DE102014202961A1 - Process for producing thin-film solar cells with a p-doped CdTe layer - Google Patents
Process for producing thin-film solar cells with a p-doped CdTe layer Download PDFInfo
- Publication number
- DE102014202961A1 DE102014202961A1 DE102014202961.9A DE102014202961A DE102014202961A1 DE 102014202961 A1 DE102014202961 A1 DE 102014202961A1 DE 102014202961 A DE102014202961 A DE 102014202961A DE 102014202961 A1 DE102014202961 A1 DE 102014202961A1
- Authority
- DE
- Germany
- Prior art keywords
- layer
- cdte
- cdte layer
- steps
- applying
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 57
- 230000008569 process Effects 0.000 title claims abstract description 17
- 229910004613 CdTe Inorganic materials 0.000 title claims abstract 16
- 239000010409 thin film Substances 0.000 title abstract description 3
- 229910052736 halogen Inorganic materials 0.000 claims abstract description 14
- 150000002367 halogens Chemical class 0.000 claims abstract description 14
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims description 39
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims description 14
- 229910052787 antimony Inorganic materials 0.000 claims description 11
- WATWJIUSRGPENY-UHFFFAOYSA-N antimony atom Chemical compound [Sb] WATWJIUSRGPENY-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 11
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 claims description 10
- 239000010949 copper Substances 0.000 claims description 7
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 claims description 6
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 6
- 238000004544 sputter deposition Methods 0.000 claims description 5
- ZOKXTWBITQBERF-UHFFFAOYSA-N Molybdenum Chemical compound [Mo] ZOKXTWBITQBERF-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 229910052750 molybdenum Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 239000011733 molybdenum Substances 0.000 claims description 4
- 229910052797 bismuth Inorganic materials 0.000 claims description 3
- JCXGWMGPZLAOME-UHFFFAOYSA-N bismuth atom Chemical compound [Bi] JCXGWMGPZLAOME-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- PWHULOQIROXLJO-UHFFFAOYSA-N Manganese Chemical compound [Mn] PWHULOQIROXLJO-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N Phosphorus Chemical compound [P] OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 229910052748 manganese Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 239000011572 manganese Substances 0.000 claims description 2
- 229910052698 phosphorus Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 239000011574 phosphorus Substances 0.000 claims description 2
- GNFTZDOKVXKIBK-UHFFFAOYSA-N 3-(2-methoxyethoxy)benzohydrazide Chemical compound COCCOC1=CC=CC(C(=O)NN)=C1 GNFTZDOKVXKIBK-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims 1
- 239000006193 liquid solution Substances 0.000 claims 1
- 230000004913 activation Effects 0.000 abstract description 5
- 230000007774 longterm Effects 0.000 abstract description 2
- YKYOUMDCQGMQQO-UHFFFAOYSA-L cadmium dichloride Chemical compound Cl[Cd]Cl YKYOUMDCQGMQQO-UHFFFAOYSA-L 0.000 abstract 2
- 239000010408 film Substances 0.000 abstract 1
- 239000011148 porous material Substances 0.000 abstract 1
- 238000000151 deposition Methods 0.000 description 23
- 229910052980 cadmium sulfide Inorganic materials 0.000 description 22
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 15
- 230000008021 deposition Effects 0.000 description 14
- 238000001994 activation Methods 0.000 description 10
- 239000002019 doping agent Substances 0.000 description 9
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 7
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 6
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 5
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 5
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 5
- NBIIXXVUZAFLBC-UHFFFAOYSA-N Phosphoric acid Chemical compound OP(O)(O)=O NBIIXXVUZAFLBC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 4
- OKKJLVBELUTLKV-UHFFFAOYSA-N Methanol Chemical compound OC OKKJLVBELUTLKV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 238000000137 annealing Methods 0.000 description 3
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 3
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 3
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 3
- 239000004020 conductor Substances 0.000 description 3
- 238000005530 etching Methods 0.000 description 3
- 238000001704 evaporation Methods 0.000 description 3
- 239000002904 solvent Substances 0.000 description 3
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Chemical compound O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- GRYLNZFGIOXLOG-UHFFFAOYSA-N Nitric acid Chemical compound O[N+]([O-])=O GRYLNZFGIOXLOG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910000147 aluminium phosphate Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000001311 chemical methods and process Methods 0.000 description 2
- 239000000460 chlorine Substances 0.000 description 2
- 239000000470 constituent Substances 0.000 description 2
- 238000004090 dissolution Methods 0.000 description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 2
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 2
- 229910017604 nitric acid Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000004528 spin coating Methods 0.000 description 2
- 230000007704 transition Effects 0.000 description 2
- 235000012431 wafers Nutrition 0.000 description 2
- MARUHZGHZWCEQU-UHFFFAOYSA-N 5-phenyl-2h-tetrazole Chemical compound C1=CC=CC=C1C1=NNN=N1 MARUHZGHZWCEQU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- ZAMOUSCENKQFHK-UHFFFAOYSA-N Chlorine atom Chemical compound [Cl] ZAMOUSCENKQFHK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000002411 adverse Effects 0.000 description 1
- 125000004429 atom Chemical group 0.000 description 1
- CJOBVZJTOIVNNF-UHFFFAOYSA-N cadmium sulfide Chemical compound [Cd]=S CJOBVZJTOIVNNF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 description 1
- 239000002800 charge carrier Substances 0.000 description 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 229910052801 chlorine Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000001805 chlorine compounds Chemical class 0.000 description 1
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 1
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 1
- 238000006731 degradation reaction Methods 0.000 description 1
- 238000005137 deposition process Methods 0.000 description 1
- 238000004070 electrodeposition Methods 0.000 description 1
- 229910052731 fluorine Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011737 fluorine Substances 0.000 description 1
- 125000001153 fluoro group Chemical group F* 0.000 description 1
- 239000011888 foil Substances 0.000 description 1
- 230000004927 fusion Effects 0.000 description 1
- 239000000383 hazardous chemical Substances 0.000 description 1
- 238000002161 passivation Methods 0.000 description 1
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 1
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 1
- 238000004088 simulation Methods 0.000 description 1
- 238000009987 spinning Methods 0.000 description 1
- 238000005507 spraying Methods 0.000 description 1
- 238000000859 sublimation Methods 0.000 description 1
- 230000008022 sublimation Effects 0.000 description 1
- XOLBLPGZBRYERU-UHFFFAOYSA-N tin dioxide Chemical compound O=[Sn]=O XOLBLPGZBRYERU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910001887 tin oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- QHGNHLZPVBIIPX-UHFFFAOYSA-N tin(ii) oxide Chemical class [Sn]=O QHGNHLZPVBIIPX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000007738 vacuum evaporation Methods 0.000 description 1
