DE102013104232B4

DE102013104232B4 - Solarzelle

Info

Publication number: DE102013104232B4
Application number: DE102013104232.5A
Authority: DE
Inventors: Chih-Ching Lin; Yong-Ping Chan; Hsu Wei-Jun; Chen-Yun WANG
Original assignee: Taiwan Semiconductor Manufacturing Co TSMC Ltd
Current assignee: Taiwan Semiconductor Manufacturing Co TSMC Ltd
Priority date: 2012-09-18
Filing date: 2013-04-26
Publication date: 2019-04-18
Anticipated expiration: 2033-04-27
Also published as: TW201413994A; US20140076392A1; TWI509820B; CN103681892B; CN103681892A; DE102013104232A1

Abstract

Dünnfilm-Solarzelle (100, 200), die Folgendes aufweist:
eine Untere-Elektrode-Schicht (120), die auf einem Substrat (110) ausgebildet ist;
eine Halbleiter-Absorberschicht (130), die auf der Untere-Elektrode-Schicht (120) ausgebildet ist;
eine Pufferschicht (140), die auf der Absorberschicht ausgebildet ist;
eine TCO-Keim-Schicht (160), die auf der Pufferschicht ausgebildet ist; und
eine TCO-Volumenschicht der oberen Elektrode (150), die auf der TCO-Keimschicht ausgebildet ist, wobei die TCO-Volumenschicht der oberen Elektrode mit der Untere-Elektrode-Schicht durch eine P2-Risslinie elektrisch verbunden ist, die einen vertikalen Kanal definiert, der sich durch die Pufferschicht und die Absorberschicht erstreckt;
wobei die TCO-Keimschicht eine andere Mikrostruktur aufweist als die TCO-Volumenschicht der oberen Elektrode, und wobei die TCO-Keimschicht eine polykristalline Struktur von Kristallen aufweist mit einem anderen Orientierungswinkel als Kristalle in der TCO Volumenschicht der oberen Elektrode.

Description

GEBIET
Die vorliegende Offenbarung betrifft im Allgemeinen photovoltaische Solarzellen und insbesondere Dünnfilm-Solarzellen und Verfahren zu ihrer Ausbildung.
HINTERGRUND
Photovoltaische (PV) Dünnfilm-Solarzellen sind eine Klasse von Energiequellen-Vorrichtungen, die eine emeuerbare Energiequelle in Form von Licht nutzbar machen, die in nützliche elektrische Energie umgewandelt wird, die für viele Anwendungen verwendet werden kann. Dünnfilm-Solarzellen sind Mehrschicht-Halbleiterstrukturen, die ausgebildet werden, indem verschiedene dünne Schichten und Filme aus Halbleiter- und anderen Materialien auf einem Substrat abgelagert werden. Diese Solarzellen können als leichte, flexible Folien gefertigt werden, die in manchen Formen eine Mehrzahl von einzeln elektrisch verbundenen Zellen umfassen. Die Eigenschaften des leichten Gewichts und der Flexibilität geben Dünnfilm-Solarzellen eine breite mögliche Anwendbarkeit als eine elektrische Energiequelle zur Verwendung in tragbaren Elektronikgeräten, der Raumfahrt und Wohn- und Geschäftsbauten, wo sie in verschiedenen architektonischen Elementen, wie etwa Schindeln, Fassaden und Dachfenstern, untergebracht werden können.
Dünnfilm-Solarzellen-Halbleitergehäuse umfassen im Allgemeinen einen unteren Kontakt oder eine untere Elektrode, die auf dem Substrat ausgebildet ist, und einen oberen Kontakt oder eine obere Elektrode, die über der unteren Elektrode ausgebildet ist. Obere Elektroden wurden beispielsweise aus lichtdurchlässigen elektrisch leitfähigen Oxid-(Transparent Conductive Oxide, „TCO“)-Materialien gefertigt. TCO-Materialien sind empfindlich gegenüber Abbau und Schädigung durch Umweltfaktoren einschließlich Wasser, Sauerstoff und Kohlendioxid. Eine solche TCO-Schädigung kann zu einem hohen Serien-Widerstand (Rs) führen und zu einem niedrigeren Solarenergie-Umwandlungswirkungsgrad der Solarzelle führen.
Es wird daher eine verbesserte Dünnfilm-Solarzelle angestrebt, die die vorgenannten Probleme löst.
Figurenliste
Die Merkmale der bevorzugten Ausführungen werden mit Bezug auf die folgenden Zeichnungen beschrieben, bei denen gleiche Elemente ähnlich bezeichnet werden und bei denen:

1 ein Querschnitt einer ersten Ausführung einer Dünnfilm-Solarzelle gemäß der vorliegenden Offenbarung ist;
2 ein Flussdiagramm ist, das aufeinander folgende Schritte in einem beispielhaften Verfahren zum Ausbilden derselben zeigt;
3 ein Diagramm einer Vorrichtung zum Ablagern von TCO-Filmen auf einem Substrat ist;
4 und 5 Rasterelektronenmikroskop-Bilder einer TCO-Keimschicht bzw. TCO-Volumenschicht der oberen Elektrode sind.
6 eine Röntgen-Beugungsfigur ist, die eine TCO-Keimschicht mit einer TCO-Volumenschicht der oberen Elektrode vergleicht, die gemäß der vorliegenden Offenbarung ausgebildet sind;
7 ein Querschnitt einer zweiten Ausführung einer Dünnfilm-Solarzelle gemäß der vorliegenden Offenbarung ist;
8 ein Flussdiagramm ist, das aufeinander folgende Schritte in einem beispielhaften Verfahren zur Ausbildung derselben zeigt;
9 ein Querschnitt einer dritten Ausführung einer Dünnfilm-Solarzelle gemäß der vorliegenden Offenbarung ist;
10 ein Flussdiagramm ist, das aufeinander folgende Schritte in einem beispielhaften Verfahren zum Ausbilden derselben zeigt;
11 ein Querschnitt einer vierten Ausführung einer Dünnfilm-Solarzelle gemäß der vorliegenden Offenbarung ist; und
12 ein Flussdiagramm ist, das aufeinander folgende Schritte in einem beispielhaften Verfahren zum Ausbilden derselben zeigt.

