DE112009002238T5

DE112009002238T5 - Verfahren und Struktur für eine photovoltaische Dünnschicht-Tandemzelle

Info

Publication number: DE112009002238T5
Application number: DE112009002238T
Authority: DE
Inventors: Howard W.H. Calif. Lee
Original assignee: Stion Corp Calif; CM Manufacturing Inc
Current assignee: CM Manufacturing Inc
Priority date: 2008-09-30
Filing date: 2009-09-29
Publication date: 2011-07-28
Also published as: CN102165598A; WO2010039727A1; US20110143487A1; US20100078059A1; US20150072464A1; US8889468B2

Abstract

Photovoltaische Tandemzelle, welche umfasst: eine obere Bifacial-Zelle, welche umfasst: ein oberes erstes transparentes leitfähiges Oxidmaterial; ein oberes Fenstermaterial, das unter dem oberen ersten transparenten leitfähigen Oxidmaterial liegt; einen ersten Schnittstellenbereich zwischen dem oberen Fenstermaterial und dem oberen ersten transparenten leitfähigen Oxidmaterial, wobei der erste Schnittstellenbereich im Wesentlichen frei ist von einem oder mehreren Objekten aus dem oberen ersten transparenten leitfähigen Oxidmaterial, die in das obere Fenstermaterial diffundiert werden; ein oberes Absorbermaterial, das unter dem oberen Fenstermaterial liegt, wobei das obere Absorbermaterial eine Kupperspezies, eine Indiumspezies und eine Schwefelspezies umfasst; ein oberes zweites transparentes leitfähiges Oxidmaterial, das unter dem oberen Absorbermaterial liegt; einen zweiten Schnittstellenbereich zwischen dem oberen zweiten transparenten leitfähigen Oxidmaterial und dem oberen Absorbermaterial, wobei der zweite Schnittstellenbereich im Wesentlichen frei ist von einem oder mehreren Objekten aus dem oberen ersten transparenten leitfähigen Oxidmaterial, die in das obere Absorbermaterial diffundiert werden; und...

Description

QUERVERWEISE ZU VERWANDTEN ANMELDUNGEN
Diese Anmeldung beansprucht die Priorität der vorläufigen US-Anmeldung Nr. 61/101,641, die am 30. September 2008 eingereicht wurde, demselben Anmelder zugewiesen ist und hiermit durch Bezugnahme in ihrer Gesamtheit zu allen Zwecken eingefügt wird. Die Anmeldung ist verwandt mit der vorläufigen Anmeldung Nr.: 61/101,642 (Aktenzeichen des Anwalts 026335-005800US), die am 30. September 2008 eingereicht wurde und hierdurch durch Bezugnahme zu allen Zwecken eingefügt ist. Diese Anmeldung ist auch mit der PCT-Anmeldung Nr.: PCT/US09/46161 (Aktenzeichen des Anwalts: 026335-002510PC) verwandt, die am 3. Juni 2009 eingereicht wurde, demselben Anmelder zugewiesen ist und hiermit zu allen Zwecken eingefügt ist.
AUSSAGE OBER RECHTE AN ERFINDUNGEN, DIE UNTER STAATLICH GEFÖRDERTER FORSCHUNG UND ENTWICKLUNG GEMACHT WURDEN
NICHT ANWENDBAR
BEZUGNAHME AUF EINE ”SEQUENZLISTE”, EINE TABELLE ODER EIN COMPUTERPROGRAMMLISTING-ANHANG, DIE AUF EINER DISKETTE EINGEREICHT WERDEN
NICHT ANWENDBAR
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung bezieht sich im Allgemeinen auf photovoltaische Materialien und ein Herstellungsverfahren. Insbesondere stellt die vorliegende Erfindung ein Verfahren und eine Struktur für eine photovoltaische Dünnschicht-Tandemzelle bereit. Lediglich beispielhaft umfassen das vorliegende Verfahren und Strukturen Absorbermaterialien, die Kupfer-Indium-Disulfid-Spezies umfassen.
Von Anbeginn der Zeit wurde die Menschheit herausgefordert, einen Weg zu finden, Energie zu nutzen. Energie tritt in den Formen auf wie petrochemisch, hydroelektrisch, nuklear, Wind, Biomasse, Solar und primitivere Formen wie zum Beispiel Holz und Kohle. Während des vergangenen Jahrhunderts hat sich die moderne Zivilisation auf petrochemische Energie als eine wichtige Energiequelle gestützt. Petrochemische Energie umfasst Gas und Öl. Gas umfasst leichtere Formen wie zum Beispiel Butan und Propan, die üblicherweise verwendet werden, um Häuser zu heizen und als Brennstoff zum Kochen zu dienen. Gas umfasst auch Benzin, Diesel und Kerosin, die üblicherweise zu Transportzwecken verwendet werden. Schwerere Formen von Petrochemikalien können auch verwendet werden, um Häuser in einigen Orten zu heizen. Leider ist der Vorrat an petrochemischen Treibstoffen begrenzt und im Wesentlichen fest auf der Grundlage der auf dem Planeten Erde verfügbaren Menge. Außerdem, wenn mehr Leute Petroleumprodukte in zunehmenden Mengen benutzen, wird es schnell eine seltene Ressource, die im Laufe der Zeit erschöpft wird.
In neuerer Zeit wurden umweltfreundliche und erneuerbare Energiequellen gewünscht. Ein Beispiel einer sauberen Energiequelle ist hydroelektrische Energie. Hydroelektrische Energie wird aus elektrischen Generatoren gewonnen, die vom Wasserfluss angetrieben werden, der von Dämmen wie beispielsweise der Hoover-Damm in Nevada erzeugt wird. Die erzeugte elektrische Energie wird verwendet, um einen Großteil von Los Angeles in Kalifornien mit Strom zu versorgen. Saubere und erneuerbare Energiequellen umfassen auch Wind, Wellen, Biomasse und dergleichen. Das heißt, Windmühlen wandeln Windenergie in nützlichere Formen von Energie wie zum Beispiel Elektrizität um. Noch weitere Typen von sauberer Energie umfassen Solarenergie. Spezielle Details von Solarenergie können im vorliegenden Hintergrund gefunden wurden und insbesondere im nachfolgenden Text.
Solarenergietechnologie wandelt allgemein elektromagnetische Strahlung von der Sonne in andere nützliche Energieformen um. Diese anderen Formen von Energie umfassen Wärmeenergie und elektrische Energie. Für Anwendungen mit elektrischer Energie werden Solarzellen häufig verwendet. Obwohl Solarenergie umweltfreundlich ist und bis zu einem Punkt erfolgreich war, bleiben viele Beschränkungen noch zu lösen, bevor sie weitgehend auf der Welt genutzt wird. Zum Beispiel benutzt ein Typ von Solarzellen kristalline Materialien, die aus Barren von Halbleitermaterialien gewonnen werden. Diese kristallinen Materialien können verwendet werden, um optoelektronische Geräte herzustellen, die photovoltaische und Photodiodengeräte umfassen, die elektromagnetische Strahlung in elektrische Energie umwandeln. Jedoch sind kristalline Materialien oft teuer und schwierig in großem Umfang herzustellen. Außerdem weisen aus solchen kristallinen Materialien gemachte Geräte häufig einen geringen Wirkungsgrad auf. Andere Typen von Solarzellen verwenden ”Dünnschicht”-Technologie, um eine dünne Schicht photosensitiven Materials zu bilden, die verwendet wird, um elektromagnetische Strahlung in elektrischen Strom umzuwandeln. Ähnliche Beschränkungen existieren bei der Verwendung von Dünnschichttechnologie beim Herstellen von Solarzellen. Das bedeutet, dass der Wirkungsgrad häufig gering ist. Außerdem ist die Beständigkeit der Schicht oft schlecht und kann nicht für extensive Zeitdauern in herkömmlichen Umweltanwendungen verwendet werden. Oftmals sind dünne Filme schwierig mechanisch miteinander zu kombinieren. Diese und andere Beschränkungen dieser herkömmlichen Technologien können in der vorliegenden Beschreibung gefunden werden und insbesondere im nachstehenden Text.
Aus dem oben gesagten sieht man, dass verbesserte Techniken zum Herstellen photovoltaischer Materialien und sich daraus ergebender Geräte gewünscht sind.
KURZE ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden ein Verfahren und eine Struktur zum Bilden einer photovoltaischen Zelle bereitgestellt. Insbesondere stellt die vorliegende Erfindung ein Verfahren und eine Struktur zum Bilden einer photovoltaischen Dünnschicht-Tandemzelle bereit. Nur beispielhaft wurden Ausführungsformen gemäß der vorliegenden Erfindung unter Verwendung von Dünnschicht-Halbleitermaterials verwirklicht. Man würde aber erkennen, dass Ausführungsformen gemäß der vorliegenden Erfindung einen viel breiteren Anwendungsbereich aufweisen können.
In einer speziellen Ausführungsform wird eine photovoltaische Zelle bereitgestellt. Die photovoltaische Tandemzelle umfasst eine obere Zelle. Die obere Zelle ist in einer speziellen Ausführungsform eine Bifacial-Zelle. Die obere Zelle umfasst ein oberes erstes transparentes leitfähiges Oxidmaterial. Ein oberes Fenstermaterial liegt unter dem oberen ersten transparenten leitfähigen Oxidmaterial. In einer speziellen Ausführungsform umfasst die obere Zelle einen ersten Schnittstellenbereich, der zwischen dem oberen Fenstermaterial und dem oberen ersten transparenten leitfähigen Oxidmaterial angeordnet ist. Der erste Schnittstellenbereich ist im Wesentlichen frei von einem oder mehreren Objekten aus dem oberen ersten transparenten leitfähigen Oxidmaterial, die in das obere Fenstermaterial diffundiert werden. Die obere Zelle umfasst auch ein oberes Absorbermaterial, das unter dem oberen Fenstermaterial liegt. Das obere Absorbermaterial umfasst in einer speziellen Ausführungsform eine Kupferspezies, eine Indiumspezies und eine Schwefelspezies. Die obere Zelle umfasst ein oberes zweites transparentes leitfähiges Oxidmaterial, das unter dem oberen Absorbermaterial liegt, sowie einen zweiten Schnittstellenbereich, der zwischen dem oberen zweiten transparenten leitfähigen Oxidmaterial und dem oberen Absorbermaterial angeordnet ist. Der zweite Schnittstellenbereich ist im Wesentlichen frei von einem oder mehreren Objekten aus dem oberen ersten transparenten leitfähigen Oxidmaterial, die in das obere Absorbermaterial diffundiert werden.
