DE102012101448A1 - Dünnschichtsolarzelle und Verfahren zur Herstellung derselben - Google Patents

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Abstract

Bereitgestellt werden Dünnschichtsolarzellen und Verfahren zur Herstellung derselben. Die Solarzelle kann ein Substrat und eine Zelle, umfassend eine amorphe Schicht mit einem kontinuierlich abgestuften Wasserstoffgehalt, angeordnet auf dem Substrat, einen n-Halbleiter, eine p-Halbleiterschicht, eine Metallelektrode angrenzend an den n-Halbleiter, und eine transparente Elektrode angrenzend an die p-Halbleiterschicht umfassen. Der Wasserstoffgehalt der amorphen intrinsischen Halbleiterschicht nimmt auf eine kontinuierliche Art und Weise von einer ersten Kontaktfläche, auf die Licht einfällt, zu einer zweiten Kontaktfläche gegenüber der ersten Kontaktfläche ab, und die ersten und zweiten Kontaktflächen sind gegenüberliegende Oberflächen der amorphen intrinsischen Halbleiterschicht, die in Kontakt mit der p- bzw. n-Halbleiterschicht sind.

Description

  • QUERVERWEIS AUF VERWANDTE ANMELDUNGEN
  • Diese Patentanmeldung beansprucht die Priorität der koreanischen Patentanmeldung Nr. 10-2011-0016090 , eingereicht am 23. Februar 2011, und der koreanischen Patentanmeldung Nr. 10-2011-0136575 , eingereicht am 16. Dezember 2011, auf deren gesamte Inhalte hiermit Bezug genommen wird.
  • HINTERGRUND DER ERFINDUNG
  • Ausführungsformen der erfinderischen Idee betreffen Dünnschichtsolarzellen, die Licht in elektrischen Strom umwandeln, und ein Verfahren zur Herstellung derselben.
  • Sonnenlicht kann durch eine Solarzelle in elektrischen Strom umgewandelt werden. Die Solarzelle ist vorteilhaft, da die Sonne eine im Wesentlichen unbeschränkte Energiequelle darstellt und schädliche Elemente nicht gebildet werden. Demzufolge ist Solarenergie eine umweltfreundliche zukünftige Energiequelle, von der erwartet wird, dass sie die fossilen Brennstoffe ersetzt. Jedoch weist die Solarzelle einen geringen Wirkungsgrad der Energieumwandlung auf, was eines der Hindernisse darstellt, welche eine schnelle Zunahme des Marktanteils und der Herstellung von Solarzellen verhindert. Demzufolge wurde intensive Forschung betrieben, um den Wirkungsgrad der Energieumwandlung der Solarzelle zu verbessern.
  • ZUSAMMENFASSUNG
  • Ausführungsformen der erfinderischen Idee betreffen Solarzellen mit einem verbesserten Wirkungsgrad der Energieumwandlung und Verfahren zur Herstellung derselben.
  • Andere Ausführungsformen der erfinderischen Idee stellen Solarzellen, welche ohne die Verwendung von zusätzlichen Verfahren oder Apparaturen hergestellt werden können, und Verfahren zur Herstellung derselben bereit.
  • Weitere Ausführungsformen der erfinderischen Idee stellen Dünnschichtsolarzellen, in denen wenigstens eine amorphe intrinsische Halbleiterschicht, mit einem hohen Lichtabsorptionskoeffizienten bereitgestellt ist, um eine optische Verschlechterung zu verhindern, und Verfahren zur Herstellung derselben bereit.
  • Gemäß beispielhaften Ausführungsformen der erfinderischen Idee kann eine Dünnschichtsolarzelle so konfiguriert sein, dass sie eine Einschicht- oder Mehrschichtzelle aufweist, in der eine intrinsische Halbleiterschicht mit konstant variierenden Eigenschaften bereitgestellt ist. Die Dünnschichtsolarzelle kann eine Zelle umfassen, in der eine intrinsische Halbleiterschicht bereitgestellt ist, die sichtbares Licht absorbieren kann. Die Zelle mit der intrinsischen Halbleiterschicht kann ohne Verwendung eines zusätzlichen Verfahrens oder einer zusätzlichen Apparatur realisiert werden. Gemäß beispielhaften Ausführungsformen kann die Dünnschichtsolarzelle so konfiguriert sein, dass sie eine amorphe intrinsische Halbleiterschicht mit einem hohen Lichtabsorptionskoeffizienten umfasst.
  • Gemäß beispielhaften Ausführungsformen der erfinderischen Idee kann eine Dünnschichtsolarzelle ein Substrat und eine Zelle, umfassend eine auf dem Substrat angeordnete amorphe Schicht, umfassen. Die amorphe Schicht kann einen intrinsischen Halbleiter mit einem kontinuierlich abgestuften Wasserstoffgehalt umfassen. Die amorphe Schicht kann eine Einfalloberfläche, auf die Licht einfällt, und eine gegenüberliegende Oberfläche aufweisen, und der Wasserstoffgehalt kann auf eine kontinuierliche Art und Weise von der Einfalloberfläche zu der gegenüberliegenden Oberfläche abnehmen.
  • Gemäß beispielhaften Ausführungsformen kann das Substrat ein an die Einfalloberfläche angrenzend angeordnetes transparentes Substrat aufweisen, und der Wasserstoffgehalt kann auf eine kontinuierliche Art und Weise mit zunehmendem Abstand von dem transparenten Substrat abnehmen.
  • Gemäß beispielhaften Ausführungsformen kann die Zelle eine auf dem transparenten Substrat angeordnete p-Halbleiterschicht, eine auf der p-Halbleiterschicht angeordnete amorphe Schicht mit einem kontinuierlich abgestuften Wasserstoffgehalt und eine auf der amorphen Schicht angeordnete n-Halbleiterschicht umfassen. Der Wasserstoffgehalt kann auf eine kontinuierliche Art und Weise von einer ersten Kontaktfläche zwischen der amorphen Schicht und der p-Halbleiterschicht zu einer zweiten Kontaktfläche zwischen der amorphen Schicht und der n-Halbleiterschicht abnehmen.
  • Gemäß beispielhaften Ausführungsformen kann die Solarzelle ferner eine zwischen dem transparenten Substrat und der Zelle, bestehend aus p-, i-, n-Halbleiter, angeordnete transparente Elektrode und eine auf der Zelle angeordnete Metallelektrode umfassen.
  • Gemäß beispielhaften Ausführungsformen kann die Solarzelle ferner eine zwischen der Zelle und der Metallelektrode eingefügte Reflexionsschicht umfassen.
  • Gemäß beispielhaften Ausführungsformen kann das Substrat anstelle des transparenten Substrats ein angrenzend an die gegenüberliegende Oberfläche angeordnetes lichtundurchlässiges Substrat umfassen, und der Wasserstoffgehalt kann auf eine kontinuierliche Art und Weise mit abnehmendem Abstand zu dem lichtundurchlässigen Substrat abnehmen.
  • Gemäß beispielhaften Ausführungsformen kann die Zelle eine auf dem lichtundurchlässigen Substrat angeordnete n-Halbleiterschicht, die auf der n-Halbleiterschicht angeordnete amorphe Schicht mit dem kontinuierlich abgestuften Wasserstoffgehalt und eine auf der amorphen Schicht angeordnete p-Halbleiterschicht umfassen. Der Wasserstoffgehalt kann auf eine kontinuierliche Art und Weise von einer ersten Kontaktfläche zwischen der amorphen Schicht und der p-Halbleiterschicht zu einer zweiten Kontaktfläche zwischen der amorphen Schicht und der n-Halbleiterschicht abnehmen.
  • Gemäß beispielhaften Ausführungsformen kann die Solarzelle ferner eine zwischen dem lichtundurchlässigen Substrat und der Zelle angeordnete Metallelektrode und eine auf der Zelle angeordnete transparente Elektrode, so dass das Licht in dieselbe einfallen kann, umfassen.
  • Gemäß beispielhaften Ausführungsformen kann die Solarzelle ferner eine zwischen die Zelle und der Metallelektrode eingefügte Reflexionsschicht umfassen.
  • Gemäß beispielhaften Ausführungsformen kann eine Bandlückenenergie und ein Lichtabsorptionskoeffizient der amorphen Schicht auf eine kontinuierliche Art und Weise von der Lichteinfalloberfläche zu der gegenüberliegenden Oberfläche abnehmen, und eine Dichte der amorphen Schicht kann auf eine kontinuierliche Art und Weise von der Lichteinfalloberfläche zu der gegenüberliegenden Oberfläche zunehmen.
  • Gemäß beispielhaften Ausführungsformen kann die amorphe Schicht eines aus Si, SiGe, SiC, SiO, SiN, SiON, SiCN, SiGeO, SiGeN, SiGeC und jegliche Kombination davon umfassen.
  • Gemäß beispielhaften Ausführungsformen der erfinderischen Idee kann eine Dünnschichtsolarzelle ein Substrat, eine auf dem Substrat angeordnete erste Zelle, wobei die erste Zelle eine erste n-Halbleiterschicht, eine erste p-Halbleiterschicht und eine zwischen der ersten n-Halbleiterschicht und der ersten p-Halbleiterschicht eingefügte erste amorphe Schicht, umfassend einen intrinsischen Halbleiter mit einem kontinuierlich abgestuften Wasserstoffgehalt, umfasst, eine an die erste n-Halbleiterschicht angrenzende Metallelektrode und eine an die erste p-Halbleiterschicht angrenzende transparente Elektrode umfassen. Der Wasserstoffgehalt der ersten amorphen Schicht kann auf eine kontinuierliche Art und Weise von einer ersten Kontaktfläche, auf die Licht einfällt, zu einer zu der ersten Kontaktfläche gegenüberliegenden zweiten Kontaktfläche abnehmen, und die erste Kontaktfläche und die zweite Kontaktfläche können zwei gegenüberliegende Oberflächen der ersten amorphen Schicht sein, die in Kontakt mit der ersten p-Halbleiterschicht bzw. der ersten n-Halbleiterschicht sind.
  • Gemäß beispielhaften Ausführungsformen kann das Substrat ein transparentes Substrat, durch das Licht einfällt, umfassen, und die transparente Elektrode, die erste p-Halbleiterschicht, die erste amorphe Schicht, die erste n-Halbleiterschicht und die Metallelektrode können der Reihe nach übereinander auf dem transparenten Substrat angeordnet sein.
