DE112009001642T5 - Dünnschichtsolarzelle und Verfahren zu deren Herstellung - Google Patents

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Abstract

Eine Dünnschichtsolarzelle, bei der eine transparente Elektrode mit feinen Oberflächenunregelmäßigkeiten mit geringer Oberflächenrauigkeit und ein im Wesentlichen einheitlicher ebeneninterner Widerstand erzielt ist, kann erhalten werden, indem mehrere erste transparente leitfähige Schichten 2 getrennt voneinander in einer Substratoberfläche auf einem transparenten isolierenden Substrat ausgebildet werden, eine zweite transparente leitfähige Schicht auf den ersten transparenten leitfähigen Schichten 2 ausgebildet wird, die zweite transparente leitfähige Schicht zu einer körnigen Form geätzt wird und erste körnige Teile 4b verstreut auf den ersten transparenten leitfähigen Schichten 2 ausgebildet werden, eine Stromerzeugungsschicht 5 auf den ersten transparenten leitfähigen Schichten 2 und auf den verstreuten ersten körnigen Teilen 4b ausgebildet wird, und eine rückseitige Elektrodenschicht 6 auf der Stromerzeugungsschicht 5 ausgebildet wird.

Description

  • TECHNISCHES GEBIET
  • Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Dünnschichtsolarzelle und ein Verfahren zu deren Herstellung, und im Spezielleren auf eine Dünnschichtsolarzelle, die eine Lichteinfangtechnologie nutzt, und ein Verfahren zu deren Herstellung.
  • STAND DER TECHNIK
  • Gegenwärtig wird als eine Lichteinfangtechnologie, die für eine Dünnschichtsolarzelle eingesetzt wird, im Falle einer Dünnschichtsolarzelle, auf die man Licht von einer Seite eines transparenten isolierenden Substrats her einfallen lässt, ein Verfahren des Ausbildens einer unregelmäßigen Struktur auf der Oberfläche eines transparenten leitfähigen Films verwendet, der auf dem transparenten isolierenden Substrat ausgebildet ist. In der Lichteinfangtechnologie zum Ausbilden der unregelmäßigen Struktur ist es allgemein bekannt, dass der Lichtumwandlungswirkungsgrad der Dünnschichtsolarzelle durch eine Senkung des Lichtreflexionsgrads und eine Lichtdiffusionswirkung verbessert wird. Konkret ausgedrückt lässt man das Licht, das von der Seite eines transparenten isolierenden Substrats her einfällt, auf eine fotoelektrische Wandlerschicht einfallen, nachdem es auf einer Grenzfläche zwischen dem transparenten leitfähigen Film mit einer unregelmäßigen Form und der fotoelektrischen Wandlerschicht gestreut wurde. Deshalb wird bewirkt, dass das Licht im Allgemeinen schräg auf die fotoelektrische Wandlerschicht einfällt. Weil bewirkt wird, dass das Licht schräg auf die fotoelektrische Wandlerschicht einfällt, wird ein wesentlicher optischer Pfad des Lichts verlängert und die Absorption des Lichts nimmt zu. Deshalb wird eine fotoelektrische Umwandlungseigenschaft eines fotovoltaischen Elements verbessert und der Ausgangsstrom nimmt zu.
  • Aus dem Stand der Technik ist eine transparente leitfähige Schicht aus Zinnoxid (SnO2) als transparente leitfähige Schicht mit der unregelmäßigen Struktur hinlänglich bekannt. Im Allgemeinen wird die unregelmäßige Struktur, die auf der transparenten leitfähigen Schicht aus SnO2 ausgebildet wird, dadurch ausgebildet, dass Kristallkörner mit einem Durchmesser von mehreren zehn Nanometer bis mehreren hundert Nanometer auf einer Schichtoberfläche mit einem Verfahren der thermochemischen Dampfabscheidung (CVD) gezüchtet werden. Zur Ausbildung einer ausreichend unregelmäßigen Struktur auf der Oberfläche der SnO2-Schicht ist jedoch ein Hochtemperaturprozess bei 500°C bis 600°C notwendig und eine Schichtdicke von ca. 1 Mikrometer erforderlich, und dies ist eine Ursache für eine Steigerung der Herstellungskosten.
  • Deshalb breitet sich in den letzten Jahren Zinkoxid (ZnO) als Material, das SnO2 ersetzt, vom Gesichtspunkt einer ausgezeichneten Plasmabeständigkeit und einer Fülle an Rohstoffquellen, immer mehr aus. Um jedoch im Falle von ZnO eine ausreichend unregelmäßige Struktur auf der Oberfläche auszubilden, ist eine Schichtdicke von ca. 2 Mikrometer erforderlich. Deshalb wurde als ein Verfahren zum Ausbilden einer unregelmäßigen Struktur mit einer zufriedenstellenden Lichteinfangwirkung, auch wenn eine ZnO-Schicht als Dünnschicht durch Niedrigtemperaturausbildung erzielt wird, über eine Technologie zum Ausbilden einer transparenten leitfähigen Schicht auf einem Glassubstrat mit einem Zerstäubungsverfahren und Ätzen der transparenten leitfähigen Schicht mit Säure, um eine unregelmäßige Struktur auf dessen Oberfläche zu bilden, berichtet. Gemäß diesem Verfahren wird eine Kostensenkung einer Solarzellenvorrichtung erwartet. Die nachstehend beschriebene Patentschrift 1 offenbart ein Verfahren des Eintauchens der Oberfläche einer Zinkoxidschicht, die auf eine hochreflektierende Metallschicht aufgetragen ist, in eine Lösung, die bivalente Karbonsäure enthält, und des Ausbildens einer unregelmäßigen Struktur mit einer Substanz, die durch eine chemische Reaktion herausgelöst wird.
  • Zum Beispiel offenbart die Patentschrift 2 ein Verfahren des Aufbringens von Glas in Pulverform auf ein Flachglas und des Verschmelzens der Glasarten, um eine unregelmäßige Struktur zu bilden. Die Patentschriften 3 und 4 offenbaren, dass eine unregelmäßige Struktur durch Sandstrahlen auf der Oberfläche eines transparenten isolierenden Substrats ausgebildet wird.
    Patentschrift 1: Japanische Patentanmeldung mit der Offenlegungsnummer H06-196734
    Patentschrift 2: Japanische Patentanmeldung mit der Offenlegungsnummer S62-98677
    Patentschrift 3: Japanische Patentanmeldung mit der Offenlegungsnummer H09-199745
    Patentschrift 4: Japanische Patentanmeldung mit der Offenlegungsnummer H07-122764
    Veröffentlichung, bei der es sich um keine Patentschrift handelt: Yoshiyuki Nasuno et al., "Effects of Substrate Surface Morphology on Microcrystalline Silicon Solar Cells", Jpn. J. Appl. Phys., The Japan Society of Applied Physics, 1. April 2001, Bd. 40, S. L303–L305.
  • OFFENBARUNG DER ERFINDUNG
  • PROBLEM, DAS VON DER ERFINDUNG GELÖST WERDEN SOLL
  • Da jedoch in der Technologie zum Ausbilden einer unregelmäßigen Struktur auf der Oberfläche einer Schicht durch Ätzen der Oberfläche mit Säure stellenweise Pinholes, also kleine Löcher, aufgrund steiler Vorsprünge wegen Ätzschwankungen entstehen und durch die kleinen Löcher ein Kurzschluss o. dgl. verursacht wird, wird die Ausbeute und Zuverlässigkeit einer Dünnschichtsolarzelle herabgesetzt. In der Patentschrift 1 nimmt ein Seitenverhältnis der gebildeten unregelmäßigen Struktur zu, Kriechstrom entsteht in einem Element, weil sich steile Gefälle an den Unregelmäßigkeiten bilden, und Zuverlässigkeit und Ausbeute sind herabgesetzt. In dem Verfahren des Abscheidens von Partikeln und dem mechanischen Bearbeitungsverfahren wie in der Patentschrift 2 und den Patentschriften 3 und 4, besteht eine Tendenz zur Entstehung von Unregelmäßigkeiten mit einer großen Stufe, verglichen mit der Dicke einer fotoelektrischen Umwandlungsschicht wie etwa einer amorphen Schicht, und die Oberflächenrauigkeit wie etwa Rmax nimmt zu. Deshalb tritt ein großer Rückstand in der fotoelektrischen Umwandlungsschicht auf, bewirkt eine Unterbrechung o. dgl., und die Leistung der Dünnschichtsolarzelle ist herabgesetzt.
  • Eine Technologie zur Verwendung transparenter Elektroden, die in einer Strukturform als Elektroden auf einer Substratseite ausgebildet sind, hat eine Grenze bei der Verbesserung des Umwandlungswirkungsgrads (siehe z. B. Veröffentlichung 1, bei der es sich um keine Patentschrift handelt). Der Grund hierfür ist, dass die in der Strukturform ausgebildeten transparenten Elektroden Strukturfehler in einer darauf ausgebildeten Halbleiterdünnschicht hervorrufen. Wenn Unregelmäßigkeiten der transparenten Elektroden zunehmen, kann die Lichtabsorption einer Halbleiterschicht erhöht werden. Allerdings vermehrt die Zunahme bei den Unregelmäßigkeiten der transparenten Elektroden die in dem Halbleiterdünnschicht hervorgerufenen Strukturfehler und mindert die Ausgangsspannung. Deshalb besteht eine Grenze bei der Verbesserung des Umwandlungswirkungsgrads durch die Ausbildung der unregelmäßigen Struktur in den transparenten Elektroden. Wegen eines solchen Hintergrunds besteht eine Nachfrage nach einer neuen Technologie zur Verbesserung des Umwandlungswirkungsgrads.
  • Die vorliegende Erfindung wurde angesichts des Vorstehenden entwickelt, und eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht im Erhalt einer Dünnschichtsolarzelle, bei der eine Verschlechterung der Zuverlässigkeit und einer fotoelektrischen Umwandlungseigenschaft aufgrund eines Strukturgefüges zur Lichtstreuung verhindert wird, und die eine zufriedenstellende Lichteinfangwirkung hat und von ausgezeichneter Zuverlässigkeit und fotoelektrischer Umwandlungseigenschaft ist, und eines Verfahrens zum Herstellen der Dünnschichtsolarzelle.
  • MITTEL ZUR LÖSUNG DES PROBLEMS
  • Um die vorstehend erwähnten Probleme zu lösen und die vorstehend erwähnte Aufgabe zu erfüllen, ist ein Verfahren zur Herstellung einer Dünnschichtsolarzelle nach einem Aspekt der vorliegenden Erfindung so aufgebaut, dass es umfasst: einen Schritt des Ausbildens einer ersten transparenten leitfähigen Schicht, um mehrere voneinander getrennte erste transparente leitfähige Schichten in einer Substratoberfläche auf einem transparenten isolierenden Substrat auszubilden; einen Schritt des Ausbildens einer zweiten transparenten leitfähigen Schicht, um eine zweite transparente leitfähige Schicht auf den ersten transparenten leitfähigen Schichten auszubilden; einen Ätzschritt, um die zweite transparente leitfähige Schicht zu einer körnigen Form zu ätzen und erste körnige Teile auszubilden, die auf den ersten transparenten leitfähigen Schichten verstreut sind; einen Schritt des Ausbildens einer Stromerzeugungsschicht, um eine Stromerzeugungsschicht auf den ersten transparenten leitfähigen Schichten und den verstreuten ersten körnigen Teilen auszubilden; und einen Schritt des Ausbildens einer rückseitigen Elektrodenschicht, um eine rückseitige Elektrodenschicht auf der Stromerzeugungsschicht auszubilden.
