DE102014105910A1

DE102014105910A1 - HIT-Solarzelle

Info

Publication number: DE102014105910A1
Application number: DE201410105910
Authority: DE
Inventors: Yu-Hung Chen; Jun-Chin Liu; Yung-Tsung LIU; Chen-Cheng Lin
Original assignee: Industrial Technology Research Institute ITRI
Current assignee: Industrial Technology Research Institute ITRI
Priority date: 2013-11-08
Filing date: 2014-04-28
Publication date: 2015-05-13
Also published as: CN104638048B; TW201519461A; JP6066231B2; CN106057916B; JP2015095648A; CN104638048A; CN106057916A; US20150129025A1; JP2015159340A; JP5864660B2; TWI469380B

Abstract

Eine HIT-Solarzelle wird bereitgestellt, die ein p-leitendes kristallines Siliciumsubstrat mit einer lichtaufnehmenden Oberfläche, eine erste intrinsische amorphe Siliciumdünnfilmschicht, die auf der lichtaufnehmenden Oberfläche des p-leitenden kristallinen Siliciumsubstrats ausgebildet ist, eine n-leitende amorphe Oxidschicht, die auf der ersten intrinsischen amorphen Siliciumdünnfilmschicht ausgebildet ist, und eine erste transparente leitfähige Schicht aufweist, die auf der n-leitenden amorphen Oxidschicht ausgebildet ist. In der HIT-Solarzelle kann die n-leitende amorphe Oxidschicht direkt gebildet werden, ohne die erste intrinsische amorphe Siliciumdünnfilmschicht zu bilden, und die n-leitende amorphe Oxidschicht kann in eine n–-leitende amorphe Oxidschicht und eine n+-leitende amorphe Oxidschicht aufgeteilt werden, die der Reihe nach gebildet werden.

Description

QUERVERWEIS AUF VERWANDTE ANMELDUNGEN
Diese Anmeldung nimmt die Priorität der taiwanesischen Patentanmeldung Nr. 102140641 , eingereicht am 8. November 2013, in Anspruch. Die gesamte oben erwähnte Patentanmeldung wird hiermit durch Bezugnahme in die vorliegende Beschreibung aufgenommen und zu einem Teil von dieser.
TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Offenbarung betrifft Solarzellen und insbesondere eine HIT-Solarzelle.
ALLGEMEINER STAND DER TECHNIK
Wie in 1 dargestellt, umfasst eine herkömmliche Heteroübergang mit intrinsischer Dünnschicht(HIT)-Solarzelle ein p-leitendes kristallines Siliciumsubstrat 10 mit einer lichtaufnehmenden Oberfläche 102 und einer Licht-Gegenoberfläche 101 und intrinsische amorphe Siliciumschichten 12 und 11, die auf der lichtaufnehmenden Oberfläche 102 bzw. der Licht-Gegenoberfläche 101 ausgebildet sind. Eine n-leitende amorphe Siliciumschicht und eine p-leitende amorphe Siliciumschicht sind auf den intrinsischen amorphen Siliciumschichten 12 bzw. 11 ausgebildet. Eine transparente leitfähige Schicht 16 und ein leitfähiger Anschluss 18 sind auf der n-leitenden amorphen Siliciumschicht 14 ausgebildet. Eine andere transparente leitfähige Schicht 15 und eine Elektrodenschicht 17 sind auf der p-leitenden amorphen Siliciumschicht 13 ausgebildet. Da diese Art von Stapelstruktur der Solarzelle einen Heteroübergang mit intrinsischer Siliciumschicht hat, wird sie daher als Heteroübergang mit intrinsischer Dünnschicht-Solarzelle (HIT) bezeichnet.
In der HIT-Solarzelle hat die amorphe Siliciumschicht, wie die intrinsische amorphe Siliciumschicht 12 und die n-leitende amorphe Siliciumschicht 14, die auf der lichtaufnehmenden Oberfläche 102 des p-leitenden kristallinen Siliciumsubstrats 10 ausgebildet sind, die Nachteile einer schlechten Lichtabsorption und einer geringen Durchlässigkeit, was zur Reduzierung/n* der Anzahl der durch Licht erzeugten Ladungsträger führen, die durch Licht angeregt werden. Außerdem kann während des Herstellungsprozesses unter Anwendung der herkömmlichen Technologie der plasmagestützten chemischen Gasphasenabscheidung (PECVD), leicht eine durch Plasma verursachte Beschädigung auf dem Siliciumsubstrat bewirkt werden, was zu einem niedrigeren Kurzschlussstrom und einer geringeren Umwandlungseffizienz führt.
Wie in 4 dargestellt, umfasst eine andere herkömmliche Solarzelle eine p-leitende nanokristalline Siliciumschicht 40 mit einer lichtaufnehmenden Oberfläche 402 und einer Licht-Gegenoberfläche 401. Eine intrinsische nanokristalline Siliciumschicht 41a, eine n-leitende nanokristalline Siliciumschicht 41b, eine zweite transparente leitfähige Schicht 43 und eine Silberschicht 45 sind auf der Licht-Gegenoberfläche 401 der Reihe nach ausgebildet. Eine Reflektorzwischenschicht 42, eine n-leitende amorphe Siliciumschicht 44a, eine intrinsische amorphe Siliciumschicht 44b, eine p-leitende amorphe Siliciumschicht 44c, eine erste transparente leitfähige Schicht 46 und ein Glassubstrat 48 sind auf der lichtaufnehmenden Oberfläche 402 der Reihe nach ausgebildet.