Alle Zeichnungen sind schematisch und nicht im Maßstab gezeichnet.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
Diese Beschreibung von erläuternden Ausführungen soll in Zusammenhang mit den beigefügten Zeichnungen gelesen werden, die als Teil der gesamten geschriebenen Beschreibung angesehen werden. In der Beschreibung der Ausführungen, die hier offenbart sind, soll jeder Bezug auf Richtung oder Orientierung nur der Bequemlichkeit der Beschreibung dienen und soll nicht in irgendeiner Art den Schutzumfang der vorliegenden Offenbarung einschränken. Relative Begriffe, wie etwa „unterer“, „oberer“, „horizontal“, „vertikal“, „über“, „unter“, „nach oben“, „nach unten“, „oberster“ und „unterster“ sowie Ableitungen daraus (z.B. „in horizontaler Richtung“, „in eine untere Richtung“, „in eine obere Richtung“ etc.), sollen so verstanden werden, dass sie sich auf die Orientierung, wie sie dort beschrieben ist oder wie sie in der behandelten Zeichnung gezeigt ist, beziehen. Diese relativen Begriffe dienen nur der Vereinfachung der Beschreibung und erfordern es nicht, dass die Vorrichtung in einer bestimmten Orientierung konstruiert oder betrieben wird. Begriffe, wie etwa „angebracht“, „befestigt“, „verbunden“ und „in Verbindung mit“ beziehen sich auf eine Beziehung, in der Strukturen an einander befestigt oder angebracht sind, entweder direkt oder indirekt durch dazwischen liegende Strukturen, sowie durch sowohl bewegliche wie feste Befestigungen oder Beziehungen, außer es ist ausdrücklich anders beschrieben. Darüber hinaus werden die Merkmale und Vorteile der Offenbarung durch Bezugnahme auf die Ausführungen dargestellt. Demnach soll die Offenbarung ausdrücklich nicht auf solche Ausführungen eingeschränkt sein, die irgendeine mögliche nicht-einschränkende Kombination von Merkmalen darstellen, die für sich oder in anderen Kombinationen von Merkmalen existieren können; der Schutzumfang der Offenbarung ist durch die hier beigefügten Ansprüche festgesetzt. Die Begriffe „Chip“, „Halbleiterplättchen“ sind hier austauschbar verwendet.
Die Erfinder haben herausgefunden, dass das Ausbilden einer Dünnfilm-TCO-Keimschicht zwischen der Absorberschicht und der dickeren TCO-Volumen- oder -Hauptschicht der oberen Elektrode die Haftung der Obere-Elektrode-Schicht an die Absorberschicht verbessert (d.h. verstärkt). Vorteilhaft ist die TCO-Schicht der oberen Elektrode widerstandsfähiger gegenüber Ablöseschäden gegenüber der TCO-Keimschicht, wodurch die Leistung und Zuverlässigkeit der Solarzelle verbessert wird, insbesondere wenn die Solarzelle Temperaturwechselbeanspruchung ausgesetzt ist, was eine Ablösung und Trennung der TCO-Schicht der oberen Elektrode bewirkt.
In einer Ausführung der Erfindung werden die vorgenannten Haftungsverbesserungen und - vorzüge erreicht, indem die TCO-Keimschicht in einem Ablagerungsverfahren ausgebildet wird, das bei niedrigeren Temperaturen als denen, die üblicherweise verwendet werden, um die TCO-Schicht der oberen Elektrode auszubilden, ausgeführt wird. Dies erzeugt eine Keimschicht mit einer abweichenden Mikrostruktur, die eine feinere oder kleinere Korngröße als die TCO-Hauptschicht der oberen Elektrode aufweist, die nachfolgend darauf ausgebildet wird. Die kleinere Korngröße ist damit verknüpft, dass die verbesserten Haftungseigenschaften auf die TCO-Hauptschicht übertragen werden. Demnach weisen Ausführungen der vorliegenden Offenbarung eine TCO-Keimschicht auf mit einer anderen Korngröße als die TCO-Hauptschicht der oberen Elektrode.
Die 1 zeigt eine erste Ausführung einer Dünnfilm-Solarzelle 100, die eine TCO-Keimschicht aufweist, die vor Ort (in-situ) während des Vorgangs des Ausbildens des Solarzellen-Halbleitergehäuses ausgebildet wird. Die Solarzelle 100 umfasst ein Substrat 110, eine Untere-Elektrode-Schicht 120 (auch als „Rückkontakt“ bezeichnet), die darauf ausgebildet ist, eine Absorberschicht 130, die darauf ausgebildet ist, eine Pufferschicht 140, die darauf ausgebildet ist, eine TCO-Keimschicht 160, die darauf ausgebildet ist und eine TCO-Schicht der oberen Elektrode 150, die darauf ausgebildet ist.
Die Solarzelle 100 umfasst weiter Mikrokanäle, die während des Solarzellen-Ausbildungsverfahrens in der Halbleiterstruktur strukturiert und eingeritzt werden, um die verschiedenen Schichten aus leitendem Material untereinander zu verbinden und angrenzende Solarzellen zu trennen. Diesen Mikrokanälen oder „Risslinien“, wie sie gewöhnlich in der Branche bezeichnet werden, werden „P“-Bezeichnungen beigegeben, die mit ihrer Funktion und dem Schritt während des Halbleiter-Solarzellen-Herstellungsverfahrens verbunden sind. Die P1- und P3-Risslinien dienen im Wesentlichen der Zellenisolation. Die P2-Risslinie bildet eine Verbindung. Die P1-Risslinien verbinden die CIGS-Absorberschicht mit dem Substrat und strukturieren die TCO-Paneele in einzelne Zellen. Die P2-Risslinien entfernen Absorbermaterial, um die obere TCO-Elektrode mit der unteren Elektrode zu verbinden, wodurch verhindert wird, dass die dazwischen liegende Pufferschicht als eine Barriere zwischen der oberen und der unteren Elektrode wirkt. Die P3-Risslinien erstrecken sich vollständig durch das TCO, die Pufferschicht und die Absorberschicht zu der unteren Elektrode, um jede der Zellen zu isolieren, die durch die P1- und P2-Risslinien definiert sind.
Die Solarzelle 100 und eine beispielhafte Ausführung eines Verfahrens zum Ausbilden derselben einschließlich der TCO-Keimschicht 160, wie es in der 2 gezeigt ist, wird nun noch detaillierter beschrieben.
Mit Bezug auf die 1 und 2 wird das Substrat 110 zuerst in Schritt 200 durch irgendwelche herkömmlichen Mittel gereinigt, die in der Branche verwendet werden, um das Substrat darauf vorzubereiten, die Untere-Elektrode-Schicht zu empfangen. In einer Ausführung kann das Substrat 110 gereinigt werden, indem Reinigungsmittel oder eine Chemikalie in entweder einem Bürstwerkzeug oder einem Ultraschall-Reinigungswerkzeug verwendet wird.
Geeignete herkömmliche Materialien, die für das Substrat 110 verwendet werden können, umfassen ohne Einschränkung Glas, wie etwa beispielsweise ohne Einschränkung Kalk-Natronglas, Keramik, Metalle, wie etwa beispielsweise ohne Einschränkung dünne Bleche aus rostfreiem Stahl und Aluminium, oder Polymere, wie etwa beispielsweise ohne Einschränkung Polyamide, Polyethylen-Terephtalate, Polyethylen-Naphtalate, Polymer-Kohlenwasserstoffe, Cellulose-Polymere, Polykarbonate, Polyether und andere. In einer bevorzugten Ausführung kann Glas für das Substrat 110 verwendet werden.
Als nächstes wird dann die Untere-Elektrode-Schicht 120 auf dem Substrat 110 durch irgendein herkömmliches Verfahren ausgebildet (Schritt 205), das üblicherweise in der Branche verwendet wird, einschließlich ohne Einschränkung Sputtern, Atomlagen-Ablagerung (Atomic Layer Deposition, ALD), chemische Gasphasenabscheidung (Chemical Vapor Deposition, CVD) oder andere Techniken.
