DE112016006557T5 - Verfahren zur Herstellung einer CdTe-Dünnschichtsolarzelle - Google Patents

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Abstract

Die vorliegende Erfindung beschreibt ein Verfahren zur Herstellung von CdTe-Dünnschichtsolarzellen, bei dem besondere Parameter verschiedener Prozessschritte und eine besondere Abfolge von Prozessschritten zu verbesserten Eigenschaften der hergestellten CdTe-Solarzellen führen.

Description

  • Gegenstand der vorliegenden Anmeldung ist ein Verfahren zur Herstellung einer CdTe-Dünnschichtsolarzelle mit einer besonderen Abfolge von Prozessschritten mit besonderen Prozessparametern.
  • Nach dem Stand der Technik wird eine CdTe-Solarzelle in der folgenden Prozessabfolge hergestellt: Auf einem Glassubstrat wird eine transparente leitfähige Oxidschicht (TCO) als Frontkontakt abgeschieden. Die TCO-Schicht kann eine hochohmige Pufferschicht enthalten, die dazu beiträgt, den Shunt-Effekt in der Solarzelle zu minimieren. Darauf wird eine Schicht Cadmiumsulfid (CdS) und darüber eine Schicht Cadmiumtellurid (CdTe) abgeschieden. Die CdTe-Schicht wird dann mit einem Aktivierungsmittel, beispielsweise CdCl2, und einem Temperaturbehandlungsschritt aktiviert. Schließlich wird eine Metallschicht, beispielsweise aus Molybdän, Nickel-Vanadium, Tantal, Titan, Wolfram, Gold oder eine beliebige Zusammensetzung oder Verbindung, die eines dieser Elemente enthält, als Rückkontakt aufgebracht, um die Ladungsträger zu sammeln. Dieser Prozess wird als Superstrat-Konfiguration bezeichnet.
  • Um einen hohen Wirkungsgrad der Solarzelle zu erreichen, sollte ein guter ohmscher Kontakt zwischen der CdTe-Schicht und der Metallschicht hergestellt werden. Zu diesem Zweck kann Kupfer in die CdTe-Schicht in einem Bereich an der Grenzfläche zur Metallschicht eingebracht werden. Das Kupfer kann der CdTe-Schicht als Elementarschicht, die nur Kupfer enthält, oder als Dotierstoff, der in einem anderen Material enthalten ist, oder als Ion oder als Teil einer chemischen Verbindung zugeführt werden. Das Kupfer kann beispielsweise aus einem Gas, z. B. durch Sputtern, oder aus einer wässrigen Lösung, beispielsweise von Kupferchlorid oder einem anderen Kupfersalz, auf die CdTe-Schicht aufgebracht werden. Nach dem Auftragen von Kupfer auf die CdTe-Schicht kann eine Temperaturbehandlung durchgeführt werden. Beim Stand der Technik wird jedes Verfahren zum Einbringen von Kupfer in die CdTe-Schicht als Kupferbehandlungsschritt bezeichnet, der in der Regel nach dem Aktivierungsschritt und vor dem Aufbringen einer Metallschicht als Rückkontakt durchgeführt wird.
  • Kupfer migriert jedoch leicht innerhalb des CdTe und kann so die Eigenschaften der CdTe-Solarzelle mit der Zeit verschlechtern. Daher ist es sehr wichtig, die Menge und Position des in die CdTe-Schicht eingebrachten Kupfers genau zu kontrollieren, um einen guten ohmschen Kontakt zu erreichen und gleichzeitig das Risiko einer Kupfermigration zu reduzieren. Dies kann beispielsweise durch die Kontrolle der Kupferkonzentration in einer wässrigen Lösung oder der Zeit, während der eine wässrige Lösung der CdTe-Schicht zugeführt wird, oder der Wärmebilanz des Temperaturbehandlungsschrittes, definiert durch die Temperatur und Dauer dieses Schrittes, erfolgen. Leider können einige dieser Parameter nicht so genau gesteuert werden, wie es notwendig wäre.
