DE112013005513B4

DE112013005513B4 - Solarzelle und Verfahren zum Berechnen des Widerstands einer Solarzelle

Info

Publication number: DE112013005513B4
Application number: DE112013005513.9T
Authority: DE
Inventors: Keiichiro Masuko
Original assignee: Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Current assignee: Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Priority date: 2012-11-19
Filing date: 2013-11-19
Publication date: 2019-02-28
Anticipated expiration: 2033-11-20
Also published as: US20150249427A1; JPWO2014076972A1; WO2014076972A1; JP6238084B2; DE112013005513T5

Abstract

Solarzelle (10), umfassend:eine photoelektrische Wandlereinheit (12), in der eine amorphe Halbleiterschicht (24-2) eines ersten Leitungstyps und eine amorphe Halbleiterschicht (28-2) eines zweiten Leitungstyps auf einer Oberfläche eines Halbleitersubstrats (22) des ersten Leitungstyps angeordnet sind; undeine erste Elektrode (14), die in einer vorab definierten ersten Elektrodenzone der amorphen Halbleiterschicht (24-2) des ersten Leitungstyps angeordnet ist;eine zweite Elektrode (16), die in einer vorab definierten zweiten Elektrodenzone der amorphen Halbleiterschicht (28-2) des zweiten Leitungstyps angeordnet ist;gekennzeichnet durchmindestens zwei erste Messelektroden (34, 36), die mit einem vorbestimmten Zwischenabstand vorgesehen sind und über der und in direktem Kontakt mit der amorphen Halbleiterschicht (24-2) des ersten Leitungstyps angeordnet sind,wobei die mindestens zwei ersten Messelektroden (34, 36) sowohl von der ersten Elektrode (14) als auch der zweiten Elektrode (16) separiert sind.

Description

Hintergrund
Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Solarzelle und ein Verfahren zum Berechnen eines Widerstands einer Solarzelle.
Stand der Technik
Um eine Solarzelle, in der eine amorphe Halbleiterschicht über einem Halbleitersubstrat ausgebildet ist, stabil zu fertigen, ist es effektiv, einen Widerstand zwischen dem Halbleitersubstrat und einer über der amorphen Halbleiterschicht gebildeten Elektrode zu messen und den Widerstandswert zur Fertigungsbedingung zurückzuführen.
JP 2008 - 205 398 A zeigt ein Verfahren zum Berechnen eines Kontaktwiderstands zwischen einer Diffusionsschicht eines photovoltaischen Elements und einer Elektrode. Nach der JP 2008 - 205 398 A werden Proben vorbereitet, indem durch Siebdruck eine Silberpaste in direkte Berührung mit der Diffusionsschicht auf einer Primärfläche des Photovoltaikelements aufgebracht wird, um eine erste und eine zweite Elektrode zu bilden, derart, dass die Zwischenelektrodenabstände D zwischen der ersten Elektrode und der zweiten Elektrode von 1 mm bis 5 mm variiert sind, und es werden deren Kontaktwiderstände gemessen. Bei diesem Verfahren wird von einem Modell basierend auf einem TLM (Transmission Line Model) Gebrauch gemacht, bei dem ein Kontaktwiderstand an jedes der Enden des Widerstands der Diffusionsschicht angeschlossen wird. Der Kontaktwiderstand wird anschließend basierend auf dem Umstand berechnet, dass der Widerstand der Diffusionsschicht sich proportional zu dem Zwischenelektrodenabstand D ändert, wenn sich der Zwischenelektrodenabstand D ändert.
JP 2012 - 204 764 A zeigt eine Solarzelle mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Patentanspruchs 1 sowie des nebengeordneten unabhängigen Patentanspruchs 7.
JP S61 - 96 610 A zeigt eine Anordnung zur Widerstandsmessung auf einem mit einer Zinnoxiddünnschicht bedecktem Substrat, auf dem sich eine Struktur aus einer Indiumoxiddünnschicht befindet, wobei zwei Silbermesselektroden auf der Indiumoxiddünnschicht und eine Silbermesselektrode auf der Zinnoxiddünnschicht angeordnet ist.
Ein Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht darin, dass ein Widerstand zwischen einem Halbleitersubstrat und einer über einer amorphen Halbleiterschicht gebildeten Elektrode unter Verwendung einer Solarzelle berechnet wird, die als kommerzielles Produkt gefertigt wird.
OFFENBARUNG
Die Erfindung stellt eine Solarzelle sowie ein Verfahren zum Berechnen eines Widerstands einer Solarzelle mit den Merkmalen der entsprechenden unabhängigen Patentansprüche bereit.
Vorteilhafte Wirkungsweise
Gemäß verschiedenen Aspekten der vorliegenden Erfindung lässt sich ein Widerstand einschließlich eines Kontaktwiderstands zwischen einer amorphen Halbleiterschicht und einer Elektrode in einer Solarzelle berechnen, in der die amorphe Halbleiterschicht über einem Halbleitersubstrat ausgebildet ist.
Figurenliste

1 ist eine Draufsicht auf eine Rückseite einer Solarzelle gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung.
2 ist eine Querschnittansicht einer Solarzelle gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung.
3 ist eine Querschnittansicht entlang einer Linie A-A in 1.
4 ist ein Diagramm zum Erläutern der Berechnung des Widerstands in einer Solarzelle gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung.
5 ist ein Diagramm, das eine weitere beispielhafte Platzierung von Messelektroden veranschaulicht.
