DE2701284A1

DE2701284A1 - Silizium-solarzelle

Info

Publication number: DE2701284A1
Application number: DE19772701284
Authority: DE
Inventors: Frederick K Crosher
Original assignee: Optical Coating Laboratory Inc
Current assignee: Optical Coating Laboratory Inc
Priority date: 1976-01-19
Filing date: 1977-01-13
Publication date: 1977-07-21
Also published as: CA1069608A; JPS5290288A; FR2338581A1; FR2338581B1; US4055442A; GB1526171A

Description

PATENTANWÄLTE 270 I SCHIFF ν. FÜNER STREHL SCHÜBEL-HOPF EBB1NGHAUS

MÜNCHEN 8O, MARIAHILFPLATZ 2 & 3 POSTADRESSE: D-8 MÜNCHEN 95, POSTFACH 95O16O

J«

■ DIPL. CHEM. OR. OTMAR OITTMANN (τ1β7β)

KARL LUOWia SCHIFF DIPL. CHEM. DR. ALEXANOER V. FONER DIPL. INO. PETER STREHL OfPL. CHEM. DR. URSULA SCHÜBEL-HOPF DIPL. INS. DIETER EBBINSHAUS

TELEFON (O8S) 48 3O 64 TELEX E-SaseS AURO D

auromarcpat München

Optical Coating Laboratory, Inc. DA-14096 DE/A

13. Januar 1977

Silizium-Solarzelle

Die Erfindung bezieht sich auf Silizium-Solarzellen.

Silizium-Solarzellen sind bekannt und seit langem erhältlich. Zur Erhöhung der Ausgangsleistung solcher Solarzellen wird eine einschichtige, über der Solarzelle liegende Antireflexionsbeschichtung vorgesehen, die typischerweise aus Siliziummonoxyd, einem Titanoxyd, beispielsweise Titandioxyd oder mit Gas reagiertem Titanmonoxyd sowie aus Tantalpentoxyd hergestellt wird. Da der Brechungsindex von Tantalpentoxyd und Titanoxyd größer als der von Siliziummonoxyd ist, bilden sie eine bessere Antireflexionsbeschichtung zwischen der Silizium-Solarzelle und der sie üblicherweise abdeckenden Glasabdeckung. Es ist jedoch festgestellt worden, daß diese einschichtigen AntireflexionsbeSchichtungen einen gemeinsamen Nachteil insofern haben, als ihre Bandbreite den Spektralbereich zwischen 400 bis 1200 nm nicht ausreichend abdeckt, der der Ansprechkennlinie von Silizium-Solarzellen entspricht.

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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Solarzelle zu schafffen, deren Beschichtung im Spektralbereich von 400 bis 1200 mn wirksam ist, und die einen erhöhten Wirkungsgrad und eine erhöhte Leistungsabgabe aufweist.

Die erfindungsgemäße Silizium-Solarzelle besteht aus einem im wesentlichen aus Silizium aufgebauten Körper mit einer Oberfläche, auf der ein lichtelektrischer Übergang ausgebildet ist. Auf der Oberfläche der Solarzelle sind erste und zweite Schichten ausgebildet, die eine Reflexionsbeschichtung bilden, die im Spektralbereich von 400 bis 1200 nm wirksam ist. Eine aus Glas bestehende Solarzellenabdeckung ist an dem Körper vorgesehen, an dem die ersten und zweiten Schichten durch ein Klebe- oder Bindemittel angebracht sind. Die, vom Körper aus gesehen, erste Schicht besteht aus einem Material, dessen Brechungsindex kleiner ist als der des Körpers und größer als der der Glasabdeckung. Die zweite Schicht besteht aus einem Material, dessen Brechungsindex größer ist als der der Glasabdeckung und kleiner als der der ersten Schicht.

Weitere Ziele und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung des in der Zeichnung gezeigten bevorzugten Ausfuhrungsbeispiels. Es zeigen:
Fig. 1 den Querschnitt einer erfindungsgemäßen Solarzelle

und
Fig. 2 in einem Diagramm das theoretische Spektralverhalten der zweischichtigen Antireflexionsbeschichtung der erfindungsgemäßen Solarzelle.