Allerdings haben die n-leitende nanokristalline Siliciumschicht 41b und die Reflektorzwischenschicht 42 auch die Nachteile einer schlechten Lichtabsorption und einer geringen Durchlässigkeit. Genauer ist die Reflektorzwischenschicht bereitgestellt, um eine Stromanpassung zwischen der oberen Zelle (amorphe Siliciumschicht) und der unteren Zelle (nanokristalline Siliciumschicht) zu erzielen, damit das Licht zu der oberen Zelle reflektiert werden kann. Allerdings muss, zwecks elektrischer Vorteile, zur Verringerung des Serienwiderstands zwischen der oberen und der unteren Zelle die Reflektorzwischenschicht dicker sein, sodass die untere Zelle nur unzureichendes Licht erreicht, was zu einer Nichtanpassung des Stroms führt.
Wie in 6 gezeigt, ist eine andere Solarzelle dargestellt. Die Solarzelle umfasst das Substrat 60, eine metallische Rückkontaktschicht 61, einen p-leitenden Absorber 62, eine Pufferschicht 63, einen Dünnfilm 64, eine transparente leitfähige Schicht 65 und einen leitfähigen Anschluss 66. Es sind weiterhin die gleichen Nachteile einer schlechten Lichtabsorption und einer geringen Durchlässigkeit vorhanden.
Daher besteht ein dringender Bedarf an der Lösung der Probleme des Standes der Technik.
KURZDARSTELLUNG
Die vorliegende Offenbarung stellt eine Heteroübergang mit intrinsischer Dünnschicht(HIT)-Solarzelle bereit, die Folgendes umfasst: ein p-leitendes kristallines Siliciumsubstrat mit einer lichtaufnehmenden Oberfläche; eine erste intrinsische amorphe Siliciumdünnfilmschicht, die auf der lichtaufnehmenden Oberfläche des p-leitenden kristallinen Siliciumsubstrats ausgebildet ist, eine n-leitende amorphe Oxidschicht, die auf der ersten intrinsischen amorphen Siliciumdünnfilmschicht ausgebildet ist; und eine erste transparente leitfähige Schicht, die auf der n-leitenden amorphen Oxidschicht ausgebildet ist.
Die vorliegende Offenbarung stellt eine andere HIT-Solarzelle bereit, die Folgendes umfasst: ein p-leitendes kristallines Siliciumsubstrat mit einer lichtaufnehmenden Oberfläche; eine n-leitende amorphe Oxidschicht, die auf der lichtaufnehmenden Oberfläche des p-leitenden kristallinen Siliciumsubstrats ausgebildet ist; und eine erste transparente leitfähige Schicht, die auf der n-leitenden amorphen Oxidschicht ausgebildet ist.
Die vorliegende Offenbarung stellt noch eine andere HIT-Solarzelle bereit, die Folgendes umfasst: eine p-leitende nanokristalline Siliciumschicht mit einer lichtaufnehmenden Oberfläche und einer gegenüberliegenden Licht-Gegenoberfläche; eine erste Silbernanodrahtschicht, die auf der lichtaufnehmenden Oberfläche der p-leitenden nanokristallinen Siliciumschicht ausgebildet ist; eine erste n-leitende amorphe Oxidschicht, die auf der ersten Silbernanodrahtschicht ausgebildet ist; eine intrinsische nanokristalline Siliciumdünnfilmschicht, die auf der Licht-Gegenoberfläche der p-leitenden nanokristallinen Siliciumschicht ausgebildet ist; eine zweite n-leitende amorphe Oxidschicht, die auf der intrinsischen nanokristallinen Siliciumdünnfilmschicht ausgebildet ist; und eine zweite Silbernanodrahtschicht, die auf der zweiten n-leitenden amorphen Oxidschicht ausgebildet ist.
Die vorliegende Offenbarung stellt ferner eine Solarzelle bereit, die Folgendes umfasst: eine n-leitende amorphe Oxidschicht mit einer lichtaufnehmenden Oberfläche; und eine Silbernanodrahtschicht, die auf der lichtaufnehmenden Oberfläche der n-leitenden amorphen Oxidschicht ausgebildet ist.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Die vorliegende Offenbarung wird durch Lesen der folgenden ausführlichen Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen mit Bezug auf die beiliegenden Zeichnungen verständlicher. Es zeigen:
1 eine Querschnittsansicht einer herkömmlichen HIT-Solarzelle;
2 eine Querschnittsansicht einer HIT-Solarzelle gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung;
3 Querschnittsansichten von zwei Typen der HIT-Solarzellen gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung;
4 eine Querschnittsansicht einer anderen herkömmlichen HIT-Solarzelle;
5 eine Querschnittsansicht der Solarzelle gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung;
6 eine Querschnittsansicht noch einer anderen herkömmlichen HIT-Solarzelle; und
7 eine Querschnittsansicht der HIT-Solarzelle gemäß einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
In der folgenden ausführlichen Beschreibung werden zu Zwecken der Erläuterung zahlreiche spezifische Details dargelegt, um ein gründliches Verständnis der offenbarten Ausführungsformen zu verschaffen. Es sei jedoch klargestellt, dass eine oder mehrere Ausführungsformen ohne diese spezifischen Details ausgeführt werden können. In anderen Fällen sind gut bekannte Strukturen und Vorrichtungen schematisch dargestellt, um die Zeichnung zu vereinfachen.
