DE102010053382A1 - Verfahren zur Herstellung einer Solarzelle und eine Solarzelle - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Solarzelle mit einer ersten elektrischen Kontaktschicht auf einem Substrat, sowie einer p-i-n-Struktur auf der ersten elektrischen Kontaktschicht, wobei die p-Schicht auf der ersten elektrischen Kontaktschicht angeordnet ist sowie einer zweiten elektrischen Kontaktschicht auf der n-Schicht der p-i-n-Struktur, wobei die i-Schicht der p-i-n-Struktur mikrokristallin ist gekennzeichnet durch eine n-dotierte Schicht mit einem Gesamtsauerstoffgehalt von 10 bis 25% und umfassend zwei Phasen, eine mikrokristalline Si:H-Phase und eine amorphe SiOx:H-Phase. Ein Verfahren zur Herstellung der Solarzelle sowie die Verwendung der Solarzelle ist offenbart.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Solarzelle und eine Solarzelle.
  • Stand der Technik
  • Siliziumdünnschichtsolarzellen bestehen aus dotierten und undotierten Schichten. Die undotierten (i-)Schichten haben eine geringe Defektdichte. Deshalb ist die Rekombination von erzeugten Ladungsträgern unwahrscheinlich. Die dotierten Schichten haben eine hohe Defektdichte. Deshalb rekombinieren erzeugte Ladungsträger sofort und tragen nicht zum Stromtransport bei. Es wird daher versucht die p- und die n-Schichten von Solarzellen transparent und dünn herzustellen. Die dem Licht zugewandte Seite der Solarzelle soll das Licht zudem in geeigneter Weise in die Zelle einkoppeln. Diese Schichten werden als Fensterschichten bezeichnet.
  • Für die dem Licht zugewandten p- oder n-Fensterschichten werden dotierte Materialien eingesetzt, die eine hohe Bandlücke, einen geeigneten Brechungsindex und eine genügende Leitfähigkeit aufweisen. Es ist bekannt, hierfür dotierte Siliziumlegierungen, wie z. B. Bor- oder Phosphordotiertes a-SiC:H oder a-SiO:H einzusetzen. Bei diesen Materialien verringert sich nachteilig jedoch die elektrische Leitfähigkeit mit steigender Bandlücke und kleiner werdendem Brechungsindex.
  • Aus der EP 1 650 812 A2 ist eine p-i-n-p-i-n-Struktur, abgeschieden auf einem dem Licht zugewandten Substrat, bekannt. Auf der dem Licht abgewandten Seite ist zwischen der i-Schicht und der n-Schicht vor einem Rückreflektor 5m, eine Schicht mit niedrigem Brechungsindex 4on auf der intrinsischen i-Schicht angeordnet. Diese Schicht mit niedrigem Brechungsindex erzeugt vorteilhaft ein Diffusionspotential in der Konversionsschicht. Um einen ausreichenden Lichteinfang zu gewährleisten muss diese Schicht mit niedrigem Brechungsindex eine Dicke von mehr als 30 nm aufweisen. Nachteilig weist aber auch diese Tandem-Solarzelle nur einen Wirkungsgrad von etwa 11% auf.
  • Aus Smirnov et al. (Phys. Status Solidi C7, No 3–4, 1053–1056, 2010) ist bekannt, eine Einfachzelle in n-i-p-Struktur auf einem Substrat aufwachsen zu lassen. Die n-Schicht besteht aus einer mikrokristallinen Siliziumphase und einer amorphen Siliziumoxidphase (μc-SiOx:H). Dabei wächst die mikrokristalline i-Schicht aufgrund der n-i-p-Struktur auf der SiOx n-Schicht auf. Nachteilig ist auch mit dieser Solarzelle ein Wirkungsgrad von nur etwa 8% erzielbar.
  • Aufgabe und Lösung der Erfindung
  • Aufgabe der Erfindung ist es eine Solarzelle bereit zu stellen, die einen höheren Wirkungsgrad aufweist. Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren anzugeben, so dass diese Solarzelle bereitgestellt wird. Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, eine Verwendung für eine derartige Solarzelle anzugeben.
  • Die Aufgabe wird gelöst durch die Solarzelle nach Patentanspruch 1, dem Verfahren zur Herstellung der Solarzelle sowie der angegebenen Verwendung der Solarzelle. Vorteilhafte Ausgestaltungen hierzu ergeben sich jeweils aus den hierauf rückbezogenen Patentansprüchen.
  • Allgemeiner Beschreibungsteil zur Erfindung
  • Die Solarzelle weist eine erste elektrische Kontaktschicht auf einem Substrat auf. Eine Einfachzelle mit einer einzigen p-i-n-Struktur ist auf der ersten elektrischen Kontaktschicht angeordnet. Dabei ist die p-Schicht auf der ersten elektrischen Kontaktschicht angeordnet.
  • Im Übrigen weist die Solarzelle eine zweite elektrische Kontaktschicht auf der n-Schicht der p-i-n-Struktur auf. Die i-Schicht der p-i-n-Struktur ist mikrokristallin ausgestaltet.
  • Das Substratmaterial besteht vorteilhaft aus eisenarmem Glas mit einer Dicke von vorteilhaft 0,7 mm bis 4 mm. Besonders vorteilhaft ist eine Dicke von 3 mm bis 4 mm. Das Substrat kann mittels Floatglasverfahren hergestellt werden. Diese Gläser sind vorteilhaft transparent.
  • Es können jedoch auch andere durchsichtige Substrate genutzt werden, die den Verfahrensanforderungen genügen. Außerdem besteht die Möglichkeit auf einem nicht transparenten temporären Substrat die Schichten abzuscheiden, welches dann nach dem Herstellungsverfahren entfernt wird und durch ein transparentes Substrat ersetzt wird.