Fig. 1 zeigt den Querschnitt einer erfindungsgemäßen Silizium-Solarzelle. Sie besteht aus einem im wesentlichen aus Silizium bestehenden Körper 11 mit einer insgesamt planaren Oberfläche 12, auf der in herkömmlicher Weise ein nichtgezeigter lichtelektrischer Übergang ausgebildet ist. Nach der Herstellung der Silizium-Solarzelle wird auf der Oberfläche 12 eine erfindungsgemäße

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Antireflexionsbeschichtung 13 aufgebracht, die eine erste Schicht

16 und eine zweite Schicht 17 umfaßt. Nach dem Aufbringen der Antireflexionsbeschichtung wird auf der hiermit versehenen Zelle durch eine Bindemittelschicht 19 eine herkömmliche Solarzellenabdeckung 18 angebracht, die durch die Bindemittelschicht 19 an der Antireflexionsbeschichtung 13 gehalten wird. Die zur Befestigung der Solarzellenabdeckung 18 an der Antireflexionsbeschichtung 13 dienende Bindemittelschicht 19 hat einen Brechungsindex von etwa 1,4.

Die Antireflexionsbeschichtung 13 ist vorzugsweise über den gesamten interessierenden Spektralbereich, der der Ansprechkennlinie der Solarzelle entspricht und in der Nähe von 400 bis 1200 nm liegt, achromatisch.

Die erste Schicht 16 der Antireflexionsbeschichtung 13 besteht aus einem Material, dessen Brechungsindex kleiner ist als der des Körpers 11 und größer als der der Glasabdeckung 18. Beispielsweise besteht die erste Schicht aus einem Titanoxyd, dessen Brechungsindex zwischen etwa 2,35 und 2,4 liegt. Sie kann aus einem mit Gas umgesetzten Titanoxyd gemäß der US-Re-PS 26 857 bestehen. Ebenso kann sie durch Verdampfung von Titansesquioxyd Ti₂O- oder Titandioxyd TiO₂ (Rutil) bestehen. Die Titanoxydschicht 16 wird mit einer Stärke von einem Viertel der Wellenlänge bei einer Auslegung auf 600 nm Wellenlänge aufgebracht. Die zweite Schicht 17 wird dann auf die Schicht 16 aufgebracht. Das zur Ausbildung der zweiten Schicht 17 verwendete Material hat einen Brechungsindex von etwa 1,6 bis 1,7 und damit einen kleineren Brechungsindex als das Material der ersten Schicht 16 und einen höheren Brechungsindex als das Material der Bindemittelschicht 19· Aluminiumoxyd (Al₂O-) ist ein fur die zweite Schicht

17 zufriedenstellendes Material. Es wird mit einer Stärke von einer Viertel Wellenlänge bei Auslegung auf 600 nm aufgetragen; sein Brechungsindex liegt in der Nähe von 1,65·

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Die beiden Schichten 16 und 17 werden auf herkömmliche Wei3e aufgetragen, und zwar bei verhältnismäßig warmem Substrat 11 (etwa 200° G). Sie werden durch herkömmliche Aufdampftechnik in einer Vakuumkammer aufgetragen.

Hach Ausbildung der Antireflexionsbeschichtung 13 wird die Solarzellenabdeckung 18 durch die Bindemittelschicht 19 in herkömmlicher Weise an der Antireflexionsbeschichtung 13 befestigt.

Fig. 2 zeigt im Diagramm das theoretische Spektralverhalten der in Fig. 1 gezeigten zweischichtigen Antireflexionsbeschichtung, unter der Annahme, daß die Zelle in ein Medium eingetaucht wurde, dessen Brechungsindex mit 1,4 dem Brechungsindex der Bindemittelechicht 19 entspricht. Das in Fig. 2 gezeigte Diagramm deckt den Bereich von 350 bis 1200 nm entsprechend dem für die Solarzelle interessierenden Bereich und für eine relative Reflexionsstärke R von 0 bis 20 1» ab. Die Absorption A ergibt sich aus A= (1 -R). Wie ersichtlich, hat die Antireflexionsbeschichtung eine beträchtliche Auswirkung auf das Reflexionsvermögen; das Reflexionsvermögen ist im Bereich von 650 bis über 1000 nm kleiner als 3 H und im Mittel im Gesamtbereich von etwa 425 bis 1100 nm wesentlich kleiner als 4 #.

