DE102012100795B4 - Superstrat-Solarzelle und Verfahren zu deren Herstellung - Google Patents

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Abstract

Verfahren zum Herstellen einer Solarzelle mit:- Ausbilden einer vorderen Kontaktschicht (104) über einem Substrat (102), wobei die vordere Kontaktschicht (104) für spezifische Wellenlängen optisch transparent und elektrisch leitfähig ist;- Ritzen eines ersten geritzten Bereichs (112) durch die vordere Kontaktschicht (104), um einen Teil des Substrats (102) freizulegen;- Ausbilden einer Pufferschicht (106), die mit einer n-Typ Dotierungssubstanz dotiert ist, über der vorderen Kontaktschicht (104) und dem ersten geritzten Bereich (112);- Ausbilden einer Absorberschicht (108), die mit einer p-Typ Dotierungssubstanz dotiert ist, über der Pufferschicht (106), wobei der erste geritzte Bereich (112) mit der Pufferschicht (106) und der Absorberschicht (108) aufgefüllt wird; und- Ausbilden einer hinteren Kontaktschicht (110), die elektrisch leitfähig ist, über der Absorberschicht (108), wobei die Pufferschicht (106) CdS, InxSey, In(OH)xSy, ZnO, ZnSe, ZnS, ZnS(O,OH), ZnIn2Se4oder ZnMgO oder eine Kombination daraus umfasst und wobei die Absorberschicht (108) eine Kombination aus Hauptgruppen-I, III, VI-Elementen des Periodensystems umfasst.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine Solarzelle und insbesondere eine Superstrat-Solarzelle sowie ein Verfahren zu deren Herstellung.
  • Eine Solarzelle umfasst eine p-Typ dotierte Absorberschicht und eine n-Typ dotierte Pufferschicht. Bei manchen Superstrat-Solarzellen, also bei Solarzellen, bei denen das Substrat in Einstrahlungsrichtung vor den eigentlichen lichtempfindlichen Schichten, also darüber liegt, wird die Absorberschicht bei einer erhöhten Temperatur abgeschieden, nachdem die Pufferschicht (z.B. CdS) ausgebildet wurde. Allerdings tritt bei einer hohen Temperatur eine Kreuzdiffusion von Elementen zwischen der Pufferschicht und der Absorberschicht während des Abscheidens der Absorberschicht auf.
  • Die US 2011/0155226 A1 beschreibt eine Solarzelle. Die Solarzelle umfasst auf einem Glassubstrat in dieser Reihenfolge eine transparente Elektrode, eine Pufferschicht vom n-Typ, eine Absorberschicht und eine Rückelektrode.
  • Die US 2009/0308436 A1 beschreibt eine Solarzelle. Über einem Substrat sind in dieser Reihenfolge ein vorderes Elektrodenmuster, ein Halbleiterschichtmuster, ein transparentes leitendes Schichtmuster und ein rückseitiges Elektrodenmuster ausgebildet. Das vordere Elektrodenmuster umfasst einen ersten Trennkanal, in dem eine erste Isolationsschicht ausgebildet ist.
  • Die US 2010/0180935 A1 beschreibt eine photovoltaische Vorrichtung mit einer Absorberschicht umfassend CdTe und einer Fensterschicht umfassend CdS.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine weitere Superstrat-Solarzelle sowie ein Verfahren zu deren Herstellung bereitzustellen, die insbesondere verbesserte Eigenschaften aufweist und sich einfach mit hoher Ausbeute herstellen lässt.
  • Diese Aufgabe wird durch die Gegenstände der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind in den jeweiligen abhängigen Patentansprüchen beschrieben.
  • Die Erfindung wird im Folgenden beispielsweise anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:
    • 1 eine schematische Darstellung eines Superstrat-Solarzellenmoduls gemäß der Erfindung;
    • 2A bis 2H schematische Darstellungen der Superstrat-Solarzelle aus der 1 zu verschiedenen Herstellungsschritten; und
    • 3 ein Flussdiagramm eines Verfahrens zur Herstellung der Superstrat-Solarzelle aus der 1 gemäß der Erfindung.
