DE102013225863A1

DE102013225863A1 - Verfahren der Herstellung von Nanokegel-Textur bzw. -Struktur auf Glas und transparenten Leitern

Info

Publication number: DE102013225863A1
Application number: DE102013225863.1A
Authority: DE
Inventors: Inna Kozinsky; Jonathan P. Mailoa; Yun Seog Lee
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2012-12-14
Filing date: 2013-12-13
Publication date: 2014-08-07
Also published as: US9831361B2; US20140166092A1

Abstract

Ein Verfahren für das Herstellen von Submikrometer-Strukturen auf Glas und transparenten Leitern beinhaltet: das Ablagern einer Vielzahl von Silizium- oder Siliziumbeschichteten Polystyren-Nanokugeln auf einem Substrat, das Ätzen der Siliziumbeschichteten Polystyren-Nanokugeln und des Substrates, um eine Vielzahl von Nanokegel-Vorsprüngen auf einer erste Seite des Substrates zu bilden, und das Ablagern eines transparenten leitenden Oxids auf dem Substrat auf der Oberfläche der Nanokegel-Vorsprünge.

Description

TECHNISCHER BEREICH
Die Anmeldung bezieht sich im Allgemeinen auf Verfahren für das Herstellen von Submikro-Texturen bzw. -Strukturen auf Glas und transparenten Leitern, wie sie zum Beispiel bei Dünnfilm-Solarzellen benutzt werden.
HINTERGRUND
Glas und transparente leitende Filme und Beschichtungen werden in einer großen Vielfalt von Anwendungen benutzt, wie zum Beispiel transparenten Elektroden für Flach-Panel- bzw. Flachplatten-Anzeigen, transparenten Elektroden für Photovoltaikzellen (Solarzelle), Fenstern mit niedrigem Emissionsvermögen, Fenster-Enteisern und mobilen Geräteanzeigen. Transparente Leiter können mit unterschiedlichen optischen Charakteristika hergestellt werden, abhängig von der Endanwendung. Zum Beispiel können Anwendungen, wie zum Beispiel als Solarzellen und mobile Geräteanzeigen, transparente Leiter mit antireflektierenden Eigenschaften erfordern, um die Lichtabsorption zu erhöhen (d. h. Licht einfangen) und/oder blendendes Licht zu reduzieren.
Ein Verfahren, welches benutzt wird, um die Antireflex-Eigenschaften von transparenten Leitern zu erhöhen, geschieht durch Submikro-Strukturieren der Oberfläche des Leiters. Die strukturierte Oberfläche wird benutzt, um Licht in und durch den transparenten Leiter abzulenken, anstatt sie von der Oberfläche des Leiters wegzulenken. Dies kann den Glanz bzw. das Glänzen bei Anzeigen reduzieren sowie den Betrag des Lichtes erhöhen, welches in dünnen Film-Solarzellen absorbiert werden kann.
Das Submikro-Strukturieren von Substraten ist bekannt. Bisher bekannte Submikro-Strukturen werden jedoch typischerweise auf Silizium hergestellt und können nicht für transparente Substrate oder Leiter benutzt werden. Bisher bekannte Submikro-Strukturen wurden auch auf Glassubstraten (oder Quarz/Quarzglas) hergestellt, diese Strukturen sind jedoch typischerweise sehr oberflächlich bzw. flach und deshalb in ihrer Anwendbarkeit begrenzt, um Licht in Richtung des Substrates abzulenken, um die Lichtabsorption zu verstärken.
ZEICHNUNGEN
1 ist ein Ablaufdiagramm eines Prozesses für das Herstellen eines nanostrukturierten Substrates entsprechend der vorliegenden Offenbarung.
2A–2D stellen einen Prozess des Beschichtens von Polystyrenkugeln mit Silizium dar.
3 ist ein SEM- bzw. Rasterelektronenmikroskop-Bild der Polystyrenkugeln mit Siliziumschalen bzw. -hüllen.