  • Darüber hinaus gibt es weitere Parameter, wie das Material oder die Dicke derverschiedenen Schichten, oder weitere Schritte, wie einen künstlichen Alterungsschritt mit Beleuchtung oder elektrischer Vorspannung nach dem Aufbringen aller Schichten der Solarzelle, die beeinflusst oder einbezogen werden können, um die elektrischen Eigenschaften der produzierten CdTe-Solarzelle zu verbessern.
  • Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Verfahren zur Herstellung einer CdTe-Dünnschichtsolarzelle bereitzustellen, das die elektrischen Eigenschaften der hergestellten Solarzelle weiter verbessert.
  • Gemäß der Erfindung wird die Aufgabe gelöst durch die ein Verfahren nach Anspruch 1. Vorteilhafte Ausführungsformen werden in den entsprechenden abhängigen Ansprüchen offenbart.
  • Das Verfahren gemäß der Anmeldung umfasst folgende Schritte:
    • Bereitstellen eines transparenten Substrats mit einer transparenten leitfähigen Schicht als Frontkontakt darauf,
    • Aufbringen einer CdS-Schicht auf die transparente leitfähige Schicht mittels Closed-Space-Sublimation-(CSS)-Technik, wobei die CdS-Schicht mit einer Dicke im Bereich von 20 nm bis 40 nm aufgebracht wird,
    • Aufbringen einer CdTe-Schicht auf die CdS-Schicht mittels CSS-Technik, wobei die CdTe-Schicht mit einer Dicke im Bereich zwischen 3 µm und 5 µm aufgebracht wird, Aufbringen einer kristallinen Schicht aus CdCl2 mit einer Dicke im Bereich von 50 nm bis 100 nm auf eine erste Oberfläche der CdTe-Schicht,
    • Durchführen eines ersten Temperaturbehandlungsschrittes nach dem Aufbringen der CdCl2-Schicht bei einer Temperatur im Bereich von 380°C bis 430°C über eine Dauer im Bereich von 15 Minuten bis 45 Minuten unter atmosphärischen Bedingungen,
    • Durchführen eines ersten Reinigungsschrittes nach dem ersten Temperaturbehandlungsschritt, wobei der aus den vorangegangenen Prozessschritten resultierende Schichtstapel in eine Lösung von Diammoniumhydrogencitrat mit einer Konzentration im Bereich von 0,1 % bis 50 % für eine Dauer im Bereich von 15 Sekunden bis 5 Minuten getaucht wird,
    • Aufbringen einer Rückkontaktschicht auf die erste Oberfläche der CdTe-Schicht nach dem ersten Reinigungsschritt, wobei die Rückkontaktschicht mit einer Dicke im Bereich von 200 nm bis 400 nm aufgebracht wird und Molybdän enthält,
    • Bereitstellen von Kupferionen auf einer ersten Oberfläche der Rückkontaktschicht durch Eintauchen eines aus den vorangegangenen Prozessschritten resultierenden Schichtstapels in eine CuCl2-Lösung mit einer Konzentration im Bereich von 0,05 mmol/l bis 1 mmol/l für eine Dauer im Bereich von 30 Sekunden bis 2 Minuten,
    • Durchführen eines zweiten Temperaturbehandlungsschrittes nach Entfernen des Schichtstapels aus der CuCl2-Lösung bei einer Temperatur im Bereich von 180°C bis 250°C für eine Dauer im Bereich von 10 Minuten bis 45 Minuten unter atmosphärischen Bedingungen,
    • Durchführen eines künstlichen Alterungsschrittes nach Durchführung des zweiten Reinigungsschrittes, wobei der künstliche Alterungsschritt eine Beleuchtung des aus den vorangegangenen Prozessschritten resultierenden Schichtstapels über eine Dauer im Bereich von 1 Minute bis 48 Stunden mit einer Beleuchtungsstärke im Bereich von 5000 Ix bis 200000 Ix bei einer Temperatur im Bereich von 70°C bis 80°C unter atmosphärischen Bedingungen umfasst, und
    • Durchführen eines zweiten Reinigungsschrittes nach Durchführung des künstlichen Alterungsschrittes, wobei der aus den vorangegangenen Prozessschritten resultierende Schichtstapel durch Eintauchen des Schichtstapels in eine Dimethylformamidlösung mit einer Konzentration im Bereich von 50 % bis 100 % für eine Dauer im Bereich von 1 Minute bis 10 Minuten gereinigt und anschließend mit Wasser und Isopropanol gespült wird.