- 238000007704 wet chemistry method Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
- H01L31/18—Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment of these devices or of parts thereof
- H01L31/1828—Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment of these devices or of parts thereof the active layers comprising only AIIBVI compounds, e.g. CdS, ZnS, CdTe
- H01L31/1836—Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment of these devices or of parts thereof the active layers comprising only AIIBVI compounds, e.g. CdS, ZnS, CdTe comprising a growth substrate not being an AIIBVI compound
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
- H01L31/0248—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by their semiconductor bodies
- H01L31/0256—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by their semiconductor bodies characterised by the material
- H01L31/0264—Inorganic materials
- H01L31/0296—Inorganic materials including, apart from doping material or other impurities, only AIIBVI compounds, e.g. CdS, ZnS, HgCdTe
- H01L31/02963—Inorganic materials including, apart from doping material or other impurities, only AIIBVI compounds, e.g. CdS, ZnS, HgCdTe characterised by the doping material
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
- H01L31/04—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof adapted as photovoltaic [PV] conversion devices
- H01L31/042—PV modules or arrays of single PV cells
- H01L31/0445—PV modules or arrays of single PV cells including thin film solar cells, e.g. single thin film a-Si, CIS or CdTe solar cells
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
- H01L31/04—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof adapted as photovoltaic [PV] conversion devices
- H01L31/06—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof adapted as photovoltaic [PV] conversion devices characterised by at least one potential-jump barrier or surface barrier
- H01L31/072—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof adapted as photovoltaic [PV] conversion devices characterised by at least one potential-jump barrier or surface barrier the potential barriers being only of the PN heterojunction type
- H01L31/073—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof adapted as photovoltaic [PV] conversion devices characterised by at least one potential-jump barrier or surface barrier the potential barriers being only of the PN heterojunction type comprising only AIIBVI compound semiconductors, e.g. CdS/CdTe solar cells
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
- Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy
- Y02E10/543—Solar cells from Group II-VI materials
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
- Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
- Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product
Abstract
In der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zur Herstellung von Dünnschicht-CdTe-SolarzeÜllen vorgestellt, die eine von Nadelstichporen freie und einheitlich dotierte CdTe-Schicht mit verringerter Schichtstärke haben. Das erfindungsgemäße Verfahren verhindert auf wirksame Art und Weise Kurzschlüsse in den Solarzellen, verbessert deren Zuverlässigkeit und Langzeitstabilität und versieht die CdTe-Schicht mit einer einheitlichen Dotierung. Dies wird erreicht, indem eine Opferschicht zwischen einer ersten CdTe-Schicht von grobkörniger Struktur und einer zweiten CdTe-Schicht von feinkörniger Struktur aufgebracht wird, die gemeinsam die CdTe-Schicht der Solarzellen bilden. Außerdem besteht die Möglichkeit, den CdCl2-Aktivierungsschritt entbehrlich zu machen, falls die Opferschicht ein Halogen enthält.In the present invention, there is provided a process for producing thin film CdTe solar cells having a pin-pore free and uniformly doped CdTe layer of reduced film thickness. The inventive method effectively prevents short circuits in the solar cells, improves their reliability and long-term stability and provides the CdTe layer with a uniform doping. This is achieved by applying a sacrificial layer between a first coarse-grained CdTe layer and a second fine-grained CdTe layer, which together form the CdTe layer of the solar cells. It is also possible to dispense with the CdCl2 activation step if the sacrificial layer contains a halogen.
Description
Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren, CdTe-Solarzellen mit verbessertem Wirkungsgrad herzustellen.The present invention is a process for producing CdTe solar cells with improved efficiency.
Die Verbreitung von Dünnschichtsolarzellen lässt sich durch Steigerung des Wirkungsgrades bei der Lichtumwandlung weiter beschleunigen. Als besonders vielversprechend haben sich dabei auf CdTe basierende Solarzellen erwiesen.The spread of thin-film solar cells can be further accelerated by increasing the efficiency of light conversion. CdTe-based solar cells have proven particularly promising.
Die CdTe-Solarzelle weist nach dem Stand der Technik folgenden Aufbau auf: Auf einem Glassubstrat wird eine lichtdurchlässige (oxidhaltige) Leiterschicht (TCO, transparent conductive Oxide) als Frontkontakt angeordnet. Die TCO-Schicht kann eine hochwiderstandsfähige Pufferschicht beinhalten, die dazu beiträgt, den Shunting-Effekt (d h. das Auftreten von Nebenschlüssen) in den Solarzellen zu minimieren. Darüber wird eine Cadmiumsulfidschicht (CdS) und auf dieser eine Schicht aus Cadmiumtelluridschicht (CdTe) aufgetragen. Abschließend wird eine Metallschicht zur Sammlung der Ladungsträger aufgebracht. Dieses Verfahren ist als Superstratkonfiguration bekannt.The CdTe solar cell according to the prior art has the following structure: On a glass substrate, a transparent (oxide-containing) conductor layer (TCO, transparent conductive oxides) is arranged as a front contact. The TCO layer may include a high-resistance buffer layer that helps to minimize the shunting effect (i.e., the occurrence of shunts) in the solar cells. A cadmium sulphide layer (CdS) is applied over this layer and a layer of cadmium telluride layer (CdTe) is applied thereon. Finally, a metal layer is applied to collect the charge carriers. This method is known as superstrate configuration.
Bei der Herstellung der Solarzellen wird von dem Substrat (bevorzugt Glas) ausgegangen, auf welchem die folgenden Schichten nacheinander abgeschieden werden.The production of the solar cells is based on the substrate (preferably glass) on which the following layers are deposited successively.
Bei der Herstellung von CdTe-Solarzellen bewegt sich die Dicke der CdS-Schicht normalerweise im Bereich von 4 bis 5 μm. Theoretische Simulationen der CdTe-Solarzellen haben jedoch gezeigt, dass Solarzellen mit einer 1 μm dicken CdTe-Schicht auch einen ziemlich hohen Wirkungsgrad haben könnten. Im Prinzip könnte die Verringerung der CdTe-Schichtstärke von 4 μm auf 2 μm dazu beitragen, den Materialverbrauch von CdTe bei der Modulherstellung um 30 bis 40% zu verringern. Die Verringerung der CdTe-Schichtstärke würde auch die Abscheidungszeit vermindern und dadurch die Modulherstellung beschleunigen.In the manufacture of CdTe solar cells, the thickness of the CdS layer normally ranges from 4 to 5 μm. However, theoretical simulations of CdTe solar cells have shown that solar cells with a 1 μm thick CdTe layer could also have a fairly high efficiency. In principle, reducing the CdTe layer thickness from 4 μm to 2 μm could reduce the material consumption of CdTe by 30 to 40% during module production. Reducing the CdTe layer thickness would also reduce deposition time and thereby accelerate module fabrication.
