DE102021123652A1 - tandem solar cell - Google Patents
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Abstract
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Tandem-Solarzelle aus wenigstens zwei monolithisch übereinander gestapelten Teilsolarzellen. Um eine Tandem-Solarzelle mit erhöhter mechanischer Stabilität zur Verfügung zu stellen, die auch eine vorteilhafte Anwendung von Perowskit enthaltenden Solarzellenstrukturen ermöglicht, schlägt die Erfindung vor, die Tandem-Solarzelle so auszubilden, dass wenigstens eine der Teilsolarzellen eine Stützstruktur aufweist, die wenigstens einen, durch einen Schichtaufbau dieser Teilsolarzelle hindurchgehenden und mit einem Stützmaterial gefüllten Stützgraben und eine aus dem Stützmaterial ausgebildete, stoffschlüssig mit dem in dem wenigstens einen Stützgraben befindlichen Stützmaterial verbundene und sich flächig über diesen Schichtaufbau der Teilsolarzelle und den wenigstens einen Stützgraben erstreckende Stützschicht aufweist.The present invention relates to a tandem solar cell composed of at least two partial solar cells monolithically stacked one on top of the other. In order to provide a tandem solar cell with increased mechanical stability, which also enables an advantageous application of solar cell structures containing perovskite, the invention proposes designing the tandem solar cell in such a way that at least one of the partial solar cells has a support structure which has at least one through a layered structure of this partial solar cell and filled with a supporting trench and has a supporting layer formed from the supporting material, materially bonded to the supporting material located in the at least one supporting trench and extending flatly over this layered structure of the partial solar cell and the at least one supporting trench.
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Tandem-Solarzelle aus wenigstens zwei monolithisch übereinander gestapelten Teilsolarzellen.The present invention relates to a tandem solar cell composed of at least two partial solar cells monolithically stacked one on top of the other.
Eine Tandem-Solarzelle besteht aus zwei oder mehr übereinander geschichteten Teilsolarzellen. Die dem Licht zugewandte, oberste Teilsolarzelle, die sogenannte Topzelle, der Tandem-Solarzelle absorbiert kurzwelliges, hochenergetisches Licht und lässt langwelliges, niederenergetisches Licht zu der wenigstens einen darunter befindlichen Teilsolarzelle hindurch. Die jeweils darunter angeordnete Teilsolarzelle absorbiert wiederum einen Teil des Lichtspektrums bis zu einer durch die Bandlücke des Halbleitermaterials dieser Teilsolarzelle bestimmten Grenzwellenlänge. In der Tandem-Solarzelle werden Teilsolarzellen aus unterschiedlichen Halbleitermaterialien oder -kombinationen oder -kristallinität, die für jeweils einzelne Spektralbereiche optimale Bandlücken aufweisen, kombiniert. Durch eine solche Anordnung ist es möglich, den Wirkungsgrad im Vergleich zu herkömmlichen Einzelsolarzellen zu erhöhen, indem nicht nur der Absorptionsbereich erweitert, sondern auch die Effizienz der Umwandlung von Sonnenlicht in elektrischen Strom erhöht wird.A tandem solar cell consists of two or more partial solar cells stacked on top of each other. The uppermost partial solar cell facing the light, the so-called top cell, of the tandem solar cell absorbs short-wave, high-energy light and lets long-wave, low-energy light through to the at least one partial solar cell located below. The respective sub-solar cell arranged underneath absorbs part of the light spectrum up to a limit wavelength determined by the band gap of the semiconductor material of this sub-solar cell. In the tandem solar cell, sub-solar cells made of different semiconductor materials or combinations or crystallinity are combined, which have optimal band gaps for individual spectral ranges. With such an arrangement, it is possible to increase the efficiency compared to conventional single solar cells, not only by expanding the absorption range, but also by increasing the efficiency of converting sunlight into electricity.
Die am meisten bekannte Tandem-Solarzelle besteht aus drei übereinander gestapelten Teilsolarzellen aus GaInP, GalnAs und Ge. Neue Konzepte von Tandem-Solarzellen basieren auf einer Kombination einer Silizium-Basis-Teilsolarzelle mit darüber angeordneten Teilsolarzellen aus A(III)-B(V)-Verbindungshalbleitern oder Perowskiten, wodurch perspektivisch Gesamtwirkungsgrade von Tandem-Solarzellen von über 30 % erreichbar sind.The best-known tandem solar cell consists of three stacked partial solar cells made of GaInP, GalnAs and Ge. New concepts of tandem solar cells are based on a combination of a silicon base partial solar cell with partial solar cells arranged on top made of A(III)-B(V) compound semiconductors or perovskites, which means that overall efficiencies of tandem solar cells of over 30% can be achieved in the future.
