DE1639152C3 - Sonnenzellenbattene und Verfahren zu ihrer Herstellung - Google Patents

Sonnenzellenbattene und Verfahren zu ihrer Herstellung

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Description

Herstellungsstufe, mit aufgedampftea Halbleiter- einer Einzelzelle ist bestimmt durch die gewünschte schichten, Stromausbeute.
Fig.4 in entsprechender Darstellung die dritte Die geschilderten Herstellungsstufen sina in den
Herstellungsstufe, mit aufgedampften Sperrschichten F i g. 2 bis 5 zum ersten Ausführungsbeispiel einer und gemeinsamen Isolierstreifen, 5 Hochspannungsbatterie nach F i g. 1 dargestellt.
Fig.5 in entsprechender Darstellung die anschüe- Die Tragplatte 11 besteht aus isolierendem gegen
ßende Herstellungsstufe, mit aufgedampften positi- hohe Temperaturen, beständigem Plastikmaterial, ven Elektrodenbelegungen auf den Sperrschichten, Wenn das Licht im Sinne der Zeichnungen von unten
F i g. 6 in der Darstellung entsprechend F i g. 1 ein auf die Zellen treffen soll, ist dieses Material durchanderes Ausführungsbeispiel, mit Gitterelektrode!!, io sichtig oder wenigstens durchscheinend. Ein hierfür für größere Stromausbeute, geeignetes Material ist das Polymid, welches unter
F i g. 7 eine Teildraufsicht zu F i g. 6, in vergrößer- dem DuPont-Warenzeichen »Kapton« bekannt ist. tem Maßstab, teilweise aufgebrochen. Die negativen Elektroden 12 können durch eine de-
Die erfindungsgemäße Batterie ist hauptsächlich, ren Schema entsprechende Maske auf die Tragplatte aber nicht ausschließlich, bestimmt zur Umwandlung 15 11 im Vakuum gedampft werden,
der vom Sonnenlicht herrührenden. Strahlungsenergie Alsdann werden in ähnlicher Weise die Cadmium-
in elektrische Energie. - sulfidschichten 13 so aufgedampft, daß jede Schicht
Eine Solarzelle lielert eine Spannung nur vom die zugehörige Elektrode 12 teilweise überdeckt. Ais-Bruchteil eines Volts, tn Hochspannungsbatterien für dann werden die Sperrschichten 14 je auf eine Cadeine Klemmenspannung von einigen hundert bis eini- 20 miumsulfidschicht 13 gebracht, jedoch unter Ausspagen tausend Volt müssen also viele hundert bis viele rung eines Randes 15, im Bereich der freien Kontausend Einzelzellen in Serie geschaltet sein, was taktstreifenenden der Elektroden 12. Die Sperrbisher recht umständlich und teuer war, und eine schichten 14 können als Kupfersulfidbrei aufgetragen einzige unterbrochene oder auch nur beschädigte werden. Der allen Zellen gemeinsame, vom Auftrag Verbindungsstelle macht die ganze Batterie un- 25 ausgesparte Streifen 15 dient später zur Trennung brauchbar. Es wurde bereits vorgeschlagen, zur Ver- der positiven Sperrschicht von den negativen Elekgrößerung der Spannungsausbeute je Zelle n-n-Bin- trodenenden.
düngen an körnigen Einschlüssen von schräg aufge- Wenn das Kupfersulfid als Brei aufgetragen
dampften CdTe-Filmen vorzusehen. Der Erfindungs- wurde, muß es anschließend aufgeheizt werden,
gegenstand zeichnet s.ich aus durch gleichmäßige Re- 30 Ein Isolierstreifen 16 kommt dann auf den ausgeproduzierbarkeit der elektrischen Werte aller Einzel- sparten Rand 15, um Kurzschlüsse zwischen Sperrzellen und zuverlässige, verhältnismäßig hoch belast- schicht und Halbleiterschicht und den dort ansetzenbare Kontaktbrücken. den Elektroden 12 zu verhindern. Der Isolierstreifen
Erfindungsgemäß werden Dünnschichl-Solarzeikn 16 kann aus Plastik bestehen, etwa aus dem unter mit aufgedampftem Cadmiumsulfid zum Aufbau 35 dem Warenzeichen »Mylar« bekannten Polytereeiner Hochspannungsbatterie von verhältnismäßig phthalat oder aus Isolierlack oder aus flüssig aufgegroßer Stromausbeute verwendet. tragenem vernetzbarem Kunststoff, oder einer aufge-
Eine Vielzahl vor; kleinen Halbleiterschichten aus dampften Schicht, etwa aus Siliziumoxyd oder Silizi-Cadmiumsulfid, Cdi», oder anderem geeigneten Ma- umdioxyd.