  • Die Erfinder fanden überraschenderweise heraus, dass die erwähnten besonderen Parameter der einzelnen Schritte und die besondere Prozessabfolge (insbesondere die erwähnte dünne CdS-Dünnschicht, das Einbringen von Kupfer in die CdTe-Schicht nach dem Aufbringen der Rückkontaktschicht, das Durchführen eines künstlichen Alterungsschrittes nach einem Temperaturbehandlungsschritt im Anschluss an das Einbringen von Kupfer und insbesondere die erwähnten Reinigungsschritte) zu Solarzellen mit sehr hohem Wirkungsgrad für CdTe-Zellen (η über 17%) und anderen sehr guten elektrischen Eigenschaften führen, z. B. Leerlaufspannung (Voc), Füllfaktor (FF) und Kurzschlussstrom (Jsc), die mit einem Prozessablauf, der nur einen Teil der beschriebenen Schritte oder in einer anderen Reihenfolge oder mit anderen Parametern der Schritte (wie Schichtdicke, Lösungskonzentration, Temperatur und Zeit) nicht erreicht werden könnten.
  • Die transparente leitfähige Schicht, die CdS-Schicht, die CdTe-Schicht sowie die Rückkontaktschicht können mit aus dem Stand der Technik bekannten Verfahren aufgebracht oder bereitgestellt werden. Die transparente leitfähige Schicht und die Rückkontaktschicht können Schichtstapel sein, die unterschiedliche Schichten aus unterschiedlichen Materialien umfassen. Die transparente leitfähige Schicht kann beispielsweise eine Schicht aus einem transparenten leitfähigen Oxid, beispielsweise Indiumzinnoxid (ITO) oder Cadmiumstannat (CTO, Cd2SnO4), und eine hochohmige Pufferschicht, beispielsweise aus Zinkstannat (ZTO, Zn2SnO4), enthalten. Die transparente leitfähige Schicht oder die Rückkontaktschicht kann durch Verdampfen, Sputtern, chemische Gasphasenabscheidung oder Pyrolyse aufgebracht werden, während die Rückkontaktschicht durch Sputtern, Verdampfen oder chemische Gasphasenabscheidung gebildet werden kann.
  • Die CdS-Schicht wird vorzugsweise mit einer Dicke von 30 nm aufgebracht, während die CdTe-Schicht vorzugsweise mit einer Dicke von 4 µm aufgebracht wird.
  • Das CdCl2 wird vorzugsweise als wässrige Salzlösung durch Walzenbeschichtung aufgebracht, wobei nach dem Verdampfen des Wassers eine kristalline CdCl2-Schicht entsteht, die vorzugsweise eine Dicke von 80 nm aufweist. Die wässrige Lösung hat vorzugsweise eine Konzentration im Bereich von 20 % bis 30 %, insbesondere von 25 %. Das CdCl2 kann auch als methanolische Salzlösung oder als gemischte wässrige und methanolische Salzlösung angewendet werden. Eine halbfertige CdTe-Solarzelle, die das transparente Substrat, die transparente leitfähige Schicht, die CdS-Schicht und der CdTe-Schicht umfasst, wird beim Aufbringen der CdCl2-Lösung vorzugsweise bei einer Temperatur von etwa 60°C gehalten.
  • Der erste Temperaturbehandlungsschritt wird vorzugsweise bei einer Temperatur von 410°C für 25 Minuten durchgeführt.
  • Vorzugsweise wird eine 1 %-ige Lösung von Diammoniumhydrogencitrat (DAHC) für den ersten Reinigungsschritt verwendet, der über eine Dauer von 1 Minute durchgeführt wird.
  • Die Rückkontaktschicht besteht vorzugsweise aus Molybdän und wird vorzugsweise mit einer Dicke von 300 nm aufgebracht.
  • Eine 0,1mmol/l-Lösung von CuCl2 wird vorzugsweise zum Einbringen von Kupferionen in die erste Oberfläche verwendet, wobei der Schichtstapel für 1 Minute in diese Lösung eingetaucht wird.