Solarzellen mit besonders hohem Wirkungsgrad werden gewöhnlich hergestellt, indem CdTe bei Substrattemperaturen von >500°C abgeschieden wird. Die CdTe-Schicht weist bei dieser Temperatur grobe Körner auf, die zur Bildung von Nadelstichporen (Pinholes) führen könnten. Daher kann sich die Verringerung der Schichtdicke in mehrerer Hinsicht nachteilig auf den Wirkungsgrad der Solarzelle sowie auf ihre Langzeitstabilität auswirken. Bei der Verringerung der Schichtdicke auf weniger als 3 μm bilden sich in der CdTe-Schicht zu Kurzschlüsse führenden Fehlstellen (Nadelstichporen oder Pinholes) in den Solarzellen. Dieses Problem ist stärker ausgeprägt, wenn die Solarzellenherstellung einen Ätzvorgang beinhaltet, was zu Leistungsmängeln der Solarzellen führt. Außerdem führt die Verringerung des Kurzschlusswiderstands zu einem niedrigen Füllfaktor und schließlich zu verringerter Leistung. Daher ist es notwendig, die Bildung von Nadelstichporen in der CdTe-Schicht zu minimieren, um Solarzellen mit hohem Wirkungsgrad zu erhalten.Particularly high efficiency solar cells are usually made by depositing CdTe at substrate temperatures> 500 ° C. The CdTe layer has coarse grains at this temperature, which could lead to the formation of pinholes. Therefore, reducing the layer thickness in several ways may adversely affect the solar cell efficiency as well as its long-term stability. When the layer thickness is reduced to less than 3 .mu.m, shortcomings in the CdTe layer (pinholes or pinholes) form in the solar cells. This problem is more pronounced when the solar cell manufacturing involves etching, resulting in poor performance of the solar cells. In addition, the reduction of the short circuit resistance leads to a low fill factor and finally to reduced power. Therefore, it is necessary to minimize the formation of pinholes in the CdTe layer in order to obtain solar cells with high efficiency.
Überdies ist die Erhöhung der p-Dotierung der CdTe-Schicht auch wichtig, um Solarzellen mit hohem Wirkungsgrad zu erhalten. Eine weitere Leistungssteigerung der CdTe-Solarzellen kann durch Dotieren der CdTe-Schicht erreicht werden. Den theoretischen Modellen zufolge ist eine massive p-Dotierung des CdTe durch das Auftreten eines sogenannten Selbstkompensationseffekts nur eingeschränkt möglich. Nur ein gewisser Grad von p-Dotierung kann durch die Verwendung eines geeigneten Dotierelements und eines Verfahrens, das nach dem Abscheiden der CdTe-Schicht dieser Schicht ein solches Dotierelement bereitstellt, erreicht werden. Bei der Herstellung der CdTe-Solarzelle wird die extrinsische p-Dotierung der CdTe-Schicht in der Regel nach dem Aktivierungsvorgang ausgeführt und umfasst eine nach dem Tempern stattfindende Behandlung, die ein Diffundieren der Dotierelemente bewirkt. Der allgemein bekannte und problemlose Dotierstoff für die CdTe-Schicht is Cu.Moreover, increasing the p-type doping of the CdTe layer is also important in order to obtain solar cells with high efficiency. A further increase in performance of the CdTe solar cells can be achieved by doping the CdTe layer. According to the theoretical models, a massive p-doping of the CdTe is limited by the occurrence of a so-called self-compensation effect. Only a degree of p-type doping can be achieved by the use of a suitable doping element and a method that provides such a doping element after the deposition of the CdTe layer of that layer. In the production of the CdTe solar cell, the extrinsic p-type doping of the CdTe layer is usually carried out after the activation process and comprises a post-annealing treatment which causes the doping elements to diffuse. The well-known and problem-free dopant for the CdTe layer is Cu.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Solarzelle zu erzielen, die eine dotierte CdTe-Schicht mit verringerter Dicke und ohne Nadelstichporen aufweist. Überdies ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, den Herstellungsprozess von CdTe-Solarzellen zu vereinfachen.The object of the present invention is to achieve a solar cell which has a doped CdTe layer with reduced thickness and without pinholes. Moreover, it is an object of the present invention to simplify the manufacturing process of CdTe solar cells.
Erfindungsgemäß umfasst der Herstellungsprozess einer CdTe-Solarzelle einen Schritt, in dem eine erste CdTe-Schicht mit grobkörniger Struktur auf einer Grundschicht gebildet wird, einen Schritt, in dem eine Opferschicht gebildet wird, die auf der ersten CdTe-Schicht ein Dotierelement enthält, und einen Schritt zur Bildung einer zweiten, feinkörnigen, CdTe-Schicht auf dieser Opferschicht.According to the invention, the manufacturing process of a CdTe solar cell comprises a step in which a first coarse-grained CdTe layer is formed on a base layer, a step of forming a sacrificial layer containing a dopant on the first CdTe layer, and a step Step for forming a second, fine-grained, CdTe layer on this sacrificial layer.
Das bevorzugte Material der Opferschicht wird aus einer Gruppe von Stoffen ausgewählt, die Kupfer, Phosphor, Antimon, Bismut, Molybdän oder Mangan als Dotierelement umfassen. Entsprechend einer Ausführungsform wird das Dotierelement als eine Elementarschicht verfügbar gemacht. In einer anderen Ausführungsform wird das Dotierelement in einer Kombination verschiedener Elemente verfügbar gemacht, zum Beispiel Kupfer und Antimon oder Antimon und Bismut, oder in einer Komposition, worin diese bevorzugt eine Verbindung eines beliebigen der genannten Dotierelemente mit einem Halogen ist, z. B. SbCl3. Das bevorzugte Halogen für die Komposition der Opferschicht ist Fluor (F), am meisten bevorzugt ist Chlor (Cl). Die bevorzugt verwendeten Verbindungen sind Chloride.The preferred material of the sacrificial layer is selected from a group of materials comprising copper, phosphorus, antimony, bismuth, molybdenum or manganese as doping element. According to one Embodiment, the doping element is made available as an elementary layer. In another embodiment, the doping element is made available in a combination of various elements, for example, copper and antimony or antimony and bismuth, or in a composition, which is preferably a compound of any of said doping elements with a halogen, e.g. B. SbCl 3 . The preferred halogen for the composition of the sacrificial layer is fluorine (F), most preferably chlorine (Cl). The preferred compounds used are chlorides.
Die Opferschicht kann mit Methoden aufgebracht werden, die dem Stand der Technik entsprechen. Bevorzugt zur Anwendung kommen physische oder trockenchemische Verfahren, oder auch nasschemische Verfahren wie zum Beispiel folgende (jedoch nicht begrenzt auf diese):
- – Sputtern,
- – elektrochemische (galvanische) Abscheidung
- – Aufsprühen einer Lösung einer halogenhaltigen Verbindung, wobei die Verbindung in Wasser oder in einem anderen bekannten Lösemittel aufgelöst wird,
- – Spin-Coating (d. h. Aufschleudern einer Lösung auf die Wafer)
- – Eintauchen des Substrats (oder die Oberfläche der ersten CdTe-Schicht) in eine Lösung, die das Dotierelement oder eine Verbindung desselben enthält,
- – Sponge-Coating (mit Schwammgummi) usw.