terial, wird im Vakuum über Masken auf eine isolie- 40 Alsdann werden die positiven Elektroden 17 aufrende Tragplatte gedampft, auf die vorher ein Schalt- gebracht in ahnlicher Weise wie die negativen Elekschema aus negativen Elektrodenbelegungen ge- troden 12. Zum Schutz der Sperrschichten, und um dampft oder sonstwie gebracht wurde, so daß jede eine gleichmäßige Oberfläche zu erhalten, wird dann Cadmiumsulfidschicht eine Elektrodenbelegung teil- zuletzt eine nicht dargestellte Isolierfolie als Deckweise überdeckt. Alsdann werden die Sperrschichten 45 schicht aufgebracht. Entweder diese oder die Tragje auf die Oberfläche einer Cadmiumsulfid-Sehicht platte ist durchsichtig oder durchscheinend, so daß gebracht in Form eines Auftrages von Kupfersulfid- letztere entweder zur Rückwand oder Frontwand der brühe (Cu2S) odei durch gleichwirkende bekannte Batterie wird.
Mittel. Dabei darf die Sperrschicht nicht bis gan*. an Um die Auswirkung von Kontaktstörungen zu be-
dk negativen Elektrodenanschlüsse reichen. Sie wird 50 grenzen, kann ein entsprechend ausgeführter Satz fertiggestellt durch" Aufheizen der Brühe. von negativen und positiven in Kontaktstreifen aus-
Dann wird auf die Sperrschichten das Schalt- laufenden Elektroden 12 bzw. 17 auch an den in schema der positiven Elektrodenbelegungen mit Pig.2 bis5 unteren Zellenrändern vorgesehen sein, Kontakt-Uberlappungsbereichen zu den negativen parallel geschaltet zu den jeweils darüber vorgesehe-Belegungen der jeweils benachbarten Zellen gebracht 55 nen Elektroden (nicht dargestellt). Die Cadmiumsul- und zuletzt das ganze mit einer dünnen biegsamen, fidschichten können eine Abmessung von je 1 X 5 zweckmäßig ebenfalls aufgedampften isolierenden Millimetern haben, so daß viele tausend auf einem Deckschicht geschützt. Vor dem Aufbringen der Ge- Quadratmeter unterzubringen sind. Mit der erfingenelektroden werden jedoch die Randbereiche der dungsgemäßen Gruppierung läßt sich dann eine Halbleiterschichten, dort wo die Elektroden in die 60 Tausend-Volt-Batterie zusammendrängen auf eine Kontaktstreifen übergehen, mit einem Isolierstreifen Fläche von etwa 30 X 90 Zentimetern, bei einer abgedeckt. Entweder die Tragplatte auf der einen, Stromausbeute von etwa einem mA in Sonnenlicht, oder der isolierende Schutzfilm auf der anderen Seite Für größere Strombelastbarkeit können die Cad-
der Zellen oder beide sind durchscheinend, so daß miumsulfidschichten tragplattenseitig ganz mit metalclie Tragplatte im ersten Fall zur Vorderwand, im 65 lischen Elektroden belegt sein. Nach F i g. 1 ist dafür zweiten Fall zur Rückwand der Batterie wird. je ein auf die Tragplatte 11 gedämpfter Metallfilm 21
Die Anzahl der Zellen ergibt sich aus der ge- vorgesehen, worauf je eine Cadmiumsulfidschicht 22 wünschten Battorie-Klemmenspannung, die Fläche und auf dieser eine Sperrschicht 23 sitzt.
