DE102010049976B4 - Solar cell with textured electrode layer and method for producing such - Google Patents

Solar cell with textured electrode layer and method for producing such Download PDF

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Abstract

Solarzelle, mit mindestens einer lasertexturierten Elektrodenschicht (14, 18), mit einer Vielzahl von Vertiefungen in Form von Tälern, wobei jeweils benachbarte Täler durch Erhöhungen voneinander getrennt sind, dadurch gekennzeichnet, dass die lasertexturierte Elektrodenschicht (14, 18) einen regelmäßigen Abstand von Tal zu Tal zumindest in einer ersten oder einer zweiten Richtung aufweist, der größer als 2,5 Mikrometer und kleiner als 10 Mikrometer ist.Solar cell, having at least one laser-textured electrode layer (14, 18), with a plurality of valleys in the form of valleys, each adjacent valleys being separated by elevations, characterized in that the laser-textured electrode layer (14, 18) has a regular distance from valley to valley at least in a first or second direction greater than 2.5 microns and less than 10 microns.

Description

Die Erfindung betrifft eine Solarzelle, insbesondere eine Dünnschicht-Solarzelle, mit mindestens einer texturierten Elektrodenschicht. Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zur Texturierung einer Elektrodenschicht bei einer Solarzelle.The invention relates to a solar cell, in particular a thin-film solar cell, with at least one textured electrode layer. The invention further relates to a method for texturing an electrode layer in a solar cell.

Zur Erreichung eines hohen Wirkungsgrades muss bei einer Solarzelle das gesamte einfallende Licht möglichst weitgehend absorbiert werden. Allerdings ist die Absorptionswahrscheinlichkeit des Lichtes wellenlängenabhängig und lässt mit steigender Wellenlänge nach.In order to achieve a high degree of efficiency, the entire incident light must be absorbed as far as possible in the case of a solar cell. However, the absorption probability of the light is wavelength-dependent and decreases as the wavelength increases.

Insbesondere bei Dünnschicht-Solarzellen stellt dies ein Problem dar. Etwa bei Dünnschicht-Solarzellen aus amorphem Silizium mit einer Absorberschichtdicke von weniger als 400 nm gelingt es nicht, das komplette langwellige Licht zu absorbieren. Das langwellige Licht dringt in die Solarzelle ein, wird am Rückseitenmetall reflektiert und tritt an der lichteinfallenden Seite wieder aus.This is a problem particularly in the case of thin-film solar cells. For example, in the case of thin-film solar cells made of amorphous silicon with an absorber layer thickness of less than 400 nm, it is not possible to absorb the entire long-wave light. The long-wavelength light penetrates into the solar cell, is reflected on the back metal and exits at the light incident side again.

Um eine verbesserte Absorption des langwelligen Lichts zu ermöglichen, stehen zwei Alternativen zur Auswahl.In order to allow improved absorption of the long-wave light, there are two alternatives to choose from.

Durch eine Vergrößerung der Dicke der Absorberschicht wird der Lichtweg und damit die Absorptionswahrscheinlichkeit vergrößert. Jedoch sind dickere Zellen aufgrund der längeren Abscheidedauer teuerer und die degradieren darüber hinaus über die Lebensdauer deutlich stärker als dünnere Solarzellen (Staebler-Wronski-Effekt).By increasing the thickness of the absorber layer of the light path and thus the absorption probability is increased. However, thicker cells are more expensive due to the longer deposition time and, moreover, they degrade much more over the lifetime than thinner solar cells (Staebler-Wronski effect).

Eine zweite Möglichkeit besteht in der Verlängerung des Lichtwegs in der Zelle durch die Verwendung einer texturierten Oberfläche. Durch die Texturierung ergibt sich eine Ablenkung des Lichtes, die den Lichtweg verlängert und die Absorptionswahrscheinlichkeit von Photonen in der Zelle erhöht.A second possibility is to extend the light path in the cell by using a textured surface. The texturing results in a deflection of the light which extends the light path and increases the probability of photons in the cell absorbing.

Im Stand der Technik bekannte Texturen von transparenten Frontkontakten werden bei Zellen des Typs ”Asahi U-Type” (Sn2O:F) entweder durch einen Plasmaprozess hergestellt oder entstehen im Falle im Falle von Zinkoxid entweder nasschemisch (ZnO:Al) oder direkt aus der Gasphase aus den hochtoxischen Gasen Diethylzink und Diboran (ZnO:B).Textures of transparent front contacts known from the prior art are either produced by a plasma process in cells of the "Asahi U-Type" type (Sn 2 O: F) or, in the case of zinc oxide, either wet-chemically (ZnO: Al) or directly from the gas phase from the highly toxic gases diethylzinc and diborane (ZnO: B).