  • Die 1 zeigt eine schematische Darstellung eines beispielhaften Superstrat-Solarzellenmoduls gemäß einigen Ausführungsformen der Erfindung. Das Superstrat-Solarzellenmodul 100 umfasst ein Substrat 102 (z.B. Glas), eine vordere Kontaktschicht 104 (z.B. transparentes leitendes Oxid, TCO), eine Pufferschicht 106 (z.B. CdS), eine Absorberschicht 108 (z.B. Kupfer-Indium-Gallium-Selenid, CIGS) und eine hintere Kontaktschicht 110 (z.B. Mo). Ein positiver Verbindungsknoten 120 oder Anschluss für eine positive Spannung ist mit der vorderen Kontaktschicht 104 verbunden und ein negativer Verbindungsknoten 122 oder Anschluss für eine negative Spannung 122 ist mit der hinteren Kontaktschicht 110 verbunden, um eine elektrische Verbindung bereitzustellen.
  • Das Substrat 102 ist für Licht spezifischer Wellenlängen durchlässig, um mittels der Solarzelle 100 Elektrizität zu erzeugen. In manchen Ausführungsformen umfasst das Substrat 102 Glas (z.B. Kalknatronglas), flexibles Polyimid oder ein anderes geeignetes Material und weist eine Dicke von ungefähr 0,1 bis 3 mm auf.
  • Ein erster gravierter oder geritzter Bereich 112, wie z.B. eine Vertiefung, Nut, Graben oder dergleichen teilt die vordere Kontaktschicht 104 vertikal, also in einer ersten Richtung. Der erste geritzte Bereich 112 wird durch einen Gravier-, Ritz- oder Abtragprozess (z.B. mechanisches Gravieren, Ritzen oder Abtragen oder Lasergravieren, -ritzen oder -abtragen) ausgebildet, um einen aktiven Bereich 118 und einen Verbindungsbereich 119 zu definieren. Der erste geritzte Bereich 112 ist mit der Pufferschicht 106 und der Absorberschicht 108 aufgefüllt. Ein zweiter gravierter oder geritzter Bereich 114, wie z.B. eine Vertiefung, Nut, Graben oder dergleichen teilt die Pufferschicht 106 und die Absorberschicht 108 vertikal. Der zweite geritzte Bereich 114 wird durch einen Gravier-, Ritz- oder Abtragprozess (z.B. mechanisches Gravieren, Ritzen oder Abtragen oder Lasergravieren, -ritzen oder -abtragen) ausgebildet, um einen elektrischen Pfad zur Verbindung der vorderen Kontaktschicht 104 mit der hinteren Kontaktschicht 110 zu definieren. Der zweite geritzte Bereich 114 ist mit der hinteren Kontaktschicht 110 aufgefüllt.
  • Ein dritter gravierter oder geritzter Bereich 116, wie z.B. eine Vertiefung, Nut, Graben oder dergleichen teilt die Pufferschicht 106, die Absorberschicht 108 und die hintere Kontaktschicht 110 vertikal. Der dritte geritzte Bereich 116 wird durch einen Gravier-, Ritz- oder Abtragprozess (z.B. mechanisches Gravieren, Ritzen oder Abtragen oder Lasergravieren, -ritzen oder -abtragen) ausgebildet, um eine Isolation zwischen benachbarten Zellen bereitzustellen. In manchen Ausführungsformen weisen der erste und der zweite geritzte Bereich 112 und 114 jeweils eine Breite von ungefähr 45 bis 85 µm auf und der dritte geritzte Bereich 116 weist eine Breite von ungefähr 48 bis 68 µm auf. Der Gravier- oder Ritzprozess erhöht den Fabrikationsfluss von Superstrat-Solarzellen, erhöht also vorzugsweise die Prozessgeschwindigkeit mit der Superstrat-Solarzellen hergestellt werden können.