  • Der zweite Temperaturbehandlungsschritt wird vorzugsweise bei einer Temperatur von 200°C für 15 Minuten durchgeführt.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform wird nach dem zweiten Temperaturbehandlungsschritt und vor dem künstlichen Alterungsschritt ein weiterer Reinigungsschritt durchgeführt, wobei der aus den vorangegangenen Prozessschritten resultierende Schichtstapel durch Eintauchen des Schichtstapels in eine Lösung von Dimethylformamid (DMF) mit einer Konzentration im Bereich von 50 % bis 100 % über eine Dauer im Bereich von 1 Minute bis 10 Minuten gereinigt wird. Der weitere Reinigungsschritt wird vorzugsweise mit einer 100 %-igen Lösung von Dimethylformamid für 5 Minuten durchgeführt.
  • Während des künstlichen Alterungsschritts wird der Schichtstapel vorzugsweise bei einer Temperatur von 75°C gehalten, während er bei einer Beleuchtungsstärke von etwa 35000 Ix für 48 Stunden beleuchtet wird. Diese Beleuchtungsstärke wird beispielsweise von einer Halogenlampe mit einem Lichtstrom von etwa 8500 Im generiert, wobei die Lampe in einem Abstand von 30 cm zum Schichtstapel angeordnet ist und einen Bereich des Schichtstapels von etwa 100 cm2 beleuchtet. Die Zeit, während der der künstliche Beleuchtungsschritt durchgeführt wird, ist von der benutzten Beleuchtungsstärke abhängig, wobei eine höhere Beleuchtungsstärke kürzere Beleuchtungszeiten ermöglicht.
  • Vorzugsweise wird der zweite Reinigungsschritt mit einer 100 %-igen Lösung von Dimethylformamid (DMF) für 5 Minuten durchgeführt.
  • Die Reinigungsschritte und die Temperaturbehandlungsschritte werden unter atmosphärischen Bedingungen durchgeführt, d.h. es herrscht während dieser Schritte normale Luft bei Normaldruck (ca. 101,325 kPa) statt beispielsweise einer besonderen Gasatmosphäre oder Vakuum.
  • Die beiliegenden Zeichnungen dienen zum besseren Verständnis der Erfindung und sind in diese Spezifikation integriert und bilden einen Teil davon. Die Zeichnungen veranschaulichen eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung und dienen zusammen mit der Beschreibung der Erklärung von deren Prinzipien. Andere Ausführungsformen der Erfindung sind möglich und liegen im Geltungsbereich der Erfindung. Die Elemente der Zeichnungen sind nicht unbedingt maßstabsgerecht. Gleiche Bezugszeichen bezeichnen entsprechende, ähnliche Teile.
    • 1 zeigt schematisch die Abfolge der Prozessschritte gemäß einer Ausführungsform des Verfahrens der Anmeldung.
    • 2A bis 2D zeigen die normalisierten Leistungsparameter der nach dem Verfahren gemäß der Anmeldung hergestellten CdTe-Solarzellen im Vergleich zu CdTe-Solarzellen, die nach einem Verfahren nach dem Stand der Technik hergestellt wurden.
  • Die exemplarische Ausführungsform des Verfahrens gemäß der in 1 veranschaulichten Anmeldung beginnt damit, ein transparentes Substrat aus Glas mit einer transparenten leitfähigen Schicht aus ITO darauf bereitzustellen (S10), wobei die transparente leitfähige Schicht als Frontkontakt der herzustellenden CdTe-Solarzelle dient.
  • Auf die transparente leitfähige Schicht wird mittels Closed-Space-Sublimation-(CSS)-Technik eine 30 nm dicke CdS-Schicht aufgebracht (S20). Die geringe Dicke der CdS-Schicht ist wichtig, um gute Eigenschaften der produzierten CdTe-Solarzelle zu erreichen. Die Dicke kann jedoch wegen anderer Prozessschritte, insbesondere wegen des Aktivierungsschritts und des Temperaturbehandlungsschritts, sowie aufgrund der Notwendigkeit, Microshunts oder Pinholes innerhalb der CdS-Schicht zu vermeiden, nicht beliebig verkleinert werden. Daher sind 30 nm von den Erfindern als die beste Wahl gefunden worden.