In einer Ausführung kann die Untere-Elektrode-Schicht 120 aus Molybdän (Mo) gefertigt sein; andere geeignete elektrisch leitende Metall- und Halbleitermaterialien, die üblicherweise in der Branche verwendet werden, können verwendet werden, wie etwa Al, Ag, Sn, Ti, Ni, rostfreier Stahl, ZnTe etc.
In manchen repräsentativen Ausführungen kann die Untere-Elektrode-Schicht 120 ohne Einschränkung eine Dicke aufweisen, die von etwa einschließlich 0,1 bis 1,5 Mikrometern (µm) reicht. In einer Ausführung weist die Schicht 120 eine repräsentative Dicke im Bereich von etwa 0,5 µm auf.
Immer noch mit Bezug auf die 1 und 2 werden strukturierte P1-Risslinien als nächstes in der Untere-Elektrode-Schicht 120 ausgebildet (Schritt 210), um die obere Fläche des Substrates 110 freizulegen, wie gezeigt ist. Jedes geeignete Ritzverfahren, das üblicherweise in der Branche verwendet wird, kann verwendet werden, wie etwa ohne Einschränkung mechanisches Ritzen mit einer Nadel oder Laser-Ritzen.
Eine p-dotierte Halbleiter-Lichtabsorberschicht 130 wird als nächstes oben auf der Untere-Elektrode-Schicht 120 ausgebildet (Schritt 215). Das Material der Absorberschicht 130 füllt weiter die P1-Risslinie und kontaktiert die freigelegte obere Fläche des Substrats 110, um die Schicht 130 mit dem Substrat zu verbinden, wie in der 1 gezeigt ist.
In einer Ausführung kann die Absorberschicht 130 aus einem p-dotierten Chalkogenidglas bestehen, das üblicherweise in der Branche verwendet wird, und kann etwa ohne Einschränkung aus CIGS Cu(In, Ga)Se₂ in manchen möglichen Ausführungen bestehen. Andere geeignete Chalkogenidmaterialien können verwendet werden, einschließlich ohne Einschränkung Cu(In, Ga)(Se, S)₂ oder „CIGSS“, CuInSe₂, CuGaSe₂, CuInS₂ und Cu(In, Ga)S₂.
Geeignete p-Halbleiter-Chalkogenidmaterialien, die üblicherweise verwendet werden können, um die Absorberschicht 130 auszubilden, umfassen ohne Einschränkung Cu(In, Ga)Se₂, Ag(In, Ga)Se₂, Cu(In, Al)Se₂, Cu(In, Ga)(Se, S)₂, CuInSe₂, CuGaSe₂, CuInS₂ und Cu(In, Ga)S₂ oder andere Elemente der Gruppen II, III oder VI der Periodentafel.
Die aus CIGS ausgebildete Absorberschicht 130 kann durch jedes geeignete Vakuum- oder Nicht-Vakuumverfahren, das üblicherweise in der Branche verwendet wird, ausgebildet werden. Solche Verfahren umfassen ohne Einschränkung Selenit-Behandlung, Schwefelbehandlung nach einer Selenit-Behandlung (Sulfurization After Selenization, „SAS“), Bedampfung, Sputtern, Elektroablagerung, chemische Gasphasenabscheidung oder Farbaufsprühen etc.
In manchen repräsentativen Ausführungen kann ohne Einschränkung die Absorberschicht 130 eine Dicke aufweisen, die zwischen etwa einschließlich 0,5 bis 5,0 Mikrometer (µm) liegt. In einer Ausführung weist die Absorberschicht 130 eine repräsentative Dicke im Bereich von etwa 2 µm auf.
Immer noch mit Bezug auf die 1 und 2 wird dann eine n-Pufferschicht 140, die aus CdS bestehen kann, auf der Absorberschicht 130 ausgebildet, um einen elektrisch aktiven np-Übergang zu erzeugen (Schritt 220). Die Pufferschicht 140 kann durch jedes geeignete Verfahren ausgebildet werden, das üblicherweise in der Branche verwendet wird. In einer Ausführung kann die Pufferschicht 140 durch ein herkömmliches elektrolytisches chemisches Tauchbad-Ablagerungs-(Chemical Bath Deposition, CBD)-Verfahren ausgebildet werden, das üblicherweise in der Branche verwendet wird, um solche Schichten mittels einer Elektrolytlösung, die Schwefel enthält, auszubilden. In manchen repräsentativen Ausführungen kann ohne Einschränkung die Pufferschicht 140 eine Dicke aufweisen, die zwischen etwa einschließlich 0,005 und 0,15 Mikrometern (µm) liegt. In einer Ausführung weist die Pufferschicht 140 eine repräsentative Dicke im Bereich von etwa 0,015 µm auf.
Nachdem die CdS-Pufferschicht 140 ausgebildet wurde, werden die P2-Risslinien als nächstes durch die Absorberschicht 130 geschnitten, um die obere Fläche der unteren Elektrode 120 in der offenen Risslinie oder dem offenen Kanal freizulegen (Schritt 225). Jedes geeignete Verfahren, das üblicherweise in der Branche verwendet wird, kann verwendet werden, um die P2-Risslinie wie vorher beschrieben zu schneiden, einschließlich ohne Einschränkung mechanisches (z.B. durch eine Schneidenadel) oder Laser-Ritzen. Die P2-Risslinie wird später mit einem leitenden Material von der Obere-Elektrode-Schicht 150 gefüllt, um die obere Elektrode mit der Untere-Elektrode-Schicht 120 zu verbinden.
Immer noch mit Bezug auf die 1 und 2 werden, nachdem die P2-Risslinien ausgebildet wurden, eine lichtdurchlässige n-dotierte Keimschicht 160 und eine Obere-Elektrode-Schicht 150, die aus einem TCO-Material gefertigt wird, als nächstes oben auf der Pufferschicht 140 ausgebildet, um Strom (Elektronen) aus der Zelle zu sammeln, was idealer Weise einen überwiegenden Anteil des einfallenden Lichts auf die Solarzelle direkt zu der lichtabsorbierenden Schicht 130 durchlässt (Schritt 230). In dieser ersten Ausführung wird die Keimschicht 160 zuerst ausgebildet, gefolgt von dem Ausbilden der Hauptschicht 150. Die obere Elektrode überträgt die gesammelte Ladung auf einen externen Schaltkreis. Die P2-Risslinie ist auch zumindest teilweise mit dem TCO-Material von sowohl der TCO-Keimschicht als auch der TCO-Hauptschicht gefüllt, wie in der 1 gezeigt ist, was die vertikalen Seitenwände der P2-Risslinie und die Oberseite der Untere-Elektrode-Schicht 120, die darin liegt, bedeckt, um eine elektrische Verbindung zwischen der Obere-Elektrode-Schicht 150 und der unteren Elektrode 120 auszubilden, was einen Elektronenstrom-Weg erzeugt. Die vertikalen Seitenwände sind zumindest durch die freigelegten Seiten der Absorberschicht 130 und der Pufferschicht 140 definiert. In dieser ersten Ausführung, die in der 1 gezeigt ist, ist die TCO-Keimschicht 160 zwischen der TCO-Volumenschicht der oberen Elektrode 150 und Seitenwänden in der P2-Risslinie eingefügt.