  • Diese Maßnahme bewirkt vorteilhaft, dass die Solarzelle von der Substratseite beleuchtbar ist.
  • Für den Fall, dass eine beidseitige Beleuchtung nicht erwünscht ist und die Solarzelle nur n-seitig beleuchtet werden soll, kann das Substrat auch nicht transparent ausgeführt werden und z. B. aus Aluminium bzw. Edelstahl bestehen.
  • Die erste elektrische Kontaktschicht umfasst vorzugsweise das Material Zinkoxid (ZnO) oder Zinnoxid (SnO2). Dieses Material ist geeignet dotiert, z. B. mit Aluminium oder Fluor und Licht streuend. Die Dicke beträgt z. B. 70 nm bis 7 μm und variiert je nach der Dotierung bzw. der Leitfähigkeit und der Transparenz der Schicht. Als Herstellungsverfahren wird vorzugsweise Kathodenzerstäuben oder eine Niederdruck Chemische Gasphasenzersetzung (LPCVD) oder eine Atmosphärendruck Chemische Gasphasenzersetzung (APCVD) angewendet. Die erste elektrische Kontaktschicht ist elektrisch leitfähig, Licht streuend und optisch transparent.
  • Bei nur n-seitiger Beleuchtung, ist die erste elektrische Kontaktschicht elektrisch leitend, Licht streuend und reflektierend auszuführen. Hierzu kann wie im Ausführungsbeispiel ein Schichtstapel aus ZnO, Silber und wieder ZnO genutzt werden.
  • Die p-i-n-Solarzelle ist wie folgt aufgebaut. Die p-Schicht besteht aus mikrokristallinem Silizium inklusive einer Legierung mit z. B. Sauerstoff oder Kohlenstoff. Die Dicke beträgt z. B. 5 nm bis 70 nm, vorteilhaft aber 10 nm bis 20 nm. Die i-Schicht besteht ebenfalls aus mikrokristallinem Silizium. Diese Schicht wird nicht dotiert. Die Dicke beträgt z. B. 100 nm bis 40 μm, vorteilhaft zwischen 500 nm bis 2 μm.
  • Die n-Schicht wird erfindungsgemäß wie folgt ausgestaltet. Das Material ist ein Phasengemisch bestehend aus einer mikrokristallinen Siliziumphase (μc-Si:H) und einer amorphen Siliziumoxidphase (a-SiOx:H). Die Dicke beträgt vorteilhaft 5 nm bis 25 nm besonders vorteilhaft aber 10 bis 20 nm. Die n-dotierte Schicht weist einen Gesamtsauerstoffgehalt von 10 bis 25%, vorzugsweise 15 bis 20% auf.
  • Die p-Schicht, die i-Schicht und die n-Schicht können alle mit dem gleichen Herstellungsverfahren abgeschieden werden. Hierzu zählt z. B. die Plasma unterstützte Chemische Gasphasenzersetzung (PECVD).
  • Die Schichten können in dieser Reihenfolge abgeschieden werden. Es besteht jedoch die Möglichkeit, und meistens ist es auch sinnvoll, verschiedene Zwischenschichten einzufügen die zu einem noch besseren Wirkungsgrad führen.
  • Die zweite elektrische Kontaktschicht wird wie folgt aufgebaut sein: Eine erste Schicht umfasst das ZnO oder ITO, beides geeignet dotiert, z. B. mit Aluminium. Die Dicke dieser Schicht beträgt z. B. 30 nm bis 7 μm und variiert je nach Dotierung bzw. Leitfähigkeit und Transparenz. Als Herstellungsverfahren wird z. B. Kathodenzerstäuben oder Niederdruck Chemische Gasphasenzersetzung (LPCVD) gewählt.
  • Die Chemische Gasphasenzersetzung bei Niedrigdruck als Abscheidungsverfahren erzielt vorteilhaft bei geringen Temperaturen höhere elektrische Leitfähigkeiten der Solarzelle bei gleicher Transparenz. Dies bewirkt vorteilhaft, dass dann kein Silbergrid zur besseren Ableitung des erzeugten Stroms notwendig ist. Die zweite elektrische Kontaktschicht weist die notwendige Leitfähigkeit dann bedingt durch das Herstellungsverfahren auf.
  • Andererseits kann optional auf der zweiten elektrischen Kontaktschicht das Silbergrid angeordnet werden. Hierdurch sind auch Kathodenzerstäubungs-Verfahren bei der Herstellung der zweiten elektrischen Kontaktschicht anwendbar.
  • Der zweite Teil der zweiten elektrischen Kontaktschicht wird demnach je nach der Leitfähigkeit der zweiten elektrischen Kontaktschicht bzw. der Beleuchtungsrichtung benötigt. Als Material steht Silber oder Aluminium zur Verfügung. Die Dicke dieser Schicht beträgt z. B. 200 nm bis etwa 1 μm. Als Herstellungsverfahren wird z. B. ein Siebdruckverfahren oder ein Tintenstrahldruckverfahren gewählt. Ferner kommen aber auch das Kathodenzerstäuben oder das thermische Aufdampfen oder Elektronenstrahlaufdampfen in Frage.
  • Je nach der Beleuchtungsrichtung und der Leitfähigkeit des ersten Teils der zweiten elektrischen Kontaktschicht wird der zweite Teil der zweiten elektrischen Kontaktschicht in feinen Streifen mit einem geeigneten Abstand zueinander aufgebracht. Hier sind die Abstände und Breiten der Streifen so zu optimieren, so dass sie möglichst wenig Fläche bedecken und gleichzeitig möglichst verlustarm den Strom zu den Kontakten bzw. zum nächsten Zellstreifen abführen können.