6 ist ein Diagramm, welches ein noch weiteres Platzierungsbeispiel für Messelektroden veranschaulicht.
7 ist ein Diagramm einer weiteren beispielhaften Platzierung von Messelektroden.
8 ist ein Diagramm einer noch weiteren beispielhaften Platzierung von Messelektroden.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
Im Folgenden wird anhand der Zeichnungen eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung im Einzelnen erläutert. Die Dickenangaben und dergleichen, die sich unten finden, sind lediglich beispielhaft zum Zweck der Erläuterung der Erfindung, sie lassen sich in passender Weise gemäß der Spezifikation der Solarzelle ändern. Darüber hinaus sind in der folgenden Beschreibung gleiche oder entsprechende Elemente in sämtlichen Zeichnungen mit gleichen Bezugszeichen versehen und werden nicht wiederholt beschrieben.
1 ist eine Draufsicht auf eine Rückseite einer Rückseitenkontakt-Solarzelle 10. In der Rückseitenkontakt-Solarzelle 10 ist ein pn-Übergang, in welchem eine Photovoltaik-Umwandlung stattfindet, über einer Rückseite ausgebildet, bei der es sich um eine Seite abgewandt von einer Lichtaufnahmefläche handelt, und nur auf der Rückseite sind Elektroden vorhanden. Da die Elektroden sich nicht über der Lichtaufnahmefläche befinden, lässt sich, wie erläutert, die Lichtaufnahmefläche vergrößern, wodurch sich der photoelektrische Umwandlungswirkungsgrad pro Flächeneinheit verbessern lässt. In 1 ist die Vorderseite der Zeichnungsebene die Seite der Lichtaufnahmefläche, und die Seite der Zeichnungsflächen-Rückseite ist die Seite der Rückseitenfläche. Im Folgenden wird die Rückseitenkontakt-Solarzelle 10 einfach als Solarzelle 10 bezeichnet, wenn nichts anderes angegeben ist.
Die Solarzelle 10 besitzt eine photoelektrische Wandlereinheit 12, in der eine n-leitende amorphe Halbleiterschicht und eine p-leitende amorphe Halbleiterschicht in ebener Anordnung über einem n-leitenden Halbleitersubstrat angeordnet sind. Es wird Licht, beispielsweise Sonnenlicht, aufgenommen, und durch Licht erzeugte Ladungsträger, das heißt Löcher und Elektroden, werden erzeugt. Elektroden 14 und 16 sind ebenfalls vorhanden, und durch diese Elektroden wird die photoelektrisch umgewandelte elektrische Leistung abgenommen. Wie unten erläutert werden wird, besitzen die Elektroden 14 und 16 eine geschichtete Struktur aus transparenten leitenden Filmschichten 14-1 und 16-1 bzw. Cu-Plattierschichten 14-2 und 16-2. Darüber hinaus ist auf dem Außenumfang 18 eine Elektrodenzone, in der die Elektroden 14 und 16 liegen, eine Widerstandsmesseinheit 20 vorgesehen, die mehrere Messelektroden zum Messen des Widerstands einschließlich eines Kontaktwiderstands zwischen der amorphen Halbleiterschicht und der Elektrode enthält.
2 ist eine Querschnittansicht, die eine Struktur der Rückseitenkontakt-Solarzelle 10 darstellt. Die Querschnittansicht ist eine Ansicht an der Elektrodenzone, in der sich die Elektroden 14 und 16 befinden. In 2 ist die obere Seite der Zeichnung die Rückseite der Solarzelle 10, der untere Teil entspricht der Seite der Lichtaufnahmefläche.
In 2 ist ein Substrat 22 aus einem kristallinen Halbleitermaterial gebildet. Das Substrat 22 kann ein kristallines Halbleitersubstrat vom n-Leitungstyp oder p-Leitungstyp sein. Als Substrat 22 lässt sich ein monokristallines Siliziumsubstrat, ein polykristallines Siliziumsubstrat, ein Galliumarsenid-(GaAs-)Substrat, ein lndiumphosphid- (InP-)Substrat oder dergleichen verwenden. Das Substrat 22 absorbiert Licht zum Erzeugen von Ladungsträgerpaaren aus Elektroden und Löchern durch photovoltaische Reaktion. Im vorliegenden Fall ist ein n-leitender Silizium-Monokristall als Substrat 22 verwendet. In 2 ist das Substrat 22 als c-Si angegeben.
Eine n-leitende Zone 24 besitzt eine geschichtete Struktur aus einer eigenleitenden amorphen Halbleiterschicht 24-1 und einer n-leitenden amorphen Halbleiterschicht 24-2. Im Folgenden wird die eigenleitende amorphe Halbleiterschicht auch als i-Schicht (in der Bedeutung von eigenleitender Schicht) bezeichnet, und die n-leitende amorphe Halbleiterschicht wird auch als n-Schicht bezeichnet. In ähnlicher Weise wird eine p-leitende amorphe Halbleiterschicht auch als p-Schicht bezeichnet.