Aus O. Kluth et al.: ”Texture etched ZnO:Al coated glass substrates for silicon based thin films solar cells”, thin solid films 351 (1999), 247–253 ist eine geätze Textur bei ZnO:Al-beschichteten Glassubstraten für eine Dünnschicht-Solarzelle auf Siliziumbasis (a-Si:H) bekannt. Es zeigt sich eine gewisse Verbesserung gegenüber Zellen ohne Textur.From O. Kluth et al., "Texture etched ZnO: Al coated glass substrates for silicon based thin films solar cells", thin solid films 351 (1999), 247-253 is an etched texture for ZnO: Al-coated glass substrates for a Thin-film solar cell based on silicon (a-Si: H) known. There is some improvement over cells without texture.

Aus S. Fay et al.: ”Rough ZnO layers by LP-CVD process and their effect in improving performances of amorphous and micro crystalline silicone solar cells”, solar energy materials and solar cells 90 (2006, 2960–2967, ist eine direkt aus der Gasphase mittels LPCVD abgeschiedene rauhe Oberflächenschicht aus ZnO:B bei amorphen oder mikrokristallinen Siliziumsolarzellen bekannt. Auch hierdurch ergibt sich eine gewisse Verbesserung gegenüber Solarzellen ohne Textur.From S. Fay et al .: "Rough ZnO layers by LP-CVD process and their effect in improving performances of amorphous and micro-crystalline silicone solar cells" (2006, 2960-2967) is a direct one A rough surface layer of ZnO: B deposited from the gas phase by means of LPCVD is known for amorphous or microcrystalline silicon solar cells, which also results in a certain improvement over solar cells without texture.

Nach wie vor bleibt jedoch bei den genannten Strukturen der langwellige Anteil des einfallenden Sonnenlichtes insbesondere bei Dünnschicht-Solarzellen aufgrund der kleinen Texturgrößen weitgehend ungenutzt.However, in the structures mentioned, the long-wave component of the incident sunlight remains largely unused, in particular in the case of thin-film solar cells, due to the small texture sizes.

Aus S. Fay et al.: ”Rough ZnO layers by LP-CVD process and their effect in improving performances of amorphous and micro crystalline silicone solar cells”, solar energy materials and solar cells 90 (2006, 2960–2967, ist eine direkt aus der Gasphase mittels LPCVD abgeschiedene rauhe Oberflächenschicht aus ZnO:B bei amorphen oder mikrokristallinen Siliziumsolarzellen bekannt. Auch hierdurch ergibt sich eine gewisse Verbesserung gegenüber Solarzellen ohne Textur.From S. Fay et al .: "Rough ZnO layers by LP-CVD process and their effect in improving performances of amorphous and micro-crystalline silicone solar cells" (2006, 2960-2967) is a direct one A rough surface layer of ZnO: B deposited from the gas phase by means of LPCVD is known for amorphous or microcrystalline silicon solar cells, which also results in a certain improvement over solar cells without texture.

Nach wie vor bleibt jedoch bei den genannten Strukturen der langwellige Anteil des einfallenden Sonnenlichtes insbesondere bei Dünnschicht-Solarzellen aufgrund der kleinen Texturgrößen weitgehend ungenutzt.However, in the structures mentioned, the long-wave component of the incident sunlight remains largely unused, in particular in the case of thin-film solar cells, due to the small texture sizes.

Aus der US 2010/0 116 332 A1 ist ein transparentes Substrat mit einer verbesserten Elektrodenschicht bekannt, die eine Reliefstruktur mit einer Vielzahl von Vertiefungen in Form von Tälern aufweist, wobei jeweils benachbarte Täler durch Erhöhungen voneinander getrennt sind und wobei der regelmäßige Abstand von Tal zu Tal je nach Wellenlänge des einfallenden Lichtes zwischen λ/4 und 2λ eingestellt wird, also zwischen 0,1375 μm und 1,5 Mikrometer bei Licht von zwischen 550 und 750 Nanometer, bzw. zwischen 0,2 und 2 μm bei Licht zwischen 800 und 1000 Nanometer bei polykristallinem Silizium.From the US 2010/0 116 332 A1 For example, a transparent substrate with an improved electrode layer is known, which has a relief structure with a plurality of depressions in the form of valleys, with adjacent valleys separated by elevations, and wherein the regular distance from valley to valley depends on the wavelength of the incident light between λ / 4 and 2λ is set, ie between 0.1375 microns and 1.5 microns with light of between 550 and 750 nanometers, and between 0.2 and 2 microns with light between 800 and 1000 nanometers in polycrystalline silicon.