  • Das Verfahren zur Erzeugung der Zellstreifen und der anschließenden Serienverschaltung ist dem Stand der Technik zu entnehmen.
  • Bei lediglich einseitiger Beleuchtung wird die Abscheidung der Silberschicht auf der gesamten Fläche der zweiten elektrischen Kontaktschicht ausgeführt.
  • Diese Einfachzelle (engl. single junction) mit lediglich einer einzigen p-i-n-Struktur bewirkt besonders vorteilhaft neben der n-Schicht als solche, dass die Solarzelle beidseitig beleuchtet werden kann, sofern die beschriebenen Herstellungsverfahren eingehalten werden.
  • Im Rahmen der Erfindung wurde erkannt, dass die Schichtenfolge aus der EP 1 650 812 A2 ungeeignet ist, um zu einer Erhöhung des Wirkungsgrads im erfindungsgemäßen Sinn beizutragen. Erstens ist diese Tandemstruktur hierzu generell nicht in der Lage, denn diese ist nicht beidseitig beleuchtbar, da sie einen Rückreflektor aufweist. Außerdem sind Tandemsolarzellen im Generellen aufgrund der unterschiedlichen Bandlücken ihrer Teilzellen nicht geeignet in beidseitiger Beleuchtung eingesetzt zu werden. Zweitens weist die Schicht 4on eine Konzentration von O2 von mehr als 25% auf. In Zusammenhang mit einer Schichtdicke von wenigstens 30 nm ergibt sich mit der Schicht 4n zusammen eine n-Schichtenfolge mit etwa 40 nm Dicke. Es handelt sich also um zwei Schichten, wobei die Schicht 4n den Kontaktwiderstand zur Kontaktschicht reduziert und die Schicht 4on einen niedrigen Brechungsindex aufweist. Dies führt zu einer Verringerung der Leitfähigkeit, so dass die Schicht 4n zusätzlich zu verwenden ist.
  • Im Rahmen der Erfindung wurde ferner erkannt, dass aus Smirnov et al. nachteilig eine hohe Kristallinität der SiOx-n-Schicht notwendig ist, um die nachfolgend abgeschiedene i-Schicht hierauf gut nukleieren zu lassen. In der vorliegenden Patentanmeldung wächst die n-Schicht hingegen auf der mikrokristallinen i-Schicht auf und nukleiert auf diese Weise per se gut. Dadurch kann bei gleicher Leitfähigkeit der Schichten aus Smirnov und der erfindungsgemäßen n-Schicht ein höherer Sauerstoffgehalt in der vorliegenden Patentanmeldung eingestellt werden, was vorteilhaft bewirkt, dass eine höhere Transparenz der erfindungsgemäßen n-Schicht erreicht werden kann. Die Zellen in Smirnov et al. weisen einen niedrigen Füllfaktor auf, was sich auf die schlechtere Nukleation der i-Schicht auf der SiOx n-Schicht zurückführen lässt. Im Rahmen der Erfindung wurde außerdem erkannt, dass die in Smirnov et al. vorgeschlagene n-i-p-Struktur nicht geeignet ist den Wirkungsgrad deutlich zu erhöhen, da auf der p-Schicht deckend eine Silberschicht angeordnet ist, was eine beidseitige Beleuchtung unmöglich macht.
  • Das Raman-Intensitätsverhältnis wird bei der Herstellung der SiOx n-Schicht wie folgt genutzt. Das Raman-Intensitätsverhältnis, welches dem Verhältnis der mikrokristallinen zur amorphen Phase in der n-Schicht verwandt ist, soll vorteilhaft mehr als 5% in der n-Schicht betragen. Dieser Wert wird durch Messungen an Schichten mit einer Schichtdicke von mindestens 100 nm durch ein Raman-Spektrometer bei einer Laserwellenlänge von 488 nm bestimmt.
  • Die Dicke der n-Schicht von 5 bis 25 nm bewirkt besonders vorteilhaft, dass die n-Schicht zusätzlich eine geringe Transparenz aufweist was damit zu einer hohen Kurzschlussstromdichte führt. Außerdem reicht die Schichtdicke aus, um einen genügend hohen Füllfaktor der Solarzelle zu erreichen.
  • In einer Ausgestaltung der Erfindung sind beide elektrischen Kontaktschichten transparent. Es darf dann auf der erfindungsgemäßen Schichtenfolge allenfalls ein Silbergrid bzw. Silbernetz auf der zweiten elektrischen Kontaktschicht angeordnet sein. Dadurch wird vorteilhaft bewirkt, dass eine beidseitige Beleuchtung der Solarzelle möglich ist, die jeweils gesondert zur Wirkungsgradverbesserung der Solarzelle beiträgt.
  • Vorteilhaft beträgt daher der Wirkungsgrad der erfindungsgemäßen Solarzelle mehr als der jeder anderen Einzelzelle.
  • Die beschriebene Solarzelle wird vorteilhaft durch beidseitige Beleuchtung verwendet. Hierdurch steigt die Leistung der Solarzelle und insbesondere die Kurzschlussstromdichte als Kennfaktor.
  • Analog zur Solarzelle wird während des Verfahrens auf einem Substrat eine erste elektrische Kontaktschicht angeordnet. Auf der ersten elektrischen Kontaktschicht wird eine mikrokristalline p-Schicht und auf dieser eine mikrokristalline i-Schicht angeordnet. Sodann wird auf dieser Schichtenfolge die erfindungsgemäße mikrokristalline n-dotierte Schicht angeordnet.