Aluminium (Al) und Bor (B) sind zwei mögliche n-Dotierungsmittel, die üblicherweise für die TCO-Oberen-Elektroden in Dünnfilm-Solarzellen verwendet werden; andere geeignete herkömmliche Dotierungsmittel können jedoch verwendet werden, wie etwa ohne Einschränkung Aluminium (Al), Bor (B), Gallium (Ga), Indium (In) oder andere Elemente der Gruppe III der Periodentafel. Die TCO-Schicht der oberen Elektrode 150 kann durch jedes geeignete Verfahren dotiert werden, das üblicherweise in der Branche verwendet wird, einschließlich ohne Einschränkung Ionenimplantation.
In einer Ausführung kann das TCO, das für die Obere-Elektrode-Schicht 150 verwendet wird, aus jedem üblicherweise in der Branche für Dünnfilm-Solarzellen verwendeten Material bestehen. Geeignete TCOs, die verwendet werden können, umfassen ohne Einschränkung Zinkoxid (ZnO), mit Bor dotiertes ZnO („BZO“), mit Aluminium dotiertes ZnO („AZO“), mit Gallium dotiertes ZnO („GZO“), mit Indium dotiertes ZnO („IZO“), Fluor-Zinnoxid („FTO“ oder SnO₂:F), Indium-Zinnoxid („ITO“) eine Kohlenstoff-Nanoröhrchenschicht oder alle anderen geeigneten Beschichtungsmaterialien, die die angestrebten Eigenschaften für eine obere Elektrode besitzen. In einer bevorzugten Ausführung besteht das verwendete TCO aus BZO.
In manchen möglichen Ausführungen, in denen die Obere-Elektrode-Schicht 150 aus mit Bor dotiertem ZnO oder „BZO“ gefertigt ist, sollte man beachten, dass sich ein dünner intrinsischer ZnO-Film oben auf der Absorberschicht 130 während dem Ausbilden der dickeren n-dotierten TCO-Schicht der oberen Elektrode 150 bilden kann (nicht gezeigt).
Die 3 zeigt eine mögliche Vorrichtung zum Ausbilden der TCO-Keimschicht 160 und der TCO-Hauptschicht der oberen Elektrode 150. In einer Ausführung ist die Vorrichtung ein CVD-Clusterwerkzeug 20, wie es dem Fachmann bekannt ist, das eine Pufferkammer 22 und mindestens zwei Verfahrens-Reaktionskammern 24, 26 aufweist, um die TCO-Keimschicht und die TCO-Hauptschicht der oberen Elektrode auf dem Substrat 110 auszubilden. Das CVD-Werkzeug 20 umfasst ein Prozessgas-Versorgungssystem 30, das die Prozessgase, die die chemischen TCO-Schicht-Vorprodukte (z.B. ohne Einschränkung DEZ für das Ausbilden des ZnO-TCO-Materials), das Dotierungsmittel in manchen Ausführungen für die Keimschicht 160 (optional) und die TCO-Volumen-Hauptschicht 150 und andere Prozessgase enthalten, in eine Mischkammer 32 einbringt, die für jede der Reaktionskammern 24, 26 vorgesehen ist. Gas strömt von der Mischkammer 32 durch ein Versorgungsrohr („header tube“) 34 in einen Gas-Einspritz-Diffusor 36, der an der Oberseite jeder der Reaktionskammern 24, 26 angeordnet ist. Der Diffusor 36 (auch unter dem Begriff „Duschkopf“ in der Branche bekannt) umfasst eine Mehrzahl von Öffnungen, durch die Gas gleichförmig in der ganzen Reaktionskammer verteilt wird. Eine Wärmesenke oder -platte 38 ist in jeder der Reaktionskammern angeordnet, die konfiguriert ist, um das Substrat 110 während des Filmablagerungsverfahrens zu tragen und zu erwärmen. Die Pufferkammer 22 umfasst eine Wärmeplatte 38 und kann eine Einspritz-Gaszufuhr (z.B. Stickstoff) umfassen. Die Pufferkammer wird nur für das Vorwärmen der Temperatur des Solarzellen-Substrats 110, das in den Reaktionskammern 24, 26 verarbeitet werden soll, verwendet, um die Temperatur des Substrats von Raumtemperatur auf ungefähr oder etwas niedriger als die Prozesstemperatur des Substrats, das in der entsprechenden Reaktionskammer verwendet werden soll, anzuheben, wodurch die Verarbeitungszeit in der Reaktionskammer und der Durchsatz des CVD-Werkzeugs verkürzt wird.
Die vorgenannten CVD-Werkzeuge sind handelsüblich und ihre Anordnung und ihr Betrieb sind dem Fachmann ohne weitere Erläuterungen wohlbekannt.
Mit Bezug auf die 1-3 wird die TCO-Keimschicht 160 in einer Ausführung ausgebildet, indem ein Solarzellen-Substrat 110 in der Pufferkammer 22 vorgewärmt wird. In dem Substrat 110 sind die Absorberschicht 130 und die CdS-Pufferschicht 140 schon ausgebildet und die P2-Risslinien sind schon fertig gestellt, wie oben beschrieben wurde. Die Temperatur der Struktur wird auf die angestrebte Temperatur angehoben, idealer Weise nahe bei oder etwa bei der Substrat-Prozesstemperatur, die in der Reaktionskammer 24 verwendet werden soll, in der die Keimschicht 160 ausgebildet wird. Nachdem das Substrat 110 vorgewärmt wurde, wird das Substrat in die Reaktionskammer 24 transportiert. Das Substrat 110 wird auf die angestrebte Prozesstemperatur erwärmt. In einer Ausführungsform der Erfindung liegt die Substrat-Prozesstemperatur im Bereich von etwa einschließlich 100-140 °C. Idealerweise wird angestrebt, dass die TCO-Keimschicht-Ausbildungstemperatur niedriger als die Substrat-Temperatur ist, die für das Ausbilden der TCO-Volumen-Hauptschicht der oberen Elektrode verwendet werden soll, da dies eine kleinere Korngröße in der Keimschicht als in der Volumenschicht erzeugt, was die angestrebten verbesserten Haftungscharakteristika mit der Obere-Elektrode-Schicht bereitstellt, um an der Pufferschicht 140 und der Absorberschicht 130 befestigt zu werden.