  • Gemäß beispielhaften Ausführungsformen kann die Solarzelle ferner wenigstens eine zwischen die erste Zelle und die Metallelektrode eingefügte zweite Zelle umfassen. Die zweite Zelle kann eine zweite p-Halbleiterschicht, eine zweite intrinsische Halbleiterschicht mit einem kontinuierlich abgestuften Wasserstoffgehalt und eine zweite n-Halbleiterschicht umfassen, die der Reihe nach übereinander auf der ersten n-Halbleiterschicht angeordnet sind. Die zweite intrinsische Halbleiterschicht kann wenigstens eine intrinsische Schicht aus amorphem Silizium und eine intrinsische Schicht aus kristallinem Silizium umfassen, und der Wasserstoffgehalt der zweiten intrinsischen Halbleiterschicht kann auf eine kontinuierliche Art und Weise mit zunehmendem Abstand von dem transparenten Substrat abnehmen.
  • Gemäß beispielhaften Ausführungsformen kann die Solarzelle ferner eine zwischen der zweiten Zelle und der Metallelektrode eingefügte Rückseitenreflexionsschicht umfassen.
  • Gemäß beispielhaften Ausführungsformen kann das Substrat ein lichtundurchlässiges Substrat umfassen, und die Metallelektrode, die erste n-Halbleiterschicht, die erste amorphe Schicht, die erste p-Halbleiterschicht und die transparente Elektrode können der Reihe nach übereinander auf dem lichtundurchlässigen Substrat angeordnet sein. Licht kann durch die transparente Elektrode auf die Solarzelle einfallen.
  • Gemäß beispielhaften Ausführungsformen kann die Solarzelle ferner wenigstens eine zwischen der ersten Zelle und der Metallelektrode eingefügte zweite Zelle umfassen. Die zweite Zelle kann eine zweite n-Halbleiterschicht, eine zweite intrinsische Halbleiterschicht mit einem kontinuierlich abgestuften Wasserstoffgehalt und eine zweite p-Halbleiterschicht, die der Reihe nach übereinander auf der Metallelektrode angeordnet sind, umfassen. Die zweite intrinsische Halbleiterschicht kann wenigstens eine aus einer intrinsischen Schicht aus amorphem Silizium, einer intrinsischen Schicht aus mikrokristallinem Silizium und einer intrinsischen Schicht aus kristallinem Silizium umfassen, und der Wasserstoffgehalt der zweiten intrinsischen Halbleiterschicht kann auf eine kontinuierliche Art und Weise mit abnehmendem Abstand von dem lichtundurchlässigen Substrat abnehmen.
  • Gemäß beispielhaften Ausführungsformen kann die Solarzelle ferner eine zwischen der ersten Zelle und der Metallelektrode eingefügte Rückseitenreflexionsschicht umfassen.
  • Gemäß beispielhaften Ausführungsformen kann die erste amorphe Schicht eines aus Si, SiGe, SiC, SiO, SiN, SiON, SiCN, SiGeO, SiGeN, SiGeC und jegliche Kombination davon umfassen.
  • Gemäß beispielhaften Ausführungsformen der erfinderischen Idee kann ein Verfahren zur Herstellung einer Dünnschichtsolarzelle das Bereitstellen eines Substrats, das Bilden einer Zelle, umfassend eine auf dem Substrat angeordnete p-Halbleiterschicht, eine n-Halbleiterschicht und eine amorphe Schicht, umfassend eine intrinsische Halbleiterschicht mit einem kontinuierlich abgestuften Wasserstoffgehalt, eingefügt zwischen der p- und n-Halbleiterschicht, das Bilden einer transparenten Elektrode, angrenzend an die p-Halbleiterschicht, und das Bilden einer Metallelektrode, angrenzend an die n-Halbleiterschicht, umfassen. Die amorphe Schicht kann eine Lichteinfalloberfläche, auf die Licht einfällt, und eine gegenüberliegende Oberfläche aufweisen, und der Wasserstoffgehalt kann auf eine kontinuierliche Art und Weise von der Lichteinfalloberfläche zu der gegenüberliegenden Oberfläche auf eine kontinuierliche Art und Weise abnehmen.
  • Gemäß beispielhaften Ausführungsformen kann die amorphe Schicht eines aus Si, SiGe, SiC, SiO, SiN, SiON, SiCN, SiGeO, SiGeN, SiGeC und jegliche Kombination davon umfassen.
  • Gemäß beispielhaften Ausführungsformen kann das Substrat ein angrenzend an die Lichteinfalloberfläche angeordnetes transparentes Substrat umfassen. Die Bildung der Zelle kann die Bildung der p-Halbleiterschicht auf dem transparenten Substrat, die Bildung der amorphen Schicht auf der p-Halbleiterschicht durch Zuführen einer Gasmischung aus einem mit Wasserstoffgas verdünnten Halbleitervorläufergas, wobei ein Wasserstoffverdünnungsverhältnis schrittweise zunimmt, wenn die Bildung der amorphen Schicht voranschreitet, und das Bilden der n-Halbleiterschicht auf der amorphen Schicht umfassen.
  • Gemäß beispielhaften Ausführungsformen kann das Substrat ein angrenzend an die gegenüberliegende Oberfläche angeordnetes lichtundurchlässiges Substrat umfassen. Das Bilden der Zelle kann das Bilden der n-Halbleiterschicht auf dem lichtundurchlässigen Substrat, das Bilden der amorphen Schicht auf der n-Halbleiterschicht durch Zuführen einer Gasmischung aus einem mit Wasserstoffgas verdünnten Halbleitervorläufergas, wobei ein Wasserstoffverdünnungsverhältnis schrittweise abnimmt, wenn die Bildung der amorphen Schicht fortschreitet, und das Bildender p-Halbleiterschicht auf der amorphen Schicht umfassen.
  • KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • Die beispielhaften Ausführungsformen werden anhand der folgenden kurzen Beschreibung in Zusammenhang mit den beigefügten Zeichnungen klarer verständlich. Die beigefügten Zeichnungen stellen nicht einschränkende beispielhafte Ausführungsformen, wie sie hierin beschrieben sind, dar.
  • 1A ist eine Schnittdarstellung einer Dünnschichtsolarzelle gemäß beispielhaften Ausführungsformen der erfinderischen Idee.
  • 1B ist ein Fließdiagramm, welches ein Verfahren zur Herstellung einer Dünnschichtsolarzelle gemäß beispielhaften Ausführungsformen der erfinderischen Idee veranschaulicht.
  • 1C ist eine Schnittdarstellung, welche eine Zelle einer Dünnschichtsolarzelle gemäß beispielhaften Ausführungsformen der erfinderischen Idee veranschaulicht.
  • 1D ist eine Schnittdarstellung, welche ein Arbeitsprinzip einer Dünnschichtsolarzelle gemäß beispielhaften Ausführungsformen der erfinderischen Idee veranschaulicht.
  • 1E bis 1G sind Schnittdarstellungen von Dünnschichtsolarzellen gemäß anderen beispielhaften Ausführungsformen der erfinderischen Idee.
  • 2A ist eine Schnittdarstellung einer Dünnschichtsolarzelle gemäß abgewandelten Ausführungsformen der erfinderischen Idee.
  • 2B ist eine Schnittdarstellung, welche ein Verfahren zur Herstellung einer Dünnschichtsolarzelle gemäß abgewandelten Ausführungsformen der erfinderischen Idee veranschaulicht.
  • 2C ist eine Schnittdarstellung, welche eine Zelle einer Dünnschichtsolarzelle gemäß abgewandelten Ausführungsformen der erfinderischen Idee veranschaulicht.
  • 2D ist eine Schnittdarstellung, welche ein Arbeitsprinzip einer Dünnschichtsolarzelle gemäß abgewandelten Ausführungsformen der erfinderischen Idee veranschaulicht.
  • 2E bis 2G sind Schnittdarstellungen von Dünnschichtsolarzellen gemäß weiteren beispielhaften Ausführungsformen der erfinderischen Idee.
  • Es ist darauf hinzuweisen, dass diese Figuren dazu bestimmt sind, die allgemeinen Merkmale der Verfahren, Struktur und/oder Materialien, die gemäß einigen beispielhaften Ausführungsformen verwendet wurden, zu erläutern und die im Folgenden bereitgestellte schriftliche Beschreibung zu ergänzen. Diese Zeichnungen sind jedoch nicht maßstabsgetreu und können die genauen strukturellen Merkmale oder Leistungsmerkmale jeglicher Ausführungsform nicht genau widerspiegeln, und sollen nicht so interpretiert werden, als ob sie den Bereich von Werten oder Eigenschaften, welche von den beispielhaften Ausführungsformen umfasst sind, definieren oder einschränken. Beispielsweise können die relativen Dicken und die Positionierung von Molekülen, Schichten, Bereichen und/oder strukturellen Elementen zu Klarheitszwecken verringert oder erhöht werden. Die Verwendung von ähnlichen oder identischen Bezugszeichen in den verschiedenen Zeichnungen soll auf das Vorliegen eines ähnlichen oder identischen Elements oder Merkmals hinweisen.
  • DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
  • Beispielhafte Ausführungsformen der erfinderischen Idee werden nun ausführlicher unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen, in denen beispielhafte Ausführungsformen gezeigt sind, beschrieben. Beispielhafte Ausführungsformen der erfinderischen Idee können jedoch in vielen unterschiedlichen Formen realisiert werden und sollten nicht so ausgelegt werden, als ob sie auf die hierin beschriebenen Ausführungsformen beschränkt sind. Vielmehr werden diese Ausführungsformen bereitgestellt, damit diese Offenbarung umfassend und vollständig ist, und bringen dem Fachmann den Gedanken der beispielhaften Ausführungsformen vollständig nahe. In den Zeichnungen sind die Dicken der Schichten und Bereiche aus Klarheitsgründen übertrieben dargestellt. Gleiche Bezugszeichen in den Zeichnungen bezeichnen die gleichen Elemente und daher wird deren Beschreibung weggelassen.
  • Es versteht sich, dass, wenn ein Element als mit einem anderen Element ”verbunden” oder ”gekoppelt” bezeichnet wird, es direkt mit dem anderen Element verbunden oder gekoppelt sein kann oder intervenierende Elemente vorliegen können. Wird ein Element hingegen als mit einem anderen Element ”direkt verbunden” oder ”direkt gekoppelt” bezeichnet, liegen keine intervenierenden Elemente vor. Gleiche Zahlen bezeichnen durchweg gleiche Elemente. Wie hierin verwendet, umfasst die Bezeichnung ”und/oder” jeglichen und alle Kombinationen von einem oder mehreren der entsprechend aufgeführten Begriffe. Andere Wörter, die verwendet werden, um die Beziehung zwischen Elementen und Schichten zu beschreiben, sollten auf die gleiche Art und Weise interpretiert werden (z. B. ”zwischen” versus ”direkt zwischen”, ”angrenzend an” versus ”direkt angrenzend an”, ”auf” versus ”direkt auf”).