Hiermit lässt sich zwar bereits eine gewisse Verbesserung des Wirkungsgrades erzielen, jedoch ist das Ergebnis nach wie vor nicht zufriedenstellend.Although this already achieves a certain improvement in the efficiency, the result is still unsatisfactory.

Aus der WO 2009/077 605 A2 ist es ferner bekannt, bei einer Solarzelle zur Texturierung der Elektrodenschicht einen Laser zu verwenden. Über die Dimensionierung der verwendeten Texturierung finden sich hierbei jedoch keine Angaben.From the WO 2009/077605 A2 It is also known to use a laser in a solar cell for texturing the electrode layer. About the dimensioning of the texturing used, however, there are no details.

Vor diesem Hintergrund besteht die Aufgabe der Erfindung darin, eine Solarzelle zu schaffen, bei der durch eine verbesserte Textur einer Elektrodenschicht der Wirkungsgrad gesteigert werden kann. Ferner soll ein geeignetes Verfahren zur Texturierung einer Elektrodenschicht bei einer Solarzelle angegeben werden.Against this background, the object of the invention is to provide a solar cell in which an improved texture of a Electrode layer, the efficiency can be increased. Furthermore, a suitable method for texturing an electrode layer in a solar cell is to be specified.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Solarzelle gemäß Anspruch 1 gelöst. Hinsichtlich des Verfahrens wird die Aufgabe der Erfindung ferner durch ein Verfahren gemäß Anspruch 6 gelöst.This object is achieved by a solar cell according to claim 1. With regard to the method, the object of the invention is further achieved by a method according to claim 6.

Die Aufgabe der Erfindung wird auf diese Weise vollkommen gelöst.The object of the invention is completely solved in this way.

Es hat sich gezeigt, dass durch die Verwendung eines Lasers zur Texturierung der Elektrodenschicht bei einer Solarzelle einerseits ein Muster erzeugt werden kann, das deutlich größere Strukturen aufweist als herkömmliche Texturierungen. Insbesondere durch die Dimensionierung der Texturierung mit einem regelmäßigen Abstand von Tal zu Tal von zumindest 2,5 μm in einer Richtung lassen sich die langwelligen Lichtanteile besser ausnutzen, was zu einem verbesserten Wirkungsgrad führt.It has been shown that by using a laser for texturing the electrode layer in a solar cell, on the one hand, a pattern can be produced which has significantly larger structures than conventional texturing. In particular, by dimensioning the texturing with a regular distance from valley to valley of at least 2.5 microns in one direction, the long-wavelength light components can be better utilized, resulting in improved efficiency.

Es versteht sich, dass die Lasertexturierung natürlich auch in Kombination mit einer herkömmlichen Texturierung, also etwa einer nasschemischen Texturierung, verwendet werden kann.It goes without saying that the laser texturing can of course also be used in combination with conventional texturing, for example wet-chemical texturing.

Wird die Elektrodenschicht mit einem regelmäßigen Muster lasertexturiert, so treten Beugungserscheinungen auf. Die Beugung wird erfindungsgemäß genutzt, um eine deutlich stärkere Ablenkung des Lichtes als bei üblichen Streuschichten mit Random-Verteilung zu erhalten. So ergibt sich durch ein regelmäßiges Muster bei der Texturierung der Elektrodenschicht eine deutliche Wegverlängerung der in die Solarzelle einfallenden Photonen, was zu einer verbesserten Ausnutzung insbesondere der langwelligen Lichtanteile führt.If the electrode layer is laser-textured with a regular pattern, diffraction phenomena occur. The diffraction is used according to the invention to obtain a much greater deflection of the light than in conventional scattered layers with random distribution. Thus, a regular pattern in the texturing of the electrode layer results in a significant path lengthening of the photons incident into the solar cell, which leads to an improved utilization, in particular of the long-wave light components.

Gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung weist die lasertexturierte Elektrodenschicht ein Aspektverhältnis von mindestens 0,1, vorzugsweise von mindestens 0,15 auf.According to a further feature of the invention, the laser-textured electrode layer has an aspect ratio of at least 0.1, preferably of at least 0.15.

Mit einem derartigen Aspektverhältnis ergibt sich eine besonders effektive Ausnutzung der langwelligen Lichtanteile.With such an aspect ratio results in a particularly effective utilization of the long-wave light components.

Vorzugsweise weist die lasertexturierte Elektrodenschicht auch in einer zweiten, vorzugsweise zur ersten Richtung um 90° verdrehten Richtung, einen regelmäßigen Abstand von Tal (Berg) zu Tal (Berg) der größer als 2,5 Mikrometer und kleiner als 10 μm ist.The laser-textured electrode layer preferably also has a regular distance from valley (mountain) to valley (mountain) which is greater than 2.5 micrometers and less than 10 μm in a second direction, preferably rotated by 90 ° with respect to the first direction.

Bei einer derartigen Dimensionierung der Abstände von Tal (Berg) zu Tal (Berg) ergibt sich eine besonders gute Ausnutzung der langwelligen Lichtanteile.With such a dimensioning of the distances from valley (mountain) to valley (mountain) results in a particularly good utilization of the long-wave light components.

In weiter bevorzugter Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird der Laser gepulst betrieben.In a further preferred embodiment of the method according to the invention, the laser is operated pulsed.

Hierdurch kann die Leistung des Lasers in besonders geeigneter Weise gezielt an den gewünschten Stellen mit einer optimalen Tiefe erzeugen, ohne die übrigen Schichten zu beschädigen.As a result, the power of the laser can be generated in a particularly suitable manner at the desired locations with an optimum depth, without damaging the remaining layers.

Hierbei hat sich eine Impulsdauer von höchstens 50 Nanonsekunden, vorzugsweise von höchsten 30 Nanosekunden als besonders vorteilhaft erwiesen.In this case, a pulse duration of at most 50 nanoseconds, preferably of the highest 30 nanoseconds has proven to be particularly advantageous.

In weiter bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung wird ein linienfokussierter Laser verwendet. Auf diese Weise lässt sich ein regelmäßiges Muster auf besonders einfache Weise erzeugen, so dass die Texturierung auch zur Beugung benutzt werden kann.In a further preferred embodiment of the invention, a line-focused laser is used. In this way, a regular pattern can be generated in a particularly simple manner, so that the texturing can also be used for diffraction.

In weiter vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung wird ferner ein im Ultravioletten emittierender Laser verwendet. Durch die hohe Absorption des ultravioletten Lichts im Zinkoxid und seine moderate Wärmeleitung lässt sich die Laserleistung sehr gezielt ins Material bringen, was gleichzeitig eine besondere Anpassung zur Nutzung der langweiligen Lichtanteile mit sich bringt.In a further advantageous embodiment of the invention, an ultraviolet emitting laser is also used. Due to the high absorption of the ultraviolet light in the zinc oxide and its moderate heat conduction, the laser power can be brought into the material very specifically, which at the same time brings about a special adaptation to the use of the boring light components.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf die Zeichnung. Es zeigen:Further features and advantages of the invention will become apparent from the following description of preferred embodiments with reference to the drawings. Show it:

1 ein Rasterelektronenbild (SEM) einer erfindungsgemäß texturierten Oberfläche. Es ist zu erkennen, dass die Texturierung mit Hilfe des Lasers rasterförmig mit einem Abstand von Tal zu Tal in der Größenordnung von etwa 6 bis 7 μm Abstand von Tal zu Tal erfolgt; 1 a scanning electron image (SEM) of an inventive textured surface. It can be seen that the texturing by means of the laser is carried out in a grid pattern with a distance from valley to valley on the order of about 6 to 7 μm distance from valley to valley;

2 im Vergleich dazu die Textur eines Asahi-U-Glases mit einer unregelmäßigen, viel feineren Struktur, die deutlich kleiner als 1 μm ist; 2 In comparison, the texture of an Asahi U-glass with an irregular, much finer structure, which is significantly smaller than 1 micron;

3 die Oberfläche eines nasschemisch geätzten ZnO:Al im Rasterelektronenmikroskop. Auch hierbei handelt es sich um eine unregelmäßig geformte Oberfläche mit Abständen von Tal zu Tal, die deutlich kleiner als 1 μm ist; 3 the surface of a wet-chemically etched ZnO: Al in the scanning electron microscope. Again, this is an irregularly shaped surface with intervals from valley to valley, which is significantly smaller than 1 micron;