Sobald die angestrebte Substrat-Prozesstemperatur erreicht wurde, wird das TCO-Keimschicht-Ausbildungsvelfahren gestartet, indem Prozessgase in die Reaktionskammer 24 eingeführt werden. Der Filmablagerungsvorgang fährt für eine Zeitspanne fort, die ausreicht, um die angestrebte Dicke der Keimschicht auszubilden. In beispielhaften Ausführungen weist die TCO-Keimschicht 160 eine Dicke auf, die kleiner ist, als die der TCO-Volumen-Hauptschicht der oberen Elektrode 150. In einer repräsentativen beispielhaften Ausführung weist ohne Einschränkung die TCO-Keimschicht 160 eine Dicke von etwa einschließlich 50-300 nm auf. Dies ist ausreichend, um eine Keimschicht auszubilden, die zufrieden stellend die Haftungseigenschaften der TCO-Hauptschicht der oberen Elektrode 150 vergrößert, um Ablöseschäden zu verringern oder auszuschalten. Im Gegensatz dazu weist die TCO-Schicht der oberen Elektrode 150 in manchen Ausführungen eine Dicke von etwa einschließlich 1000-3000 nm für eine gute Stromsammlungsleistung auf. Somit weist in manchen Ausführungen die TCO-Keimschicht 160 eine Dicke auf, die weniger als die Hälfte derer der TCO-Hauptschicht 150 beträgt.
Somit ist es in manchen Ausführungen erstrebenswert, dass die Dicke der TCO-Keimschicht 160 geringer als die der TCO-Schicht der oberen Elektrode 150 ist, da die mit einer niedrigeren Temperatur ausgebildete Keimschicht einen höheren Widerstand als die Volumenschicht der oberen Elektrode aufweist, was den Stromfluss stört und die Solarzellenleistung verringert. Die TCO-Keimschicht 160 sollte daher eine Dicke aufweisen, die ausreicht, um die Haftung der TCO-Volumenschicht 150 mit der Absorberschicht 130 zu verbessern, während sie nicht so dick ist, dass die Solarzellenleistung verschlechtert wird.
Als nächstes wird das Substrat 110 mit der darauf ausgebildeten TCO-Keimschicht 160 entweder direkt in die Volumen-TCO-Reaktionskammer 26 transportiert oder alternativ in die Pufferkammer 22 transportiert, um das Substrat schnell vorzuerwärmen, bevor es in die Kammer 26 eingeführt wird. Im zweiten Fall wird das Substrat 110 in die Nähe oder etwa auf die Substrat-Verfahrenstemperatur erwärmt, um in der Volumen-TCO-Reaktionskammer 26 verwendet zu werden. Da das Ablagerungsverfahren der TCO-Volumenschicht 150 in einer Ausführungsform der Erfindung bei einer Temperatur ausgeführt wird, die höher ist, als in der TCO-Keimschicht-Ausbildung, kann der Vorwärmschritt in der Pufferkammer 22 erstrebenswert sein, um die Verfahrenszeit in der Volumen-TCO-Reaktionskammer 26 zu verringern. Nach dem Vorwärmen wird das Substrat in die Reaktionskammer 26 transportiert.
Immer noch mit Bezug auf die 1-3 wird die TCO-Volumen-Hauptschicht der oberen Elektrode als nächstes direkt auf der Keimschicht 160 des Substrats 110 in der Reaktionskammer 26 in einer Weise ausgebildet, die dem Ausbilden der TCO-Keimschicht 160 ähnelt, das schon oben beschrieben wurde. Das Substrat wird jedoch auf eine höhere Prozesstemperatur durch die Heizplatte 38 erwärmt. In einer Ausführung liegt die Substrat-Prozesstemperatur, die verwendet wird, ohne Einschränkung bei ungefähr mindestens 190 °C in der Volumen-TCO-Reaktionskammer 26. Dies erzeugt eine sich ergebende TCO-Hauptschicht der oberen Elektrode mit einer größeren Korngröße als diejenige der Keimschicht 160. Wenn sie fertig gestellt ist, erscheint die teilweise fertig gestellte Dünnfilm-Solarzelle, wie sie in der 1 gezeigt ist. In manchen Ausführungen wird die Hochtemperatur-TCO-Volumenschicht der oberen Elektrode 150 bei zwischen etwa einschließlich 195-200 °C ausgebildet.
Die 4 und 5 sind reale Rasterelektronenmikroskop-(Scanning Electron Microscope, SEM)-Bilder, die die Mikrostruktur der Keimschicht 160 der bei einer höheren Temperatur ausgebildeten Kornstruktur der TCO-Volumenschicht 150 gegenüberstellt, die gemäß Ausführungen der vorliegenden Offenbarung erzeugt wurden. Im Gegensatz zu der TCO-Volumenschicht, die bei höheren Ablagerungstemperaturen ausgebildet wurde, wird die kleinere Korngröße der polykristallinen Struktur der Keimschicht 160 deutlich, die mit einer Verbesserung der Haftungseigenschaft der TCO-Schicht der oberen Elektrode 150 zusammenhängt. Eine Röntgen-Beugungs-(X-Ray Diffraction, XRD)-Analyse der TCO-Keimschicht 160 und der Volumenschicht der oberen Elektrode 150, die ausgebildet wurden, wurde ausgeführt. Die 6 ist eine Darstellung der reflektierten Leistungen gegenüber dem Detektorwinkel der XRD-Analyse, die zeigt, dass die polykristalline Struktur der TCO-Keimschicht 160 Kristalle mit einem abweichenden Orientierungswinkel von etwa 34,4 Grad aufweist, im Gegensatz zu der TCO-Volumenschicht 150 mit einem Winkel von etwa 32 Grad, was die abweichende kristalline Orientierung und Kornstruktur der Keimschicht weiter bestätigt. Die abweichende Struktur der TCO-Keimschicht und die Haftungseigenschaften werden durch die niedrigeren CVD-Ablagerungstemperaturen erreicht, die gemäß der vorliegenden Offenbarung verwendet werden.
Obwohl das Ausbilden der TCO-Keimschicht 160 und der Obere-Elektrode-Schicht 150 hier mit Bezug auf die Verwendung eines CVD-Verfahrens in einer nicht-einschränkenden Ausführung beschrieben wurden, wird man anerkennen, dass andere geeignete Filmausbildungsverfahren, die in der Halbleiterbranche verwendet werden, verwendet werden können, einschließlich ohne Einschränkung Atomlagen-Ablagerung (Atomic Layer Deposition, ALD) und physikalischer Gasphasenabscheidung (Physical Vapor Deposition, PVD) als zwei möglichen Beispielen. Darüber hinaus können sowohl die TCO-Keimschicht 160 als auch die Obere-Elektrode-Schicht 150 in einem Dünnfilm-Ablagerungswerkzeug ausgebildet werden, das eine einzige Verfahrens-Reaktionskammer ohne eine Pufferkammer zum Vorwärmen des Substrats aufweist. Somit sind Ausführungen gemäß der vorliegenden Offenbarung nicht auf die Halbleiter-Verfahrenswerkzeuge, die hier beschrieben wurden, eingeschränkt.