Das photovoltaische Tandem umfasst eine untere Zelle. Die untere Zelle umfasst ein unteres erstes transparentes leitfähiges Oxidmaterial. Ein unteres Fenstermaterial liegt unter dem ersten unteren transparenten leitfähigen Oxidmaterial. In einer speziellen Ausführungsform ist ein unteres Absorbermaterial bereitgestellt, das unter dem unteren Fenstermaterial liegt, und ein unteres Elektrodenmaterial ist bereitgestellt, das unter dem unteren Absorbermaterial liegt. In einer speziellen Ausführungsform ist ein Kopplungsmaterial zwischen der oberen Zelle und der unteren Zelle angeordnet. Das Kopplungsmaterial ist in einer bevorzugten Ausführungsform frei von einem parasitären Übergang zwischen der oberen Zelle und der unteren Zelle.
In einer alternativen Ausführungsform ist eine photovoltaische Tandemzelle bereitgestellt. Die alternative photovoltaische Tandemzelle umfasst eine obere Zelle. Die obere Zelle ist in einer speziellen Ausführungsform eine Bifacial-Zelle. Die obere Zelle umfasst ein oberes erstes transparentes leitfähiges Oxidmaterial. Ein oberes Fenstermaterial liegt unter dem oberen ersten transparenten Oxidmaterial. Die obere Zelle umfasst auch ein oberes Absorbermaterial, das unter dem oberen Fenstermaterial liegt. Das obere Absorbermaterial umfasst in einer speziellen Ausführungsform eine Kupferspezies, eine Indiumspezies und eine Schwefelspezies. Die obere Zelle umfasst ein oberes zweites transparentes leitfähiges Oxidmaterial, das unter dem oberen Absorbermaterial liegt.
Das alternative photovoltaische Tandem umfasst eine untere Zelle. Die untere Zelle umfasst ein unteres erstes transparentes leitfähiges Oxidmaterial. Ein unteres Fenstermaterial liegt unter dem ersten unteren transparenten leitfähigen Oxidmaterial. In einer speziellen Ausführungsform ist ein unteres Absorbermaterial bereitgestellt, das unter dem unteren Fenstermaterial liegt, und ein unteres Elektrodenmaterial ist bereitgestellt, das unter dem unteren Absorbermaterial liegt. In einer speziellen Ausführungsform ist ein Kopplungsmaterial zwischen der oberen Zelle und der unteren Zelle bereitgestellt. Das Kopplungsmaterial ist in einer bevorzugten Ausführungsform frei von einem parasitären Übergang zwischen der oberen Zelle und der unteren Zelle.
In einer speziellen Ausführungsform wird ein Verfahren zum Bilden einer photovoltaischen Tandemzelle bereitgestellt. Das Verfahren umfasst ein Bilden einer oberen Bifacial-Zelle. Die obere Bifacial-Zelle wird gebildet durch Bereitstellen eines oberen ersten transparenten leitfähigen Oxidmaterials. Ein oberes Fenstermaterial wird gebildet, das unter dem oberen ersten transparenten leitfähigen Oxidmaterial liegt. In einer speziellen Ausführungsform bildet das Verfahren einen ersten Schnittstellenbereich zwischen dem oberen Fenstermaterial und dem oberen ersten transparenten leitfähigen Oxidmaterial. In einer speziellen Ausführungsform ist der erste Schnittstellenbereich im Wesentlichen frei von Diffusion von einem oder mehreren Objekten aus dem oberen ersten transparenten leitfähigen Oxidmaterial in das obere Fenstermaterial. Das Verfahren bildet ein oberes Absorbermaterial, das unter dem oberen Fenstermaterial liegt. Das obere Absorbermaterial umfasst in einer speziellen Ausführungsform eine Kupferspezies, eine Indiumspezies und eine Schwefelspezies. Ein oberes zweites transparentes leitfähiges Oxidmaterial wird gebildet, das unter dem oberen Absorbermaterial liegt. Das Verfahren umfasst ein Bilden eines zweiten Schnittstellenbereichs zwischen dem oberen zweiten transparenten leitfähigen Oxidmaterial und dem oberen Absorbermaterial für die obere Bifacial-Zelle. Der zweite Schnittstellenbereich ist in einer bevorzugten Ausführungsform im Wesentlichen frei von einem oder mehreren Objekten aus dem oberen ersten transparenten leitfähigen Oxidmaterial, die in das obere Absorbermaterial diffundiert werden. Das Verfahren umfasst ein Bilden einer unteren Zelle. Die untere Zelle wird gebildet durch Bereitstellen eines unteren ersten transparenten leitfähigen Oxidmaterials und Bilden eines unteren Fenstermaterials, das unter dem ersten unteren transparenten leitfähigen Oxidmaterial liegt. Ein unteres Absorbermaterial wird gebildet, das unter dem unteren Fenstermaterial liegt. Ein unteres Elektrodenmaterial wird gebildet, das unter dem unteren Absorbermaterial liegt, um die untere Zelle zu bilden. In einer speziellen Ausführungsform stellt das Verfahren ein Kopplungsmaterial bereit, das zwischen der oberen Bifacial-Zelle und der unteren Zelle angeordnet ist. Vorzugsweise bietet das Kopplungsmaterial einen Übergang, der frei von einem parasitären Potential zwischen der oberen Bifacial-Zelle und der unteren Zelle ist.
Viele Vorteile können mittels Ausführungsformen gemäß der vorliegenden Erfindung erzielt werden. Zum Beispiel kann die photovoltaische Dünnschicht-Tandemzelle unter Verwendung von Techniken ohne wesentliche Änderungen an der herkömmlichen Ausrüstung hergestellt werden. Außerdem weist die vorliegende photovoltaische Dünnschicht-Tandemzeile einen verbesserte Wirkungsgrad auf verglichen mit einer herkömmlichen photovoltaischen Zelle und stellt eine kosteneffektive Möglichkeit bereit, Sonnenlicht in elektrische Energie umzuwandeln. Je nach Ausführungsform können ein oder mehrere dieser Vorteile erzielt werden. Diese und andere Vorteile werden detailliert in der vorliegenden Beschreibung und insbesondere nachstehend beschrieben.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist ein vereinfachtes Schaubild einer photovoltaischen Tandemzelle gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
2 bis 9 sind schematische Schaubilder, die ein Verfahren und eine Struktur zum Bilden einer photovoltaischen Dünnschichtvorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung veranschaulichen.
10 bis 17 sind schematische Schaubilder, die ein Verfahren und eine Struktur zum Bilden einer photovoltaischen Dünnschichtvorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung veranschaulichen.
18 ist ein vereinfachtes Schaubild, das eine Struktur für eine photovoltaische Dünnschicht-Tandemzelle gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung veranschaulicht.
19 ist ein vereinfachtes Diagramm, das eine alternative Struktur für eine photovoltaische Dünnschicht-Tandemzelle gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung veranschaulicht.
20 ist ein vereinfachtes Diagramm, das ein Testergebnis für eine photovoltaische Dünnschicht-Tandemzelle gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung veranschaulicht.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden ein Verfahren und eine Struktur zum Bilden einer photovoltaischen Zelle bereitgestellt. Insbesondere stellen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung ein Verfahren und eine Struktur zum Bilden einer photovoltaischen Dünnschicht-Tandemzelle bereit. Lediglich beispielhaft wurden Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung unter Verwendung von Dünnschicht-Halbleitermaterial verwirklicht. Man würde aber erkennen, dass Ausführungsformen gemäß der vorliegenden Erfindung einen breiteren Anwendungsbereich haben können.
1 ist ein vereinfachtes Schaubild einer photovoltaischen Tandemzelle gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Das Schaubild ist lediglich eine Veranschaulichung und sollte nicht übergebührlich den Schutzbereich der Ansprüche hier beschränken. Ein Fachmann würde andere Variationen, Änderungen und Alternativen erkennen. Als ein Beispiel kann die photovoltaische Tandemzelle auch in der vorläufigen US-Anmeldung Nr. 61/092,732, Aktenzeichen des Anwalts: 026335-003400US), die demselben Anmelder zugewiesen ist und durch Bezugnahme hier eingefügt wird. Wie dargestellt, wird eine photovoltaische Tandemzellenvorrichtung 100 mit vier Anschlüssen bereitgestellt. Die photovoltaische Tandemzellenvorrichtung 1 mit vier Anschlüssen umfasst eine untere Zelle 103 und einer obere Zelle 101, die betriebsfähig mit der unteren Zelle gekoppelt ist. Die Begriffe ”untere” und ”obere” sind nicht als einschränkend aufzufassen, sondern sollten durch die wörtliche Bedeutung von einem Fachmann ausgelegt werden. Im Allgemeinen ist die obere Zelle näher an einer Quelle elektromagnetischer Strahlung als die untere Zelle, die die elektromagnetische Strahlung nach Durchlaufen durch die obere Zelle empfängt. Natürlich kann es andere Variationen, Änderungen und Alternativen geben.
In einer speziellen Ausführungsform umfasst die untere Zelle ein unteres Glassubstratmaterial 119, z. B. ein transparentes Glasmaterial. Die untere Zelle umfasst auch eine untere Elektrodenschicht aus einem reflektierenden Material, die über dem unteren Glassubstratmaterial liegt. Die untere Zelle umfasst eine untere Absorberschicht, die über der unteren Elektrodenschicht liegt. Wie dargestellt, werden die Absorberschicht und die Elektrodenschicht durch Bezugszeichen 117 veranschaulicht. In einer speziellen Ausführungsform ist die Absorberschicht aus einem Halbleitermaterial gemacht, das eine Bandlückenenergie Eg in einem Bereich von etwa 1.2 eV bis etwa 2.2 eV und vorzugsweise in einem Bereich von etwa 1.6 eV bis etwa 1.9 eV aufweist, es aber auch andere sein können. In einer speziellen Ausführungsform umfasst die untere Zelle eine untere Fensterschicht, die über der unteren Absorberschicht liegt und eine untere transparente leitfähige Oxidschicht 115, die über der unteren Fensterschicht liegt.
