DE202011000720U1

DE202011000720U1 - Vorrichtung zum Durchführen eines Verfahrens zum Herstellen einer Dünnschichtzelle und Dünnschichtgerät, das eine unter Spannung stehende AZO-Schicht und Fermi-Level-Pinning zwischen zwei Grenzflächen in zweiflächigen photovoltaischen Dünnschichtzellen verwendet

Info

Publication number: DE202011000720U1
Application number: DE202011000720U
Authority: DE
Original assignee: Stion Corp Calif; CM Manufacturing Inc
Current assignee: CM Manufacturing Inc
Priority date: 2011-03-30
Filing date: 2011-03-30
Publication date: 2011-06-01
Anticipated expiration: 2021-03-31

Abstract

Eine Vorrichtung zum Herstellen einer beidseitigen photovoltaischen Dünnschichtzelle, wobei die Vorrichtung aufweist: Mittel zum Bereitstellen eines Glassubstrats mit einer Oberflächenregion, die durch eine Zwischenschicht bedeckt ist; und Mittel zum Herstellen einer photovoltaischen Dünnschichtzelle auf der Oberflächenregion, wobei die photovoltaische Dünnschichtzelle aufweist: eine auf der Zwischenschicht aufliegende Anode, einen Absorber über der Anode und eine Fensterschicht und Kathode über dem Absorber vermittelt durch eine Pufferschicht; wobei die Anode eine aluminiumdotierte Zinkschicht (AZO) aufweist, die eine erste Schnittstelle mit der Zwischenschicht und eine zweite Schnittstelle mit dem Absorber herstellt, und wobei die AZO-Schicht ausgestaltet ist, Fermi-Level-Pinning an der ersten Schnittstelle und ein Spannungsfeld von der ersten Schnittstelle zur zweiten Schnittstelle hervorzurufen.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft im Allgemeinen photovoltaische Geräte, Herstellungsverfahren und Vorrichtungen zum Durchführen ebendieser Herstellungsverfahren. Insbesondere stellt die vorliegende Erfindung ein Verfahren, eine Vorrichtung zum Durchführen des Verfahrens und eine Gerätestruktur für eine beidseitige photovoltaische Dünnschichtzelle bereit. Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung umfassen ein Verfahren zum Herstellen eines beidseitigen photovoltaischen Dünnschichtgeräts, das ein Spannungsfeld in der Anode und Fermi-Level-Pinning verwendet, um das interne elektrische Feld zum Steigern des Zellwirkungsgrads zu verändern. Eine Anwendung der Erfindung ist ein Gerät, das eine unter Spannung stehende AZO-Schicht als eine Schnittstelle zwischen einem photovoltaischen Absorber und einer Anodenschicht zum Steigern der Lochsammlung verwendet.
Seit Anbeginn der Zeit ist die Menschheit mit der Herausforderung konfrontiert, Wege der Nutzbarmachung von Energie aufzudecken. Energie kommt in Formen vor wie beispielsweise petrochemisch, hydroelektrisch, nuklear, und in Form von Wind, Biomasse, Sonne, Holz und Kohle. Im Verlauf des letzten Jahrhunderts vertraute die moderne Zivilisation auf petrochemische Energie als eine wichtige Energiequelle. Petrochemische Energie umfasst Gas und Öl. Dies umfasst leichtere Formen, wie beispielsweise Butan und Propan, die herkömmlich verwendet werden, um Wohnstätten zu heizen, und als Brennmaterial zum Kochen dienen, sowie Benzin, Diesel und Kerosin, die herkömmlich für Transportzwecke verwendet werden. Schwerere Formen von Petrochemie können auch verwendet werden, um Wohnstätten zu heizen. Bedauerlicherweise ist der Vorrat an petrochemischen Treibstoffen begrenzt und im Grunde durch die auf der Erde verfügbare Menge vorgegeben. Weil mehr Menschen Mineralölerzeugnisse in größer werdenden Mengen verwenden, werden letztere zusehends zur knappen Ressource.
Unter Umweltgesichtspunkten saubere und erneuerbare Energie ist wünschenswert. Ein Beispiel für eine saubere Energiequelle ist hydroelektrische Energie. Hydroelektrische Energie entstammt aus elektrischen Generatoren, die durch den durch Dämme erzeugten Fluss von Wasser angetrieben werden. Saubere und erneuerbare Energiequellen umfassen auch Wind, Wellen, Biomassen und ähnliches. Windmühlen wandeln Windenergie in nützlichere Formen von Energie um, wie beispielsweise Elektrizität. Eine weitere Art sauberer Energie ist die Solarenergie.
Solarenergietechnologie wandelt im Allgemeinen von der Sonne ausgehende elektromagnetische Strahlung in andere nützliche Energieformen um. Diese anderen nützlichen Energieformen umfassen die thermische Energie und die elektrische Energie. Für Anwendungen elektrischer Energie werden häufig Solarzellen verwendet. Zwar ist die Solarenergie unter Umweltgesichtspunkten sauber und bis zu einem gewissen Grade erfolgreich gewesen, allerdings müssen viele beschränkende Probleme gelöst werden, bevor sie sich in großem Umfang verbreite kann. Zum Beispiel werden von einer Art von Solarzellen kristalline Materialien verwendet, die von Halbleitermaterial-Rohblöcken abgeleitet werden. Diese kristallinen Materialien können verwendet werden, um optoelektronische Geräte herzustellen, die photovoltaische und auf Photodioden basierende Geräte umfassen, die elektromagnetische Strahlung in elektrische Energie umwandeln. Allerdings sind kristalline Materialien häufig teuer und schwer in groß angelegtem Maßstab herzustellen. Andere Arten von Solarzellen verwenden „Dünnschicht”-Technologie, um eine dünne Schicht photosensitiven Materials herzustellen, die zum Umwandeln elektromagnetischer Strahlung in elektrische Energie verwendet werden soll. Ähnliche Beschränkungen gibt es bei der Verwendung der Dünnschichttechnologie für die Herstellung von Solarzellen. Das heißt, Wirkungsgrade sind häufig niedrig. Zusätzlich ist die Schichtbeständigkeit häufig niedrig und kann nicht für längere Zeiträume in herkömmlichen Umgebungsanwendungen verendet werden. Häufig sind dünne Schichten schwer mechanisch miteinander zu integrieren. Diese und andere Beschränkungen dieser herkömmlichen Technologien lassen sich durch die vorliegende Beschreibung hindurch und insbesondere unten finden.