ERSTE AUSFÜHRUNGSFORM
Mit Bezug auf 2 ist eine Querschnittsansicht einer HIT-Solarzelle 2 gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung dargestellt. Die HIT-Solarzelle 2 umfasst ein p-leitendes kristallines Siliciumsubstrat 20, eine erste intrinsische amorphe Siliciumdünnfilmschicht 22, eine n-leitende amorphe Oxidschicht 24 und eine erste transparente leitfähige Schicht 26.
Das p-leitende kristalline Substrat 20 weist eine lichtaufnehmende Oberfläche 202 auf, und eine erste intrinsische amorphe Siliciumdünnfilmschicht 22 ist auf der lichtaufnehmenden Oberfläche 202 ausgebildet.
Die n-leitende amorphe Oxidschicht 24 ist auf der ersten intrinsischen amorphen Siliciumdünnfilmschicht 22 ausgebildet und die erste transparente leitfähige Schicht 26 ist auf der n-leitenden Oxidschicht 24 ausgebildet.
In einer Ausführungsform sind leitfähige Anschlüsse 28 auf der ersten transparenten leitfähigen Schicht 26 ausgebildet, um einen Abschnitt der ersten transparenten leitfähigen Schicht 26 freizulegen, um einen lichtaufnehmenden Bereich zu bilden, durch welchen Licht verlaufen kann.
Die erste intrinsische amorphe Siliciumdünnfilmschicht 22 kann durch Zuführen von Wasserstoff gebildet werden, um die Oberflächenpassivierung zu erhöhen. Die leitfähigen Anschlüsse 28 können aus Silber oder anderen Materialien hergestellt sein.
Die n-leitende amorphe Oxidschicht 24 kann mittels eines Glühverfahrens zur Verbesserung ihrer strukturellen Eigenschaften prozessiert werden. Die n-leitende amorphe Oxidschicht 24 kann mittels eines Glühverfahrens zur Verbesserung ihrer strukturellen Eigenschaften prozessiert werden. Die n-leitende amorphe Oxidschicht 24 kann je nach den praktischen Anforderungen durch das Glühverfahren bei 100°C bis 1000°C gebildet werden. In einer Ausführungsform wird das Glühverfahren bei 100°C bis 600°C ausgeführt. Bei unterschiedlichen Anforderungen kann die n-leitende amorphe Oxidschicht 24 aus Indium, Gallium, Zink und/oder Sauerstoff hergestellt sein. Zum Beispiel ist die n-leitende amorphe Oxidschicht 24 a-IGZO. Das Verhältnis der Elemente kann je nach den praktischen Anforderungen geändert werden. Wenn beispielsweise die Zusammensetzung von IGZO als In₁Ga_XZn_YO_Z formuliert ist, wobei 0 ≦ X ≦ 1, 0 ≦ Y ≦ 5 und 1 ≦ Z ≦ 10 ist, kann die Dicke der n-leitenden amorphen Oxidschicht 24 im Wesentlichen 1 bis 300 nm betragen und die Energielücke kann zwischen 3,0 eV bis 4,0 eV liegen. Die n-leitende amorphe Oxidschicht 24, die durch a-IGZO gebildet ist, kann durch nicht integrierte a Abschnitte ausgebildet sein, die in kubischer Anordnung angeordnet sind, um die Durchlässigkeit zu erhöhen.
Die erste transparente leitfähige Schicht 26 kann aus Siliciumnitrid, Siliciumdioxid, Indiumzinnoxid oder Zinkoxid hergestellt sein.
In der HIT-Solarzelle 2 der ersten Ausführungsform ist eine Licht-Gegenoberfläche 201 gegenüberliegend der lichtaufnehmenden Oberfläche 202 vorgesehen. Die HIT-Solarzelle 2 umfasst ferner eine zweite intrinsische amorphe Siliciumschicht 21, eine p-leitende amorphe Siliciumschicht 23, eine zweite transparente leitfähige Schicht 25 und eine Elektrodenschicht 27.
Die zweite intrinsische amorphe Siliciumschicht 21 ist auf der Licht-Gegenoberfläche 201 ausgebildet. Die p-leitende amorphe Siliciumschicht 23 ist auf der zweiten intrinsischen Siliciumdünnfilmschicht 21 ausgebildet. Die zweite transparente leitfähige Schicht 25 ist auf der p-leitenden amorphen Siliciumschicht 21 ausgebildet. Die Elektrodenschicht 27 ist auf der zweiten transparenten leitfähigen Schicht 25 ausgebildet.
Die zweite intrinsische amorphe Siliciumschicht 21 und die p-leitende amorphe Siliciumschicht 23 können durch Zuführen von Wasserstoff gebildet werden. Die zweite transparente leitfähige Schicht 25 kann aus Siliciumnitrid, Siliciumdioxid, Indiumzinnoxid oder Zinkoxid hergestellt sein. Die Elektrodenschicht 27 kann aus Silber hergestellt sein. Die HIT-Solarzelle der ersten Ausführungsform kann derart konzipiert sein, dass sie eine einzige lichtaufnehmende Oberfläche aufweist, oder kann derart eingestellt sein, dass sie zwei lichtaufnehmende Oberflächen aufweist.
ZWEITE AUSFÜHRUNGSFORM
Mit Bezug auf 3 ist eine HIT-Solarzelle 3 einer zweiten Ausführungsform dargestellt. Die HIT-Solarzelle 3 umfasst ein p-leitendes kristallines Siliciumsubstrat 30, eine n-leitende amorphe Oxidschicht 34 und eine erste transparente leitfähige Schicht 36.