4 zum Vergleich einen Rasterelektronenbild von einem aus der Gasphase hergestellten ZnO:B von Oerlikon Solar; 4 for comparison, a scanning electron image of a gas phase ZnO: B produced by Oerlikon Solar;

5 die Transmission für eine erfindungsgemäß texturierte Schicht auf einem Glassubstrat in Abhängigkeit von der Wellenlänge im Vergleich zur Transmission bei einer herkömmlichen Textur der Firma Asahi Glass gemäß dem Asahi-U-Typ; 5 the transmission for a textured layer according to the invention on a glass substrate as a function of the wavelength compared to the transmission in a conventional Asahi Glass texture according to the Asahi U type;

6 das Verhältnis des abgelenkten Lichts zum direkt transmittierten Licht, den sogenannten ”Haze” bei einer erfindungsgemäßen Textur; 6 the ratio of the deflected light to the directly transmitted light, the so-called "haze" in a texture according to the invention;

7 einen Schnitt durch eine erfindungsgemäße Dünnschicht-Solarzelle mit schematischer Darstellung eines gestreuten Photons; 7 a section through a thin-film solar cell according to the invention with a schematic representation of a scattered photon;

8 ein Beugungsmuster bei Beleuchtung der erfindungsgemäß hergestellten Textur mit einem Helium-Neonlaser der Wellenlänge 633 nm und 8th a diffraction pattern upon illumination of the texture according to the invention with a helium-neon laser of wavelength 633 nm and

9 eine vereinfachte schematische Darstellung einer Mehrkammer-Beschichtungsanlage zur Herstellung einer erfindungsgemäßen Solarzelle. 9 a simplified schematic representation of a multi-chamber coating system for producing a solar cell according to the invention.

1 zeigt ein SEM-Bild einer Zinkoxid-Schicht auf einem Glassubstrat, die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren mit einem gepulsten UV-Laser mit Hilfe eines linienförmigen Laserimpulses in gleichmäßigen Abständen zueinander behandelt wurde, wobei anschließend eine Drehung um 90° erfolgte und wiederum in den gleichen regelmäßigen Abständen die Laserbehandlung erfolgte. 1 shows a SEM image of a zinc oxide layer on a glass substrate, which was treated according to the inventive method with a pulsed UV laser by means of a linear laser pulse at equal distances to each other, followed by rotation by 90 ° and again in the same regular Intervals the laser treatment took place.

Die Texturierung wurde mit Hilfe eines UV-Lasers der Wellenlänge 355 nm hergestellt, dessen Strahl eine Zylinderlinse in einer Achse zu einer Linie aufweitet. Die Halbwertsbreite der Linie beträgt A = 4.5 × 430 μm2, Die Pulsdauer bei einer Pulsfrequenz von 10 kHz variiert von 25 ns bis 100 ns in Abhängigkeit der Laserleistung. Zur Verhinderung einer Ausdiffusion von Sauerstoff sind kurze Pulsdauern von höchstens 30 ns von Vorteil. Es zeigt sich eine Rasterstruktur mit etwa 6 bis 7 μm Abstand von Tal zu Tal bzw. von Berg zu Berg. An den Kreuzungspunkten ergeben sich pyramidenartige Erhöhungen.The texturing was done with the aid of a 355 nm wavelength UV laser whose beam expands a cylindrical lens in one axis into a line. The half width of the line is A = 4.5 × 430 μm 2 , the pulse duration at a pulse frequency of 10 kHz varies from 25 ns to 100 ns depending on the laser power. To prevent oxygen outflow, short pulse durations of at most 30 ns are advantageous. It shows a grid structure with about 6 to 7 microns distance from valley to valley or from mountain to mountain. Pyramid-like elevations result at the crossing points.

Die erzeugte Struktur ist besonders gut als Texturierung für Elektrodenschichten sowohl an der Vorderseite als auch an der Rückseite von Solarzellen geeignet.The structure produced is particularly well suited as texturing for electrode layers both on the front side and on the back side of solar cells.

Ein besonderer Vorteil liegt im Verzicht auf nasschemische Ätzbehandlungen und in der Vermeidung von LPCVD-Verfahren, die hochgiftige Gase wie die Diethylzink und Diboran erfordern.A particular advantage is the elimination of wet chemical etching treatments and the avoidance of LPCVD processes that require highly toxic gases such as diethylzinc and diborane.