Gemäß einer Bemühung, den Zellwirkungsgrad der Dünnschichtsolarzelle zu verbessern, spielen Prozesse zum Verbessern der relativen Bandausrichtung an den Heteroübergängen der Zelle wichtige Rollen zum Steigern der letztendlichen Leistung der Solarzellen. Bei der Auswahl geeigneter Materialien and Strukturen zum Herstellen der Übergangsschnittstellen photovoltaischer Dünnschichtzellen mit geeigneten elektrischen Feldstärken und -richtung gibt es verschiedene Herausforderungen mit Hinblick auf die Herstellung. Insbesondere beeinflusst die Bandaufstellung zwischen einem Absorber und einer Anode oder zwischen einer Fensterschicht und einer Kathode durch entsprechende Schnittstellen hindurch den Wirkungsgrad der Trägersammlung und die eingebaute Spannung der Zellen. Während sich herkömmliche Techniken in der Vergangenheit mit einigen dieser Probleme befasst haben, sind sie in verschiedenen Situationen häufig unzureichende. Deshalb ist es wünschenswert, verbesserte Vorrichtungen, Geräte und Strukturen zum Ausgestalten der Zellübergangsschnittstelle für die photovoltaischen Dünnschichtgeräte zur Verfügung haben.
KURZBESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Diese Erfindung stellt ein Verfahren zum Herstellen einer beidseitigen photovoltaischen Dünnschichtzelle und eine Vorrichtung zum Durchführen ebendieses Verfahrens bereit. Das Verfahren umfasst das Bereitstellen eines Glassubstrats mit einer Oberflächenregion, die durch eine Zwischenschicht bedeckt ist und das Herstellen einer photovoltaischen Dünnschichtzelle auf einer Oberflächenregion. Die photovoltaische Dünnschichtzelle umfasst eine auf der Zwischenschicht aufliegende Anode und eine Absorberschicht über der Anode. Weiterhin umfasst die Zelle eine Fensterschicht und eine Kathode über dem Absorbervermittelt durch eine Pufferschicht. Die Anode umfasst eine aluminiumdotierte Zinkoxid-(AZO)-Schicht, die eine erste Schnittstelle mit der Zwischenschicht und eine zweite Schnittstelle mit dem Absorber herstellt. Die AZO-Schicht ist ausgestaltet, Fermi-Level-Pinning an der ersten Schnittstelle und ein Spannungsfeld von der ersten Schnittstelle ausgehend zur zweiten Schnittstelle hervorzurufen.
In einer alternativen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird ein Dünnschichtsolargerät bereitgestellt, das eine unter Spannung stehende AZO-Schicht für eine Anoden-Absorber-Schnittstelle verwendet. Das Gerät umfasst ein optisch transparentes Substrat und eine auf dem transparenten Substrat aufliegende Zwischenschicht. Zusätzlich umfasst das Gerät eine Anodenschicht, die eine aluminiumdotierte Zinkoxid-(AZO-)Schicht umfasst, die eine erste Schnittstelle mit der Zwischenschicht bildet. Das Gerät umfasst weiterhin einen Absorber, der Kupfer-Indium-Gallium-Diselenid mit p–artiger Dotierung aufweist, der eine zweite Schnittstelle mit der AZO-Schicht bildet. Weiterhin umfasst das Gerät eine Pufferschicht, der eine auf dem Absorber aufliegende Fensterschicht folgt. Außerdem umfasst das Gerät eine auf der Fensterschicht aufliegende Kathodenschicht. In einer bestimmten Ausführungsform ruft die durch das Gerät verwendete AZO-Schicht ein Spannungsfeld in der Anodenschicht und Fermi-Level-Pinning an der ersten Schnittstelle zum Ändern eines internen elektrischen Felds an der zweiten Schnittstelle hervor.
Gemäß einigen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung wird ein internes elektrisches Feld in der Nähe der Anoden-Absorber-Schnittstelle geändert, und zwar unter Verwendung einer Kombination von Spannung in der Anode und Fermi-Level-Pinning an der Schnittstelle, um die Stärke des elektrischen Felds zu reduzieren oder sogar die interne elektrische Feldrichtung umzudrehen. Die verringerte interne elektrische Feldstärke senkt die Barriere, um den Trägerlöchern ein einfacheres Durchtunneln aus dem Absorber zur Anode zu erlauben. Die umgedrehte Richtung des internen elektrischen Felds an der Schnittstelle zwischen dem Absorber und der rückseitigen Elektrode unterstützt unmittelbar die Lochsammlung durch die n+artige Anode aus dem p–artigen Absorber.
Eine Zwischenschicht ist zwischen einer AZO-Schicht und der Oberflächenregion des Substrats platziert. Der Unterschied der Gitter zwischen der AZO-Schicht und der Zwischenschicht ruft eine Spannung in der Anode hervor, die das elektrische Feld an der Schnittstelle zwischen der Anode und dem Absorber verändert. An den Schnittstellen zwischen AZO-Schicht und der Zwischenschicht oder zwischen AZO-Schicht und dem Absorber ist das Elektronenband durch Oberflächenzustände verändert und über Fermi-Level-Pinning quer durch die Schnittstellen ausgerichtet. Sowohl die Spannung in der Anode als auch das Fermi-Level-Pinning kann das interne elektrische Feld an der rückseitigen Elektrode dazu bringen, nachzulassen oder sogar die Richtung zu wechseln, was die Sammlung von Löchern an dem rückseitigen Kontakt unterstützt and dadurch den Wirkungsgrad verbessert.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist ein Diagramm, das eine photovoltaische Dünnschichtzelle darstellt, die eine aluminiumdotierte Zinkoxidschicht als Anoden-Absorber-Schnittstelle verwendet;
2 ist ein Diagramm, das ein internes elektrisches Feld quer durch einen Absorber und seine Schnittstellen in einer herkömmlichen beidseitigen Struktur darstellt;
3A ist ein Diagramm, das eine Hetereoübergangs-Energiebandstruktur einer beidseitigen Zelle darstellt;
3B ist eine nähere Ansicht der Energiebandstruktur an der Anoden-Absorber-Schnittstelle der beidseitigen Zelle;
4 ist ein Diagramm, das eine unter Spannung stehende Schicht mit einer Schnittstelle zweier Materialien, die sich unterscheidende Gitterabstände haben, darstellt;
5 ist ein Diagramm des durch die vereinte Wirkung von Spannung in der Anode und beidseitigem Fermi-Level-Pinning veränderten internen elektrischen Felds bei der Anoden-Absorber-Schnittstelle gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
6 ist ein Diagramm, das ein Querschnitts-SEM-Bild einer mit einem Sputter erzeugten AZO-Schicht mit säulenartiger Morphologie darstellt; und
7 ist ein Diagramm, das ein Röntgenstrahl-Beugungsmuster einer mit einem Sputter erzeugten Zinkoxidschicht mit Wurtzitstruktur darstellt, das eine Einheitszelle in nativen, und gespannten Zuständen zeigt.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG BEVORZUGTER AUSFÜHRUNGSFORMEN
Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung stellen ein Verfahren und eine Vorrichtung mit Mitteln zum Herstellen einer Dünnschichtzelle und/oder eine Gerätestruktur für eine beidseitige photovoltaische Dünnschichtzelle bereit. Sie umfassen ein Verfahren und eine Vorrichtung mit Mitteln zum Herstellen eines beidseitigen photovoltaischen Dünnschichtgeräts, das ein Spannungsfeld in der Anodenschicht und Schnittstellen-Fermi-Level-Pinning verwendet, um ein die Zelleffizienz steigerndes internes elektrisches Feld an der Anoden-Absorber-Schnittstelle zu verwenden. Ein Gerät ist vorgesehen, das eine AZO-Schicht als Schnittstelle zwischen einem photovoltaischen Absorber und einer Anodenschicht zum Steigern der Lochsammlung verwendet.