  • Es versteht sich, obwohl die Bezeichnungen ”erste”, ”zweite”, etc., hierin verwendet werden, um verschiedene Elemente, Komponenten, Bereiche, Schichten und/oder Abschnitte zu beschreiben, dass diese Elemente, Komponenten, Bereiche, Schichten und/oder Abschnitte durch diese Begriffe nicht eingeschränkt werden sollen. Diese Begriffe werden nur verwendet, um ein Element, eine Komponente, einen Bereich, eine Schicht oder einen Abschnitt von einem anderen Element, einer anderen Komponente, einem anderen Bereich, einer anderen Schicht oder einem anderen Abschnitt zu unterscheiden. Demzufolge kann ein unten diskutiertes erstes Element, eine unten diskutierte erste Komponente, ein unten diskutierter erster Bereich, eine unten diskutierte erste Schicht oder ein unten diskutierter erster Abschnitt als ein zweites Element, eine zweite Komponente, ein zweiter Bereich, eine zweite Schicht oder ein zweiter Abschnitt bezeichnet werden, ohne von der Lehre der beispielhaften Ausführungsformen abzuweichen.
  • Räumlich relative Begriffe, wie ”unter”, ”unterhalb”, ”tiefer”, ”über”, ”oberhalb” und dergleichen können hierin zur einfacheren Beschreibung verwendet werden, um die Beziehung von einem Element oder Merkmal zu einem anderen Element oder Merkmal, wie in den Figuren dargestellt, zu beschreiben. Es versteht sich, dass die räumlich relativen Begriffe unterschiedliche Orientierungen der verwendeten oder betriebenen Vorrichtung, zusätzlich zu der in den Figuren dargestellten Orientierung, umfassen sollen. Würde beispielsweise die Vorrichtung in den Figuren umgedreht, würden Elemente, die zu anderen Elementen oder Merkmalen als ”unterhalb” oder ”unter” beschrieben werden, dann zu den anderen Elementen oder Merkmalen ”oberhalb” ausgerichtet sein. Somit kann die beispielhafte Bezeichnung ”unterhalb” sowohl eine Orientierung nach oben oder unten umfassen. Die Vorrichtung kann anders herum orientiert sein (um 90° gedreht oder in anderen Orientierungen) und die hierin verwendeten räumlich relativen Begriffe müssen entsprechend interpretiert werden.
  • Die hierin verwendete Terminologie dient nur zur Beschreibung von bestimmten Ausführungsformen und soll die beispielhaften Ausführungsformen nicht einschränken. Wie hierin verwendet, soll die Singularform ”ein”, ”eine” und ”der”, ”die”, ”das” die Pluralformen auch umfassen, solange der Kontext eindeutig nichts anderes angibt. Es versteht sich ferner, dass die Bezeichnungen ”umfassen”, ”umfassend”, ”beinhalten” und/oder ”beinhaltend”, wenn hierin verwendet, die Gegenwart der angegebenen Merkmale, ganzen Zahlen, Schritte, Operationen, Elemente und/oder Komponenten angeben, jedoch die Gegenwart oder Zugabe von einem oder mehreren anderen Merkmalen, ganzen Zahlen, Schritten, Orientierungen, Elementen, Komponenten und/oder Gruppen davon nicht ausschließen.
  • Beispielhafte Ausführungsformen der erfinderischen Idee werden hierin unter Bezugnahme auf Querschnittsdarstellungen, die schematische Darstellungen von idealisierten Ausführungsformen (und Zwischenstrukturen) von beispielhaften Ausführungsformen sind, beschrieben. Dadurch werden Abweichungen von den Formen der Darstellungen, beispielsweise infolge von Herstellungstechniken und/oder Toleranzen, erwartet. Daher sollen beispielhafte Ausführungsformen der erfinderischen Idee nicht so ausgelegt werden, dass sie auf die speziellen Formen der hierin beschriebenen Bereiche beschränkt sind, sondern es sollen Abweichungen in der Form, die beispielsweise aus der Herstellung resultieren, umfasst sein. Beispielsweise kann ein als Rechteck dargestellter implantierter Bereich gerundete oder gekrümmte Merkmale und/oder einen Implantationskonzentrationsgradienten an dessen Rändern anstelle einer binären Änderung von dem implantierten zu dem nicht implantierten Bereich aufweisen. Ebenso kann ein durch Implantation erzeugter verdeckter Bereich zu einer Implantation im Bereich zwischen dem verdeckten Bereich und der Oberfläche, durch die die Implantation stattfindet, führen. Demzufolge sind die in den Figuren veranschaulichten Bereiche von schematischer Natur und deren Formen sind nicht dazu gedacht, die gegenwärtige Form eines Bereichs einer Vorrichtung zu veranschaulichen und sind nicht dazu gedacht, den Umfang der beispielhaften Ausführungsformen zu beschränken.
  • Solange nicht anderweitig definiert, haben alle hierin verwendeten Bezeichnungen (umfassend technische und wissenschaftliche Bezeichnungen) die gleiche Bedeutung, wie sie üblicherweise ein Fachmann auf dem Fachgebiet, zu dem die beispielhaften Ausführungsformen der erfinderischen Idee gehören, versteht. Es versteht sich ferner, dass Bezeichnungen, wie beispielsweise diejenigen, die in den herkömmlich verwendeten Lexika definiert sind, so ausgelegt werden, dass sie die Bedeutung besitzen, die mit der Bedeutung des einschlägigen Standes der Technik übereinstimmt, und sollen nicht auf eine idealisierte oder übermäßig formale Art und Weise interpretiert werden, wenn es nicht ausdrücklich hierin so definiert ist.
  • [Ausführungsform 1]
  • 1A ist eine Schnittdarstellung einer Dünnschichtsolarzelle gemäß beispielhaften Ausführungsformen der erfinderischen Idee, 1B ist ein Fließdiagramm, welches ein Verfahren zur Herstellung einer Dünnschichtsolarzelle gemäß beispielhaften Ausführungsformen der erfinderischen Idee veranschaulicht, und 1C ist eine Schnittdarstellung, welche eine Zelle einer Dünnschichtsolarzelle gemäß beispielhaften Ausführungsformen der erfinderischen Idee schematisch veranschaulicht.
  • Bezugnehmend auf 1A kann eine Dünnschichtsolarzelle 100 so konfiguriert sein, dass sie eine Einschichtsuperstratstruktur, umfassend eine transparente Elektrode 120, eine Zelle 130 mit einer p-i-n-Struktur und eine Metallelektrode 170, die der Reihe nach übereinander in Form einer dünnen Schicht auf einem transparenten Substrat 110 angeordnet sind, aufweist. Gemäß beispielhaften Ausführungsformen kann die Zelle 130 so konfiguriert sein, dass sie eine p-i-n-Diodenstruktur aufweist. Beispielsweise kann die Zelle 130 eine p-Halbleiterschicht 131, eine intrinsische Halbleiterschicht 133 und eine n-Halbleiterschicht 135, die der Reihe nach übereinander auf der transparenten Elektrode 120 angeordnet sind, umfassen. Alternativ kann die Zelle 130 die n-Halbleiterschicht 135, die intrinsische Halbleiterschicht 133 und die p-Halbleiterschicht 131, die der Reihe nach übereinander auf der transparenten Elektrode 120 angeordnet sind, umfassen. Eine Rückseitenreflexionsschicht oder ein Rückreflektor 160 kann ferner zwischen der p-i-n-Zelle 130 und der Metallelektrode 170 bereitgestellt sein. Die Dünnschichtsolarzelle 100 kann so konfiguriert sein, dass Sonnenlicht in das transparente Substrat 110 einfallen kann.
  • Unter Bezugnahme auf 1B in Verbindung mit 1A kann das transparente Substrat 110 bereitgestellt werden (S110) und anschließend kann die transparente Elektrode 120, welche als Vorderseitenelektrode dient, auf dem transparenten Substrat 110 gebildet werden (S120). Das transparente Substrat 110 kann aus einem optisch transparenten Material, wie Glas, Kunststoff oder Harz, gebildet werden. Die transparente Elektrode 120 kann aus wenigstens einem transparenten, leitfähigen Oxid, wie ZnO, ITO oder SnOx (x < 2), dotiert mit Metallionen, gebildet werden, um dem von dem transparenten Substrat 110 einfallenden Sonnenlicht zu ermöglichen, hindurchzugehen. Beispielsweise kann die transparente Elektrode 120 eine Schicht aus ZnO, dotiert mit Al, Ga, In oder B, oder eine Schicht aus SnO, dotiert mit F, die durch Sputtern oder metallorganische Gasphasenabscheidung (MOCVD) gebildet werden können, sein.
  • Die p-Halbleiterschicht 131 kann auf der transparenten Elektrode 120 gebildet werden (S131). Die p-Halbleiterschicht 131 kann aus einer p-Halbleiterschicht (z. B. eines Gruppe-IV-Elementes, dotiert mit einem Gruppe-3B-Element, wie Bor (B)), die durch physikalische Gasphasenabscheidung (PVD) oder chemische Gasphasenabscheidung (CVD) gebildet werden kann, gebildet werden. Das PVD-Verfahren kann in einer Wasserstoffumgebung durchgeführt werden. Das CVD Verfahren kann unter Verwendung eines aus Plasma-unterstützter CVD, Heißwand-CVD, Heißdraht-CVD, Atmosphärendruck-CVD, und so weiter, durchgeführt werden. Wenn nicht anders angegeben, betrifft das in der Beschreibung verwendete Wort ”Abscheidung” oder ”Abscheidungsverfahren” eine von verschiedenen auf dem technischen Gebiet bekannten Abscheidungstechniken.
  • Gemäß einer Ausführungsform kann die p-Halbleiterschicht 131 eine Siliziumschicht umfassen. Alternativ kann die p-Halbleiterschicht 131 eine Schicht aus SiGe, SiC, SiO, SiN, SiON, SiCN, SiGeO, SiGeN, SiGeC oder jegliche Kombination davon umfassen. Gemäß beispielhaften Ausführungsformen kann die p-Halbleiterschicht 131 eine p-Siliziumschicht sein, die beispielsweise durch eine PECVD unter Verwendung eines Silan(SiH4)-Gases, eines Wasserstoff(H2)-Gases und eines p-Dotierungsmittels (z. B. B2H6) abgeschieden wurde. Die p-Halbleiterschicht 131 kann eine amorphe, einzelkristalline, polykristalline, mikrokristalline oder nanokristalline Kristallstruktur aufweisen. In der Beschreibung kann das Wort ”Halbleiterschicht” eine Schicht, hergestellt aus einem Halbleitermaterial, und/oder eine Halbleiter enthaltende Schicht sein.