- - sputtering,
- - Electrochemical (galvanic) deposition
- Spraying a solution of a halogen-containing compound, the compound being dissolved in water or in another known solvent,
- Spin coating (ie spinning a solution onto the wafers)
- Immersing the substrate (or the surface of the first CdTe layer) in a solution containing the doping element or a compound thereof,
- - Sponge coating (with sponge rubber) etc.
Halogenhaltige Verbindungen werden bevorzugt mit nasschemischen Verfahren abgeschieden; besonders bevorzugt durch Sponge-Coating mit Schwammgummi.Halogen-containing compounds are preferably deposited by wet chemical methods; especially preferred by sponge coating with sponge rubber.
Die Stärke der Opferschicht hängt von den Größenverhältnissen der CdTe-Schicht ab, die sich aus der Verschmelzung der ersten und zweiten CdTe-Schicht sowie aus dem verwendeten Dotierelement ergibt. Hinsichtlich der Stärke der CdTe-Schicht wird die Stärke der Opferschicht so ausgewählt, dass ein vorher festgelegter Dotierungsgrad der CdTe-Schicht erzielt wird, sobald die Opferschicht sich völlig abgebaut hat. Handelt es sich bei der Opferschicht um elementares Antimon, so beträgt die Stärke der Opferschicht bevorzugt ca.The thickness of the sacrificial layer depends on the size ratios of the CdTe layer resulting from the fusion of the first and second CdTe layers as well as the doping element used. With regard to the thickness of the CdTe layer, the thickness of the sacrificial layer is selected such that a predetermined doping level of the CdTe layer is achieved as soon as the sacrificial layer has completely degraded. If the sacrificial layer is elemental antimony, the thickness of the sacrificial layer is preferably approx.
ein Tausendstel der Stärke der CdTe-Schicht. Einige Beispiele sind in Tabelle 1 gegeben, wo auch die jeweiligen annähernden Stärken der ersten und zweiten CdTe-Schicht angegeben sind.
Es können jedoch auch andere Dotierelemente oder das Dotierelement enthaltende Verbindungen eingesetzt werden. Im allgemeinen bewegt sich die Stärke der Opferschicht bevorzugt im Bereich von 2 nm bis 15 nm. Wird Kupfer als Dotierelement verwendet, so sollte die Stärke der Opferschicht mit Rücksicht darauf vermindert werden, dass bei Verwendung anderer Dotierelemente ein hoher Kupferanteil mit der Zeit zu Qualitätsmängeln der Solarzellen führen würde. Bevorzugt sollte die Stärke der Opferschicht, die Kupfer als Dotierelement aufweist, um 30% geringer als die Stärke einer Opferschicht sein, die ein anderes Dotierelement, wie zum Beispiel Antimon, aufweist.However, it is also possible to use other doping elements or compounds containing the doping element. In general, the thickness of the sacrificial layer preferably ranges from 2 nm to 15 nm. If copper is used as a doping element, the thickness of the sacrificial layer should be reduced with respect to the fact that, when other doping elements are used, a high copper content will over time lead to quality defects Solar cells would lead. Preferably, the thickness of the sacrificial layer comprising copper as a doping element should be 30% less than the thickness of a sacrificial layer comprising another doping element, such as antimony.
Die Opferschicht wird bevorzugt auf der ersten CdTe-Schicht bei einer Substrattemperatur im Bereich von Zimmertemperatur bis 350°C. abgeschieden. Die Substrattemperatur sollte 350°C nicht überschreiten, da höhere Substrattemperaturen die Aufbringung einer Opferschicht der erwähnten geringen Stärke aufgrund von problematischer Rückverdampfung erschweren würden. Im Falle, dass halogenhaltige Verbindungen zum Aufbringen der Opferschicht eingesetzt werden, bewegt sich die Substrattemperatur bevorzugt im Bereich von Zimmertemperatur bis 100°C.The sacrificial layer is preferably deposited on the first CdTe layer at a substrate temperature in the range of room temperature to 350 ° C. deposited. The substrate temperature should not exceed 350 ° C because higher substrate temperatures would make it difficult to apply a sacrificial layer of the mentioned low strength due to problematic re-evaporation. In the case that halogen-containing compounds are used for applying the sacrificial layer, the substrate temperature preferably moves in the range of room temperature to 100 ° C.
Die erste CdTe-Schicht, bei der es sich um eine Schicht von grobkörniger Struktur handelt, wird auf einer Grundschicht abgeschieden. Die erste CdTe-Schicht weist Körner in der Größenordnung von Mikrometern auf, beispielsweise im Bereich von 2 μm bis 5 μm. Dies wird erreicht, indem die erste CdTe-Schicht bei einer Substrattemperatur im Bereich von 490°C bis 540°C abgeschieden wird, wobei die Stärke der ersten CdTe-Schicht zwischen 0,5 μm und 6 μm, besonders bevorzugt zwischen 1 μm und 1.8 μm, liegt. Die Grundschicht ist ein Schichtstapel, der ein lichtdurchlässiges Substrat, eine lichtdurchlässige Frontkontaktschicht und eine CdS-Schicht umfasst, falls die Solarzelle in einer Superstratkonfiguration hergestellt wird. Die Grundschicht ist ein Schichtstapel, der ein Substrat und eine Rückkontaktschicht umfasst, falls die Solarzelle in einer Substratkonfiguration hergestellt wird. Nähere Einzelheiten dieser Konfiguationen werden weiter unten beschrieben.The first CdTe layer, which is a layer of coarse-grained structure, is deposited on a basecoat. The first CdTe layer has grains on the order of microns on, for example in the range of 2 microns to 5 microns. This is achieved by depositing the first CdTe layer at a substrate temperature in the range of 490 ° C to 540 ° C, the thickness of the first CdTe layer being between 0.5 μm and 6 μm, more preferably between 1 μm and 1.8 μm, lies. The base layer is a layer stack comprising a translucent substrate, a translucent front contact layer, and a CdS layer if the solar cell is manufactured in a superstrate configuration. The base layer is a layer stack comprising a substrate and a back contact layer if the solar cell is manufactured in a substrate configuration. Further details of these configurations are described below.