  • WIRKUNG DER ERFINDUNG
  • Nach der vorliegenden Erfindung können transparente Elektroden mit feinen Oberflächenunregelmäßigkeiten und im Wesentlichen einheitlichen ebeneninternen Widerständen hergestellt werden. Folglich besteht eine Wirkung darin, dass es möglich ist, eine Dünnschichtsolarzelle zu erhalten, bei der eine Stromerzeugungsschicht wenig Fehler, die auf ein Strukturgefüge zur Lichtstreuung zurückzuführen sind, aufweist, und Kurzschluss und Kriechstrom verhindert werden, und die eine zufriedenstellende Lichteinfangwirkung hat und von ausgezeichneter Zuverlässigkeit und fotoelektrischer Umwandlungseigenschaft ist.
  • KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • 1 ist eine Schnittansicht eines schematischen Aufbaus einer Dünnschichtsolarzelle nach einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
  • 2-1 ist eine Schnittansicht zur Erläuterung eines Herstellungsprozesses für die Dünnschichtsolarzelle nach der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
  • 2-2 ist eine Schnittansicht zur Erläuterung des Herstellungsprozesses für die Dünnschichtsolarzelle nach der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
  • 2-3 ist eine Schnittansicht zur Erläuterung des Herstellungsprozesses für die Dünnschichtsolarzelle nach der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
  • 2-4 ist eine Schnittansicht zur Erläuterung des Herstellungsprozesses für die Dünnschichtsolarzelle nach der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
  • 2-5 ist eine Schnittansicht zur Erläuterung des Herstellungsprozesses für die Dünnschichtsolarzelle nach der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
  • 2-6 ist eine Schnittansicht zur Erläuterung des Herstellungsprozesses für die Dünnschichtsolarzelle nach der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
  • 2-7 ist eine Schnittansicht zur Erläuterung des Herstellungsprozesses für die Dünnschichtsolarzelle nach der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
  • 3 ist eine Schnittansicht eines schematischen Aufbaus einer anderen Dünnschichtsolarzelle nach der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
  • 4 ist ein Kennliniendiagramm von Trübungsverhältnissen nach der Ausbildung einer transparenten leitfähigen Schicht in Dünnschichtsolarzellen eines Beispiels 1 und herkömmlicher Beispiele 1 und 2.
  • 5 ist eine Schnittansicht eines schematischen Aufbaus einer tandemartigen Dünnschichtsolarzelle nach einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
  • 6-1 ist eine Schnittansicht zur Erläuterung eines Herstellungsprozesses für die Dünnschichtsolarzelle nach der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
  • 6-2 ist eine Schnittansicht zur Erläuterung des Herstellungsprozesses für die Dünnschichtsolarzelle nach der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
  • 6-3 ist eine Schnittansicht zur Erläuterung des Herstellungsprozesses für die Dünnschichtsolarzelle nach der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
  • 6-4 ist eine Schnittansicht zur Erläuterung des Herstellungsprozesses für die Dünnschichtsolarzelle nach der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
  • 7 ist eine Schnittansicht eines schematischen Aufbaus einer anderen Dünnschichtsolarzelle nach der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
  • 8-1 ist eine Schnittansicht eines schematischen Aufbaus einer tandemartigen Dünnschichtsolarzelle nach einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
  • 8-2 ist eine Schnittansicht zur Erläuterung eines Herstellungsprozesses für die Dünnschichtsolarzelle nach der dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
  • 8-3 ist eine Schnittansicht zur Erläuterung des Herstellungsprozesses für die Dünnschichtsolarzelle nach der dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
  • Bezugszeichenliste
    • 1
    transparentes isolierendes Substrat (Glassubstrat)
    2
    erste transparente leitfähige Schicht/en
    3
    zweite transparente leitfähige Schicht
    4a
    Zinkoxidkristallkörner
    4b
    leitfähige Oxid-Lichtstreuer
    4c
    leitfähige Oxid-Lichtstreuer
    5
    erste Stromerzeugungsschicht
    6
    rückseitige Elektrodenschicht
    7
    strukturartige transparente leitfähige Schicht
    8
    zweite Stromerzeugungsschicht
    9
    Zwischenschicht
    10
    Dünnschichtsolarzelle
    11
    Dünnschichtsolarzelle
    20
    Dünnschichtsolarzelle
    30
    Dünnschichtsolarzelle
  • BESTE ART/EN UND WEISE/N ZUR UMSETZUNG DER ERFINDUNG
  • Ausführungsformen einer Dünnschichtsolarzelle und ein Verfahren zu deren Herstellung nach der vorliegenden Erfindung werden nachstehend im Einzelnen mit Bezug auf die Zeichnungen beschrieben. Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die folgende Beschreibung beschränkt und kann gegebenenfalls verändert werden, ohne dabei vom Aussagegehalt der vorliegenden Erfindung abzuweichen. In den Zeichnungen, auf die nachstehend Bezug genommen wird, unterscheiden sich des einfacheren Verständnisses halber in manchen Fällen die Maßstäbe von Teilen von den tatsächlichen Maßstäben. Dasselbe trifft auf die Zeichnungen zu.
  • Erste Ausführungsform
  • 1 ist eine Schnittansicht, die einen schematischen Aufbau einer Dünnschichtsolarzelle 10 nach einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt. Die Dünnschichtsolarzelle 10 umfasst ein transparentes isolierendes Substrat 1, eine erste transparente leitfähige Schicht (transparente Elektrodenschicht) 2, die auf dem transparenten isolierenden Substrat 1 ausgebildet ist und als erste Elektrodenschicht dient, leitfähige Oxid-Lichtstreuer 4b, die auf dem transparenten isolierenden Substrat 1 und der ersten transparenten leitfähigen Schicht 2 ausgebildet sind, eine erste Stromerzeugungsschicht 5, die auf den leitfähigen Oxid-Lichtstreuern 4b ausgebildet ist, und eine rückseitige Elektrodenschicht 6, die auf der ersten Stromerzeugungsschicht 5 ausgebildet ist und als zweite Elektrodenschicht dient.
  • Die erste Stromerzeugungsschicht 5 umfasst mindestens zwei oder mehr Schichten. In dieser Ausführungsform umfasst die erste Stromerzeugungsschicht 5 ausgehend von der Seite der ersten transparenten leitfähigen Schicht 2 eine amorphe Siliciumschicht des P-Typs, eine amorphe Siliciumschicht des i-Typs, und eine (nicht gezeigte) amorphe Siliciumschicht des N-Typs.
  • Bei der wie vorstehend erklärt aufgebauten Dünnschichtsolarzelle 10 nach der ersten Ausführungsform sind die leitfähigen Oxid-Lichtstreuer 4b, bei denen es sich um feine körnige leitfähige Lichtstreuer handelt, auf der ersten transparenten leitfähigen Schicht 2 ausgebildet. Die leitfähigen Oxid-Lichtstreuer 4b und die erste transparente leitfähige Schicht 2 sind als strukturartige transparente leitfähige Schicht 7 mit insgesamt geringer Oberflächenrauigkeit ausgebildet. Licht, das man von der Seite des transparenten isolierenden Substrats 1 her einfallen lässt, fällt auf die erste Stromerzeugungsschicht 5 ein, bevor es an einer Grenzfläche zwischen der ersten transparenten leitfähigen Schicht 2, die die leitfähigen Oxid-Lichtstreuer 4b aufweist, und der ersten Stromerzeugungsschicht 5 gestreut wird. Deshalb wird bewirkt, dass das Licht allgemein schräg auf die erste Stromerzeugungsschicht 5 einfällt. Weil bewirkt wird, dass das Licht schräg auf die erste Stromerzeugungsschicht 5 einfällt, wird ein wesentlicher optischer Pfad des Lichts verlängert und die Absorption des Lichts nimmt zu. Deshalb ist eine fotoelektrische Umwandlungseigenschaft der Dünnschichtsolarzelle verbessert und der Ausgangsstrom nimmt zu. Folglich wird eine Dünnschichtsolarzelle erzielt, die eine zufriedenstellende Lichtdiffusionswirkung hat und von ausgezeichnetem Umwandlungswirkungsgrad ist.
  • Auf den leitfähigen Oxid-Lichtstreuern 4b sind ebenfalls Unregelmäßigkeiten mit einem Erhebungsunterschied von gleich oder kleiner als 1 Mikrometer so ausgebildet, dass kein steiles Gefälle an den Unregelmäßigkeiten der transparenten leitfähigen Schicht entsteht. Folglich sind Strukturfehler gemindert, die durch eine unregelmäßige Struktur zur Lichtstreuung in der ersten Stromerzeugungsschicht 5 hervorgerufen werden, die auf der ersten transparenten leitfähigen Schicht 2 ausgebildet ist. Ein durch die Strukturfehler in der ersten Stromerzeugungsschicht 5 hervorgerufener Kurzschluss und Kriechstrom sind reduziert.
  • Deshalb wird mit der Dünnschichtsolarzelle 10 nach der ersten Ausführungsform eine Dünnschichtsolarzelle erzielt, die eine zufriedenstellende Lichtdiffusionswirkung hat, bei der ein Kurzschluss und Kriechstrom der ersten Stromerzeugungsschicht 5 reduziert sind, und die von ausgezeichneter Zuverlässigkeit und Ausbeute ist.
  • Die 2-1 bis 2-7 sind Schnittansichten zur Erläuterung eines Herstellungsprozesses für die Dünnschichtsolarzelle 10 nach der ersten Ausführungsform. Ein Verfahren zur Herstellung der Dünnschichtsolarzelle 10 wird nachstehend mit Bezug auf die 2-1 bis 2-7 erläutert. Zuerst wird das transparente isolierende Substrat 1 vorbereitet. Als transparentes isolierendes Substrat 1 wird zum Beispiel ein Glassubstrat verwendet (nachstehend als Glassubstrat 1 bezeichnet). In der Erläuterung dieser Ausführungsform wird kein Alkaliglassubstrat verwendet. Als Glassubstrat 1 kann ein kostengünstiges Natronkalkglassubstrat verwendet werden. In diesem Fall ist es jedoch ratsam, eine SiO2-Schicht mit einer Dicke von ca. 100 Nanometer durch ein Verfahren der plasmachemischen Abscheidung (PCVD) auszubilden, um eine Diffusion eines Alkalibestandteils aus dem Substrat zu verhindern.
  • Anschließend wird die erste transparente leitfähige Schicht 2 auf einer Oberflächenseite des Glassubstrats 1 ausgebildet (2-1). Als erste transparente leitfähige Schicht 2 wird zum Beispiel eine Schicht aus Indiumzinnoxid (ITO), die eine Dicke von 0,4 Mikrometer hat und 10 Gew.-% oder weniger eines SnO2-Dotiermittels enthält, durch das Sputter- bzw. Zerstäubungsverfahren abgeschieden und ausgebildet. In dieser Ausführungsform wird eine mit SnO2 dotierte ITO-Schicht als erste transparente leitfähige Schicht 2 verwendet. Die erste transparente leitfähige Schicht 2 ist aber nicht auf diese beschränkt. Bei der ersten transparenten leitfähigen Schicht 2 kann es sich um eine a-ITO-Schicht in einem amorphen Zustand, eine SnO2-Schicht handeln, oder die erste transparente leitfähige Schicht 2 kann durch schichtweises Anordnen dieser Schichten gebildet werden. Die erste transparente leitfähige Schicht 2 braucht bloß die erste transparente leitfähige Schicht 2 mit einer höheren Säurebeständigkeit als diejenige aus ZnO zu sein und hohe Lichtdurchlässigkeitseigenschaften und niedrige spezifische Widerstandseigenschaften haben. Als erste transparente leitfähige Schicht 2 kann eine transparente Elektrode mit einer unregelmäßigen Form verwendet werden, die durch Ausbilden von Zinnoxid auf dem Glassubstrat 1 mit dem Wärme-CVD-Verfahren erhalten wird.
