intrinsische Schicht 212. Die dotierte Schicht 111 und die im Wesentlichen intrinsische Schicht 112 werden in der gemeinsamen Abscheidekammer 201 abgeschieden. Die dotierte Schicht 111 und die im Wesentlichen intrinsische Schicht 112 werden in der gleichen Abscheidekammer 201 abgeschieden. Das Substrat 101 verbleibt, nachdem die dotierte Schicht 111 abgeschieden wurde, in der Abscheidekammer 201 und die Schicht 112 wird abgeschieden.
3C zeigt ein weiteres Substrat 130, das in die Abscheidekammer 201 eingebracht wurde. Das mit den Schichten 111 und 112 beschichtete Substrat 101 wurde aus der Abscheidekammer 201 entnommen.
Das beschichtete Substrat 101 wird in einer Ausführungsform in eine oder mehrere weitere Abscheidekammern eingebracht, um weitere Schichten aufzubringen. Beispielsweise wird in einer weiteren Abscheidekammer die in Bezug auf die Schicht 111 gegenteilig leitfähige Schicht 113 (1 und 2) auf die Schicht 112 aufgebracht oder es wird der weiterer Bereich 115 (2) der im Wesentlichen intrinsischen Schicht 112 abgeschieden.
Das weitere Substrat 130 ist in die Abscheidekammer 201 eingebracht, die die Ablagerungen 211 und 212 aus dem vorhergehenden Abscheideprozess aufweist. Die Abscheidekammer 201 wurde nicht gereinigt, bevor das Substrat 130 in die Abscheidekammer eingebracht wurde. Durch die Schicht 212, die im Wesentlichen intrinsisches Material aufweist, die die Ablagerung 211, die dotiertes Material aufweist, abdeckt, haben die Ablagerungen 211 und 212 aus dem vorhergehenden Abscheideprozess keinen oder nur einen geringfügigen Einfluss auf die Abscheidung auf das weitere Substrat 130.
Wie in 3D gezeigt, werden in der Abscheidekammer 201 auf das Substrat 130 eine weitere dotierte Schicht 131 und eine weitere im Wesentlichen intrinsische Schicht 132 abgeschieden. Während der Abscheidung der dotierten Schicht 131 lagert sich Material auf der Innenseite der Abscheidekammer auf der Ablagerung 212 als Ablagerung 213 ab. Die Ablagerung 213 umfasst im Wesentlichen das gleiche Material wie die dotierte Schicht 131. Die Ablagerung 213 wird von einer Ablagerung 214 überdeckt, die im Wesentlichen intrinsisches Material umfasst. Die Ablagerung 214 setzt sich während der Abscheidung der im Wesentlichen intrinsischen Schicht 131 auf der Ablagerung 213 ab.
Nachfolgend an die Beschichtungen des weiteren Substrats 130 wird ein wiederum weiteres Substrat in der Abscheidekammer mit den Ablagerung 211, 212, 213 und 214 beschichtet. Eine Reinigung der Abscheidekammer zur Entfernung der Ablagerung auf der Innenseite ist nach 300 bis 400 beschichteten Substraten notwendig. Innerhalb dieses Zyklus von 300 bis 400 Beschichtungen von Substraten mit jeweils einer dotierten und einer im Wesentlichen intrinsischen Schicht muss die Abscheidekammer nicht gereinigt werden. In einer weiteren Ausführungsform wird ein Kurzreinigungsschritt mit wasserstoffhaltigem Plasma durchgeführt. Bei dieser Kurzreinigung werden nicht die Schichten vollständig von der Innenseite entfernt, sondern lediglich die dotierte Schicht behandelt, bevor die im Wesentlichen intrinsische Schicht abgeschieden wird, um eine Kontamination von Dotierstoffen zu vermeiden.
4 zeigt eine schematische Darstellung einer ersten Vorrichtung zur Herstellung einer Fotovoltaikzelle. Die Vorrichtung umfasst eine so genannte Cluster-Anlage, die eine Mehrzahl von Abscheidekammern 201, 202, 205 bis 209 umfasst. In den Abscheidekammern 201 und 205 bis 209 werden Substrate, die durch eine Schleuse 210 in die Vorrichtung eingebracht werden, wie in Verbindung mit den 3A bis 3D geschildert, mit der dotierten Schicht 111 beziehungsweise 131 und der im Wesentlichen intrinsischen Schicht 112 beziehungsweise 132 beschichtet. Im Anschluss daran werden die Substrate in die Abscheidekammer 202 eingebracht, in der die weitere dotierte Schicht 113 aufgebracht wird. Dadurch, dass in den Abscheidekammern, in die das Substrat nach dem Einschleusen in die Vorrichtung zuerst eingebracht wird, nachfolgend auf die dotierte Schicht die im Wesentlichen intrinsische Schicht aufgebracht wird, ist die erste dotierte Schicht bedeckt, wenn sie innerhalb der Vorrichtung in die Abscheidekammer 202 zur Abscheidung der weiteren Schicht eingebracht wird. Verunreinigungen, die sich von vorhergehenden Abscheidevorgängen in der Kammer 202 befinden, können so keinen oder einen geringen negativen Einfluss auf die erste dotierte Schicht haben, wenn das Substrat in die Kammer 202 eingebracht wird.