Die Stärke der zweiten CdTe-Schicht liegt bevorzugt zwischen 1% und 100% der Gesamtstärke der ersten CdTe-Schicht, abhängig von der erforderlichen Gesamtstärke der CdTe-Schicht. Besonders bevorzugt liegt die Stärke der zweiten CdTe-Schicht zwischen 20% und 30% der Gesamtstärke der CdTe-Schicht. Die Gesamtstärke der CdTe-Schicht kann im Bereich von 0,5 μm bis 8 μm liegen. Nur bei insgesamt sehr dünnen CdTe-Gesamtschichten mit einer Schichtstärke von 0,5 μm bis 1,5 μm kann die Stärke der zweiten CdTe-Schicht etwa 40–50% der gesamten CdTe-Schichtstärke ausmachen, um die Nadelstichporen und/oder Korngrenzen der ersten CdTe-Schicht auszufüllen. Die prozentuale Stärke der zweiten Schicht dient nur als Beispiel. Erfindungsgemäß ist das Verfahren für Schichtstärken der zweiten Schicht in jedem der genannten Stärkebereiche geeignet.The thickness of the second CdTe layer is preferably between 1% and 100% of the total thickness of the first CdTe layer, depending on the required total thickness of the CdTe layer. Particularly preferably, the thickness of the second CdTe layer is between 20% and 30% of the total thickness of the CdTe layer. The total thickness of the CdTe layer can range from 0.5 μm to 8 μm. Only with a total of very thin total CdTe layers having a layer thickness of 0.5 μm to 1.5 μm, the thickness of the second CdTe layer can be about 40-50% of the total CdTe layer thickness to the pinholes and / or grain boundaries of the first To fill out the CdTe layer. The percent strength of the second layer is only an example. According to the invention, the method is suitable for layer thicknesses of the second layer in each of said thickness ranges.
Die zweite CdTe-Schicht wird als eine Schicht feinkörniger Struktur abgeschieden und dient zum Ausfüllen bzw. Abdecken der Nadelstichporen und/oder Korngrenzen der ersten CdTe-Schicht. Die Größe der Körner der zweiten CdTe-Schicht liegt im Bereich von Nanometern, zum Beispiel von 100 nm bis 500 nm. Dementsprechend kann sowohl das Auftreten von Kurzschlüssen zwischen Rück- und Frontkontakt der Solarzelle als auch die Ausbreitung von Verunreinigungen an den Korngrenzen innerhalb der CdTe-Schicht verringert oder ganz vermieden werden. Die Abscheidung einer feinkörnigen Schicht wird erreicht, indem die zweite CdTe-Schicht bei einer Substrattemperatur im Bereich von 200°C bis 350°C abgeschieden wird.The second CdTe layer is deposited as a layer of fine-grained structure and serves to fill in the pinholes and / or grain boundaries of the first CdTe layer. The size of the grains of the second CdTe layer is in the range of nanometers, for example from 100 nm to 500 nm. Accordingly, both the occurrence of shorts between back and front contact of the solar cell and the propagation of impurities at the grain boundaries within the CdTe Layer can be reduced or completely avoided. The deposition of a fine grained layer is achieved by depositing the second CdTe layer at a substrate temperature in the range of 200 ° C to 350 ° C.
Die Abscheidung der ersten und zweiten CdTe-Schicht kann durch jedes bekannte Verfahren erfolgen, einschließlich, jedoch nicht beschränkt auf Close-space(d) Sublimation (CSS), Abscheidung im chemischen Bad (CBD), Sputtern, elektrochemische (galvanische) Abscheidung oder jedes andere physische oder chemische Verfahren.Deposition of the first and second CdTe layers may be by any known method including, but not limited to, close-space (d) sublimation (CSS), chemical bath (CBD) deposition, sputtering, electrochemical deposition, or any other physical or chemical processes.
Gemäß einer Ausführungsform des Verfahrens zur Solarzellenherstellung umfasst das Verfahren ferner einen Schritt zur Wärmebehandlung, der nach dem Abscheiden der zweiten CdTe-Schicht ausgeführt wird. Das heißt, der Schritt zur Wärmebehandlung kann unmittelbar nach dem Schritt zur Abscheidung der zweiten CdTe-Schicht erfolgen, oder er kann bei einem späteren Verfahrensschritt ausgeführt werden, beispielsweise nach dem Aufbringen einer Deckschicht, bei der es sich um eine Opferdeckschicht handeln kann.According to one embodiment of the method for solar cell production, the method further comprises a step of heat treatment, which is carried out after the deposition of the second CdTe layer. That is, the step of heat treatment may be performed immediately after the step of depositing the second CdTe layer, or it may be carried out at a later step, for example, after the application of a cap layer, which may be a sacrificial cap layer.
Der Schritt zur Wärmebehandlung schließt ein Erwärmen des Substrats auf eine Temperatur im Bereich von 300°C bis 550°C ein. Ganz besonders bevorzugt sollte die Substrattemperatur während der Wärmebehandlung 450°C nicht übersteigen, falls die zweite CdTe-Schicht offen liegt – d. h. wenn sie nicht von einer anderen Schicht bedeckt wird –, um ein Rückverdampfen von CdTe zu verhindern.The step of heat treatment includes heating the substrate to a temperature in the range of 300 ° C to 550 ° C. Most preferably, the substrate temperature during the heat treatment should not exceed 450 ° C if the second CdTe layer is exposed - d. H. if it is not covered by another layer - to prevent re-evaporation of CdTe.
Bevorzugt wird während des Schritts zur Wärmebehandlung ein halogenhaltiger Stoff an der Oberfläche der zweiten CdTe-Schicht bereitgestellt. Dieser Verfahrensschritt entspricht dem sogenannten Aktivierungsschritt, der aus dem Stand der Technik in der Herstellung von CdTe-Solarzellen bekannt ist. In der Regel wird bei diesem Schritt zur Wärmebehandlung als halogenhaltiger Stoff CdCl2 verwendet, wobei das CdCl2 durch nasschemische Verfahren oder Verdampfen im Vakuum auf die CdTe-Schicht aufgetragen wird, darauf folgt Tempern an der Luft bei vorgegebener Temperatur (üblicherweise im Bereich von 380°C bis 440°C). Zu den Vorteilen dieses Aktivierungsschritts zählen die Verringerung einer Gitterfehlanpassung zwischen den CdS/CdTe-Schichten und die Passivierung von Korngrenzen in der CdTe-Schicht. Die durch die CdCl2-Aktivierung erfolgte Interdiffusion zwischen CdS- und CdTe-Schicht trägt dazu bei, am Übergangspunkt von CdS und CdTe einen reibungslosen Übergang der Elektronenbänder zu erzielen. Allerdings ist ein Nachteil dieser Verfahrensweise, dass es sich bei CdCl2 a um einen potentiell gefährlichen Stoff handelt, und daher der Umgang damit im Herstellungsprozess schwieriger ist.Preferably, during the step of heat treatment, a halogen-containing substance is provided on the surface of the second CdTe layer. This process step corresponds to the so-called activation step, which is known from the prior art in the production of CdTe solar cells. Typically, CdCl 2 is used as the halogen-containing material in this heat-treatment step, where the CdCl 2 is applied to the CdTe layer by wet-chemical or vacuum evaporation followed by annealing in air at a predetermined temperature (typically in the range of 380 ° C ) ° C to 440 ° C). Advantages of this activation step include reducing lattice mismatch between the CdS / CdTe layers and passivating grain boundaries in the CdTe layer. The CdCl 2 -activation interdiffusion between the CdS and CdTe layers contributes to the smooth transition of the electron bands at the CdS and CdTe transition point. However, a disadvantage of this approach is that CdCl 2 a is a potentially hazardous substance and therefore handling it is more difficult in the manufacturing process.