  • Auf die CdS-Schicht wird eine 4 µm dicke CdTe-Schicht in CSS-Technik aufgebracht (S30).
  • Danach wird eine 80 nm dicke kristalline Schicht aus CdCl2 auf eine erste Oberfläche der CdTe-Schicht durch Walzenbeschichtung unter Verwendung einer wässrigen CdCl2-Lösung von 25 % aufgebracht, wobei die halbfertige CdTe-Solarzelle, die oben genannten Schichten auf dem transparenten Substrat umfasst, bei einer Temperatur von 60°C gehalten wird (S40). Die Dicke der CdCl2-Schicht muss sehr genau kontrolliert werden, da die Menge an Chloridionen ausreichen sollte, um die Rekristallisation der CdTe-Schicht zu aktivieren, und dennoch klein genug sein muss, um eine Degradation der CdS-Schicht zu begrenzen, beispielsweise eine Delamination der CdS-Schicht. Die erste Oberfläche der CdTe-Schicht ist diejenige, die frei liegt, d.h. die Oberfläche, die nicht an die CdS-Schicht angrenzt. Die CdCl2-Schicht wird bei Raumtemperatur aufgebracht, also bei einer Temperatur im Bereich von 15°C bis 30°C, meist um die 20°C.
  • Nach dem Aufbringen der CdCl2-Schicht wird ein erster Temperaturbehandlungsschritt durchgeführt (S50). Der aus den vorangegangenen Schritten resultierende Schichtstapel, also mit der darauf befindlichen CdCl2-Schicht, wird über eine Dauer von 25 Minuten unter atmosphärischen Bedingungen bei einer Temperatur von 410°C gehalten. Diese Temperatur und Zeitdauer in Verbindung mit der in Schritt S40 aufgebrachten Menge an CdCl2 ist ausreichend, um eine gute Rekristallisation der CdTe-Schicht zu erreichen, ohne die CdS-Schicht weitgehend aufzulösen oder zu degradieren.
  • Anschließend wird ein erster Reinigungsschritt durchgeführt, bei dem der aus den vorangegangenen Prozessschritten resultierende Schichtstapel über eine Dauer von 1 Minute in eine 1 %-ige Lösung von Diammoniumhydrogencitrat getaucht wird (S60). Dieser Schritt dient zur Entfernung von Resten der CdCl2-Schicht von der ersten Oberfläche der CdTe-Schicht, wobei die Erfinder festgestellt haben, dass Diammoniumhydrogencitrat und die verwendeten Parameter am besten geeignet sind und die besten Ergebnisse liefern.
  • Nach dem ersten Reinigungsschritt wird eine 300 nm dicke Rückkontaktschicht aus Molybdän auf die erste Oberfläche der CdTe-Schicht mittels Sputtern nach dem Stand der Technik aufgebracht (S70).
  • Nach Beendigung des Schritts des Aufbringens der Rückkontaktschicht wird der aus den vorangegangenen Prozessschritten resultierende Schichtstapel über eine Dauer von 1 Minute in eine wässrige 0,1 mmol/l CuCl2-Lösung getaucht (S80). Der Schichtstapel und die Lösung werden auf Raumtemperatur gehalten. Während dieses Schrittes haften die in der CuCl2-Lösung vorhandenen Kupferionen an der Oberfläche der Rückkontaktschicht.
  • Nach dem Entfernen des Schichtstapels aus der CuCl2-Lösung erfolgt ein zweiter Temperaturbehandlungsschritt (S90). Der Schichtstapel wird unter atmosphärischen Bedingungen über einen Zeitraum von 15 Minuten bei einer Temperatur von 200°C gehalten. Dieser Schritt führt zu einer Migration von Kupferionen von der Oberfläche der Rückkontaktschicht zur Grenzfläche der Rückkontaktschicht mit der CdTe-Schicht und ein wenig in die CdTe-Schicht. Durch die Bereitstellung von Kupferionen nach dem Aufbringen der Rückkontaktschicht anstelle von der Bereitstellung von Kupfer direkt auf die Oberfläche der CdTe-Schicht und durch die geringe Wärmebilanz, das im zweiten Temperaturbehandlungsschritt auf den Schichtstapel aufgebracht wird, können die Kupfermigration und die in die CdTe-Schicht eingebrachte Kupfermenge besser kontrolliert werden als beim Stand der Technik.