Zum Vergleich sind in den 2 bis 4 SEM-Bilder von der im Stand der Technik bekannten Oberflächenstrukturen dargestellt, mit einem Asahi-U-Glas gemäß 2, einem nasschemisch geätzten ZnO:Al gemäß 3 und einem aus der Gasphase hergestellten ZnO:B von Oerlikon Solar gemäß 4.For comparison are in the 2 to 4 SEM images of the surface structures known in the art shown with an Asahi U-glass according to 2 , a wet-chemically etched ZnO: Al according to 3 and a ZnO: B produced by the gas phase according to Oerlikon Solar 4 ,

Bei den herkömmlichen Oberflächen handelt es sich um unregelmäßige Strukturen, die deutlich feiner sind als die erfindungsgemäß hergestellte regelmäßige Textur. Die Abstände von Tal zu benachbartem Tal bzw. von Berg zu benachbartem Berg betragen deutlich weniger als 1 μm.The conventional surfaces are irregular structures which are significantly finer than the regular texture produced according to the invention. The distances from valley to adjacent valley or from mountain to adjacent mountain are significantly less than 1 micron.

Durch die lasertexturierte Struktur ergibt sich infolge der größeren Abstände von Tal zu Tal bzw. von Berg zu Berg eine deutlich bessere Streuung des Lichtes, was insbesondere für die Ablenkung von langwelligem Licht von Vorteil ist.Due to the laser-textured structure is due to the greater distances from valley to valley or from mountain to mountain significantly better dispersion of light, which is particularly for the deflection of long-wave light advantage.

Infolge des regelmäßigen Gittermusters führt die erfindungsgemäße Textur gemäß 1 ferner zu Beugungserscheinungen wie aus 8 zu ersehen ist. 8 zeigt das entstehende Beugungsmuster bei Beleuchtung der Oberfläche mit einem Helium-Neon-Laser mit einer Wellenlänge von 633 nm. Die Ablenkung des Lichtes über mehrere Ordnungen ist deutlich zu erkennen.As a result of the regular grid pattern, the inventive texture performs according to 1 also to diffraction phenomena such as 8th can be seen. 8th shows the resulting diffraction pattern when illuminating the surface with a helium-neon laser with a wavelength of 633 nm. The deflection of the light over several orders is clearly visible.

Durch das Beugungsmuster ergibt sich eine deutlich verbesserte Ablenkung des Lichtes und eine Aufspreizung in einer Ebene senkrecht zum Einfallswinkel. Somit wird insbesondere das langwellige Licht deutlich besser genutzt und trägt zur Verbesserung des Wirkungsgrades insbesondere bei Dünnschicht-Solarzellen bei.The diffraction pattern results in a significantly improved deflection of the light and a spreading in a plane perpendicular to the angle of incidence. Thus, in particular the long-wave light is used much better and contributes to the improvement of the efficiency, especially in thin-film solar cells.

In 5 ist die gesamte Transmission und die diffuse Transmission einer erfindungsgemäßen Struktur über der Wellenlänge dargestellt. Zum Vergleich ist die diffuse Transmission des Typs Asahi-U-Glas dargestellt.In 5 is the total transmission and the diffuse transmission of a structure according to the invention over the wavelength shown. For comparison, the diffuse transmission of the type Asahi U-glass is shown.

Es zeigt sich, dass mit der erfindungsgemäßen Textur die diffuse Transmission bei Wellenlängen oberhalb von 400 nm deutlich verbessert wird Aufgrund der periodischen Strukturen und der dadurch einhergehenden Beugung funktioniert die erfindungsgemäße Textur sehr effizient über einen großen Wellenlängenbereich, insbesondere bis in den nahen Infrarotbereich.It can be seen that the diffuse transmission at wavelengths above 400 nm is markedly improved with the inventive texture. Due to the periodic structures and the resulting diffraction, the inventive texture works very efficiently over a wide wavelength range, in particular into the near infrared range.