Enthält die Opferschicht ein Halogen, dann kann die Verwendung von CdCl2 vermieden werden, da der in der Opferschicht enthaltene Halogenbestandteil zur Passivierung der Korngrenzen in der CdTe-Schicht beiträgt. Daher wird der Schritt zur Wärmebehandlung in der vorliegenden Erfindung bevorzugt ausgeführt, ohne einen halogenhaltigen Stoff an der Oberfläche der zweiten CdTe-Schicht bereitzustellen, denn das Erfindungsverfahren ahmt unter den genannten Bedingungen den CdCl2-Aktivierungsvorgang nach.If the sacrificial layer contains a halogen, the use of CdCl 2 can be avoided since the halogen component contained in the sacrificial layer contributes to the passivation of the grain boundaries in the CdTe layer. Therefore, the heat treatment step in the present invention is preferably carried out without providing a halogen-containing substance on the surface of the second CdTe layer, because the invention process mimics the CdCl 2 activation process under the conditions mentioned above.
Die während des Wärmebehandlungsschritts vorhandene Wärmeenergie führt zu einer Auflösung der Opferschicht in ihre Bestandteile und/oder zum Diffundieren ihrer Bestandteile, insbesondere des Dotierelements, in die CdTe-Schicht hinein, und/oder durch diese hindurch. Auf diese Weise wird die Opferschicht abgebaut, was die Dotierschicht als eine Opferschicht charakterisiert. Im Ergebnis grenzen die erste und zweite CdTe-Schicht nun aneinander und bilden die CdTe-Schicht der Solarzelle. The heat energy present during the heat treatment step leads to a dissolution of the sacrificial layer into its components and / or to the diffusion of its constituents, in particular of the doping element, into and / or through the CdTe layer. In this way, the sacrificial layer is degraded, which characterizes the doping layer as a sacrificial layer. As a result, the first and second CdTe layers now adjoin one another and form the CdTe layer of the solar cell.
Der Herstellungsprozess von Solarzellen kann jedoch unterschiedliche Verfahrensschritte umfassen, die höhere Temperaturen beinhalten, wie zum Beispiel die Abscheidung von CdTe-Schichten. Daher kann die Auflösung der Opferschicht und das Diffundieren ihrer Bestandteile auch, wenigstens zum Teil, während der Abscheidung der Opferschicht, während der Abscheidung der zweiten CdTe-Schicht und/oder in anderen Verfahrensschritten auftreten, die nach dem Aufbringen der zweiten CdTe-Schicht stattfinden, wie zum Beispiel in einem Verfahrensschritt zum Aufbringen einer Kontaktschicht. Deshalb kann der oben erwähnte Schritt zur Wärmebehandlung beibehalten werden, falls eine halogenhaltige Opferschicht verwendet wird, und falls die Verfahrensschritte, die auf den Schritt zum Aufbringen der Opferschicht folgen, eine ausreichende Wärmebilanz/Wärmemenge aufweisen, um die Opferschicht aufzulösen und das Dotierelement zum Diffundieren zu bringen.However, the manufacturing process of solar cells may involve different process steps involving higher temperatures, such as the deposition of CdTe layers. Therefore, the dissolution of the sacrificial layer and the diffusion of its constituents may also occur, at least in part, during the deposition of the sacrificial layer, during the deposition of the second CdTe layer, and / or in other process steps that occur after the second CdTe layer has been deposited. such as in a process step for applying a contact layer. Therefore, the above-mentioned heat treatment step can be maintained if a halogen-containing sacrificial layer is used, and if the process steps following the sacrificial layer deposition step have sufficient heat balance / heat quantity to dissolve the sacrificial layer and diffuse the doping element bring.
Da das Diffundieren von Dotierelementen von der ”Innenseite” der CdTe-Schicht aus stattfindet, ist die CdTe-Schicht einheitlicher dotiert, als wenn eine Dotierschicht auf der Oberseite einer abgeschiedenen, vollständigen CdTe-Schicht aufgebracht würde, wie es gegenwärtig Stand der Technik ist. Wenigstens wird eine nahezu einheitliche Dotierung der CdTe-Schicht erzielt, indem im Veraluf des Herstellungsprozesses eine niedrigere Wärmemenge für die Solarzelle aufgewendet wird als im Vergleich zu anderen Verfahren, die dem Stand der Technik entsprechen. ”Nahezu einheitliche Dotierung” bedeutet, dass kein oder nur ein geringes Konzentrationsgefälle des Dotierelements innerhalb der CdTe-Schicht gemessen werden kann.Because dopant diffusion diffuses from the "inside" of the CdTe layer, the CdTe layer is more uniformly doped than if a dopant layer were deposited on top of a deposited, complete CdTe layer, as is currently known in the art. At least a nearly uniform doping of the CdTe layer is achieved by using a lower amount of heat for the solar cell in the manufacturing process compared to other prior art processes. "Almost uniform doping" means that no or only a small concentration gradient of the doping element can be measured within the CdTe layer.
In einer anderen Ausführungsform der Erfindung kann – abhängig von dem für die Dotierschicht ausgewählten Stoff – das überschüssige Dotierelement, d. h. diejenigen Atome des Dotierelements, die nicht in die CdTe-Kristalle eingelagert werden können, sich an der Oberfläche der zweiten CdTe-Schicht anreichern. Dies geschieht aufgrund der durch die Korngrenzen unterstützten bevorzugten Diffusion von Verunreinigungen, besonders aufgrund der zweiten CdTe-Schicht mit feineren Körnern. Die überschüssigen Dotierelemente können mit geeigneten Lösungsmitteln abgespült werden, oder in einem nachfolgenden Salpeter- und Phosphorsäure-Ätzprozess entfernt werden.In another embodiment of the invention, depending on the substance selected for the doping layer, the excess doping element, i. H. those atoms of the dopant that can not be incorporated into the CdTe crystals accumulate on the surface of the second CdTe layer. This is due to the preferential diffusion of impurities, supported by the grain boundaries, especially due to the second finer grain CdTe layer. The excess dopants may be rinsed off with suitable solvents, or removed in a subsequent nitric and phosphoric acid etching process.
Das Erfindungsverfahren zur Herstellung von Solarzellen kann zur Herstellung von Solarzellen in einer Superstratkonfiguration oder in einer Substratkonfiguration angewendet werden.The solar cell fabrication process of the present invention may be used to fabricate solar cells in a superstrate configuration or in a substrate configuration.