  • Die Verfahrensparameter werden so eingestellt, dass eine n-dotierte SiOx-Schicht mit einem Gesamtsauerstoffgehalt von 10 bis 25% und umfassend zwei Phasen gebildet werden. Eine erste mikrokristalline Si:H-Phase und eine zweite amorphe SiOx:H-Phase. Diese Phasen bilden die n-Schicht.
  • Abschließend wird auf der erfindungsgemäßen n-dotierten Schicht eine zweite elektrische Kontaktschicht angeordnet.
  • Während der Abscheidung der n-Schicht werden die nachfolgenden Parameter eingestellt.
  • 1 bis 5% PH3 in 0,003 bis 0,03 sccm Silan; 0,66 bis 6,66 sccm H2; 0,0017 bis 0,02 sccm CO2 jeweil je cm2 Elektrodenfläche während der Abscheidung der n-Schicht. Der Saustoffgehalt wird auf diese Weise auf 10 bis 25% eingestellt. Die Plasmaanregungsfrequenz kann zwischen 13,56 bis 110 MHz eingestellt werden. Die Temperatur kann während der Abscheidung der n-Schicht 100 bis 300°C betragen. Der Abscheidungsdruck beträgt während der Abscheidung der n-Schicht vorteilhaft 0,3 bis 10 mbar. Die Anregungsleistung des Plasmas liegt vorteilhaft zwischen 0,1 bis 1 W·cm–2. Der Elektrodenabstand zum Substrat beträgt vorteilhaft z. B. 5 bis 30 mm. Die Abscheidungsrate kann zwischen 0,01 bis 1 nm·s–1 betragen.
  • An Stelle von SiH4 kann ein anderes Siliziumhaltiges Gas verwendet werden, dann muss lediglich nach Stand der Technik der Gasfluss äquivalent berechnet werden.
  • Das Verfahren sieht in einer Ausgestaltung der Erfindung vor, auf der zweiten elektrischen Kontaktschicht ein Silbergrid anzuordnen. Dieser Verfahrensschritt bewirkt mehr Freiheit bei der Herstellung der zweiten elektrischen Kontaktschicht. So kann dann z. B. ein aus dem Stand der Technik bekanntes Kathodenzerstäubungsverfahren angewendet werden.
  • Spezieller Beschreibungsteil:
  • Im Weiteren wird die Erfindung an Hand von Ausführungsbeispielen näher erläutert, ohne die Erfindung hierauf zu beschränken.
  • Es zeigen:
  • 1–6: Solarzelle nach dem Stand der Technik (1 bis 3) nach der Erfindung (4 bis 6).
  • 7: Abhängigkeit der Raman-Intensität von der Stokes-Verschiebung der n-Schicht bei 488 nm.
  • 8: Abhängigkeit des Raman-Intensitätsverhältnisses und der Leitfähigkeit der n-Schicht von den Gasflussverhältnissen.
  • Verglichen wird jeweils eine Referenz der Zellen 1 bis 3 mit einem Ausführungsbeispiel der Zellen 4 bis 6. Unmittelbar vergleichbar sind dabei die Zellen 1 und 4, 2 und 5 sowie 3 und 6.
  • Bei der nachfolgenden Abscheidung der Schichten wurde eine Elektrodenfläche von 150 cm2 verwendet.
  • Erster Schritt: Glasreinigung
  • Für alle 6 Zellen wurde ein Glassubstrat verwendet. Eine Glasreinigung erfolgte in einem Ultraschallbecken gefüllt mit deionisiertem Wasser und Decontam. Das Substrat wurde in deionisiertem Wasser gespült, bis eine Leitfähigkeit von > 18 × 106 Ohm erreicht wurde. Die Trocknung des Substrats erfolgte durch Schleudern und Spülen mit Stickstoff 5.0.
  • Zweiter Schritt: Anordnung der ersten elektrischen Kontaktschicht auf dem Glassubstrat
    • a) Die erste elektrische Kontaktschicht wurde durch Magnetron Kathodenzerstäuben von Aluminium dotiertem Zinkoxid auf dem Glassubstrat angeordnet. Als Anlagentyp wurde eine Von Ardenne Anlagentechnik, VISS 300, gewählt. Der Sputterprozess erfolgte unter Verwendung einer ZnO:Al2O3-Kathode mit einem Gewichtsanteil von Al2O3 von 1%. Die Glastemperatur wurde auf 300°C eingestellt. Die Abscheidungsleistung betrug 2 W·cm–2 bezogen auf die Kathodengröße bei einer Abscheidungsfrequenz von 13,56 MHz. Als Prozessgas wurde Argon mit einem Fluss von 100 sccm eingestellt. Der Druck in der Vakuumkammer betrug bei der Abscheidung 1·10–6 bar. Entsprechend der Parameter während der Abscheidung wurde eine Schicht mit einer Dicke von 800 nm bei einer Abscheidungsdauer von 75 Minuten und einer Abscheidungsrate 5,5 mm·m·min–1 auf dem Glassubstrat abgeschieden. Im Anschluss an den Sputterprozess wurde die Oberfläche des Zinkoxids mittels 0,5% verdünnter Salzsäure für 40 Sekunden geätzt, um die gewünschte Oberflächentopographie des Zinkoxids zu erhalten.
  • Dieser Herstellungsprozess wurde für alle sechs Zellen in identischer Weise durchgeführt.