Das p-leitende kristalline Siliciumsubstrat 30 weist eine lichtaufnehmende Oberfläche 302 auf, und die n-leitende amorphe Oxidschicht 34 ist auf der lichtaufnehmenden Oberfläche 302 ausgebildet. Eine erste transparente leitfähige Schicht 36 ist auf der n-leitenden amorphen Oxidschicht 34 ausgebildet.
In einer Ausführungsform weist die HIT-Solarzelle 3 ferner leitfähige Anschlüsse 38 auf, die auf der ersten transparenten leitfähigen Schicht 36 ausgebildet sind, um einen Abschnitt der ersten transparenten leitfähigen Schicht 36 freizulegen, um einen lichtaufnehmenden Bereich zu bilden, durch welchen Licht verlaufen kann. Die leitfähigen Anschlüsse 38 können aus Silber oder anderen Materialien hergestellt sein.
Ähnlich der ersten Ausführungsform kann die n-leitende amorphe Oxidschicht 34 mittels eines Glühverfahrens zur Verbesserung ihrer strukturellen Eigenschaften prozessiert werden. Die n-leitende amorphe Oxidschicht 34 kann durch das Glühverfahren je nach den praktischen Anforderungen bei 100°C bis 1000°C gebildet werden. In einer Ausführungsform wird das Glühverfahren bei 100°C bis 600°C ausgeführt. Bei unterschiedlichen Anforderungen kann die n-leitende amorphe Oxidschicht 34 aus Indium, Gallium, Zink und/oder Sauerstoff hergestellt sein. Zum Beispiel ist die n-leitende amorphe Oxidschicht 34 a-IGZO. Das Verhältnis der Elemente kann je nach den praktischen Anforderungen geändert werden. Wenn beispielsweise die Zusammensetzung von IGZO als In₁Ga_XZn_YO_Z formuliert ist, wobei 0 ≦ X ≦ 1 und 0 ≦ Y ≦ 5 und 1 ≦ Z ≦ 10 ist, kann die Dicke der n-leitenden amorphen Oxidschicht 34 im Wesentlichen 1 bis 300 nm betragen und die Energielücke kann zwischen 3,0 eV bis 4,0 eV liegen. Die n-leitende amorphe Oxidschicht 34, die durch a-IGZO gebildet ist, kann durch nicht integrierte a Abschnitte ausgebildet sein, die in kubischer Anordnung angeordnet sind, um die Durchlässigkeit zu erhöhen. Die erste transparente leitfähige Schicht 36 kann aus Siliciumnitrid, Siliciumdioxid, Indiumzinnoxid oder Zinkoxid hergestellt sein.
Im Vergleich zu der ersten Ausführungsform weist die HIT-Solarzelle 3 die erste intrinsische amorphe Siliciumdünnfilmschicht 22 nicht auf.
Die HIT-Solarzelle 3 kann ferner die Licht-Gegenoberfläche 301 gegenüberliegend der lichtaufnehmenden Oberfläche 302 aufweisen, die auf der anderen Seite des p-leitenden kristallinen Siliciumsubstrats 30 ausgebildet ist. Die HIT-Solarzelle 3 umfasst ferner eine zweite intrinsische amorphe Siliciumschicht 31, eine p-leitende amorphe Siliciumschicht 33, eine zweite transparente leitfähige Schicht 35 und eine Elektrodenschicht 37. Die erste intrinsische amorphe Siliciumdünnfilmschicht 31 ist auf der lichtabweisenden Oberfläche 301 ausgebildet. Die p-leitende amorphe Siliciumschicht 33 ist auf der ersten intrinsischen Siliciumfilmschicht 31 ausgebildet. Die zweite transparente leitfähige Schicht 35 ist auf der p-leitenden amorphen Siliciumschicht 33 ausgebildet. Die Elektrodenschicht 37 ist auf der transparenten leitfähigen Schicht 35 ausgebildet. Die HIT-Solarzelle 3 der zweiten Ausführungsform kann auch mit zwei lichtaufnehmenden Oberflächen ausgestaltet sein.
Die erste intrinsische amorphe Siliciumdünnfilmschicht 31 und die p-leitende amorphe Siliciumschicht 33 können durch Zuführen von Wasserstoff gebildet werden. Die zweite transparente leitfähige Schicht 35 kann aus Siliciumnitrid, Siliciumdioxid, Indiumzinnoxid oder Zinkoxid hergestellt sein. Die Elektrodenschicht 37 kann aus Silber hergestellt sein.
In der zweiten Ausführungsform kann die n-leitende amorphe Oxidschicht 34 der HIT-Solarzelle 3 weiter in eine n^–-leitende amorphe Oxidschicht 34a und eine n⁺-leitende amorphe Oxidschicht 34b aufgeteilt sein. Die n^–-leitende amorphe Oxidschicht 34a ist auf der lichtaufnehmenden Oberfläche 302 des p-leitenden kristallinen Siliciumsubstrats 30 ausgebildet. Die n⁺-leitende amorphe Oxidschicht 34b ist auf der n^–-leitenden amorphen Oxidschicht 34a ausgebildet. Die erste transparente leitfähige Schicht 36 ist auf der n⁺-leitenden amorphen Oxidschicht 34b ausgebildet. Die Zusammensetzung der n^–-leitenden amorphen Oxidschicht 34a ist als In₁Ga_XZn_YO_Z formuliert, wobei 0 ≦ X ≦ 1 und 0 ≦ Y ≦ 5 und 1 ≦ Z ≦ 10 ist. Die Dicke der n-leitenden amorphen Oxidschicht 24 kann im Wesentlichen 1 bis 300 nm betragen und die Energielücke kann zwischen 3,0 eV bis 4,0 eV liegen. Die Trägerkonzentration der n^–-leitenden amorphen Oxidschicht 34a kann kleiner als oder gleich 10¹⁷ cm^–3 sein. Die Trägerkonzentration der n⁺-leitenden amorphen Oxidschicht 34b kann größer als oder gleich 10²⁰ cm^–3 sein. Die n^–-leitende amorphe Oxidschicht 34a kann weniger konzentriert als die n⁺-leitende amorphe Oxidschicht 34b sein.