  • Nach dem zweiten Temperaturbehandlungsschritt erfolgt ein weiterer Reinigungsschritt (S100). In diesem Schritt wird der aus den vorangegangenen Prozessschritten resultierende Schichtstapel gereinigt, indem der Schichtstapel 5 Minuten lang in eine 100 %-ige Lösung von Dimethylformamid getaucht wird. Die Dimethylformamidlösung spült Kupferionen ab, die im zweiten Temperaturbehandlungsschritt nicht in die Rückkontaktschicht diffundiert sind und löst gleichzeitig Rückstände, wie beispielsweise Verbindungen aus Kupfer und Molybdän, Chlor und Molybdän oder andere Verbindungen, die in den vorangegangenen Prozessschritten auf der Oberfläche der Rückkontaktschicht entstanden sind.
  • Nach dem zweiten Reinigungsschritt erfolgt ein künstlicher Alterungsschritt, auch Open-Circuit Light Soak (OCLS) genannt (S110). Dieser Schritt beinhaltet eine Beleuchtung des aus den vorangegangenen Prozessschritten resultierenden Schichtstapels für 48 Stunden mit einer Beleuchtungsstärke von ca. 35000 Ix bei einer Temperatur von 75°C unter atmosphärischen Bedingungen. Durch den weiteren Reinigungsschritt (S100) können nur noch solche Kupferionen weiter migrieren, die bereits in die Rückkontaktschicht oder die CdTe-Schicht migriert sind, bedingt durch das durch die Beleuchtung verursachte elektrische Feld innerhalb der CdTe-Solarzelle. Die Parameter dieses Schrittes, d.h. niedrige Temperatur und niedrige Beleuchtungsstärke, führen zu einer guten Kontrolle der Kupfermigration innerhalb der CdTe-Solarzelle und verringern das Risiko der Degradation einer beliebigen Schicht innerhalb der CdTe-Solarzelle.
  • Nach der künstlichen Alterung wird ein zweiter Reinigungsschritt durchgeführt (S120). Auch hier wird eine 100 %-ige Dimethylformamidlösung zur Reinigung des aus den vorangegangenen Prozessschritten resultierenden Schichtstapels verwendet, wobei der Schichtstapel über eine Dauer von 5 Minuten in die Dimethylformamidlösung eingetaucht und anschließend zunächst mit Wasser und weiter mit Isopropanol gespült wird.
  • Alle Reinigungsschritte werden bei Raumtemperatur durchgeführt, wenn nicht anders angegeben.
  • Die 2A bis 2D zeigen die normalisierten Leistungsparameter für nach dem Verfahren gemäß der oben beschriebenen Anmeldung unter Bezugnahme auf 1 hergestellte CdTe-Solarzellen im Vergleich zu nach dem Stand der Technik hergestellten CdTe-Solarzellen. Das heißt, die Referenz, auf die bezogen die Leistungsparameter normalisiert werden, sind Leistungsparameter von CdTe-Solarzellen, die nach einem Verfahren nach dem Stand der Technik hergestellt wurden, das die folgenden Schritte in der genannten Reihenfolge umfasst: Bereitstellen eines transparenten Substrats mit einer transparenten leitfähigen Schicht darauf, Aufbringen einer 80 nm dicken CdS-Schicht auf die transparente leitfähige Schicht, Aufbringen einer 4 µm dicken CdTe-Schicht auf die CdS-Schicht, Aufbringen einer kristallinen CdCl2-Schicht auf die Oberfläche der CdTe-Schicht, Durchführen eines ersten Temperaturbehandlungsschritts bei 400°C für 25 Minuten, Bereitstellen von Kupfer auf einer Oberfläche der CdTe-Schicht durch Eintauchen des aus den vorherigen Schritten resultierenden Schichtstapels in eine wässrige 1 mmol/l CuCl2-Lösung über eine Dauer von 1 Minute, Aufbringen einer Rückkontaktschicht aus Molybdän auf die Oberfläche der CdTe-Schicht und Durchführen eines zweiten Temperaturbehandlungsschritts bei 200°C für 25 Minuten. Nach dieser Behandlung wurden die hergestellten CdTe-Solarzellen elektrisch charakterisiert, wobei die erhaltenen Werte der Parameter die Referenzwerte für alle anderen Messungen sind.