  • Die vordere Kontaktschicht 104 ist eine dünne Schicht, die für bestimmte (Ziel) Wellenlängen transparent und elektrisch leitfähig ist. Die vordere Kontaktschicht 104 kann aus TCOs, wie SnO2, In2O3:Sn (ITO), In2O2:Ga, In2O3:F, Cd2SnO4 (CTO), Zn2SnO4, Fluor-dotiertes Zinnoxid (FTO), mit Hauptgruppe III-Elementen-dotiertes Zinkoxid (ZnO), wie Aluminium-dotiertes Zinkoxid (ZnO:Al, AZO), oder Indium-dotiertes Cadmiumoxid bestehen oder diese umfassen. Eng gezogene Metallgitter (Ni-Al), also Metallgitter mit schmalen Metallbahnen und gegebenenfalls geringen Abständen, die die Transparenz der vorderen Kontaktschicht 104 nicht oder nicht wesentliche verringern, können auf der Oberseite der TCOs abgeschieden werden, um den Reihenwiderstand herabzusetzen.
  • Die TCOs weisen in manchen Ausführungsformen eine Dicke von ungefähr 0,25 bis 1,5 µm auf. Die oben genannten TCOs sind mit einer n-Typ Dotierungssubstanz dotiert, aber in manchen Ausführungsformen können die TCOs mit einer p-Typ Dotierungssubstanz dotiert sein. Die vordere Kontaktschicht 104, also die Kontaktschicht auf dem Substrat 102, kann auch organische Filme umfassen, die unter Verwendung von Kohlenstoffnanoröhrennetzen und/ oder Graphen zusammen mit Netzwerken aus Polymeren, so wie Poly(3,4-ethylendioxythiophen) (PEDOT) oder seinen Derivaten hergestellt werden können, um hochgradig transparent für infrarotes Licht zu sein.
  • Die Pufferschicht 106 umfasst CdS, InxSey, In(OH)xSy, ZnO, ZnSe, ZnS, ZnS(O,OH), ZnIn2Se4, ZnMgO, oder eine Kombination daraus oder kann jedes andere geeignete Material umfassen und kann mit einer n-Typ Dotierungssubstanz dotiert sein. Die Pufferschicht 106 weist vorzugsweise eine Dicke von ungefähr 0,01 bis 0,1 µm auf.
  • Die Pufferschicht 106 (z.B. eine CdS-Schicht) fördert die Ausrichtung der Bandstruktur der Solarzellenvorrichtung, bildet eine Verarmungsschicht zur Reduzierung des Tunnel-Effekts aus und baut ein höheres Kontaktpotenzial auf, das einen höheren Quellenspannungs- oder Leerlaufspannungswert (Voc) ermöglicht. In manchen Ausführungsformen umfasst die Pufferschicht 106 mehrere Schichten, zum Beispiel eine CdS-Bischicht aus einer dünneren hochohmigen Schicht, die entweder durch Aufdampfen oder chemische Badabscheidung (CBD) ausgebildet ist, und einer dickeren niederohmigen Schicht, die 2 %ig mit In oder Ga dotiert ist.
  • Die Absorberschicht 108 ist eine p-Typ-Schicht und umfasst eine Kombination aus Hauptgruppen-I, III, VI-Elementen des Periodensystems, wie (Cu, Ag, Au | Al, Ga, In | S, Se, Te) einschließlich CIGS, oder kann jedes andere geeignete Material umfassen. I-III-VI2-Halbleiter, so wie Kupfer-Indium-Selenid (CIS) oder CIGS werden aufgrund ihrer Kristallstruktur als Chalcopyrite oder Kupferpyrite oder Narrengold bezeichnet. Diese Materialien werden in vielen Zusammensetzungen hergestellt. Für die Herstellung von Solarzellen können leicht kupferreduzierte Zusammensetzungen mit einer p-Typ-Leitfähigkeit als Absorberschicht 108 verwendet werden.
  • In manchen Ausführungsformen umfasst die Absorberschicht 108 CuInSe2, CuGaTe2, Cu2Ga4Te7, CuInTe2, CuInGaSe2, CuInGaSeS2, CuInAlSe2, CuInAlSeS2, CuGaSe2, CuAlSnSe4, ZnIn2Te4, CdGeP2, ZnSnP2, eine Kombination daraus oder jedes andere geeignete Material. Die Absorberschicht 108 weist eine Dicke von ungefähr 0,1 bis 4 µm auf. Die Absorberschicht 108 kann eine Vielzahl an Schichten mit unterschiedlich hoher p-Dotierung umfassen.