In einer speziellen Ausführungsform umfasst die obere Zelle eine transparente Leiterschicht 109 vom Typ p+, die über der unteren transparenten leitfähigen Oxidschicht liegt. In einer bevorzugten Ausführungsform ist die transparente Leiterschicht vom Typ p+ gekennzeichnet durch einen Flächenwiderstand von weniger als oder gleich etwa 10 Ohm/Quadratzentimeter und eine optische Übertragung von 90 Prozent und größer. In einer speziellen Ausführungsform weist die obere Zelle eine obere Absorberschicht vom Typ p auf, die über der transparenten Leiterschicht vom Typ p+ liegt. In einer bevorzugten Ausführungsform hat die Leiterschicht, die aus einem Halbleitermaterial gemacht ist, eine Bandlückenergie Eg in einem Bereich von etwa 1.2 eV bis etwa 2.2 eV und vorzugsweise in einem Bereich von etwa 1.6 eV bis etwa 1.9 eV, aber es können auch andere sein. Die obere Zelle weist auch eine obere Fensterschicht vom Typ n auf, die über der oberen Absorberschicht vom Typ p liegt. Betrachtet man wieder 1, so werden die Fenster- und Absorberschicht für die obere Zelle durch Bezugszeichen 107 veranschaulicht. Die obere Zelle weist auch eine obere transparente leitfähige Oxidschicht 105 auf, die über der oberen Fensterschicht vom Typ n liegt und ein oberes Glasmaterial (nicht gezeigt), das über der oberen transparenten leitfähigen Oxidschicht liegt. Natürlich kann es andere Variationen, Änderungen und Alternativen geben.
In einer speziellen Ausführungsform umfasst die photovoltaische Tandemzelle vier Anschlüsse. Die vier Anschlüsse sind durch Bezugszeichen 111, 113, 121 und 123 festgelegt. Alternativ kann die photovoltaische Tandemzelle auch drei Anschlüsse umfassen, die sich eine gemeinsame Elektrode vorzugsweise nahe an einem Schnittstellenbereich zwischen der oberen Zelle und der unteren Zelle teilen. In anderen Ausführungsformen kann die Vielschichtzelle auch zwei Anschlüsse, unter anderem, je nach Anwendung umfassen. Beispiele anderer Zellkonfigurationen sind in der vorläufigen US-Patentanmeldung Nr. 61/092,383, Aktenzeichen des Anwalts: 026335-001600US bereitgestellt, die demselben Anmelder zugewiesen und hierdurch mittels Bezugnahme eingefügt sind. Natürlich kann es andere Variationen, Änderungen und Alternativen geben. Weitere Details der Zelle mit vier Anschlüssen können in der vorliegenden Beschreibung und insbesondere nachstehend gefunden werden.
2–17 sind schematische Schaubilder, die ein Verfahren zum Bilden einer oberen Zelle für eine photovoltaische Dünnschicht-Tandemvorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung veranschaulichen. Diese Schaubilder sind lediglich Beispiele, die die Ansprüche hier nicht übergebührlich einschränken sollten. Ein Fachmann würde andere Variationen, Änderungen und Alternativen erkennen. Wie in 2 dargestellt, wird ein Substrat 110 bereitgestellt. In einer Ausführungsform umfasst das Substrat einen Oberflächenbereich 112 und ist in einem Verfahrensabschnitt in einer Verfahrenskammer (nicht gezeigt) gehalten. In einer weiteren Ausführungsform ist das Substrat ein optisch transparenter Feststoff. Zum Beispiel kann das Substrat ein Glas, Quarz, Kieselglas, oder Kunststoff, Metall, Folie oder Halbleiter oder andere Verbundwerkstoffe sein. Je nach Ausführungsform kann das Substrat ein einzelnes Material, mehrere Materialien, die geschichtet sind, Verbunde, oder gestapelte, die Kombinationen von diesen umfassen, und dergleichen sein. Natürlich kann es andere Variationen, Änderungen und Alternativen geben.
Wie in 3 dargestellt, umfasst das Verfahren ein Bilden einer ersten Elektrodenschicht 120, die über dem Oberflächenbereich des Substrats liegt. Die erste Elektrodenschicht kann unter Verwendung eines geeigneten Metallmaterials, wie beispielsweise Molybdän oder Wolfram, gebildet werden, es können aber auch andere sein. Diese anderen Metallmaterialien können Kupfer, Chrom, Aluminium, Nickel, Platin oder andere umfassen. Derartige Metallmaterialien können unter Verwendung von Techniken wie Sputtern, Aufdampfen (z. B. Elektronenstrahl), Galvanik, einer Kombination dieser und dergleichen in einer speziellen Ausführungsform abgeschieden werden. Eine Dicke der ersten Elektrodenschicht kann von etwa 100 nm bis 2 Mikrometer reichen, aber es kann auch andere geben. Die erste Elektrodenschicht 120 ist vorzugsweise gekennzeichnet durch eine Widerstandsgröße von etwa 10 Ohm/cm² und weniger gemäß einer speziellen Ausführungsform. In einer bevorzugten Ausführungsform ist die Elektrodenschicht durch Molybdän bereitgestellt. In einer speziellen Ausführungsform kann die erste Elektrode unter Verwendung eines transparenten leitfähigen Oxidmaterials (TCO), wie beispielsweise In₂O₃:Sn (ITO), ZnO:Al (AZO), SnO2:F (TFO) bereitgestellt werden unter, es können aber auch andere sein. Natürlich kann es andere Variationen, Abänderungen und Alternativen geben.
Unter Bezugnahme auf 4 umfasst das Verfahren zum Bilden der photovoltaischen Dünnschichtzelle ein Bilden einer Kupferschicht 130, die über der gebildeten Elektrodenschicht liegt. Die Kupferschicht kann in einer speziellen Ausführungsform unter Verwendung eines Sputterprozesses, wie beispielsweise eines Gleichstrommagnetronsputterprozesses gebildet werden. Der Gleichstrommagnetronsputterprozess kann bei einem Abscheidungsdruck von etwa 6.2 mTorr bereitgestellt werden, gesteuert durch Verwenden eines inerten Gases wie beispielsweise Argon. Ein derartiger Druck kann erreicht werden unter Verwendung einer Gasflussrate von etwa 32 sccm. Der Sputterprozess kann bei etwa Raumtemperatur ausgeführt werden, ohne dass das Substrat erhitzt wird. Natürlich kann sich eine geringere Erhitzung des Substrats wegen des Plasmas ergeben, das während des Abscheidungsprozesses erzeugt wird. Gemäß gewissen Ausführungsformen kann ein Gleichstrom in einem Bereich von 100 Watt bis 150 Watt und vorzugsweise etwa 115 Watt verwendet werden, je nach Ausführungsform. Eine Abscheidungszeit für eine Cu-Schicht von 330 nm Dicke kann etwa 6 Minuten oder mehr sein. Natürlich kann die Abscheidungsbedingung gemäß einer speziellen Ausführungsform variiert und verändert werden.
Je nach Ausführungsform bildet das Verfahren eine Grenzschicht 125, die über der Elektrodenschicht liegt, um einen Schnittstellenbereich zwischen der Elektrodenschicht und der Kupferschicht zu bilden. In einer speziellen Ausführungsform wird der Schnittstellenbereich im Wesentlichen frei von einer Metalldisulfidschicht gehalten, die eine Halbleitereigenschaft aufweist, die vom Kupfer-Indium-Disulfidmaterial während späterer Verarbeitungsschritte verschieden ist. Je nach Ausführungsform weist die Grenzschicht geeignete Leitungseigenschaften auf und kann reflektierend sein, um elektromagnetische Strahlung reflektieren zu lassen oder kann auch transparent oder dergleichen sein. In einer speziellen Ausführungsform ist die Grenzschicht ausgewählt aus Platin, Titan, Chrom oder Silber. Natürlich kann es andere Variationen, Änderungen und Alternativen geben.
Wie in 5 dargestellt, umfasst das Verfahren ein Bereitstellen einer Indium (In) Schicht 140, die über der Kupferschicht liegt. Insbesondere ist die Indiumschicht 140 über der Kupferschicht 130 liegend gebildet. Die Indiumschicht wird über der Kupferschicht unter Verwendung eines Sputterprozesses abgeschieden. In einem Beispiel wird die Indiumschicht unter Verwendung eines Gleichstrommagnetronsputterprozesses unter einer ähnlichen Verfahrensbedingung wie zum Abscheiden der Cu-Schicht abgeschieden. Die Abscheidungszeit für die Indiumschicht kann kürzer sein als die für die Cu-Schicht. Zum Beispiel können 2 Minuten und 45 Sekunden ausreichend sein, um eine In-Schicht einer Dicke von etwa 410 nm gemäß einer speziellen Ausführungsform abzuscheiden. Weitere geeignete Abscheidungsverfahren, wie beispielsweise Galvanik oder andere, können auch je nach Ausführungsform verwendet werden.
In einer speziellen Ausführungsform bilden die Kupferschicht und die Indiumschicht eine Mehrschichtstruktur für die photovoltaische Dünnschichtzelle. In einer speziellen Ausführungsform sind die Kupferschicht und die Indiumschicht in einer gewissen Stöchiometrie vorgesehen, die ein kupferreiches Material bildet, das ein Kupfer-zu-Indium Atomverhältnis aufweist, das von etwa 1.2:1 bis etwa 2.0:1 reicht. In einer alternativen Ausführungsform reicht das Kupfer-zu-Indium Atomverhältnis von etwa 1.35:1 bis etwa 1.60:1. In einer weiteren Ausführungsform ist das Kupfer-zu-Indium Atomverhältnis als 1.55:1 gewählt. In einer bevorzugten Ausführungsform stellt das Kupfer-zu-Indium Atomverhältnis eine kupferreiche Schicht für die photovoltaische Zelle bereit. In einer weiteren speziellen Ausführungsform wird die Indiumschicht über der Elektrodenschicht liegend vor einer Abscheidung der Kupferschicht abgeschieden. Selbstverständlich kann es andere Variationen, Änderungen und Alternativen geben.
Wie in 5 dargestellt, wird die mehrschichtige Struktur 150, die wenigstens eine Indiumschicht und eine Kupferschicht umfasst, einem Wärmebehandlungsprozess 200 in einer Schwefelspezies-210-haltigen Umgebung unterzogen. Der Wärmebehandlungsprozess verwendet einen schnellen Wärmeprozess, während die mehrschichtige Struktur der schwefelhaltigen Spezies ausgesetzt ist. In einer speziellen Ausführungsform verwendet der schnelle Wärmeprozess eine Rate des rampenförmigen Anstiegs der Temperatur, die von etwa 10 Grad Celsius/Sekunde bis etwa 50 Grad Celsius/Sekunde zu einer Endtemperatur reicht, die von etwa 400 Grad Celsius bis etwa 600 Grad Celsius reicht. In einer speziellen Ausführungsform hält der Wärmebehandlungsprozess bei der Endtemperatur für eine Verweilzeit, die von etwa 1 Minute bis etwa 10 Minuten reicht, aber es können auch andere sein. Der Wärmebehandlungsprozess umfasst auch eine Temperaturrampe nach unten in einer inerten Umgebung oder einer anderen geeigneten Umwelt. Die inerte Umgebung kann bereitgestellt werden unter Verwendung von Gasen, wie beispielsweise Stickstoff, Argon, Helium und andere, das die Reaktion anhält, um das Metallmaterial mit der Schwefelspezies zu legieren. Weitere Details des Temperaturrampenprozesses sind in der vorliegenden Beschreibung und insbesondere nachfolgend beschrieben.