1 ist ein Diagramm, das eine photovoltaische Dünnschichtzelle darstellt, die eine aluminiumdotierte Zinkoxidschicht an der Anoden-Absorber-Schnittstelle gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung verwendet. Wie gezeigt ist eine photovoltaische (PV) Dünnschichtzelle 100 auf einem Substrat 101 gebildet. Herkömmlicherweise wird für eine beidseitige photovoltaische Dünnschichtzelle ein transparentes Material, zum Beispiel Kalknatronglas, als Substrat gewählt. In einer Ausführungsform wird eine Zwischenschicht 105 gebildet, die auf einer Oberflächenregion des Substrats 101 aufliegt. Die Zwischenschicht 105 ist eine Grundschicht für eine rückseitige Elektrode, herkömmlich eine Anode. In einer bestimmten Ausführungsform kann die Zwischenschicht 105 als eine Barrierenschicht zum Verhindern, dass Natrium-Spezies aus dem Kalknatronglas in die Elektrodenschicht diffundieren, dienen.
In einer anderen bestimmten Ausführungsform ist die Zwischenschicht 105 optisch für Sonnenlicht durchsichtig, um die Absorption von der Rückseite der Zelle zu ermöglichen. Die Zwischenschicht 105 ist vorzugsweise eine transparente Oxidschicht, die aus Materialien gefertigt ist, die aus fluordotiertem Zinnoxid (TFO), Indiumzinnoxid und Siliziumdioxid (SiO₂) oder Siliziumnitrid ausgewählt sind. In einer anderen bestimmten Ausführungsform kann die Zwischenschicht 105 Teil einer rückseitigen Elektrode der Zelle 100 werden, wenn ein leitendes Material ausgewählt und ausgestaltet ist, einen elektrischen Kontakt für die Anode der Zelle zu bilden. Zum Beispiel können dünne Schichten transparenten leitenden Oxids und/oder Metalls (wie beispielsweise Molybdän) in der Zwischenschicht 105 umfasst werden. Zusätzlich kann die Zwischenschicht 105 als strukturelle Grundschicht zum Steuern des Spannungsfelds in einer Schicht dienen, die auf sich selbst aufliegend gewachsen wird, indem eine Seite der Schnittstelle mit einer Gitterkonstante in einem vorbestimmten Bereich festgelegt wird. Die darauf hergestellte Schicht kann aufgrund des Unterschieds der Gitter in einer kontrollierbaren Weise unter Spannung hergestellt werden.
Wie in 1 gezeigt wird eine Anodenschicht 110 auf der Zwischenschicht 105 aufliegend hergestellt. In einer bestimmten Ausführungsform ist die Anodenschicht 110 eine aluminiumdotierte Zinkoxid-(AZO-)Schicht, die zumindest eine erste Schnittstelle 107 zwischen der AZO-Schicht 110 und der Zwischenschicht 105 herstellt. Schichten aluminiumdotierten Zinkoxids sind transparent und elektrisch leitend. Die optischen Eigenschaft von AZO ist durch hohe Durchlässigkeit im sichtbaren Bereich und bei Infrarot-Wellenlängen bis hin zu ~12 μm durch brauchbare Durchlässigkeit gekennzeichnet. Die AZO-Schicht 110 kann durch Sputtern eines Targets, das aus 2–4% Aluminium Metall besteht (oder in der Form von Al₂O₃), in ZnO eingearbeitet werden. Die AZO-Schicht 110 kann durch RF- oder DC-Magnetron-Sputtern mit Zielleistungsdichten von etwa 3 W/cm² oder niedriger in einer Vakuumkammer in einem Druckbereich von etwa 0.133–1.333 Pa (1–10 mtorr) mit einer einfließenden Sauerstoff und Argon Gasmischung abgelagert werden. Alternativ kann die AZO-Schicht unter Verwendung des MOCVD-Verfahrens hergestellt werden. Nach der Bildung der AZO-Schicht auf der Zwischenschicht 105 kann das Aluminium, das als n–artige Dotierung dient, ein atomares Niveau, das von 5 × 10¹⁹ cm^–3 bis 1 × 10²¹ cm^–3 in der n⁺ Anode reicht. Die elektrische Leitfähigkeit, die als Volumenwiderstand oder als Flächenwiderstand gemessen wird, steht mit den Ablagerungseigenschaften und der Schichtdicke in Zusammenhang.