    • b) Die Zellen 3 und 6 wurden zusätzlich wie folgt behandelt: 1) Auf die geätzte Zinkoxid-Oberfläche wurde durch Kathodenzerstäuben von Silber eine zweite Schicht angeordnet. Als Anlagentyp wurde eine Von Ardenne Anlagentechnik, VISS 300, gewählt. Der Sputterprozess selbst erfolgt unter Verwendung einer Kathode aus 99,99% Silber. Es wurde bei Raumtemperatur gesputtert. Der Druck in der Kammer bei der Abscheidung betrug 5·10–6 bar. Die Abscheidungsleistung wurde auf 2 Wcm–2 bezogen auf die Kathodengröße eingestellt. Bei einer Abscheidungsfrequenz von 40 kHz sowie einem Argon Fluss von 100 sccm wurde bei einer Abscheidungsdauer von 5 Minuten eine 200 nm dicke Silberschicht auf dem Zinkoxidkontakt angeordnet. 2) In einem dritten Schritt wurde auf die nach b)1) hergestellte Silberschicht der Zellen 3 und 6 durch Kathodenzerstäuben von Aluminium dotiertem Zinkoxid eine weitere dünne Kontaktschicht zum Schutz der Silberschicht angeordnet.
  • Als Anlagentyp wurde zu diesem Zweck eine Von Ardenne Anlagentechnik, VISS 300, gewählt. Der Sputterprozess erfolgte unter Verwendung einer ZnO:Al2O3-Kathode mit einem Gewichtsanteil an Al2O3 von 1%. Die Glastemperatur wurde auf Raumtemperatur eingestellt. Der Druck bei der Abscheidung betrug 5·10–6 bar. Der Argonfluss wurde auf 50 sccm eingestellt. Zusätzlich wurde als Reaktionsgas 1% Sauerstoff im Argon Fluss von 50 sccm zugesetzt. Bei einer Abscheidungsleistung von 2 W·cm–2 bezogen auf die Kathodengröße und einer Abscheidungsfrequenz von 13,56 MHz wurde bei 10 Minuten Abscheidungsdauer eine 80 nm dünne Zinkoxidschicht auf der 200 nm dicken Silberschicht angeordnet.
  • Dritter Schritt: Anordnung der p-dotierten Schicht auf dem ersten elektrischen Kontakt
  • Es wurde eine mit Bor dotierte, 20 nm dicke, mikrokristalline Schicht mittels PECVD auf dem ersten elektrischen Kontakt abgeschieden.
    • 1) Im ersten Schritt wurde bei einem Abscheidungsdruck von 0,4 mbar und einer Abscheidungsdauer von 3 Minuten abgeschieden. Die Substrattemperatur wurde hierfür auf 180°C eingestellt. Bei einer Abscheidungsfrequenz von 94,7 MHz und einer Abscheidungsleistung von 0,065 W·cm 2 wurde eine Fläche von 10 cm·10 cm beschichtet. Der Abstand zwischen den Elektroden betrug 20 mm. Es wurden Flüsse an Siliziumwasserstoff von 1,5 sccm und Wasserstoff von 200 sccm eingestellt. 1% Trimethylbor in Helium mit einem Fluss 0,4 sccm wurde zugefügt. Auf diese Weise wurde eine 5 nm dicke Bor dotierte Schicht auf dem ersten elektrischen Kontakt angeordnet.
    • 2) Bei veränderten Flüssen aber im Übrigen identischen Verfahrensparametern wurde der zweite Teil der p-Schicht über 4 Minuten hinweg abgeschieden. Der Fluss an Siliziumwasserstoff betrug hierfür 2 sccm. Der Fluss an Wasserstoff betrug 200 sccm und der Fluss von 1% Trimethylbor in Helium betrug 2 sccm. Die Dotierung wurde entsprechend eingestellt.
  • Der dritte Schritt wurde für alle sechs Zellen auf identische Weise durchgeführt.
  • Vierter Schritt: Anordnung der i-Schicht auf der p-Schicht
  • Zur Abscheidung einer 1000 nm dicken intrinsischen mikrokristallinen Schicht mittels PECVD wurde wie folgt vorgegangen:
    Der erste Teil der intrinsischen Schicht wurde bei einem Abscheidungsdruck von 1,5 mbar für und einer Abscheidungsdauer von 4 Minuten hergestellt. Die nach den ersten drei Schritten hergestellte Schichtstruktur wurde in die Kammer eingesetzt und auf 180°C geheizt. Der Abstand zwischen den Elektroden betrug 12 Millimeter. Bei einer Abscheidungsfrequenz von 94,7 MHz und einer Abscheidungsleistung von 0,13 W·cm–2 wurden 70 nm der insgesamt 1000 nm auf 10 × 10 cm2 Abscheidungsfläche abgeschieden. Dabei betrug der Fluss an Siliziumwasserstoff 4 sccm und der Fluss an Wasserstoff betrug 95 sccm.
  • Der zweite Teil der intrinsischen Schicht wurde bei veränderten Flüssen über 75 Minuten hergestellt. Der Fluss an Siliziumwasserstoff wurde auf 4,5 sccm und der Fluss an Wasserstoff wurde auf 95 sccm eingestellt. Auf diese Weise wurden die restlichen 930 nm der insgesamt 1000 nm abgeschieden.
  • Der vierte Schritt wurde für alle sechs Zellen in identischer Weise durchgeführt.
  • Fünfter Schritt: Anordnung der SiOx-Schicht als n-Schicht auf der i-Schicht
  • Die n-Schicht wurde als Phosphor dotierte Schicht mit einer Dicke von 20 nm auf der intrinsischen Schicht abgeschieden. Es wurde ein PECVD-Verfahren angewendet. Die mit Schritt 4 hergestellten Schichtstrukturen wurden hierfür in die Abscheidungskammer eingebracht und auf 180°C geheizt. Auf den 10 × 10 cm2 großen Schicht-Strukturen wurden bei einem Elektrodenabstand von 20 Millimeter und einer Abscheidungsfrequenz von 13,56 MHz die nachfolgend zusammengefassten Parameter eingestellt: Tabelle 1: Zusammenfassung wesentlicher Prozessparameter bei der Herstellung der n-Schicht der untersuchten p-i-n-Zellen.