Perowskite werden aus Komponenten, wie beispielsweise aus Metallsalzen, hergestellt, die einfach verfügbar und preiswert sind. Sie können zudem deutlich dünner als Siliziumschichten in Solarzellen sein und dennoch eine hohe Absorption aufweisen, sodass die daraus ausgebildeten leichten, dünnen Solarzellen sich besonders für den Einsatz auf gekrümmten Flächen eignen oder gefaltet werden können. Nachteilig an Perowskit ist jedoch dessen geringe Stabilität. Die darin enthaltenen Bestandteile reagieren empfindlich auf Umwelteinflüsse. Die betreffenden Solarzellen werden deshalb unter Anwendung von Druck und Temperatur mit geeigneten Kunststofffolien und/oder Gläsern zu Solarmodulen laminiert. Das Laminat bildet dabei einerseits eine Barriere gegenüber Umwelteinflüssen und sorgt gleichzeitig für die mechanische Stabilität der Solarmodule. Aufgrund der mechanischen Instabilität von Perowskit kann es jedoch beim Laminieren durch den dabei verwendeten Druck oder nachträglich durch thermische Spannungen im Betrieb des Solarmoduls zum Versagen der Solarzellen kommen.Perovskites are made from components such as metal salts that are readily available and inexpensive. They can also be significantly thinner than silicon layers in solar cells and still have high absorption, so that the light, thin solar cells made from them are particularly suitable for use on curved surfaces or can be folded. However, a disadvantage of perovskite is its low stability. The components it contains are sensitive to environmental influences. The solar cells in question are therefore laminated with suitable plastic films and/or glasses to form solar modules using pressure and temperature. On the one hand, the laminate forms a barrier against environmental influences and at the same time ensures the mechanical stability of the solar modules. Due to the mechanical instability of perovskite, however, the solar cells can fail during lamination due to the pressure used or subsequently due to thermal stresses during operation of the solar module.
Ähnliche Probleme gibt es beim elektrischen Kontaktieren von Perowskit aufweisenden Tandem-Solarzellen. Um diese zu lösen, schlägt die Druckschrift
Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Tandem-Solarzelle mit erhöhter mechanischer Stabilität zur Verfügung zu stellen, die auch eine vorteilhafte Anwendung von Perowskit enthaltenden Solarzellenstrukturen ermöglicht.It is therefore the object of the present invention to provide a tandem solar cell with increased mechanical stability, which also enables an advantageous use of solar cell structures containing perovskite.
Diese Aufgabe wird durch eine Tandem-Solarzelle aus wenigstens zwei monolithisch übereinander gestapelten Teilsolarzellen gelöst, bei der wenigstens eine der Teilsolarzellen eine Stützstruktur aufweist, die wenigstens einen, durch einen Schichtaufbau dieser Teilsolarzelle hindurchgehenden und mit einem Stützmaterial gefüllten Stützgraben aufweist.This object is achieved by a tandem solar cell made of at least two monolithic partial solar cells stacked one on top of the other, in which at least one of the partial solar cells has a supporting structure which has at least one supporting trench which passes through a layered structure of this partial solar cell and is filled with a supporting material.
Bei der erfindungsgemäßen Tandem-Solarzellen verläuft der wenigstens eine Stützgraben durch die gesamte Schichtfolge der Teilsolarzelle, also auch durch solche Schichten der Teilsolarzelle, die eine geringe mechanische Stabilität besitzen. Der wenigstens eine Stützgraben ist mit dem Stützmaterial gefüllt, ist also selbst mechanisch stabil. Er wirkt dadurch wie eine Hülse oder ein Rahmen oder Rahmengitter um die und/oder zwischen den elektronisch aktiven Bereiche(n) der Teilsolarzelle.In the tandem solar cell according to the invention, the at least one supporting trench runs through the entire layer sequence of the partial solar cell, ie also through those layers of the partial solar cell that have low mechanical stability. The at least one support trench is filled with the support material, so it is itself mechanically stable. As a result, it acts like a sleeve or a frame or frame grid around and/or between the electronically active area(s) of the partial solar cell.