4 zeigt das Ablagern der siliziumbeschichteten Polystyrenkugeln, welche auf einem Substrat abgelagert sind, wobei ein Langmuir-Blodgett-Ablagerungsprozess benutzt wird.
5 ist ein SEM-/REM-Bild der sich ergebenden dicht gepackten Schicht von siliziumbeschichteten Polystyrenkugeln auf der Oberfläche des Substrates.
6A–6C stellen Stufen eines RIE- bzw. Reaktives-Ionenätzen-Prozesses dar, welcher benutzt wird, um die nanokonische Struktur durch gesteuertes Zerstören bzw. Abbauen der siliziumbeschichteten Polystyrenkugeln in das Substrat zu ätzen.
7 ist ein SEM-/REM-Bild, welches die Nanostrukturen zeigt, welche aus dem RIE-Prozess der 6A–6C herrühren.
8 ist ein AFM-/RKM- bzw. Rasterkraftmikroskop-Bild, welches die nanokonische Struktur des Substrates nach dem Ablagern eines transparenten leitenden Oxid-(TCO-)Films auf dem Substrat zeigt.
9 ist ein Ablaufdiagramm eines Prozesses des Herstellens einer Dünnfilm-Solarzelle, welche ein nanostrukturiertes Substrat entsprechend der vorliegenden Offenbarung beinhaltet.
10 stellt eine Ausführungsform einer Dünnfilm-Solarzelle dar, welche ein nanostrukturiertes Substrat besitzt, welches als Frontsubstrat in einer Superstrate-Konfiguration (z. B. Dünnfilm-Siliziumzelle) benutzt wird.
11 zeigt eine Ausführungsform einer Dünnfilm-Solarzelle, welche ein nanostrukturiertes Substrat besitzt, welches als ein hinteres Substrat in einer Substratkonfiguration (z. B. CIGS-Zelle) benutzt wird.
BESCHREIBUNG
Zum Zwecke der Förderung des Verständnisses der Prinzipien der Offenbarung wird nun Bezug auf die Ausführungsformen genommen, welche in den Zeichnungen dargestellt und in der folgenden geschriebenen Spezifikation beschrieben sind. Es ist davon auszugehen, dass dadurch keine Begrenzung für den Umfang der Offenbarung beabsichtigt ist. Es ist ferner davon auszugehen, dass die vorliegende Offenbarung jegliche Veränderungen und Modifikationen zu den dargestellten Ausführungsformen beinhaltet und ferner Anwendungen der Prinzipien der Offenbarung, welche normalerweise bei einem Fachmann auftreten, entsprechend dem Stand der Technik beinhaltet, wozu diese Offenbarung gehört.
Die vorliegende Offenbarung ist auf ein Verfahren für das Herstellen von Nanostrukturen, wie zum Beispiel Nanosäulen und Nanokegel, auf transparenten leitenden Substraten gerichtet, wie zum Beispiel Glas, Quarzglas und Quarz, welche optimiert werden können, um die Reflexion zu vermindern und den Lichteinfall in die dünnen Absorptionsschichten zu maximieren: Das Verfahren gestattet, dass die Nanosäulen und Nanokegel mit hohen Seitenverhältnissen auf dem Substrat in einer hoch gesteuerten Weise gebildet werden können, um zu optimalen Parametern für die Lichtabsorption in Dünnfilm-Solarzellen zu führen. Dies wird durch das effektive Abstufen des Brechungsindexes zwischen dem Substrat und dem Absorber erreicht, wobei eine Subwellenlängenstrukturierung benutzt wird und wobei eine maximale Kopplung zu geführten Moden in der Dünnfilm-Absorber-schicht sichergestellt wird, wobei Strukturen mit optimierter Periode, Höhe und Füllfaktor benutzt werden.