  • Die intrinsische Halbleiterschicht 133 kann auf der p-Halbleiterschicht 131 gebildet werden, um als Lichtabsorptionsschicht zu dienen (S133). Gemäß einer Ausführungsform kann die intrinsische Halbleiterschicht 133 aus einem Sienthaltenden Material gebildet werden. Alternativ kann die intrinsische Halbleiterschicht 133 durch Abscheidung eines Materials aus SiGe, SiC, SiO, SiN, SiON, SiCN, SiGeO, SiGeN, SiGeC oder jeglicher Kombination davon gebildet werden. Die intrinsische Halbleiterschicht 133 kann eine amorphe, einzelkristalline, polykristalline, mikrokristalline, nanokristalline Struktur oder jegliche Mischstruktur davon aufweisen. Gemäß beispielhaften Ausführungsformen kann die intrinsische Halbleiterschicht 133 aus einer amorphen Siliziumschicht, nicht umfassend die kristalline oder mikrokristalline Siliziumschicht, gebildet werden.
  • Die intrinsische Halbleiterschicht 133 kann so gebildet werden, dass sie eine nicht einheitliche Eigenschaft aufweist, die kontinuierlich in einer Dickerichtung variiert. Beispielsweise kann die Bildung der intrinsischen Halbleiterschicht 133 das Abscheiden einer intrinsischen Siliziumschicht auf der p-Halbleiterschicht 131 durch eine PECVD unter Verwendung eines Siliziumvorläufergases, wie SiH4, Si2H6, SiH2Cl2, SiH3Cl, SiHCl3 oder jeglicher Kombination davon, zu der Wasserstoff(H2)-Gas gegeben wird, umfassen. Gemäß beispielhaften Ausführungsformen kann ein Wasserstoffverhältnis R, d. h. [H2]/[SiH4], schrittweise während der Bildung der intrinsischen Halbleiterschicht 133 erhöht werden. Die intrinsische Halbleiterschicht 133 kann vollständig amorph sein. Bei dem Wasserstoffverdünnungsverhältnis kann [SiH4] durch [SiH4], [Si2H6], [SiH2Cl2], [SiH3Cl] oder [SiHCl3] ersetzt werden. Gemäß beispielhaften Ausführungsformen kann das Wasserstoffverdünnungsverhältnis von etwa 1 bis etwa 20 reichen, beispielhafte Ausführungsformen der erfinderischen Idee sind jedoch nicht darauf beschränkt.
  • Gemäß beispielhaften Ausführungsformen, wie in 1C gezeigt, kann das Wasserstoffverdünnungsverhältnis R von einer Lichteinfalloberfläche, durch die Sonnenlicht einfällt, zu einer gegenüberliegenden Oberfläche gegenüber der Lichteinfalloberfläche zunehmen. Gemäß einigen Ausführungsformen kann das Wasserstoffverdünnungsverhältnis R von einer ersten Kontaktfläche 133a zwischen der p-Halbleiterschicht 131 und der intrinsischen Halbleiterschicht 133 zu einer zweiten Kontaktfläche 133b zwischen der n-Halbleiterschicht 135 und der intrinsischen Halbleiterschicht 133 zunehmen. Anders ausgedrückt kann das Wasserstoffverdünnungsverhältnis R kontinuierlich mit zunehmendem Abstand von dem transparenten Substrat 110, durch welches Sonnenlicht einfällt, zunehmen und/oder kontinuierlich mit abnehmendem Abstand Von der Metallelektrode 170 abnehmen. In dem Fall, in dem das Wasserstoffverdünnungsverhältnis R während der Bildung der intrinsischen Halbleiterschicht 133 kontinuierlich zunimmt, kann der Wasserstoffgehalt in der intrinsischen Halbleiterschicht 133 kontinuierlich von der ersten Kontaktfläche 133a zu der zweiten Kontaktfläche 133b abnehmen.
  • Aufgrund der Verwendung der oben genannten Verfahrensbedingungen kann die intrinsische Halbleiterschicht 133 so gebildet werden, dass sie darin Wasserstoff enthält, und der Wasserstoff kann mit Defekten in der intrinsischen Halbleiterschicht 133 gebunden sein. Dadurch ist es möglich, die Defekte, an denen Elektronen-Loch-Paare sich wieder verbinden, zu verringern. Dies kann dazu führen, die Effizienz bei der Erzeugung von elektrischem Strom zu erhöhen. Zusätzlich, in dem Fall, in dem die intrinsische Halbleiterschicht 133 so gebildet wird, dass sie einen kontinuierlich abgestuften Wasserstoffgehalt aufweist, kann in der intrinsischen Halbleiterschicht 133 im Wesentlichen keine Grenzfläche vorliegen. Demzufolge kann es möglich sein, das Einfangen von Ladungsträgern an Kontaktflächen zu verhindern.
  • Andere Eigenschaften der intrinsische Halbleiterschicht 133 können aufgrund der kontinuierlichen Veränderung des Wasserstoffverdünnungsverhältnisses R kontinuierlich variieren. Beispielsweise kann die intrinsische Halbleiterschicht 133 eine abgestufte Dichte und Kristallinität aufweisen, da das Siliziumvorläufergas durch das Vorliegen von Wasserstoffgas verdünnt wird. Ist das Wasserstoffverdünnungsverhältnis R groß, kann die intrinsische Siliziumschicht langsam abgeschieden werden und die darin enthaltenen Siliziumatome können regelmäßiger angeordnet werden. Infolgedessen kann die intrinsische Siliziumschicht eine erhöhte Dichte und Kristallinität aufweisen. Beispielsweise kann die intrinsische Halbleiterschicht 133 so gebildet sein, dass sie eine mikrokristalline oder kristalline Struktur oder eine amorphe Struktur mit hoher Dichte aufweist, wenn das Wasserstoffverdünnungsverhältnis R hoch ist. Gemäß beispielhaften Ausführungsformen kann die intrinsische Halbleiterschicht 133 so gebildet sein, dass sie, bevor die mikrokristalline Struktur gebildet wird, eine amorphe Struktur aufweist, obwohl deren Dichte und/oder Kristallinität aufgrund eines hohen Wasserstoffverdünnungsverhältnisses R erhöht ist. Die intrinsische Halbleiterschicht 133 mit amorpher Struktur kann eine Dichte aufweisen, die von der ersten Kontaktfläche 133a zu der zweiten Kontaktfläche 133b zunimmt. Die intrinsische Halbleiterschicht 133 mit amorpher Struktur kann verglichen mit einer intrinsischen Helbleiterschicht mit kristalliner Struktur einen relativ hohen Lichtabsorptionskoeffizienten aufweisen. Dies ermöglicht es, die Effizienz der Energieumwandlung zu erhöhen. Ein lichtinduzierter Abbau der Lichtabsorptionsschicht kann verringert werden, indem das Wasserstoffverdünnungsverhältnis erhöht wird, selbst wenn die Phase der Schicht noch amorph ist. Im Gegensatz dazu kann die intrinsische Halbleiterschicht 133 in dem Fall, in dem das Wasserstoffverdünnungsverhältnis R verringert wird, so gebildet sein, dass sie eine amorphe Struktur mit verringerter Dichte aufweist.
  • Je größer das Wasserstoffverdünnungsverhältnis R ist, desto geringer kann die Bandlückenenergie der intrinsischen Halbleiterschicht 133 sein. Im Gegensatz dazu ist die Bandlückenenergie der intrinsischen Halbleiterschicht 133 umso größer, je geringer das Wasserstoffverdünnungsverhältnis R ist. Ein Gehalt an Wasserstoff kann zu dem Wasserstoffverdünnungsverhältnis umgekehrt proportional sein und demzufolge kann ein großes Wasserstoffverdünnungsverhältnis zu einer Abnahme der Bandlückenenergie führen. Dieser Effekt ist anhand 1C ersichtlich, in welcher die Größe einer Eigenschaft so festgelegt ist, dass sie in Pfeilrichtung zunimmt.
  • Beispielsweise kann eine Dichte D der intrinsischen Halbleiterschicht 133 mit zunehmendem Wasserstoffverdünnungsverhältnis R zunehmen, während eine Bandlückenenergie B und ein Lichtabsorptionskoeffizient A mit zunehmendem Wasserstoffverdünnungsverhältnis R abnehmen. Ein Wellenlängenbereich, der durch die intrinsische Halbleiterschicht 133 absorbiert wird, kann entsprechend der Bandlückenenergie derselben variieren. Gemäß beispielhaften Ausführungsformen der erfinderischen Idee kann die intrinsische Halbleiterschicht 133 so konfiguriert sein, dass sie eine kontinuierlich abgestufte Bandlückenenergie aufweist, und die Solarzelle kann so konfiguriert sein, dass sie über einen breiten Wellenlängenbereich hinweg Sonnenlicht in Elektrizität umwandelt. Obwohl die intrinsische Schicht 133 die amorphe Phase beibehält, kann die Bandlückenenergie von etwa 2,0 eV bis 1,5 eV variiert werden, indem das Wasserstoffverdünnungsverhältnis erhöht wird.
  • In dem Fall, in dem die intrinsische Halbleiterschicht 133 auf einer Schicht, durch die Sonnenlicht einfallen kann (z. B. die p-Halbleiterschicht 131), gebildet wird, indem eine intrinsische Siliziumschicht durch die schrittweise Erhöhung des Wasserstoffverdünnungsverhältnisses gemäß der zuvor beschriebenen Ausführungsform abgeschieden wird, ist es möglich, die intrinsische Halbleiterschicht 133 so zu bilden, dass sie kontinuierlich abgestufte Eigenschaften aufweist. Als Folge davon kann es möglich sein, eine Solarzelle mit einer hohen Umwandlungseffizienz zu realisieren. Beispielsweise kann die Umwandlungseffizienz in den beispielhaften Ausführungsformen etwa 9,8% betragen, während sie bei herkömmlichen Verfahren mit einem festen Wasserstoffverdünnungsverhältnis 9% beträgt. Die Umwandlungseffizienz wurde bei einer Einschicht-amorphes Si-Dünnschichtsolarzelle 100 gemessen, bei der die p-Si-Schicht 131, die intrinsische amorphe Si-Schicht 133 mit dem kontinuierlich abgestuften Wasserstoffgehalt und de n-Si-Schicht 135 übereinander angeordnet waren und bei der ein Wasserstoffgehalt der i-Si-Schicht 133 nahe der ersten Kontaktfläche 133a zwischen der p-Si-Schicht 131 und der i-Si-Schicht 133 größer war als nahe der zweiten Kontaktfläche 133b zwischen der i-Si-Schicht 133 und der n-Si-Schicht 135. Gemäß beispielhaften Ausführungsformen können die Eigenschaften der Solarzelle stark von einem Richtungswechsel des Wasserstoffgehalts abhängen. Beispielsweise betrug die Umwandlungseffizienz etwa 5,8%, wenn der Wasserstoffgehalt der i-Si-Schicht 133 angrenzend an die erste Kontaktfläche 133a geringer ist als angrenzend an die zweite Kontaktfläche 133b.