Bevorzugt ist bei der vorliegenden Erfindung diejenige Teilsolarzelle, die die Stützstruktur aufweist, die jeweils zuoberst angeordnete Topzelle der Tandem-Solarzelle. Besteht die Tandem-Solarzelle jedoch aus mehr als zwei Teilsolarzellen, kann die Stützstruktur auch bei mehreren oberen Teilsolarzellen oder nur bei einer oder mehreren mittleren Teilsolarzellen vorgesehen sein. Grundsätzlich ist es auch möglich, dass die unterste oder mehrere untere Teilsolarzellen der Tandem-Solarzelle mit der Stützstruktur versehen sind.In the present invention, that partial solar cell which has the support structure is preferably the top cell of the tandem solar cell that is arranged at the top. However, if the tandem solar cell consists of more than two partial solar cells, the support structure can also be provided for several upper partial solar cells or only for one or more middle partial solar cells. In principle, it is also possible for the lowermost partial solar cell or several lower partial solar cells of the tandem solar cell to be provided with the supporting structure.
Sinnvoll ist es jedoch, wenn die Tandem-Solarzelle wenigstens ein mechanisch stabiles Substrat oder wenigstens eine andere mechanisch stabile Struktur, wie eine aus Silizium oder einem anderen stabilen Halbleitermaterial bestehende Basis-Teilsolarzelle, aufweist, auf der sich die Stützstruktur abstützen kann.However, it makes sense if the tandem solar cell has at least one mechanically stable substrate or at least one other mechanically stable structure, such as a basic partial solar cell made of silicon or another stable semiconductor material, on which the support structure can be supported.
Der wenigstens eine Stützgraben kann beispielsweise durch Maskierung während der Abscheidung der mit der Stützstruktur zu stützenden Schichten des Schichtstapels der Teilsolarzelle und/oder durch Verdampfen von Bereichen der mit der Stützstruktur zu stützenden Schichten des Schichtstapels der Teilsolarzelle mittels Laser oder Elektronenstrahl nach deren Abscheidung und/oder durch mechanische Entfernung von Bereichen der mit der Stützstruktur zu stützenden Schichten des Schichtstapels der Teilsolarzelle mittels Kratzen, Reiben, Schaben oder durch Kontakt mit adhäsiven Elementen erzeugt werden.The at least one support trench can be created, for example, by masking during the deposition of the layers of the layer stack of the solar cell part to be supported with the support structure and/or by evaporating areas of the layers of the layer stack of the solar cell part to be supported with the support structure by means of a laser or electron beam after their deposition and/or by mechanically removing areas of the layers of the layer stack of the partial solar cell to be supported by the support structure by means of scratching, rubbing, scraping or by contact with adhesive elements.
Der wenigstens eine Stützgraben kann, jeweils in einer Draufsicht auf eine Lichteinfallsseite der Tandem-Solarzelle, loch-, streifen-, winkel-, reifen- oder rahmenförmig ausgebildet sein. Der wenigstens eine Stützgraben kann beispielsweise in einer geschnittenen Draufsicht auf die Tandem-Solarzelle rund oder als Langloch in gleicher oder wechselnder Orientierung ausgebildet sein. Grundsätzlich kann jedoch der wenigstens eine Stützgraben beliebige geometrische Formen aufweisen.The at least one supporting trench can be designed in the form of a hole, a strip, an angle, a ring or a frame, in each case in a plan view of a light incidence side of the tandem solar cell. The at least one supporting trench can be designed, for example, in a sectional top view of the tandem solar cell, round or as a slot with the same or alternating orientation. In principle, however, the at least one supporting trench can have any geometric shape.
Besonders bevorzugt weist die Tandem-Solarzelle eine Mehrzahl von in regelmäßiger Anordnung angeordneten Stützgräben auf. The tandem solar cell particularly preferably has a plurality of supporting trenches arranged in a regular arrangement.
Beispielsweise können diese Stützgräben jeweils an Kreuzungspunkten eines gedachten ebenen kubischen, tetragonalen oder hexagonalen Gitters angeordnet sein.For example, these supporting trenches can each be arranged at crossing points of an imaginary planar cubic, tetragonal or hexagonal lattice.
Die Periodenlänge eines solchen Gitters liegt dabei vorzugsweise unter 10 mm.The period length of such a grating is preferably less than 10 mm.
In einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung weist die Stützstruktur ferner wenigstens eine Stützschicht auf, die stoffschlüssig mit dem in dem wenigstens einen Stützgraben befindlichen Stützmaterial verbunden ist und sich flächig über und/oder unter dem Schichtaufbau der Teilsolarzelle, durch den der wenigstens eine Stützgraben hindurchgeht, erstreckt.In a preferred embodiment of the present invention, the support structure also has at least one support layer which is materially bonded to the support material located in the at least one support trench and is flat above and/or below the layer structure of the partial solar cell through which the at least one support trench passes. extends.