Das vorgeschlagene Verfahren benutzt siliziumbeschichtete Polystyren-Nanokugeln (”hybride Nanokugeln”), welche auf den Substraten in dicht gepackter Konfiguration abgelagert sind, wobei die Langmuir-Blodgett-Ablagerung benutzt wird, gefolgt von einem reaktiven Ionenätzen (RIE) des Substrates, um die Nanokegelstruktur zu definieren. Das Siliziumbeschichten auf den Nanokugeln gestattet ein dichtes Packen während der Langmuir-Blodgett-Ablagerung, welches ohne dieses unmöglich ist. Die Polystyren-Nanokugelkerne gestatten ein hohes Seitenverhältnis der Strukturen, da sie bei einer niedrigeren Rate bzw. Geschwindigkeit geätzt werden als Silizium und Glas-/Quarz-/Silizium-Substrat.
Dieses Verfahren ist skalierbar und ist bei einer Vielfalt von Glas- und transparenten Leiteranwendungen anwendbar, wobei Dünnfilm-Solarzellen, Antireflex-selbstreinigendes Glas, hydrophobe Oberflächen, Nichtbeschlagen von Scheiben, Anti-Fingerabdruck-Antireflex-Anzeigen für mobiles Gerät und Ähnliches beinhaltet sind. Das Verfahren ist an allen Dünnfilm-Solarzellarten (z. B. Dünnfilm-Si, CIGS, CdTe, CZTS, Cu₂O, SnS oder aufkommenden Dünnfilm-Solarmaterialien) anwendbar, um die Absorption um 20–30% zu erhöhen und um wenigstens 1–3% zum absoluten Wirkungsgrad hinzuzufügen. Die nanostrukturierten Platten können als Frontsubstrate für Solarzellen, welche in einer Superstrate-Konfiguration (d. h. parallel und benachbart in Feldern oder Streifen angeordnet sind) (z. B. Strom-Dünnfilm-Si-Modulen) abgelagert sind, oder als Rücksubstrate für Solarzellen, welche in Substratkonfiguration (z. B. Strom-CIGS und CdTe-Module) abgelagert sind, benutzt werden. In einer Superstrate-Konfiguration wird das Frontsubstrat als die stützende Struktur für die Bildung und Ablagerung der Halbleitermaterialien benutzt, wenn die Materialien in einer umgekehrten Reihenfolge abgelagert werden, z. B. von vorne nach hinten.
Ein Ablaufdiagramm eines Prozesses für das Herstellen eines nanostrukturierten Glas/Quarz/Quarzglas-Substrates mit steuerbarem Strukturieren mit hohem Seitenverhältnis von Nanokegel oder Nanosäule wird in 1 dargestellt. Der Prozess beginnt mit dem Beschichten von Polystyrenkugeln mit Silicium (Block 100). Die Abmessung der Kugeln wird basierend auf der gewünschten Periode für die sich ergebenden Nanokegel- oder Nanosäulenstrukturen ausgewählt, was nachfolgend hier gemeinsam als Nanokegel-Strukturen bezeichnet wird, welche in dem Substrat gebildet sind. In einer Ausführungsform sind die Polystyrenkugeln einfache Polystyrenkugeln, welche einen Durchmesser von ungefähr 750 nm besitzen. In alternativen Ausführungsformen können die Polystyrenkugeln jeden geeigneten Durchmesser von Zehnteln von Nanometern bis mehreren Mikrometern besitzen. In alternativen Ausführungsformen, wo flachere Strukturen benötigt werden, können Siliziumkugeln direkt als eine Ätzmaske benutzt werden.
2A–2D stellen schematisch den Grundprozess des Beschichtens der Polystyrenkugeln mit Silizium dar. Das allgemeine Vorgehen für das Siliziumbeschichten von Kugeln wird in C. Graf, D. L. J. Vossen, A. Imhof, A. Blaaderen, "A general method to coat colloidal particles with silica", Langmuir 19(17), 6693–6700 (2003) beschrieben. Die Prozedur bzw. das Vorgehen beinhaltet das Mischen der Kugeln mit Polyvinylpyrrolidon (PVP), welches in Ethanol aufgelöst ist (2B). Das PVP muss auf der Oberfläche absorbiert werden, um als ein Kopplungsmittel für das Silizium zu dienen. Die Kugeln werden dann mit Tetraethylorthosilicat (TEOS) und Ammoniumhydroxid (NH₄OH) gemischt, was zu einem 10–20 nm dicken Silizium führt, welches auf der vom PVP funktionalisierten Oberfläche der Kugel wachsen gelassen wird (2C). Die siliziumbeschichteten Kugeln werden dann für das Ablagern auf dem Substrat funktionalisiert, wobei 3-Aminopropyltriethoxysilan (APTES) benutzt wird (2D). 3 stellt ein Rasterelektronenmikroskop-(SEM- bzw. REM-)Bild der sich ergebenden Polystyrenkugeln mit Siliziumhüllen dar.