Um unterschiedliche praktische Anforderungen zu erzielen, ist die n^–-leitende amorphe Oxidschicht 34a dünner die n⁺-leitende amorphe Oxidschicht 34b. Mit anderen Worten stellt die n^–-leitende amorphe Oxidschicht 34a die Funktion der ersten intrinsischen amorphen Siliciumdünnfilmschicht 22 der ersten Ausführungsform bereit.
DRITTE AUSFÜHRUNGSFORM
Mit Bezug auf 5 ist eine Solarzelle 5 einer dritten Ausführungsform dargestellt. Die Solarzelle 5 umfasst eine p-leitende nanokristalline Siliciumschicht 50, eine erste Silbernanodrahtschicht 52, eine erste n-leitende amorphe Oxidschicht 54a, eine intrinsische nanokristalline Siliciumdünnfilmschicht 51, eine zweite n-leitende amorphe Oxidschicht 53 und eine zweite Silbernanodrahtschicht 55.
Die p-leitende nanokristalline Siliciumschicht 50 weist eine lichtaufnehmende Oberfläche 502 und eine der lichtaufnehmenden Oberfläche gegenüberliegende Licht-Gegenoberfläche 501 auf. Die erste Silbernanodrahtschicht 52 ist auf der lichtaufnehmenden Oberfläche 502 der p-leitenden nanokristallinen Siliciumschicht 50 ausgebildet. Die erste n-leitende amorphe Oxidschicht 54a ist auf der Silbernanodrahtschicht 52 ausgebildet.
Die intrinsische nanokristalline Siliciumdünnfilmschicht 51 ist auf der Licht-Gegenoberfläche 501 der p-leitenden nanokristallinen Siliciumschicht 50 ausgebildet. Die zweite n-leitende amorphe Oxidschicht 53 ist auf der intrinsischen nanokristallinen Siliciumdünnfilmschicht 51 ausgebildet. Die zweite Silbernanodrahtschicht 55 ist auf der zweiten n-leitenden amorphen Oxidschicht 53 ausgebildet.
In der Solarzelle 5 der dritten Ausführungsform wird die erste n-leitende amorphe Oxidschicht 54a als ein Träger mit einer intrinsischen amorphen Siliciumschicht 54b verwendet, die darauf ausgebildet ist. Die p-leitende amorphe Siliciumschicht 54c ist auf der intrinsischen amorphen Siliciumschicht 54b ausgebildet. Eine transparente leitfähige Schicht 56 ist auf der p-leitenden amorphen Siliciumschicht 54c ausgebildet. Ein Glassubstrat 58 ist auf der transparenten leitfähigen Schicht 56 ausgebildet.
Zur Verbesserung der Mobilität der Halbleiterelemente können alle Arten von amorphen oder nanokristallinen Siliciummaterialien durch Zuführen von Wasserstoff gebildet werden. Die erste und die zweite n-leitende amorphe Oxidschicht 54a und 53 können durch ein Glühverfahren gebildet werden, um strukturelle Eigenschaften zu verbessern. Die erste und die zweite n-leitende amorphe Oxidschicht 54a und 53 können je nach den praktischen Anforderungen durch das Glühverfahren bei 100°C bis 1000°C gebildet werden. In einer Ausführungsform wird das Glühverfahren bei 100°C bis 600°C ausgeführt. Bei unterschiedlichen Anforderungen können die erste und die zweite n-leitende amorphe Oxidschicht 54a und 53 aus Indium, Gallium, Zink und/oder Sauerstoff hergestellt sein, wie oben in der ersten Ausführungsform beschrieben. Die Art und Weise der Herstellung der ersten und der zweiten Silbernanodrahtschicht 52 und 55 ist der taiwanesischen Patentschrift Nr. I402992 zu entnehmen. Die transparente leitfähige Schicht 56 kann aus Siliciumnitrid, Siliciumdioxid, Indiumzinnoxid oder Zinkoxid hergestellt sein. Ungeachtet ihrer Durchlässigkeit, Leitfähigkeit und ihres Reflexionsvermögens haben die erste und die zweite n-leitende amorphe Oxidschicht 54a und 53 und die erste und die zweite Silbernanodrahtschicht 52 und 55 im Vergleich zum Stand der Technik verbesserte Eigenschaften gezeigt. Daher hat die vorliegende Offenbarung im Hinblick auf die Umwandlungseffizienz von Licht in Elektrizität große Wettbewerbsvorteile zu bieten und ist kostengünstiger.
VIERTE AUSFÜHRUNGSFORM
Mit Bezug auf 7 ist eine Solarzelle 7 einer vierten Ausführungsform dargestellt. Die Solarzelle 7 umfasst eine n-leitende amorphe Oxidschicht 73 und eine Silbernanodrahtschicht 74.
Die n-leitende amorphe Oxidschicht 73 weist eine lichtaufnehmende Oberfläche 702 auf, und die Silbernanodrahtschicht 74 ist auf der lichtaufnehmenden Oberfläche 702 ausgebildet.