Ein Vorteil des vorangegangenen Verfahrens gemäß der vorliegenden Offenbarung liegt darin, dass die TCO-Keimschicht 160 und die Obere-Elektrode-Schicht 150 beide in derselben Vorrichtung ausgebildet werden und das gleiche Material aufweisen. Dies erzeugt Einsparungen in dem Herstellungs-Verfahrensfluss der Solarzellen-Ausbildung und verringert die Kosten.
Immer noch mit Bezug auf die 1 und 2 wird jetzt, nach dem Ausbilden der TCO-Keimschicht 160 und der Obere-Elektrode-Schicht 150, das oben beschrieben wurde, die P3-Risslinie in der Dünnfilm-Solarzelle 100 ausgebildet (Schritt 240). Die P3-Risslinie erstreckt sich (von oben nach unten) durch die TCO-Schicht der oberen Elektrode 150, die TCO-Keimschicht 160, die Pufferschicht 140, die Absorberschicht 130 und die Untere-Elektrode-Schicht 120 bis herunter auf die Oberseite des Substrats 110, wie in der 1 gezeigt ist.
Zusätzliche herkömmliche Back-End-Of-Line-Verfahren und Laminierungen können ausgeführt werden, wie in der 2 gezeigt ist, nachdem die hier offenbarte Dünnfilm-Solarzellen-Struktur ausgebildet wurde, wie dem Fachmann wohlbekannt und verständlich ist. Dies kann es umfassen, dass eine obere Glasabdeckung auf die Solarzellenstruktur laminiert wird, um die Obere-Elektrode-Schicht 150 durch ein geeignetes Kapselungsmaterial dazwischen zu schützen, wie etwa ohne Einschränkung eine Kombination aus EVA (Ethylenvinylacetat) und Butyl, um die Zelle zu versiegeln (Schritte 245 und 250 in der 2). Das EVA- und Butyl-Kapselungsmaterial wird üblicherweise in der Branche verwendet und direkt auf die Obere-Elektrode-Schicht 150 in der vorliegenden Ausführung angewendet, gefolgt davon, dass die obere Glasabdeckung darauf angebracht wird.
Geeignete weitere Back-End-Verfahren können darauf durchgeführt werden, wie in der 2 gezeigt ist, was es umfassen kann, leitende Vorderseiten-Gitterkontakte (grid contacts) und eine oder mehrere Antireflexschichten (nicht gezeigt) über der oberen Elektrode 150 in einer herkömmlichen Art auszubilden, die in der Branche wohlbekannt ist. Die Gitterkontakte ragen nach oben durch die obere Fläche jeder der Antireflexschichten und über sie hinaus, um mit externen Schaltkreisen verbunden zu werden. Das Solarzellen-Herstellungsverfahren erzeugt ein fertiggestelltes und vollständiges Dünnfilm-Solarzellen-Modul.
Die 7 und 8 zeigen eine zweite Ausführung einer Dünnfilm-Solarzelle 200 bzw. ein Verfahren zum Ausbilden derselben. Die zweite Ausführung und das zweite Verfahren ähneln der ersten Ausführung und dem ersten Verfahren zur Herstellung einer Dünnfilm-Solarzelle 100, die schon beschrieben wurde (siehe die 1 und 2) und umfasst das Ausbilden einer TCO-Keimschicht 160 und einer Volumenschicht der oberen Elektrode 150. Die Reihenfolge der gleichen Ausbildungsschritte für die TCO-Keimschicht 160, die Obere-Elektrode-Schicht 150 und die P2-Risslinie werden jedoch geändert, wie in der 8 gezeigt ist, was zu einer etwas anderen Struktur führt, die in der 7 gezeigt ist. Die TCO-Keimschicht 160 wird vor dem P2-Ritzen ausgebildet, was daher dazu führt, dass nur die TCO-Hauptschicht der oberen Elektrode 150 die Seitenwände und den Boden der P2-Risslinie bedeckt (man vergleiche mit 1). Das P2-Ritzen entfernt die TCO-Keimschicht innerhalb der Risslinie, wie in der 7 gezeigt ist.
Die 9 und 10 zeigen eine dritte Ausführung einer Dünnfilm-Solarzelle 300 bzw. ein Verfahren zum Ausbilden derselben. Die dritte Ausführung und das dritte Verfahren ähneln der ersten Ausführung und dem ersten Verfahren zur Herstellung der Dünnfilm-Solarzelle 100, das schon beschrieben wurde (siehe die 1 und 2) und umfasst das Ausbilden einer TCO-Keimschicht 160 und einer Volumenschicht der oberen Elektrode 150. Das Ausbilden der TCO-Volumenschicht der oberen Elektrode 150 umfasst jedoch das Ausbilden einer zweiteiligen Schicht bzw. Doppelschicht, die eine untere TCO-Schicht 152 und eine obere TCO-Schicht 154 umfasst. In einer Ausführung wird die obere TCO-Schicht 154 direkt auf der unteren TCO-Schicht 152 ausgebildet, die direkt auf der TCO-Keimschicht 160 ausgebildet wird, wie gezeigt ist. Die Doppelschicht-Konstruktion stellt die Möglichkeit bereit, eine untere TCO-Schicht 152 mit anderen Dotierungsgraden als die obere TCO-Schicht 154 auszubilden. In manchen beispielhaften Ausführungen weist die untere TCO-Schicht 152 eine niedrige Dotierung oder keine Dotierung auf und die obere TCO-Schicht 154 weist in manchen Ausführungen eine hohe Dotierung auf. Diese Doppelschicht-Konstruktion trägt dazu bei, dass die Stromleitung verbessert wird und der Widerstand in der Obere-Elektrode-Schicht verringert wird, wodurch die Solarzellen-Leistung und -Effizienz im Vergleich zu manchen Einzel-TCO-Schichten der oberen Elektroden verbessert wird.
Demnach weist die untere TCO-Volumenschicht 152 einen niedrigen Dotierungsgrad oder überhaupt keine Dotierung auf (d.h. sie ist undotiert), während die obere TCO-Volumenschicht 154 einen höheren Dotierungsgrad im Vergleich zur unteren Schicht aufweist. Alle geeigneten Dotierungsmittel können verwendet werden, einschließlich denen, die schon vorher hier zur Verwendung zum Dotieren des TCO in Solarzellen beschrieben wurden.
Somit umfasst immer noch mit Bezug auf die 9 und 10 der Schritt des Ausbildens der Doppel-TCO-Volumenschicht der oberen Elektrode 150 zuerst das Ablagern der unteren TCO-Schicht 152, gefolgt von dem Ablagern der oberen TCO-Schicht 154. In einer Ausführung der Erfindung werden - ähnlich zu der Einzel-TCO-Schicht der oberen Elektrode 150 in den 1 und 2 - sowohl die untere als auch die obere TCO-Schicht 152, 154 bei höheren Temperaturen (z.B. 190 °C oder höher) als den niedrigeren Temperaturen ausgebildet, die verwendet werden, um die TCO-Keimschicht 160 mit der kleineren Korngröße auszubilden. In manchen Ausführungen kann die obere TCO-Schicht 154 nacheinander in derselben Reaktionskammer 26 ausgebildet werden wie die untere Schicht 152, indem die Konzentration der Dotierungsmittel, die in die Reaktionskammer eingeleitet werden, mit dem Gasstrom der chemischen Vorprodukte mit der Zeit geändert wird. In einer Ausführung werden die untere und die obere TCO-Schicht 152, 154 aus dem gleichen TCO-Material ausgebildet. In anderen möglichen betrachteten Ausführungen ist es möglich, die untere und die obere TCO-Schicht 152, 154 aus unterschiedlichen TCO-Materialien auszubilden.