Die mit Silizium beschichteten Polystyrenkugeln werden dann auf dem Substrat in einer dicht gepackten Konfiguration abgelagert, wobei ein Langmuir-Blodgett-Ablagerungsprozess benutzt wird (Block 404). (Siehe z. B. C.-M. Hsu, S. T. Connor, M. X. Tang und Y. Cui, "Wafer-scale silicon nanopillars and nanocones by Langmuir-Blodgett assembly and etching", Nano Lett. 93, 133190 (2008), C. P. Collier, F. J. Saykally, J. J. Shiang, S. E. Henrichs und J. R. Heath, "Reversible tuning of silver quantum dot monolayers through the metal-insulator transition", Science 277, 1978 (1997); und B. O. Dabbousi, C. B. Murray, M. F. Rubner und M. G. Bawendi, "Langmuir-Blodgett manipulation of size-selected CdSe nanocrystallites", Chem. Mater. 6, 216 (1994)).
Wie in 4 dargestellt wird, beinhaltet der Langmuir-Blodgett-Ablagerungsprozess das Eintauchen des Substrates (z. B. Glas, Quarz, Quarzglas) in einen Trog, welcher mit einer Flüssigkeit, wie zum Beispiel Wasser, gefüllt ist. Die funktionalisierten siliziumbeschichteten Polystyrenkugeln werden in dem Trog platziert, um eine Schicht auf der Oberfläche der Flüssigkeit zu bilden. Die Kugeln werden dann auf dem Substrat abgelagert, wenn das Substrat langsam aus dem Wasser entnommen wird. Das dichte Packen der Kugeln auf der Oberfläche des Wassers und auf dem Substrat wird erreicht, indem eine Barriere benutzt wird, welche die Kugeln dicht auf der Oberfläche des Wassers zusammenpresst. Das Siliziumbeschichten auf den Nanokugeln gestattet ein dichtes Packen der Kugeln auf der Oberfläche des Substrates, welches anderenfalls ohne dies unmöglich wäre. 5 stellt ein SEM- bzw. REM-Bild der sich ergebenden dicht gepackten hybriden Nanokugelschicht auf einem Substrat dar. Wie in 5 gesehen werden kann, bilden die siliziumbeschichteten Polystyrenkugeln eine im Wesentlichen zusammenhängende Schicht von Material auf der Oberfläche des Substrates.
Sobald die dicht gepackte hybride Nanokugelschicht auf dem Substrat gebildet ist, wird ein Reaktiver-Ionenätz-(RIE-)Prozess auf dem Substrat durchgeführt, um Nanokegelstrukturen durch gesteuerte Zerstörung der Nanokugelmaske und des Substratmaterials (Block 108), wie dies in 6A–6C dargestellt wird, zu schaffen. Das reaktive Ionenätzen (RIE) ist ein hoch anisotropischer Ätzprozess, welcher benutzt wird, um eine tiefe Durchdringung, steil abfallende Löcher und Gräben in Wafern/Substraten zu schaffen, typischerweise mit hohen Seitenverhältnissen. Polystyren-Nanokugel-Kerne gestatten Strukturen mit hohem Seitenverhältnis, da sie bei einer langsameren Geschwindigkeit geätzt werden als Silizium und ein Glas/Quarz-/Siliziumsubstrat. Die Ätzgase, deren Verhältnisse und die Ätzzeit können benutzt werden, die Anisotropie gegenüber der Isotropie des Ätzprozesses zu steuern, und damit das exakte Seitenverhältnis und Gestalten bzw. Formen der sich ergebenden Nanostrukturen.