In einer speziellen Ausführungsform kann die schwefelhaltige Spezies unter Verwendung einer geeigneten Technik aufgebracht werden. In einem Beispiel sind die schwefelhaltigen Spezies in einer Fluidphase. Beispielsweise kann der Schwefel in einer Lösung bereitgestellt werden, die Na₂S, CS₂, (NR₄)₂S, Thiosulfate und andere gelöst hat. Derartige fluidbasierte Schwefelspezies können über einer oder mehreren Flächen der mehrschichtigen Kupfer/Indium-Struktur liegend gemäß einer speziellen Ausführungsform angewandt werden. In einem weiteren Beispiel ist die schwefelhaltige Spezies 210 durch Wasserstoffsulfidgas oder ein anderes derartiges Gas bereitgestellt. In anderen Ausführungsformen kann der Schwefel in einer festen Phase bereitgestellt werden, zum Beispiel elementarer Schwefel. In einer speziellen Ausführungsform kann elementarer Schwefel erhitzt werden und man kann ihn in eine Gasphase, z. B. S_n verdunsten lassen und mit den Indium/Kupfer-Schichten reagieren lassen. Eine andere schwefelhaltige Spezies kann auch je nach Ausführungsfom verwendet werden. Man kann zum Beispiel Wasserstoffsulfidgas als die schwefelhaltige Spezies nehmen. Das Wasserstoffsulfidgas kann bereitgestellt werden unter Verwendung ein oder mehrerer Eintrittsventile mit einer Flussratensteuerung in einer Prozesskammer. Beliebige dieser Aufbringungstechniken und andere Kombinationen von Techniken können auch verwendet werden. Die Prozesskammer kann mit einer oder mehreren Pumpen ausgestattet sein, um den Prozessdruck zu steuern. Je nach Ausführungsform kann eine Schicht von Schwefelmaterial über der Mehrschichtstruktur liegend bereitgestellt werden, die die Kupferschicht und die Indiumschicht umfasst. Die Schicht von Schwefelmaterial kann als eine gemusterte Schicht in einer speziellen Ausführungsform bereitgestellt werden. In einer anderen Ausführungsform kann Schwefelmaterial in einer wässrigen Mischung, einem Pulver, einem Feststoff, einer Paste, einem Gas, beliebige Kombinationen daraus oder anderer geeigneter Form bereitgestellt werden. Selbstverständlich kann es andere Variationen, Änderungen und Alternativen geben.
Unter Bezugnahme auf 6 verursacht der Wärmebehandlungsprozess eine Reaktion zwischen dem Kupferindiummaterial in der mehrschichtigen Struktur und der schwefelhaltigen Spezies 210, wodurch eine Schicht eines Kupfer-Indium-Disulfid-Dünnschichtmaterials 220 gebildet wird. In einem Beispiel wird das Kupfer-Indium-Disulfid-Dünnschichtmaterial durch Einbringen von Schwefelionen und/oder -atomen gebildet, die aus der schwefelhaltigen Spezies in die mehrschichtige Struktur verdampft oder zerfallen sind, wobei Indiumatome und Kupferatome gegenseitig darin diffundiert sind. In einer speziellen Ausführungsform führt der Wärmebehandlungsprozess zu einer Bildung einer Deckschicht, die über dem Kupfer-Indium-Disulfidmaterial liegt. Die Deckschicht umfasst eine Dicke von im Wesentlichen Kupfersulfidmaterial 221, das im Wesentlichen frei von Indiumatomen ist. Das Kupfersulfidmaterial 221 umfasst einen Oberflächenbereich 225. In einer speziellen Ausführungsform geschieht die Bildung der Kupfersulfiddeckschicht unter einer kupferreichen Bedingung für die Cu-In-haltige Mehrschichtstruktur 150. Je nach Ausführungsform ist die Dicke des Kupfersulfidmaterials in einer Größenordnung von etwa fünf bis zehn Nanometer und größer, je nach Mehrschichtstruktur. In einer speziellen Ausführungsform erlaubt ein Wärmebehandlungsprozess der ersten Elektrodenschicht unter Verwendung eines TCO-Materials bei einem Flächenwiderstand von weniger als oder gleich etwa 10 Ohm pro Quadratzentimeter zu bleiben und eine optische Übertragung von 90 Prozent und größer, nachdem das Kupfer-Indium-Disulfid Dünnschichtmaterial gebildet ist. Natürlich kann es andere Variationen, Änderungen und Alternativen geben.
Wie in 7 dargestellt, wird Kupfersulfid-Material 221 einem Tauchprozess 300 unterzogen. Das Kupfersulfid Material überlagert eine Kupfer-Indium-Disulfid-Dünnschicht 220. Das Tauchverfahren wird durchgeführt, indem der Oberflächenbereich des Kupfersulfid-Materials einer Lösung ausgesetzt wird, die zu 10 Gew.% Kaliumcyanid 310 umfasst gemäß einer speziellen Ausführungsform. Die Kaliumcyanid-Lösung bietet ein Ätzverfahren zur selektiven Entfernung des Kupfersulfid-Materials 221 aus der Kupfer-Indium-Disulfid-Materialoberfläche, die einen Oberflächenbereich 228 darunterliegenden Kupfer-Indium-Disulfid-Materials gemäß einer speziellen Ausführungsform freigibt. In einer bevorzugten Ausführungsform hat das Ätzverfahren eine Selektivität von etwa 1:100 oder mehr zwischen Kupfersulfid und Kupfer-Indium-Disulfid. Andere Ätzspezies können je nach Ausführungsform verwendet werden. In einer speziellen Ausführungsform kann die Ätzspezies Wasserstoffperoxid sein. In anderen Ausführungsformen können andere Ätztechniken, die elektrochemisches Ätzen, Plasmaätzen, Sputterätzen oder beliebige Kombinationen davon umfassen, verwendet werden. In einer speziellen Ausführungsform kann das Kupfersulfid-Material mechanisch entfernt, chemisch entfernt, elektrisch entfernt oder eine beliebige Kombination dieser und andere entfernt werden. In einer speziellen Ausführungsform kann die Absorberschicht aus Kupfer-Indium-Disulfid eine Dicke im Bereich von etwa einem Mikrometer bis etwa 10 Mikrometer haben, es können aber andere sein. Natürlich kann es noch andere Variationen, Änderungen und Alternativen geben.
In einer speziellen Ausführungsform weist die Kupfer-Indium-Disulfid-Schicht Störstelleneigenschaften vom Typ p auf. In bestimmten Ausführungsformen wird das Kupfer-Indium-Disulfid-Material weiter einem Dotierungsprozess unterzogen, um eine Störstellendichte vom Typ p dort einzustellen, um eine I-V-Charakteristik der hocheffizienten Dünnschicht-Photovoltaik-Vorrichtungen zu optimieren. Zum Beispiel kann das Kupfer-Indium-Disulfid unter Verwendung einer Aluminiumspezies dotiert sein. In einem anderen Beispiel kann das Kupfer-Indium-Disulfid-Material mit einem Kupfer-Indium-Aluminium-Disulfid-Material vermischt werden, um die Absorberschicht zu bilden. Natürlich kann es noch andere Variationen, Änderungen und Alternativen geben.
Unter erneuter Bezugnahme auf 8 umfasst das Verfahren ein Bilden einer Fensterschicht 310 über dem Kupfer-Indium-Disulfid-Material, das Störstelleneigenschaften vom Typ p hat. Die Fensterschicht kann aus einer Gruppe von Materialien, bestehend aus Cadmiumsulfid (CdS), Zinksulfid (ZnS), Zinkselen (ZnSe), Zinkoxid (ZnO), Zink-Magnesium-Oxid (ZnMgO) oder andere ausgewählt werden. Diese Materialien können mit einer geeigneten Störstelle dotiert sein, um für eine Störstelleneigenschaft vom Typ n+ bereitzustellen. Die Fensterschicht und die Absorberschicht bilden einen Schnittstellenbereich für einen PN-Übergang, der zu einer photovoltaischen Zelle gehört. Die Fensterschicht ist stark dotiert, um eine Halbleiterschicht vom Typ n+ zu bilden. In einem Beispiel werden Indiumspezies als das Dotierungsmaterial für eine CdS-Fensterschicht verwendet, um eine Bildung der Eigenschaft vom Typ n+, die zu der Fensterschicht gehört, zu veranlassen. In bestimmten Ausführungsformen kann ZnO als die Fensterschicht verwendet werden. ZnO kann mit einer Aluminiumspezies dotiert sein, um die Störstelleneigenschaften vom Typ n+ bereitzustellen. Je nach dem verwendeten Material kann die Fensterschicht von etwa 200 nm bis etwa 500 Nanometer reichen. Natürlich kann es weitere Variationen, Änderungen und Alternativen geben.
Wie in 9 dargestellt, ist eine leitfähige Schicht 330 gebildet, die über einem Teil eines Oberflächenbereichs der Fensterschicht liegt. Die Leiterschicht 330 stellt eine obere Elektrodenschicht für die photovoltaische Dünnschichtzelle bereit. In einer Ausführungsform ist die leitfähige Schicht 330 ein transparentes leitfähiges Oxid (TCO). Zum Beispiel kann das transparente leitfähige Oxid ausgewählt sein aus einer Gruppe, die besteht aus In₂O₃:Sn (ITO), ZnO:Al (AZO), SnO2:F (TFO), aber es können auch andere sein. In einer speziellen Ausführungsform ist die TCO-Schicht gemustert, um den Wirkungsgrad der photovoltaischen Dünnschicht-Vorrichtungen zu maximieren. In bestimmten Ausführungsformen kann die TCO-Schicht auch als eine Fensterschicht funktionieren, die die Notwendigkeit einer getrennten Fensterschicht abschafft. Natürlich kann es andere Variationen, Änderungen und Alternativen geben.