Mit Bezug auf 1 wird ein Absorber 115 auf der AZO-Schicht 110 aufliegend hergestellt, was zu einer Bildung mindestens einer zweiten Schnittstelle 112 zwischen der Anode 110 und dem Absorber 115 führt. Der Absorber 115 der Zelle 100 ist ein photovoltaisches Material, herkömmlich eine p–artige Halbleiter-Schicht. In einer bestimmten Ausführungsform wird der Absorber 115 durch thermische Behandlung einer Vorläuferschicht in einer gasförmigen Umgebung hergestellt. Zum Beispiel kann eine Vorläuferschicht, die Kupfer-Spezies, Indium-Spezies und/oder Indium-Gallium-Spezies umfasst, auf einer Oberfläche des Substrats unter Verwendung von Sputtern- hergestellt werden. In einem folgenden reaktiven thermischen Behandlungsprozess kann die Vorläuferschicht reaktiv behandelt werden, und zwar in einer gasförmigen Umgebung innerhalb des Ofenrohrs, das Selenide-Spezies oder Sulfide-Spezies und Stickstoff-Spezies etc. beinhaltet. Wenn das Ofenrohr aufgeheizt wird, reagiert das gasförmige Selen mit den Kupfer-Indium-Gallium-Spezies in der Vorläuferschicht. Als Ergebnis der reaktiven thermischen Behandlung wird die Vorläuferschicht in einen photovoltaischen Schichtaufbau umgewandelt, der eine Kupfer-Indium-(Gallium)-Diselenid(CIS/CIGS-)Verbindung aufweist, die ein p–artiger Halbleiter ist und als eine Absorberschicht zum Herstellen photovoltaischer Zellen dient.
Genauere Beschreibungen über den thermischen Behandlungsprozess zum Herstellen des CIGS photovoltaischen Schichtaufbaus von Dünnschichtsolarzellen kann nachgeschlagen werden, und zwar in der US Patentanmeldung mit der Nummer 61/178,459 mit dem Titel „Verfahren und System zum Selenisieren beim Fabrizieren von CIGS/CIS Solarzellen”, die am 14. Mai 2009 von Robert Wieting eingereicht wurde, die gemeinsam an die Stion Corporation aus San Jose übertragen wurde und hiermit als Referenz zum Bestandteil der vorliegenden Beschreibung wird. In bestimmten Ausführungsformen kann der Absorber 115 aus Cadmium-Tellerium-Zusammensetzungshalbleiter mit einer p–artigen Dotierung gefertigt werden. Natürlich kann es andere Variationen; Modifikationen und Alternativen geben. Zum Beispiel ist der Absorber hier als einzelne Übergangsstruktur dargestellt, während er alternativ in Zellen mit zwei oder mehr Übergängen hergestellt oder unterschiedlich wiederholt werden kann.
Über dem Absorber 115 umfasst die Zelle 100 eine Fensterschicht 125. In einer bestimmten Ausführungsform kann eine Pufferschicht 120 zwischen der Fensterschicht 125 und dem Absorber 115 eingefügt werden. Die Pufferschicht 120 ist in elektrischer Hinsicht n–artig, während die Fensterschicht 125 in elektrischer Hinsicht n+artig ist. In einer Ausführungsform kann die Pufferschicht 120 aus einer Cadmium-Sulfid-Zusammensetzung unter Verwendung eines Chemischen-Badabscheidungsverfahren („chemical bath deposition”; CBD) hergestellt werden. In einer anderen Ausführungsform kann die Pufferschicht durch Zinkoxid unter Verwendung des MOCVD-Verfahrens hergestellt werden. Das MOCVD-Verfahren wird anstelle des Sputtern verwendet, um die Zinkoxidschicht herzustellen, so dass möglicher struktureller Schaden der zweiten Schnittstelle, der durch die Sputter-Technologie verursacht wird, im Wesentlichen verringert werden kann. In einer bevorzugten Ausführungsform ist die Fensterschicht 125 eine AZO-Schicht, die ein aluminiumdotiertes Zinkoxid mit einer Dicke ist, die dünner als der Absorber 115 ist. In bestimmten Ausführungsformen kann die Fensterschicht 125 verwendet werden, um einen Kathodenkontakt der Solarzelle zu bilden. Alternativ kann eine weitere Schicht, die aus bordotiertem Zinkoxid hergestellt ist, unter Verwendung des MOCVD-Verfahrens hinzugefügt werden, um einen vorderseitigen elektrischen Kontakt mit n+ elektrischer Eigenschaft herzustellen.
Um die Dünnschichtsolarzelle zu konfigurieren, ist eine beidseitige Zellstruktur verwendet worden, mit dem Ziel, die Photonabsorption beider Seiten des Absorbers zu Steigern. 2 ist ein vereinfachtes Diagram, das das interne elektrische Feld quer durch einen Absorber und seine Schnittstellen in einer herkömmlichen beidseitigen Struktur darstellt. In dieser Struktur sind sowohl Anoden- und Kathodenschicht aus AZO-Material mit n+ elektrischer Eigenschaft hergestellt und ein p–artiger Absorber ist dazwischen eingeklemmt. Wegen der strukturellen Konfiguration und elektrischen Eigenschaft unter Gleichgewichtsbedingungen kann das interne elektrische Feld an beiden Schnittstellen des Absorbers eine Richtung aufweisen, die aus dem elektrischen Kontakt auf den Absorber zeigt. Wie in 2 dargestellt zeigt insbesondere das elektrische Feld E3 am rückseitigen Kontakt auf den p–artigen Absorber. Solch eine Konfiguration ist für eine Sammlung von Löchern nicht leitend. In anderen Worten steht das Vorzeichen von E3 gegen den Lochtransport aus dem Absorber zum rückseitigen Kontakt. Energetisch steht die Stärke des internen elektrischen Felds in Zusammenhang mit der harten Energiebarriere, durch die Löcher durchtunneln sollen.
3A ist ein vereinfachtes Diagramm, das die Heteroübergangs-Bandstruktur einer beidseitigen Zelle darstellt. Es zeigt sowohl ein Valenzband E_v als auch eine Leitungsband E_c einer beidseitigen Zellstruktur mit n+ durchsichtigem Oxid als rückseitigen Kontakt, einem Anodenkontakt auf der linken Seite und einem Kathodenkontakt auf der rechten Seite. 3B ist eine nähere Ansicht der Bandstruktur an der Anoden-Absorber-Schnittstelle der beidseitigen Zelle. Wie gezeigt existiert eine Barriere an der Anoden-Absorber-Schnittstelle, so dass die Zelle für die Sammlung von Trägerlöchern durch den rückseitigen Kontakt auf Tunnelströme angewiesen ist. Die Löcher haben normalerweise keine ausreichend Energie für thermoionische Emission. Das interne elektrische Feld ist hier dem Tunneln der Löcher entgegengesetzt, indem es auf den Absorber zeigt. Ohne effiziente Sammlung von Trägerlöchern kann die Solarzelle keinen ausreichend hohen photovoltaischen Strom als Grundlage einer Solarzelle mit hohem Wirkungsgrad erzeugen. Deshalb ist die Verwendung von Mechanismen wünschenswert, diedie Tunnelbarriere durch Verändern des internen elektrischen Felds in der Anode verringern oder sogar das Vorzeichen des internen elektrischen Felds an der Anoden-Absorber-Schnittstelle ändern, um den Tunnelstrom zu unterstützen.