  • Danach erfolgt ein Strukturieren der ersten transparenten leitfähigen Schicht 2 (2-2). Die erste transparente leitfähige Schicht 2 wird in streifenartige Formen unterteilt, um eine erste offene Rille (eine Ritzlinie) 2a zu bilden. Die Breite des Streifens liegt wünschenswerter Weise innerhalb von 1 Zentimeter, wenn ein Widerstandsverlust aufgrund eines Oberflächenwiderstands der ersten transparenten leitfähigen Schicht 2 berücksichtigt wird. Um die erste transparente leitfähige Schicht 2 zu einer Streifenform zu strukturieren, wird für gewöhnlich Laserritzen eingesetzt. Um auf diese Weise mehrere erste transparente leitfähige Schichten 2 zu erhalten, die in einer Substratoberfläche auf dem transparenten isolierenden Substrat 1 voneinander getrennt sind, ist auch ein Verfahren des Ätzens der ersten transparenten leitfähigen Schicht 2 unter Verwendung einer Resist-Maske, die durch Fotogravur o. dgl. gebildet wurde, oder ein Verfahren wie etwa ein Verdunstungsverfahren unter Verwendung einer Metallmaske möglich.
  • Anschließend wird eine zweite transparente leitfähige Schicht 3 auf den ersten transparenten leitfähigen Schichten 2 ausgebildet, die die erste offene Rille (die Ritzlinie) 2a umfassen. Als zweite transparente leitfähige Schicht 3 wird zum Beispiel eine ZnO-Schicht mit einer Dicke gleich oder größer als 0,1 Mikrometer durch das Zerstäubungsverfahren abgeschieden und ausgebildet. In dieser Ausführungsform wird eine ZnO-Schicht mit einer Dicke von 500 Nanometer, die mit 3 Gew.-% Aluminiumoxid (Al2O3) dotiert ist, als zweite transparente leitfähige Schicht 3 verwendet. Jedoch ist die zweite transparente leitfähige Schicht 3 nicht auf diese beschränkt. Bei der zweiten transparenten leitfähigen Schicht 3 kann es sich um eine ZnO-Schicht, die als Dotiermittel mindestens ein oder mehrere Element/e enthält, das/die aus Aluminium (Al), Gallium (Ga), Indium (In), Bor (B), Yttrium (Y), Silicium (Si), Zirkonium (Zr) und Titan (Ti) ausgewählt ist/sind, oder eine transparente leitfähige Schicht handeln, die durch schichtweises Anordnen dieser Elemente gebildet wird. Die zweite transparente leitfähige Schicht 3 braucht bloß eine transparente leitfähige Schicht mit Lichtdurchlässigkeitseigenschaften zu sein. Als Verfahren zum Ausbilden der ersten transparenten leitfähigen Schichten 2 und der zweiten transparenten leitfähigen Schicht 3 kann ein physikalisches Verfahren wie etwa ein Vakuumverdampfungsverfahren oder ein Ionenplattierungsverfahren oder ein chemisches Verfahren wie etwa ein Sprühverfahren, Tauchverfahren oder CVD-Verfahren eingesetzt werden.
  • Anschließend erfolgt ein erstes Ätzen, um die zweite transparente leitfähige Schicht 3 auszubilden und Zinkoxidkristallkörner 4a entstehen zu lassen (2-4). Beim ersten Ätzen erfolgt, nachdem das Glassubstrat 1, auf dem die zweite transparente leitfähige Schicht 3 ausgebildet ist, für neunzig Sekunden in eine Oxalsäurelösung mit einer Flüssigtemperatur von 30°C, die 5 Gew.-% oder weniger Oxalsäure als erste Säure enthält, eingetaucht wurde, eine Minute oder länger eine Reinigung mit klarem Wasser, und dann wird das Glassubstrat 1 getrocknet, wodurch die Zinkoxidkristallkörner 4a auf den ersten transparenten leitfähigen Schichten 2 und dem Glassubstrat 1 in der ersten offenen Rille (der Ritzlinie) 2a entstehen. Eine solche Bearbeitung erfolgt, indem eine Schicht ungleichmäßig mikroskopisch in einer Schichtoberfläche durch Ätzflüssigkeit geätzt wird. Wenn die zweite transparente leitfähige Schicht 3 nach der Ausbildung zum Beispiel eine Schicht ist, die Mikrokristalle enthält, kann eine Flüssigkeit verwendet werden, die bevorzugt Korngrenzen der Mikrokristalle ätzt. Aus einer REM-Betrachtung nach dem Trocknen lässt sich die Entstehung der Zinkoxidkristallkörner 4a mit einer Größe von ca. 1000 bis 5000 Nanometer erkennen. In diesem ersten Ätzprozess ist es wünschenswert, dass eine Ätzbedingung so eingestellt ist, dass ein Teil der Oberfläche des Glassubstrats 1 in der ersten offenen Rille 2a frei liegt. Insbesondere ist es wünschenswert, dass sich die Zinkoxidkristallkörner 4a so bilden, dass sie miteinander nicht in Berührung kommen. Folglich ist die zweite transparente leitfähige Schicht 3 nicht als eine durchgehende Schicht zwischen den separaten ersten transparenten leitfähigen Schichten 2 vorhanden. Die separaten ersten transparenten leitfähigen Schichten 2 sind voneinander isoliert. Ein Kurzschluss zwischen darauf ausgebildeten Stromerzeugungselementen kann somit verhindert werden. Die isoliert voneinander in der ersten offenen Rille (der Ritzlinie) 2a entstandenen Zinkoxidkristallkörner 4a haben eine Wirkung der Lichtstreuung zur ersten Stromerzeugungsschicht 5. Deshalb tragen die Zinkoxidkristallkörner 4a zur Verbesserung des Kurzschlussstroms bei.
  • Anschließend erfolgt ein zweites Ätzen, um die Zinkoxidkristallkörner 4a zu ätzen und leitfähige Oxid-Lichtstreuer 4b auszubilden, die Zinkoxidkristallkörner auf dem Glassubstrat 1 und die ersten transparenten leitfähigen Schichten 2 umfassen (2-5). Beim zweiten Ätzen erfolgt, nachdem das Glassubstrat 1, auf dem die Zinkoxidkristallkörner 4a ausgebildet sind, für dreißig Sekunden zum Beispiel in eine Salzsäurelösung mit einer Flüssigtemperatur von 30 Gew.-% eingetaucht wurde, die 1 Gew.-% oder weniger Salzsäure als zweite Säure enthält, eine Minute oder länger eine Reinigung mit klarem Wasser, und dann wird das Glassubstrat 1 getrocknet, wodurch sich in der ersten offenen Rille (der Ritzlinie) 2a Zinkoxidkristallkörner als im Wesentlichen kugelförmige leitfähige Oxid-Lichtstreuer 4b mit einer glatten Oberfläche auf den ersten transparenten leitfähigen Schichten 2 und dem Glassubstrat 1 bilden. Aus einer REM-Betrachtung nach dem Trocknen lässt sich die Entstehung von im Wesentlichen kugelförmigen Zinkoxidkristallkörnern mit einer Größe von ca. 500 bis 600 Nanometer erkennen. Auf diese Weise ist der zweite Ätzprozess ein Ätzprozess zum Reduzieren von Partikeln der Zinkoxidkristallkörner 4a, die sich im ersten Ätzprozess gebildet haben, und zum Glätten der Form der Partikel. Durch Einstellen einer Ätzbedingung ist es möglich, den Widerstand in einer Oberflächenrichtung der leitfähigen Oxid-Lichtstreuer 4b ausreichend hoch anzusetzen und ein Auftreten von Kurzschluss zwischen Elementen und Kriechstrom zu unterdrücken.
  • Als Säurelösung, die für das zweite Ätzen verwendet wird, wird eine Säurelösung verwendet, die eine ZnO-Ätzgeschwindigkeit hat, die mindestens zehnmal so hoch ist wie bei ZnO und vorzugsweise mindestens zwanzigmal so hoch ist wie die bei SnO2 und ITO. Für das zweite Ätzen ist es ratsam, eine Ätzflüssigkeit zu verwenden, die ein hohes Ätzgeschwindigkeitsverhältnis der zweiten transparenten leitfähigen Schicht 3 zur Ätzgeschwindigkeit der ersten transparenten leitfähigen Schichten 2 hat. Wenn das Glassubstrat 1 das zweite Mal in die Säurelösung eingetaucht wird, werden folglich nur die ZnO-Partikel geätzt, ohne dabei das SnO2 und ITO einer Unterlage wesentlich zu verändern. Bei den Ätzlösungen handelt es sich wünschenswerter Weise um Säurelösungen zum Ätzen der ZnO-Oberfläche zu einer glatten Fläche im Vergleich zu Oxalsäure.
  • Als Ergebnis des kontinuierlichen Eintauchens des Glassubstrats 1 in die beiden Säurelösungen mit den unterschiedlichen Eigenschaften verbleiben SnO2 und ITO der Unterlage auf diese Weise als eine Schicht mit ausreichender Leitfähigkeit, die feinen ZnO-Partikel (die Zinkoxidkristallkörner) mit der glatten Oberfläche aus SnO2 und ITO verbleiben als leitfähige Oxid-Lichtstreuer 4b, und SnO2 und ITO und die ZnO-Partikel werden insgesamt als die strukturartige transparente leitfähige Schicht 7 ausgebildet. Beim zweiten Ätzen kann eine Verbindung aus Oxalsäure als erste Säure, die sich auf der Oberfläche der Zinkoxidkristallkörner 4a gebildet hat, entfernt werden. Dies macht es möglich, einen Widerstandsverlust über die leitfähigen Oxid-Lichtstreuer 4b zu unterdrücken, die zwischen den ersten transparenten leitfähigen Schichten 2 und der ersten Stromerzeugungsschicht 5 gebildet sind.
  • Indem das vorstehend erklärte Ätzen durchgeführt wird, ist es möglich, die Höhe der Unregelmäßigkeiten als transparente leitfähige Schicht, d. h. die Höhe der leitfähigen Oxid-Lichtstreuer 4b (der Zinkoxidkristallkörner) mühelos auf 1 Mikrometer oder weniger und die Höhe mühelos auf ca. 100 bis 1000 Nanometer der Größe von ungefähr der Wellenlänge von Licht im sichtbaren Lichtbereich zu steuern. Darüber hinaus ist es möglich, die Höhe mühelos auf ca. 600 Nanometer der Größe von ungefähr einer Hälfte der Wellenlänge von Licht im sichtbaren Lichtbereich zu steuern. Folglich ist es im Vergleich mit großen Unregelmäßigkeiten (steilen Unregelmäßigkeiten), die sich im Stand der Technik auf der Oberfläche der transparenten leitfähigen Schicht bilden, möglich, Unregelmäßigkeiten im Wesentlichen gleichförmig auszubilden, die eine Größe haben, die ungefähr eine mittlere Größe zwischen den kleinen und großen Unregelmäßigkeiten aus dem Stand der Technik ist, und steile Gefälle in den Unregelmäßigkeiten abzuschaffen.