  • In Anknüpfung an die 1A und 1B, kann die n-Halbleiterschicht 135 auf der intrinsischen Halbleiterschicht 133 gebildet werden (S135). Die n-Halbleiterschicht 135 kann aus einer n-Halbleiterschicht (z. B. eines Gruppe-IV-Elements, dotiert mit einem Gruppe-5B-Element, wie Phosphor (P)) gebildet werden, die durch ein Dünnschichtabscheidungsverfahren gebildet werden kann. Gemäß einer Ausführungsform kann die n-Halbleiterschicht 135 eine Siliziumschicht, dotiert mit einem n-Dotierungsmittel, umfassen. Alternativ dazu kann die n-Halbleiterschicht 135 eine Schicht aus SiGe, SiC, SiO, SiN, SiON, SiCN, SiGeO, SiGeN, SiGeC oder jegliche Kombination davon umfassen. Gemäß beispielhaften Ausführungsformen kann die n-Halbleiterschicht 135 eine n-Siliziumschicht sein, die beispielsweise durch eine PECVD unter Verwendung eines Silan(SiH4)-Gases, eines Wasserstoff(H2)-Gases und eines n-Dotierungsmittelsvorläufergases (z. B. PH3) abgeschieden wurde. Die n-Halbleiterschicht 135 kann eine amorphe, einzelkristalline, polykristalline, mikrokristalline oder nanokristalline Struktur aufweisen. Wie oben beschrieben, kann die Zelle 130 so gebildet sein, dass sie die p-Halbleiterschicht 131, die intrinsische Halbleiterschicht 133 und die n-Halbleiterschicht 135 auf der transparenten Elektrode 120 der Reihe nach übereinander angeordnet aufweist, wodurch eine p-i-n-Diodenstruktur gebildet wird.
  • Die Rückseitenreflexionsschicht 160 kann auf der n-Halbleiterschicht 135 gebildet werden (S160). Die Rückseitenreflexionsschicht 160 kann so konfiguriert sein, dass ein Reflexionsverlust des Sonnenlichts verringert und eine Lichteinfangsausbeute erhöht wird, wodurch die Effizienz der Solarzelle 100 verbessert wird. Die Rückseitenreflexionsschicht 160, kann durch Abscheiden wenigstens eines Materials (z. B. ZnO-, ZnO:Al-, ZnO:Ga-, ZnO:In-, ZnO:B- und ZnO-enthaltende Schichten) gebildet werden, wie es beispielhaft für die transparente Elektrode 120 durch Verwendung von Sputtern, einer CVD oder einer Elektronenstrahlverdampfung erläutert wurde.
  • Die Metallelektrode 170 kann auf der Rückseitenreflexionsschicht 160 ausgebildet werden, um als Rückseitenelektrode zu dienen (S170). Die Metallelektrode 170 kann so gebildet sein, dass sie eine Einzelschicht- oder Multischichtstruktur aus transparenten oder lichtundurchlässigen Materialien aufweist. Gemäß beispielhaften Ausführungsformen kann die Metallelektrode 170 durch Abscheiden wenigstens eines aus Al, Ag, Cu, ZnO/Ag, ZnO/Al und Ni/Al gebildet werden. Die Dünnschichtsolarzelle 100 der 1A kann durch das zuvor beschriebene Verfahren gebildet werden.
  • [Ausführungsform 1: Arbeitsprinzip]
  • 1D ist eine Schnittdarstellung, welche ein Arbeitsprinzip einer Dünnschichtsolarzelle gemäß beispielhaften Ausführungsformen der erfinderischen Idee veranschaulicht.
  • Bezugnehmend auf 1D kann Sonnenlicht durch das transparente Substrat 110 einfallen und in der intrinsischen Halbleiterschicht 130 absorbiert werden, um Elektronen und Löcher zu erzeugen. Die intrinsische Halbleiterschicht 133 kann durch die p-Halbleiterschicht 131 und die n-Halbleiterschicht 135 verarmt werden, so dass ein elektrisches Feld darin gebildet werden kann. Elektronen (e) und Löcher (h+), die in der intrinsischen Halbleiterschicht 133 gebildet werden, können aufgrund des Vorliegens eines internen elektrischen Feldes in die n-Halbleiterschicht 135 bzw. die p-Halbleiterschicht 131 transportiert werden. Infolgedessen können sich Löcher (h+) in der p-Halbleiterschicht 131 ansammeln und Elektronen (e–) können sich in der n-Halbleiterschicht 135 ansammeln, und somit kann eine Photoelektronenenergie (Photospannung) zwischen der p-Halbleiterschicht 131 und der n-Halbleiterschicht 135 gebildet werden. Demzufolge kann ein elektrischer Strom fließen, wenn die transparente Elektrode 120 über eine Last 180 mit der Metallelektrode 170 verbunden ist.
  • [Ausführungsform 1: Abwandlungen]
  • Die 1E bis 1G sind Schnittdarstellungen von Dünnschichtsolarzellen gemäß anderen beispielhaften Ausführungsformen der erfinderischen Idee.
  • Bezugnehmend auf 1E kann eine Dünnschichtsolarzelle 102 die transparente Elektrode 120 mit einer strukturierten Oberfläche umfassen. Die strukturierte Oberfläche kann dazu führen, dass die Reflexion eines einfallenden Lichts verringert und die Absorption des einfallenden Lichts erhöht wird. Die strukturierte Oberfläche kann während der Abscheidung der transparenten Elektrode 120 oder durch ein Ätzverfahren, welches nach der Abscheidung durchgeführt wird, gebildet werden. Gemäß beispielhaften Ausführungsformen können wenigstens eine der Zelle 130, der Rückseitenreflexionsschicht 160 und der Metallelektrode 170 eine solche strukturierte Oberfläche aufweisen.
  • Bezugnehmend auf 1F kann eine Dünnschichtsolarzelle 104 so konfiguriert sein, dass sie eine Doppelschichtsuperstratstruktur aufweist. Gemäß beispielhaften Ausführungsformen kann die Dünnschichtsolarzelle 104 ferner eine zweite Zelle 140 aus einer p-i-n-Struktur, über der ersten Zelle 130 mit einer p-i-n-Struktur angeordnet, umfassen. Die erste Zelle 130 kann so konfiguriert sein, dass sie im Wesentlichen die gleiche Struktur wie diejenige von 1A aufweist.
  • Die zweite Zelle 140 kann durch sequentielles Abscheiden einer zweiten p-Halbleiterschicht 141, einer zweiten intrinsischen Halbleiterschicht 143 und einer zweiten n-Halbleiterschicht 145 auf der ersten n-Halbleiterschicht 135 gebildet werden. Die zweite p-Halbleiterschicht 141 kann so konfiguriert sein, dass sie im Wesentlichen identisch oder analog zu der ersten p-Halbleiterschicht 131 ist, und die zweite n-Halbleiterschicht 145 kann so konfiguriert sein, dass sie im Wesentlichen identisch oder analog zu der ersten n-Halbleiterschicht 135 ist. Die zweite intrinsische Halbleiterschicht 143 kann so konfiguriert sein, dass sie im Wesentlichen identisch oder analog zu der ersten intrinsischen Halbleiterschicht 133 ist. Beispielsweise kann die zweite intrinsische Halbleiterschicht 143 eine amorphe Schicht sein, die in Bezug auf das Wasserstoffverdünnungsverhältnis unter Verwendung von den im Wesentlichen denselben Verfahrensbedingungen, wie für die erste intrinsische Halbleiterschicht 133, gebildet werden kann.
  • Alternativ kann die zweite intrinsische Halbleiterschicht 143 eine amorphe Schicht wie die erste intrinsische Halbleiterschicht 133 sein, sie kann jedoch in Bezug auf das Wasserstoffverdünnungsverhältnis unter Verwendung von unterschiedlichen Verfahrensbedingungen gebildet werden. Beispielsweise kann die erste intrinsische Halbleiterschicht 133 ein Wasserstoffverdünnungsverhältnis im Bereich von 1 bis 10 aufweisen, während die zweite intrinsische Halbleiterschicht 143 ein Wasserstoffverdünnungsverhältnis im Bereich von 10 bis 20 aufweisen kann. Aufgrund des Unterschieds im Wasserstoffverdünnungsverhältnis kann eine der ersten und zweiten intrinsischen Halbleiterschichten 133 und 143 eine amorphe Schicht mit niedriger Dichte und die andere eine amorphe Schicht mit hoher Dichte sein. Gemäß beispielhaften Ausführungsformen kann das Wasserstoffverdünnungsverhältnis während des Abscheidungsverfahrens so konfiguriert sein, dass es entlang der Einfallsrichtung des Sonnenlichts zunimmt. Beispielhafte Ausführungsformen der erfinderischen Idee sind jedoch nicht auf die beispielhaften Werte des Wasserstoffverdünnungsverhältnisses beschränkt.
  • Gemäß anderen beispielhaften Ausführungsformen kann eine der ersten und zweiten intrinsischen Halbleiterschichten 133 und 143 eine amorphe Schicht und die andere eine kristalline Schicht (z. B. eine einzelkristalline, polykristalline, mikrokristalline Struktur oder eine amorphe-nanokristalline Mischstruktur) sein. Gemäß weiteren beispielhaften Ausführungsformen kann die erste intrinsische Halbleiterschicht 133 eine amorphe Schicht und die zweite intrinsische Schicht 143 kann eine Mischstruktur, die eine kristalline Schicht und eine amorphe Schicht umfasst, sein.
  • Bezugnehmend auf 1G kann eine Dünnschichtsolarzelle 106 so konfiguriert sein, dass sie eine Tripleschichtsuperstratstruktur aufweist. Beispielsweise kann die Dünnschichtsolarzelle 106 ferner zweite und dritte Zellen 140 und 150 mit einer p-i-n-Struktur, welche übereinander auf der ersten Zelle 130 mit einer p-i-n-Struktur angeordnet sind, umfassen. Die erste Zelle 130 kann so konfiguriert sein, dass sie die im Wesentlichen gleiche Struktur, wie diejenige von 1A, aufweist.
  • Die zweite Zelle 140 kann durch sequentielles Abscheiden einer zweiten p-Halbleiterschicht 141, einer zweiten intrinsischen Halbleiterschicht 143 und einer zweiten n-Halbleiterschicht 145 auf der ersten n-Halbleiterschicht 135 gebildet werden. Die zweite p-Halbleiterschicht 141 kann so konfiguriert sein, dass sie im Wesentlichen identisch oder analog zu der ersten p-Halbleiterschicht 131 ist, und die zweite n-Halbleiterschicht 145 kann so konfiguriert sein, dass sie im Wesentlichen identisch oder analog zu der ersten n-Halbleiterschicht 135 ist.