Wenn der RIE-Prozess das erste Mal durchgeführt ist, sind die Kugeln dicht gepackt und verhindern im Wesentlichen, dass die beschleunigten Ionen das Substrat erreichen und es ätzen, wie dies in 6A dargestellt wird. Wenn der RIE-Prozess andauert, löst sich die Siliziumbeschichtung auf und stellt eine Beseitigung zwischen den Kugeln bereit, welche sich erweitert, bis die Siliziumbeschichtung weg ist. Die Polystyrenkerne beginnen dann, sich bei einer langsamen Geschwindigkeit aufzulösen (6B). Das Erweitern der Beseitigung zwischen den Kugeln führt zu abgeschrägten Oberflächen, welche in das Substrat geätzt werden, rund um jede Kugel, welche sich zu Punkten hin verjüngt, wenn die Kugeln schrumpfen und aufgelöst werden (6C). 7 stellt ein SEM/REM-Bild der Nanokegelstrukturen dar, welche aus dem Gebrauch der siliziumbeschichteten Polystyrenkugeln als Masken für den RIE-Prozess resultieren. Wie in 7 gesehen werden kann, gestattet das Gebrauchen des Polystyrens für den Kern der Kugeln Strukturen mit einem hohen Seitenverhältnis, da das Polystyren bei einer langsameren Geschwindigkeit als Silizium und das Glas/Quarz/Silizium-Substrat geätzt wird.
Nachdem der RIE-Prozess durchgeführt wurde und das Nanokegelstrukturieren auf das Substrat ausgeübt wurde, kann das strukturierte transparente Substrat in dem Herstellprozess eingearbeitet werden, um ein gewünschtes Endprodukt herzustellen. Als ein Beispiel stellt 1 zusätzliche Schritte dar, welche unternommen werden können, um das strukturierte transparente Substrat in eine Dünnfilm-Solarzelle einzubauen. Wie in 1 dargestellt wird, kann ein transparenter leitender Oxidfilm, z. B. Zno:Al, auf dem Substrat auf der obersten Ebene der Nanokegel-Struktur abgelagert werden (Block 110). 8 stellt ein Rasterkraftmikroskop (AFM bzw. RKM) des Substrates nach dem Ablagern des TCO-Films dar. Wie in 8 gesehen werden kann, ist das hohe Seitenverhältnis der Nanokegel-Struktur sogar nach dem Ablagern des TCO-Films weiterhin offensichtlich. Nachdem der TCO-Film abgelagert worden ist, werden die photovoltaischen Materialien für das Implementieren der Solarzelle auf dem TCO-Film abgelagert (Block 114). Eine leitende Kontaktschicht wird dann auf den photovoltaischen Materialien gebildet, um die zweite Kontaktschicht für die Solarzelle zu bilden (Block 118).
Ein Ablaufdiagramm eines Prozesses für das Herstellen einer Dünnfilm-Solarzelle, welche einen transparenten Leiter beinhaltet, wie oben beschrieben, wird in 9 dargestellt. Der Prozess beginnt mit dem nanoskalierten Strukturieren eines Substrates, welches auf einem transparenten Material gebildet ist, wie zum Beispiel Glas, Quarz oder Quarzglas (Block 900). Die nanoskalierte Struktur wird benutzt, um Nanokegel- oder Nanosäulen-Strukturen auf wenigstens einer Seite oder auf beiden Seiten des Substrates zu bilden, welche ein hohes Seitenverhältnis besitzen (Höhe zu Breite). Das sich ergebende nanostrukturierte Substrat wird dann als ein Stützsubstrat für das Ablagern der Dünnfilmphotovoltaischen Materialien der Dünnfilm-Solarzelle benutzt. Im Wesentlichen kann jede Art von Dünnfilm-Solarzelle auf dem nanostrukturierten Substrat implementiert werden, wobei als Beispiele beinhaltet sind: amorphes Silizium (a-Si), Dünnfilmsilizium (TF-Si), Cadmium-Tellurid (CdTe), Kupfer-Indium-Gallium-Selenid (GIGS), Kupfer-Zink-Zinn-Sulfid (CZTS), Kupferoxid (Cu₂O), Zinksulfid (SnS) und andere aufkommende Dünnfilmtechnologien.