Die i-Schicht 24-1 ist über der gesamten Oberfläche des Substrats 22 ausgebildet. Die i-Schicht 24-1 ist zum Beispiel eine Wasserstoff enthaltende amorphe Halbleiterschicht. Eine beispielhafte Dicke der i-Schicht beträgt etwa 1 nm bis etwa 25 nm, und eine bevorzugte Dicke beträgt etwa 5 nm bis etwa 10 nm. Die n-Schicht 24-2 ist über der gesamten Oberfläche der i-Schicht 24-1 gebildet. Die n-Schicht 24-2 enthält einen Donator, bei dem es sich um ein Element für einen n-Leitungstyp handelt, enthalten in einer amorphen Halbleiterschicht, die Wasserstoff enthält. Eine beispielhafte Dicke der n-Schicht beträgt etwa 5 nm bis etwa 20 nm und vorzugsweise beträgt die Dicke etwa 10 nm bis etwa 15 nm.
Eine SiN_x-Schicht 26 ist eine Siliziumnitrid-Filmschicht die dazu dient, die n-Zone von der p-Zone oder dergleichen zu trennen. Die SiN_x-Schicht 26 ist in einer Zone oberhalb der n-Schicht 24-2 entsprechend der n-Zone 24 ausgebildet. Ein repräsentatives Beispiel für Siliziumnitrid ist Si₃N₄, allerdings wird abhängig von den Schichtbildungsbedingungen die Zusammensetzung Si₃N₄ nicht unbedingt erreicht, im Allgemeinen erhält man die Zusammensetzung SiN_x. Eine beispielhafte Dicke der SiN_x-Schicht 26 beträgt etwa 10 nm bis etwa 500 nm, vorzugsweise beträgt die Dicke etwa 50 nm bis etwa 100 nm.
Eine p-leitende Zone 28 besitzt eine geschichtete Struktur aus einer i-Schicht 28-1 und einer p-Schicht 28-2. Die i-Schicht 28-1 ist über einem freiliegenden Substrat 22 unter Verwendung der SiN_x-Schicht 26 als Maske und Belichten des Substrats unter Entfernen der i-Schicht 24-1 und der n-Schicht 24-2 in anderen Zonen als der n-Zone gebildet. Die i-Schicht 28-1 kann eine Wasserstoff enthaltende amorphe Siliziumschicht sein, ähnlich der i-Schicht 24-1. Ebenfalls ähnlich der i-Schicht 24-1 kann die Dicke der i-Schicht 28-1 etwa 1 nm bis etwa 25 nm betragen, vorzugsweise beträgt die Dicke etwa 5 nm bis etwa 10 nm. Die p-Schicht 28-2 ist über der i-Schicht 28-1 ausgebildet. Die p-Schicht 28-2 enthält einen Akzeptor, bei dem es sich um ein Element vom p-Leitungstyp handelt, innerhalb einer Wasserstoff enthaltenden amorphen Halbleiterschicht. Eine beispielhafte Dicke der p-Schicht 28-2 beträgt etwa 5 nm bis etwa 20 nm und vorzugsweise etwa 10 nm bis etwa 15 nm.
Die Elektroden 14 und 16 besitzen beschichtete Strukturen der transparenten leitenden Filmschichten 14-1 und 16-1 und der Cu-Plattierschichten 14-2 bzw. 16-2. Die Elektrode 14 ist eine Elektrode vom n-Leitungstyp, die sich ausgehend von der n-Zone 24 erstreckt, sie ist gebildet durch Schichten der transparenten leitenden Filmschicht 14-1 und der Cu-Plattierschicht 14-2 über der n-Schicht 24-2. Die Elektrode 16 ist eine Elektrode vom p-Typ und erstreckt sich von der p-Zone 28 aus, gebildet ist sie durch Schichten der transparenten leitenden Filmschicht 16-1 und der Cu-Plattierschicht 16-2 über der p-Schicht 28-2.
Jede der transparenten leitenden Filmschichten 14-1 und 16-1 ist beispielsweise mit einem Metalloxid einer polykristallinen Struktur ausgebildet, beispielsweise Indiumoxid (In₂O₃), Zinkoxid (ZnO), Zinnoxid (SnO₂), Titanoxid (TiO₂) oder dergleichen. Eine beispielhafte Dicke der transparenten leitenden Filmschichten 14-1 und 16-1 beträgt etwa 70 nm bis etwa 100 nm.
Die Cu-Plattierschichten 14-2 und 16-2 sind durch Galvanisieren gebildet. Eine beispielhafte Dicke der Cu-Plattierschichten 14-2 und 16-2 beträgt etwa 10 µm bis etwa 20 µm. Während der Ausbildung der Cu-Plattierschichten 14-2 und 16-2 kann eine unten liegende Elektrodenschicht verwendet werden. Darüber hinaus kann eine Sn-Plattierschicht über den Cu-Plattierschichten 14-2 und 16-2 gebildet sein.
Eine Passivierungsschicht 30 auf der Lichtaufnahmefläche ist eine Schicht, welche die Lichtaufnahmefläche des Substrats 22, in der die photovoltaische Reaktion stattfindet, schützt, und sie besitzt eine geschichtete Struktur aus einer i-Schicht 30-1 und einer n-Schicht 30-2. Wie oben erläutert, sind auf der Rückseite des Substrats 22 die i-Schicht 24-1 und die n-Schicht 24-2 für die n-Zone 24 gebildet, und während des entsprechenden Prozesses können die i-Schicht 30-1 und die n-Schicht 30-2 auf der Lichtaufnahmefläche des Substrats 22 gebildet werden, um die Passivierungsschicht 30 zu erhalten.