Gemäß einer Ausführungsform wird das elektrische Feld geändert, und zwar unter Verwendung einer rückseitigen Elektrodenstruktur, die auf einer Zwischenschicht, die zuerst auf einer Oberflächenregion eines (transparenten) Substrats angeordnet wird, aufliegendes AZO-Material umfasst. Gemäß dieser Ausführungsform wird Gitterunterschieds-Spannung ausgenutzt, um das interne elektrische Feld quer durch die Anoden-Absorber-Schnittstelle abzuändern. 4 ist ein Diagramm, das eine gespannte Schicht mit einer Schnittstelle von zwei Materialien mit unterschiedlichem Gitterabstand darstellt. Wie gezeigt, gleichen sich beide Schichten zu einem thermodynamischen Gleichgewichtszustand an, der die Freie Energie des A + B Systems verringert, wenn zwei Materialien A und B mit im jeweiligen Grundzustand unterschiedlichem Gitterabstand zusammen angeordnet werden, wie beispielsweise beim Wachsen einer Schicht von Material B auf einer Schicht von Material A. Material B hat eine Gitterkonstante a₁, die größer als eine Gitterkonstante a₀ des Materials A ist. Das Material B wird unter Druckspannung sein, um sich dem kleineren Gitter von Material A anzupassen, während letzteres zur gleichen Zeit unter Zugspannung ist. Die Beanspruchung jeder der beiden Schichten, eine in Druckspannung und eine in Zugspannung, kann unmittelbar mit einem Wert von (a₁ – a₀)/a₀ in Zusammenhang gesetzt werden.
Die Eigenschaften dünner Schichten unter Belastung werden aus ihrem unbelasteten Grundzustand verändert. Zum Beispiel werden Energiebandausrichtung, Trägerbeweglichkeit, Rekombinationsrate der Minoritätsträger, Zustandsdichte, piezoelektrische Felder, etc. durch Spannung innerhalb der Schicht verändert. Durch geeignetes Einstellen der Schnittstellenstrukturen kann die Veränderung der obigen physikalischen Eigenschaften als Funktion der Schnittstellenstrukturen kontrollierte werden. Dies bietet eine Grundlage zum Herstellen eines auf einer vielschichtigen Dünnschicht basierenden photovoltaischen Übergangs, der für die gewünschte Vorraussetzung der Solargerätsleistung sorgt. Insbesondere, kann der Trägersammlungswirkungsgrad einer auf einer Dünnschicht basierender Solarzelle gemäß einer Ausführungsform der Erfindung erhöht werden, und zwar durch Verwendung der Spannung in der Anode, um die Tunnelbarriere zum Sammeln von Löchern aus dem Absorber zu verringern. Wie in 3 gezeigt verlässt eine Energiebarriere, die durch Leitungsbandsversatz bestimmt wird, zwischen Anode und Absorber. Ein gewünschter Bandversatz kann von 0,1 eV bis 0,3 eV reichen. Die relative Bandausrichtung zwischen den verschiedenen Materialien in der Zelle bestimmt das Wesen einer IV-Kurve and somit den Zellwirkungsgradfaktor. Banddiskontinuitäten, insbesondere solche in dem Leitungsband, führen zu Unregelmäßigkeiten oder „Knicken” in der IV-Kurve der Zelle. Die relative Bandanordnung an dem Heteroübergang in auf Dünnschichten basierenden Solarzellen ist ein bedeutender Faktor bei der Bestimmung der letztendlichen Leistung. Das Feld an dem Übergang ist für die Trennung von Elektronen und Löchern in der Raumladungszone verantwortlich. Träger, die in den quasi-neutralen Zonen erzeugt werden, diffundieren an die Kante der Raumladungszonen, wo sie unter dem Einfluss des internen elektrischen Felds driften. Wenn die Spannung in der Anodenschicht und somit das elektrische Feld verändert ist, kann die Bandausrichtung an der Schnittstelle zu Gunsten der Unterstützung der Sammlung von Trägerlöchern eingestellt werden. Zum Beispiel kann das interne elektrische Feld so verringert werden, dass die Energiebarriere zum Lochtunneln im Wesentlich herabgesetzt werden kann. Oder das interne elektrische Feld wird in eine entgegengesetzt Richtung zur Anode hin umgedreht, wodurch der Trägerstrom unmittelbar unterstützt wird.
Der andere Effekt, der die Wahl der Materialien und Strukturen der Anoden-Absorber-Schnittstelle beeinflusst, umfasst ein Phänomen des Fermi-Level-Pinning an der Schnittstelle. Die festgelegte („pinned”) Oberfläche kann die Diode und somit die photovoltaische Antwort der Zelle verringern, wodurch die Zellleistung verbessert wird. Die meisten Halbleiter haben an der Oberfläche gebrochene, hängende Bindungen, die chemisch aktiv sind. Der nicht-symmetrische Bruch in dem Kristallpotential führt in der Spalte zur Bildung von defektartigen Energiezuständen, die als Rekombinationszentren tätig sind. Diese Oberflächenzustände können der bestimmende Faktor der Lage des Fermi-Niveaus sein (anstelle der intrinsischen Trägerniveaus). Das Ausmaß, in dem das Fermi-Niveau festgelegt („gepinnt”) wird, wird durch die Dichte solcher Oberflächenzustände, ihrer Auffang-Querschnitte und ihrer Lage im Energieband bestimmt. Während der sequentiellen Herstellung des Dünnschichtstapels überlagern die Oberflächenzustände, die im Wesentlichen an den Schnittstellen als obere Schichten zurückgehalten werden, die untere Schicht. Festlegen des Fermi-Niveaus durch Schnittstellen-Zustände „friert” die Banden in der Raumladungszone quer durch die Schnittstelle ein, d. h. es vorbestimmt die Bandausrichtung und -biegung aus dem Absorber zu der Anode unabhängig von dem Dotierungsniveau der jeweiligen Schicht quer durch die Schnittstelle.