  • 2A zeigt den normalisierten Wirkungsgrad (η), 2B die normalisierte Leerlaufspannung (Voc), 2C den normalisierten Füllfaktor (FF) und 2D den normalisierten Kurzschlussstrom (Jsc) von CdTe-Solarzellen, die mit dem Verfahren entsprechend der Anmeldung verarbeitet wurden (durchgezogene Linie mit rechteckigen Punkten), und von CdTe-Solarzellen, die nach oben genannten Stand der Technik prozessiert wurden (gestrichelte Linie mit Rautenpunkten). Für jeden Parameter werden drei verschiedene Werte angegeben: Zuerst der (normalisierte) Wert, der nach dem letzten Temperaturbehandlungsschritt des jeweiligen Prozessablaufs gemessen wurde, zweitens der (normalisierte) Wert, der direkt nach Durchführung eines künstlichen Alterungsschritts (OCLS) für 48 Stunden mit einer Beleuchtungsstärke von ca. 35000 Ix bei 75°C unter Leerlaufbedingungen gemessen wurde, und drittens der (normalisierte) Wert, der nach Dunkel-Degradation gemessen wurde. Unter Dunkel-Degradation versteht man eine Lagerung der CdTe-Solarzellen für 7 Tage im Dunkeln, d.h. ohne Beleuchtung, und unter Leerlaufbedingungen. Für die mit dem Verfahren entsprechend der Anmeldung verarbeiteten CdTe-Solarzellen wurde vor dieser letzten Messung der dritte Reinigungsschritt entsprechend der Anmeldung durchgeführt. Wie der Vergleich der dritten Werte für jeden Parameter zeigt, führt die Kombination aller Schritte und Änderungen gegenüber dem Verfahren nach dem Stand der Technik, wie sie im Verfahren gemäß der Anmeldung gegeben ist, zu einer deutlichen Verbesserung der Eigenschaften der CdTe-Solarzellen.

Claims (13)

  1. Verfahren zur Herstellung einer CdTe-Dünnschichtsolarzelle, wobei das Verfahren folgende Schritte umfasst: • Bereitstellen eines transparenten Substrats mit einer transparenten leitfähigen Schicht als Frontkontakt darauf, • Aufbringen einer CdS-Schicht auf die transparente leitfähige Schicht mittels Closed-Space-Sublimation-Technik, wobei die CdS-Schicht mit einer Dicke im Bereich von 20 nm bis 40 nm aufgebracht wird, • Aufbringen einer CdTe-Schicht auf die CdS-Schicht unter mittels Closed-Space-Sublimation-Technik, wobei die CdTe-Schicht mit einer Dicke im Bereich zwischen 3 µm und 5 µm aufgebracht wird, • Aufbringen einer kristallinen Schicht aus CdCl2 mit einer Dicke im Bereich von 50 nm bis 100 nm auf eine erste Oberfläche der CdTe-Schicht, • Durchführen eines ersten Temperaturbehandlungsschrittes nach dem Aufbringen der CdCl2-Schicht bei einer Temperatur im Bereich von 380°C bis 430°C über eine Dauer im Bereich von 15 Minuten bis 45 Minuten unter atmosphärischen Bedingungen, • Durchführen eines ersten Reinigungsschrittes nach dem ersten Temperaturbehandlungsschritt, wobei der aus den vorangegangenen Prozessschritten resultierende Schichtstapel in eine Lösung von Diammoniumhydrogencitrat mit einer Konzentration im Bereich von 0,1 % bis 50 % über eine Dauer im Bereich von 15 Sekunden bis 5 Minuten getaucht wird, • Aufbringen einer Rückkontaktschicht auf die erste Oberfläche nach dem ersten Reinigungsschritt, wobei die Rückkontaktschicht mit einer Dicke im Bereich von 200 nm bis 400 nm aufgebracht wird und Molybdän enthält, • Bereitstellen von Kupferionen auf einer ersten Oberfläche der Rückkontaktschicht durch Eintauchen eines aus den vorherigen Prozessschritten resultierenden Schichtstapels in eine CuCl2-Lösung mit einer Konzentration im Bereich von 0,05 mmol/l bis 1 mmol/l über eine Dauer im Bereich von 30 Sekunden