In dieser Ausführungsform der Erfindung sind alle Grabenstrukturen des wenigstens einen Stützgrabens durch die durchgängige Stützschicht miteinander verbunden, wodurch die jeweiligen Grabenstrukturen selbst bei geringer mechanischer Stabilität wenigstens einer Schicht des Schichtaufbaus der Teilsolarzelle nicht gegeneinander verrutschen.In this embodiment of the invention, all trench structures of the at least one support trench are connected to one another by the continuous support layer, so that the respective trench structures do not slip relative to one another even if at least one layer of the layer structure of the partial solar cell has low mechanical stability.
Die wenigstens eine Stützschicht kann sich sowohl über als auch unter dem zu stützenden Schichtstapel befinden. Die Stützschicht verbindet hierdurch stoffschlüssig alle Grabenstrukturen des wenigstens einen Stützgrabens zu einer einzigen Stützstruktur, indem sie wie eine Brücke alle Grabenstrukturen des wenigstens einen Stützgrabens miteinander verbindet.The at least one support layer can be located both above and below the stack of layers to be supported. The support layer thereby connects all trench structures of the at least one support trench to form a single support structure in a materially bonded manner by connecting all the trench structures of the at least one support trench to one another like a bridge.
In einer vorteilhaften Variante dieser Ausführungsform der Erfindung ist die Stützschicht aus dem gleichen Stützmaterial ausgebildet, mit dem auch der wenigstens eine Stützgraben gefüllt ist. Dadurch können mit ein und demselben Abscheideprozess sowohl der wenigstens eine Sützgraben gefüllt als auch die Stützschicht, die zudem noch als Schutz- und Antireflexionsschicht dienen kann, erzeugt werden.In an advantageous variant of this embodiment of the invention, the supporting layer is formed from the same supporting material with which the at least one supporting trench is also filled. As a result, both the at least one supporting trench can be filled and the support layer, which can also serve as a protective and anti-reflection layer, can be produced with one and the same deposition process.
Das Stützmaterial ist bevorzugt ein mechanisch stabiles, diffusionsdichtes oder zumindest stark diffusionsbehinderndes Material. Vorzugsweise ist das Stützmaterial ein dielektrisches Material, besonders bevorzugt ein elektrisch isolierendes Material.The support material is preferably a mechanically stable, diffusion-tight or at least strongly diffusion-inhibiting material. The support material is preferably a dielectric material, particularly preferably an electrically insulating material.
Das Stützmaterial sollte auf den Schichtstapel, den es stützt, abgestimmte optische Eigenschaften aufweisen, also möglichst eine optische Transparenz in der Größenordnung eines Mittelwertes der optischen Transparenz dieses Schichtstapels besitzen, damit es nicht diesen Schichtstapel zu sehr abschattet.The support material should have optical properties matched to the stack of layers it supports, ie if possible have an optical transparency in the order of an average value of the optical transparency of this stack of layers, so that it does not shadow this stack of layers too much.
Das Stützmaterial kann beispielsweise ein Nitrid, wie Aluminiumnitrid oder Siliziumnitrid, ein Oxid, wie Aluminiumoxid oder Siliziumoxid, ein Oxinitrid, wie Aluminiumoxinitrid oder Siliziumoxinitrid, und/oder ein Polymer sein.The support material can be, for example, a nitride such as aluminum nitride or silicon nitride, an oxide such as aluminum oxide or silicon oxide, an oxynitride such as aluminum oxynitride or silicon oxynitride, and/or a polymer.
Besonders bevorzugt ist die Stützschicht eine Schutz- und/oder Antireflexionsschicht der wenigstens einen, die Stützstruktur aufweisenden Teilsolarzelle.The supporting layer is particularly preferably a protective and/or antireflection layer of the at least one partial solar cell having the supporting structure.
Als Schutz- und/oder Antireflexionsschicht wird in der vorliegenden Erfindung diejenige Schicht oder Schichtfolge verstanden, die zuoberst der jeweiligen Teilsolarzelle, d. h. auch auf der Kontaktierungsschicht oder der Kontaktierungsschicht mit den Kontakten der jeweiligen Teilsolarzelle liegt und mittels Schichtabscheidung erzeugt wird.In the present invention, the protective and/or antireflection layer is that layer or layer sequence which is on top of the respective partial solar cell, i. H. also lies on the contacting layer or the contacting layer with the contacts of the respective partial solar cell and is produced by means of layer deposition.