Eine Reflexionssperrschicht 32 ist eine Isolierfilmschicht mit der Funktion, eine Reflexion auf der Lichtaufnahmefläche zu verhindern, und hierzu wird eine SiN_x-Schicht verwendet. Während der Bildung der SiN_x-Schicht 26, die nach der Bildung der n-Zone 24 auf der Rückseite des Substrats 22 ausgeführt wird, kann die SiN_x-Schicht auch auf der Lichtaufnahmefläche des Substrats 22 gebildet werden, um die Reflexionssperrschicht 32 zu bilden.
3 ist ein Querschnittsdiagramm der Widerstandsmesseinheit 20. Die Widerstandsmesseinheit 20 ist eine Gruppe aus mehreren Messelektroden, die über dem Außenumfang 18 auf einer Außenseite der Elektrodenzone vorgesehen sind, in welcher sich die Elektroden 14 und 16 in der Solarzelle 10 befinden, um einen Widerstand zwischen dem Substrat 22 und der Elektrode über der n-Zone oder zwischen dem Substrat 22 und der Elektrode über der p-Zone zu messen. Im Folgenden wird ein Widerstand zwischen dem Substrat 22 und der Elektrode über der n-Zone 24 als n-Typ-Widerstand beschrieben, und ein Widerstand zwischen dem Substrat 22 und der Elektrode über der p-Zone 28 wird als p-Typ-Widerstand beschrieben. In 3 sind drei Messelektroden 34, 36 und 38 dargestellt, alternativ können aber auch mehr Messelektroden vorgesehen werden. In 3 sind die geschichteten Strukturen für die n-Zone 24, die p-Zone 28 und die Elektroden 14 und 16 nicht dargestellt.
Auf dem Außenumfang 18 sind die Elektroden 14 und 16 nicht angeordnet. Allerdings ist es durch Justieren der Lage der Maske während der Bildung der Schichten in den Schichtbildungsschritten für die Elektroden 14 und 16 möglich, auch in dem Außenumfangsbereich 18 eine beliebige Elektrodenstruktur auszubilden. Somit wird eine n-Zone 24 in dem Außenumfangsbereich 18 unter gleichen Bedingungen wie die Elektrodenzone gebildet, und mindestens zwei Messelektroden sind mit einem vorbestimmten Elektroden-Zwischenabstand in der ausgebildeten n-Zone 24 vorgesehen. Es wird eine Strom-Spannungs-Kennlinie (I-V-Kennlinie) zwischen den Messelektroden gemessen, und der n-Typ-Widerstand zwischen der Messelektrode und dem Substrat 22 wird mit Hilfe der I-V-Kennlinie berechnet. In ähnlicher Weise wird in dem Außenumfang 18 unter der gleichen Bedingung wie bei der Elektrodenzone eine p-Zone 28 gebildet, und in der ausgebildeten p-Zone 28 wird mindestens eine Messelektrode vorgesehen. Es wird eine I-V-Kennlinie zwischen der Messelektrode über der n-Zone 24 und der Messelektrode über der p-Zone 28 gemessen, und es wird ein erster Widerstandswert zwischen der Messelektrode über der n-Zone 24 und der Messelektrode über der p-Zone 28 berechnet. Basierend auf dem berechneten n-Typ-Widerstand und dem berechneten ersten Widerstand wird der p-Typ-Widerstand zwischen dem Substrat 22 und der Messelektrode über der p-Zone 28 berechnet. Der n-Typ-Widerstand und der p-Typ-Widerstand enthalten Widerstandswerte für die Grenzflächen zwischen den Schichten zwischen dem Substrat 22 und der Messelektrode, der i-Schicht 24-1 oder i-Schicht 28-1, und der n-Schicht 24-2 oder der p-Schicht 28-2. Auf diese Weise kann die Widerstandsmesseinheit 20 separat und unabhängig den n-Typ-Widerstand zwischen dem Substrat 22 und der Messelektrode über der n-Zone 24 und den p-Typ-Widerstand zwischen dem Substrat 22 und der Messelektrode über der p-Zone 28 messen.
In 3 sind die planaren Abmessungen der drei Messelektroden 34, 36 und 38 gleich groß eingestellt, und die Zwischenelektrodenabstände unter den drei Messelektroden 34, 36 und 38 sind ebenfalls gleich groß eingestellt. Die Messelektroden 34 und 36 erstrecken sich ausgehend von der n-Zone 24, und die Messelektrode 38 erstreckt sich ausgehend von der p-Zone 28. Die drei Messelektroden 34, 36 und 38 sind auf einer Linie entlang einer Seite X auf einem Außenumfang der Solarzelle 10 innerhalb des Außenumfangs 18 angeordnet. Die planaren Abmessungen und die Zwischenelektrodenabstände zwischen den drei Messelektroden 34, 36 und 38 sind im Vergleich zur Abmessung des Außenumfangs 18 in Breitenrichtung (Richtung rechtwinklig zu der Seite X) ausreichend klein eingestellt. Beispielsweise sind die planaren Abmessungen und der Zwischenelektrodenabstand vorzugsweise auf weniger oder gleich 1/10 der Abmessung des Außenumfangs 18 in der Breitenrichtung eingestellt. Eine beispielhafte Abmessung für den Außenumfang 18 in Breitenrichtung beträgt etwa 1 mm bis etwa 3 mm. Eine beispielhafte planare Abmessung der Messelektroden 34, 36 und 38 in diesem Fall kann ein Quadrat mit einer Seitenlänge von etwa 100 µm bis etwa 500 µm sein. Ein beispielhafter Zwischenelektrodenabstand zwischen der Messelektrode 34 und der Messelektrode 36 und ein beispielhafter Zwischenelektrodenabstand zwischen der Messelektrode 36 und der Messelektrode 38 beträgt etwa 50 µm bis etwa 200 µm.