bis 2 Minuten, • Durchführen eines zweiten Temperaturbehandlungsschrittes nach dem Entfernen des Schichtstapels aus der CuCl2-Lösung bei einer Temperatur im Bereich von 180°C bis 250°C über eine Dauer im Bereich von 10 Minuten bis 45 Minuten unter atmosphärischen Bedingungen, • Durchführen eines künstlichen Alterungsschrittes nach Durchführung des zweiten Reinigungsschrittes, wobei der künstliche Alterungsschritt eine Beleuchtung des aus den vorangegangenen Prozessschritten resultierenden Schichtstapels über eine Dauer im Bereich von 1 Minute bis 48 Stunden mit einer Beleuchtungsstärke im Bereich von 5000 Ix bis 200000 Ix bei einer Temperatur im Bereich von 70°C bis 80°C unter atmosphärischen Bedingungen beinhaltet, und • Durchführen eines zweiten Reinigungsschrittes nach Durchführung des künstlichen Alterungsschrittes, wobei der aus den vorangegangenen Prozessschritten resultierende Schichtstapel durch Eintauchen des Schichtstapels in eine Dimethylformamidlösung mit einer Konzentration im Bereich von 50 % bis 100 % über eine Dauer im Bereich von 1 Minute bis 10 Minuten gereinigt und anschließend mit Wasser und Isopropanol gespült wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, weiterhin umfassend Durchführen eines weiteren Reinigungsschrittes nach dem zweiten Temperaturbehandlungsschritt und vor dem künstlichen Alterungsschritt, wobei der aus den vorangegangenen Prozessschritten resultierende Schichtstapel durch Eintauchen des Schichtstapels in eine Lösung von Dimethylformamid mit einer Konzentration im Bereich von 50% bis 100 % über eine Dauer im Bereich von 1 Minute bis 10 Minuten gereinigt wird.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Schichtstapel im zweiten Reinigungsschritt oder in dem weiteren Reinigungsschritt für 5 Minuten in eine 100 %-ige Lösung von Dimethylformamid getaucht wird.
  4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die CdS-Schicht mit einer Dicke von 30 nm aufgebracht wird.
  5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die CdTe-Schicht mit einer Dicke von 4 µm aufgebracht wird.
  6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die kristalline CdCl2-Schicht mit einer Dicke von 80 nm aufgebracht wird.
  7. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das CdCl2 vorzugsweise als wässrige Salzlösung durch Walzenbeschichtung aufgebracht wird.
  8. Verfahren nach Anspruch 1, wobei der erste Temperaturbehandlungsschritt bei einer Temperatur von 410°C für 25 Minuten durchgeführt wird.
  9. Verfahren nach Anspruch 1, wobei der erste Reinigungsschritt mit einer 1 %-igen Lösung von Diammoniumhydrogencitrat für 1 Minute durchgeführt wird.
  10. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Rückkontaktschicht aus Molybdän besteht und mit einer Dicke von 300 nm aufgebracht wird.
  11. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Einbringen von Kupferionen durch Eintauchen des Schichtstapels in eine 0,1 mmol/l CuCl2-Lösung für 1 Minute durchgeführt wird.
  12. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Temperaturbehandlungsschritt bei einer Temperatur von 200°C für 15 Minuten durchgeführt wird.
  13. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass während des künstlichen Alterungsschrittes der Schichtstapel bei einer Temperatur von 75°C gehalten wird, während er mit einer Beleuchtungsstärke von etwa 35000 Ix für 48 Stunden beleuchtet wird.
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