  • Die dritte Zelle 150 kann durch sequentielles Abscheiden einer dritten p-Halbleiterschicht 151, einer dritten intrinsischen Halbleiterschicht 153 und einer dritten n-Halbleiterschicht 155 auf der zweiten n-Halbleiterschicht 145 gebildet werden. Gemäß beispielhaften Ausführungsformen kann die dritte Zelle 150 so konfiguriert sein, dass sie im Wesentlichen identisch oder analog zu der ersten Zelle 130 und/oder der zweiten Zelle 140 ist. Die dritte p-Halbleiterschicht 151 kann so konfiguriert sein, dass sie im Wesentlichen identisch oder analog zu sowohl einer oder zu beiden der ersten und zweiten p-Halbleiterschichten 131 und 141 ist, und die dritte n-Halbleiterschicht 155 kann so konfiguriert sein, dass sie im Wesentlichen identisch oder analog zu entweder einer oder zu beiden der ersten und zweiten n-Halbleiterschichten 135 und 145 ist. Die dritte intrinsische Halbleiterschicht 153 kann so konfiguriert sein, das sie im Wesentlichen identisch oder analog zu entweder einer oder zu beiden der ersten und zweiten intrinsischen Halbleiterschichten 133 und 143 ist.
  • Alternativ kann die dritte intrinsische Halbleiterschicht 153 eine amorphe Schicht, wie die ersten und zweiten intrinsischen Halbleiterschichten 133 und 143, sein, sie kann jedoch in Bezug auf das Wasserstoffverdünnungsverhältnis unter Verwendung von unterschiedlichen Verfahrensbedingungen gebildet werden. Beispielsweise kann die erste intrinsische Halbleiterschicht 133 ein Wasserstoffverdünnungsverhältnis im Bereich von 1 bis 7 aufweisen, die zweite intrinsische Halbleiterschicht 143 kann ein Wasserstoffverdünnungsverhältnis im Bereich von 7 bis 15 aufweisen, und die dritte intrinsische Halbleiterschicht 153 kann ein Wasserstoffverdünnungsverhältnis im Bereich von 15 bis 20 aufweisen. Gemäß anderen Ausführungsformen kann eine der ersten und dritten intrinsischen Halbleiterschichten 133 und 153 ein Wasserstoffverdünnungsverhältnis im Bereich von 7 bis 15 aufweisen, und die andere kann ein Wasserstoffverdünnungsverhältnis im Bereich von 15 bis 20 aufweisen, und die zweite intrinsische Halbleiterschicht 133 kann ein Wasserstoffverdünnungsverhältnis im Bereich von 1 bis 7 aufweisen. Gemäß weiteren Ausführungsformen kann eine der ersten und dritten intrinsischen Halbleiterschichten 133 und 153 ein Wasserstoffverdünnungsverhältnis im Bereich von 1 bis 7 aufweisen, und die andere kann ein Wasserstoffverdünnungsverhältnis im Bereich von 7 bis 15 aufweisen, und die zweite intrinsische Halbleiterschicht 133 kann ein Wasserstoffverdünnungsverhältnis im Bereich von 15 bis 20 aufweisen. Gemäß anderen beispielhaften Ausführungsformen kann wenigstens eine der ersten, zweiten und dritten intrinsischen Halbleiterschichten 133, 143 und 153 bei Verfahrensbedingungen mit kontinuierlich verändernden Wasserstoffverdünnungsverhältnissen gebildet werden. Gemäß beispielhaften Ausführungsformen kann das Wasserstoffverdünnungsverhältnis so konfiguriert sein, dass es entlang der Einfallsrichtung des Sonnenlichts zunimmt.
  • Gemäß anderen beispielhaften Ausführungsformen kann wenigstens eine der ersten, zweiten und dritten intrinsischen Halbleiterschichten 133, 143 und 153 eine amorphe Schicht sein, und die anderen können eine kristalline Schicht sein. Gemäß anderen beispielhaften Ausführungsformen kann wenigstens eine der ersten, zweiten und dritten intrinsischen Halbleiterschichten 133, 143 und 153 eine amorphe Schicht sein, und die anderen können Mischschichten, die eine kristalline Schicht und eine amorphe Schicht umfassen, sein.
  • [Ausführungsform 2]
  • 2A ist eine Schnittdarstellung einer Dünnschichtsolarzelle gemäß modifizierten Ausführungsformen der erfinderischen Idee, 2B ist ein Fließdiagramm, welches ein Verfahren zur Herstellung einer Dünnschichtsolarzelle gemäß modifizierten Ausführungsformen der erfinderischen Idee veranschaulicht, und 2C ist eine Schnittdarstellung, welche eine Zelle einer Dünnschichtsolarzelle gemäß modifizierten Ausführungsformen der erfinderischen Idee veranschaulicht.
  • Bezugnehmend auf 2A kann eine Dünnschichtsolarzelle 200 so konfiguriert sein, dass sie eine Einzelschichtsubstratstruktur, umfassend eine Metallelektrode 270, eine Zelle 230 mit einer n-i-p-Struktur und eine transparente Elektrode 220, die der Reihe nach übereinander in der Form einer dünnen Schicht auf einem lichtundurchlässigen Substrat 210 angeordnet sind, aufweist. Gemäß beispielhaften Ausführungsformen kann die Zelle 230 eine n-Halbleiterschicht 235, eine intrinsische Halbleiterschicht 233 und eine p-Halbleiterschicht 231, die der Reihe nach übereinander auf der Metallelektrode 270 angeordnet sind, umfassen. Gemäß anderen Ausführungsformen kann die Zelle 230 eine p-Halbleiterschicht 231, eine intrinsische Halbleiterschicht 233 und eine n-Halbleiterschicht 235, die der Reihe nach übereinander auf der Metallelektrode 270, angeordnet sind, umfassen. Eine Rückseitenreflexionsschicht 260 kann zwischen der Metallelektrode 270 und der Zelle 230 bereitgestellt werden. Die Dünnschichtsolarzelle 200 kann so konfiguriert sein, dass Sonnenlicht in die transparente Elektrode 220 einfallen kann.
  • Bezugnehmend auf 2B in Verbindung mit 2A kann das lichtundurchlässige Substrat 210 bereitgestellt werden (S210), und die Metallelektrode 270, die als Rückseitenelektrode dient, kann auf dem lichtundurchlässigen Substrat 210 gebildet werden (S270). Die Metallelektrode 270 kann so gebildet werden, dass sie eine Einzelschicht- oder Mehrschichtstruktur aus transparenten oder lichtundurchlässigen Materialien, wie Al, Ag, Cu, ZnO/Ag, ZnO/Al oder Ni/Al, aufweist.
  • Die Rückseitenreflexionsschicht 260 kann auf der Metallelektrode 270 gebildet werden (S260). Da Sonnenlicht auf die transparente Elektrode 220 einfallen kann, kann die Dünnschichtsolarzelle 200 gemäß beispielhaften Ausführungsformen so konfiguriert sein, dass sie das aus einem lichtundurchlässigen Metallmaterial gebildete lichtundurchlässige Substrat 210 umfasst. Gemäß anderen Ausführungsformen kann ein transparentes Substrat (z. B. wie die in Bezug auf 1A beschriebenen Ausführungsformen) anstelle des lichtundurchlässigen Substrats 210 verwendet werden. Die Rückseitenreflexionsschicht 260 kann aus demselben Material (z. B. ZnO:Al-, ZnO:Ga-, ZnO:In-, ZnO:B- und ZnO-enthaltenden Materialien), wie wenigstens eines derjenigen, die für die transparente Elektrode 120 veranschaulicht wurden, gebildet werden.
  • Die n-Halbleiterschicht 235 kann auf der Metallelektrode 270 gebildet werden (S235), eine intrinsische Halbleiterschicht 233 kann auf der n-Halbleiterschicht 235 gebildet werden (S233) und eine p-Halbleiterschicht 231 kann auf der intrinsischen Halbleiterschicht 233 gebildet werden (S231). Mit anderen Worten kann die Zelle 230 so gebildet sein, dass sie eine n-i-p-Struktur aufweist. Die n- und p-Halbleiterschichten 235 und 231 können so gebildet sein, dass sie identisch oder analog zu denjenigen der n- und p-Halbleiterschichten 135 und 131 von 1A sind. Beispielsweise kann eine der n- und p-Halbleiterschichten 235 und 231 eine Schicht, umfassend Si, SiGe, SiC, SiO, SiN, SiON, SiCN, SiGeO, SiGeN, SiGeC oder jegliche Kombination davon, sein und kann eine amorphe, einzelkristalline, polykristalline, mikrokristalline Struktur oder eine amorphe-nanokristalline Mischstruktur aufweisen.
  • Ähnlich wie die intrinsische Halbleiterschicht 133 von 1A kann die intrinsische Halbleiterschicht 233 so gebildet sein, dass sie eine uneinheitliche Eigenschaft aufweist, die sich kontinuierlich entlang einer Dickerichtung davon verändert. Beispielsweise kann die intrinsische Halbleiterschicht 233 so gebildet sein, dass sie ein Wasserstoffverdünnungsverhältnis aufweist, das schrittweise entlang einer Einfallsrichtung des Sonnenlichtes zunimmt (z. B. zunehmend mit zunehmendem Abstand von einer Oberfläche, durch welche das Licht einfällt). Gemäß beispielhaften Ausführungsformen kann die Bildung der intrinsischen Halbleiterschicht 233 das Abscheiden einer intrinsischen Siliziumschicht auf der n-Halbleiterschicht 235 durch eine PECVD unter Verwendung eines Siliziumvorläufergases, wie SiH4, Si2H6, SiH2Cl2, SiH3Cl, SiHCl3 oder jeglicher Kombination davon, zu der ein Wasserstoffgas (H2) zugegeben ist, umfassen. Alternativ kann die intrinsische Halbleiterschicht 233 eine Schicht aus SiGe, SiC, SiO, SiN, SiON, SiCN, SiGeO, SiGeN, SiGeC oder jeglicher Kombination davon umfassen. Gemäß beispielhaften Ausführungsformen kann die intrinsische Halbleiterschicht 233 durch schrittweises Verringern eines Wasserstoffverdünnungsverhältnisses gebildet werden. Wie in 2C gezeigt, kann sich das Wasserstoffverdünnungsverhältnis R in der intrinsischen Halbleiterschicht 233 entlang einer Einfallsrichtung des Sonnenlichts erhöhen, und der Wasserstoffgehalt kann sich entlang der Einfallsrichtung des Sonnenlichts verringern. Mit anderen Worten kann das Wasserstoffverdünnungsverhältnis R auf eine kontinuierliche Art und Weise von der ersten Kontaktfläche 233a zu der zweiten Kontaktfläche 233b zunehmen, und dadurch kann verhindert werden, dass eine eigene Kontaktfläche in der intrinsischen Halbleiterschicht 233 gebildet wird. Zudem kann der Wasserstoffgehalt auf eine kontinuierliche Art und Weise von der ersten Kontaktfläche 233a zu der zweiten Kontaktfläche 233b abnehmen. Beispielsweise kann das Wasserstoffverdünnungsverhältnis R von 1 bis 20 betragen, beispielhafte Ausführungsformen der erfinderischen Idee sind jedoch nicht darauf beschränkt. Das heißt, dass das Wasserstoffverdünnungsverhältnis R auf eine kontinuierliche Art und Weise mit zunehmendem Abstand von der transparenten Elektrode 220, durch die Sonnenlicht einfällt, und/oder mit abnehmendem Abstand von dem lichtundurchlässigen Substrat 210 zunehmen. In der intrinsischen Halbleiterschicht 233 können zusätzlich zu der schrittweisen Veränderung des Wasserstoffverdünnungsverhältnisses R eine Bandlückenenergie B und ein Lichtabsorptionskoeffizient A schrittweise von der ersten Kontaktfläche 233a zu der zweiten Kontaktfläche 233b abnehmen, während eine Dichte D zunehmen kann.