Beispielsweise wird in der Vorrichtung 203 der fotoaktive Schichtstapel 110 auf den zweiten fotoaktiven Schichtstapel 120 aufgebracht.
5 zeigt schematisch eine Vorrichtung zur Herstellung einer Fotovoltaikzelle, wobei die Abscheidekammern im Unterschied zu der Vorrichtung der 4 in Reihe angeordnet sind. In der Kammer 201 werden die dotierte Schicht und darauf zumindest der Teil 114 der intrinsischen Schicht abgeschieden. In einer der nachfolgenden Abscheidekammern 221 bis 226 wird der zweite Teil 115 der intrinsischen Schicht abgeschieden, so dass die intrinsische Schicht vollständig abgeschieden ist, bevor das Substrat in die Abscheidekammer 202 eingebracht wird, in der die weitere dotierte Schicht 113 abgeschieden wird. Die im Wesentlichen intrinsische Schicht 112 ist in Bezug auf die übrigen Schichten der Fotovoltaikzelle 100 relativ dick und entsprechend dauert der Abscheideprozess der Schicht 112 länger als beispielsweise der Abscheideprozess der Schicht 113. Indem der Teil 114 der im Wesentlichen intrinsischen Schicht bereits in der gleichen Kammer 201 wie die p-dotierte Schicht 111 abgeschieden wird, kann die Leerlaufzeit der der Kammern verringert werden. Beispielsweise muss in der Kammer 221 nur noch der Teil 115 abgeschieden werden. Entsprechend ist die Dauer, die das Substrat zur Abscheidung in der Kammer 221 verbringt, verkürzt.
6 zeigt eine weitere Ausführungsform der Vorrichtung wie in 5 erläutert. Mit der Vorrichtung wie schematisch in 6 dargestellt kann eine Tandem-Junction-Fotovoltaikzelle hergestellt werden. Das Substrat wird zur Abscheidung der in Einstrahlungsrichtung zuerst angeordneten dotierten Schicht in eine Abscheidekammer 227 eingebracht. Daraufhin wird das Substrat zur Abscheidung der im Wesentlichen intrinsischen Schicht 122 in eine der Abscheidekammern 228 bis 231 eingebracht. Daraufhin wird das Substrat zur Abscheidung der dotierten Schicht 123 in die Abscheidekammer 232 eingebracht. Danach wird das Substrat zur Abscheidung des in Einstrahlungsrichtung nachgeordneten fotoaktiven Schichtstapels 110 beginnend mit der dotierten Schicht 111 und zumindest dem Teil 114 der im Wesentlichen intrinsischen Schicht 112 in die Abscheidekammer 201 eingebracht. Die folgenden Schritte entsprechen dem Abscheideprozess wie in Verbindung mit 5 erläutert.
Die Erfindung ist nicht durch die Beschreibung anhand der Ausführungsbeispiele auf diese beschränkt. Vielmehr umfasst die Erfindung jedes neue Merkmal sowie jede Kombination von Merkmalen, was insbesondere jede Kombination von Merkmalen in den Patentansprüchen beinhaltet, auch wenn dieses Merkmal oder diese Kombination selbst nicht explizit in den Patentansprüchen der Ausführungsbeispiele angegeben ist. Insbesondere kann beispielsweise der fotoaktive Schichtstapel 110 wie in 1 beschrieben in einer Tandem-Junction-Fotovoltaikzelle wie in 2 beschrieben angeordnet sein. Die intrinsische Schicht 112 ist in diesem Ausführungsbeispiel in einem einzigen Prozessschritt aufgebracht. Entsprechend weist die im Wesentlichen intrinsische Schicht nicht die Bereiche 114 und 115 auf, die aus der Abscheidung in zwei getrennten Abscheideschritten resultieren. Insbesondere kann auch beispielsweise der fotoaktive Schichtstapel 110 wie in 2 beschrieben Single-Junction-Fotovoltaikzelle wie in 1 beschrieben angeordnet sein. Die intrinsische Schicht 112 weist in dieser Ausführungsform die Bereiche 114 und 115 auf, die aus der Abscheidung in zwei getrennten Abscheideschritten resultieren.