Ss hat sich gezeigt, daß bei der erfindungsgemäßen Antireflexionsbeschichtung die die Antireflexion darstellende Kurve weniger V-förmig und stärker abgerundet ist und einen wesentlich größeren Spektralbereich abdeckt als die herkömmlich erzielte, allgemein V-förmige Kurve, die sich bei einschichtigen Antireflexionsbeschichtungen bekannter Solarzellen ergibt. Es hat eich weiter gezeigt, daß, wenn die Ansprechkurve einer erfindungsgemäßen Solarzelle mit doppelter Beschichtung gegen die AMO-Verteilung (Luftmasse = 0) und die Ansprechkennlinie der Zelle integriert wird, sich eine Verbesserung von etwa 1 ,5 bis 2,5 % gegenüber Solarzellen mit einschichtiger Antireflexionsbeschichtung ergibt. DLser relative 'Anstieg erscheint zwar als verhältnismäßig gering, ist aber äußerst

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wichtig, insbesondere im Hinblick auf die Tatsache, daß die Solarzelle in Baumschiffen verwendet wird, wo das Gewicht ein wesentlicher Gesichtspunkt ist. Daher wird bei einer Solarzelle mit einer erfindungsgemäßen Antireflexionsbeschichtung eine um 1,5 bis 2,5 & erhöhte Ausgangsleistung erzielt, oder, umgekehrt, bei gleicher Ausgangsleistung das Gewicht der Solarzelle um etwa 1,5 bis 2,5 ^ vermindert.

Der erfindungsgemäße Antireflexionsüberzug hat also eine Schicht aus einem Material mit hohem Brechungsindex, das im Bereich zwischen 400 und 1200 nm nicht absorbierend ist. Wie erwähnt, erfüllt Titanoxyd dieses Erfordernis. Es kann jedoch jedes beliebige Material mit einem Brechungsindex von mehr als etwa 2,35 verwendet werden. Die zweite Schicht wird aus einem Material mit niedrigem Brechungsindex hergestellt; er sollte in der Nähe von 1,6 bis 1,7 liegen. Wie erwähnt, wird dieses Erfordernis durch Aluminiumoxyd erfüllt. Mit Gas umgesetztes Siliziummonoxyd kann ebenfalls verwendet werden, da sein Brechungsindex in der Nähe von 1,6 liegt.

Die erfindungsgemäße Antireflexionsbeschichtung erhöht die Sonnenlichtabsorption dadurch, daß das einen hohen Brechungsindex aufweisende Silizium an das einen niedrigeren Brechungsindex aufweisende Bindemittel angepaßt wird, das zur Befestigung der Abdeckung der Solarzelle dient.

Aus der in Fig. 2 gezeigten Kennlinie ergibt sich, daß die Antireflexionsbeschichtung keine Reflexionsstärke von 0 % bietet. Sie bietet jedoch eine gegenüber derzeit bekannten Materialien wesentlich verminderte Reflexionsstärke.

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Leerseite

Claims

PATENTANSPRÜCHE

* *;' ■ * ■ 1. -Silizium-Solarzelle mit einem im wesentlichen aus Silizium bestehenden Körper mit einer Oberfläche, auf der ein lichtelektrischer Übergang vorgesehen ist, und mit einer auf der Oberfläche vorgesehenen Antireflexionsbeschichtung, dadurch gekennzeichnet , daß die Antireflexionsbeschichtung (13) aus zwei Schichten (16, 17) besteht, deren eine (16) aus einem Material mit hohem Brechungsindex besteht, und deren andere (17) aus einem Material mit niedrigem Brechungsindex besteht.
2. Silizium-Solarzeile nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Schutzabdeckung (18) und einen Bindemittelteil (19)» der die Schutzabdeckung an der Antireflexionsbeschichtung (13) und am Körper (11) befestigt«
3· Silizium-Solarzelle nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet , daß der Brechungsindex der ersten Schicht (16) kleiner ist als der von Silizium, und daß die zweite Schicht (17) aus einem Material besteht, dessen Brechungsindex größer ist als der des Bindemittels (I9) und kleiner als der der ersten Schicht.
4. Silizium-Solarzelle nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet , daß der Brechungsindex des Silizium etwa gleich 4 ist, daß die Abdeckung (18) aus Glas mit einem

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ORIGINAL INSPECTED

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Brechungsindex von etwa 1,45 besteht, daß das einen hohen Brechungsindex aufweisende, die erste Schicht (16) der Antireflexionsbeschichtung (13) bildende Material einen Brechungsindex von 2,35 bis 2,4 aufweist, und daß das die zweite Schicht (17) bildende Material einen Brechungsindex von 1,6 bis 1,7 aufweist.
5. Silizium-Solarzelle nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet , daß das einen hohen Brechungsindex aufweisende Material ein Titanoxyd und das einen niedrigen Brechungsindex aufweisende Material ein Aluminiumoxyd ist.
6. Silizium-Solarzelle nach Anspruch 5, dadurch gekenn zeichnet , daß die Antireflexionsbeschichtung (I3) Bereich von 650 bis 1000 nm ein Reflexionsvermögen von weni ger als 3 1> aufweist.

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