  • Als Säurelösung, die beim zweiten Ätzen verwendet wird, wird in dieser Ausführungsform 1 Gew.-% Salzsäurelösung verwendet. Jedoch ist eine beim zweiten Ätzen verwendete Säurelösung nicht auf diese beschränkt. Beispiele für die Säurelösung umfassen eine Lösung, die eine Art oder zwei oder mehr Arten enthalten, die aus einer Gruppe ausgewählt sind, die Salzsäure, Schwefelsäure, Salpetersäure, Fluorwasserstoffsäure, Essigsäure und Ameisensäure umfasst. Unter den Säuren sind Salz- und Essigsäure wünschenswert. Als der Trennungswiderstand der gebildeten ersten transparenten leitfähigen Schicht 2 gemessen wurde, war der Trennungswiderstand gleich oder höher als 10 Megaohm. Der Trennungswiderstand zwischen den angrenzenden ersten transparenten leitfähigen Schichten 2 liegt wünschenswerter Weise in einem Trennungswiderstandsbereich von gleich oder höher als 1 Megaohm bis zu gleich oder niedriger als 100 Megaohm. Wenn kein ausreichender Trennungswiderstand zwischen den transparenten Elektroden (den ersten transparenten leitfähigen Schichten 2) als Umwandlungswirkungsgrad einer integrierten Dünnschichtsolarzelle besteht, sinkt ein Füllfaktor wegen Kriechstroms zwischen den Strukturen. Wenn der Trennungswiderstand mehrere hundert Kiloohm beträgt, nimmt der Einfluss einer Kriechstromkomponente zwischen den benachbarten transparenten Elektroden (erste transparente leitfähige Schichten 2) zu, was zu einem wesentlichen Abfall des Füllfaktor führt. Idealerweise sind benachbarte Strukturen vollständig getrennt. Wenn jedoch eine Dünnschichtsolarzelle auf den strukturierten transparenten Elektroden (den ersten transparenten leitfähigen Schichten 2) mit einem Trennungswiderstand von gleich oder höher als 1 Megaohm ausgebildet wird, ist es möglich, eine Solarzelle mit zufriedenstellenden Eigenschaften zu erhalten. Bei einer Solarzelle, die unter Verwendung des Herstellungsverfahrens der vorliegenden Erfindung ausgebildet wird, wird ein Wert erzielt, der dem Trennungswiderstand (1 Megaohm bis 10 Megaohm) bei der Strukturierung von SnO2 aus dem Stand der Technik gleichwertig ist. Selbstverständlich kann eine Dünnschichtsolarzelle erzielt werden, die einen hohen Füllfaktor hat und zur Verbesserung des Umwandlungswirkungsgrads beiträgt.
  • Anschließend wird die erste Stromerzeugungsschicht 5 auf den ersten transparenten leitfähigen Schichten 2 und den leitfähigen Oxid-Lichtstreuern 4b (den Zinkoxidkristallkörnern) durch das PCVD-Verfahren ausgebildet. In dieser Ausführungsform werden als erste Stromerzeugungsschicht 5 eine amorphe Siliciumcarbonatschicht des P-Typs (a-SIC-Schicht), eine Pufferschicht, eine amorphe Siliciumschicht des i-Typs (a-Si-Schicht) und eine amorphe Siliciumschicht des N-Typs (a-Si-Schicht) in der Reihenfolge ausgehend von der Seite der ersten transparenten leitfähigen Schichten 2 ausgebildet. Eine Strukturierung wird an der auf diese Weise geschichteten und ausgebildeten ersten Stromerzeugungsschicht 5 durch Laserritzen auf dieselbe Weise wie die Strukturierung für die ersten transparenten leitfähigen Schichten 2 vorgenommen (2-6).
  • Anschließend wird die rückseitige Elektrodenschicht 6, die als die zweite Elektrodenschicht dient, auf der ersten Stromerzeugungsschicht 5 ausgebildet (2-7). Als rückseitige Elektrodenschicht 6 wird zum Beispiel eine Schicht Aluminium (Al) mit einer Dicke von 200 Nanometer durch das Zerstäubungsverfahren abgeschieden und ausgebildet. In dieser Ausführungsform wird die Aluminiumschicht (Al-Schicht) mit der Dicke von 200 Nanometer als rückseitige Elektrodenschicht 6 ausgebildet. Jedoch ist die rückseitige Elektrodenschicht 6 nicht auf diese beschränkt. Es kann auch Silber (Ag), das ein hohes Reflexionsvermögen hat, als Metallelektrode verwendet werden. Eine transparente leitfähige Schicht aus ZnO, ITO, SnO2 o. dgl. kann ausgebildet werden, um eine Metalldiffusion zum Silicium zu verhindern.
  • Nach der Ausbildung der rückseitigen Elektrodenschicht 6 wird eine Metallschicht zusammen mit einer Halbleiterschicht (der ersten Stromerzeugungsschicht 5) stellenweise mit einem Laser weggestrahlt, wodurch die Halbleiterschicht und die Metallschicht getrennt werden, um mehreren Einheitselementen (Stromerzeugungsbereichen) zu entsprechen. Weil es schwierig zu bewirken ist, dass die rückseitige Elektrodenschicht 6 mit dem hohen Reflexionsvermögen den Laser direkt absorbiert, wird bewirkt, dass die Halbleiterschicht (die erste Stromerzeugungsschicht 5) Laserstrahlenergie absorbiert, und die Metallschicht zusammen mit der Halbleiterschicht (der ersten Stromerzeugungsschicht 5) stellenweise weggestrahlt wird, wodurch die Halbleiterschicht und die Metallschicht getrennt werden, um den Einheitselementen (den Stromerzeugungsbereichen) zu entsprechen. Die in 1 gezeigte Dünnschichtsolarzelle 10 wird gemäß dem vorstehend erklärten Prozess ausgebildet.
  • In dem Verfahren zur Herstellung einer Dünnschichtsolarzelle nach der vorstehend erklärten ersten Ausführungsform werden die leitfähigen Oxid-Lichtstreuer 4b als feine körnige leitfähige Lichtstreuer auf den ersten transparenten leitfähigen Schichten 2 und der strukturartigen transparenten leitfähigen Schicht 7 mit insgesamt geringer Oberflächenrauigkeit ausgebildet. Die zweite transparente leitfähige Schicht 3 wird mit den beiden Arten von Säurelösungen, die unterschiedliche Eigenschaften haben, geätzt, wodurch es möglich ist, die leitfähigen Oxid-Lichtstreuer 4b so auszubilden, dass Unregelmäßigkeiten mit einem Erhebungsunterschied, der gleich oder kleiner als 1 Mikrometer ist, ausgeglichen werden, so dass kein steiles Gefälle an den Unregelmäßigkeiten der transparenten leitfähigen Schicht insgesamt besteht. Auf diese Weise handelt es sich bei den leitfähigen Oxid-Lichtstreuern 4b um feine Partikel, die auf den ersten transparenten leitfähigen Schichten 2 verstreut sind, die allgemein glatte, durchgehende Schichten umfassen. Die Höhe der Partikel ist geringer als die Dicke der zweiten transparenten leitfähigen Schicht 3. Deshalb ist es möglich, präzise eine Struktur herzustellen, die eine feine unregelmäßige Oberfläche mit einer geringen Oberflächenrauigkeit Rmax hat. Dies macht es möglich, Strukturfehler zu mindern, die durch die unregelmäßige Struktur zur Lichtstreuung in der auf den ersten transparenten leitfähigen Schichten 2 ausgebildeten ersten Stromerzeugungsschicht 5 hervorgerufen werden, und eine Dünnschichtsolarzelle herzustellen, bei der ein Kurzschluss und Kriechstrom, die von den in der ersten Stromerzeugungsschicht 5 hervorgerufenen Strukturfehlern herrühren, reduziert sind, und die von ausgezeichneter Zuverlässigkeit und Ausbeute ist. Weil die erste transparente leitfähige Schicht 2, die die durchgehende Schicht umfasst, unter den leitfähigen Oxid-Lichtstreuern 4b vorhanden ist, sind die ebeneninternen Widerstände der transparenten Elektroden im Wesentlichen einheitlich. Darüber hinaus ist es möglich, eine Dünnschichtsolarzelle mit hohem Umwandlungswirkungsgrad herzustellen, indem Sonnenlicht mit einer Wellenlänge genutzt wird, die bisher keinen Beitrag zur Stromerzeugung leistete.
  • In der vorstehenden Erklärung wird amorphes Silicium für die erste Stromerzeugungsschicht 5 verwendet. Es ist jedoch auch möglich, eine Dünnschichtsolarzelle 11 einer Tandemart mit der ersten Stromerzeugungsschicht 5 und einer zweiten Stromerzeugungsschicht 8, wie in 3 gezeigt, unter Verwendung eines amorphen Siliciumhalbleiters aus amorphem Siliciumgermanium, amorphem Siliciumcarbid o. dgl. und dessen kristallinem Silicium auszubilden. Eine zufriedenstellende Eigenschaft wird erhalten, indem eine Pin-Struktur der Schichten ausgebildet wird. 3 ist eine Schnittansicht eines schematischen Aufbaus einer anderen Dünnschichtsolarzelle nach der ersten Ausführungsform.
  • Die vorliegende Erfindung wird nachstehend anhand von konkreten Beispielen beschrieben. Bei der Dünnschichtsolarzelle 10, die durch das Verfahren zur Herstellung einer Dünnschichtsolarzelle nach der vorstehend erklärten ersten Ausführungsform erzielt wird, handelt es sich um eine Dünnschichtsolarzelle eines Beispiels 1. Als herkömmliches Beispiel wurde eine Zinkoxidschicht mit einer unregelmäßigen Struktur, die durch Ätzen mit Säure auf deren Oberfläche ausgebildet wurde, auf dieselbe Weise wie vorstehend erläutert auf dem Glassubstrat 1 als transparente leitfähige Schicht ausgebildet und eine Dünnschichtsolarzelle hergestellt. Bei dieser Dünnschichtsolarzelle handelt es sich um die Dünnschichtsolarzelle eines herkömmlichen Beispiels 1. Als anderes herkömmliches Beispiel wurde Zinnoxid zu transparenten Elektroden mit einer unregelmäßigen Form auf dem Glassubstrat 1 genauso wie vorstehend beschrieben durch das thermische CVD-Verfahren ausgebildet und eine Dünnschichtsolarzelle hergestellt. Bei dieser Dünnschichtsolarzelle handelt es sich um eine Dünnschichtsolarzelle eines herkömmlichen Beispiels 2.