In einer Ausführungsform weist die Solarzelle 7 ferner leitfähige Anschlüsse 76 auf, die auf der Silbernanodrahtschicht 74 ausgebildet sind, um einen Abschnitt der Silbernanodrahtschicht 74 freizulegen, um einen lichtaufnehmenden Bereich zu bilden, durch welchen Licht verlaufen kann.
In der Solarzelle 7 gemäß der vorliegenden Offenbarung weist die n-leitende amorphe Oxidschicht 73 eine Licht-Gegenoberfläche 701 gegenüberliegend der lichtaufnehmenden Oberfläche 702 auf. Die Solarzelle 7 umfasst ferner eine p-leitende Absorptionsschicht 72, eine metallische Rückkontaktschicht 71 und ein Substrat 70. Die n-leitende amorphe Oxidschicht 73 ist auf der p-leitenden amorphen Oxidschicht 72 derart ausgebildet, dass die Licht-Gegenoberfläche 701 der n-leitenden amorphen Oxidschicht 73 mit der p-leitenden Absorptionsschicht 72 in Kontakt steht. Die p-leitende Absorptionsschicht 72 ist auf der metallischen Rückkontaktschicht 71 ausgebildet und die metallische Rückkontaktschicht 71 ist auf dem Substrat 70 ausgebildet.
In der vierten Ausführungsform ist die n-leitende amorphe Oxidschicht 73 aus Indium, Gallium und/oder Zinkoxid hergestellt. Die leitfähigen Anschlüsse 76 sind aus Nickel oder Aluminium hergestellt. Die p-leitende Absorptionsschicht 72 ist aus Kupfer, Indium, Gallium oder Selen hergestellt. Die Art und Weise der Bildung der Silbernanodrahtschicht 74 kann der taiwanesischen Patentschrift Nr. I402992 entnommen werden.
Die n-leitenden amorphen Oxidschichten 24, 34, 54a und 73 und die zweite n-leitende amorphe Oxidschicht 53 können durch Sputtern gebildet werden. Im Vergleich zu der herkömmlichen Plasmatechnologie sind die in der vorliegenden Offenbarung offenbarten Kosten geringer, sodass eine höhere Kosteneffektivität erzielt wird. Da die herkömmliche Plasmatechnologie hierin nicht angewendet wird, kann das Problem von durch Plasma verursachten Schäden beseitigt werden.
Bezüglich der Umwandlungseffizienz von Licht in Elektrizität werden die folgenden Tabellen bereitgestellt, um die experimentellen Ergebnisse der vorliegenden Offenbarung zu erläutern. Wie den Tabellen zu entnehmen ist, und ungeachtet der ersten oder zweiten Ausführungsform, stellt die vorliegende Offenbarung sogar für das n-leitende amorphe Oxid, das dünner als bei der herkömmlichen Technologie ist, infolge eines hohen Kurzschlussstroms und Leerlaufspannung eine bessere Umwandlungseffizienz bereit. Genauer zeigen in dem Experiment, in dem die n-leitende amorphe Oxidschicht von 10 nm verwendet wird, die erste und die zweite Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung im Vergleich zu der herkömmlichen Technologie ein besseres Ergebnis. Selbst im Vergleich der dünneren n-leitenden amorphen Oxidschicht von 5 nm der vorliegenden Offenbarung zu der n-leitenden amorphen Siliciumschicht von 10 nm der herkömmlichen Technologie ist das Ergebnis besser. Wie in Tabelle 4 dargestellt, ist in dem zweiten Beispiel der zweiten Ausführungsform, die von der vorliegenden Offenbarung offenbart wird (d. h. die n^–-leitende amorphe Oxidschicht und die n⁺-leitende amorphe Oxidschicht) die Kurzschlussstromdichte geringer als in dem ersten Beispiel der zweiten Ausführungsform (ohne Aufteilung in die n^–-leitende amorphe Oxidschicht und die n⁺-leitende amorphe Oxidschicht) und die Leerlaufspannung ist verbessert, sodass die Umwandlungseffizienz weiter verbessert wird.
Im Vergleich zu der vorherigen Technologie weist die n-leitende amorphe Oxidschicht eine bessere Durchlässigkeit und eine deutliche Verbesserung der Leerlaufspannung und der Kurzschlussstromdichte auf, sodass eine höhere Umwandlungseffizienz von Licht in Elektrizität resultiert. Darüber hinaus kann Wasserstoff in dem Herstellungsverfahren zugeführt werden und selektiv ein Sputter- und ein Glühverfahren angewendet werden, um die durch Plasma verursachten Schäden zu verringern, sodass die strukturellen Eigenschaften weiter verbessert werden können.
Für den Fachmann ist es ersichtlich, dass verschiedene Modifikationen und Variationen an den offenbarten Ausführungsformen vorgenommen werden können. Die Beschreibung und die Beispiele sind rein beispielhaft zu betrachten, wobei ein wahrer Schutzbereich der Offenbarung durch die folgenden Ansprüche und ihre Äquivalente angegeben wird.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

TW 102140641 [0001]
TW 402992 [0045, 0050]

Claims

Heteroübergang mit intrinsischer Dünnschicht(HIT)-Solarzelle, umfassend: ein p-leitendes kristallines Siliciumsubstrat mit einer lichtaufnehmenden Oberfläche; eine erste intrinsische amorphe Siliciumdünnfilmschicht, die auf der lichtaufnehmenden Oberfläche des p-leitenden kristallinen Siliciumsubstrats ausgebildet ist; eine n-leitende amorphe Oxidschicht, die auf der ersten intrinsischen amorphen Siliciumdünnfilmschicht ausgebildet ist; und eine erste transparente leitfähige Schicht, die auf der n-leitenden amorphen Oxidschicht ausgebildet ist.