Unter Verwendung dieser Struktur wird die I-V-Kennlinie zwischen den Messelektroden 34 und 36, die sich ausgehend von der n-Zone 24 erstrecken, bestimmt, und es wird der n-Typ-Widerstand zwischen dem Substrat 22 und den Messelektroden 34 und 36 über der n-Zone 24 basierend auf der I-V-Kennlinie berechnet. Anschließend wird die I-V-Kennlinie zwischen der Messelektrode 34, die sich von der n-Zone 24 aus erstreckt, und der sich von der p-Zone 28 aus erstreckenden Messelektrode 38 bestimmt, und basierend auf der I-V-Kennlinie lässt sich ein erster Widerstandswert zwischen der Messelektrode 34 und der Messelektrode 38 berechnen. Mit Hilfe des berechneten n-Typ-Widerstands und des berechneten ersten Widerstands ist es möglich, den p-Typ-Widerstand zwischen dem Substrat 22 und der Messelektrode 38 über der p-Zone 28 zu berechnen.
Das Messprinzip für einen Widerstand Rc wird anhand des in 4 dargestellten Modells erläutert. In dem Modell nach 4 sind zwei Messelektroden 42 und 44 über einer Halbleiterschicht 40 mit einem Zwischenelektrodenabstand L vorgesehen, es wird ein Strom I zwischen den Messelektroden 42 und 44 eingeprägt, und es wird eine Spannung V zwischen den Messelektroden 42 und 44 gemessen, es wird ein Zwischen-Messelektrodenwiderstand R bestimmt, und es wird ein Widerstandswert Rc zwischen der Halbleiterschicht 40 und den Messelektroden 42 und 44 basierend auf dem Zwischen-Messelektrodenwiderstand R bestimmt. Der Zwischen-Messelektrodenwiderstand R lässt sich alternativ dadurch bestimmen, dass als erstes die Spannung V zwischen die Messelektroden 42 und 44 gelegt wird und der Stromfluss zwischen den Messelektroden 42 und 44 gemessen wird.
Wenn der Strom I zwischen die Messelektroden 42 und 44 eingespeist wird und die Spannung zwischen den Messelektroden 42 und 44 als Spannung V gemessen wird, lässt sich der Zwischen-Messelektrodenwiderstand bestimmen zu R = V/I. Wie in 4 gezeigt ist, lässt sich, wenn der Zwischen-Messelektrodenabstand L beträgt und eine Fläche der Halbleiterschicht 40 gegenüber dem Abstand L den Wert S hat, ein Zwischen-Messelektrodenwiderstand R_SUB der Halbleiterschicht 40 bestimmen zu R_SUB = ρ × (L/S), wobei ρ der Widerstand der Halbleiterschicht 40 ist. Wenn der Widerstand zwischen der Halbleiterschicht 40 und der Messelektrode 42 und der Widerstand zwischen der Halbleiterschicht 40 und der Messelektrode 44 als gleich groß mit dem Wert Rc angenommen werden, so gilt R = I/V = R_SUB + 2Rc. Basierend auf dieser Gleichung lässt sich der Widerstand Rc zwischen der Halbleiterschicht 40 und den Messelektroden 42 und 44 berechnen zu Rc = {(R - R_SUB)/2}.
Wiederum auf 3 bezugnehmend, ist es durch Einprägen eines Stroms I₃₄ _• ₃₆ zwischen die Messelektroden 34 und 36 und Messen der Spannung V_{34 •} ₃₆ zwischen den Messelektroden 34 und 36 möglich, den Widerstand R_Cn zwischen der n-Zone 24 und den Messelektroden 34 und 36 zu berechnen in der Form R_Cn = {(R₃₄ • ₃₆ - R_SUBn)/2}, basierend auf dem oben beschriebenen Prinzip. Hier ergibt sich R₃₄ _{• 36} = V₃₄ _• ₃₆/I₃₄ _• ₃₆. R_SUBn ist ein Zwischen-Messelektrodenwiderstand zwischen dem Substrat 22 und der n-Zone, wobei in der Praxis davon ausgegangen werden kann, dass es sich um einen Zwischen-Messelektrodenwiderstand R_SUB22 des Substrats 22 handelt. Der so bestimmte Wert R_Cn kann als der n-Typ-Widerstand zwischen dem Substrat 22 und der Elektrode 14 über der n-Zone 24 innerhalb der Elektrodenzone der Solarzelle 10 verwendet werden. Der n-Typ-Widerstand beinhaltet die Widerstandswerte der Grenzflächen der Schichten zwischen dem Substrat 22 und der Elektrode 14, der i-Schicht 24-1 und der n-Schicht 24-2.
Sodann ist es durch Einprägen eines Stroms I₃₄ _• ₃₈ zwischen den Messelektroden 34 und 38 und durch Messen einer Spannung V_{34 •} ₃₈ zwischen den Messelektroden 34 und 38 möglich, eine Strom-Spannungs-Kennlinie zwischen den Messelektroden 34 und 38 zu erhalten. Die Strom-Spannungs-Kennlinie entspricht der Strom-Spannungs-Kennlinie zwischen der Elektrode für den n-Typ und der Elektrode für den p-Typ der Solarzelle 10, und die folgende Gleichung lässt sich mit einem Strom I und einer Spannung V anwenden: $I = I_{0} [exp (\frac{e (V + R_{s} I)}{n k_{B} T}) - 1] + \frac{V + R_{s} I}{R_{s h}}$
Darin bedeutet k_B die Boltzmann-Konstante, T bedeutet die Temperatur, und R_S und R_Sh ein Reihenwiderstand und ein Parallelwiderstand, wenn von einem Modell Gebrauch gemacht wird, in welchem die Solarzelle 10 dargestellt wird als in Reihe geschaltete kleine photoelektrische Wandlereinheiten.