  • Man ließ Licht mit einer AM (Luftmasse) von –1,5 und 100 mW/cm2 von einer Substratseite her unter Verwendung eines Solarsimulators auf die Dünnschichtsolarzelle einfallen, Kurzschlussströme (mA/cm2) wurden bei 25°C gemessen und die Kennlinien der Dünnschichtsolarzellen ausgewertet. Ein Ergebnis der Auswertung ist in Tabelle 1 gezeigt. Tabelle 1
    Kurzschlussströme [mA/cm2]
    Beispiel 1 15,5
    Herkömmliches Beispiel 1 13
    Herkömmliches Beispiel 2 14,3
  • Aus Tabelle 1 ist zu erkennen, dass, obwohl die Kurzschlussströme der Dünnschichtsolarzellen der herkömmlichen Beispiele 2 und 3 13 mA/cm2 bzw. 14,3 mA/cm2 betragen, der Kurzschlussstrom der Dünnschichtsolarzelle des Beispiels 1 15,5 mA/cm2 beträgt und der Kurzschlussstrom (mA/cm2) bei der Dünnschichtsolarzelle des Beispiels 1 im Vergleich mit den Solarzellen der herkömmlichen Beispiele 2 und 3 um 8% oder mehr verbessert ist. Und zwar, weil die leitfähigen Oxid-Lichtstreuer 4b so ausgebildet sind, dass Unregelmäßigkeiten ausgeglichen werden, so dass kein steiles Gefälle an den Unregelmäßigkeiten der transparenten leitfähigen Schicht insgesamt besteht. Darüber hinaus wird auch davon ausgegangen, dass der Grund dafür darin liegt, dass, da die Zinkoxidkristallkörner 4a, die isoliert voneinander in der ersten offenen Rille (der Ritzlinie) 2a gebildet sind, die Wirkung einer Lichtstreuung zur ersten Stromerzeugungsschicht 5 haben, eine Wirkung hinzukommt, dass bewirkt wird, dass Licht, das ursprünglich nicht zur Stromerzeugung beitrug, zur Verbesserung des Kurzschlussstroms beiträgt.
  • Konkret ausgedrückt lässt man das Licht, das von der Seite des transparenten isolierenden Substrats her einfällt, auf die erste Stromerzeugungsschicht 5 einfallen, nachdem des an der Grenzfläche zwischen den ersten transparenten leitfähigen Schichten 2, die die leitfähigen Oxid-Lichtstreuer 4b aufweisen, und der ersten Stromerzeugungsschicht 5 gestreut wurde. Deshalb wird bewirkt, dass das Licht im Allgemeinen schräg auf die erste Stromerzeugungsschicht 5 einfällt. Weil bewirkt wird, dass das Licht schräg auf die erste Stromerzeugungsschicht 5 einfällt, wird ein wesentlicher optischer Pfad des Lichts verlängert und die Absorption des Lichts nimmt zu. Deshalb ist eine fotoelektrische Umwandlungseigenschaft der Dünnschichtsolarzelle verbessert und der Ausgangsstrom nimmt zu.
  • 4 ist ein Kennliniendiagramm von Trübungsverhältnissen (diffuser Anteil des Durchlassgrads/Gesamtlichtdurchlassgrad) × 100 nach der Ausbildung der transparenten leitfähigen Schicht bei den Dünnschichtsolarzellen des Beispiels 1 und der herkömmlichen Beispiele 1 und 2. Das Trübungsverhältnis ist ein Zahlenwert, der einen Grad von Lichtdiffusion darstellt. Wie aus 4 zu sehen ist, ist bei der transparenten leitfähigen Schicht des Beispiels 1 ein Abfall des Trübungsverhältnisses gering, auch wenn die Wellenlänge zunimmt. Eine Abnahme der Lichtdiffusionswirkung ist gering. Hingegen sinkt bei der transparenten leitfähigen Schicht der herkömmlichen Beispiele 1 und 2 das Trübungsverhältnis wesentlich, wenn die Wellenlänge zunimmt. Eine Abnahme der Lichtdiffusionswirkung ist hoch. Die Streuwirkung bei großer Wellenlänge ist im Beispiel 1 hoch. Man geht davon aus, dass der Grund hierfür darin liegt, dass, weil die leitfähigen Oxid-Lichtstreuer 4b durch verstreute Körnchen gebildet sind, Räume zwischen vorspringenden Abschnitten im Vergleich mit denjenigen aus dem Stand der Technik groß sind.
  • Mit anderen Worten ist zu sehen, dass bei der transparenten leitfähigen Schicht des Beispiels 1 im Vergleich zu den herkömmlichen Beispielen 1 und 2 eine ausreichende Lichtdiffusionswirkung erzielt wird, wenn die Wellenlänge größer ist. Deshalb ist es bei der Dünnschichtsolarzelle des Beispiels 1 möglich, im Vergleich zu dem Strukturgefüge aus dem Stand der Technik die Lichteinfangwirkung zu erhöhen und den Umwandlungswirkungsgrad zu verbessern. Mit andere Worten ist es bei der Dünnschichtsolarzelle des Beispiels 1 möglich, eine Stromerzeugung unter Nutzung des Lichts durchzuführen, das. in den herkömmlichen Beispielen 1 und 2 keinen Beitrag zur Stromerzeugung leistete. Man kann sagen, dass eine Dünnschichtsolarzelle mit einem verbesserten Umwandlungswirkungsgrad erzielt wird.
  • Mit der Dünnschichtsolarzelle und dem vorstehend erklärten Verfahren gemäß der ersten Ausführungsform zu deren Herstellung wird eine Dünnschichtsolarzelle erzielt, die durch das Strukturgefüge zur Lichtstreuung eine zufriedenstellende Lichteinfangwirkung hat, bei der eine Verschlechterung der Zuverlässigkeit und einer fotoelektrischen Umwandlungseigenschaft aufgrund des Strukturgefüges zur Lichtstreuung verhindert wird, und die von ausgezeichneter Zuverlässigkeit und fotoelektrischer Umwandlungseigenschaft ist und lange Zeit verwendet werden kann.
  • Zweite Ausführungsform
  • 5 ist eine Schnittansicht eines schematischen Aufbaus einer Dünnschichtsolarzelle 20 einer Tandemart nach einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Bei der Dünnschichtsolarzelle 20 der Tandemart nach der zweiten Ausführungsform handelt es sich um eine Abwandlung der Dünnschichtsolarzelle 11 nach der ersten Ausführungsform. Die Dünnschichtsolarzelle 20 umfasst das transparente isolierende Substrat 1, die ersten transparenten leitfähigen Schichten (die transparenten Elektrodenschichten) 2, die leitfähigen Oxid-Lichtstreuer 4b, die erste Stromerzeugungsschicht 5, die zweite Stromerzeugungsschicht 8, leitfähige Oxid-Lichtstreuer 4c und die rückseitige Elektrodenschicht 6. In 5 sind dieselben Teile wie diejenigen der Dünnschichtsolarzellen 10 und 11 nach der ersten Ausführungsform mit denselben Zahlen und Zeichen wie in 1 und 3 bezeichnet, und eine Erläuterung dieser Teile wird weggelassen.
  • Die Dünnschichtsolarzelle 20 unterscheidet sich dadurch von der Dünnschichtsolarzelle 11 nach der ersten Ausführungsform, dass die leitfähigen Oxid-Lichtstreuer 4c auch als leitfähige Lichtstreuer auf der zweiten Stromerzeugungsschicht 8 der Dünnschichtsolarzelle der Tandemart ausgebildet sind.
  • Bei der wie vorstehend erklärt aufgebauten Dünnschichtsolarzelle 20 nach der zweiten Ausführungsform sind die leitfähigen Oxid-Lichtstreuer 4b als feine körnige leitfähige Lichtstreuer auf den ersten transparenten leitfähigen Schichten 2 ausgebildet. Die leitfähigen Oxid-Lichtstreuer 4b und die ersten transparenten leitfähigen Schichten 2 sind als strukturartige transparente leitfähige Schicht 7 mit insgesamt geringer Oberflächenrauigkeit ausgebildet. Licht, das man von der Seite des transparenten isolierenden Substrats 1 her einfallen lässt, fällt auf die erste Stromerzeugungsschicht 5 ein, nachdem es an der Grenzfläche zwischen den ersten transparenten leitfähigen Schichten 2, die die leitfähigen Oxid-Lichtstreuer 4b aufweisen, und der ersten Stromerzeugungsschicht 5 gestreut wurde. Deshalb wird bewirkt, dass das Licht im Allgemeinen schräg auf die erste Stromerzeugungsschicht 5 einfällt. Weil bewirkt wird, dass das Licht schräg auf die erste Stromerzeugungsschicht 5 einfällt, ist ein wesentlicher optischer Pfad des Lichts verlängert und die Absorption des Lichts nimmt zu. Deshalb ist eine fotoelektrische Umwandlungseigenschaft der Dünnschichtsolarzelle verbessert und der Ausgangsstrom nimmt zu. Folglich wird eine Dünnschichtsolarzelle erzielt, die eine zufriedenstellende Lichtdiffusionswirkung hat und von ausgezeichnetem Umwandlungswirkungsgrad ist.
  • Auf den leitfähigen Oxid-Lichtstreuern 4b sind ebenfalls Unregelmäßigkeiten so ausgebildet, dass kein steiles Gefälle an den Unregelmäßigkeiten der transparenten leitfähigen Schicht entsteht. Folglich sind Strukturfehler gemindert, die durch eine unregelmäßige Struktur zur Lichtstreuung in der ersten Stromerzeugungsschicht 5 hervorgerufen werden, die auf den ersten transparenten leitfähigen Schichten 2 ausgebildet ist. Ein durch die Strukturfehler in der ersten Stromerzeugungsschicht 5 hervorgerufener Kurzschluss und Kriechstrom sind reduziert.
  • Bei der Dünnschichtsolarzelle 20 nach der zweiten Ausführungsform sind die leitfähigen Oxid-Lichtstreuer 4c als feine körnige Oxid-Lichtstreuer zwischen der zweiten Stromerzeugungsschicht 8 und der rückseitigen Elektrodenschicht 6 gebildet. Die rückseitige Elektrodenschicht 6 ist insgesamt mit geringer Oberflächenrauigkeit ausgebildet. Es wird bewirkt, dass Licht, das an der rückseitigen Elektrodenschicht 6 reflektiert wird, auf die zweite Stromerzeugungsschicht 8 einfällt, nachdem es an einer Grenzfläche zwischen der rückseitigen Elektrodenschicht 6, die die leitfähigen Oxid-Lichtstreuer 4c aufweist, und der zweiten Stromerzeugungsschicht 8 gestreut wurde. Deshalb wird bewirkt, dass das Licht im Allgemeinen schräg auf die zweite Stromerzeugungsschicht 8 einfällt. Weil bewirkt wird, dass das Licht schräg auf die zweite Stromerzeugungsschicht 8 einfällt, wird ein wesentlicher optischer Pfad des Lichts verlängert und die Absorption des Lichts nimmt zu. Deshalb ist eine fotoelektrische Umwandlungseigenschaft der Dünnschichtsolarzelle verbessert und der Ausgangsstrom nimmt zu. Folglich wird eine Dünnschichtsolarzelle erzielt, die eine zufriedenstellende Lichtdiffusionswirkung hat und von ausgezeichnetem Umwandlungswirkungsgrad ist.
  • Deshalb wird bei der Dünnschichtsolarzelle 20 nach der zweiten Ausführungsform eine Dünnschichtsolarzelle erzielt, die eine zufriedenstellende Lichtdiffusionswirkung hat, bei der ein Kurzschluss und Kriechstrom der ersten Stromerzeugungsschicht 5 und der zweiten Stromerzeugungsschicht 8 gemindert sind, und die von ausgezeichneter Zuverlässigkeit und Ausbeute ist. Darüber hinaus wird eine Dünnschichtsolarzelle mit hohem Umwandlungswirkungsgrad unter Nutzung von Sonnenlicht mit einer Wellenlänge erzielt, die bisher keinen Beitrag zur Stromerzeugung leistete.