In dieser bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist das Stützmaterial also so auszuwählen, dass es nicht nur die benötigte mechanische Stabilität besitzt, sondern auch eine Feuchtigkeitsdiffusionsbarriere darstellt und/oder antireflektierende Eigenschaften aufweist.In this preferred embodiment of the invention, the support material is to be selected in such a way that it not only has the required mechanical stability, but also moisture diffusion sion barrier is and / or has anti-reflective properties.
Die geometrische Gestalt des wenigstens einen Stützgrabens und der jeweilige Abstand einzelner Grabenstrukturen des wenigstens einen Stützgrabens voneinander werden vorzugsweise in Abhängigkeit von den mikromechanischen Eigenschaften der verwendeten Stützschicht ausgewählt. Sind beispielsweise die einzelnen Grabenstrukturen des wenigstens einen Stützgrabens Lochstrukturen, sollten diese vorzugsweise in einem regelmäßigen Lochmuster vorgesehen sein. Eine regelmäßige Anordnung ist auch bei anderen geometrischen Ausbildungen des wenigstens einen Stützgrabens von Vorteil.The geometric shape of the at least one support trench and the respective spacing between individual trench structures of the at least one support trench are preferably selected as a function of the micromechanical properties of the support layer used. If, for example, the individual trench structures of the at least one supporting trench are hole structures, they should preferably be provided in a regular hole pattern. A regular arrangement is also advantageous with other geometric configurations of the at least one supporting trench.
In einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Tandem-Solarzelle ist wenigstens eine Schicht des Schichtaufbaus der wenigstens einen, die Stützstruktur aufweisenden Teilsolarzelle aus Perowskit ausgebildet, weshalb diese Teilsolarzelle eine im Folgenden als Perowskit-Teilsolarzelle bezeichnet wird.In a preferred embodiment of the tandem solar cell according to the invention, at least one layer of the layer structure of the at least one partial solar cell having the support structure is made of perovskite, which is why this partial solar cell is referred to below as a perovskite partial solar cell.
Wie eingangs erwähnt, ist insbesondere Perowskit mechanisch instabil. Die erfindungsgemäße Tandem-Solarzelle macht es jedoch möglich, diejenige(n) Teilsolarzelle(n), die wenigstens eine Perowskitschicht aufweist/aufweisen, mechanisch derart zu stabilisieren, dass die entsprechende Tandem-Solarzelle problemlos einlaminiert werden kann, ohne dass die Gefahr der Delaminierung besteht und ohne dass die elektronischen Eigenschaften der jeweiligen Tandem-Solarzelle merkbar beeinträchtigt werden.As mentioned at the outset, perovskite in particular is mechanically unstable. However, the tandem solar cell according to the invention makes it possible to mechanically stabilize the partial solar cell(s) that has/have at least one perovskite layer in such a way that the corresponding tandem solar cell can be laminated in without any problems, without the risk of delamination and without the electronic properties of the respective tandem solar cell being noticeably impaired.
Vorteilhafterweise ist bei dieser Ausführungsform der Erfindung die wenigstens eine Perowskit-Teilsolarzelle auf einer kein Perowskit aufweisenden Basis-Teilsolarzelle ausgebildet.In this embodiment of the invention, the at least one perovskite partial solar cell is advantageously formed on a basic partial solar cell that does not have any perovskite.
Die kein Perowskit bzw. keine Perowskitschicht aufweisende Basis-Teilsolarzelle schafft neben ihren vorteilhaften elektronischen Eigenschaften, wie der Absorption eines anderen Lichtspektrums als dem, das die Perowskit-Teilsolarzelle absorbiert, eine stabile mechanische Basis für das Aufsetzen der durch die Stützstruktur mechanisch stabilisierten Perowskit-Teilsolarzelle, die typischerweise die obere Teilsolarzelle bildet und die kurzwellige Lichtstrahlung absorbiert.In addition to its advantageous electronic properties, such as the absorption of a different light spectrum than that absorbed by the perovskite partial solar cell, the basic partial solar cell, which has no perovskite or no perovskite layer, creates a stable mechanical basis for placing the perovskite partial solar cell, which is mechanically stabilized by the support structure , which typically forms the upper part of the solar cell and absorbs the short-wave light radiation.