  • Die hintere Kontaktschicht 110, die elektrisch leitend ist, kann aus Metall, insbesondere Mo, Pt, Au, Cu, Cr, Al, Ca, Ag, jeder Kombination daraus oder jedem anderen geeigneten Material bestehen und weist eine Dicke von ungefähr 0,5 bis 1,5 auf. Zum Beispiel bietet Mo (Molybdän) als hintere Kontaktschicht 110 relativ hohe Stabilität während der Herstellung, Beständigkeit gegen ein Legieren mit Cu und In und einen geringen Kontaktwiderstand mit der Absorberschicht 108. Ein typischer Wert für den elektrischen Widerstand von Mo beträgt ungefähr 5 × 10-5 Ωcm oder weniger.
  • Die Superstrat-Solarzelle 100 kann in einer Tandemstruktur oder einer Solarzellenstruktur mit mehreren Sperrschichten (multi-junction solar cell structure) verwendet werden, bei denen die Superstrat-Solarzelle als eine obere Zelle für die kürzeren Wellenlängenanteile der Lichtquelle dient. Das Glassubstrat der Superstrat-Solarzelle dient nicht nur als Träger, sondern auch als ein Teil einer Verkapselung, Einfassung oder eines Gehäuses, was zu einer Reduzierung der Modulkosten im Vergleich mit einer herkömmlichen Substrat-Solarzelle führt.
  • Im Vergleich mit der Superstrat-Solarzelle 100 benötigt die Einfassung der herkömmlichen Substrat-Solarzelle ein zusätzliches Glas, um die Struktur gegenüber Umwelteinflüssen und physikalischen Belastungen zu schützen, und es wird ein(e) transparente(s)/UV-beständige(s) Verkapselungsmaterial oder Vergussmasse, wie Ethylenvinylacetat (EVA), verwendet. Die herkömmlichen EVA-Vergussmassen unterliegen einer Gelb-zu-Braun-Verfärbung unter photochemischer oder photothermischer Degeneration im Hinblick auf ihre Langzeitstabilität gegenüber Verwitterung. Die Superstrat-Solarzelle 100 aus der 1 benötigt nicht die zusätzliche Verkapselung, wodurch weniger EVA-Umschließungsverpackungs-Betriebssicherheitsprobleme anfallen und somit eine Herstellung mit geringeren Kosten ermöglicht wird.
  • Die 2A bis 2H zeigen schematische Darstellungen der Superstrat-Solarzelle aus der 1 zu unterschiedlichen Herstellungsschritten. In der 2A ist das Substrat 102 gezeigt, bevor andere Schichten hinzugefügt werden. In der 2B wird die vordere Kontaktschicht 104 über dem Substrat 102 ausgebildet. In einem Beispiel wird Al-dotiertes ZnO hochfrequent (RF) aufgesputtert, um die vordere Kontaktschicht 104 auszubilden. In einem anderen Beispiel wird eine Kombination aus intrinsischem Zinkoxid (i-ZnO) und AZO durch hochfrequentes (RF) Magnetronsputtern und Elektroabscheidung als vordere Kontaktschicht 104 ausgebildet.
  • In der 2C wird der erste geritzte Bereich 112 (bei diesem Schritt eine Öffnung) durch die vordere Kontaktschicht 104 geritzt, zum Beispiel unter Verwendung eines Lasergravier- oder Laserritzprozesses oder eines mechanischen Ritz- oder Abtragprozesses. Der erste geritzte Bereich 112 legt einen Teil des Substrats 102 frei und teilt die vordere Kontaktschicht 104 vertikal, also in einer ersten Richtung. Der geritzte Bereich 112 definiert den aktiven Bereich 118 und den Verbindungsbereich 119 aus der 1. (Der erste geritzte Bereich 112 wird später mit der Pufferschicht 106 und der Absorberschicht 108 in den 2D und 2E aufgefüllt.)