  • Ein Verfahren zur Herstellung der wie vorstehend erklärt aufgebauten Dünnschichtsolarzelle 20 der Tandemart wird nun mit Bezug auf die 6-1 bis 6-4 beschrieben. Die 6-1 bis 6-4 sind Schnittansichten zur Erläuterung eines Herstellungsprozesses für die Dünnschichtsolarzelle 20 nach der zweiten Ausführungsform. Es wird eine Erläuterung des Herstellungsverfahrens weggelassen, bei dem es sich um dasselbe wie in der ersten Ausführungsform handelt. Zuerst werden die leitfähigen Oxid-Lichtstreuer 4b, die Zinkoxidkristallkörner umfassen, auf dem Glassubstrat 1 und den ersten transparenten leitfähigen Schichten 2 wie in 6-1 gezeigt ausgebildet, indem der mit Bezug auf die 2-1 bis 2-5 in der ersten Ausführungsform erklärte Prozess durchgeführt wird.
  • Anschließend wird die erste Stromerzeugungsschicht 5 auf den ersten transparenten leitfähigen Schichten 2 und den leitfähigen Oxid-Lichtstreuern 4b (den Zinkoxidkristallkörnern) durch das PCVD-Verfahren ausgebildet. In dieser Ausführungsform werden als die erste Stromerzeugungsschicht 5 eine a-SiC-Schicht des P-Typs, eine Pufferschicht, eine a-Si-Schicht des i-Typs und eine a-Si-Schicht des N-Typs in der Reihenfolge ausgehend von der Seite der ersten transparenten leitfähigen Schichten 2 ausgebildet.
  • Anschließend wird die zweite Stromerzeugungsschicht 8 durch das PCVD-Verfahren auf der ersten Stromerzeugungsschicht 5 ausgebildet. In dieser Ausführungsform werden als die zweite Stromerzeugungsschicht 8 eine mikrokristalline Siliciumschicht (μc-Si-Schicht) des P-Typs, eine mikrokristalline Siliciumschicht (μc-Si-Schicht) des i-Typs und eine mikrokristalline Siliciumschicht (μc-Si-Schicht) des N-Typs in der Reihenfolge ausgehend von der Seite der ersten Stromerzeugungsschicht 5 ausgebildet (6-2).
  • Anschließend erfolgt eine Strukturierung an der zweiten Stromerzeugungsschicht 8 durch Laserritzen auf dieselbe Weise wie die Strukturierung für die ersten transparenten leitfähigen Schichten 2. Die leitfähigen Oxid-Lichtstreuer 4c, die Zinkoxidkristallkörner umfassen, werden durch ein Verfahren auf der zweiten Stromerzeugungsschicht 8 ausgebildet, bei dem es sich um dasselbe wie zur Herstellung der leitfähigen Oxid-Lichtstreuer 4b (6-3) handelt.
  • Anschließend erfolgt eine Strukturierung an der ersten Stromerzeugungsschicht 5 und der zweiten Stromerzeugungsschicht 8 durch Laserritzen auf dieselbe Weise wie die Strukturierung für die ersten transparenten leitfähigen Schichten 2. Die rückseitige Elektrodenschicht 6, die als die zweite Elektrodenschicht dient, wird durch Zerstäuben auf der zweiten Stromerzeugungsschicht 8 ausgebildet, um die Rillen der Strukturierung zu füllen. In dieser Ausführungsform werden eine ZnO-Schicht mit einer Dicke von 200 Nanometer, eine Ag-Schicht mit einer Dicke von 100 Nanometer und eine Aluminiumschicht (Al-Schicht) mit einer Dicke von 100 Nanometer ausgehend von der Seite der zweiten Stromerzeugungsschicht 8 ausgebildet.
  • Nach der Ausbildung der rückseitigen Elektrodenschicht 6 wird eine Metallschicht zusammen mit Halbleiterschichten (der ersten Stromerzeugungsschicht 5 und der zweiten Stromerzeugungsschicht 8) durch einen Laser stellenweise weggestrahlt, wodurch die Halbleiterschichten und die Metallschichten getrennt werden, um mehreren Einheitselementen (Stromerzeugungsbereichen) zu entsprechen (6-4). Weil es schwierig zu bewirken ist, dass die rückseitige Elektrodenschicht 6 mit dem hohen Reflexionsvermögen den Laser direkt absorbiert, wird bewirkt, dass die Halbleiterschichten (die erste Stromerzeugungsschicht 5 und die zweite Stromerzeugungsschicht 8) Laserstrahlenergie absorbieren, und die Metallschicht zusammen mit den Halbleiterschichten (der ersten Stromerzeugungsschicht 5 und der zweiten Stromerzeugungsschicht 8) stellenweise weggestrahlt wird, wodurch die Halbleiterschichten und die Metallschicht getrennt werden, um den Einheitselementen (den Stromerzeugungsbereichen) zu entsprechen. Die in 5 gezeigte Dünnschichtsolarzelle 20 wird gemäß dem vorstehend erklärten Prozess ausgebildet.
  • Wie in 7 gezeigt ist, kann eine transparente Schicht aus ZnO, ITO, SnO2, SiO o. dgl., die über Leitfähigkeit verfügt, als eine Zwischenschicht 9 zwischen der ersten Stromerzeugungsschicht 5 und der zweiten Stromerzeugungsschicht 8 von 5 ausgebildet werden.
  • In dem Verfahren zur Herstellung einer Dünnschichtsolarzelle nach der vorstehend erklärten zweiten Ausführungsform werden die leitfähigen Oxid-Lichtstreuer 4b als feine körnige leitfähige Lichtstreuer auf den ersten transparenten leitfähigen Schichten 2 und der strukturartigen transparenten leitfähigen Schicht 7 mit insgesamt geringer Oberflächenrauigkeit ausgebildet. Die leitfähigen Oxid-Lichtstreuer 4c werden als feine körnige leitfähige Lichtstreuer zwischen der zweiten Stromerzeugungsschicht 8 und der rückseitigen Elektrodenschicht 6 ausgebildet. Die rückseitige Elektrodenschicht 6 wird mit insgesamt geringer Oberflächenrauigkeit ausgebildet. Dies macht es möglich, eine Dünnschichtsolarzelle herzustellen, die eine zufriedenstellende Lichtdiffusionswirkung hat und von ausgezeichnetem Umwandlungswirkungsgrad ist.
  • Indem die transparente leitfähige Schicht mit zwei Arten von Säurelösungen bearbeitet wird, die unterschiedliche Eigenschaften haben, ist es möglich, die leitfähigen Oxid-Lichtstreuer 4b so auszubilden, dass Unregelmäßigkeiten so ausgeglichen werden, dass kein steiles Gefälle an den Unregelmäßigkeiten der transparenten leitfähigen Schicht insgesamt besteht. Dies macht es möglich, Strukturfehler zu mindern, die durch die unregelmäßige Struktur zur Lichtstreuung in der ersten Stromerzeugungsschicht 5 und zweiten Stromerzeugungsschicht 8 hervorgerufen werden, die auf den ersten transparenten leitfähigen Schichten 2 ausgebildet sind, und eine Dünnschichtsolarzelle herzustellen, bei der ein Kurzschluss und Kriechstrom, die von den in der ersten Stromerzeugungsschicht 5 und zweiten Stromerzeugungsschicht 8 hervorgerufenen Strukturfehlern herrühren, reduziert sind, und die von ausgezeichneter Zuverlässigkeit und Ausbeute ist. Darüber hinaus ist es möglich, eine Dünnschichtsolarzelle mit hohem Umwandlungswirkungsgrad herzustellen, indem Sonnenlicht mit einer Wellenlänge genutzt wird, die bisher keinen Beitrag zur Stromerzeugung leistete.
  • Die vorliegende Erfindung wird nachstehend anhand von konkreten Beispiele beschrieben. Bei der Dünnschichtsolarzelle 20, die durch das Verfahren zur Herstellung einer Dünnschichtsolarzelle nach der vorstehend erklärten zweiten Ausführungsform hergestellt wird, handelt es sich um eine Dünnschichtsolarzelle eines Beispiels 2. Als herkömmliches Beispiel wird eine Dünnschichtsolarzelle der Tandemart, bei der die leitfähigen Oxid-Lichtstreuer 4b und 4c nicht ausgebildet werden, in dem Verfahren zur Herstellung einer Dünnschichtsolarzelle nach der zweiten Ausführungsform hergestellt. Bei dieser Dünnschichtsolarzelle handelt es sich um eine Dünnschichtsolarzelle des herkömmlichen Beispiels 3.
  • Man ließ Licht mit einer AM (Luftmasse) von –1,5 und 100 mW/cm2 von einer Substratseite her unter Verwendung eines Solarsimulators auf die Dünnschichtsolarzellen einfallen, Kurzschlussströme (mA/cm2) wurden bei 25°C gemessen und die Kennlinien der Dünnschichtsolarzellen ausgewertet. Ein Ergebnis der Auswertung ist in Tabelle 2 gezeigt. Tabelle 2
    Kurzschlussströme [mA/cm2]
    Beispiel 2 13,2
    Herkömmliches Beispiel 3 11,5
  • Aus Tabelle 2 ist zu erkennen, dass, obwohl der Kurzschlussstrom der Dünnschichtsolarzelle de2 herkömmlichen Beispiels 3 11,5 mA/cm2 beträgt, der Kurzschlussstrom der Dünnschichtsolarzelle des Beispiels 2 13,2 mA/cm2 beträgt und der Kurzschlussstrom (mA/cm2) bei der Dünnschichtsolarzelle des Beispiels 2 im Vergleich mit der Dünnschichtsolarzelle des herkömmlichen Beispiel 3 um 10% oder mehr verbessert ist. Der Grund dafür ist, dass die leitfähigen Oxid-Lichtstreuer 4b so ausgebildet sind, dass kein steiles Gefälle an den Unregelmäßigkeiten der transparenten leitfähigen Schicht insgesamt besteht und die Unregelmäßigkeiten ausgeglichen sind. Ein weiterer Grund besteht darin, dass die leitfähigen Oxid-Lichtstreuer 4b so ausgebildet sind, dass kein steiles Gefälle an den Unregelmäßigkeiten der rückseitigen Elektrodenschicht 6 insgesamt besteht und die Unregelmäßigkeiten ausgeglichen sind.
  • Konkret ausgedrückt lässt man das Licht, das von der Seite des transparenten isolierenden Substrats her einfällt, auf die erste Stromerzeugungsschicht 5 einfallen, nachdem des an der Grenzfläche zwischen den ersten transparenten leitfähigen Schichten 2, die die leitfähigen Oxid-Lichtstreuer 4b aufweisen, und der ersten Stromerzeugungsschicht 5 gestreut wurde. Deshalb wird bewirkt, dass das Licht im Allgemeinen schräg auf die erste Stromerzeugungsschicht 5 einfällt. Weil bewirkt wird, dass das Licht schräg auf die erste Stromerzeugungsschicht 5 einfällt, wird ein wesentlicher optischer Pfad des Lichts verlängert und die Absorption des Lichts nimmt zu. Deshalb ist eine fotoelektrische Umwandlungseigenschaft der Dünnschichtsolarzelle verbessert und der Ausgangsstrom nimmt zu. Strukturfehler, die durch die unregelmäßige Struktur zur Lichtstreuung in der ersten Stromerzeugungsschicht 5 und der zweiten Stromerzeugungsschicht 8 hervorgerufen werden, werden gemindert und ein Kurzschluss u. dgl. und Kriechstrom reduziert.
  • Es wird bewirkt, dass Licht, das an der rückseitigen Elektrodenschicht 6 reflektiert wird, auf die zweite Stromerzeugungsschicht 8 einfällt, nachdem es an der Grenzfläche zwischen der rückseitigen Elektrodenschicht 6, die die leitfähigen Oxid-Lichtstreuer 4c aufweist, und der zweiten Stromerzeugungsschicht 8 gestreut wurde. Deshalb wird bewirkt, dass das Licht im Allgemeinen schräg auf die zweite Stromerzeugungsschicht 8 einfällt. Weil bewirkt wird, dass das Licht schräg auf die zweite Stromerzeugungsschicht 8 einfällt, wird ein wesentlicher optischer Pfad des Lichts verlängert und die Absorption des Lichts nimmt zu. Deshalb ist eine fotoelektrische Umwandlungseigenschaft der Dünnschichtsolarzelle verbessert und der Ausgangsstrom nimmt zu.