5 ist ein Diagramm des durch die gemeinsame Wirkung von Spannung in der Anode und Fermi-Level-Pinning zwischen zwei Grenzflächen veränderten internen elektrischen Felds an der Anoden-Absorber-Schnittstelle gemäß einer Ausführungsform der Erfindung. Wie gezeigt ist eine Zwischenschicht 105 vor einer Herstellung, einer Anodenschicht 110 auf ein Substrat 101 angeordnet und wird von einer Absorberschicht 115 gefolgt. In einigen Ausführungsformen trägt die Zwischenschicht 105 zumindest in zwei Weisen zum Verbessern der auf Dünnschicht basierenden beidseitigen Solarzelle durch Verändern des darin befindlichen elektrischen Felds bei. Es erzeugt eine erste Schnittstelle 107 zwischen der n+ Halbleiter AZO-Schicht 110 und der Zwischenschicht 105. An der ersten Schnittstelle führen gebrochene chemische Bindungen beider der zwei Schichten und atomare Umbauten an der Schnittstelle zur Bildung von Schnittstellenzuständen, die unmittelbar die Fermi-Level-Pinning Wirkung zur Folge haben. Zusätzlich koppelt das Fermi-Level-Pinning 108 an der ersten Schnittstelle 107 mit dem Fermi-Level-Pinning 111 an der zweiten Schnittstelle 112 zwischen der AZO-Schicht 110 und dem darauf folgend hergestellten Absorber 115. Als Ergebnisse des Fermi-Level-Pinnings 108 und 111 an den Schnittstellen kann eine Energiebarriere zum Lochtunneln zu Gunsten eines erhöhten Trägersammlungswirkungsgrads eingestellt werden, während photo-induzierte Elektron-Loch Rekombination verringert wird.
Zweitens stellt die Zwischenschicht 105, die über dem Glassubstrat 101 hergestellt wurde, eine Grundschicht zum Herstellen der AZO-Schicht 110. Die AZO-Schicht 110 kann verwendet werden, um die Gitterunterschieds-Spannung in der darauf folgend hergestellten AZO-Schicht 110 besser zu kontrollieren, und zwar besser im Vergleich zu dem Fall in dem die AZO-Schicht unmittelbar über das Glassubstrat 101 angeordnet wird. In einer Ausführungsform wird das Material und die Dicke der Zwischenschicht 105 als verfahrenstechnische Parameter zum Einstellen des Spannungsfelds in der AZO-Schicht 110 verwendet. Zum Beispiel kann eine Zwischenschicht ein Material mit einer (durchschnittlichen) Gitterkonstante umfassen, die kleiner ist als die der AZO-Schicht, so dass die aufliegende AZO-Schicht eingestellt ist, unter Druckspannung zu sein. Die Zwischenschicht kann ein Material mit größerer Gitterkonstante umfassen, so dass das Spannungsfeld der aufliegenden AZO-Schicht zu einer Zugspannungseigenschaft eingestellt werden kann. Die AZO-Schicht kann durch eine Sputter-Technik unter Verwendung eines aluminiumdotierten Zink- oder Zinkoxid-Targets hergestellt werden. Alternativ kann die AZO-Schicht unter Verwendung eines MOCVD-Verfahrens hergestellt werden. Die AZO-Schicht 110 kann eine stark dotierte Al Spezies umfassen, die von 5·10¹⁹ cm^–3 bis 1·10²¹ cm^–3 reicht.
6 ist ein Querschnitts-SEM-Bild einer durch Sputtern hergestellte AZO-Schicht mit einer ausgerichteten säulenartigen Morphologie, das zeigt dass die durch Sputtern hergestellte Zinkoxidschicht durch eine säulenartige Morphologie gekennzeichnet ist. Die Orientierung der säulenartigen Strukturen ist durch die gesamte Schichtdicke von etwa 600 nm im Wesentlichen rechtwinklig zum Substrat. Hinsichtlich atomarer Struktur ist Zinkoxid (ZNO) und mit Aluminium dotiertes Zinkoxid (ZnO:Al) eine Wurtzitstruktur (siehe auch Inset in der 7). Die Wurtzitstruktur ist eine Einheitszelle mit verlängerter c-Achse, die rechtwinklig zu einer Zinkatomschicht und einer Sauerstoffatomschicht in der (100)-Ebene steht. 7 zeigt ebenfalls ein Röntgenbeugungsschaubild mit einem auffallenden [002] Peak, der klar auf die säulenartige Ausrichtung entlang einer c-Achse hinweist. Für die auf der Zwischenschicht 105 hergestellten ZnO oder AZO-Schicht 110, ist die c-Achse rechtwinklig zur ersten Schnittstelle 107. Die ausgerichtete Zinkoxidschicht zeigt den größten piezoelektrischen Effekt, der eine vorteilhafte Eigenschaft wird, die zum Steuern der durch Spannung hervorgerufenen Veränderung des internen elektrischen Felds in der Schicht verwendet werden kann. Das Inset der 7 zeigt auch die Einheitszelle von Zinkoxid unter Belastung, und zwar einmal unter Druckspannung und einmal unter Zugspannung. Wie gesehen ist die Einheitszelle lediglich in der (100)-Ebene entweder geschrumpft oder vergrößert und entsprechend in der c-Achsen-Richtung ausgeweitet oder zurückgezogen, weil die c-Achse rechtwinklig zur Schnittstelle 107 ist. Deshalb richtet die Unterschieds-Spannung in der ZnO- oder AZO-Schicht unmittelbar deren atomare Abstände in der Einheitszelle neu aus und verändert ihre intrinsische piezoelektrische Eigenschaft. Die Unterschied-Spannung verursacht demgemäß eine Veränderung des internen elektrischen Felds in der AZO-Schicht und durch eine zweite Schnittstelle hindurch zur oberen Schicht, wie beispielsweise einer Absorberschicht, die auf der AZO-Schicht aufliegt.
Unter Bezugnahme auf 5 ist ersichtlich, dass in einer bestimmten Ausführungsform eine Kombination von Spannung in der Anode 110, die durch einen Gitterunterschied zwischen der Anodenschicht 110 und der darunter liegenden Zwischenschicht 105 hervorgerufen wird, und von Fermi-Level-Pinning an der ersten Schnittstelle 107 der zwei oberen Schichten das interne elektrische Feld dazu bewegt, an der zweiten Schnittstelle 112 zwischen Anode 110 und Absorber 115 nachzulassen. In einer Ausführungsform wird das interne elektrische Feld E3 quer durch die zweite Schnittstelle 107 hinsichtlich der Stärke verringert, und zwar durch die kombinierte Wirkung der Spannung und des Fermi-Level-Pinnings. In einer anderen Ausführungsform weist das interne elektrische Feld E2 quer durch die zweite Schnittstelle 107 ein umgekehrtes Vorzeichen auf, um seine Richtung anstelle auf den Absorber gerichtet zur Anode zu drehen. Dies kann die Tunnelbarriere, die Löcher aus dem Absorber zur AZO-Schicht passieren müssen, wesentlich ändern und/oder unmittelbar den Lochstrom unterstützen, um die Sammelrate von Löchern an dem rückseitigen Elektrodenkontakt Steigern. Als Ergebnis dieses gemeinsamen Effekts, kann die auf Dünnschicht basierende photovoltaische Zelle einen stark verbesserten Photon-Elektron-Umwandlungswirkungsgrad haben, der sich in einen verbesserten Solarmodulwirkungsgrad. übersetzt.