HIT-Solarzelle nach Anspruch 1, ferner umfassend leitfähige Anschlüsse, die auf der ersten transparenten leitfähigen Schicht ausgebildet sind, um einen Abschnitt der ersten transparenten leitfähigen Schicht freizulegen, um einen lichtaufnehmenden Bereich zu bilden.
HIT-Solarzelle nach Anspruch 1, wobei die erste intrinsische amorphe Siliciumdünnfilmschicht durch Zuführen von Wasserstoff gebildet wird und die n-leitende amorphe Oxidschicht durch ein Glühverfahren gebildet wird.
HIT-Solarzelle nach Anspruch 3, wobei die n-leitende amorphe Oxidschicht durch das Glühverfahren bei 100°C bis 1000°C gebildet wird.
HIT-Solarzelle nach Anspruch 1, wobei die n-leitende amorphe Oxidschicht aus Indium, Gallium, Zink oder Sauerstoff hergestellt ist.
HIT-Solarzelle nach Anspruch 1, wobei die erste transparente leitfähige Schicht aus Siliciumnitrid, Siliciumdioxid, Indiumzinnoxid oder Zinkoxid hergestellt ist.
HIT-Solarzelle nach Anspruch 1, wobei die leitfähigen Anschlüsse aus Silber hergestellt sind.
HIT-Solarzelle nach Anspruch 1, wobei das p-leitende kristalline Siliciumsubstrat eine Licht-Gegenoberfläche gegenüber der lichtaufnehmenden Oberfläche aufweist und die HIT-Solarzelle ferner Folgendes umfasst: eine zweite intrinsische amorphe Siliciumdünnfilmschicht, die auf der Licht-Gegenoberfläche des Substrats ausgebildet ist; eine p-leitende amorphe Siliciumschicht, die auf der zweiten intrinsischen amorphen Siliciumdünnfilmschicht ausgebildet ist; eine zweite leitfähige Schicht, die auf der p-leitenden amorphen Siliciumschicht ausgebildet ist; eine zweite leitfähige Schicht, die auf der p-leitenden amorphen Siliciumschicht ausgebildet ist; und eine Elektrodenschicht, die auf der zweiten leitfähigen Schicht ausgebildet ist.
HIT-Solarzelle nach Anspruch 8, wobei die zweite intrinsische amorphe Siliciumdünnfilmschicht durch Zuführen von Wasserstoff gebildet wird und die n-leitende amorphe Oxidschicht durch ein Glühverfahren gebildet wird.
HIT-Solarzelle nach Anspruch 1, wobei die zweite transparente leitfähige Schicht aus Siliciumnitrid, Siliciumdioxid, Indiumzinnoxid oder Zinkoxid hergestellt ist und die Elektrodenschicht aus Silbermaterial hergestellt ist.
HIT-Solarzelle, umfassend: ein p-leitendes kristallines Siliciumsubstrat mit einer lichtaufnehmenden Oberfläche; eine n-leitende amorphe Oxidschicht, die auf der lichtaufnehmenden Oberfläche des p-leitenden kristallinen Siliciumsubstrats ausgebildet ist; und eine erste transparente leitfähige Schicht, die auf der n-leitenden amorphen Oxidschicht ausgebildet ist.
HIT-Solarzelle nach Anspruch 11, ferner umfassend leitfähige Anschlüsse, die auf der ersten transparenten leitfähigen Schicht ausgebildet sind, um einen Abschnitt der ersten transparenten leitfähigen Schicht freizulegen, um einen lichtaufnehmenden Bereich zu bilden.
HIT-Solarzelle nach Anspruch 11, wobei die n-leitende amorphe Oxidschicht durch ein Glühverfahren gebildet wird.
HIT-Solarzelle nach Anspruch 13, wobei die n-leitende amorphe Oxidschicht durch das Glühverfahren bei 100°C bis 1000°C gebildet wird.
HIT-Solarzelle nach Anspruch 11, wobei die n-leitende amorphe Oxidschicht aus Indium, Gallium, Zink oder Sauerstoff hergestellt ist.
HIT-Solarzelle nach Anspruch 11, wobei die erste transparente leitfähige Schicht aus Siliciumnitrid, Siliciumdioxid, Indiumzinnoxid oder Zinkoxid hergestellt ist.
HIT-Solarzelle nach Anspruch 11, wobei die leitfähigen Klemmen aus Silber hergestellt sind.
HIT-Solarzelle nach Anspruch 11, wobei die n-leitende amorphe Oxidschicht Folgendes umfasst: eine n^–-leitende amorphe Oxidschicht, die auf der lichtaufnehmenden Oberfläche des p-leitenden kristallinen Siliciumsubstrats ausgebildet ist; und eine n⁺-leitende amorphe Oxidschicht, die auf der n-leitenden amorphen Oxidschicht ausgebildet ist, wobei die erste transparente leitfähige Schicht auf der n⁺-leitenden amorphen Oxidschicht ausgebildet ist.
HIT-Solarzelle nach Anspruch 18, wobei die n^–-leitende amorphe Oxidschicht dünner als die n⁺-leitende amorphe Oxidschicht ist und die n^–-leitende amorphe Oxidschicht weniger konzentriert als die n⁺-leitende amorphe Oxidschicht ist.
