DE2709516A1 - Solarzelleneinheit - Google Patents

Solarzelleneinheit

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DE2709516A1
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Description

Patentanwälte
Dipi.-ing. c. Wallach München, den 4 HRZ 1377
DipL-lng. G. Koch 15 770 H/Uu
Dr. T. Haibcch
DipL-lng. R. Feldkamp
8 München 2
Kiuflngerstr. 8, Tel. (080) 2*0275
Mobil Tyco Solar Energy Corporation, VaItham, Mass., UBA
Solarzelleneinheit
Die Erfindung betrifft allgemein die Umwandlung von Sonnenenergie in elektrische Energie und näherhin Solarzellen für diese Umwandlung, sowie ein Verfahren zur Herstellung derartiger Solarzellen.
Hach dem Stande der Technik werden Solarzellen zumeist unter Verwendung von Sillciumeinkristallen von Halbleiterreinheitsgrad (oder anderweitigen bekannten Halbleitermaterialien) in im wesentlichen flacher Bandform hergestellt· Diese als Ausgangsmaterial dienenden Siliciumbänder können durch Ziehen aus einer Schmelze nach dem in der
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UB-Patentachrift 3 591 348 beschriebenen Verfahren hergestellt sein· Nach dieses Verfahren lassen sich einkrist alline Siliciuekörper alt genau kontrollierbaren und vorgegebenen Querscnnittefongebungen, beispielsweise als runde 8täbe, Rohre oder flache Bänder, mittel· sogenannter Kapillar-ForBgebungsteile liehen, welche auf einer Kapillarwirkung but Nachfüllung der durch den Kristallζiehvorgang laufend verbrauchten Sohmelse beruhen. Bei dem in der US-Patentschrift 3 59Ί 348 beschriebenen Verfahren wird der Kristall aus einem dünnen Schmelsfilm gezogen, der an der oberen Stirnseite eines Vormgebungsteiles aufrechterhalten wird, das eine oder mehrere Kapillaren sur Zufuhr von Sehmeise an die obere Stirnfläche aus einem Schmelzbadvorrat aufweist, sur automatischen Vachfüllung des Schmelzfilme· Der film bedeckt die Stirnfläche des formgebungsteiles vollständig« und da das Kristallwachstum über der gesamten Eretreokung des Films stattfindet, besitzt der gesogene Kristall eine im wesentlichen der Randkonfiguration der oberen Stirnseite des Ibrmgebungsteiles entsprechende Querschnittsform. Dieses in der DB-Patentschrift 3 591 348 beschriebene Verfahren wird häufig als "EPG"-Verfehren bezeichnet, worin "SPO" als Abkürzung für "Edge-defined, film-fed growth" (das heißt für ein randkantenbegrenstes Ziehverfahren aus einem Schmelzfilm) steht. Durch Einbringung geeigneter, den Leitfähigkeitetyp bestimmender Unreinheiten, sogenannter Dotierungen oder Dopanten, in die Sohmelse, lassen sieh nach dem vorstehend erwähnten XfG-Verfehren Halbleiterkörper herstellen, welche eine P- oder tin· V-Leitfähigkeit und einen vorgegebenen Wert des spezifischen Widerstands besitzen. Die Zugabe einer Dotierung zu einer Sohmelse, aus welcher ein Kristall gezogen wird, 1st beispielsweise für Osochralski-
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Verfahren geläufig und beispielsweise auch In den UB-Patentsohriften 3 129 061 und 3 39* 994- beschrieben.
Die für Solarzellen verwendeten Bilieiumbänder ntüeeen in wesentlichen einkristallin sein, gleiohförmige Größe und Pore besitsen und ia wesentlichen frei von Krietalldefekten sein· BIe kontrollierte Steuerung der Größe und Tora von nach dea EFG-Terfahren gesogenen im wesentlichen einkristallinen Bindern ist nicht schwierig· Ein Problem, das sich jedoch häufig bei der Herstellung von flachen länglichen Einkristallen duroh Ziehen aus der Schneise stellt, ist die Bildung von Kristalldefekten an den Bandkanten bsw. -rändern. Obwohl dies noch nicht vollständig gesichert ist, darf angenommen werden, daß derartige Randkantendefekte aus der Form der yiüssig/fest-Grenzfläche an den Bandrindern und/oder der Ansammlung von in der Schmel-Be vorliegenden Unreinheiten an den Kristallrändern herrühren. Diese Banddefekte sind nachteilig und derartige Bänder müssen daher sur Beseitigung der Defekte behandelt werden, bevor sie weiter verwendet werden können.