10 bis 17 sind vereinfachte Schaubilder, die ein Verfahren zur Bildung einer photovoltaischen Zelle in einer Superstrat-Konfiguration für die photovoltaische Dünnschicht-Tandemzelle gemäß einer alternativen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung veranschaulichen. Diese Schaubilder sind nur Beispiele und sollten nicht übergebührlich den Schutzbereich der Ansprüche hier beschränken. Ein Fachmann würde andere Variationen, Änderungen und Alternativen erkennen. Wie in 10 dargestellt, wird ein Substrat 1010 bereitgestellt. In einer Ausführungsform enthält das Substrat einen Oberflächenbereich 1012 und wird in einer Verfahrensstufe in einer Prozesskammer (nicht dargestellt) gehalten. In einer speziellen Ausführungsform ist das transparente Substrat ein optisch transparentes Festmaterial. Zum Beispiel kann das optisch transparente Festmaterial Glas, Quarz, Kieselglas oder ein Polymermaterial sein. Ein anderes Material wie Metall oder Folie, oder Halbleiter oder andere Verbundmaterialien können auch in anderen Ausführungen verwendet werden. Je nach Ausführungsform kann das Substrat ein einziges Material, mehrere Materialien, die geschichtet, Verbundwerkstoffe, oder gestapelt sind, einschließlich Kombinationen dieser und dergleichen sein. Natürlich gibt es auch andere Variationen, Änderungen und Alternativen.
Wie in 11 dargestellt, umfasst das Verfahren ein Bilden einer ersten Elektrodenschicht 1102 einschließlich eines Elektrodenoberflächenbereichs über der Oberfläche des Substrats. Die erste Elektrode ist vorzugsweise aus einem transparenten leitfähigen Oxid, die gemeinhin TCO genannt wird. Zum Beispiel kann das transparente leitfähige Oxid aus einer Gruppe ausgewählt sein, die aus In₂O₃:Sn (ITO), ZnO:Al (AZO), SnO2:F (TFO) besteht, es können aber auch andere sein. In einer speziellen Ausführungsform ist die TCO-Schicht gemustert, um die Effizienz der Dünnschicht-Photovoltaik-Vorrichtungen zu maximieren. Eine Dicke der Elektrodenschicht kann von etwa 100 nm bis 2 Mikrometer reichen, es können aber auch andere sein. Die Elektrodenschicht 120 ist vorzugsweise durch eine Widerstandsgröße von weniger als etwa 10 Ohm/cm² gemäß einer speziellen Ausführung gekennzeichnet. Natürlich gibt es andere Variationen, Änderungen und Alternativen.
In einer speziellen Ausführungsform umfasst das Verfahren ein Bilden einer Fensterschicht 1202 über der ersten Elektrodenschicht, wie in 12 dargestellt. Die Fensterschicht kann aus einer Gruppe von Materialien, bestehend aus einem Cadmiumsulfid (CdS), einem Zinksulfid (ZnS), Zinkselen (ZnSe), Zinkoxid (ZnO), Zinkmagnesiumoxid (ZnMgO) oder andere ausgewählt werden. Diese Materialien können mit geeigneten Störstellen dotiert sein, um eine Störstelleneigenschaft vom Typ n+ bereitzustellen. In einem Beispiel werden Indiumspezies als das Dotierungsmaterial für eine CdS Fensterschicht verwendet, um eine Bildung der Eigenschaft vom Typ n+, die zur Fensterschicht gehört, zu veranlassen. In bestimmten Ausführungsformen kann ZnO als die Fensterschicht verwendet werden. ZnO kann mit einer Aluminiumspezies dotiert werden, um für die n+-Störstelleneigenschaften zu sorgen. Je nach verwendetem Material kann die Fensterschicht von etwa 200 nm bis etwa 500 Nanometer reichen. Natürlich kann es andere Variationen, Änderungen und Alternativen geben.
Unter Bezug auf 13 umfasst das Verfahren ein Bereitstellen einer Kupferschicht 1302 über der Fensterschicht. Die Kupferschicht kann unter Verwendung eines Sputterprozesses wie ein Gleichstrommagnetronsputterproess in einer speziellen Ausführung gebildet werden. Der Gleichstrommagnetronsputterprozess kann bei einem Abscheidungsdruck von etwa 6.2 mTorr, gesteuert durch die Verwendung eines inerten Gases wie beispielsweise Argon, bereitgestellt werden. Ein solcher Druck kann mit einem Gasdurchsatz von etwa 32 sccm erreicht werden. Der Sputterprozess kann etwa bei Raumtemperatur ohne Erwärmen des Substrats durchgeführt werden. Natürlich kann sich eine geringfügige Erwärmung des Substrates aufgrund des während des Abscheidungsprozesses erzeugten Plasmas ergeben. Gemäß bestimmten Ausführungsformen kann ein Gleichstrom in einem Bereich von 100 Watt bis 150 Watt, und vorzugsweise etwa 115 Watt, verwendet werden, je nach Ausführungsform. Ledigleich als ein Beispiel kann eine Abscheidungszeit für eine Cu-Schicht von 330 nm Dicke etwa 6 Minuten oder mehr betragen. Natürlich kann der Abscheidungszustand gemäß einer speziellen Ausführungsform variiert und geändert werden.
Wie in 14 dargestellt, umfasst das Verfahren ein Bereitstellen einer Indium (In) Schicht 1402, die über der Kupferschicht liegt. Die Indiumschicht wird in einer speziellen Ausführungsform über der Kupferschicht unter Verwendung eines Sputterprozesses abgeschieden. In einem Beispiel wird die Indiumschicht unter Verwendung eines Gleichstrommagnetronsputterprozesses abgeschieden, der unter einer ähnlichen Prozessbedingung wie der für die Abscheidung der Cu-Schicht geschieht. Die Abscheidungszeit für die Indiumschicht kann kürzer sein als die für die Cu-Schicht. Zum Beispiel können 2 Minuten und 45 Sekunden ausreichend sein zum Abscheiden einer In-Schicht einer Dicke von etwa 410 nm gemäß einer speziellen Ausführungsform. Andere geeignete Abscheidungsverfahren wie Galvanik oder andere können auch je nach Ausführungsform verwendet werden.
In einer speziellen Ausführungsform bilden die Kupferschicht und die Indiumschicht eine mehrschichtige Struktur 1404 für die photovoltaische Dünnschichtzelle. In einer speziellen Ausführungsform sind die Kupferschicht und die Indiumschicht in einer bestimmten Stöchiometrie bereitgestellt, die ein kupferreiches Material bildet. In einer speziellen Ausführungsform kann das kupferreiche Material ein Kupfer-zu-Indium Atomverhältnis im Bereich von etwa 1,2:1 bis etwa 2,0:1 aufweisen. In einer alternativen Ausführungsform reicht das Kupfer-zu-Indium Atomverhältnis von etwa 1,35:1 bis etwa 1.60:1. In einer weiteren Ausführungsform ist das Kupfer-zu-Indium-Atomverhältnis als 1.55:1 gewählt. In einer bevorzugten Ausführungsform stellt das Kupfer-zu-Indium-Atomverhältnis eine kupferreiche Schicht für die photovoltaische Zelle bereit. In einer weiteren speziellen Ausführungsform wird die Indium-Schicht über der Elektrodenschicht vor der Abscheidung der Kupferschicht abgeschieden. Natürlich gibt es noch andere Variationen, Änderungen und Alternativen.
Wie in 15 gezeigt, wird die mehrschichtige Struktur, die wenigstens eine Indiumschicht und eine Kupferschicht umfasst, einer Wärmebehandlung in einem Prozess 1502 Schwefelspezies 1504-haltigen Umgebung unterzogen. Der Wärmebehandlungsprozess verwendet einen schnellen Wärmeprozess, während die mehrschichtige Struktur der schwefelhaltigen Spezies ausgesetzt wird. In einer speziellen Ausführungsform verwendet der schnelle Wärmeprozess eine Temperaturrampenrate im Bereich von etwa 10 Grad Celsius pro Sekunde bis etwa 50 Grad Celsius pro Sekunde auf eine Endtemperatur von etwa 400 Grad Celsius bis etwa 600 Grad Celsius. In einer speziellen Ausführungsform hält der Wärmebehandlungsprozess weiter bei der Endtemperatur für eine Verweilzeit von etwa 1 Minute bis etwa 10 Minuten, es können aber auch andere sein. Der Wärmebehandlungsprozess umfasst auch eine Temperaturrampe unten in einer inerten Umgebung oder anderen geeigneten Umwelt, die die Reaktion der Bildung des Legierungsmaterials in einer speziellen Ausführungsform stoppen kann. Die inerte Umgebungstemperatur kann unter Verwendung von Gasen wie Stickstoff, Argon, Helium und andere bereitgestellt werden. Weitere Einzelheiten des Temperaturrampenprozesses werden in der vorliegenden Beschreibung und insbesondere nachstehend beschrieben.
In einer speziellen Ausführungsform kann die schwefelhaltige Spezies unter Verwendung einer geeigneten Technik aufgebracht werden. In einem Beispiel sind die schwefelhaltigen Spezies in einer fluiden Phase. Als Beispiel kann der Schwefel in einer Lösung, die gelöstes Na₂S, CS₂, (NR₄)₂S, Thiosulfat, und andere aufgelöst bereitgestellt werden. Solche fluidbasierten Schwefelspezies können über einer oder mehreren Oberflächen der mehrschichtigen Kupfer/Indium-Struktur gemäß einer speziellen Ausführungsform aufgebracht werden. In einem weiteren Beispiel wird die schwefelhaltige Spezies 210 durch Schwefelwasserstoffgas oder ein anderes ähnliches Gas bereitgestellt. In anderen Ausführungsformen kann der Schwefel in einer festen Phase, zum Beispiel elementarem Schwefel, bereitgestellt werden. In einer speziellen Ausführungsform kann elementarer Schwefel erhitzt werden und darf in eine Gasphase, z. B. S_n verdampfen und darf mit den Indium/Kupfer-Schichten reagieren. Andere schwefelhaltigen Spezies können auch je nach Ausführungsform benutzt werden. Beispielsweise kann man Schwefelwasserstoffgas als die schwefelhaltige Spezies nehmen. Das Schwefelwasserstoffgas kann unter Verwendung eines oder mehrerer Eingangsventile mit einer Flußratensteuerung in eine Prozesskammer eingebracht werden. Jede dieser Aufbringungstechniken und weitere Kombinationen von Techniken können auch verwendet werden. Die Prozesskammer kann mit einer oder mehreren Pumpen ausgestattet sein, um den Prozessdruck zu steuern. Je nach Ausführungsform kann eine Schicht von Schwefelmaterial über der Mehrschichtstruktur, die die Kupferschicht und die Indiumschicht umfasst, bereitgestellt sein. Die Schicht aus Schwefelmaterial kann als eine gemusterte Schicht in einer speziellen Ausführung vorgesehen sein. In einer anderen Ausführungsform kann Schwefelmaterial in einer wässrigen Lösung, einem Pulver, einem Feststoff, einer Paste, einem Gas, einer beliebigen Kombination dieser oder einer anderen geeigneten Form bereitgestellt werden. Natürlich kann es noch andere Variationen, Änderungen und Alternativen geben.