In der oben angegebenen I-V-Kennlinie bestimmt sich mit I = I_{34 • 38} und V = V_{34 •} ₃₈ ein nicht linearer Zwischen-Messelektrodenwiderstand R_S = R_{34 • 38}. Wenn dabei der Zwischen-Messelektrodenwiderstand zwischen dem Substrat 22 und der p-Zone 28 den Wert R_SUBp hat und der Widerstand zwischen der p-Zone 28 und der Messelektrode 38 den Wert R_Cp hat, erhält R_{34 • 38} = R_SUBp + R_Cn + R_Cp. Daher berechnet sich der Widerstand zu Rcp = {(R_{34 •} ₃₈ - R_SUBp) - R_Cn}. R_SUBp ist ein Zwischen-Messelektrodenwiderstand zwischen dem Substrat 22 und der p-Zone 28 und kann in der Praxis als der Zwischen-Messelektrodenwiderstand R_SUB22 des Substrats 22 angenommen werden. Der auf diese Weise bestimmte Widerstand R_Cp kann als der p-Typ-Widerstand zwischen dem Substrat 22 und der Elektrode 16 über der p-Zone 28 in der Elektrodenzone der Solarzelle 10 verwendet werden. Der p-Typ-Widerstand beinhaltet hier die Widerstandswerte an den Grenzflächen der Schichten zwischen dem Substrat 22 und der Elektrode 16, der i-Schicht 28-1 und der p-Schicht 28-2.
Oben ist erläutert, dass der Zwischenelektrodenwiderstand der Halbleiterschicht 40 sich zu R_SUB = ρ × (L/S) bestimmt. Das Modell nach 4 geht von der Annahme aus, dass L ausreichend lang und S ausreichend breit ist, allerdings kann es Fälle geben, in denen L kurz ist. Weil L in dem Modell nach 4 eine Länge ist, die einen Beitrag zu dem Widerstand bei fließendem Strom leistet, wird dann, wenn L kurz ist, R_SUB vorzugsweise unter Anwendung einer Korrektur auf L bestimmt. Beispielsweise lässt sich ein Korrekturkoeffizient α verwenden, und R_SUB lässt sich mittels α/S mit korrigiertem Wert L bestimmen. Der Koeffizient α lässt sich durch Versuche oder dergleichen ermitteln.
Bei der vorliegenden Ausführungsform befindet sich die Widerstandsmesseinheit 20 innerhalb des Außenumfangs 18 der Solarzelle 10, alternativ kann jedoch die Widerstandsmesseinheit 20 auch in der Elektrodenzone der Solarzelle 10 vorgesehen sein. Strukturen, bei denen die Widerstandsmesseinheit 20 sich in der Elektrodenzone befindet, werden im Folgenden anhand der 5 bis 8 erläutert. 5 bis 8 sind vergrößerte Diagramme eines Bereichs der Elektrodenzone auf der Rückseite der Solarzelle 10.
In 5 ist eine n-Zone 25 in einem zentralen Bereich der p-Zone 28 gebildet, und zwei Messelektroden 35 und 37 befinden sich dort mit einem vorbestimmten Elektrodenzwischenabstand. In anderen Worten: die beiden Messelektroden 35 und 37 sind von der Elektrode 16 mit einem vorbestimmten Abstand zu dieser umgeben. Bei einem solchen Aufbau lässt sich der n-Typ-Widerstand berechnen unter Verwendung der beiden Messelektroden 35 und 37, und der erste Widerstand lässt sich mit Hilfe der Messelektroden 35 und 37 und der Elektrode 16 berechnen. Der p-Typ-Widerstand wird basierend auf dem n-Typ-Widerstand und dem ersten Widerstand berechnet.
In 5 ist die n-Zone 25 im Mittelbereich der p-Zone 28 ausgebildet, allerdings kann eine n-Zone 25 in dem mittleren Bereich der n-Zone 24 gebildet sein, während zwei Messelektroden 35 und 37 vorgesehen sind. In anderen Worten: die Messelektroden 34 und 37 sind umgeben von der Elektrode 14 mit einem vorbestimmten Abstand zu dieser. In diesem Fall lässt sich der n-Typ-Widerstand mit Hilfe der beiden Messelektroden 35 und 37 berechnen. Der erste Widerstand lässt sich berechnen mit Hilfe der Elektrode 14 und der der Elektrode 14 benachbarten Elektrode 16. Die n-Zonen 24 und 25 können gleichzeitig oder zu unterschiedlichen Zeiten gebildet werden.
In 6 ist eine Messelektrode 35 im Mittelbereich der n-Zone 24 vorgesehen. In anderen Worten, die Messelektrode 35 ist von der Elektrode 14 mit einem vorbestimmten Abstand zu dieser umgeben. Bei einem solchen Aufbau lässt sich der n-Typ-Widerstand berechnen unter Verwendung der Messelektrode 35 und der Elektrode 14, und der erste Widerstand lässt sich berechnen mit Hilfe der Elektrode 14 und der der Elektrode 14 benachbarten Elektrode 16. Basierend auf dem n-Typ-Widerstand und dem ersten Widerstand lässt sich der p-Typ-Widerstand berechnen.