Besonders bevorzugt endet der wenigstens eine Stützgraben der Perowskit-Teilsolarzelle auf einer Kontaktierungsschicht der Basis-Teilsolarzelle, wie beispielsweise auf einer Indium-Zinn-Oxid-Schicht der Basis-Teilsolarzelle.Particularly preferably, the at least one supporting trench of the perovskite solar cell part ends on a contacting layer of the solar cell part, such as on an indium tin oxide layer of the solar cell part.
In einer favorisierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung weist die Basis-Teilsolarzelle einen Heteroübergang auf. Durch die Kombination aus Heteroübergangs-Teilsolarzelle und mechanisch stabilisierter Perowskit-Teilsolarzelle lassen sich langlebige Tandem-Solarzellen mit sehr hohem Wirkungsgrad ausbilden.In a preferred embodiment of the present invention, the basic partial solar cell has a heterojunction. The combination of a heterojunction partial solar cell and a mechanically stabilized perovskite partial solar cell allows long-lasting tandem solar cells to be formed with a very high level of efficiency.
Eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, deren Aufbau, Funktion und Vorteile, wird im Folgenden anhand von
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1 schematisch eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Tandem-Solarzelle im Querschnitt zeigt.
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1 schematically shows an embodiment of a tandem solar cell according to the invention in cross section.
In der gezeigten Ausführungsform fungiert die unten angeordnete Teilsolarzelle 2 als Basis-Teilsolarzelle, die eine mechanisch stabile Basis für den Aufbau der darüber gestapelten, oberen Teilsolarzelle 3 bildet.In the embodiment shown, the partial
Die Basis-Teilsolarzelle 2 weist in der gezeigten Ausführungsform einen HeteroÜbergang auf.In the embodiment shown, the basic partial
Die Basis-Teilsolarzelle 2 weist einen Absorber 21 auf. Der Absorber 21 besteht in der gezeigten Ausführungsform aus einkristallinem Silizium, kann jedoch in anderen Ausführungsformen der Erfindung auch aus einem anderen Halbleitermaterial bestehen und/oder eine andere Festkörperstruktur besitzen. Der Absorber 21 kann ein- oder beidseitig texturiert sein. Der Absorber 21 ist von einem ersten Leitfähigkeitstyp. In der gezeigten Ausführungsform ist der Absorber 21 n-dotiert, kann jedoch in anderen Ausführungsformen der Erfindung auch p-dotiert sein.The basic partial
Auf einer Vorderseite des Absorbers 21 liegt eine untere Vorderseitendotierschicht 22. Die untere Vorderseitendotierschicht 22 ist in dem gezeigten Beispiel eine dotierte amorphe Halbleiterschicht, besonders bevorzugt eine mit Wasserstoff abgesättigte amorphe Siliziumschicht. In dem gezeigten Ausführungsbeispiel ist die untere Vorderseitendotierschicht 22 vom gleichen ersten Leitungstyp wie der Absorber 21, also n-dotiert, weist aber eine höhere Dotierung als der Absorber 21 auf. Sie bildet in der gezeigten Ausführungsform einen Emitter der Basis-Teilsolarzelle 2 aus. In anderen, nicht gezeigten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung kann die untere Vorderseitendotierschicht 22 auch einen zum Leitungstyp des Absorbers 21 entgegengesetzten Leitungstyp aufweisen, also in dem gezeigten Beispiel p-dotiert sein.A lower front-
In anderen, nicht gezeigten Ausführungsformen der Erfindung kann zwischen der unteren Vorderseitendotierschicht 22 und dem Absorber 21 auch eine untere Vorderseitenintrinsicschicht, d. h. eine intrinsische amorphe Halbleiterschicht, vorzugsweise aus amorphem Silizium, vorgesehen sein.In other embodiments of the invention that are not shown, a lower front-side intrinsic layer, i. H. an intrinsic amorphous semiconductor layer, preferably made of amorphous silicon, can be provided.