Abhängig von der Art der Dünnfilm-Solarzelle, welche implementiert wird, werden die Materialien für die Solarzelle auf dem nanostrukturierten Substrat entweder in einer Superstrate-Konfiguration oder einer Substratkonfiguration abgelagert. In einer Superstrate-Konfiguration wird das nanostrukturierte Substrat als das Front- bzw. vordere Substrat für die Solarzelle benutzt, und die Materialien, welche die Dünnfilm-Solarzelle bilden, werden auf dem Frontsubstrat in umgekehrter Reihenfolge abgelagert. In einer Substratkonfiguration wird das nanostrukturierte Substrat als das hintere bzw. rückwärtige Substrat für die Solarzelle benutzt, und die Materialien, welche die Dünnfilm-Solarzelle bilden, werden auf dem Frontsubstrat in der Reihenfolge von hinten nach vorne abgelagert.
Die Materialien, welche für das Implementieren der Dünnfilm-Solarzelle benutzt werden und gleichgültig ob das nanostrukturierte Substrat in einer Superstrate- oder in einer Substratkonfiguration benutzt wird, hängen von der Art der Solarzelle ab, welche hergestellt wird. Zum Beispiel können amorphes Silizium und andere Dünnfilm-Silizium-Solarzellen auf dem nanostrukturierten Substrat in einer Superstrate-Konfiguration (z. B. von vorne nach hinten) abgelagert werden, GIGS- und CdTe-Dünnfilm-Solarzellen können auf dem nanostrukturierten Substrat in einer Substratkonfiguration (z. B. von hinten nach vorne) abgelagert werden. 10 stellt eine beispielhafte Ausführungsform einer Dünnfilm-Silizium-Solarzelle dar, welche auf einem nanostrukturierten Substrat 10 in einer Superstrate-Konfiguration (Vorderseitensubstrat) gebildet ist. 11 stellt eine beispielhafte Ausführungsform einer CIGS-Dünnfilm-Solarzelle dar, welche auf einem nanostrukturierten Substrat 10 in einer Substratkonfiguration (Rückseitensubstrat) abgelagert ist.
Sowohl in der Superstrate- als auch in der Substratkonfiguration ist eine erste leitende Kontaktschicht 12 auf einer größeren Oberfläche des nanostrukturierten Substrates 10 abgelagert (Block 904), welches entweder als der Vorderseitenkontakt oder der Rückseitenkontakt für die Dünnfilm-Solarzelle zu benutzen ist, um die Solarzelle an einen externen Schaltkreis anzuschließen, wie zum Beispiel eine Last, oder an andere Solarzellen, um ein Modul durch Sputtern, chemische Gasphasenabscheidung oder irgendein anderes geeignetes Ablagerungsverfahren zu bilden. Wenn die leitende Schicht 12 als der Frontseitenkontakt benutzt wird, kann die leitende Schicht 12 eine transparente leitende Oxid-(TCO-)Schicht aufweisen, wie zum Beispiel Zinkoxid (ZnO:Al), oder ein leitendes Metallnetz, welches auf dem nanostrukturierten Substrat abgelagert ist, wie dies in 10 dargestellt ist. Wenn es als ein rückseitiger Kontakt benutzt wird, wie dies in 11 dargestellt ist, kann die leitende Schicht auch TCO aufweisen oder kann ein metallisches Material aufweisen, wie zum Beispiel Molybdän (Mo) oder Aluminium (Al).