In 7 ist die n-Zone 25 zwischen einem Ende der Elektrode 16 und der Elektrode 14 ausgebildet. Zwei Messelektroden 35 und 37 sind mit einem vorbestimmten Elektrodenabstand vorgesehen. Bei diesem Aufbau lässt sich der n-Typ-Widerstand mit Hilfe der beiden Messelektroden 35 und 37 berechnen, der erste Widerstand lässt sich unter Verwendung der Elektrode 16 und der Messelektroden 35 und 37 berechnen, oder mit Hilfe der der Elektrode 16 benachbarten Elektrode 14. Basierend auf dem n-Typ-Widerstand und dem ersten Widerstand kann der p-Typ-Widerstand berechnet werden.
In 8 ist die n-Zone 25 zwischen einem Ende der Elektrode 14 und der Elektrode 16 gebildet, und eine Messelektrode 35 befindet sich in einem vorbestimmten Abstand gegenüber der Elektrode 14. Bei diesem Aufbau lässt sich der n-Typ-Widerstand mit Hilfe der Messelektrode 35 und der Elektrode 14 berechnen. Basierend auf dem n-Typ-Widerstand und dem ersten Widerstand wird der p-Typ-Widerstand berechnet. Die n-Zonen 24 und 25 können gleichzeitig oder nacheinander ausgebildet werden.
Wie erläutert, ist der Ort, an dem die Widerstandsmesseinheit 20 vorgesehen ist, keiner speziellen Beschränkung unterlegen. Darüber hinaus kann durch Schaffen mindestens zweier Elektroden über den n-Zonen 24 und 25 mit einem vorbestimmten Elektrodenabstand der n-Typ-Widerstand berechnet werden. Im Fall der Rückseitenkontakt-Solarzelle 10 werden die über der n-Zone 24 vorgesehene Elektrode 14 und die über der p-Zone 28 vorgesehene Elektrode 16 abwechselnd und benachbart zueinander mit einem vorbestimmten Abstand angeordnet. Daher lässt sich der erste Widerstand mit Hilfe der Elektroden 14 und 16 einfach berechnen. In anderen Worten: durch bloßes Vorsehen mindestens zweier Elektroden über den n-Zonen 24 und 25 mit einem vorbestimmten Elektrodenabstand ist es möglich, in einfacher Weise auch den p-Typ-Widerstand zwischen dem Substrat 22 und der Elektrode über der p-Zone 28 zu berechnen.
Da bei der vorliegenden Ausführungsform als Substrat 22 ein n-leitendes monokristallines Silizium verwendet wird, sind mindestens zwei Elektroden über der n-Zone 24 mit einem vorbestimmten Elektrodenabstand angeordnet. Wird als Substrat 22 ein p-leitendes kristallines Halbleitersubstrat verwendet, können ähnliche Vorteile erzielt werden, wenn mindestens zwei Elektroden über der p-Zone 28 mit einem vorbestimmten Elektrodenabstand angeordnet sind.
INDUSTRIELLE ANWENDBARKEIT
Die vorliegende Erfindung lässt sich bei einer Solarzelle anwenden.
Bezugszeichenliste

10: Solarzelle;
12: Photoelektrische Wandlereinheit;
14, 16: Elektrode;
14-1, 16-1: Transparente leitende Filmschicht;
14-2, 16-2: Plattierschicht;
18: Außenumfang;
20: Widerstandsmesseinheit;
22: Substrat;
24, 25: n-Zone;
24-1, 28-1, 30-1: i-Schicht (eigenleitende amorphe Halbleiterschicht);
24-2, 30-2: n-Schicht (n-leitende amorphe Halbleiterschicht);
26: SiNx-Schicht;
28: p-Zone;
28-2: p-Schicht (p-leitende amorphe Halbleiterschicht);
30: Passivierungsschicht;
32: Reflexionssperrschicht;
34, 35, 36, 37, 38, 42, 44: Messelektrode;
40: Halbleiterschicht

Claims

Solarzelle (10), umfassend: eine photoelektrische Wandlereinheit (12), in der eine amorphe Halbleiterschicht (24-2) eines ersten Leitungstyps und eine amorphe Halbleiterschicht (28-2) eines zweiten Leitungstyps auf einer Oberfläche eines Halbleitersubstrats (22) des ersten Leitungstyps angeordnet sind; und eine erste Elektrode (14), die in einer vorab definierten ersten Elektrodenzone der amorphen Halbleiterschicht (24-2) des ersten Leitungstyps angeordnet ist; eine zweite Elektrode (16), die in einer vorab definierten zweiten Elektrodenzone der amorphen Halbleiterschicht (28-2) des zweiten Leitungstyps angeordnet ist; gekennzeichnet durch mindestens zwei erste Messelektroden (34, 36), die mit einem vorbestimmten Zwischenabstand vorgesehen sind und über der und in direktem Kontakt mit der amorphen Halbleiterschicht (24-2) des ersten Leitungstyps angeordnet sind, wobei die mindestens zwei ersten Messelektroden (34, 36) sowohl von der ersten Elektrode (14) als auch der zweiten Elektrode (16) separiert sind.
Solarzelle (10) nach Anspruch 1, weiterhin umfassend: mindestens eine zweite Messelektrode (38), die mit einem vorbestimmten Abstand bezüglich der mindestens zwei ersten Messelektroden (34, 36) über der amorphen Halbleiterschicht (28-2) des zweiten Leitungstyps vorgesehen ist.