5 6
Die oberen positiven Elektroden 24 sind wegen Wegen des physikalischen Wirkungsmechanismus
der erforderlichen Lichtdurchlässigkeit gitterförmig, solcher Solarzellen wird vorläufig und hilfsweise Be-
und bei 25 ist die isolierende Deckschicht dargestellt. zug genommen auf die Offenbarung der USA.-Pa-
An der in der Zeichnung ganz linken Zelle ist die tentschrift 2 820 841: Die Sperrschicht geht eine
Gitterelektrode 24 mit einer herausgeführten positi- S p-n-Verbindung mit der Halbleiterschicht ein, wobei
ven Anschlußleitung 26 versehen. Jede der unteren sich Paarungen aus Elektronen und Elektronen-Fehl-
aufgedampften negativen Elektroden 21 ist nach stellen in der Cadmiumsulfidschicht bilden durch
rechts außerhalb der zugehörigen Halbleiterschicht die absorbierte Photonenenergie. Dabei entsteht der
22 in einen Kontaktstreifen verlängert, auf den ein Spannungsunterschied. Negative Ladungsträger dif-
entsprechender Kontaktstreifen 27 der positiven git- io fundieren durch die Grenzfläche, und der zugehörige
terförmigen Elektrode 24 von der jeweils benachbar- Spannungsunterschied läßt einen elektrischen Strom
ten Zelle heruntergebogen ist. Der Kontaktstreifen in einem äußeren Stromkreis schließen, wenn die
28 an der in der Zeichnung ganz rechten negativen Zelle durch Sonnenlicht oder eine andere Strahlungs-
Flächenelektrode 21 dient als negativer Leitungsan- quelle beaufschlagt wird.
Schluß der ganzen Batterie. Dadurch wird für eine 15 Obgleich gegenwärtig die Anwendung von Cadmi-
großflächige Solarzellenbatterie die Anzahl der her- umsulfid für die Halbleiterschicht sich als besonders
auszuführenden Verbindungsleitungen sehr vermin- günstig herausgestellt hat, ist die Erfindung darauf
dert, bei gleichzeitiger Verkleinerung des Herstel- nicht beschränkt, sondern könnte auch mit anderen
lungsaufwands und größerer Zuverlässigkeit der nach Halbleiterschichten ausgeführt werden, wie Cadmi-
innen verlegten Serienkontakte und bei größerer »o umtedorid, Galliumarsenid, Galliumphosphid und
Widerstandsfähigkeit der Batterie. Cadmiumselenid.
In F i g. 1 sind die Schichten der besseren An- Die Elektrodenbelegung kann mit jeder gegenüber
schaulichkeit wegen vertikal auseinandergezogen dem angewendeten Halbleitermaterial verträglichen
dargestellt, während im Ausführungsbeispiel nach Metallisierung ausgefühlt sein. Beispielsweise werden
F i g. 6 deren tatsächlicher Zusammenhang wiederge- «5 Silber, Kupfer, Molybden oder Zink angewendet. Ein
geben ist. Sachlich unterscheidet sich dieses vom Silberüberzug wird vorzugsweise zinkplattiert, um die
Ausführungsbeispiel nach F i g. 1 dadurch, daß die Verträglichkeit der Elektrodenoberfläche mit dem
randseitigen Kontaktstreifen 29 der unteren negati- Cadmiumsulfid zu verbessern,
ven Elketroden 21 gegen die entsprechenden Kon- Die Sperrschicht kann durch einen geeigneten che-
taktstreifen 31 von kräftigeren positiven Elektroden 30 mischen Prozeß erzeugt werden, beispielsweise durch
24 gebogen sind. Auftragen von Kupferchlorid (CuCl) in Ionenform,
Die vergrößerte aufgebrochene Draufsicht einer was auf der Cadmiumsulfidschicht einen Kupfersul-
Zelle in Fig.7 zum Ausführungsbeispiel nach fidfUmergibt.
Fig.6 läßt die Plastik-Deckschicht 25 erkennen, Als Elektrodenmaterial an der Halbleiterschicht
darunter die positive Gitterelektrode 24, unter dieser 35 könnte auch Zinnoxyd verwendet werden,
die Sperrschicht 23 und darunter die Halbleiter- Durch das Ausheizen des aufgeschlemmten Kup-
schicht 22 aus Cadmiumsulfid, unter welcher seitiich fersulfids wird dessen erwähnte Reaktion mit der
die Fortsetzung der negativen Flächenelektrode 21 Cadmiumsulfid-Halbleiterscbicht beschleunigt. Je-
als Kontaktstreifen 29 vorsteht. Unter der durchsich- doch könnte die Sperrschicht auch aufgedampft sein,
tigen Plastikfolie 25 ist links der flächenhafte Gegen- 40 Ein Ausführungsbeispiel für dieses Verfahren ist in
kontaktstreifen 31 als Fortsetzung der positiven Git- der USA.-Patentschrift 3 146 138 beschrieben, wor-
terelektrode 24 erkennbar. auf vorläufig und hilfsweise Bezug genommen wird.