    Zelle Dauer [min] Leistung [W·cm–2] Fluss 2% PH3/SiH4 [sccm/cm2] Fluss SiH4 [sccm/cm2] Fluss CO2 [sccm] Beleuchtung
    1 1 min 50 s 0,02 0,17 0,4 0 Glasseite
    2 1 min 50 s 0,02 0,17 0,4 0 Glasseite/Nicht-Glasseite
    3 1 min 50 s 0,02 0,17 0,4 0 Nicht-Glasseite
  • Der Abscheidungsdruck betrug bei den Zellen 1 bis 3 jeweils 0,665 mbar und bei den nachfolgenden Zellen 4 bis 6 insgesamt 3 mbar.
    Zelle Dauer [min] Leistung [W·cm–2] Fluss 2% PH3/SiH4 [sccm/cm2] Fluss H2 [sccm/cm2] Fluss CO2 [sccm/cm2] Beleuchtung
    4 4 min 0 s 0,33 0,0066 1,32 0,00495 Glasseite
    5 4 min 0 s 0,33 0,0066 1,32 0,00495 Glasseite/Nicht-Glasseite
    6 4 min 0 s 0,33 0,0066 1,32 0,00495 Nicht-Glasseite
  • Spalte 1 gibt die jeweiligen Referenzen, das heißt die Zellen 1 bis 3 sowie die erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiele, das heißt die Zellen 4 bis 6 an. Spalte 2 gibt die Abscheidungsdauer während des PECVD-Verfahrens und die Spalte 3 die Abscheidungsleistung an.
  • Die Spalten 4 bis 6 geben die verwendeten Flüsse je cm2 Elektrodenfläche an. Die Spalte 4 zeigt, dass vorliegend 2% Phosphin in Silan verwendet wurde. Die Spalten 6 und 7 geben die Flüsse an Silan (Zellen 1 bis 3) bzw. Wasserstoff (Zellen 4 bis 6) wieder. Kohlendioxid wurde nur bei der Herstellung der n-Schichten der Zellen 4 bis 6 eingesetzt. Alle Flüsse werden in Standardkubikzentimeter angegeben. Unter diesen Bedingungen stellt sich das gewünschte Phasengemisch ein.
  • Die Zellen 4 bis 6 weisen in der n-Schicht entsprechend einen Sauerstoffgehalt von etwa 20%, bezogen auf das gesamte Schichtvolumen der n-Schicht, auf.
  • Sechster Schritt: Anordnung der zweiten elektrischen Kontaktschicht auf der n-Schicht
  • Die Zellen 1 bis 6 wurden wie folgt mit einem zweiten elektrischen Kontakt versehen: Kathodenzerstäuben von Aluminium dotiertem Zinkoxid mit einer Schichtdicke von 80 nm.
    • 1) Zellen 1, 3, 4 und 6: Als Anlagentyp wurde eine Von Ardenne Anlagentechnik, VISS 300 verwendet. Als Kathode wurde eine ZnO:Al2O3 mit einem Gewichtsanteil von Al2O3: von 1% bei Raumtemperatur zerstäubt. Der Druck bei der Abscheidung betrug 5·10–6 bar. Als Argon Fluss wurde 50 sccm eingestellt. Es wurde 1% Sauerstoff in den Argon Fluss beigefügt. Die Abscheidungsdauer betrug insgesamt 10 Minuten bei einer Abscheidungsleistung von 2 W·cm–2 bezogen auf die Kathodengröße. Die Abscheidungsfrequenz wurde auf 13,56 MHz eingestellt. Die Abscheidungsrate betrug hierbei von 0,13 nm/s. Das ZnO wurde durch eine Maske abgeschieden, welche die Fläche der Solarzellen definiert.
  • Die auf diese Weise hergestellte Zinkoxidschicht wurde sodann durch eine Maske mit Silber bedampft. Als Aufdampfmaterial wurde Silber mit einer Reinheit von 99,99% gewählt
  • Bei Raumtemperatur wurde auf diese Weise eine Schichtdicke von 700 nm Silber bei einem Druck von 2·10–5 mbar und bei einer Abscheidungsrate von 5 nm·s–1 abgeschieden. Das Schiffchenmaterial bestand aus Wolfram.
  • Während bei den Zellen 1 und 4 auf dem Zinkoxid eine Lage Silber abgeschieden wurde, wurden bei den Zellen 3 und 6 0,1 mm breite Silberstreifen mit einem Abstand von 1 mm, welche durch einen 2 mm breiten Silberstreifen verbunden sind, angeordnet.
    • 2) Die Zellen 2 und 5 wurden wie folgt mit einem zweiten elektrischen Kontakt versehen: Kathodenzerstäuben von Aluminium dotierten Zinkoxid mit einer Schichtdicke von 80 nm.
  • Als Anlagentyp wurde eine Kurt Lesker-Anlage gewählt. Als Kathode wurde eine ZnO:Al2O3 mit einem Gewichtsanteil an Al2O3 von 2% bei 100°C zerstäubt. Der Druck bei der Abscheidung betrug 2 mTorr, entsprechend 2,7·10–6 bar- Als Prozessgas wurde Argon mit einem Fluss von 8 sccm eingestellt. Die Abscheidungsdauer betrug insgesamt 3,5 Minuten bei einer Abscheidungsrate von 0,33 nm·s–1 und einer Abscheidungsleistung von 1,4 W·cm–2 bezogen auf die Kathodengröße. Die Abscheidungsfrequenz wurde auf 13,56 MHz eingestellt.