In 6 der Haze, d. h. das Verhältnis der diffusen Transmission zur gesamten Transmission für eine erfindungsgemäße Dünnschicht-Solarzelle dargestellt. Es zeigt sich, dass bis zu einem Wellenlängenbereich von etwa 800 nm der Haze mindestens 90% beträgt, d. h., dass die Transmission überwiegend diffus ist. Es ergibt sich somit ein deutlich verlängerter Lichtweg für das einfallende Licht, was insbesondere bei den langwelligen Wellenlängenanteilen zu einer deutlich erhöhten Absorptionswahrscheinlichkeit führt.In 6 Haze, ie the ratio of the diffuse transmission to the total transmission for a thin-film solar cell according to the invention shown. It turns out that up to a wavelength range of about 800 nm, the haze is at least 90%, ie, that the transmission is predominantly diffuse. This results in a significantly extended light path for the incident light, which leads to a significantly increased absorption probability, especially in the long-wavelength wavelength components.

Dies ist schematisch in 7 dargestellt.This is schematically in 7 shown.

7 zeigt eine erfindungsgemäße Dünnschicht-Solarzelle, die insgesamt mit 10 bezeichnet ist. Der Schichtaufbau der Solarzelle 10 ist etwa wie folgt: Auf einem Substrat 12 aus Glas befindet sich eine Front-Kontaktschicht aus ZnO:Al 14 mit einer Dicke von z. B. 1 bis 2 μm. Dies ist gefolgt von einer aktiven Absorberschicht aus z. B. amorphem Silizium (aSi:H) mit einer Dicke von z. B. 350 nm. Dies ist wiederum gefolgt von einer ZnO:Al Rückkontaktschicht, an die sich eine Rückseitenmetallschicht z. B. aus einer Silber-Aluminium-Legierung anschließt. Die Schichten 14 und 18 sind nach dem erfindungsgemäßen Verfahren lasertexturiert. 7 shows a thin-film solar cell according to the invention, the total with 10 is designated. The layer structure of the solar cell 10 is about as follows: On a substrate 12 made of glass is a front contact layer of ZnO: Al 14 with a thickness of z. B. 1 to 2 microns. This is followed by an active absorber layer of z. B. amorphous silicon (aSi: H) with a thickness of z. B. 350 nm. This is in turn followed by a ZnO: Al back contact layer, to which a backside metal layer z. B. of a silver-aluminum alloy connects. The layers 14 and 18 are laser texturized by the method according to the invention.

Mit 22 ist schematisch ein einfallendes Photon dargestellt, das durch die Lasertexturierung deutlich abgelenkt wird, so dass sich eine erhöhte Absorptionswahrscheinlichkeit aufgrund der Wegverlängerung ergibt. Im Vergleich dazu werden bei herkömmlich texturierten Elektrodenschichten die Photonen insbesondere bei langwelligen Lichtanteilen an der Rückkontaktschicht reflektiert und treten quasi in Einfallsrichtung wieder aus.With 22 schematically an incident photon is shown, which is significantly deflected by the laser texturing, so that there is an increased absorption probability due to the path extension. By comparison, in conventionally textured electrode layers, the photons are reflected at the back contact layer, in particular in the case of long-wave light components, and exit, as it were, in the direction of incidence.

9 zeigt eine insgesamt mit 30 bezeichnete Beschichtungsanlage, die zur Herstellung von erfindungsgemäßen Dünnschicht-Solarzellen verwendet werden kann. Es handelt sich um eine Mehrkammer-Beschichtungsanlage. In dieser Anlage kann die Beschichtung eines Substrates in mehreren Beschichtungsschritten sowie die Texturierungsbehandlung mit Hilfe eines Lasers durchgeführt werden. Es handelt sich um eine PECVD-Anlage. Die Anlage besteht aus mehreren Reaktorkammern 36, die über eine Schleuse 34 erreichbar sind. Die Kammer 38 dient zur Lasertexturierung. Auf einer Transporteinrichtung 32 werden Rohlinge herangeführt und über die Schleuse 34 in eine der jeweiligen Behandlungskammern 36 übergeben. In der Beschichtungsanlage 30 erfolgt die grundsätzlich bekannte Herstellung der Dünnschichtsolarzelle in den verschiedenen Beschichtungsschritten. Die Texturierung der Front- und Rückelektrode 14 bzw. 18 erfolgt in der Kammer 38 mit Hilfe eines UV-Lasers mit Linienfokussierung in der zuvor beschriebenen Weise. Die Umsetzung zwischen den verschiedenen Kammern erfolgt mit Hilfe einer geeigneten Handlingeinrichtung (nicht dargestellt). 9 shows a total with 30 designated coating plant, which can be used for the production of thin-film solar cells according to the invention. It is a multi-chamber coating system. In this system, the coating of a substrate in several coating steps and the texturing treatment can be carried out with the aid of a laser. It is a PECVD system. The plant consists of several reactor chambers 36 passing through a lock 34 are reachable. The chamber 38 is used for laser texturing. On a transport device 32 blanks are brought in and over the lock 34 in one of the respective treatment chambers 36 to hand over. In the coating plant 30 the basically known production of the thin-film solar cell takes place in the various coating steps. The texturing of the front and back electrodes 14 respectively. 18 takes place in the chamber 38 with the aid of a line-focused UV laser in the manner described above. The reaction between the various chambers takes place with the aid of a suitable handling device (not shown).