Der Erfindung liegt daher als Aufgabe die Schaffung einer Solarselle und eines Verfahrens sur Herstellung einer derartigen Solarzelle sugrunde, bei welcher die vorstehend genannten Probleme, das heißt insbesondere das Auftreten von Randkantendefekten beim Ziehen aus der Schmelze, vermieden werden und Solarzellen verbesserter Qualität gewährleistet werden· Die Erfindung soll sich but Anwendung des oben erwähnten EPO-Verfahrens für die Herstellung der Solarzellen eignen und das Herstellungsverfahren soll verhältnismäßig billig und einfach sein.
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Zur Lösung dieser Aufgabe wird gemäß der Erfindung eine Solarzelle vorgesehen, die nach dem Grundgedanken der Erfindung aus einem im wesentlichen einkristallinen Halbleiterkörper in Form eines flach-ovalen Rohrs besteht, das zwei im Abstand gegenüberliegende relativ größere Wandungeabschnitte aufweist, die durch zwei gegenüberliegende relativ kleinere Seitenkantenabschnitte miteinander verbunden sind. Das Rohr weist eine als Strahlungsempfänger dienende Außenoberfläche und eine nahe dieser Außenoberfläche liegende Photospannungs-Qrenzschicht auf, welche auf durch die Außenoberfläche einfallende Strahltingeenergie ansprechen kann· Die erfindungsgemäße Solarzelle wird durch eine auf der Außenoberflache des Rohrs angebrachte erste Elektrode und eine an der Innenoberfläche des Rohrs angebrachte zweite Elektrode vervollständigt. Die Herstellung einer derartigen Solarzelle erfolgt nach dem Grundgedanken der Erfindung In der Weise, daß man zunächst einen im wesentlichen einkristallinen rohrförmigen Körper aus Silicium oder einem anderen Halbleitermaterial mit der im wesentlichen flach-ovalen Querschnittsform herstellt, beispielsweise nach dem erwähnten EFG-Verfahren. Sodann wird nahe der Außenoberfläche dieses flach-ovalen rohrförmigen Körpers nach beliebigen an sich bekannten Halbleiterbearbeitungeverfahren eine Photospannungs-Grenzechicht erzeugt. Sodann werden an den flachen Außen- und Innenwandungs-Oberflächen die Elektroden erzeugt.
Im folgenden werden Ausführungsbelspiele der Erfindung an Hand der Zeichnung beschrieben; in dieser zeigen
?ig. 1 in perspektivischer Ansicht eine Aueführungeform eines EPG-7ormgebungeaggregate zur Anwendung bei
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der Herstellung von in wesentlichen flachen rohrförmigen Körpern gemäß der Erfindung,
fig. 2 in vergrößerter Teilechnlttanaicht daa obere Ende des Formgebungsaggregats,
Fig. 3 in perspektivischer ineicht einen im wesentlichen flachen rohrförmigen Körper aus einkristallinem Silicium,
Tig· 4 in perspektivischer Ansicht den gleichen im wesentlichen flachen rohrförmigen Körper in einem ersten Stadium im Verlauf der Herstellung einer Solarzelleneinheit gemäß der Erfindung,
Fig. 5 in perspektivischer, teilweise aufgebrochener Ansicht dhi einkristallinen Körper aus Fig. 3 in einem anderen Stadium der Solarzellenherstellung,
Fig. 6 in perspektivischer, teilweise aufgebrochener Darstellung den einkrlatallinen Körper aus Fig. 3 in einem weiteren Stadium der Solarzellenherstellung,
Fig· 7 in perspektivischer, teilweise aufgebrochener Ansicht eine Solarzelle gemäß einer bevorzugten Auaführungsform der Erfindung, in Anbringung in einem Solarkollektor, und
Flg. 8 in perspektivischer, teilweise weggebrochener Ansicht einen im wesentlichen flachen rohrförmigen einkristallinen Silloiumkörper gemäß einer alternativen Ausführungsfore, in einem ersten Stadium
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der Herstellung einer Solarzelle gemäß der Erfindung·
In den verschiedenen Zeichnungsdarstellungen sind jeweils gleiche Teile mit gleichen Bezugszlffern bezeichnet.