Für das Ausführungsbeispiel nach F i g. 2 bis 5 hat Besonders vorteilhaft ist die Möglichkeit der ratio-
sich eine Polymid-Tragplatte als vorteilhaft erwiesen, nellen Massenfertigung des Erfindungsgegenstandes, mit zinkplattierten Silberelektroden darauf. Die 45 weil jeder Verfahrensschritt durch Aufdampfen im
Plattierung kann elektrolytisch oder durch Aufsprii- Vakuum geschehen kann. Alle Batterieteile außer
hen oder Aufdampfen im Vakuum oder als Feuer- der Tragplatte können dadurch erzeugt werden, und
plattierung ausgeführt sein. Darauf wird die zwar kontinuierlich in der gleichen Vakuumkammer
Cadmiumsulfid-Schicht gedampft, über diese die auf einer einzigen Tragplatte. Dabei werden von Sperrschicht aufgetragen. Die positiven Elektroden 50 außen gesteuerte unterschiedliche Masken und
sind aus goldplattiertem Kupfergitter. Die Plastik- Dampfquellen nacheinander zur .Wirkung gebracht
Deckschicht darüber kann ein Polymid- oder Sogar die abschließende Deckschicht 25 kann mit ge-
Polyterephthalat-Film sein; letzterer ist wegen seiner eignetem Material, wie Kieselerde oder Siliziumdi-
größeren Lichtdurchlässigkeit vorteilhaft. oxyd, aufgedampft werden.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

1 2
Patentansprüche- taktstreifens zur Nachbarzelle zu gewinnen. Dies sind
besonders aufwendige Verfahrensschritte, die eine
1. Verfahren zum Herstellen einer Sonnenzel- Störanfälligkeit der werdenden Batterie bewirken, lenbatterie, deren Halbleiterkörper und Elektro- Diese Kontaktstreifen, in der Ebene zwischen den denbeläge auf eine gemeinsame isolierende Platte 5 Halbleiterschichten sitzend, müssen entsprechend der gedampft und die Elektrodenbeläge entgegenge- vorgesehenen Strombelastung einen Mindestflächensetzter Polarität zwischen benachbarten Zellen anteil der Einzelzelle einnehmen, zu Lasten der verdurch Kontaktstreifen miteinander verbunden fügbaren Stromausbeute. Durch die zweite Halbwerden, dadurch gekennzeichnet, daß leiterschicht wird das Batterievolumen nochmals verauf die Tragplatte (11) zuerst in Abstand vonein- io größen, bezogen auf die Leistungsausbeute und Sonander die negativem metallischen Elektrodenbe- neneinstrahlung je Flächeneinheit.
läge (21) und darüber diese überlappend je eine Diese Mangel zu vermeiden ist Aufgabe der Erfin-
Halbleiterschicht (22) gedampft werden, die mit dung, welche bei einem Verfahren der eingangs er-
einer Sperrschicht (23) und hierauf mit einer Ge- wähnten Gattung dadurch gekennzeichnet ist, daß
genelektrode (24) versehen wird, welche mit der 15 auf die Tragplatte zuerst in Abstand voneinander die
auf der Tragplatte sitzenden Elektrode (21) negativen metallischen Elektrodenbeläge und dar-
durch sich überlappende Kontaktstreifen (27, 29, über diese überlappend je eine Halbleiterschicht ge-
31) verbunden wird. dampft werden, die mit einer Sperrschicht und hier-
2. Nach Anspruch 1 hergestellte Sonnenzellen- auf mit einer Gegenelektrode versehen wird, welche batterie, dadurch gekennzeichnet, daß je eine 20 mit der auf der Tragplatte sitzenden Elektrode durch Elektrode überlappend die Halbleiterschicht (22) sich überlappende Kontaktstreifen verbunden wird, auf der Tragplatte (28) niedergeschlagen ist. Der Kunstgriff besteht also darin, daß auf die
3. Sonnenzellenbatterie nach Anspruch 2, ge- Tragplatte zunächst die negativen metallischen Elekkennzeichnet durch eine zusammenhängende iso- trodenbe'iäge gedampft werden, so daß diese mit erlierende durchscheinende Deckschicht (25) über 25 wünscht großer Flächendeckung unter die anschlieden freien Oberflächenbereich aller Speixschich- ßend mit Hilfe einer Maske aufgedampfte einzige ten (23). Halbleiterschicht und Sperrschicht je Zelle zu liegen