In einer speziellen Ausführungsform hält der Wärmebehandlungsprozess die Absorberschicht im Wesentlichen frei von Spezies, die aus der Fensterschicht und/oder der transparenten leitfähigen Oxidschicht diffundieren können. Das Verfahren schafft auch eine Verwendung einer dicken Fensterschicht ab, um die transparente, leitfähige Oxidschicht vor Diffusion von Spezies aus der Absorberschicht zu schützen. Das Verfahren stellt eine photovoltaische Zelle bereit, die einen Wirkungsgrad größer als etwa 8 Prozent oder mehr als 10 Prozent haben kann, und andere. Natürlich kann es noch andere Variationen, Veränderungen und Alternativen geben.
Unter erneuter Bezugnahme auf 15 bewirkt der Wärmebehandlungsprozess eine Reaktion zwischen Kupfer und Indiummaterialien innerhalb der mehrschichtigen Struktur und der schwefelhaltigen Spezies, wodurch eine Schicht aus Kupfer-Indium-Disulfid-Dünnschichtmaterial 1506 gebildet wird. In einem Beispiel wird das Kupfer-Indium-Disulfid-Dünnschichtmaterial durch Einbauen von Schwefel-Ionen gebildet und/oder -Atome, die verdampft sind oder abgesondert sind von der schwefelhaltigen Spezies, in die mehrschichtige Struktur, wobei Indiumatome und Kupferatome gegenseitig darin diffundiert sind. In einer speziellen Ausführung führt der Wärmebehandlungsprozess zu einer Bildung einer Deckschicht über dem Kupfer-Indium-Disulfid-Material. Die Deckschicht weist eine Dicke von im Wesentlichen Kupfersulfid-Material 1508 auf, das im Wesentlichen frei von Indiumatomen ist. Das Kupfersulfidmaterial umfasst einen Flächenbereich 1510. In einer speziellen Ausführungsform geschieht die Bildung der Kupfersulfid-Deckschicht unter einer Cu-reichen Bedingung für die Cu-In-haltige mehrschichtige Struktur. Je nach Ausführungsform ist die Dicke des Kupfersulfidsmaterial in einer Größenordnung von etwa fünf bis zehn Nanometern und hängt noch mehr von dem mehrschichtigen Aufbau ab. In einer speziellen Ausführungsform ermöglicht der Wärmebehandlungsprozess, dass die erste Elektrodenschicht auf einem Flächenwiderstand von weniger als oder gleich etwa 10 Ohm pro Quadratzentimeter und einer optischen Übertragung von 90 Prozent und mehr gehalten wird, nachdem das Kupfer-Indium-Disulfid-Dünnschichtmaterial gebildet wird. Natürlich kann es andere Variationen, Änderungen und Alternativen geben.
Wie in 16 dargestellt, wird das Kupfersulfidmaterial einem Tauchverfahren 1602 unterzogen. Das Tauchverfahren wird durchgeführt, indem der Oberflächenbereich des Kupfersulfidmaterials einer Lösung 1604 ausgesetzt wird, die Kaliumcyanid als eine Ätzspezies in einer Konzentration von etwa 10 Gew.% gemäß einer speziellen Ausführungsform umfasst. Die Kaliumcyanidlösung bietet ein Ätzverfahren zur selektiven Entfernung von Kupfersulfidmaterial aus der Kupfer-Indium-Disulfid-Materialoberfläche, die einen Oberflächenbereich 1606 des darunterliegenden Kupfer-Indium-Disulfid-Materials gemäß einer speziellen Ausführungsform freigibt. In einer bevorzugten Ausführungsform hat das Ätzverfahren eine Selektivität von etwa 1:100 oder mehr zwischen Kupfersulfid und Kupfer-Indium-Disulfid. Andere Ätzspezies können je nach Ausführungsform verwendet werden. In einer speziellen Ausführungsform kann die Ätzspezies Wasserstoffperoxid sein. In anderen Ausführungsformen können andere Ätztechniken einschließlich elektro-chemisches Ätzen, Plasmaätzen, Sputterätzen oder eine beliebige Kombination von diesen verwendet werden. In einer speziellen Ausführungsform kann das Kupfersulfidmaterial mechanisch entfernt, chemisch entfernt, elektrisch entfernt werden oder durch eine beliebige Kombination von diesen. In einer speziellen Ausführungsform kann die Absorberschicht aus Kupfer-Indium-Disulfid eine Dicke im Bereich von etwa einen Mikrometer bis etwa 10 Mikrometer aufweisen, es kann aber auch andere aufweisen. Natürlich kann es noch andere Variationen, Veränderungen und Alternativen geben.
In einer speziellen Ausführungsform weist die Kupfer-Indium-Disulfid-Schicht eine Störstelleneigenschaft vom Typ p auf und stellt eine Absorberschicht für die photovoltaische Dünnschichtzelle bereit. In bestimmten Ausführungsformen wird das Kupfer-Indium-Disulfid-Material weiter einem Dotierungsprozess unterzogen, um eine Störstellendichte vom Typ p dort einzustellen, um eine I-V-Charakteristik der photovoltaischen Dünnschichtvorrichtungen mit hohem Wirkungsgrad zu optimieren. Zum Beispiel kann das Kupfer-Indium-Disulfid-Material mit einer Aluminiumspezies dotiert sein. In einem anderen Beispiel kann das Kupfer-Indium-Disulfid Material mit einem Kupfer-Indium-Disulfid-Aluminium-Disulfid-Material vermischt werden, um die Absorberschicht zu bilden. Die Fensterschicht und die Absorberschicht bilden einen Schnittstellenbereich für einen PN-Übergang, der zu einer photovoltaischen Zelle gehört. Natürlich kann es andere Variationen, Änderungen und Alternativen geben.
Wie in 17 dargestellt, bildet das Verfahren eine zweite Elektrodenschicht 1702 über der Absorberschicht. Die zweite Elektrodenschicht kann in einer speziellen Ausführungsform ein transparentes leitfähiges Oxid (TCO) sein. Zum Beispiel kann das transparente leitfähige Oxid aus der Gruppe bestehend aus In₂O₃:Sn (ITO), ZnO:Al (AZO), SnO2:F (TFO) ausgewählt sein, es kann aber auch etwas anderes sein. In bestimmten Ausführungsformen kann die zweite Elektrodenschicht versehen sein mit einem metallischen Material wie beispielsweise Wolfram, Gold, Silber, Kupfer oder andere sein. In anderen Ausführungsformen kann die zweite Elektrodenschicht reflektierend sein, um elektromagnetische Strahlung zurück zur photovoltaischen Zelle zu reflektieren und verbessert den Wirkungsgrad der photovoltaischen Zelle. Natürlich kann es andere Variationen, Änderungen und Alternativen geben.
In einer speziellen Ausführungsform umfasst das Verfahren eine Kopplung der oberen Zelle und der unteren Zelle, um die Dünnschicht-Tandem-Zelle zu bilden, wie in 1 dargestellt. In einer speziellen Ausführung können die obere Zelle und die untere Zelle unter Verwendung eines geeigneten optisch transparenten Material wie Ethylvinylacetat gekoppelt werden, es können aber andere sein, je nach Anwendung. Natürlich kann es noch andere Variationen, Änderungen und Alternativen geben. In einer speziellen Ausführung sind andere Konfigurationen Substrat nachstehend beschrieben.
Die 18 und 19 sind vereinfachte Schaubilder, die Strukturen einer photovoltaischen Tandemzelle gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung veranschaulichen. Wie in 18 dargestellt, wird eine Struktur für eine Tandem-Solarzelle bereitgestellt, die eine obere Zelle 1802 und eine untere Zelle 1804 umfasst. Die obere Zelle kann in einer speziellen Ausführungsform eine Bifacial-Zelle sein. Die obere Zelle umfasst ein oberes erstes transparentes leitfähiges Oxidmaterial 1806. Das obere erste transparente leitfähige Oxid-(TCO)Material kann Materialien wie Indiumzinnoxid (ITO), aluminiumdotiertes Zinkoxid (ZnO:Al), fluordotiertes Zinnoxid (SnO₂:F), oder andere umfassen. Die obere Zelle umfasst ein oberes Fenstermaterial 1802, das unter dem ersten transparenten leitfähigen Oxidmaterial liegt. In einer speziellen Ausführung verwendet das obere Fenstermaterial ein n-Typ Halbleiter-Dünnschicht-Material wie Cadmiumsulfid (CdS), Zinksulfid (ZnS), Zinkselen (ZnSe), Zinkoxid (ZnO) oder Zinkmagnesiumoxid (ZnMgO), es können aber andere sein. Das n-Typ Halbleitermaterial ist vorzugsweise hochdotiert, um eine Störstelleneigenschaft vom Typ n+ zu haben. Natürlich kann es andere Variationen, Änderungen und Alternativen geben.
Unter erneuter Bezugnahme auf 18 umfasst die obere Zelle einen ersten Schnittstellenbereich zwischen dem oberen ersten transparenten leitfähigen Oxid und dem oberen Fenstermaterial. Der erste Schnittstellenbereich wird im Wesentlichen frei von einem oder mehreren Objekten aus einer Diffusion des oberen ersten transparenten leitfähigen Oxidmaterials in das obere Fenstermaterial gehalten. Je nach Ausführungsform weist die Sperrschicht geeignete leitfähige Eigenschaften auf und kann optisch transparent sein. Natürlich kann es noch andere Variationen, Änderungen und Alternativen geben.
Die obere Zelle umfasst ein oberes Absorbermaterial 1812, das unter der oberen Fensterschicht liegt. Das obere Absorbermaterial hat in einer bevorzugten Ausführungsform eine Störstelleneigenschaft vom Typ p. In einer speziellen Ausführungsform umfasst das obere Absorbermaterial wenigstens ein oberes Absorbermaterial, das unter dem oberen Fenstermaterial liegt, wobei das obere Absorbermaterial in einer speziellen Ausführungsform eine Kupferspezies, eine Indiumspezies und eine Schwefelspezies umfasst. In einer bestimmten Ausführungsform kann das obere Absorbermaterial ein Kupfer-Indium-Disulfid-Dünnschichtmaterial, ein Kupfer-Indium-Aluminium-Disulfid-Dünnschichtmaterial, ein Kupfer-Indium-Gallium-Disulfidmaterial oder ein (Ag,Cu)(In,Ga)S₂ Material, es können aber je nach Anwendung auch andere sein. Natürlich kann es noch andere Variationen, Änderungen und Alternativen geben.