Auf der unteren Vorderseitendotierschicht 22 liegt eine untere Vorderseitenleitungsschicht 24. Die untere Vorderseitenleitungsschicht 24 ist aus elektrisch leitfähigem, transparentem Material, wie beispielsweise aus Indium-Zinn-Oxid, ausgebildet.A lower front-
Auf der unteren Vorderseitenleitungsschicht 24 der Basis-Teilsolarzelle 2 ist eine untere Schutz- und/oder Antireflexionsschicht 26 ausgebildet.A lower protective and/or
Auf einer Rückseite des Absorbers 21 liegt eine untere Rückseitendotierschicht 23. Die untere Rückseitendotierschicht 23 ist in dem gezeigten Beispiel eine dotierte amorphe Halbleiterschicht, besonders bevorzugt eine mit Wasserstoff abgesättigte amorphe Siliziumschicht. In dem gezeigten Ausführungsbeispiel ist die untere Rückseitendotierschicht 23 von einem zu dem ersten Leitungstyp des Absorbers 21 entgegengesetzen Leitungstyp, also p-dotiert. Sie bildet in der gezeigten Ausführungsform einen Kollektor der Basis-Teilsolarzelle 2 aus. In anderen, nicht gezeigten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung kann die untere Rückseitendotierschicht 23 auch vom gleichen Leitungstyp wie der Absorber 21 sein, also in dem gezeigten Beispiel n-dotiert sein, aber eine höhere Dotierung als der Absorber 21 aufweisen.A lower rear
In anderen, nicht gezeigten Ausführungsformen der Erfindung kann zwischen der unteren Rückseitendotierschicht 23 und dem Absorber 21 auch eine untere Rückseitenintrinsicschicht, d. h. eine intrinsische amorphe Halbleiterschicht, vorzugsweise aus amorphem Silizium, vorgesehen sein.In other non-illustrated embodiments of the invention, a lower backside intrinsic layer, i. H. an intrinsic amorphous semiconductor layer, preferably made of amorphous silicon, may be provided.
Auf der unteren Rückseitendotierschicht 22 liegt eine untere Rückseitenleitungsschicht 25. Die untere Rückseitenleitungsschicht 25 ist aus elektrisch leitfähigem, transparentem Material, wie beispielsweise aus Indium-Zinn-Oxid, ausgebildet.A lower
Auf der unteren Rückseitenleitungsschicht 25 befinden sich Rückseitenkontakte 27 der Basis-Teilsolarzelle 2, die in dem gezeigten Ausführungsbeispiel gedruckte Silberkontakte sind.On the lower rear
Auf der unteren Schutz- und/oder Antireflexionsschicht 26 der Basis-Teilsolarzelle 2 ist der Schichtaufbau der oberen Teilsolarzelle 3 der Tandem-Solarzelle 1 aufgebaut.The layer structure of the upper partial
Eine Stützstruktur 4 der oberen Teilsolarzelle 3 erstreckt sich in Form wenigstens eines mit einem Stützmaterial 41 gefüllten Stützgrabens 40, 40' durch den nachfolgend beschriebenen Schichtaufbau der oberen Teilsolarzelle 3 als auch durch die untere Schutz- und/oder Antireflexionsschicht 26 der Basis-Teilsolarzelle 2 hindurch sowie über die gesamte obere Teilsolarzelle 3 in Form einer aus dem Stützmaterial 41 bestehenden Stützschicht 42 hinweg.A
Die obere Teilsolarzelle 3 weist einen Perowskit aufweisenden Absorber, nachfolgend Perowskit-Schicht 31 genannt, auf. Zusätzlich zu Perowskit kann der Absorber der oberen Teilsolarzelle 3 noch wenigstens eine weitere Materialschicht, wie beispielsweise eine Salzschicht, aufweisen.The upper partial
Auf einer Vorderseite der Perowskit-Schicht 31 liegt eine obere Vorderseitendotierschicht 32. Die obere Vorderseitendotierschicht 32 ist in dem gezeigten Beispiel eine dotierte amorphe Halbleiterschicht. In dem gezeigten Ausführungsbeispiel ist die obere Vorderseitendotierschicht 32 n-dotiert. Sie bildet in der gezeigten Ausführungsform einen Emitter der oberen Teilsolarzelle 3 aus. In anderen, nicht gezeigten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung kann die obere Vorderseitendotierschicht 32 auch p-dotiert sein.An upper front-
In anderen, nicht gezeigten Ausführungsformen der Erfindung kann zwischen der oberen Vorderseitendotierschicht 32 und der Perowskit-Schicht 31 auch eine obere Vorderseitenintrinsicschicht, d. h. eine intrinsische amorphe Halbleiterschicht, vorgesehen sein.In other, non-illustrated embodiments of the invention, an upper front side intrinsic layer, i. H. an intrinsic amorphous semiconductor layer.