HIT-Solarzelle nach Anspruch 11, wobei das p-leitende kristalline Siliciumsubstrat ferner eine Licht-Gegenoberfläche gegenüber der lichtaufnehmenden Oberfläche umfasst und die HIT-Solarzelle ferner Folgendes umfasst: eine erste intrinsische amorphe Siliciumdünnfilmschicht, die auf der Licht-Gegenoberfläche des Substrats ausgebildet ist; eine p-leitende amorphe Siliciumschicht, die auf der ersten intrinsischen amorphen Siliciumdünnfilmschicht ausgebildet ist; eine zweite transparente leitfähige Schicht, die auf der p-leitenden amorphen Siliciumschicht ausgebildet ist; und eine Elektrodenschicht, die auf der zweiten transparenten leitfähigen Schicht ausgebildet ist.
HIT-Solarzelle nach Anspruch 20, wobei die erste intrinsische amorphe Siliciumdünnfilmschicht durch Zuführen von Wasserstoff gebildet wird und die n-leitende amorphe Oxidschicht durch Zuführen von Wasserstoff gebildet wird.
HIT-Solarzelle nach Anspruch 20, wobei die zweite transparente leitfähige Schicht aus Siliciumnitrid, Siliciumdioxid, Indiumzinnoxid oder Zinkoxid hergestellt ist und die Elektrodenschicht aus Silber hergestellt ist.
Solarzelle, umfassend: eine p-leitende nanokristalline Siliciumschicht mit einer lichtaufnehmenden Oberfläche und einer gegenüberliegenden Licht-Gegenoberfläche; eine erste Silbernanodrahtschicht, die auf der lichtaufnehmenden Oberfläche der p-leitenden nanokristallinen Siliciumschicht ausgebildet ist; eine erste n-leitende amorphe Oxidschicht, die auf der ersten Silbernanodrahtschicht ausgebildet ist; eine intrinsische nanokristalline Siliciumdünnfilmschicht, die auf der Licht-Gegenoberfläche der p-leitenden nanokristallinen Siliciumschicht ausgebildet ist; eine zweite n-leitende amorphe Oxidschicht, die auf der intrinsischen nanokristallinen Siliciumdünnfilmschicht ausgebildet ist; und eine zweite Silbernanodrahtschicht, die auf der zweiten n-leitenden amorphen Oxidschicht ausgebildet ist.
Solarzelle nach Anspruch 23, ferner umfassend: eine intrinsische amorphe Siliciumdünnfilmschicht, die auf der ersten n-leitenden amorphen Oxidschicht ausgebildet ist; eine p-leitende amorphe Siliciumschicht, die auf der intrinsischen amorphen Siliciumdünnfilmschicht ausgebildet ist; eine transparente leitfähige Schicht, die auf der p-leitenden amorphen Siliciumschicht ausgebildet ist; und ein Glassubstrat, das auf der transparenten leitfähigen Schicht ausgebildet ist.
Solarzelle nach Anspruch 23, wobei die erste intrinsische nanokristalline Siliciumdünnfilmschicht und die p-leitende nanokristalline Siliciumschicht durch Zuführen von Wasserstoff gebildet werden und die erste und die zweite n-leitende amorphe Oxidschicht durch ein Glühverfahren gebildet werden.
Solarzelle nach Anspruch 25, wobei die erste und die zweite n-leitende amorphe Oxidschicht durch das Glühverfahren bei 100°C bis 1.000°C gebildet werden.
Solarzelle nach Anspruch 23, wobei die erste und die zweite n-leitende amorphe Oxidschicht aus Indium, Gallium, Zink oder Sauerstoff hergestellt sind.
HIT-Solarzelle nach Anspruch 1, wobei die transparente leitfähige Schicht aus Siliciumnitrid, Siliciumdioxid, Indiumzinnoxid oder Zinkoxid hergestellt ist.
Solarzelle nach Anspruch 24, wobei die intrinsische amorphe Siliciumdünnfilmschicht und die p-leitende amorphe Siliciumschicht durch Zuführen von Wasserstoff gebildet werden.
Solarzelle, umfassend: eine n-leitende amorphe Oxidschicht mit einer lichtaufnehmenden Oberfläche; und eine Silbernanodrahtschicht, die auf der lichtaufnehmenden Oberfläche der n-leitenden amorphen Oxidschicht ausgebildet ist.
Solarzelle nach Anspruch 30, ferner umfassend leitfähige Anschlüsse, die auf der Silbernanodrahtschicht ausgebildet sind, um einen Abschnitt der Silbernanodrahtschicht freizulegen, um einen lichtaufnehmenden Bereich zu bilden.
Solarzelle nach Anspruch 30, wobei die n-leitende amorphe Oxidschicht ferner eine Licht-Gegenoberfläche gegenüber der lichtaufnehmenden Oberfläche aufweist und die Solarzelle ferner Folgendes umfasst: ein Substrat; eine metallische Rückkontaktschicht, die auf dem Substrat ausgebildet ist; und eine p-leitende Absorptionsschicht, die auf der metallischen Rückkontaktschicht ausgebildet ist, wobei die n-leitende amorphe Oxidschicht auf der p-leitenden Absorptionsschicht derart gebildet wird, dass die Licht-Gegenoberfläche mit der p-leitenden Absorptionsschicht in Kontakt steht.
Solarzelle nach Anspruch 32, wobei die p-leitende Absorptionsschicht aus Kupfer, Indium, Gallium oder Selen hergestellt ist.
Solarzelle nach Anspruch 30, wobei die n-leitende amorphe Oxidschicht aus Indium, Gallium, Zink oder Sauerstoff hergestellt ist.
Solarzelle nach Anspruch 30, wobei die leitfähigen Anschlüsse aus Nickel oder Aluminium hergestellt sind.