Die Erfindung eignet sich zur Anwendung bei der Herstellung rohrförmiger ESrper aus den verschiedensten Halbleiterwerkstoffen i die folgende Beschreibung veranschaulicht die Herstellung von Solarzellen unter Verwendung von Silicium als Halbleitermaterial.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird zunächst ein im wesentlichen flach-ovales Rohr aus einem Halbleitermaterial durch Ziehen aus der Schmelze nach dem oben erwähnten EFG-Verfahren hergestellt. Dieses Bohr kennzeichnet sich durch zwei im wesentlichen flach-ebene* im Abstand einander gegenüberliegende verhältnismäßig grofie Vandungsabschnitte, welche miteinander durch zwei gegenüberliegende, verhältnismäßig kleine, gekrümmte Randabschnitte verbunden sind. Vorzugsweise besitzt das Rohr einen Leitfähigkeitetyp und wird sodann zur Erzeugung einer Solarzelle weiter behandelt· Beispielsweise kann das Rohr zur Erzeugung einer Zone eines zweiten, entgegengesetzten Leitfähigkeitetype behandelt werden, unter Bildung eines PhotoBpannungs-Gleiohricht-P-Bf-Übergange an der Grenzfläche zwischen dieser Zone und einer Zone des ersten Leitfähigkeitetype. Sodann können auf die Außenoberflächen der relativ grofien Beitenwandungsabschnitte und auf die Rohrinnenoberfläohe Elektroden zur Erzeugung einer Solarzelle aufgebracht werden. Gemäß einer alternativen Aueführungeform der Erfindung wird ein im wesentlichen
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flach-orale· Halbleiterrohr hergestellt, das keine überwiegende P- oder !-leitfähigkeit besitzt· In diesem Fall kann das Rohr sodann sur aufeinanderfolgenden Erzeugung anainandergrensender F- und N-Leitfähigkeitszonen weiter behandelt warden, dia einen P-K-Obergang in solcher Anordnung bilden, daß ar in Abhängigkeit von auf die Außenoberfläche das Rohres auffallender Sonnenstrahlung ein Photospannungsrerhaltan seigt.
Dia Behandlung das Rohrs sur Erzeugung von P- und/oder N-Leitfähigkeitszonen kann auf verschiedene, dem Fachmann bekannt· Waisen erfolgen, beispielsweise durch Eindiffundieren oder Ionenimplantation einer ausgewählten Dotierungssubstanz odor durch Epitaxialabsoheidung eines auegewählten Leltf&higkeitsmaterials. Der jeweils verwendete Dotierungstyp hängt von dem Material, aus welchem die flach-ovalen Rohre bestehen, sowie auch von dessen Leitfähigkeitstyp ab. 80 kann man beispielsweise Bor in N-SiIicium eindiffundieren zur Erzeugung einer P-Leitfähigkeitssone, bzw. kann man beispielsweiee Phosphor in P-SiI ic ium eindiffundieren sur Erzeugung einer N-Leitfähigkeitszone. Dia verschiedenen Arten von Dotierungssubstanzen zur Verwendung für die Jbiderung der Leitfähigkeit von Silicium, und die Art und WeUe, in welcher diese die Leitfähigkeit modifizierenden Unreinheiten in einen Siliciumkörper eindiffundiert werden können, sind dem Fachmann bekannt (vergleiche beispielsweise die UB-Patentschriften 3 442 725, 3 162 507. 3 β11 95*, 3 089 070, 3 015 590 und 3 5*6 542). Die sur Modifizierung des Leltfähigkeitstyps anderer Materialien, beispielsweise Galliumarsenid, Oadmiumtellurid usw., erforderlichen Dotierungssubstansen sind dem Fachmann ebenfalls bekannt· Nach bekannten Grundsätzen wird
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dabei 41· Konzentration der Botierungasubstanzen sur Erzielung des gewünschten spezifischen Widerstands der P- und N-Bereiohe kontrolliert gesteuert · Beispielsweise soll für Siliciumsolarzellen der spezifische Widerstand dieser Bereiche «of eines Wert von weniger al· etwa 100 Ohm-cm gehalten werden; sur Erzielung de· besten Umwandlungswirkungsgrades soll der spezifische Vlderetand im Bereich von etwa 0,001 bis etwa 10 0hm-cm liegen. Zur Verbesserung des Wirkungsgrades der Prfilv"g der photoelektrisch erzeugten Ladungsträger soll ferner die Tiefe de· P-N-Übergangs unterhalb der Oberfläche, die al· Strahlungsempfängerflache dient, klein genaeht werden, vorzugsweise in der Größenordnung von 1/2 Mikron.