Bezugszeichenliste

100: Fotovoltaikzelle
101: Substrat
102, 103: elektrisch leitfähige Schicht
111, 121, 131: erste Schicht
112, 122, 132: im Wesentlichen intrinsische Schicht
113, 123: zweite Schicht
114, 115: Teil
116, 117: Seite
120: fotoaktiver Schichtstapel
201, 202, 205, 206, 207, 208, 209, 221, 222, 223, 224, 225, 226, 227, 228, 229, 230, 231, 232: Abscheidekammer
203: Vorrichtung
204: Innenseite
210: Schleuse
211, 212, 213, 214: Ablagerung

Claims

Verfahren zur Herstellung einer Fotovoltaikzelle, umfassend: – Abscheiden einer ersten Schicht (111), die eine erste Leitfähigkeit aufweist, – Abscheiden einer im Wesentlichen intrinsischen Schicht (112) auf die erste Schicht (111), – Abscheiden einer zweiten Schicht (113), die eine zweite Leitfähigkeit aufweist, wobei die zweite Leitfähigkeit gegensätzlich zur ersten Leitfähigkeit ist, auf die im Wesentliche intrinsischen Schicht (112), wobei – die erste Schicht (111) und zumindest ein Teil (114) der im Wesentlichen intrinsische Schicht (112) gemeinsam in einer ersten Abscheidekammer (201) abgeschieden werden.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die zweite Schicht (113) in einer zweiten (202) von der ersten (201) verschiedenen Abscheidekammer abgeschieden wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei dem die erste Schicht (111) eine p-Leitfähigkeit aufweist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei dem die im Wesentlichen intrinsische Schicht (112) vollständig in der ersten Abscheidekammer (111) abgeschieden wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei dem ein erster Teil (114) der im Wesentlichen intrinsische Schicht (112) in der ersten Abscheidekammer (201) abgeschieden wird und ein weiterer vom ersten Teil (114) verschiedener Teil (115) in einer weiteren Abscheidekammer (221) abgeschieden wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bei dem die im Wesentlichen intrinsischen Schicht (112) mikrokristallines Silizium aufweist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, bei dem die im Wesentlichen intrinsische Schicht (112), die in der ersten Abscheidekammer (201) abgeschieden wird, eine Dicke von mehr als 50 Nanometern aufweist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, umfassend: – Bereitstellen eines Substrats (101), das mit einer elektrisch leitfähigen Schicht (102) zur elektrischen Kontaktierung der Fotovoltaikzelle beschichtet ist, – Abscheiden der ersten Schicht (111) auf die elektrisch leitfähige Schicht (102).
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, umfassend: – Bereitstellen eines Substrats (101), auf dem ein fotoaktiver Schichtstapel (120) angeordnet ist, – Abscheiden der ersten Schicht (111) auf den Fotoaktivem Schichtstapel (120).
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, umfassend: – Bereitstellen eines Wasserstoffplasmas in der ersten Abscheidekammer (201) nachdem die erste Schicht (111) abgeschieden wurde und bevor zumindest der Teil (114) der im Wesentlichen intrinsischen Schicht (112) auf die erste Schicht (111) abgeschieden wird zur Verminderung von Dotierstoffen in der ersten Abscheidekammer (201).
Verfahren zur Herstellung einer Mehrzahl von Fotovoltaikzellen, umfassend: – Bereitstellen eines Substrats (101), – Abscheiden einer ersten Schicht (111) über das Substrat (101), die eine erste Leitfähigkeit aufweist, in einer Abscheidekammer (201) und Abscheiden zumindest eines Teils (114) einer im Wesentlichen intrinsischen Schicht (112) auf die erste Schicht (111) in der Abscheidekammer (201), und dabei – Aufbringen einer ersten Ablagerung (211) und darauf einer zweiten Ablagerung (212) auf zumindest einen Teil mindestens einer Innenseite (204) der Abscheidekammer (201), – Entfernen des beschichteten Substrats (101) aus der Abscheidekammer (201), – Bereitstellen eines weiteren Substrats (130), – Abscheiden einer weiteren ersten Schicht (131) über das weitere Substrat (130), die die erste Leitfähigkeit aufweist, in der Abscheidekammer (201) und Abscheiden zumindest eines Teils (114) einer weiteren im Wesentlichen intrinsischen Schicht (132) auf die weitere erste Schicht (131) in der Abscheidekammer (201), und dabei – Aufbringen einer dritten Ablagerung (213) und darauf einer vierten Ablagerung (214) auf zumindest einen Teil der zweiten Ablagerung (212), wobei – die erste und die dritte Ablagerung (211; 213) jeweils zumindest teilweise das gleiche Material umfassen wie die erste Schicht (111) beziehungsweise die weitere erste Schicht (131), und – die zweite und die vierte Ablagerung (212; 214) jeweils zumindest teilweise das gleiche Material umfassen wie die im Wesentlichen intrinsische Schicht (112) beziehungsweise die weitere im Wesentlichen intrinsische Schicht (132).
Verfahren nach Anspruch 11, wobei das Substrat (101) und das weitere Substrat (130) jeweils mit einer elektrisch leitfähige Schicht (102) zur elektrischen Kontaktierung der Fotovoltaikzelle beschichtet sind, und die erste Schicht (111) beziehungsweise die weitere erste Schicht (131) auf die elektrisch leitfähige Schicht (102) des Substrats (101) beziehungsweise auf die elektrisch leitfähige Schicht des weiteren Substrats (130) abgeschieden werden.
Verfahren nach Anspruch 11, wobei auf dem Substrat (101) und dem weiteren Substrat (130) jeweils ein fotoaktiver Schichtstapel (120) angeordnet ist, und die erste Schicht (111) beziehungsweise die weitere erste Schicht (131) auf den fotoaktiven Schichtstapel (120) des Substrats (101) beziehungsweise auf den fotoaktiven Schichtstapel des weiteren Substrats (130) abgeschieden werden.