  • In der 2D wird die Pufferschicht 106 über der vorderen Kontaktschicht 104 und dem ersten geritzten Bereich 112 des Substrats 102 ausgebildet. Die Pufferschicht 106 kann durch chemische Badabscheidung (CBD), Molekularstrahlepitaxie (MBE), metallorganische chemische Gasphasenabscheidung (MOCVD), Atomlagenabscheidung (ALD), Atomlagen-CVD (ALCVD), physikalische Dampfphasenabscheidung (PVD), thermisches Verdampfen, Sputtern (Kathodenzerstäuben), Ionenlagengasreaktion (ILGAR), Ultraschallsprühen (US) oder jeden anderen geeigneten Prozess abgeschieden werden.
  • In der 2E wird die Absorberschicht 108 über der Pufferschicht 106 und dem ersten geritzten Bereich 112 ausgebildet. Verschiedene Dünnschichtabscheidungsverfahren können verwendet werden, um die Absorberschicht 108, z.B. Cu(In,Ga)Se2, abzuscheiden. In einem Herstellungsverfahren wird ein Zweischritt-Prozess verwendet, der die Zuführung der Metalle von der Reaktion zum Ausbilden von Vorrichtungsqualitätsschichten für die Absorberschicht 108 trennt. Der erste Schritt umfasst das Abscheiden eines Vorläufermaterials, zum Beispiel durch Sputtern unter Verwendung eines binären (Cu-Ga, Cu-Se, Ga-Se, In-Se), eines ternären (Cu-In-Ga, Cu-In-Al, Cu-In-Se) oder eines quaternären (Cu-In-Ga-Se, Cu-Al-In-Se)-Targets.
  • Der zweite Schritt umfasst Selenisation, zum Beispiel durch thermisches Bedampfen oder Sputtern mit Se und Wärmebehandlung (Härten oder Tempern) in einer kontrolliert reaktiven oder inerten Atmosphäre (zum Beispiel Ar oder N2) zur optimalen CIGS-Zusammensetzungsausbildung durch die Chalcogenisationsreaktion (also die Selenisation von gestapelten Metall- oder Vorläuferlegierungsschichten). Beispielsweise kann die Selenisation im ersten Schritt enthalten und der zweite Schritt kann eine Wärmebehandlung (thermisches Aushärten, Tempern oder dergleichen) sein. In einem Beispielprozess für den zweiten Schritt wird eine schnelle thermische Behandlung (RTP) durchgeführt, welche die Umwandlungsreaktion der Vorläuferschichten zu dem Kupferpyrit-Halbleiter liefert. Weist der RTP-Prozess eine Anlaufrate (Aufheizrate) von mehr als 10°C/sec unter Ar oder N2 auf und hält dann eine Zieltemperatur von ungefähr 400 bis 600°C für ungefähr 5 bis 30 Minuten oder weniger aufrecht.
  • Der RTP-Prozess verringert das Problem der Kreuzdiffusion an der Schnittstelle zwischen der Absorberschicht 108 und der Pufferschicht 106 (zum Beispiel CdS) durch kürzere Heiz- und Kühlzeiten. Die kürzeren Heiz- und Kühlzeiten vereinfachen auch einen Herstellungsprozess hohen Durchsatzes/hoher Ausbeute aufgrund einer schnelleren Bearbeitungszeit. In einem anderen Beispiel werden im zweiten Schritt die Vorläuferfilme in HaSe- oder Se-Dampf bei ungefähr 400 bis 500°C für ungefähr 30 bis 60 Minuten behandelt, um die Absorberschicht 108 auszubilden.
  • Die Vorläufermetalle und/oder -legierungen können durch eine Vielzahl von Verfahren mit oder ohne Vakuum abgeschieden werden. Beispiele hierfür sind Sputtern, thermisches Verdampfen, plasmaverstärkte CVD, metallorganische chemische Gasphasenabscheidung unter atmosphärischem Druck (AP-MOCVD) oder Blitzbedampfen. In einem vakuumbasierten Ansatz werden Cu/In-Schichten abgesputtert und in Hydrogensulfid zur Reaktion gebracht, um CuInS2 auszubilden.
  • Ein anderes beispielhaftes Verfahren zur Ausbildung der Absorberschicht 108 umfasst Vakuum-Co-bedampfen, bei welchem alle Bestandteile, Cu, In, Ga und/oder Se, gleichzeitig zu einem Substrat geliefert werden, das bei ungefähr 400 bis 600°C geheizt wird, und die Cu(In,Ga)Se2-Schicht wird in einem einzelnen Aufwachsprozess ausgebildet.