In einer beispielhaften Ausführung kann ohne Einschränkung die obere TCO-Schicht 154 eine repräsentative Dicke von etwa einschließlich 500-1500 nm aufweisen und die untere TCO-Schicht 152 kann eine repräsentative Dicke von etwa einschließlich 1000-3000 nm aufweisen. Somit können in manchen Ausführungen die untere und die obere TCO-Schicht 152, 154 etwa die gleiche oder unterschiedliche Dicken aufweisen.
Die untere TCO-Schicht 152 und die obere TCO-Schicht 154 der Obere-Elektrode-Doppelschicht-Struktur haben in manchen Ausführungen ähnliche Korngrößen-Mikrostrukturen wie die Einzelschicht-TCO-Schichten der oberen Elektrode, die in den 1 und 7 gezeigt sind und hier beschrieben wurden.
In der Ausführung, die in der 9 gezeigt ist, wird die TCO-Keimschicht 160 nach dem P2-Ritzen ausgebildet, was daher dazu führt, dass sowohl die Doppel-TCO-Schicht der oberen Elektrode 150 (die die untere und die obere TCO-Schicht 152, 154 umfasst) als auch die Keimschicht 160 die Seitenwände und den Boden der P2-Risslinie bedecken.
Die 11 und 12 zeigen eine vierte Ausführung einer Dünnfilm-Solarzelle 400 bzw. ein Verfahren zum Ausbilden derselben. Die vierte Ausführung und das vierte Verfahren ähneln der dritten Ausführung und dem dritten Verfahren zur Herstellung der Dünnfilm-Solarzelle 300 (siehe die 9 und 10), die schon im Hinblick auf das Ausbilden einer TCO-Keimschicht 160 und einer Volumenschicht der oberen Elektrode 150, die bei hohen Temperaturen ausgebildet wird und die eine Doppelschicht-Konstruktion mit einer unteren TCO-Schicht 152 und einer oberen TCO-Schicht 154 umfasst, beschrieben wurden. Die TCO-Keimschicht 160 in der Solarzelle 400 wird jedoch vor dem P2-Ritzen ausgebildet, was dazu führt, dass nur die Doppel-TCO-Hauptschicht der oberen Elektrode 150 die Seitenwände und den Boden der P2-Risslinie bedeckt (man vergleiche die 11 mit der 9). Das P2-Ritzen entfernt die TCO-Keimschicht 160 aus der Risslinie, wie in der 11 gezeigt ist (dies ähnelt auch den 7 und 8, die eine Einzel-TCO-Schicht der oberen Elektrode 150 aufweisen). Da das P2-Ritzen Seitenwände der Keimschicht 160 entfernt, wandert der Strom durch das Volumen-TCO in den Seitenwänden anstatt durch die Keimschicht, wodurch der Stromfluss und die Solarzellen-Leistung/Effizienz verbessert werden.
Gemäß einer beispielhaften Ausführung umfasst eine Dünnfilm-Solarzelle eine Untere-Elektrode-Schicht, die auf einem Substrat ausgebildet ist, eine Halbleiter-Absorberschicht, die auf der Untere-Elektrode-Schicht ausgebildet ist, eine Pufferschicht, die auf der Absorberschicht ausgebildet ist, eine transparente leitende Oxid-(TCO)-Keimschicht, die auf der Pufferschicht ausgebildet ist; und eine TCO-Volumenschicht der oberen Elektrode, die auf der TCO-Keimschicht ausgebildet ist. Die TCO-Volumenschicht der oberen Elektrode ist mit der Untere-Elektrode-Schicht durch eine P2-Risslinie elektrisch verbunden, die einen vertikalen Kanal definiert, der sich durch die Pufferschicht und die Absorberschicht erstreckt. Die TCO-Keimschicht weist eine andere Mikrostruktur auf als die TCO-Volumenschicht der oberen Elektrode, wodurch die Haftung der Obere-Elektrode-Schicht an die Absorber-/Pufferschichten verbessert wird. In einer Ausführung weist die TCO-Keimschicht eine Mikrostruktur auf, die eine kleinere Korngröße als die TCO-Volumenschicht der oberen Elektrode aufweist.
Gemäß einer anderen beispielhaften Ausführung umfasst eine Dünnfilm-Solarzelle mit einer doppelschichtigen Obere-Elektrode-Schicht eine Untere-Elektrode-Schicht, die auf einem Substrat ausgebildet ist, eine Halbleiter-Absorberschicht, die auf der Untere-Elektrode-Schicht ausgebildet ist, eine Pufferschicht, die auf der Absorberschicht ausgebildet ist, eine transparente leitende Oxid-(TCO)-Keimschicht, die auf der Pufferschicht ausgebildet ist, und eine Doppel-TCO-Volumenschicht der oberen Elektrode, die auf der TCO-Keimschicht ausgebildet ist. Die Doppel-TCO-Volumenschicht der oberen Elektrode ist mit der Untere-Elektrode-Schicht durch eine P2-Risslinie elektrisch verbunden, die einen vertikalen Kanal definiert, der sich durch die Pufferschicht und die Absorberschicht erstreckt. Die Doppel-TCO-Volumenschicht der oberen Elektrode umfasst eine untere TCO-Schicht und eine obere TCO-Schicht, die auf der unteren TCO-Schicht ausgebildet ist, wobei die obere TCO-Schicht eine andere Dotierungsmittelkonzentration als eine Dotierungsmittelkonzentration der unteren TCO-Schicht aufweist. In einer Ausführung weist die obere TCO-Schicht einen höheren Dotierungsgrad als die untere TCO-Schicht auf, die einen niedrigen Dotierungsgrad aufweist oder undotiert ist. Die TCO-Keimschicht weist eine andere Mikrostruktur auf als die erste oder die zweite Doppel-TCO-Volumenschicht der oberen Elektrode. In einer Ausführung weist die TCO-Keimschicht eine Mikrostruktur mit einer kleineren Korngröße als die untere TCO-Schicht oder die obere TCO-Schicht auf.
Gemäß einer beispielhaften Ausführung umfasst ein Verfahren zum Ausbilden einer Dünnfilm-Solarzelle die folgenden Schritte: Ablagern einer leitenden Untere-Elektrode-Schicht auf einem Substrat; Ablagern einer Absorberschicht auf der Untere-Elektrode-Schicht; Ablagern einer Pufferschicht auf der Absorberschicht; Ablagern einer TCO-Keimschicht auf der Pufferschicht bei einer ersten Temperatur; und Ablagern einer TCO-Volumenschicht der oberen Elektrode auf der TCO-Keimschicht bei einer zweiten Temperatur, die höher als die erste Temperatur ist.