4. Sonnenzellenbatterie nach Anspruch 2 kommen. Es brauchen jetzt nur noch die Gegenelekoder3, dadurch gekennzeichnet, daß die Halb- troden aufgebracht und die Elektroden mit den Geleiterschichten (22) aus im Vakuum aufge- 30 genelektroden benachbarter Zellen über die ihnen dampftem Kadmiumsulfid bestehen. anwachsenden Kontaktstreifen verbunden zu werden,
5. Sonnenzellenbatterie nach einem oder meh- um eine funktionsfähige Hochleistungs-Solarbatterie reren der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekenn- zu erhalten. Das aufwendige störanfällige Aufdampzeichnet, daß die Sperrschicht (23 bzw. 14) Kup- fen und anschließende teilweise Ausätzen einer zufersulfid enthält. 35 sätzlichen Halbleiterschicht entgegengesetzter Polari-
6. Sonnenzellenbatterie nach einem oder meh- tat zur Gewinnung räumlich unzureichender Ansatzreren der Ansprüche 2 bis 5, gekennzeichnet stellen für die negativen Elektrodenbelegungen entdurch einen Isolierstreifen (16) auf einem von fällt.
den Sperrschichten (14) ausgesparten Randbe- In Weiterbildung der Erfindung kann bei einer so reich (15) zwischen den unbeschichteten Kon- 40 hergestellten Sonnenzellenbatterie die Halbleitertaktstreifenenden der gegensinnigen Elektroden schicht je eine Elektrode überlappend auf der Trag-(12). platte niedergeschlagen sein.
7. Sonnenzellenbatterie nach einem oder meh- Ferner kann zum Schutz der Batterie eine zusamreren der Ansprüche 2 bis 6, gekennzeichnet menhängende isolierende durchscheinende Deckdurch die Anwendung von Gitterelektroden (24), 45 schicht über dem freien Oberflächenbereich aller welche die Belichtungsseite der zugehörigen Sperrschichten aufgebracht sein.
Schicht (22) überdecken (Fig. 1,6,7). Die Halbleiterschicht besteht zweckmäßig auf im
Vakuum aufgedampftem Kadmiumsulfid.
4 Die Sperrschicht enthält vorteilhaft Kupfersulfid.
50 Besonders günstig ist ein Isolierstreifen auf einem von den Sperrschichten ausgesparten Randbereich
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstel- zwischen den unbeschichteten Kontaktstreifenenden
len einer Sonnenzellenbatterie, deren Halbleiterkör- der gegensinnigen Elektroden. Dadurch können
per und Elektrodenbeläge auf eine gemeinsame iso- große Arbeitstoleranzen bei der Herstellung zugelas-
lierende Platte gedampft und die Elektrodenbeläge 55 sen werden, ohne die Gefahr von Kurzschlüssen,
entgegengesetzter Polarität zwischen benachbarten Für besonders hohe Strombelastung kann die Bat-
Zellen durch Kontaktstreifen miteinander verbunden terie in Weiterbildung der Erfindung Gitterelektro-
werden. den haben, welche die Belichtungsseite der zugehöri-
Aus der USA.-Patentschrift 3 151 379 ist ein der- gen Schicht überdecken.
artiges Verfahren bekannt. Dabei werden auf die öo Die Erfindung möge an Hand der in den Figuren Tragplatte nacheinander zwei Halbleiterschichten schematisch dargestellten Ausführungsbeispiele weimit entgegengesetzter Leitfähigkeit übereinander auf- ter erläutert werden. Es zeigt
gedampft, dann in einem dritten Arbeitsgang mit ent- F i g. 1 einen Querschnitt durch eine Hochspansprechenden Masken die Isolierfugen zwischen den nungsbatterie, senkrecht auseinandergezogen,
vorgesehenen Einzelzellen ausgeätzt, in einem vierten 65 F i g. 2 in vergrößerter Teüdraufsicht die erste Arbeitsgang die obere Halbleiterschicht jeder wer- Herstellungsstufe dazu, nämlich die Tragplatte mit denden Zelle teilweise entfernt, um den Ansatz füir aufgedampften negativen Elektrodenbelegungen,
die untere Verbindungselektrode in Form eines Kon- F i g. 3 in entsprechender Darstellung die zweite
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