  • In der 2F wird der zweite geritzte Bereich 114 (eine Öffnung in diesem Schritt) durch die Absorberschicht 108 und die Pufferschicht 106 geritzt, zum Beispiel unter Verwendung eines Lasergravier- oder Laserritzprozesses oder eines mechanischen Ritz- oder Abtragprozesses. Der zweite geritzte Bereich 114 legt einen Teil der vorderen Kontaktschicht 104 frei und teilt die Pufferschicht 106 und die Absorberschicht 108 vertikal. Der zweite geritzte Bereich 114 definiert einen elektrischen Pfad für die Verbindung der vorderen Kontaktschicht 104 und der hinteren Kontaktschicht 110 in der 2G. Der zweite geritzte Bereich 114, also die Öffnung wird später mit der hinteren Kontaktschicht 110 in der 2G aufgefüllt.
  • In der 2G wird die hintere Kontaktschicht 110 über der Absorberschicht 108 und dem zweiten geritzten Bereich 114 der vorderen Kontaktschicht 104 ausgebildet. Die hintere Kontaktschicht 110 kann, zum Beispiel durch Elektronenstrahlverdampfung, Sputtern oder jedes andere geeignete Verfahren, abgeschieden werden. Die hintere Kontaktschicht 110 kann auch mehrere Schichten umfassen, zum Beispiel eine Na-dotierte Mo/Mo-Doppelschicht.
  • In der 2H wird der dritte geritzte Bereich 116 (eine Öffnung) durch die hintere Kontaktschicht 110, die Absorberschicht 108 und die Pufferschicht 106 geritzt, zum Beispiel unter Verwendung eines Lasergravier- oder Laserritzprozesses oder eines mechanischen Ritz- oder Abtragprozesses. Der dritte geritzte Bereich 116 legt einen Teil der vorderen Kontaktschicht 104 frei und unterteil die Pufferschicht 106, die Absorberschicht 108 und die hintere Kontaktschicht 110 vertikal. Der dritte geritzte Bereich 116 stellt eine Isolation zwischen benachbarten Zellen bereit.
  • Die 3 zeigt ein Flussdiagramm eines Verfahrens zur Herstellung einer erfindungsgemäßen Superstrat-Solarzelle. Details, wie Beispielprozesse und -materialien, sind oben beschrieben und werden nicht wiederholt.
  • Im Schritt 302 wird eine vordere Kontaktschicht über einem Substrat ausgebildet, wobei die vordere Kontaktschicht für spezifische Wellenlängen optisch transparent und elektrisch leitfähig ist. Im Schritt 304 wird ein erster geritzter Bereich durch die vordere Kontaktschicht geritzt, um zumindest einen Teils des Substrats freizulegen. Im Schritt 306 wird eine Pufferschicht, die mit einer n-Typ Dotierungssubstanz dotiert ist, über der vorderen Kontaktschicht und dem ersten geritzten Bereich ausgebildet. Im Schritt 308 wird eine Absorberschicht, die mit einer p-Typ Dotierungssubstanz dotiert ist, über der Pufferschicht ausgebildet. Im Schritt 310 wird eine hintere Kontaktschicht, die elektrisch leitfähig ist, über der Absorberschicht ausgebildet, insbesondere nachdem die vordere Kontaktschicht durch die Absorberschicht und die Pufferschicht hindurch teilweise freigelegt ist.
  • Ein Verfahren zur Herstellung einer Solarzelle gemäß einem Aspekt der vorliegenden Offenbarung umfasst also Ausbilden einer vorderen Kontaktschicht über einem Substrat, wobei die vordere Kontaktschicht für spezifische Wellenlängen optisch transparent und elektrisch leitfähig ist. Ein erster geritzter Bereich wird durch die vordere Kontaktschicht geritzt, um zumindest einen Teil des Substrats freizulegen. Eine Pufferschicht, die mit einer n-Typ Dotierungssubstanz dotiert ist, wird über der vorderen Kontaktschicht und dem ersten geritzten Bereich ausgebildet. Eine Absorberschicht, die mit einer p-Typ Dotierungssubstanz dotiert ist, wird über der Pufferschicht ausgebildet. Eine hintere Kontaktschicht, die elektrisch leitfähig ist, wird über der Absorberschicht ausgebildet.