Vaoh der Erzeugung des P-N-Übergangs wird das Ovalrohr sodann an seiner Innen- und Außenseite Bit Ohmschen Eontakten oder Elektroden versehen, wodurch man eine Solarzelleneinheit erhält, die an eine äußere Schaltung angeechlossen werden kann.
Gegebenenfalls können die so erhaltenen Solarzellen mit einem geeigneten Antireflezions- oder Interferenzfilm übersogen werden, zur Verringerung von Beflezionsverlusten der Sonnenstrahlung oder sur Unterbindung der Absorption von Infrarotstrahlung.
Im folgenden wird nun en Band der Tigg· 1 bis 6 eine bevorzugte Aueführungeform der Erfindung näher erläutert. Die·· bevorzugte Ausfuhrungeform wird in Verbindung mit der Berstellung von im wesentlichen einkrist allinen Rohren aus Silicium beschrieben; eelbstveretändlich eignet sich die Erfindung Jedooh ebenso sur Anwendung für die
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Herstellung von Bohren «α· anderen Helbleiternaterialien.
In den figg· 1 und 2 let ein EFG-Kapillar-Jormgebungsaggregat veraneohaulicht, dae zwei konzentrisch ineinander angeordnete flach-ovale Oraphithtileen 2 und 3 aufweist« die miteinander durch mehrere quer verlaufende Graphitbolzen 4 verbunden sind« Diese Graphitbolzen 4 erstrecken sich jeweils durch ein ringförmiges Graphitabetandsetück 5» das die Graphithülsen 2 und 3 in Ausrichtung miteinander mit einem einheitlichen Zwisohenabstand 6 hält. Die äußere KUse 3 erstreckt sich durch eine Kreisplatte 7 und ist an dieser befestigt; diese Kreisplatte dient zur Halterung des FormgebungeaggregatB in einem Schmelztiegel, wie in der US-Patentschrift3 687 633 beschrieben. An ihren oberen Enden sind die Hülsen 2 und 3 vorzugsweise an ihrer Innen- bsw. Außenseite abgeschrägt« derart« daß sie in schmalen, flachen oberen Stirnflächen 8A bzw. 8B enden; der Spalt 6 zwischen den beiden Hülsen ist so bemessen« daß er als Kapillare für Silicium wirken kann. Ein oder mehrere am unteren Ende der beiden Hülsen 2 und 3 vorgesehene echlitse gewährleisten den Zufluß der Schmelze am unteren Ende der Kapillare·
Vie aus fig· 3 ersichtlich, wird ein im wesentlichen flach-ovales Rohr 10 aus im wesentlichen einkristallinem PvSilicium hergestellt, und zwar durch Ziehen aus einer mit Bor dotierten Siliciumsohmelze von Halbleiterreinheitsgrad unter einer inerten Argon-Gaaatmosphäre, und unter Verwendung des oben beschriebenen EfG-Yerfahrens mit einem Graphit-formgebunesaggregat gemäß Fig. 1. Das Rohr wird in einem Ofen der in der OB Patentschrift 3 591 346 beschriebenen Art gesogen. SLn Quarztiegel dient zur Aufnahme der
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Siliciumechmelze; da« Graphit-Formgebungeaggregat iat in dem Schmelztiegel in dar in dar TJB-Patentachrift 3 687 633 beschriebenen Waiae gahaltart, der axt, daß dia Siliciumechmelze am unteren Ende dar Kapillare in diese eintreten und durch Kapillarwirkung bu ihrem oberen Ende auf et eigen kann. Zur Einleitung dea Kriatallwaonatuma wird ein Silioium-Impfkriatall verwendet. Die Btilaen der Ziehform besitzen Jeweils eine Sicke von etwa 0,040 Zoll; die entaprechende Abmessung ihrer oberen Stirnflächen 8A bzw. 8B beträgt etwa 0,00? Zoll, die Breite dea ale Kapillare dienenden ovalfurmigen Spalt· 6 ewiachen den Hülsen beträgt etwa 0,015 Zoll· Bas Bohr wird mit einer Ziehgeachwindigkeit tos etwa 2,5 Zoll pro Minute gezogen· Sie Flüssigkeitssäule zwischen den oberen Stirnflächen dea Formgebungateila und den gesogenen Festkörper besitzt eine Höhe von etwa 0,020 Zoll, an ihrem unteren Ende at Immen die Innen- und Außenabmeaeungen im weaentlichen mit den entsprechenden Innen- und Außenabmessungen der Stirnflächen 8A bzw. 8B Überein· Jedoch iat die Breite der Flüssigkeitssäule an der Flüsaig/Feat-Grenzflache kleiner, was aich darin manifestiert, daß da« fertige Rohr 10 eine Wandstärke ▼on etwa 0,006 Zoll besitit. Sine genauere Beschreibung dea Kriatallziehverfahrena erscheint für die Zwecke der vorliegenden Erfindung nicht erforderlich, da das EFG-Verfahren und die Züchtung von Silioiumkörpern nach diesem Verfahren dem Fachmann bekannt aind, vergleiche etwa die Arbeit von T. f. Ciasek, Edge-Defined film-Fed Growth of Silicon Ribbon, in Hat. Bes. Bull. Bd 7 0972), S. 731 bis 738.