Wie in 18 dargestellt, umfasst die obere Zelle ein oberes zweites transparentes leitfähiges Oxidmaterial 1814, das unter dem oberen Absorbermaterial liegt. Das zweite obere zweite transparente leitfähige Oxidmaterial kann Materialien wie Indiumzinnoxid (ITO), aluminiumdotiertes Zinkoxid (ZnO:Al), fluordotiertes Zinnoxid (SnO₂:F), oder andere, je nach Ausführungsform umfassen.
In einer speziellen Ausführungsform umfasst die obere Zelle einen zweiten Schnittstellenbereich 1816, der zwischen dem oberen zweiten transparenten leitfähigen Oxid und dem oberen Absorbermaterial angeordnet ist. Der zweite Schnittstellenbereich ist im Wesentlichen freigehalten von einem oder mehreren Objekten aus einer Diffusion des oberen zweiten TCO-Materials in das obere Absorbermaterial. Je nach Ausführungsform weist die Sperrschicht geeignete Leiteigenschaften auf und kann optisch transparent sein. Natürlich kann es auch andere Variationen, Änderungen und Alternativen geben.
Es wird erneut auf 18 Bezug genommen. Eine untere Zelle 1804 weist ein unteres erstes transparentes leitfähiges Oxidmaterial 1818 auf. Das untere erste transparente leitfähige Oxid-(TCO)Material kann Materialien wie beispielsweise Indiumzinnoxid (ITO), aluminiumdotiertes Zinkoxid (ZnO:Al), fluordotiertes Zinnoxid (SnO₂:F) oder andere umfassen. Die untere Zelle umfasst ein unteres Fenstermaterial 1820, das unter dem unteren ersten transparenten leitfähigen Oxidmaterial liegt. In einer speziellen Ausführungsform verwendet das untere Fenster ein Halbleiterdünnschichtmaterial vom n-Typ, wie beispielsweise Cadmiumsulfid (CdS), Zinksulfid (ZnS), Zinkselen (ZnSe), Zinkoxid (ZnO) oder Zinkmagnesiumoxid (ZnMgO), es können aber auch andere sein. Das Halbleitermaterial vom n-Typ ist vorzugsweise hochdotiert, um eine Störstelleneigenschaft vom n+-Typ aufzuweisen. Natürlich kann es andere Variationen, Änderungen und Alternativen geben.
Die untere Zelle enthält ein unteres Absorbermaterial 1822, das unter der Fensterschicht liegt. Das untere Absorbermaterial hat in einer bevorzugten Ausführungsform eine Störstelleneigenschaft vom p-Typ. In einer speziellen Ausführungsform umfasst das untere Absorbermaterial wenigstens eine Kupferspezies, eine Indiumspezies, und eine Schwefelspezies. In einer bestimmten Ausführungsform kann das untere Absorbermaterial ein Kupfer-Indium-Disulfid-Dünnschichtmaterial, Kupfer-Indium-Disulfid-Aluminium-Dünnschichtmaterial oder ein Kupfer-Indium-Gallium-Disulfid-Material sein, es können aber auch andere sein, je nach Anwendung. In anderen Ausführungsformen kann das untere Absorbermaterial Cu₂SnS₃; Cu(In,Ga)Se₂; CuInSe₂ oder FeSi₂ sein. Natürlich kann es noch andere Variationen, Änderungen und Alternativen geben.
Wie in 18 dargestellt, umfasst die untere Zelle ein unteres Elektrodenmaterial 1824, das unter dem unteren Absorbermaterial liegt. Das untere Elektrodenmaterial kann ein transparentes leitfähiges Oxidmaterial wie Indiumzinnoxid (ITO), aluminiumdotiertes Zinkoxid (ZnO:Al), fluordotiertes Zinnoxid (SnO₂:F), und dergleichen umfassen. Das untere Elektrodenmaterial kann auch ein metallisches Material, wie Kupfer, Nickel, Gold, Wolfram und andere, je nach Ausführungsform umfassen. In einer speziellen Ausführungsform wird das untere Elektrodenmaterial unter Verwendung eines Molybdänmaterials vorgesehen. Natürlich kann es noch andere Variationen, Änderungen und Alternativen geben.
In einer speziellen Ausführungsform umfasst die photovoltaische Tandem-Dünnschicht-Zelle ein Kopplungsmaterial 1826, das zwischen der oberen und der unteren Zelle vorgesehen ist. Das Kopplungsmaterial ist vorzugsweise ein optisch transparentes Material und in einer speziellen Ausführungsform frei von einem parasitären Übergang zwischen der oberen Zelle und der unteren Zelle. In einer speziellen Ausführungsform kann das optisch transparente Material Material wie beispielsweise Ethylvinylacetat und dergleichen umfassen. Natürlich kann es noch andere Variationen, Änderungen und Alternativen geben.
Je nach Ausführungsform können der erste Schnittstellenbereich und der zweite Schnittstellenbereich für die obere Zelle optional sein. Das heißt, die oberste Zelle ist ausgelegt, so dass das obere Fenstermaterial unter dem oberen ersten transparenten leitfähigen Oxid und das obere zweite transparente leitfähige Oxid unter dem oberen Absorbermaterial, wie in 19 dargestellt, liegt. Natürlich kann es andere Variationen, Änderungen und Alternativen geben.
20 ist ein beispielhafter Plot einer I-V Charakteristik einer Solarzelle, der aus einer photovoltaischen Kupfer-Indium-Disulfid-Dünnschicht-Zelle gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung gemessen wurde. Das Schaubild ist lediglich ein Beispiel, das nicht die Ansprüche hier übergebührlich beschränken sollte. Ein Fachmann würde andere Variationen, Änderungen und Alternativen erkennen. Wie in 20 dargestellt ist eine Stromdichte einer photovoltaischen Kupfer-Indium-Disulfid-Dünnschichtzelle mit hohem Wirkungsgrad, die gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung hergestellt ist, gegen eine Vorspannung aufgetragen. Weitere Einzelheiten der photovoltaischen Dünnschichtzelle und die experimentellen Ergebnisse sind in der PCT-Anmeldung Nr.: PCT/US09/46161 (Aktenzeichen des Anwalts 026335-00251 OPC) beschrieben, die am 3. Juni 2009 eingereicht wurde, demselben Anmelder zugewiesen ist und hiermit durch Verweis aufgenommen wird. Die Kurve schneidet die y-Achse mit einem Kurzschlussstrom Wert bei etwa 0,0235 A/cm² und schneidet eine Nullstromzeile bei einer Vorspannung bei etwa 0.69 V. Die entsprechende photovoltaische Zelle hat eine Absorberschicht aus einer Kupfer-Indium-Disulfid-Dünnschicht gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Insbesondere ist die Absorberschicht etwa 1,5 μm dick und ein Atomverhältnis von Cu:In bei etwa 1,5:1. Basierend auf einer Standardformel kann eine Zellen Wirkungsgrad η geschätzt werden:
wobei J_SC die Kurzschluss-Stromdichte der Zelle ist, V_OC die angelegte Vorspannungs-Leerlaufspannung ist, FF der sogenannte Füllfaktor ist, der als das Verhältnis des Punkt mit maximaler Leistung geteilt durch die Leerlaufspannung (Voc) und den Kurzschlussstrom (J_SC) definiert ist. Die Eingangslichteinstrahlung (P_in, in W/m²) unter Standard-Testbedingungen [d. h., STC, das eine Temperatur von 25°C spezifiziert und eine Strahlung von 1000 W/m² mit einer Luftmasse 1,5 (AMI.5)-Spektrum.] und die Oberfläche der Solarzelle (in m²). So kann ein Wirkungsgrad von 10,4% genau für diese spezielle Zelle, die von einem Verfahren gemäß den Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung gemacht ist, abgeschätzt werden. In einer speziellen Ausführungsform ist die Bandlücke etwa 1.45 eV bis 1.5 eV. Natürlich kann es andere Variationen, Änderungen und Alternativen geben.
Obwohl das oben Gesagte gemäß speziellen Ausführungsformen veranschaulicht wurde, kann es andere Änderungen, Alternativen und Variationen geben. Zum Beispiel kann das Verfahren verwendet werden, um eine photovoltaische Zelle herzustellen, die eine Absorberschicht aufweist, die unter Verwendung eines Hochtemperaturprozesses bildet. Obwohl das oben Gesagte in Bezug auf ein bestimmtes Absorbermaterial beschrieben wurde, können weitere Absorbermaterialien wie Cu(InAl)S₂ Cu(InGa)S₂, Cu₂SnS, Cu₂ZnSnS₄, SnS, und beliebige Kombinationen von diesen, und andere verwendet werden. Es wird davon ausgegangen, dass die hier beschriebenen Beispiele und Ausführungsformen lediglich zu veranschaulichenden Zwecken sind und dass verschiedene Änderungen oder Veränderungen in deren Licht Fachleuten vorgeschlagen werden und im Geist und Geltungsbereich dieser Anmeldung und Schutzbereich der beigefügten Ansprüche einzufügen sind.
ZUSAMMENFASSUNG
Eine photovoltaische Tandemzelle umfasst eine obere Bifacial-Zelle und eine untere Zelle. Die obere Bifacial-Zelle umfasst ein oberes erstes transparentes leitfähiges Oxidmaterial. Ein oberes Fenstermaterial liegt unter dem oberen ersten transparenten leitfähigen Oxidmaterial. Ein erster Schnittstellenbereich ist zwischen dem oberen Fenstermaterial und dem oberen ersten transparenten leitfähigen Oxidmaterial angeordnet. Ein oberes Absorbermaterial, das eine Kupferspezies, eine Indiumspezies und eine Schwefelspezies umfasst, liegt unter dem oberen Fenstermaterial. Ein oberes zweites transparentes leitfähiges Oxidmaterial liegt unter dem oberen Absorbermaterial. Ein zweiter Schnittstellenbereich ist zwischen dem oberen zweiten transparenten leitfähigen Oxidmaterial und dem oberen Absorbermaterial angeordnet. Die untere Zeile umfasst ein unteres erstes transparentes leitfähiges Oxidmaterial. Ein unteres Fenstermaterial liegt unter dem ersten unteren transparenten leitfähigen Oxidmaterial. Ein unteres Absorbermaterial liegt unter dem unteren Fenstermaterial. Ein unteres Elektrodenmaterial liegt unter dem unteren Absorbermaterial.