  • Die auf diese Weise hergestellte Zinkoxidschicht wurde sodann durch eine Maske mit Silber bedampft, wie für die Zellen 3 und 6 gezeigt, so dass wiederum aus Vergleichbarkeitsgründen 0,1 mm breite Silberstreifen mit einem Abstand von 1 mm, welche durch einen 2 mm breiten Silberstreifen verbunden sind, angeordnet wurden.
  • Die 1 bis 6 zeigen schematisch die auf diese Weise hergestellten Zellen 1 bis 6 sowie die Beleuchtung der Zellen entlang der dicken Pfeile.
  • Um die Anteile der amorphen und der mikrokristallinen Phase in der n-Schicht näher zu charakterisieren, wurde in der 7 die Raman-Intensität gegen die Stokes-Verschiebung und in 8 das Raman-Intensitätsverhältnis und die Leitfähigkeit gegen das Gasflussverhältnis rCO2 dargestellt.
  • Das Raman-Intensitätsverhältnis Ic, welches dem Verhältnis der mikrokristallinen zur amorphen Phase verwandt ist, beträgt vorteilhaft mehr als 5% in der erfindungsgemäßen n-Schicht. Dieser Wert wird durch Messungen an der n-Schicht mit einer Schichtdicke von mindestens 100 nm durch ein Raman-Spektrometer bei einer Laserwellenlänge von 488 nm bestimmt. Anschließend wurde das Spektrum in folgender Weise ausgewertet.
  • An das Spektrum der SiOx-n-Schicht wird so ein a-SiOx Spektrum als Referenz angepasst, das beide Spektren bei Wellenzahlen zwischen 400 cm–1 und 450 cm–1 übereinstimmen lassen. Nun wird das a-SiOx:H Signal von dem der SiOx-n-Signal abgezogen, die Fläche der Signale wird berechnet und mit folgender Rechenvorschrift das Raman Intesitätsverhältnis (Ic) bestimmt.
  • Figure 00140001
  • In 8a) ist das Raman Intensitäts-Verhältnis Ic in Abhängigkeit zum CO2/(PH3)SiH4-Verhältnis aufgetragen. Der PH3 in SiH4-Fluss und der H2-Fluss sind in der Legende in sccm aufgeführt. In 8b) ist die Leitfähigkeit σ über dem CO2/SiH4-Verhältnis aufgetragen. Der genutzte PH3 in SiH4-Fluss und der H2-Fluss sind in der Legende aufgeführt.
  • Aus 8b wird deutlich, dass ein Ic von > 5% für die Leitfähigkeit der Solarzelle vorteilhaft ist. Dies verdeutlicht den vorteilhaften Effekt der mikrokristallinen Phase in den Schichten, unbeachtlich der Schichtdicke der n-Schicht.
  • Ergebnisse:
  • Die nach dem angegebenen Verfahren erzielten Ergebnisse für die Solarzellen sind wie folgt:
    η [%] FF [%] VOC [mV] JSC [mA/cm2]
    Zelle 1 von der Glasseite beleuchtet (p-Seite) 8,62 68,8 534 23,45
    Zelle 2 beidseitig beleuchtet
    n-Seite 5,31 69,4 529 14,44
    p-Seite 7,39 71,1 533 19,5
    Zelle 3 von der nicht Glasseite beleuchtet (n-Seite) 8,25 72,9 536 21,1
    Zelle 4 von der Glasseite beleuchtet (p-Seite) 9,1 70,1 535 24,25
    Zelle 5 beidseitig beleuchtet
    n-Seite 7,64 69,8 502 21,82
    p-Seite 6,77 67,8 515 19,36
    Zelle 6 von der nicht Glasseite beleuchtet (n-Seite) n-Seite 8,94 71,5 516 24,23
    JSC = Kurzschlussstromdichte; VOC = Offene Klemmenspannung; FF = Füllfaktor; η = Wirkungsgrad.
  • Ein Vergleich der Zellen 1 und 4 zeigt, dass der μc-SiOx:H Teil der n-Schicht in Zelle 4 parasitär weniger Licht absorbiert, welches zu einer höheren Kurzschlussstromdichte und damit zu einem höheren Wirkungsgrad führt.
  • Ein Vergleich der Zellen 2 und 5 zeigt, dass der μc-SiOx:H Teil der n-Schicht in Zelle 5 parasitär weniger Licht absorbiert, welches zu einer höheren Kurzschlussstromdichte und damit zu einem höheren Wirkungsgrad führt. Außerdem führt der μc-SiOx:H Teil der n-Schicht zu einer besseren Lichteinkopplung, die die Kurzschlussstromdichte weiter erhöht.
  • Ein Vergleich der Zellen 3 und 6 zeigt, dass der μc-SiOx:H Teil der n-Schicht in Zelle 5 parasitär weniger Licht absorbiert, welches zu einer höheren Kurzschlussstromdichte und damit zu einem höheren Wirkungsgrad führt. Außerdem führt die μc-SiOx:H <n> zu einer besseren Lichteinkopplung die die Kurzschlussstromdichte weiter erhöht.