Claims

Dünnfilm-Solarzelle (100, 200), die Folgendes aufweist: eine Untere-Elektrode-Schicht (120), die auf einem Substrat (110) ausgebildet ist; eine Halbleiter-Absorberschicht (130), die auf der Untere-Elektrode-Schicht (120) ausgebildet ist; eine Pufferschicht (140), die auf der Absorberschicht ausgebildet ist; eine TCO-Keim-Schicht (160), die auf der Pufferschicht ausgebildet ist; und eine TCO-Volumenschicht der oberen Elektrode (150), die auf der TCO-Keimschicht ausgebildet ist, wobei die TCO-Volumenschicht der oberen Elektrode mit der Untere-Elektrode-Schicht durch eine P2-Risslinie elektrisch verbunden ist, die einen vertikalen Kanal definiert, der sich durch die Pufferschicht und die Absorberschicht erstreckt; wobei die TCO-Keimschicht eine andere Mikrostruktur aufweist als die TCO-Volumenschicht der oberen Elektrode, und wobei die TCO-Keimschicht eine polykristalline Struktur von Kristallen aufweist mit einem anderen Orientierungswinkel als Kristalle in der TCO Volumenschicht der oberen Elektrode.
Solarzelle (100, 200) nach Anspruch 1, wobei die TCO-Keimschicht eine Mikrostruktur aufweist, die eine kleinere Korngröße als die TCO-Volumenschicht der oberen Elektrode aufweist.
Solarzelle (100, 200) nach Anspruch 1 oder 2, wobei die TCO-Keimschicht eine Filmdicke aufweist, die kleiner ist als die Dicke der TCO-Volumenschicht der oberen Elektrode, wobei die TCO-Keimschicht eine Filmdicke von zwischen etwa 50 nm und etwa 300 nm aufweist und/oder wobei die TCO-Volumenschicht der oberen Elektrode eine Filmdicke von 1000 nm oder mehr aufweist.
Solarzelle (100) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei sich die TCO-Keimschicht in die P2-Risslinie erstreckt und wobei die TCO-Keimschicht zwischen der TCO-Volumenschicht der oberen Elektrode und Seitenwänden in der P2-Risslinie, die durch die Absorberschicht und die Pufferschicht definiert sind, eingefügt ist.
Solarzelle (100, 200) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei die Absorberschicht p-Chalkogenidmaterialien oder CdTe aufweist oder wobei die Absorberschicht ein Material aufweist, das aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus Cu(In, Ga)Se2, Cu(In, Ga)(Se, S)₂, CuInSe₂, CuGaSe₂, CuInS₂ und Cu(In, Ga)S₂ besteht, und/oder wobei die obere Elektrode aus einem n-Material besteht, das aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus Zinkoxid, mit Aluminium dotiertem Zinkoxid, mit Gallium dotiertem Zinkoxid, mit Indium dotiertem Zinkoxid, Fluor-Zinnoxid, Indium-Zinnoxid, Indium-Zinkoxid, Antimon-Zinnoxid (ATO) und einer Kohlenstoff-Nanoröhrchenschicht besteht.
Dünnfilm-Solarzelle (300, 400), die Folgendes aufweist: eine Untere-Elektrode-Schicht (120), die auf einem Substrat (110) ausgebildet ist; eine Halbleiter-Absorberschicht (130), die auf der Untere-Elektrode-Schicht ausgebildet ist; eine Pufferschicht (140), die auf der Absorberschicht ausgebildet ist; eine TCO-Keimschicht (160), die auf der Pufferschicht ausgebildet ist; eine Doppel-TCO-Volumenschicht der oberen Elektrode (150), die auf der TCO-Keimschicht ausgebildet ist, wobei die Doppel-TCO-Volumenschicht der oberen Elektrode mit der Untere-Elektrode-Schicht über eine P2-Risslinie elektrisch verbunden ist, die einen vertikalen Kanal definiert, der sich durch die Pufferschicht und die Absorberschicht erstreckt; wobei die Doppel-TCO-Volumenschicht der oberen Elektrode eine untere TCO-Schicht (152) und eine obere TCO-Schicht (154) aufweist, die auf der unteren TCO-Schicht ausgebildet ist und wobei die obere TCO-Schicht eine andere Dotierungsmittelkonzentration als eine Dotierungsmittelkonzentration der unteren TCO-Schicht aufweist; wobei die TCO-Keimschicht eine andere Mikrostruktur aufweist als die untere TCO-Schicht oder die obere TCO-Schicht der Doppel-TCO-Volumenschicht der oberen Elektrode; und wobei die TCO-Keimschicht eine polykristalline Struktur von Kristallen aufweist mit einem anderen Orientierungswinkel als Kristalle in der TCO-Volumenschicht der oberen Elektrode.
Solarzelle (300, 400) nach Anspruch 6, wobei die TCO-Keimschicht eine Mikrostruktur aufweist, die eine kleinere Korngröße aufweist als die untere TCO-Schicht oder die obere TCO-Schicht, und/oder wobei die TCO-Keimschicht eine Filmdicke aufweist, die kleiner als die Dicke der unteren TCO-Schicht oder der oberen TCO-Schicht ist und wobei die Dotierungsmittelkonzentration der oberen TCO-Schicht höher als die Dotierungsmittelkonzentration der unteren TCO-Schicht ist.
Solarzelle (300, 400) nach Anspruch 6 oder 7, wobei sich die TCO-Keimschicht in die P2-Risslinie erstreckt.
Verfahren zum Ausbilden einer Dünnfilm-Solarzelle (100, 200, 300, 400), das Folgendes umfasst: Ablagern einer leitenden Untere-Elektrode-Schicht (120) auf einem Substrat (110); Ablagern einer Absorberschicht (130) auf der Untere-Elektrode-Schicht; Ablagern einer Pufferschicht (140) auf der Absorberschicht; Ablagern einer TCO-Keimschicht (160) auf der Pufferschicht bei einer ersten Temperatur; und Ablagern einer TCO-Volumenschicht (150) der oberen Elektrode auf der TCO-Keimschicht bei einer zweiten Temperatur, die höher als die erste Temperatur ist, wobei die TCO-Keimschicht eine polykristalline Struktur von Kristallen aufweist mit einem anderen Orientierungswinkel als Kristalle in der TCO-Volumenschicht der oberen Elektrode.
Verfahren nach Anspruch 9, das weiter das Ausbilden einer offenen P2-Risslinie durch die Absorberschicht umfasst, nachdem die TCO-Keimschicht abgelagert wurde, und/oder wobei das Ablagern der TCO-Volumenschicht der oberen Elektrode weiter Folgendes umfasst: Ablagern einer unteren TCO-Schicht (152) auf der TCO-Keimschicht; und Ablagern einer oberen TCO-Schicht (154) auf der unteren TCO-Schicht, wobei die obere TCO-Schicht eine andere Dotierungsmittelkonzentration aufweist als eine Dotierungsmittelkonzentration der unteren TCO-Schicht.