Claims (11)

Solarzelle, mit mindestens einer lasertexturierten Elektrodenschicht (14, 18), mit einer Vielzahl von Vertiefungen in Form von Tälern, wobei jeweils benachbarte Täler durch Erhöhungen voneinander getrennt sind, dadurch gekennzeichnet, dass die lasertexturierte Elektrodenschicht (14, 18) einen regelmäßigen Abstand von Tal zu Tal zumindest in einer ersten oder einer zweiten Richtung aufweist, der größer als 2,5 Mikrometer und kleiner als 10 Mikrometer ist.Solar cell, with at least one laser-textured electrode layer ( 14 . 18 ), with a plurality of depressions in the form of valleys, wherein adjacent valleys are separated from each other by elevations, characterized in that the laser-textured electrode layer ( 14 . 18 ) has a regular valley-to-valley spacing at least in a first or second direction greater than 2.5 microns and less than 10 microns. Solarzelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Solarzelle als Dünnschicht-Solarzelle ausgebildet ist.Solar cell according to claim 1, characterized in that the solar cell is designed as a thin-film solar cell. Solarzelle nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektrodenschicht (14, 18) mit einem regelmäßigen Muster lasertexturiert ist.Solar cell according to claim 1 or 2, characterized in that the electrode layer ( 14 . 18 ) is laser-textured with a regular pattern. Solarzelle nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die lasertexturierte Elektrodenschicht (14, 18) einen regelmäßigen Abstand von Tal zu Tal in einer zweiten Richtung von größer als 2,5 Mikrometer und kleiner als 10 Mikrometer aufweist.Solar cell according to one of claims 1 to 3, characterized in that the laser-textured electrode layer ( 14 . 18 ) has a regular valley to valley distance in a second direction greater than 2.5 microns and less than 10 microns. Solarzelle nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Richtung zur ersten Richtung um 90° verdreht ist.Solar cell according to claim 4, characterized in that the second direction is rotated by 90 ° to the first direction. Verfahren zur Texturierung einer Elektrodenschicht (14, 18) bei einer Solarzelle (10), bei dem die Elektrodenschicht (14, 18) mit Hilfe eines Lasers derart texturiert wird, dass sich eine Oberfläche mit einer Vielzahl von Vertiefungen in Form von Tälern ergibt, wobei jeweils benachbarte Täler durch Erhöhungen voneinander getrennt sind, und wobei die lasertexturierte Elektrodenschicht (14, 18) einen regelmäßigen Abstand von Tal zu Tal zumindest in einer ersten oder einer zweiten Richtung aufweist, der größer als 2,5 Mikrometer und der kleiner als 10 Mikrometer ist.Process for texturing an electrode layer ( 14 . 18 ) in a solar cell ( 10 ), in which the electrode layer ( 14 . 18 ) is textured by means of a laser such that a surface with a plurality of depressions in the form of valleys results, wherein adjacent valleys are separated from each other by elevations, and wherein the laser-textured electrode layer ( 14 . 18 ) has a regular valley to valley distance in at least a first or second direction greater than 2.5 microns and less than 10 microns. Verfahren nach Anspruch 6, bei dem der Laser gepulst betrieben wird.The method of claim 6, wherein the laser is pulsed. Verfahren nach Anspruch 7, bei dem die Impulsdauer höchstens 50 NanosekundenThe method of claim 7, wherein the pulse duration is at most 50 nanoseconds Verfahren nach Anspruch 8, bei dem die Impulsdauer höchstens 30 Nanosekunden beträgt.The method of claim 8, wherein the pulse duration is at most 30 nanoseconds. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 9, bei dem ein linienfokussierter Laser verwendet wird.Method according to one of claims 6 to 9, wherein a line-focused laser is used. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 10, bei dem ein im Ultravioletten emittierender Laser verwendet wird.A method according to any one of claims 6 to 10, wherein an ultraviolet emitting laser is used.
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