Das Verfahren zur Herstellung von Solarzellen in einer Superstratkonfiguration umfasst außerdem Bereitstellen eines lichtdurchlässigen Substrats, bevorzugt aus Glas, Aufbringen einer lichtdurchlässigen Frontkontaktschicht oder eines Schichtstapels, beispielsweise aus TCO, und Aufbringen einer CdS-Schicht auf der lichtdurchlässigen Frontkontaktschicht bzw. dem Schichtstapel. Nach Aufbringen der CdS-Schicht wird das oben beschriebene Erfindungsverfahren ausgeführt, worin der Schichtstapel, der das lichtdurchlässige Substrat, die lichtdurchlässige Frontkontaktschicht und die CdS-Schicht umfasst, als Grundschicht für die Aufbringung der ersten CdTe-Schicht dient. Das bedeutet, die erste CdTe-Schicht, die Opferschicht und die zweite CdTe-Schicht werden in dieser Reihenfolge auf die CdS-Schicht aufgebracht. Weiterhin kann das beschriebene Wärmebehandlungsverfahren, beispielsweise ein CdCl2-Aktivierungsvorgang und Salpeter- und Phosphorsäure-Ätzprozess, durchgeführt werden, bevor Rückkontaktschicht oder Schichtstapel aufgebracht werden. Die CdTe-Oberfläche wird mit einer geeigneten Lösung, wie z. B. Wasser oder Methanol, gereinigt. Gemäß dem Stand der Technik kann die Rückkontaktschicht ein Metall, ein anderes geeignetes Leitermaterial oder eine geeignete Halbleiterschicht (wie Z. B. Sb3Te2) umfassen.The process for producing solar cells in a superstrate configuration also comprises providing a transparent substrate, preferably glass, applying a transparent front contact layer or a layer stack, for example made of TCO, and applying a CdS layer on the transparent front contact layer or the layer stack. After applying the CdS layer, the invented method described above is carried out, wherein the layer stack comprising the transparent substrate, the transparent front contact layer and the CdS layer serves as a base layer for the application of the first CdTe layer. That is, the first CdTe layer, the sacrificial layer, and the second CdTe layer are applied to the CdS layer in this order. Furthermore, the described heat treatment process, for example a CdCl 2 activation process and nitric and phosphoric acid etching process, can be carried out before the back contact layer or layer stack is applied. The CdTe surface is treated with a suitable solution, such. As water or methanol, purified. According to the prior art, the back contact layer may comprise a metal, another suitable conductor material or a suitable semiconductor layer (such as, for example, Sb 3 Te 2 ).
Im Verfahren zur Herstellung von Solarzellen in einer Substratkonfiguration finden die weiteren Schritte nach den Schritten zur Aufbringung der ersten CdTe-Schicht mit grobkörniger Struktur, Aufbringung der Opferschicht und Aufbringung der zweiten CdTe-Schicht mit feinkörniger Struktur im Grunde in umgekehrter Reihenfolge statt. Das Substrat kann entweder eine biegsame Metallfolie beispielsweise aus Molybdän sein, die als Rückkontakt dienen kann, um die durch Licht induzierten elektrischen Ladungen zu sammeln, oder ein beliebiges anderes dem Stand der Technik entsprechendes geeignetes Substrat. Auf diese Weise wird zunächst ein Substrat bereitgestellt, auf dem die Rückkontaktschicht oder der Schichtstapel aufgebracht wird; dann folgt die Aufbringung der ersten CdTe-Schicht, der Opferschicht und der zweiten CdTe-Schicht. Das bedeutet, der Schichtstapel, der das Substrat und die Rückkontaktschicht umfasst, dient als Grundschicht für das Aufbringen der ersten CdTe-Schicht. Anschließend werden die CdS-Schicht und die lichtdurchlässige Frontkontaktschicht, wie zum Beispiel TCO, aufgebracht, wobei ein Wärmebehandlungsverfahren wie oben beschrieben, nach Abscheiden der zweiten CdTe-Schicht oder sogar nach Aufbringen der CdS-Schicht und/oder der lichtdurchlässigen Frontkontaktschicht durchgeführt werden kann. Optional, und je nach den verwendeten CdS- und TCO-Abscheidungsverfahren, kann auch das Diffundieren des Dotanden schon während des CdS- und/oder TCO-Abscheidungsverfahrens stattfinden. Falls ein CdCl2-Aktivierungsvorgang inbegriffen ist, kann das Dotierelement auch im Laufe des Aktivierungsvorgangs diffundieren. Unter solchen Bedingungen ist ein zusätzliches Tempern zur Diffusion des Dotanden möglicherweise nicht erforderlich.In the method of producing solar cells in a substrate configuration, the further steps after the steps of applying the first coarse-grained CdTe layer, depositing the sacrificial layer, and applying the second fine-grained CdTe layer basically proceed in reverse order. The substrate may either be a flexible metal foil of, for example, molybdenum, which may serve as a back contact to collect the photo-induced electrical charges, or any other suitable substrate known in the art. In this way, firstly a substrate is provided on which the back contact layer or the layer stack is applied; this is followed by the application of the first CdTe layer, the sacrificial layer and the second CdTe layer. That is, the layer stack comprising the substrate and the back contact layer serves as a base layer for applying the first CdTe layer. Subsequently, the CdS layer and the transparent front contact layer, as TCO, for example, wherein a heat treatment process as described above, after depositing the second CdTe layer or even after application of the CdS layer and / or the transparent front contact layer can be performed. Optionally, and depending on the CdS and TCO deposition methods used, diffusion of the dopant may also take place during the CdS and / or TCO deposition process. If a CdCl 2 activation process is included, the dopant may also diffuse during the activation process. Under such conditions, additional annealing to diffuse the dopant may not be required.
Die Verfahrensschritte zur Aufbringung eines (lichtdurchlässigen) Substrats, Aufbringung einer Frontkontaktschicht, Aufbringung einer CdS-Schicht und Aufbringung einer Rückkontaktschicht werden nach gängigen Verfahren aus dem Stand der Technik ausgeführt und daher hier nicht im Einzelnen beschrieben. Es ist darauf hinzuweisen, dass im Herstellungsverfahren von Solarzellen in Substratkonfiguration der Schritt zur Aufbringung einer CdS-Schicht bei relativ niedrigen Substrattemperaturen im Bereich von 200°C bis 350°C ausgeführt werden sollte, um ein Rückverdampfen der CdTe-Schicht zu vermeiden. Dies kann durch Einsatz eines gängigen Sputteringverfahrens zum Abscheiden der CdS-Schicht erreicht werden.The process steps for applying a (translucent) substrate, application of a front contact layer, application of a CdS layer and application of a back contact layer are carried out according to common methods of the prior art and therefore not described in detail here. It should be noted that in the process of fabricating solar cells in substrate configuration, the step of depositing a CdS layer should be performed at relatively low substrate temperatures in the range of 200 ° C to 350 ° C to avoid re-evaporation of the CdTe layer. This can be achieved by using a common sputtering process for depositing the CdS layer.