  • Eine Solarzelle gemäß einem Aspekt der vorliegenden Offenbarung umfasst ein Substrat und eine vordere Kontaktschicht, die über dem Substrat angeordnet ist. Eine Pufferschicht, die mit einer n-Typ Dotierungssubstanz dotiert ist, ist über der vorderen Kontaktschicht angeordnet. Eine Absorberschicht, die mit einer p-Typ Dotierungssubstanz dotiert ist, ist über der Pufferschicht angeordnet. Eine hintere Kontaktschicht ist elektrisch leitfähig und über der Absorberschicht angeordnet. Ein erster geritzter Bereich trennt die vordere Kontaktschicht vertikal. Der erste geritzte Bereich ist mit der Pufferschicht und der Absorberschicht aufgefüllt. Die vordere Kontaktschicht ist für spezifische Wellenlängen optisch transparent und elektrisch leitfähig.

Claims (12)

  1. Verfahren zum Herstellen einer Solarzelle mit: - Ausbilden einer vorderen Kontaktschicht (104) über einem Substrat (102), wobei die vordere Kontaktschicht (104) für spezifische Wellenlängen optisch transparent und elektrisch leitfähig ist; - Ritzen eines ersten geritzten Bereichs (112) durch die vordere Kontaktschicht (104), um einen Teil des Substrats (102) freizulegen; - Ausbilden einer Pufferschicht (106), die mit einer n-Typ Dotierungssubstanz dotiert ist, über der vorderen Kontaktschicht (104) und dem ersten geritzten Bereich (112); - Ausbilden einer Absorberschicht (108), die mit einer p-Typ Dotierungssubstanz dotiert ist, über der Pufferschicht (106), wobei der erste geritzte Bereich (112) mit der Pufferschicht (106) und der Absorberschicht (108) aufgefüllt wird; und - Ausbilden einer hinteren Kontaktschicht (110), die elektrisch leitfähig ist, über der Absorberschicht (108), wobei die Pufferschicht (106) CdS, InxSey, In(OH)xSy, ZnO, ZnSe, ZnS, ZnS(O,OH), ZnIn2Se4 oder ZnMgO oder eine Kombination daraus umfasst und wobei die Absorberschicht (108) eine Kombination aus Hauptgruppen-I, III, VI-Elementen des Periodensystems umfasst.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch Ritzen eines zweiten geritzten Bereichs (114) durch die Absorberschicht (108) und die Pufferschicht (106), um einen Teil der vorderen Kontaktschicht (104) freizulegen, wobei der zweite geritzte Bereich (114) durch die hintere Kontaktschicht (110) aufgefüllt ist.
  3. Verfahren nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch Ritzen eines dritten geritzten Bereichs (116) durch die hintere Kontaktschicht (110), die Absorberschicht (108) und die Pufferschicht (106), um einen Teil der vorderen Kontaktschicht (104) freizulegen.
  4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Ausbilden der Absorberschicht (108) folgende Schritte umfasst: - Abscheiden von Vorläufermetallschichten; und - Anwenden einer schnellen thermischen Behandlung (RTP).