Solarzelle (10) nach Anspruch 1, bei der die mindestens zwei ersten Messelektroden (34, 36) in einer anderen Zone als der ersten Elektrodenzone und der zweiten Elektrodenzone über der photoelektrischen Wandlereinheit (12) angeordnet ist.
Solarzelle (10) nach Anspruch 2, bei der die mindestens zwei ersten Messelektroden (34, 36) und die zweite Messelektrode (38) in einer anderen Zone angeordnet sind als der ersten Elektrodenzone und der zweiten Elektrodenzone über der photoelektrischen Wandlereinheit (12).
Solarzelle (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei der die mindestens zwei ersten Messelektroden (34, 36) benachbart zueinander vorgesehen sind.
Solarzelle (10) nach Anspruch 2 oder 4, bei der eine der mindestens zwei ersten Messelektroden (34, 36) und die zweite Messelektrode (38) benachbart zueinander vorgesehen sind.
Solarzelle (10), umfassend: eine photoelektrische Wandlereinheit (12), in der eine amorphe Halbleiterschicht (24-2) eines ersten Leitungstyps und eine amorphe Halbleiterschicht (28-2) eines zweiten Leitungstyps auf einer Oberfläche eines Halbleitersubstrats (22) des ersten Leitungstyps angeordnet sind; eine erste Elektrode (14), die in einer vorab definierten ersten Elektrodenzone der amorphen Halbleiterschicht (24-2) des ersten Leitungstyps angeordnet ist; eine zweite Elektrode (16), die in einer vorab definierten zweiten Elektrodenzone der amorphen Halbleiterschicht (28-2) des zweiten Leitungstyps angeordnet ist; gekennzeichnet durch eine Messelektrode (35), die über der und in direktem Kontakt mit der amorphen Halbleiterschicht (24-2) des ersten Leitungstyps und mit einem vorbestimmten Abstand zu der ersten Elektrode (14) und benachbart zu der ersten Elektrode (14) angeordnet ist, wobei die Messelektrode (35) von der zweiten Elektrode (16) separiert ist.
Solarzelle (10) nach Anspruch 7, bei der die Messelektrode (35) in einem Mittelbereich der ersten Elektrode (14) so angeordnet ist, dass sie von der ersten Elektrode (14) umgeben ist.
Verfahren zum Berechnen eines Widerstands einer Solarzelle (10), in der eine amorphe Halbleiterschicht (24-2) eines ersten Leitungstyps und eine amorphe Halbleiterschicht (28-2) eines zweiten Leitungstyps über einer Oberfläche eines Halbleitersubstrats (22) des ersten Leitungstyps angeordnet sind, eine erste Elektrode (14) über der amorphen Halbleiterschicht (24-2) des ersten Leitungstyps angeordnet ist und eine zweite Elektrode (16) über der amorphen Halbleiterschicht (28-2) des zweiten Leitungstyps angeordnet ist, und in der ein Widerstand zwischen dem Halbleitersubstrat (22) und mindestens einer von der ersten Elektrode (14) und der zweiten Elektrode (16) gemessen wird, umfassend: Messen einer Spannungs-Strom-Kennlinie zwischen mindestens zwei ersten Messelektroden (34, 36), die mit einem vorbestimmten Zwischenabstand vorgesehen sind, über der und in direktem Kontakt mit der amorphen Halbleiterschicht (24-2) des ersten Leitungstyps angeordnet sind und von der ersten Elektrode (14) und der zweiten Elektrode (16) separiert sind, um einen Zwischen-Messelektrodenwiderstand zu bestimmen; und Subtrahieren eines Zwischen-Messelektrodenwiderstands des Halbleitersubstrats (22), der vorab bestimmt wurde, von dem Zwischen-Messelektrodenwiderstand, um einen ersten Widerstand zwischen dem Halbleitersubstrat (22) und den mindestens zwei ersten Messelektroden (34, 36) zu berechnen.
Verfahren zum Berechnen des Widerstands der Solarzelle (10) nach Anspruch 9, weiterhin umfassend: Messen einer Spannungs-Strom-Kennlinie zwischen einer der mindestens zwei ersten Messelektroden (34, 36) und einer zweiten Messelektrode (38) unter Verwendung mindestens einer zweiten Messelektrode (38), die mit einem vorbestimmten Abstand zu der einen der mindestens zwei ersten Messelektroden (34, 36) über der amorphen Halbleiterschicht (28-2) des zweiten Leitungstyps vorgesehen ist, um einen zweiten Zwischen-Messelektrodenwiderstand zu bestimmen; und Subtrahieren des Zwischen-Messelektrodenwiderstands des Halbleitersubstrats (22) und des ersten Widerstands von dem zweiten Zwischen-Messelektrodenwiderstand, um einen zweiten Widerstand zwischen dem Halbleitersubstrat (22) und der zweiten Messelektrode (38) zu berechnen.
Verfahren zum Berechnen des Widerstands der Solarzelle (10) nach Anspruch 9 oder 10, bei dem der Zwischen-Messelektrodenwiderstand des Halbleitersubstrats (22) korrigiert wird nach Maßgabe des Raums zwischen den zwei ersten Messelektroden (34, 36) und des Raums zwischen der einen der mindestens zwei ersten Messelektrode (34, 36) und der zweiten Messelektrode (38).