In einer alternativen Ausführungsform kann das elektrische Feld der Anodenschicht geändert werden, indem die relative Zusammensetzung von Zn und Sauerstoff nahe der zweiten Schnittstelle innerhalb der AZO-Schicht geändert wird. Zum Beispiel kann während des Bildens des Zinkoxids oder insbesondere der AZO-Schicht der Sauerstoffgehalt in dem Sputter-Arbeitsgas erniedrigt oder erhöht werden, so dass das durch Sputtern hergestellte ZnO oder ZnO:Al Zn-reich oder O-reich sein kann. Auf atomarer Ebene können die Zn-Atome in Zn-Atomebenen durch überschüssigen Sauerstoff oder umgekehrt ersetzt werden. Dies kann die intrinsische Spannung, piezoelektrische Eigenschaft, Schnittstellenenergiezustände und Fermi-Level-Pinning und schlussendlich das interne elektrische Feld ändern.
Während die vorliegende Erfindung anhand bestimmte Ausführungsformen beschrieben worden ist, sollte es verstanden werden, dass vielfältige Änderungen, Modifizierungen und Variationen des Verfahrens zum Herstellen einer Dünnschichtzelle, der Vorrichtung zum Durchführen ebendieses Verfahrens und des Dünnschichtsgerätsgemäß der vorliegenden Erfindung aufgeschlagen werden können, ohne vom eigentlichen Gedanken und Bereich der vorliegenden, durch die angehängten Ansprüche bestimmten Erfindung abzuweichen. Zum Beispiel ist die Verwendung einer AZO-Schicht für die rückseitige Kontaktschicht nur als ein Beispiel dargestellt. Eine andere transparente leitende Schicht, die in einer oder anderer Weise eingestellt werden kann, um das internes elektrisches Feld an der Anoden-Absorber-Schnittstelle und darauf folgend die Trägersammlung an dem rückseitigen elektrischen Kontakt zum Verbessern des photoelektrischen Umwandlungswirkungsgrads zu ändern, ist auch denkbar. Aufgrund des Wesens beidseitiger photovoltaischer Zellen, ist es wichtig, Kontrolle über das interne elektrische Feld an der Schnittstelle zu haben, und zwar mittels eines oder mehrerer Materialien oder struktureller Parameter, um die Ladungsteilung zu steigern und den Trägersammlungswirkungsgrad an sowohl der vorderseitigen als auch der rückseitigen Elektrode der Zelle zu verbessern. Obwohl die oben beschriebenen Ausführungsformen auf Absorber angewendet worden sind, die aus CdTe oder CIS und/oder CIGS hergestellt und durch eine AZO-Schicht für vorderseitigen und rückseitigen elektrischen Kontakt in einem Schichtstapel gedeckelt sind, können zusätzlich andere auf Dünnschicht basierende beidseitige Solarzellen mit einzelnen, doppelten oder mehr Übergängen sicherlich auch aus den Ausführungsformen einen Nutzen ziehen, ohne von der durch die hier vorliegenden Ansprüche beschriebenen Erfindung abzuweichen.
Das Verfahren zum Herstellen einer beidseitigen Dünnschichtzelle kann durch verschiedene Aspekte gekennzeichnet sein, die im Folgenden kurz aufgelistet sind.
Aspekt 1:
Ein Verfahren zum Herstellen einer beidseitigen photovoltaischen Dünnschichtzelle, wobei das Verfahren umfasst:
Bereitstellen eines Glassubstrats mit einer Oberflächenregion, die durch eine Zwischenschicht bedeckt ist; und
Herstellen einer photovoltaischen Dünnschichtzelle auf der Oberflächenregion, wobei die photovoltaische Dünnschichtzelle aufweist: eine auf der Zwischenschicht aufliegende Anode, einen Absorber über der Anode und eine Fensterschicht und Kathode über dem Absorber, der durch eine Pufferschicht vermittelt ist;
wobei die Anode eine aluminiumdotierte Zinkschicht (AZO) aufweist, die eine erste Schnittstelle mit der Zwischenschicht und eine zweite Schnittstelle mit dem Absorber herstellt, und wobei die AZO-Schicht ausgestaltet ist, Fermi-Level-Pinning an der ersten Schnittstelle und ein Spannungsfeld von der ersten Schnittstelle zur zweiten Schnittstelle hervorzurufen.
Aspekt 2:
Das Verfahren nach Aspekt 1, wobei die Zwischenschicht eine Schicht aufweist, die aus Material hergestellt wurde, das aus fluordotiertem Zinnoxid (TFO), Indium-Zinnoxid (ITO), Si₃N₄, SiO₂, Molybdän und Kombinationen dieser ausgewählt ist.
Aspekt 3:
Das Verfahren nach Aspekt 1, wobei der Absorber eine p–artige Halbleiterschicht, die aus CdTe-Material oder Kupfer-Indium-Gallium-Diselinid CIGS-Material hergestellt ist.
Aspekt 4:
Das Verfahren nach Aspekt 1, wobei die AZO-Schicht eine stark dotierte Al Spezies aufweist, die von 5 × 10¹⁹ cm^–3 bis 1 × 10²¹ cm^–3 reicht.
Aspekt 5:
Das Verfahren nach Aspekt 1, wobei sowohl das Fermi-Level-Pinning an der ersten Schnittstelle und das Spannungsfeld von der ersten Schnittstelle bis zur zweiten Schnittstelle eine Verringerung der Stärke des internen elektrischen Felds an der zweiten Schnittstelle verursacht.
Aspekt 6:
Das Verfahren nach Aspekt 5, wobei die Verringerung der Stärke des internen elektrischen Felds an der zweiten Schnittstelle einen Barriere zum Lochtunneln quer durch die zweite Schnittstelle aus dem Absorber zur Anode verringert.
Aspekt 7:
Das Verfahren nach Aspekt 1, wobei sowohl das Fermi-Level-Pinning an der ersten Schnittstelle und das Spannungsfeld aus der ersten Schnittstelle zu der zweiten Schnittstelle ein Umdrehen der Richtung des internen elektrischen Felds an der zweiten Schnittstelle verursacht.