Claims

Photovoltaische Tandemzelle, welche umfasst: eine obere Bifacial-Zelle, welche umfasst: ein oberes erstes transparentes leitfähiges Oxidmaterial; ein oberes Fenstermaterial, das unter dem oberen ersten transparenten leitfähigen Oxidmaterial liegt; einen ersten Schnittstellenbereich zwischen dem oberen Fenstermaterial und dem oberen ersten transparenten leitfähigen Oxidmaterial, wobei der erste Schnittstellenbereich im Wesentlichen frei ist von einem oder mehreren Objekten aus dem oberen ersten transparenten leitfähigen Oxidmaterial, die in das obere Fenstermaterial diffundiert werden; ein oberes Absorbermaterial, das unter dem oberen Fenstermaterial liegt, wobei das obere Absorbermaterial eine Kupperspezies, eine Indiumspezies und eine Schwefelspezies umfasst; ein oberes zweites transparentes leitfähiges Oxidmaterial, das unter dem oberen Absorbermaterial liegt; einen zweiten Schnittstellenbereich zwischen dem oberen zweiten transparenten leitfähigen Oxidmaterial und dem oberen Absorbermaterial, wobei der zweite Schnittstellenbereich im Wesentlichen frei ist von einem oder mehreren Objekten aus dem oberen ersten transparenten leitfähigen Oxidmaterial, die in das obere Absorbermaterial diffundiert werden; und eine untere Zelle, welche umfasst: ein unteres erstes transparentes leitfähiges Oxidmaterial; ein unteres Fenstermaterial, das unter dem ersten unteren transparenten leitfähigen Oxidmaterial liegt; ein unteres Absorbermaterial, das unter dem unteren Fenstermaterial liegt; und ein unteres Elektrodenmaterial, das unter dem unteren Absorbermaterial liegt; ein Kopplungsmaterial zwischen der oberen Zelle und der unteren Zelle, wobei das Kopplungsmaterial frei ist von einem parasitären Übergang zwischen der oberen Zelle und der unteren Zelle.
Photovoltaische Zelle gemäß Anspruch 1, wobei das erste transparente leitfähige Oxidmaterial ausgewählt ist aus einer Gruppe, die besteht aus: Indiumzinnoxid (ITO), aluminiumdotiertes Zinkoxid (ZnO:Al) oder fluordotiertes Zinnoxid (SnO₂:F).
Photovoltaische Zelle gemäß Anspruch 1, wobei das obere Fenstermaterial ausgewählt ist aus: Cadmiumsulfid (CdS), Zinksulfid (ZnS), Zinkselen (ZnSe), Zinkoxid (ZnO) oder Zinkmagnesiumoxid (ZnMgO).
Photovoltaische Zelle gemäß Anspruch 1, wobei das obere Absorbermaterial ausgewählt ist aus: Kupferindiumsulfid (CIS), Kupferindiumaluminiumdisufild, Kupferindiumgalliumdisulfid (CIGS) oder (Ag,Cu)(In,Ga)S2.
Photovoltaische Zelle gemäß Anspruch 1, wobei das obere zweite transparente leitfähige Oxid ausgewählt ist aus: Cadmiumsulfid (Cds), Zinksulfid (ZnS), Zinkselen (ZnSe), Zinkoxid (ZnO) oder Zinkmagnesiumoxid (ZnMgO).
Photovoltaische Zelle gemäß Anspruch 1, wobei das untere erste transparente leitfähige Oxid ausgewählt ist aus: Cadmiumsulfid (CdS), Zinksulfid (ZnS), Zinkselen (ZnSe), Zinkoxid (ZnO) oder Zinkmagnesiumoxid (ZnMgO).
Photovoltaische Zelle gemäß Anspruch 1, wobei das untere Fenstermaterial ausgewählt ist aus: Cadmiumsulfid (CdS), Zinksulfid (Zns), Zinkselen (ZnSe), Zinkoxid (ZnO) oder Zinkmagnesiumoxid (ZnMgO).
Photovoltaische Zelle gemäß Anspruch 1, wobei das untere Elektrodenmaterial aus einem transparenten leitfähigen Oxidmaterial oder einem Metallmaterial ausgewählt ist.
Photovoltaische Zelle gemäß Anspruch 1, wobei das untere Absorbermaterial ausgewählt ist aus: einem Kupfer-Indium-Disulfid-Dünnschichtmaterial, Kupfer-Indium-Aluminium-Disulfid-Dünnschichtmaterial oder einem Kupfer-Indium-Gallium-Disulfid-Material.
Photovoltaische Zelle gemäß Anspruch 1, wobei das untere Absorbermaterial ausgewählt ist aus: Cu₂SnS₃; Cu(In,Ga)Se₂; CuInSe₂ oder FeSi₂.
Photovoltaische Tandemzelle, welche umfasst: eine obere Bifacial-Zelle, welche umfasst: ein oberes erstes TCO-Material; ein oberes Fenstermaterial, das unter dem oberen ersten TCO-Material liegt; ein oberes Absorbermaterial, das unter dem oberen Fenstermaterial liegt, wobei das obere Absorbermaterial eine Kupferspezies, eine Indiumspezies und eine Schwefelspezies umfasst; ein oberes zweites TCO-Material, das unter dem oberen Absorbermaterial liegt; und eine untere Zelle, welche umfasst: ein unteres erstes TCO-Material; ein unteres Fenstermaterial, das unter dem ersten unteren TCO-Material liegt; ein unteres Absorbermaterial, das unter dem unteren Fenstermaterial liegt; und ein unteres Elektrodenmaterial, das unter dem unteren Absorbermaterial liegt; ein Kopplungsmaterial zwischen der oberen Zelle und der unteren Zelle, wobei das Kopplungsmaterial frei ist von einem parasitären Übergang zwischen der oberen Zelle und der unteren Zelle.
Photovoltaische Zelle gemäß Anspruch 11, wobei das erste transparente leitfähige Oxidmaterial ausgewählt ist aus einer Gruppe, die besteht aus: Indiumzinnoxid (ITO), aluminiumdotiertes Zinkoxid (ZnO:Al) oder fluordotiertes Zinnoxid (SnO₂:F).
Photovoltaische Zelle gemäß Anspruch 11, wobei das obere Fenstermaterial ausgewählt ist aus: Cadmiumsulfid (CdS), Zinksulfid (ZnS), Zinkselen (ZnSe), Zinkoxid (ZnO) oder Zinkmagnesiumoxid (ZnMgO).
Photovoltaische Zelle gemäß Anspruch 11, wobei das obere Absorbermaterial ausgewählt ist aus: Kupfer-Indium-Disulfid (CIS), Kupfer-Indium-Aluminium-Disulfid; Kupfer-Indium-Gallium-Disulfid (CIGS) oder (Ag,Cu)(In,Ga)S2.
Photovoltaische Zelle gemäß Anspruch 11, wobei das obere zweite transparente leitfähige Oxid ausgewählt ist aus: Cadmiumsulfid (CdS), Zinksulfid (ZnS), Zinkselen (ZnSe), Zinkoxid (ZnO) oder Zinkmagnesiumoxid (ZnMgO).
Photovoltaische Zelle gemäß Anspruch 11, wobei das untere erste transparente leitfähige Oxid ausgewählt ist aus: Cadmiumsulfid (CdS), Zinksulfid (ZnS), Zinkselen (ZnSe), Zinkoxid (ZnO) oder Zinkmagnesiumoxid (ZnMgO).
Photovoltaische Zelle gemäß Anspruch 11, wobei das untere Fenstermaterial ausgewählt ist aus: Cadmiumsulfid (CdS), Zinksulfid (ZnS), Zinkselen (ZnSe), Zinkoxid (ZnO) oder Zinkmagnesiumoxid (ZnMgO).
Photovoltaische Zelle gemäß Anspruch 11, wobei das untere Absorbermaterial ausgewählt ist aus: ein Kupfer-Indium-Disulfid-Dünnschichtmaterial, Kupfer-Indium-Aluminium-Disulfid-Dünnschichtmaterial oder ein Kupfer-Indium-Gallium-Disulfid-Material.
Photovoltaische Zelle gemäß Anspruch 11, wobei das untere Absorbermaterial ausgewählt ist aus: Cu₂SnS₃; Cu(In,Ga)Se₂; CuInSe₂ oder FeSi₂.
Verfahren zum Herstellen einer photovoltaischen Tandemzelle, welches umfasst: Bilden einer oberen Bifacial-Zelle, welche umfasst: Bereitstellen eines oberen ersten transparenten leitfähigen Oxidmaterials; Bilden eines oberen Fenstermaterials, das unter dem oberen ersten transparenten leitfähigen Oxidmaterial liegt; Bilden eines ersten Schnittstellenbereichs zwischen dem oberen Fenstermaterial und dem oberen ersten transparenten leitfähigen Oxidmaterial, wobei der erste Schnittstellenbereich im Wesentlichen frei ist von einem oder mehreren Objekten aus dem oberen ersten transparenten leitfähigen Oxidmaterial, die in das obere Fenstermaterial diffundiert werden; Bilden eines oberen Absorbermaterials, das unter dem oberen Fenstermaterial liegt, wobei das obere Absorbermaterial eine Kupferspezies, eine Indiumspezies und eine Schwefelspezies umfasst; Bilden eines oberen zweiten transparenten leitfähigen Oxidmaterials, das unter dem oberen Absorbermaterial liegt; Bilden eines zweiten Schnittstellenbereichs zwischen dem oberen zweiten transparenten leitfähigen Oxidmaterial und dem oberen Absorbermaterial, wobei der zweite Schnittstellenbereich im Wesentlichen frei ist von einem oder mehreren Objekten aus dem oberen ersten transparenten leitfähigen Oxidmaterial, die in das obere Absorbermaterial diffundiert werden; und Bilden einer unteren Zeile, welche umfasst: Bilden eines unteren ersten transparenten leitfähigen Oxidmaterials; Bilden eines unteren Fenstermaterials, das unter dem ersten unteren transparenten leitfähigen Oxidmaterial liegt; Bilden eines unteren Absorbermaterials, das unter dem unteren Fenstermaterial liegt; und Bilden eines unteren Elektrodenmaterials, das unter dem unteren Absorbermaterial liegt; Bereitstellen eines Kopplungsmaterials, das zwischen der oberen Bifacial-Zelle und der unteren Zelle angeordnet ist, wobei das Kopplungsmaterial frei ist von einem parasitären Übergang zwischen der oberen Bifacial-Zelle und der unteren Zelle.