  • Mit der Dünnschichtsolarzelle und dem vorstehend erklärten Verfahren nach der zweiten Ausführungsform zu deren Herstellung wird eine Dünnschichtsolarzelle erzielt, die durch das Strukturgefüge zur Lichtstreuung eine zufriedenstellende Lichteinfangwirkung hat, bei der eine Verschlechterung der Zuverlässigkeit und einer fotoelektrischen Umwandlungseigenschaft aufgrund des Strukturgefüges zur Lichtstreuung verhindert wird, und die von ausgezeichneter Zuverlässigkeit und fotoelektrischer Umwandlungseigenschaft ist und lange Zeit verwendet werden kann.
  • In der Ausführungsform werden die Zinkoxidkristallkörner 4a durch das zweite Ätzen in die leitfähigen Oxid-Lichtsteuer 4b und 4c verwandelt. Jedoch können auch die durch das erste Ätzen entstandenen Zinkoxidkristallkörner 4a in Lichtstreuer verwandelt werden. Wenn das zweite Ätzen erfolgt, müssen die Zinkoxidkristallkörner 4a im ersten Ätzen nicht immer in verstreute Körner verwandelt werden. Zum Beispiel können die Zinkoxidkristallkörner 4a beim ersten Ätzen zu einer rauen Oberfläche mit Unregelmäßigkeiten verarbeitet und beim zweiten Ätzen in verstreute Körner verwandelt werden.
  • Dritte Ausführungsform
  • 8-1 ist eine Schnittansicht eines schematischen Aufbaus einer Dünnschichtsolarzelle 30 nach einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Bei der Dünnschichtsolarzelle 30 nach der dritten Ausführungsform handelt es sich um eine Abwandlung der Dünnschichtsolarzelle 11 nach der ersten Ausführungsform. Wie die Dünnschichtsolarzelle 10 umfasst auch die Dünnschichtsolarzelle 30 das transparente isolierende Substrat 1, die ersten transparenten leitfähigen Schichten (die transparenten Elektrodenschichten) 2, die leitfähigen Oxid-Lichtstreuer 4b, die erste Stromerzeugungsschicht 5 und die rückseitige Elektrodenschicht 6. In 8-1 sind dieselben Teile wie diejenigen der Dünnschichtsolarzelle 10 nach der ersten Ausführungsform mit denselben Zahlen und Zeichen wie in 1 bezeichnet, und eine Erläuterung dieser Teile wird weggelassen.
  • Die Dünnschichtsolarzelle 30 unterscheidet sich dadurch von der Dünnschichtsolarzelle 10 nach der ersten Ausführungsform, dass unregelmäßige Formen mit einem großen Erhebungsunterschied (Oberflächenrauigkeit Rmax) auf den Oberflächen der ersten transparenten leitfähigen Schichten (den transparenten Elektrodenschichten) 2 und einem Bereich zwischen den getrennten ersten transparenten leitfähigen Schichten 2 auf der Oberfläche des transparenten isolierenden Substrats 1 ausgebildet sind.
  • Bei der wie vorstehend erklärt aufgebauten Dünnschichtsolarzelle 30 nach der dritten Ausführungsform sind wie bei der Dünnschichtsolarzelle 10 die leitfähigen Oxid-Lichtstreuer 4b als feine körnige leitfähige Lichtstreuer auf den ersten transparenten leitfähigen Schichten 2 ausgebildet. Die leitfähigen Oxid-Lichtstreuer 4b und die ersten transparenten leitfähigen Schichten 2 sind als die strukturartige transparente leitfähige Schicht 7 mit insgesamt geringer Oberflächenrauigkeit ausgebildet. Es wird bewirkt, dass Licht, das von der Seite des transparenten isolierenden Substrats 1 her einfällt, auf die erste Stromerzeugungsschicht 5 einfällt, nachdem es an der Grenzfläche zwischen den ersten transparenten leitfähigen Schichten 2, die die leitfähigen Oxid-Lichtstreuer 4b aufweisen, und der ersten Stromerzeugungsschicht 5 gestreut wurde. Deshalb wird bewirkt, dass das Licht allgemein schräg auf die erste Stromerzeugungsschicht 5 einfällt. Weil bewirkt wird, dass das Licht schräg auf die erste Stromerzeugungsschicht 5 einfällt, wird ein wesentlicher optischer Pfad des Lichts verlängert und die Absorption des Lichts nimmt zu. Deshalb ist eine fotoelektrische Umwandlungseigenschaft der Dünnschichtsolarzelle verbessert und der Ausgangsstrom nimmt zu. Folglich wird, wie bei der Dünnschichtsolarzelle 10, eine Dünnschichtsolarzelle erzielt, die eine zufriedenstellende Lichtdiffusionswirkung hat und von ausgezeichnetem Umwandlungswirkungsgrad ist.
  • Auf den leitfähigen Oxid-Lichtstreuern 4b sind ebenfalls Unregelmäßigkeiten so ausgebildet, dass kein steiles Gefälle an den Unregelmäßigkeiten der transparenten leitfähigen Schicht entsteht. Folglich sind Strukturfehler gemindert, die durch eine unregelmäßige Struktur zur Lichtstreuung in der ersten Stromerzeugungsschicht 5 hervorgerufen werden, die auf der ersten transparenten leitfähigen Schicht 2 ausgebildet ist. Ein durch die Strukturfehler in der ersten Stromerzeugungsschicht 5 hervorgerufener Kurzschluss und Kriechstrom sind reduziert.
  • Bei der Dünnschichtsolarzelle 20 nach der dritten Ausführungsform sind die unregelmäßigen Formen, die einen großen Erhebungsunterschied (Oberflächenrauigkeit Rmax) haben, auf den Oberflächen der ersten transparenten leitfähigen Schichten (den transparenten Elektrodenschichten) 2 und dem Bereich zwischen den getrennten ersten transparenten leitfähigen Schichten 2 auf der Oberfläche des transparenten isolierenden Substrats 1 ausgebildet. Es wird bewirkt, dass Licht, das von der Seite des transparenten isolierenden Substrats 1 her einfällt, auf die erste Stromerzeugungsschicht 5 einfällt, nachdem es an der Grenzfläche zwischen den ersten transparenten leitfähigen Schichten 2, die die leitfähigen Oxid-Lichtstreuer 4b aufweisen, und der ersten Stromerzeugungsschicht 5 gestreut wurde, und zusätzlich auch an einer Grenzfläche zwischen den unregelmäßigen Formen, die auf den Oberflächen der ersten transparenten leitfähigen Schichten (den transparenten Elektrodenschichten) 2 ausgebildet sind, und dem Bereich zwischen den getrennten ersten transparenten leitfähigen Schichten 2 auf der Oberfläche des transparenten isolierenden Substrats 1 gestreut werden. Deshalb wird bewirkt, dass das Licht allgemein schräg auf die erste Stromerzeugungsschicht 5 einfällt. Weil bewirkt wird, dass das Licht schräg auf die zweite Stromerzeugungsschicht 8 einfällt, wird ein wesentlicher optischer Pfad des Lichts verlängert und die Absorption des Lichts nimmt zu. Deshalb ist eine fotoelektrische Umwandlungseigenschaft der Dünnschichtsolarzelle verbessert und der Ausgangsstrom nimmt zu. Folglich wird eine Dünnschichtsolarzelle erzielt, die eine zufriedenstellende Lichtdiffusionswirkung hat und von ausgezeichnetem Umwandlungswirkungsgrad ist.
  • Deshalb wird mit der Dünnschichtsolarzelle 30 nach der dritten Ausführungsform eine Dünnschichtsolarzelle erzielt, die eine zufriedenstellende Lichtdiffusionswirkung hat, bei der ein Kurzschluss und Kriechstrom der ersten Stromerzeugungsschicht 5 und der zweiten Stromerzeugungsschicht 8 reduziert sind, und die von ausgezeichneter Zuverlässigkeit und Ausbeute ist. Darüber hinaus wird eine Dünnschichtsolarzelle mit hohem Umwandlungswirkungsgrad unter Nutzung von Sonnenlicht mit einer Wellenlänge erzielt, die bisher keinen Beitrag zur Stromerzeugung leistete.
  • Ein Verfahren zur Herstellung der wie vorstehend erklärt aufgebauten Dünnschichtsolarzelle 30 der Tandemart wird nun mit Bezug auf die 8-2 und 8-3 beschrieben. Die 8-2 und 8-3 sind Schnittansichten zur Erläuterung eines Herstellungsprozesses für die Dünnschichtsolarzelle 30 nach der dritten Ausführungsform. Es wird eine Erläuterung des Herstellungsverfahrens weggelassen, bei dem es sich um dasselbe wie in der ersten Ausführungsform handelt. Zuerst werden die leitfähigen Oxid-Lichtstreuer 4a, die Zinkoxidkristallkörner umfassen, auf dem Glassubstrat 1 und den ersten transparenten leitfähigen Schichten 2 ausgebildet, indem der mit Bezug auf die 2-1 bis 2-4 in der ersten Ausführungsform erklärte Prozess durchgeführt wird (8-2).
  • Anschließend erfolgt ein zweites Ätzen, um die Zinkoxidkristallkörner 4a zu ätzen und die leitfähigen Oxid-Lichtstreuer 4b, die Zinkoxidkristallkörner umfassen, auf dem Glassubstrat 1 und den ersten transparenten leitfähigen Schichten 2 auszubilden (8-3). Beim zweiten Ätzen wird ein Verfahren des reaktiven Ionenätzens (RIE) mittels Parallelplatten eingesetzt. Das Ätzen erfolgt unter den Bedingungen, dass es sich bei einem Ätzgas um Tetrafluormethan (CF4) handelt, eine Ätzgasströmungsrate 50 sccm, ein Ätzgasdruck 5,0 Pa, eine angelegte Energie (HF) 200 W und eine Bearbeitungszeit 10 Minuten beträgt. Als Ätzgas kann ein Mischgas aus einem einfachen Gasstoff eines Gases verwendet werden, das auf Fluor basierendes Trifluormethan (CHF3), Tetrafluormethan (CF4) oder Schwefelhexafluorid (SF6) oder Argon (Ar) und Gas wie Sauerstoff (O2) oder Helium (He), ein Chlorgas o. dgl. enthält. Indem dieses Trockenätzverfahren eingesetzt wird, ist es möglich, Zinkoxidkristallkörner auszubilden, bei denen es sich um im Wesentlichen kugelförmige leitfähige Oxid-Lichtstreuer 4b handelt, die wie im Fall der ersten Ausführungsform eine glatte Oberfläche haben (8-3). Wie vorstehend erklärt, ist es auch möglich, wenn bei der zweiten Ätzung das Trockenätzverfahren eingesetzt wird, die leitfähigen Oxid-Lichtstreuer 4b auf dieselbe Weise wie beim Ätzen der Zinkoxidkristallkörner 4a unter Verwendung einer Säureätzlösung auszubilden. Indem eine Ätzbedingung eingestellt wird, ist es möglich, den Widerstand in einer Oberflächenrichtung der leitfähigen Oxid-Lichtstreuer 4b ausreichend hoch anzusetzen und ein Auftreten von Kurzschluss zwischen Elementen und Kriechstrom zu unterdrücken.