  • Bezugnehmend auf 2A und 2B kann die als Vorderseitenelektrode dienende transparente Elektrode 220 auf der p-Halbleiterschicht 231 gebildet werden (S220). Die transparente Elektrode 220 kann aus wenigstens einem transparenten leitfähigen Oxid (TCO), wie ZnO, ITO oder SnOx (x < 2), dotiert mit Metallionen, gebildet werden, so dass das einfallende Sonnenlicht hindurch treten kann. Beispielsweise kann die transparente Elektrode 220 eine Schicht aus ZnO, dotiert mit Al, Ga, In oder B, oder eine Schicht aus SnO, dotiert mit F, die unter Verwendung von Sputtern oder einer MOCVD gebildet werden kann, sein. Die Dünnschichtsolarzelle 200 von 2A kann durch das zuvor beschriebene Verfahren gebildet werden.
  • [Ausführungsform 2: Arbeitstechniken]
  • 2D ist eine Schnittdarstellung, welche ein Arbeitsprinzip einer Dünnschichtsolarzelle gemäß modifizierten Ausführungsformen der erfinderischen Idee veranschaulicht.
  • Bezugnehmend auf 2D kann ein Solarlicht durch die transparente Elektrode 220 einfallen und kann in der intrinsischen Halbleiterschicht 233 absorbiert werden, wodurch Elektronen und Löcher gebildet werden. Elektronen (e–) und Löcher (h+) in der intrinsischen Halbleiterschicht 233 können aufgrund der Gegenwart eines internen elektrischen Feldes zu der n-Halbleiterschicht 235 bzw. der p-Halbleiterschicht 231 wandern und dort angesammelt werden. Infolgedessen kann eine Photoelektronenenergie (Photospannung) zwischen der p-Halbleiterschicht 231 und der n-Halbleiterschicht 235 erzeugt werden. Demzufolge kann elektrischer Strom fließen, wenn die transparente Elektrode 220 über eine Last 280 mit der Metallelektrode 270 verbunden wird.
  • [Ausführungsform 2: Abwandlungen]
  • Die 2E bis 2G sind, Schnittdarstellungen von Dünnschichtsolarzellen gemäß weiteren beispielhaften Ausführungsformen der erfinderischen Idee.
  • Bezugnehmend auf 2E kann eine Dünnschichtsolarzelle 202 eine strukturierte Struktur umfassen. Gemäß beispielhaften Ausführungsformen kann wenigstens eine der transparenten Elektrode 220, der Zelle 230, der Rückseitenreflexionsschicht 260 und der Metallelektrode 270 so konfiguriert sein, dass sie eine strukturierte Oberfläche aufweist.
  • Bezugnehmend auf 2F kann eine Dünnschichtsolarzelle 204 so konfiguriert sein, dass sie eine Doppelschichtsubstratstruktur aufweist. Gemäß beispielhaften Ausführungsformen kann die Dünnschichtsolarzelle 204 ferner eine zweite Zelle 240 mit einer n-i-p-Struktur zwischen der ersten Zelle 230 mit einer n-i-p-Struktur und der Metallelektrode 270 umfassen. Die erste Zelle 230 kann so konfiguriert sein, dass sie im Wesentlichen identisch oder analog zu der von 2A ist. Die zweite Zelle 240 kann durch sequentielles Abscheiden einer zweiten n-Halbleiterschicht 245, einer zweiten intrinsischen Halbleiterschicht 243 und einer zweiten p-Halbleiterschicht 241 auf der Metallelektrode 270 gebildet werden. Die zweite p-Halbleiterschicht 241 kann so konfiguriert sein, dass sie im Wesentlichen identisch oder analog zu der ersten p-Halbleiterschicht 231 ist, und die zweite n-Halbleiterschicht 245 kann so konfiguriert sein, dass sie im Wesentlichen identisch oder analog zu der ersten n-Halbleiterschicht 235 ist.
  • Die zweite intrinsische Halbleiterschicht 243 kann so konfiguriert sein, dass sie im Wesentlichen identisch oder analog zu der ersten intrinsischen Halbleiterschicht 233 ist. Gemäß beispielhaften Ausführungsformen kann die zweite intrinsische Halbleiterschicht 243 jedoch so konfiguriert sein, dass sie technische Merkmale aufweist, die unterschiedlich zu denen der ersten intrinsischen Halbleiterschicht 233 sind. Beispielsweise kann ein Wasserstoffverdünnungsverhältnis der zweiten intrinsischen Halbleiterschicht 233 entweder gleich zu, größer als oder kleiner als das der zweiten intrinsischen Halbleiterschicht 243 sein. Alternative kann eine der ersten und zweiten intrinsischen Halbleiterschichten 233 und 243 eine amorphe Schicht sein und die andere kann eine kristalline Schicht (z. B. eine einzel-, poly- oder mikrokristalline Struktur) oder eine Mischschicht, die eine kristalline Schicht und eine amorphe Schicht umfasst, sein.
  • Bezugnehmend auf 2G kann eine Dünnschichtsolarzelle 206 so konfiguriert sein, dass sie eine Tripleschichtsubstratstruktur aufweist. Beispielsweise kann die Dünnschichtsolarzelle 206 ferner zweite und dritte Zellen 240 und 250 mit einer n-i-p-Struktur zwischen der ersten Zelle 230 mit einer n-i-p-Struktur und der Metallelektrode 270 umfassen. Die dritte Zelle 250 kann durch sequentielles Abscheiden einer dritten n-Halbleiterschicht 255, einer dritten intrinsischen Halbleiterschicht 253 und einer dritten p-Halbleiterschicht 251 auf der Metallelektrode 270 gebildet werden. Gemäß beispielhaften Ausführungsformen kann die dritte Zelle 250 so konfiguriert sein, dass sie im Wesentlichen identisch oder analog zu der ersten Zelle 230 und/oder der zweiten Zelle 240 ist.
  • Gemäß beispielhaften Ausführungsformen können die ersten, zweiten und dritten intrinsischen Halbleiterschichten 233, 243 und 253 in Bezug auf das Wasserstoffverdünnungsverhältnis gleich oder unterschiedlich zueinander sein. Gemäß beispielhaften Ausführungsformen können die ersten, zweiten und dritten intrinsischen Halbleiterschichten 233, 243 und 253 amorphe Schichten sein, deren Wasserstoffverdünnungsverhältnisse in der Richtung, in der sie übereinander angeordnet sind, zunehmen oder abnehmen. Gemäß anderen beispielhaften Ausführungsformen können die ersten, zweiten und dritten intrinsischen Halbleiterschichten 233, 243 und 253 amorphe Schichten sein, deren Wasserstoffverdünnungsverhältnisse in der Reihenfolge, in der sie übereinander angeordnet sind, anfänglich zunehmen und dann abnehmen oder anfänglich abnehmen und dann zunehmen. Gemäß anderen beispielhaften Ausführungsformen kann wenigstens eine der ersten, zweiten und dritten intrinsischen Schichten 233, 243 und 253 bei Verfahrensbedingungen mit kontinuierlich veränderndem Wasserstoffverdünnungsverhältnis gebildet werden und können eine amorphe Struktur aufweisen.
  • Gemäß anderen beispielhaften Ausführungsformen kann wenigstens eine der ersten, zweiten und dritten intrinsischen Halbleiterschichten 233, 243 und 253 eine amorphe Schicht sein, und die anderen können eine kristalline Schicht oder eine Mischschicht, umfassend eine kristalline Schicht und eine amorphe Schicht, sein.
  • Gemäß beispielhaften Ausführungsformen der erfinderischen Idee ist eine intrinsische Halbleiterschicht so gebildet, dass sie eine kontinuierlich, jedoch nicht schlagartig, verändernde Eigenschaft aufweist. Dies führt dazu, dass der Wirkungsgrad der Energieumwandlung der Solarzelle zunimmt. Zusätzlich kann die kontinuierlich verändernde Eigenschaft der intrinsischen Halbleiterschicht ohne die Verwendung eines zusätzlichen Verfahrens oder einer zusätzlichen Apparatur realisiert werden. Dies führt zur Realisierung einer Solarzelle ohne zunehmende Herstellungskosten. Ferner kann eine amorphe Struktur für die intrinsische Halbleiterschicht verwendet werden und dies führt zu einer Zunahme des optischen Absorptionskoeffizienten, verglichen mit dem Fall einer kristallinen Struktur. Infolgedessen ist es möglich, die Umwandlungseffizienz der Solarzelle zu erhöhen.
  • Obwohl insbesondere beispielhafte Ausführungsformen der erfinderischen Idee gezeigt und beschrieben worden sind, ist es für den Fachmann offensichtlich, dass Variationen in der Form und den Einzelheiten durchgeführt werden können, ohne von dem Gedanken und dem Umfang der nachstehenden Ansprüche abzuweichen.
  • Zusammenfassend kann eine Ausführungsform der Erfindung wie folgt beschrieben werden.