Nachdem die erste leitende Schicht 12 auf dem Substrat abgelagert worden ist, werden die Dünnfilm-photovoltaischen Materiaqlien 14, 16 der Solarzelle auf der ersten leitenden Schicht 12 abgelagert (Block 908). Die photovoltaischen Materialien 14, 16 können abgelagert werden, um eine Vielzahl von unterschiedlichen Junction- bzw. Sperrschichtkonfiguraitonen zu bilden, wie sie in der Fachwelt bekannt sind, wobei p-n-, n-p-, p-i-n- und n-i-p-Junctions bzw. -Übergänge, alleine oder im Tandem, beinhaltet sind, sowohl für die Superstrate- als auch für die Substratablagerung.
Sobald die Dünnfilm-photovoltaischen Materialien 14, 16 auf der ersten leitenden Kontaktschicht 12 abgelagert sind, wird eine zweite leitende Kontaktschicht 18 auf den photovoltaischen Materialien 14, 16 abgelagert (Block 910). In der Superstrate-Konfiguration der 11 wird die zweite leitende Schicht 18 als der Rückseitenkontakt für die Solarzelle benutzt und kann aus einem transparenten leitenden Oxid(TCO-)Material oder einem leitenden Metallmaterial, zum Beispiel Aluminium, gebildet sein, welches die gesamte Oberfläche der Zelle abdeckt. Wenn der Rückseitenkontakt transparent ist, kann eine Schicht aus nichttransparentem Material auf dem Rückseitenkontakt abgelagert werden, um eine reflektierende Barriere zu bilden, welche Licht rückwärts hinauf in Richtung der photovoltaischen Materialien der Solarzelle reflektiert. In der Substratqkonfiguration der 11 kann die zweite leitende Schicht 18 ein transparentes leitendes Oxid (TCO) aufweisen, um die Solarzelle an eine elektrische Schaltung anzuschließen. Alternativ kann ein leitendes Metallgitter (nicht gezeigt) auf der obersten Ebene der Solarzelle gebildet sein, um die Solarzelle an die Schaltung anzuschließen.
Obwohl nicht in 10 und 11 dargestellt, können verschiedene andere Schichten und Beschichtungen in dem Prozess beinhaltet sein, um verschiedene Eigenschaften zu verstärken oder andere einzugrenzen. Zum Beispiel können Antireflexschicht-Beschichtungen zwischen den photovoltaischen Materialschichten und den TCO-Schichten und/oder zwischen den TCO-Schichten und dem nanostrukturierten Substrat bereitgestellt werden. Andere Arten von leitenden Kontaktschichten sowie transparente Kontaktschichten können ebenfalls benutzt werden. 10 und 11 sind Beispiele von Solarzellen, welche auf einem nanostrukturierten Glas/Quarz/Quarzglas-Substrat implementiert werden können, entsprechend der vorliegenden Offenbarung, und sie bedeuten nicht, dass diese für die spezielle Struktur der Solarzelle eingrenzend sind.
Während die Offenbarung im Detail in den Zeichnungen und der vorhergegangenen Beschreibung beschrieben wurde, sollten dieselben in ihrer Art als erläuternd und nicht restriktiv betrachtet werden. Es ist davon auszugehen, dass nur die bevorzugten Ausführungsformen präsentiert wurden, und dass gewünscht wird, dass alle Veränderungen, Modifikationen und weiteren Anwendungen, welche in den Geist der Offenbarung fallen, geschützt werden.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Nicht-Patentliteratur

C. Graf, D. L. J. Vossen, A. Imhof, A. Blaaderen, ”A general method to coat colloidal particles with silica”, Langmuir 19(17), 6693–6700 (2003) [0021]
C.-M. Hsu, S. T. Connor, M. X. Tang und Y. Cui, ”Wafer-scale silicon nanopillars and nanocones by Langmuir-Blodgett assembly and etching”, Nano Lett. 93, 133190 (2008) [0022]
C. P. Collier, F. J. Saykally, J. J. Shiang, S. E. Henrichs und J. R. Heath, ”Reversible tuning of silver quantum dot monolayers through the metal-insulator transition”, Science 277, 1978 (1997) [0022]
und B. O. Dabbousi, C. B. Murray, M. F. Rubner und M. G. Bawendi, ”Langmuir-Blodgett manipulation of size-selected CdSe nanocrystallites”, Chem. Mater. 6, 216 (1994) [0022]

Claims

Verfahren für das Herstellen einer nanostrukturierten leitenden Platte, welches aufweist: Ablagern einer Vielzahl von Silizium oder Siliziumbeschichteten Polystyren-Nanokugeln auf einem Substrat, Ätzen der Siliziumbeschichteten Polystyren-Nanokugeln und des Substrates, um eine Vielzahl von Nanokegel-Vorsprüngen auf einer ersten Seite des Substrats zu bilden, und Ablagern eines transparenten leitenden Oxids auf dem Substrat auf der Oberseite der Vielzahl von Nanokegel-Vorsprüngen.