Abbildungenpictures
Ausführungsbeispielembodiment
Das erfindungsgemäße Verfahren wird nachfolgend in einer ersten Ausführungsform erläutert, welche die Herstellung einer Solarzelle in Superstratkonfiguration zeigt, ohne eine Beschränkung auf diese Ausführungsform vornehmen zu wollen.The method according to the invention is explained below in a first embodiment, which shows the production of a solar cell in superstrate configuration, without wishing to restrict it to this embodiment.
Wie in
Außerdem beginnt die Opferschicht (
Im Anschluss wird der bekannte CdCl2-Aktivierungsschritt bei einer Temperatur von 385°C 20 Minuten lang durchgeführt.Subsequently, the known CdCl 2 activation step is carried out at a temperature of 385 ° C for 20 minutes.
Die CdTe-Schicht (
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 11
- Substrat (Glas)Substrate (glass)
- 2121
- Frontkontakt (lichtdurchlässig, TCO)Front contact (translucent, TCO)
- 2222
- Rückkontakt (Metall)Back contact (metal)
- 33
- CdS-SchichtCdS layer
- 44
- CdTe-Schicht (Stand der Technik)CdTe layer (prior art)
- 4040
- CdTe-SchichtCdTe layer
- 4141
- erste CdTe-Schichtfirst CdTe layer
- 4242
- zweite CdTe-Schichtsecond CdTe layer
- 55
- Opferschichtsacrificial layer
Claims (14)
Priority Applications (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE102014202961.9A DE102014202961A1 (en) | 2014-02-18 | 2014-02-18 | Process for producing thin-film solar cells with a p-doped CdTe layer |
CN201410215748.3A CN104851938B (en) | 2014-02-18 | 2014-05-20 | Method for manufacturing solar cells with a p-doped CdTe layer having a reduced thickness |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE102014202961.9A DE102014202961A1 (en) | 2014-02-18 | 2014-02-18 | Process for producing thin-film solar cells with a p-doped CdTe layer |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE102014202961A1 true DE102014202961A1 (en) | 2015-08-20 |
Family
ID=53758895
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE102014202961.9A Pending DE102014202961A1 (en) | 2014-02-18 | 2014-02-18 | Process for producing thin-film solar cells with a p-doped CdTe layer |
Country Status (2)
Country | Link |
---|---|
CN (1) | CN104851938B (en) |
DE (1) | DE102014202961A1 (en) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE102016101856A1 (en) | 2016-02-03 | 2017-08-03 | Ctf Solar Gmbh | Method for depositing a CdTe layer on a substrate |
US9899560B2 (en) | 2015-04-16 | 2018-02-20 | China Triumph International Engineering Co., Ltd. | Method of manufacturing thin-film solar cells with a p-type CdTe layer |
Family Cites Families (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US8143512B2 (en) * | 2008-03-26 | 2012-03-27 | Solexant Corp. | Junctions in substrate solar cells |
US20110143489A1 (en) * | 2009-12-11 | 2011-06-16 | General Electric Company | Process for making thin film solar cell |
CN102939668A (en) * | 2010-04-21 | 2013-02-20 | 安可太阳能股份有限公司 | Method of fabricating solar cells with electrodeposited compound interface layers |
CN103065949A (en) * | 2011-10-21 | 2013-04-24 | 上方能源技术(杭州)有限公司 | Element doping method used for thin-film solar battery and thin-film solar battery |
WO2013109677A2 (en) * | 2012-01-17 | 2013-07-25 | First Solar, Inc. | Photovoltaic device having an absorber multilayer and method of manufacturing the same |
-
2014
- 2014-02-18 DE DE102014202961.9A patent/DE102014202961A1/en active Pending
- 2014-05-20 CN CN201410215748.3A patent/CN104851938B/en active Active
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US9899560B2 (en) | 2015-04-16 | 2018-02-20 | China Triumph International Engineering Co., Ltd. | Method of manufacturing thin-film solar cells with a p-type CdTe layer |
DE102016101856A1 (en) | 2016-02-03 | 2017-08-03 | Ctf Solar Gmbh | Method for depositing a CdTe layer on a substrate |
US11217720B2 (en) | 2016-02-03 | 2022-01-04 | Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. | Method for depositing a CdTe layer on a substrate |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
CN104851938A (en) | 2015-08-19 |
CN104851938B (en) | 2019-12-31 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
DE19912961B4 (en) | Semiconductor thin film, manufacturing method thereof, and the semiconductor thin film solar cell | |
EP0468094B1 (en) | Process for producing a chalcopyrite solar cell | |
DE102006012920B3 (en) | Method for producing a photovoltaic element with stabilized efficiency | |
DE69734183T2 (en) | Solar cell and manufacturing process | |
DE3347997C2 (en) | ||
DE112008003144T5 (en) | Layer structure of CIS solar cell, integrated structure of CIS thin-film solar cell and its manufacturing process | |
DE112015004071T5 (en) | IMPROVED FRONT CONTACT HETERO TRANSITION PROCESS | |
DE10351674A1 (en) | Electronic component and method for its production | |
DE112012003297T5 (en) | Cover layers for improved crystallization | |
DE2246115A1 (en) | PHOTOVOLTA CELL WITH FINE METAL CONTACT AND METHOD OF MANUFACTURING | |
DE102012103243A1 (en) | Method for temporally varying the laser intensity during scoring of a photovoltaic device | |
DE1696092A1 (en) | A method of manufacturing semiconductor devices using a selective electrolytic etching process | |
DE102011054716A1 (en) | Mixed sputtering target of cadmium sulfide and cadmium telluride and method of use | |
DE102013109202A1 (en) | Method of treating a semiconductor layer | |
DE102011089776B4 (en) | Detector element, radiation detector, medical device and method for producing such a detector element | |
DE112012001058B4 (en) | METHOD FOR PRODUCING A TANDEM PHOTOVOLTAIC UNIT | |
DE102012216026B4 (en) | Process for the production of a flexible photovoltaic thin-film cell with an iron diffusion barrier layer and flexible photovoltaic thin-film cell with an iron diffusion barrier layer | |
DE10259258B4 (en) | Process for the preparation of a compound semiconductor layer with alkali metal addition | |
DE3113130A1 (en) | Cadmium sulphide photocell and method of producing it | |
DE112016006558T5 (en) | A method of forming a CdTe thin film solar cell including a metal doping step and a system for performing the metal doping step | |
DE102014202961A1 (en) | Process for producing thin-film solar cells with a p-doped CdTe layer | |
DE102012104616B4 (en) | A method of forming a window layer in a cadmium telluride based thin film photovoltaic device | |
DE102012100259A1 (en) | Method for producing a semiconducting film and photovoltaic device | |
DE112016006557B4 (en) | Process for manufacturing a CdTe thin-film solar cell | |
WO2016079198A1 (en) | Layer structure for a thin-film solar cell and production method |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
R012 | Request for examination validly filed | ||
R016 | Response to examination communication |