  5. Verfahren nach Anspruch 4, gekennzeichnet durch thermisches Aufdampfen des chemischen Elements Se.
  6. Solarzelle mit: - einem Substrat (102); - einer über dem Substrat (102) angeordneten vorderen Kontaktschicht (104); - einer über der vorderen Kontaktschicht (104) angeordneten Pufferschicht (106), die mit einer n-Typ Dotierungssubstanz dotiert ist; - einer über der Pufferschicht (106) angeordneten Absorberschicht (108), die mit einer p-Typ Dotierungssubstanz dotiert ist; - einer hinteren Kontaktschicht (110), die elektrisch leitfähig ist und über der Absorberschicht (108) angeordnet ist; und - einem ersten geritzten Bereich (112), der die vordere Kontaktschicht (104) vertikal teilt, wobei der erste geritzte Bereich (112) mit der Pufferschicht (106) und der Absorberschicht (108) aufgefüllt ist, wobei die Pufferschicht (106) CdS, InxSey, In(OH)xSy, ZnO, ZnSe, ZnS, ZnS(O,OH), ZnIn2Se4 oder ZnMgO oder eine Kombination daraus umfasst und wobei die Absorberschicht (108) eine Kombination aus Hauptgruppen-I, III, VI -Elementen des Periodensystems umfasst, und wobei die vordere Kontaktschicht (104) für spezifische Wellenlängen optisch transparent und elektrisch leitend ist.
  7. Solarzelle nach Anspruch 6, gekennzeichnet durch einen zweiten geritzten Bereich (114), der die Pufferschicht (106) und die Absorberschicht (108) vertikal teilt, wobei der zweite geritzte Bereich (114) durch die hintere Kontaktschicht (110) aufgefüllt ist.
  8. Solarzelle nach Anspruch 7, gekennzeichnet durch einen dritten geritzten Bereich (116), der die Pufferschicht (106), die Absorberschicht (108) und die hintere Kontaktschicht (110) vertikal teilt.
  9. Solarzelle nach Anspruch 6, wobei die vordere Kontaktschicht (104) ein transparentes, leitendes Oxid (TCO) umfasst und wobei die hintere Kontaktschicht (110) Mo, Pt, Au, Cu, Cr, Al, Ca, Ag oder eine Kombination daraus umfasst.
  10. Solarzelle nach Anspruch 6, wobei die Absorberschicht (108) CuInSe2, CuGaTe2, Cu2Ga4Te7, CuInTe2, CuInGaSe2, CuInGaSeS2, CuInAlSe2, CuInAlSeS2, CuGaSe2, CuAlSnSe4, ZnIn2Te4, CdGeP2, ZnSnP2, oder eine Kombination daraus umfasst.
  11. Verfahren zum Herstellen einer Solarzelle mit: - Ausbilden einer vorderen Kontaktschicht (104) über einem Substrat (102), wobei die vordere Kontaktschicht (104) für bestimmte Wellenlängen optisch transparent und elektrisch leitfähig ist; - Ritzen eines ersten geritzten Bereichs (112) durch die vordere Kontaktschicht (104), um einen Teil des Substrats (102) freizulegen; - Ausbilden einer Pufferschicht (106), die mit einer n-Typ Dotierungssubstanz dotiert ist, über der vorderen Kontaktschicht (104) und dem ersten geritzten Bereich (114); - Ausbilden einer Absorberschicht (108), die mit einer p-Typ Dotierungssubstanz dotiert ist, über der Pufferschicht (106), wobei der erste geritzte Bereich (112) mit der Pufferschicht (106) und der Absorberschicht (108) aufgefüllt wird; - Ritzen eines zweiten geritzten Bereichs (114) durch die Absorberschicht (108) und die Pufferschicht (106), um einen Teil der vorderen Kontaktschicht (104) freizulegen; - Ausbilden einer hinteren Kontaktschicht (110), die elektrisch leitfähig ist, über der Absorberschicht (108) und dem zweiten geritzten Bereich (114); und - Ritzen eines dritten geritzten Bereichs (116) durch die hintere Kontaktschicht (110), die Absorberschicht (108) und die Pufferschicht (106), um einen Teil der vorderen Kontaktschicht (104) freizulegen, wobei die Pufferschicht (106) CdS, InxSey, In(OH)xSy, ZnO, ZnSe, ZnS, ZnS(O,OH), ZnIn2Se4 oder ZnMgO oder eine Kombination daraus umfasst und wobei die Absorberschicht (108) eine Kombination aus Hauptgruppen-I, III, VI-Elementen des Periodensystems umfasst.
  12. Verfahren nach Anspruch 11, wobei das Ausbilden der Absorberschicht (108) erfolgt mit: - Abscheiden von Vorläufermetallschichten, die Cu, In, Ga, Se oder eine Kombination daraus umfassen; - thermisches Verdampfen von Se; und - Anwenden einer schnellen thermischen Bearbeitung (RTP).
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