  • Die beidseitige Beleuchtung kann im einfachsten Fall durch einen Reflektor, der die Solarmodule von der Rückseite beleuchtet realisiert werden. Hierbei kann es sich z. B. auch um eine schon vorhandene weiße Folie handeln, welche schon zur Dachabdeckung genutzt wird.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • EP 1650812 A2 [0004, 0028]
  • Zitierte Nicht-Patentliteratur
    • Smirnov et al. (Phys. Status Solidi C7, No 3–4, 1053–1056, 2010) [0005]

Claims (12)

  1. Solarzelle mit einer ersten elektrischen Kontaktschicht auf einem Substrat, sowie einer p-i-n-Struktur auf der ersten elektrischen Kontaktschicht, wobei die p-Schicht auf der ersten elektrischen Kontaktschicht angeordnet ist sowie einer zweiten elektrischen Kontaktschicht auf der n-Schicht der p-i-n-Struktur, wobei die i-Schicht der p-i-n-Struktur mikrokristallin ist, gekennzeichnet durch eine n-dotierte Schicht mit einem Gesamtsauerstoffgehalt von 10 bis 25% und umfassend zwei Phasen, eine mikrokristalline Si:H-Phase und eine amorphe SiOx:H-Phase.
  2. Solarzelle nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Dicke der n-Schicht von 5 bis 25 nm.
  3. Solarzelle nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass beide elektrische Kontaktschichten transparent sind.
  4. Solarzelle nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch einen Bandabstand E04 von 2,0 bis 2,6 eV der n-Schicht.
  5. Solarzelle nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass auf der zweiten elektrischen Kontaktschicht ein Silbernetz angeordnet ist.
  6. Solarzelle nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch ein Raman–Intensitätsverhältnis Ic in der n-Schicht von größer 5 berechnet nach
    Figure 00170001
  7. Verwendung einer Solarzelle nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der die Solarzelle beidseitig beleuchtet wird.
  8. Verfahren zur Herstellung einer Solarzelle, mit den Schritten: – auf einem Substrat wird eine erste elektrische Kontaktschicht angeordnet, – auf der ersten elektrischen Kontaktschicht wird eine mikrokristalline p-Schicht angeordnet, – auf der p-Schicht wird eine mikrokristalline i-Schicht angeordnet, – auf der mikrokristallinen i-Schicht wird eine mikrokristalline n-dotierte Schicht angeordnet, – auf der n-dotierten Schicht wird eine zweite elektrische Kontaktschicht angeordnet, dadurch gekennzeichnet, dass – eine n-dotierte Schicht mit einem Gesamtsauerstoffgehalt von 10 bis 25% und umfassend zwei Phasen, eine mikrokristalline Si:H-Phase und eine amorphe SiOx:H-Phase auf der i-Schicht angeordnet wird.
  9. Verfahren zur Herstellung einer Solarzelle nach dem vorherigen Anspruch, gekennzeichnet durch eine Konzentration von 1 bis 5% PH3 in Silan.
  10. Verfahren nach Anspruch 9, gekennzeichnet durch einen Gasfluss von 0,003 bis 0,03 sccm Silan-PH3-Gemisch je cm2 Elektrodenfläche während der Abscheidung der n-Schicht.
  11. Verfahren nach einem der vorhergehenden zwei Ansprüche, gekennzeichnet durch einen Gasfluss von 0,66 bis 6,66 sccm H2 je cm2 Elektrodenfläche während der Abscheidung der n-Schicht.
  12. Verfahren nach einem der vorhergehenden drei Ansprüche, gekennzeichnet durch einen Gasfluss von 0,0017 bis 0,02 sccm CO2 je cm2 Elektrodenfläche während der Abscheidung der n-Schicht.
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Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3726688A1 (de) * 1986-08-11 1988-02-25 Toshiba Kk Elektrophotographisches aufzeichnungsmaterial
DE3305030C2 (de) * 1982-02-15 1992-05-21 Director-General Of Agency Of Industrial Science And Technology, Tokio/Tokyo, Jp
DE69330990T2 (de) * 1992-11-16 2002-04-04 Canon Kk Photoelektrische Umwandlungsvorrichtung und Verwendung derselben in einem erzeugenden System
EP1650812A1 (de) 2003-07-24 2006-04-26 Kaneka Corporation Dünnfilm-solarzelle auf siliciumbasis
US20090272423A1 (en) * 2003-06-26 2009-11-05 Kyocera Corporation Multi-Junction Type Solar Cell Device
EP2128904A2 (de) * 2008-05-27 2009-12-02 KISCO Corporation Tandem-Dünnschicht-Solarzelle aus Silizium und Herstellungsverfahren dafür
US20100024878A1 (en) * 2006-12-25 2010-02-04 Yoshiyuki Nasuno Photoelectric conversion device and method of producing the same

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
AU2004259485B2 (en) * 2003-07-24 2009-04-23 Kaneka Corporation Stacked photoelectric converter

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3305030C2 (de) * 1982-02-15 1992-05-21 Director-General Of Agency Of Industrial Science And Technology, Tokio/Tokyo, Jp
DE3726688A1 (de) * 1986-08-11 1988-02-25 Toshiba Kk Elektrophotographisches aufzeichnungsmaterial
DE69330990T2 (de) * 1992-11-16 2002-04-04 Canon Kk Photoelektrische Umwandlungsvorrichtung und Verwendung derselben in einem erzeugenden System
US20090272423A1 (en) * 2003-06-26 2009-11-05 Kyocera Corporation Multi-Junction Type Solar Cell Device
EP1650812A1 (de) 2003-07-24 2006-04-26 Kaneka Corporation Dünnfilm-solarzelle auf siliciumbasis
US20100024878A1 (en) * 2006-12-25 2010-02-04 Yoshiyuki Nasuno Photoelectric conversion device and method of producing the same
EP2128904A2 (de) * 2008-05-27 2009-12-02 KISCO Corporation Tandem-Dünnschicht-Solarzelle aus Silizium und Herstellungsverfahren dafür

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Smirnov et al. (Phys. Status Solidi C7, No 3-4, 1053-1056, 2010)

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Publication number Publication date
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