  • Bei diesem RIE-Verfahren werden gleichzeitig auch die Oberflächen der ersten transparenten leitfähigen Schichten (der transparenten Elektrodenschichten) 2 und die Oberfläche des transparenten leitfähigen Substrats 1 in der ersten Rille (der Ritzlinie) 2a, bei der es sich um den Bereich zwischen den getrennten ersten transparenten leitfähigen Schichten 2 handelt, geätzt und unregelmäßige Formen ausgebildet. Folglich entstehen unregelmäßige Strukturen mit einem größeren Erhebungsunterschied auf den Oberflächen der ersten transparenten leitfähigen Schichten (den transparenten Elektrodenschichten) 2 und der Oberfläche des transparenten isolierenden Substrats 1 in der ersten offenen Rille (der Ritzlinie) 2a. Danach kann die in 8-1 gezeigte Dünnschichtsolarzelle 30 hergestellt werden, indem der mit Bezug auf die 2-6 und 2-7 erläuterte Prozess durchgeführt wird.
  • Mit der Dünnschichtsolarzelle und dem vorstehend erklärten Verfahren zu deren Herstellung nach der dritten Ausführungsform wird eine Dünnschichtsolarzelle erzielt, die durch das Strukturgefüge zur Lichtstreuung eine zufriedenstellende Lichteinfangwirkung hat, bei der eine Verschlechterung der Zuverlässigkeit und einer fotoelektrischen Umwandlungseigenschaft aufgrund des Strukturgefüges zur Lichtstreuung verhindert wird, und die von ausgezeichneter Zuverlässigkeit und fotoelektrischer Umwandlungseigenschaft ist und lange Zeit verwendet werden kann.
  • In den vorstehend erklärten Ausführungsformen wurden die Dünnschichtsolarzelle aus amorphem Silicium, die Dünnschichtsolarzelle aus polykristallinem Silicium und die Solarzellen der Tandemart erläutert. Jedoch lässt sich die Erfindung auch weitreichend auf Dünnschichtsolarzellen im Allgemeinen, wie etwa eine Verbundhalbleiterdünnschichtsolarzelle anwenden.
  • INDUSTRIELLE ANWENDBARKEIT
  • Wie vorstehend erläutert, ist das Verfahren zur Herstellung einer Dünnschichtsolarzelle nach der vorliegenden Erfindung für Anwendungen nützlich, die Zuverlässigkeit und eine fotoelektrische Umwandlungseigenschaft erfordern.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
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Claims (15)

  1. Verfahren zur Herstellung einer Dünnschichtsolarzelle, Folgendes umfassend: einen Schritt des Ausbildens einer ersten transparenten leitfähigen Schicht, um mehrere voneinander getrennte erste transparente leitfähige Schichten in einer Substratoberfläche auf einem transparenten isolierenden Substrat auszubilden; einen Schritt des Ausbildens einer zweiten transparenten leitfähigen Schicht, um eine zweite transparente leitfähige Schicht auf den ersten transparenten leitfähigen Schichten auszubilden; einen Ätzschritt, um die zweite transparente leitfähige Schicht zu einer körnigen Form zu ätzen und erste körnige Teile auszubilden, die auf den ersten transparenten leitfähigen Schichten verstreut sind; einen Schritt des Ausbildens einer Stromerzeugungsschicht, um eine Stromerzeugungsschicht auf den ersten transparenten leitfähigen Schichten und den verstreuten ersten körnigen Teilen auszubilden; und einen Schritt des Ausbildens einer rückseitigen Elektrodenschicht, um eine rückseitige Elektrodenschicht auf der Stromerzeugungsschicht auszubilden.
  2. Verfahren zur Herstellung einer Dünnschichtsolarzelle nach Anspruch 1, wobei beim Ätzschritt eine Ätzgeschwindigkeit für die zweite transparente leitfähige Schicht höher ist als eine Ätzgeschwindigkeit für die ersten transparenten leitfähigen Schichten, und die zweite transparente leitfähige Schicht durch Ätzflüssigkeit zu den ersten körnigen Teilen verarbeitet wird, die auf den ersten transparenten leitfähigen Schichten verstreut sind.
  3. Verfahren zur Herstellung einer Dünnschichtsolarzelle nach Anspruch 2, wobei der Ätzschritt, nachdem die zweite transparente leitfähige Schicht durch die Ätzflüssigkeit zu den ersten körnigen Teilen verarbeitet wurde, die auf der ersten transparenten leitfähigen Schicht verstreut sind, ein weiteres Ätzen der verstreuten ersten körnigen Teile mit einer anderen Ätzflüssigkeit, die ein Ätzgeschwindigkeitsverhältnis der zweiten transparenten leitfähigen Schicht zur Ätzgeschwindigkeit der ersten transparenten leitfähigen Schicht hat, das größer ist als dasjenige der Ätzflüssigkeit, und ein Ausbilden feinerer erster feiner körniger Teile umfasst.
  4. Verfahren zur Herstellung einer Dünnschichtsolarzelle nach Anspruch 1 oder 2, wobei es sich bei der zweiten transparenten leitfähigen Schicht um eine Schicht handelt, die Zinkoxid als Hauptbestandteil enthält, und beim Ätzschritt, nachdem die zweite transparente leitfähige Schicht durch die erste, Oxalsäure enthaltende Lösung geätzt wurde, die zweite transparente leitfähige Schicht durch die zweite Lösung geätzt wird, die Salzsäure, Schwefelsäure, Salpetersäure, Fluorwasserstoffsäure, Essigsäure oder Ameisensäure enthält.
  5. Verfahren zur Herstellung einer Dünnschichtsolarzelle nach Anspruch 1, wobei das Verfahren zwischen dem Schritt des Ausbildens der Stromerzeugungsschicht und dem Schritt des Ausbildens der rückseitigen Elektrodenschicht umfasst: einen Schritt des Ausbildens einer dritten transparenten leitfähigen Schicht, um eine dritte transparente leitfähige Schicht auf einer Oberfläche der Stromerzeugungsschicht auszubilden; und einen Ätzschritt, um die dritte transparente leitfähige Schicht zu einer körnigen Form zu ätzen und zweite körnige Teile auszubilden, die auf der Stromerzeugungsschicht verstreut sind, und der Schritt des Ausbildens der rückseitigen Elektrode umfasst, die rückseitige Elektrodenschicht auf den verstreuten zweiten körnigen Teilen und auf der Stromerzeugungsschicht auszubilden.
  6. Verfahren zur Herstellung einer Dünnschichtsolarzelle nach Anspruch 1, wobei der Ätzschritt umfasst, die zweite transparente leitfähige Schicht unter den ersten transparenten leitfähigen Schichten auf dem transparenten isolierenden Substrat zu einer körnigen Form zu ätzen und dritte körnige Teile auszubilden, die zwischen den ersten transparenten leitfähigen Schichten verstreut sind, die auf dem transparenten isolierenden Substrat aneinander angrenzen.
  7. Verfahren zur Herstellung einer Dünnschichtsolarzelle nach Anspruch 6, wobei der Ätzschritt, nachdem die zweite transparente leitfähige Schicht durch die Ätzflüssigkeit zu den dritten körnigen Teilen verarbeitet wurde, ein weiteres Ätzen der verstreuten dritten körnigen Teile mit einer anderen Ätzflüssigkeit, die ein Ätzgeschwindigkeitsverhältnis der zweiten transparenten leitfähigen Schicht zur Ätzgeschwindigkeit der ersten transparenten leitfähigen Schicht hat, das größer ist als dasjenige der Ätzflüssigkeit, und ein Ausbilden feinerer zweiter feiner körniger Teile umfasst.
  8. Verfahren zur Herstellung einer Dünnschichtsolarzelle nach Anspruch 7, wobei die verstreuten dritten körnigen Teile so geätzt werden, dass ein Trennungswiderstand zwischen den ersten transparenten leitfähigen Schichten, die auf dem transparenten isolierenden Substrat voneinander getrennt sind, gleich oder höher als 1 Megaohm ist.
  9. Verfahren zur Herstellung einer Dünnschichtsolarzelle nach Anspruch 1, wobei es sich bei der zweiten transparenten leitfähigen Schicht um eine Schicht handelt, die Zinkoxid als Hauptbestandteil umfasst, und der Ätzschritt, nachdem die zweite transparente leitfähige Schicht durch die erste, Oxalsäure enthaltende Lösung geätzt wurde, ein Ätzen der zweiten transparenten leitfähigen Schicht mit reaktivem Ionenätzen mittels Parallelplatten unter Verwendung eines Mischgases umfasst, das erhalten wird, indem ein einfacher Gasstoff aus Trifluormethan, Tetrafluormethan, Schwefelhexafluorid und Argon und Sauerstoff oder Helium gemischt wird, um dadurch dritte feine körnige Teile zu bilden und unregelmäßige Formen auf einer Oberfläche der ersten transparenten leitfähigen Schicht und einer Oberfläche zwischen den angrenzenden ersten transparenten leitfähigen Schichten auf dem transparenten isolierenden Substrat auszubilden.
  10. Dünnschichtsolarzelle, Folgendes umfassend: ein transparentes isolierendes Substrat; eine erste transparente leitfähige Schicht, die auf dem transparenten isolierenden Substrat ausgebildet ist; verstreute erste körnige Teile, die aus einem transparenten leitfähigen Material gebildet sind, das sich von der ersten transparenten leitfähigen Schicht unterscheidet, die auf einer Oberfläche der ersten transparenten leitfähigen Schicht ausgebildet sind; eine Stromerzeugungsschicht, die auf der ersten transparenten leitfähigen Schicht und auf den verstreuten ersten körnigen Teilen ausgebildet ist; und eine rückseitige Elektrodenschicht, die auf der Stromerzeugungsschicht ausgebildet ist.
  11. Dünnschichtsolarzelle nach Anspruch 10, wobei die verstreuten ersten körnigen Teile aus einem Material gebildet sind, das Zinkoxid als Hauptbestandteil enthält.
  12. Dünnschichtsolarzelle nach Anspruch 10, wobei die Dünnschichtsolarzelle zwischen der Stromerzeugungsschicht und der rückseitigen Elektrodenschicht verstreute zweite körnige Teile umfasst, die aus einem transparenten leitfähigen Material gebildet sind.
  13. Dünnschichtsolarzelle nach Anspruch 10, wobei die Dünnschichtsolarzelle mehrere der voneinander getrennten ersten transparenten leitfähigen Schichten in einer Substratoberfläche auf dem transparenten isolierenden Substrat umfasst, und die Dünnschichtsolarzelle zwischen den voneinander getrennten ersten transparenten leitfähigen Schichten auf dem transparenten isolierenden Substrat verstreute dritte körnige Teile umfasst, die aus einem transparenten leitfähigen Material gebildet sind, das sich von den ersten transparenten leitfähigen Schichten unterscheidet.
  14. Dünnschichtsolarzelle nach Anspruch 13, wobei ein Trennungswiderstand zwischen den voneinander getrennten ersten transparenten leitfähigen Schichten gleich oder höher als 1 Megaohm ist.
  15. Dünnschichtsolarzelle nach Anspruch 13, wobei die Dünnschichtsolarzelle unregelmäßige Formen auf Oberflächen der ersten transparenten leitfähigen Schichten und einer Oberfläche zwischen den angrenzenden ersten transparenten leitfähigen Schichten auf dem transparenten isolierenden Substrat hat.
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