In dem gezeigten Ausführungsbeispiel liegt auf der oberen Vorderseitendotierschicht 32 eine obere Vorderseitenleitungsschicht 34. Die obere Vorderseitenleitungsschicht 24 ist aus elektrisch leitfähigem, transparentem Material, wie beispielsweise aus Indium-Zinn-Oxid, ausgebildet.In the exemplary embodiment shown, an upper front-side
In anderen, nicht gezeigten Ausführungsformen der Erfindung kann zwischen der oberen Vorderseitendotierschicht 32 und der oberen Vorderseitenleitungsschicht 34 wenigstens eine weitere elektrisch leitfähige, transparente Schicht vorgesehen sein.In other specific embodiments of the invention that are not shown, at least one further electrically conductive, transparent layer can be provided between the upper front-
Auf der oberen Vorderseitenleitungsschicht 34 befinden sich Vorderseitenkontakte 37 der Tandem-Solarzelle 1, die in dem gezeigten Ausführungsbeispiel gedruckte Silberkontakte sind.On the upper
Auf der oberen Vorderseitenleitungsschicht 34 und den Vorderseitenkontakten 37 ist eine obere Schutz- und/oder Antireflexionsschicht ausgebildet, die vorliegend insbesondere auch als Stützschicht 42 wirkt.An upper protective and/or anti-reflection layer is formed on the upper front-
Die Stützschicht 42 besteht in dem gezeigten Ausführungsbeispiel aus dem Stützmaterial 41, das auch die Füllung des wenigstens einen Stützgrabens 40, 40` bildet und das in dem gezeigten Ausführungsbeispiel aus einem dielektrischen Material ausgebildet ist, aber auch aus einem Polymer ausgebildet sein kann. In anderen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung kann die Stützschicht 42 auch aus einem anderen Material als dem zur Füllung des wenigstens einen Stützgrabens 40, 40` verwendeten Stützmaterial 41 bestehen. In weiteren Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung kann die Stützschicht 42 auch weggelassen oder durch eine andere Schicht oder Schichtfolge oder Struktur ersetzt werden.In the exemplary embodiment shown, the supporting
Auf einer Rückseite der Perowskit-Schicht 31 liegt eine obere Rückseitendotierschicht 33. Die obere Rückseitendotierschicht 33 ist in dem gezeigten Beispiel eine dotierte amorphe Halbleiterschicht. In dem gezeigten Ausführungsbeispiel ist die obere Rückseitendotierschicht 33 p-dotiert. Sie bildet in der gezeigten Ausführungsform einen Kollektor der Teilsolarzelle 3 aus. In anderen, nicht gezeigten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung kann die obere Rückseitendotierschicht 33 auch n-dotiert sein.On a rear side of the
In anderen, nicht gezeigten Ausführungsformen der Erfindung kann zwischen der oberen Rückseitendotierschicht 33 und der Perowskit-Schicht 31 auch eine obere Rückseitenintrinsicschicht, d. h. eine intrinsische amorphe Halbleiterschicht, vorgesehen sein.In other, non-illustrated embodiments of the invention, an upper backside intrinsic layer, i. H. an intrinsic amorphous semiconductor layer.
In der gezeigten Ausführungsform liegt die obere Rückseitendotierschicht 33 direkt auf der unteren Schutz- und/oder Antireflexionsschicht 26 der Basis-Teilsolarzelle 2 auf. Die obere Rückseitenleitungsschicht der oberen Teilsolarzelle 3 wird hier durch die untere Vorderseitenleitungsschicht 24 der Basis-Teilsolarzelle 2 ausgebildet.In the embodiment shown, the upper rear-
Der wenigstens eine Stützgraben 40, 40' ist in dem gezeigten Ausführungsbeispiel durch eine Mehrzahl von durch die Schichtfolge der oberen Teilsolarzelle 3 verlaufenden Löchern ausgebildet. Die Löcher sind mit dem Stützmaterial 41 gefüllt, welches in dem gezeigten Ausführungsbeispiel auch das Material der Schutz- und/oder Antireflexionsschicht der oberen Teilsolarzelle 3 bildet und damit hier direkt in diese Schicht übergeht. Die als Stützschicht 42 wirkende Schutz- und/oder Antireflexionsschicht der oberen Teilsolarzelle 3 bildet eine Brücke, die alle mit dem Stützmaterial 42 gefüllten Stützgrabenstrukturen bzw. Löcher miteinander stoffschlüssig verbindet.In the exemplary embodiment shown, the at least one supporting
Der wenigstens eine Stützgraben 40, 40' befindet sich in einem Randbereich der oberen Teilsolarzelle 3, sodass ihr zwar durch die Stützstruktur 4 eine gute mechanische Stabilität verliehen wird, aber ihr Wirkungsgrad kaum oder nicht durch die Stützstruktur 4 beeinträchtigt wird.The at least one supporting
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