Aspekt 8:
Das Verfahren nach Aspekt 7, wobei das Umdrehen der Richtung des internen elektrischen Felds an der zweiten Schnittstelle unmittelbar eine Sammlung von Löchern an der zweiten Schnittstelle aus dem Absorber zur Anode unterstützt.
Aspekt 9:
Das Verfahren nach Aspekt 1, wobei das Substrat Kalknatronglas aufweist.
Aspekt 10:
Das Verfahren nach Aspekt 1, wobei das Substrat ein optisch transparentes Material aufweist.

Claims

Eine Vorrichtung zum Herstellen einer beidseitigen photovoltaischen Dünnschichtzelle, wobei die Vorrichtung aufweist: Mittel zum Bereitstellen eines Glassubstrats mit einer Oberflächenregion, die durch eine Zwischenschicht bedeckt ist; und Mittel zum Herstellen einer photovoltaischen Dünnschichtzelle auf der Oberflächenregion, wobei die photovoltaische Dünnschichtzelle aufweist: eine auf der Zwischenschicht aufliegende Anode, einen Absorber über der Anode und eine Fensterschicht und Kathode über dem Absorber vermittelt durch eine Pufferschicht; wobei die Anode eine aluminiumdotierte Zinkschicht (AZO) aufweist, die eine erste Schnittstelle mit der Zwischenschicht und eine zweite Schnittstelle mit dem Absorber herstellt, und wobei die AZO-Schicht ausgestaltet ist, Fermi-Level-Pinning an der ersten Schnittstelle und ein Spannungsfeld von der ersten Schnittstelle zur zweiten Schnittstelle hervorzurufen.
Die Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Zwischenschicht eine Schicht aufweist, die aus Material hergestellt wurde, das aus fluordotiertem Zinnoxid (TFO), Indium-Zinnoxid (ITO), Si₃N₄, SiO₂, Molybdän und Kombinationen dieser ausgewählt ist.
Die Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei der Absorber eine p–artige Halbleiterschicht, die aus CdTe-Material oder Kupfer-Indium-Gallium-Diselinid CIGS-Material hergestellt ist.
Die Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die AZO-Schicht eine stark dotierte Al Spezies aufweist, die von 5 × 10¹⁹ cm^–3 bis 1 × 10²¹ cm^–3 reicht.
Die Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei sowohl das Fermi-Level-Pinning an der ersten Schnittstelle und das Spannungsfeld von der ersten Schnittstelle bis zur zweiten Schnittstelle eine Verringerung der Stärke des internen elektrischen Felds an der zweiten Schnittstelle verursacht.
Die Vorrichtung nach Anspruch 5, wobei die Verringerung der Stärke des internen elektrischen Felds an der zweiten Schnittstelle einen Barriere zum Lochtunneln quer durch die zweite Schnittstelle aus dem Absorber zur Anode verringert.
Die Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei sowohl das Fermi-Level-Pinning an der ersten Schnittstelle und das Spannungsfeld aus der ersten Schnittstelle zu der zweiten Schnittstelle ein Umdrehen der Richtung des internen elektrischen Felds an der zweiten Schnittstelle verursacht.
Die Vorrichtung nach Anspruch 7, wobei das Umdrehen der Richtung des internen elektrischen Felds an der zweiten Schnittstelle unmittelbar eine Sammlung von Löchern an der zweiten Schnittstelle aus dem Absorber zur Anode unterstützt.
Die Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei das Substrat Kalknatronglas aufweist.
Die Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei das Substrat ein optisch transparentes Material aufweist.
Ein Dünnschichtsolargerät, das eine gespannte AZO-Schicht für eine Anoden-Absorber-Schnittstelle verwendet, wobei das Gerät aufweist: ein optisch transparentes Substrat; eine Zwischenschicht, die auf dem transparenten Substrat aufliegt; eine Anodenschicht, die eine aluminiumdotierte Zinkoxidschicht (AZO) aufweist, die eine erste Schnittstelle mit der Zwischenschicht herstellt; einen Absorber, der Kupfer-Indium-Gallium-Diselinid mit p–artiger Dotierung aufweist, der eine zweite Schnittstelle mit der AZO-Schicht herstellt; eine Pufferschicht, der eine auf dem Absorber aufliegende Fensterschicht folgt; und eine auf der Fensterschicht aufliegende Kathodenschicht; wobei die AZO-Schicht ein Spannungsfeld in der Anodenschicht und Fermi-Level-Pinning an der ersten Schnittstelle zum Ändern des internen elektrischen Felds an der zweiten Schnittstelle hervorruft.
Das Gerät nach Anspruch 11, wobei das optisch transparente Substrat Kalknatronglas ist.
Das Gerät nach Anspruch 11, wobei die Zwischenschicht eine Schicht aufweist, die aus Material hergestellt ist, das aus fluordotiertem Zinnoxid (TFO), Indium-Zinnoxid (ITO), Si₃N₄, SiO₂, Molybdän und Kombinationen dieser ausgewählt ist.
Das Gerät nach Anspruch 11, wobei die AZO-Schicht eine stark dotierte Al Spezies aufweist, die von 5 × 10¹⁹ cm^–3 bis 1 × 10²¹ cm^–3 reicht.
Das Gerät nach Anspruch 11, wobei das Spannungsfeld in der Anodenschicht und Fermi-Level-Pining an der ersten Schnittstelle eine Verringerung der Stärke des internen elektrischen Felds an der zweiten Schnittstelle zum Erleichtern der Lochsammlung aus dem Absorber durch die Anodenschicht bewirkt.
Das Gerät nach Anspruch 11, wobei das Spannungsfeld in der Anodenschicht und Fermi-Level-Pinning an der ersten Schnittstelle ein Umdrehen der internen elektrischen Feldrichtung an der zweiten Schnittstelle zum Erleichtern der Lochsammlung aus dem Absorber durch die Anodenschicht bewirkt.
Das Gerät nach Anspruch 11, wobei die Pufferschicht Cadmium-Sulfid mit n–artiger Dotierung aufweist.
Das Gerät nach Anspruch 11, wobei die Fensterschicht ein transparentes leitendes Oxid, das aluminiumdotiertes Zinkoxid umfasst, aufweist.
Das Gerät nach Anspruch 11, wobei die Kathodenschicht ein stark dotiertes Zinkoxid aufweist.
Das Gerät nach Anspruch 11, wobei der Absorber Cadmiumtellurid mit p–artiger Dotierung aufweist.