Verfahren nach Anspruch 1, welches ferner aufweist: Ablagern von photovoltaischen Materialien auf dem transparenten leitenden Oxid, um eine Dünnfilm-Solarzelle zu bilden.
Verfahren nach Anspruch 2, wobei die photovoltaischen Materialien Dünnfilm-amorphes oder mikrokristallines Silizium beinhalten.
Verfahren nach Anspruch 2, wobei die pholtovoltaischen Materialien Kupfer-Indium-Gallium-Selenid (CIGS) beinhalten.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Vielzahl der Siliziumbeschichteten Polystyren-Nanokugeln auf dem Substrat aufgebracht ist, wobei ein Langmuir-Blodgett-Ablagerungsprozess benutzt wird.
Verfahren nach Anspruch 5, wobei die aufgebrachten Siliziumbeschichteten Polystyren-Nanokugeln eine im Wesentlichen zusammenhängende Schicht von Material auf der Oberfläche des Substrates bilden.
Verfahren nach Anspruch 6, wobei die Polystyren-Nanokugeln einen Durchmesser von ungefähr 750 nm besitzen.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Substrat aus Glas, Quarz oder Quarzglas gebildet ist.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Ätzen der siliziumbeschichteten Polystyren-Nanokugeln und das Substrat einen reaktiven Ionenätzprozess aufweisen.
Dünnfilm-Solarzelle, welche aufweist: ein Substrat, welches aus einem Glas-, Quarz- oder Quarzglasmaterial gebildet ist, wobei das Substrat eine erste Oberfläche beinhaltet; einen transparenten leitenden Oxidfilm, welcher auf der ersten Oberfläche aufgebracht ist; eine Vielzahl von Dünnfilm-photovoltaischen Materialien, welche auf dem transparenten leitenden Oxid aufgebracht ist; und eine leitende Schicht, welche auf der Dünnfilm-Solarzelle aufgebracht ist; wobei die erste Oberfläche des Substrates eine Nanokegelstruktur beinhaltet, und wobei die Nanokegelstruktur durch Aufbringen einer Vielzahl von Siliziumbeschichteten Polystyrenkugeln auf der ersten Oberfläche gebildet ist, wobei ein Langmuir-Blodgett-Ablagerungsprozess benutzt wird, und das Durchführen eine reaktiven Ionenätzprozesses, wobei die Vielzahl der Siliziumbeschichteten Polystyrenkugeln als eine Maske benutzt wird.
Dünnfilm-Solarzelle nach Anspruch 10, wobei die Dünnfilmphotovoltaischen Materialien amorphes Silizium beinhalten.
Dünnfilm-Solarzelle nach Anspruch 10, wobei die Dünnfilmphotovoltaischen Materialien Kupfer-Indium-Gallium-Selenid (GIGS) beinhalten.
Dünnfilm-Solarzelle nach Anspruch 10, wobei der transparente leitende Oxidfilm und die leitende Schicht konfiguriert sind, um als Front- bzw. Vorderseite-elektrischer Kontakt und als ein Rückseite-elektrischer Kontakt für die Dünnfilm-Solarzelle zu dienen.