  • Bereitgestellt werden Dünnschichtsolarzellen und Verfahren zur Herstellung derselben. Die Solarzelle kann ein Substrat und eine Zelle, umfassend eine amorphe Schicht mit einem kontinuierlich abgestuften Wasserstoffgehalt, angeordnet auf dem Substrat, einen n-Halbleiter, eine p-Halbleiterschicht, eine Metallelektrode angrenzend an den n-Halbleiter und eine transparente Elektrode angrenzend an die p-Halbleiterschicht umfassen. Der Wasserstoffgehalt der amorphen intrinsischen Halbleiterschicht nimmt auf eine kontinuierliche Art und Weise von einer ersten Kontaktfläche, auf die Licht einfällt, zu einer zweiten Kontaktfläche gegenüber der ersten Kontaktfläche ab, und die ersten und zweiten Kontaktflächen sind zwei gegenüberliegende Oberflächen der amorphen intrinsischen Halbleiterschicht, die in Kontakt mit der p- bzw. n-Halbleiterschicht sind.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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  • Zitierte Patentliteratur
    • KR 10-2011-0016090 [0001]
    • KR 10-2011-0136575 [0001]

Claims (20)

  1. Dünnschichtsolarzelle, umfassend: ein Substrat, und eine Zelle, umfassend eine auf dem Substrat angeordnete amorphe Schicht, wobei die amorphe Schicht einen intrinsischen Halbleiter mit einem kontinuierlich abgestuften Wasserstoffgehalt umfasst, wobei die amorphe Schicht eine Einfalloberfläche, auf die Licht einfällt, und eine gegenüberliegende Oberfläche umfasst, und wobei der Wasserstoffgehalt schrittweise von der Einfalloberfläche zu der gegenüberliegenden Oberfläche abnimmt.
  2. Solarzelle nach Anspruch 1, wobei das Substrat ein transparentes Substrat, das angrenzend an die Einfalloberfläche angeordnet ist, umfasst, und der Wasserstoffgehalt schrittweise mit zunehmendem Abstand von dem transparenten Substrat abnimmt.
  3. Solarzelle nach Anspruch 2, wobei die Zelle umfasst: eine auf dem transparenten Substrat angeordnete p-Halbleiterschicht, die amorphe Schicht mit dem kontinuierlich abgestuften Wasserstoffgehalt, angeordnet auf der p-Halbleiterschicht, und eine auf der amorphen Schicht angeordnete n-Halbleiterschicht, wobei der Wasserstoffgehalt schrittweise von einer ersten Kontaktfläche zwischen der amorphen Schicht und der p-Halbleiterschicht zu einer zweiten Kontaktfläche zwischen der amorphen Schicht und der n-Halbleiterschicht abnimmt.
  4. Solarzelle nach Anspruch 3, ferner umfassend: eine zwischen dem transparenten Substrat und der Zelle angeordnete transparente Elektrode, und eine auf der Zelle angeordnete Metallelektrode.
  5. Solarzelle nach einem der vorhergehenden, Ansprüche, wobei das Substrat ein angrenzend an die gegenüberliegende Oberfläche angeordnetes lichtundurchlässiges Substrat umfasst, und der Wasserstoffgehalt schrittweise mit abnehmendem Abstand zu dem lichtundurchlässigen Substrat abnimmt.
  6. Solarzelle nach Anspruch 5, wobei die Zelle umfasst: eine auf dem lichtundurchlässigen Substrat angeordnete n-Halbleiterschicht, die amorphe Schicht mit dem kontinuierlich abgestuften Wasserstoffgehalt, angeordnet auf der n-Halbleiterschicht, und eine auf der amorphen Schicht angeordnete p-Halbleiterschicht, wobei der Wasserstoffgehalt schrittweise von einer ersten Kontaktfläche zwischen der amorphen Schicht und der p-Halbleiterschicht zu einer zweiten Kontaktfläche zwischen der amorphen Schicht und der n-Halbleiterschicht abnimmt.
  7. Solarzelle nach Anspruch 6, ferner umfassend: eine zwischen dem lichtundurchlässigen Substrat und der Zelle angeordnete Metallelektrode, und eine auf der Zelle angeordnete transparente Elektrode, auf welche Licht einfallen kann.
  8. Solarzelle nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei eine Bandlückenenergie und ein Lichtabsorptionskoeffizient der amorphen Schicht kontinuierlich von der Einfalloberfläche zu der gegenüberliegenden Oberfläche abnehmen, und eine Dichte der amorphen Schicht kontinuierlich von der Einfalloberfläche zu der gegenüberliegenden Oberfläche zunimmt.
  9. Solarzelle nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der intrinsische Halbleiter Silizium umfasst.
  10. Solarzelle nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die amorphe Schicht eines aus Si, SiGe, SiC, SiO, SiN, SiON, SiCN, SiGeO, SiGeN, SiGeC und jegliche Kombination davon umfasst.
  11. Dünnschichtsolarzelle, umfassend: ein Substrat, eine auf dem Substrat angeordnete erste Zelle, wobei die erste Zelle eine erste n-Halbleiterschicht, eine erste p-Halbleiterschicht und eine erste amorphe Schicht, umfassend einen intrinsischen Halbleiter mit einem kontinuierlich abgestuften Wasserstoffgehalt, eingefügt zwischen der ersten n-Halbleiterschicht und der ersten p-Halbleiterschicht, umfasst, eine an die erste n-Halbleiterschicht angrenzende Metallelektrode, und eine an die erste p-Halbleiterschicht angrenzende transparente Elektrode, wobei der Wasserstoffgehalt der ersten amorphen Schicht schrittweise von einer ersten Kontaktfläche, auf die Licht einfällt, zu einer zweiten Kontaktfläche gegenüber der ersten Kontaktfläche abnimmt, und die ersten und zweiten Kontaktflächen zwei gegenüberliegende Oberflächen der ersten amorphen Schicht sind, die in Kontakt mit der ersten p-Halbleiterschicht bzw. der ersten n-Halbleiterschicht sind.
  12. Solarzelle nach Anspruch 11, wobei das Substrat ein transparentes Substrat, auf das Licht einfällt, umfasst, und die transparente Elektrode, die erste p-Halbleiterschicht, die erste amorphe Schicht, die erste n-Halbleiterschicht und die Metallelektrode der Reihe nach übereinander auf dem transparenten Substrat angeordnet sind.
  13. Solarzelle nach Anspruch 12, ferner umfassend wenigstens eine zwischen der ersten Zelle und der Metallelektrode eingefügte zweite Zelle, wobei die zweite Zelle eine zweite p-Halbleiterschicht, eine zweite intrinsische Halbleiterschicht mit einem kontinuierlich abgestuften Wasserstoffgehalt und eine zweite n-Halbleiterschicht, die der Reihe nach übereinander auf der ersten n-Halbleiterschicht angeordnet sind, umfasst, die zweite intrinsische Halbleiterschicht wenigstens eine aus einer intrinsischen amorphen Siliziumschicht und einer intrinsischen kristallinen Siliziumschicht umfasst, und der Wasserstoffgehalt der zweiten intrinsischen Halbleiterschicht schrittweise mit zunehmendem Abstand zu dem transparenten Substrat abnimmt.
  14. Solarzelle nach einem der Ansprüche 11 bis 13, wobei das Substrat ein lichtundurchlässiges Substrat umfasst, und die Metallelektrode, die erste n-Halbleiterschicht, die erste amorphe Schicht, die erste p-Halbleiterschicht und die transparente Elektrode der Reihe nach übereinander auf dem lichtundurchlässigen Substrat angeordnet sind, wobei Licht auf die transparente Elektrode einfällt.
  15. Solarzelle nach Anspruch 14, ferner umfassend wenigstens eine zwischen der ersten Zelle und der Metallelektrode eingefügte zweite Zelle, wobei die zweite Zelle eine zweite n-Halbleiterschicht, eine zweite intrinsische Halbleiterschicht mit einem kontinuierlich abgestuften Wasserstoffgehalt und eine zweite p-Halbleiterschicht, die der Reihe nach übereinander auf der Metallelektrode angeordnet sind, umfasst, die zweite intrinsische Halbleiterschicht wenigstens eine aus einer intrinsischen amorphen Siliziumschicht, einer intrinsischen mikrokristallinen Siliziumschicht und einer intrinsischen kristallinen Siliziumschicht umfasst, und der Wasserstoffgehalt der zweiten intrinsischen Halbleiterschicht schrittweise mit abnehmendem Abstand von dem lichtundurchlässigen Substrat abnimmt.
  16. Solarzelle nach einem der Ansprüche 11 bis 15, wobei die erste amorphe Schicht eines aus Si, SiGe, SiC, SiO, SiN, SiON, SiCN, SiGeO, SiGeN, SiGeC und jegliche Kombination davon umfasst.
  17. Verfahren zur Herstellung einer Dünnschichtsolarzelle, umfassend: Bereitstellen eines Substrats, Bilden einer Zelle, umfassend eine auf dem Substrat angeordnete p-Halbleiterschicht, eine n-Halbleiterschicht und eine zwischen den p- und n-Halbleiterschichten eingefügte amorphe Schicht, umfassend eine intrinsische Halbleiterschicht mit einem kontinuierlich abgestuften Wasserstoffgehalt, Bilden einer an die p-Halbleiterschicht angrenzende transparenten Elektrode, und Bilden einer an die n-Halbleiterschicht angrenzende Metallelektrode, wobei die amorphe Schicht eine Einfalloberfläche, auf die Licht einfällt, und eine gegenüberliegende Oberfläche aufweist, und der Wasserstoffgehalt schrittweise von der Einfalloberfläche zu der gegenüberliegenden Oberfläche abnimmt.
  18. Verfahren nach Anspruch 17, wobei die amorphe Schicht eines aus Si, SiGe, SiC, SiO, SiN, SiON, SiCN, SiGeO, SiGeN, SiGeC und jegliche Kombination davon umfasst.
  19. Verfahren nach Anspruch 18, wobei das Substrat ein angrenzend an die Einfalloberfläche angeordnetes transparentes Substrat umfasst, wobei das Bilden der Zelle umfasst: das Bilden der p-Halbleiterschicht auf dem transparenten Substrat, das Bilden der amorphen Schicht auf der p-Halbleiterschicht durch Zuführen einer Gasmischung aus einem mit Wasserstoffgas verdünnten Halbleitervorläufergas, wobei ein Wasserstoffverdünnungsverhältnis schrittweise zunimmt, wenn die Bildung der amorphen Schicht fortschreitet, und das Bilden der n-Halbleiterschicht auf der amorphen Schicht.
  20. Verfahren nach Anspruch 18, wobei das Substrat ein angrenzend an die gegenüberliegende Oberfläche angeordnetes lichtundurchlässiges Substrat umfasst, wobei das Bildender Zelle umfasst: das Bilden der n-Halbleiterschicht auf dem lichtundurchlässigen Substrat, das Bilden der amorphen Schicht auf der n-Halbleiterschicht durch Zuführen einer Gasmischung aus einem mit Wasserstoffgas verdünnten Halbleitervorläufergas, wobei ein Wasserstoffverdünnungsverhältnis schrittweise abnimmt, wenn die Bildung der amorphen Schicht fortschreitet, und das Bilden der p-Halbleiterschicht auf der amorphen Schicht.
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