Zur Erleichterung der nachfolgenden Veit erver arbeitung dea Rohrea 10 su einer Solarzelle iat es bedeutsam, daß da·
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Bohr 10 auf seinen größten Teil eine im wesentlichen flach-ebene Außenoberfläche l>esitst· Saher ist, wie In der Zeichnung ersichtlich, die Formgebung für den rohrförmigen Körper 10 so gewählt, dafi er swei im gegenseitigen Abstand gegenüberliegende rerhältniseißig große, im wesentlichen flach-ebene Seitenwandungsabschnitte 14 und 16 von im wesentlichen gleichförmiger Dicke aufweist, die miteinander durch swei relativ kleine gegenüberliegende halbzylindrische Seitenrandabsohnitte 16 und 20 verbunden sind. Die Wandstärke des Rohres und der Spalt zwischen den Wandabsohnitten 14- und 16 sind etwas mafistabungetreu als verhältnismäßig groß im Vergleich zur Breite der Wandabschnitte 14 und 16 dargestellt· Beispielsweise kann das Rohr 10 mit einer Wandstärke von 0,005 hie 0,010 Zoll, einer Gesamtbreite (der horizontalen Abmessung in Figo 3) von etwa 2 Zoll und einem Abstand zwischen den flach-ebenen breiten Seitenwandungsabeohnitten 14 und 16 von etwa 0,30 Zoll ausgebildet sein» Selbstverständlich können die Rohre mit anderen Abmessungen und auch mit anderweitigen Querschnitteformen ausgeführt sein, welche einen Körper ergeben, der hauptsächlich aus einer im wesentlichen flachebenen Außenoberfläche besteht.
Das so erhaltene flach-ovale Rohr 10 kann dann nach an sich bekannten Verfahren zu einer Solarzelle verarbeitet werden. So kann beispielsweise gemäß einem bevorzugten Herstellungsverfahren der Körper 10 in einen Diffusionsofen eingebracht werden, wo er einem gasförmigen Gemisch aus Sauerstoff und Fhosphorosychlorid bei einer Temperatur von etwa 1.0000O während einer Zeitdauer von etwa 15 bis 30 Minuten ausgasetst wird. Als Folge dieses Diffusionsschrittes wird Phosphor in die Außen- und Innenoberflächen
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des Rohr« eindiffundiert, woduroh «in 1-P-V-Gebilde mit verhältnismäßig seichten-untiefen Außen- und Innen-Jr-Bereiehen, di· durch di· gestrichelten Linien 22 und 24 markiert sind, sowie «it die Außen- und Innenoberflächen (vergleiche fig· 4) bedeckenden dünnen. Schiohten 26 und 28 acua Silioiumdioxyd erhalten wird. Sie »-Bereiche besitzen Jeweils eine Tiefe τοη etwa 0,5 Mikron, die Diffusionsoaydschlchten jeweils sine Sicke von etwa 3*000 £· Die Bildung der SIf fusionsozydsohiohten rührt von dem Vorliegen Ton Sauerstoff her, der als Transportmedium für das Phospnorojgrohlorid dient.
Danach wird, wie in fig« 5 veranschaulicht, die Außenoberfläche des Rohrs mit eine« gebräuchlichen, positiv wirkenden Polymethrlmethaoxylat-Photoabdeckermaterial übersogen, wie bei 30 angedeutet (sur übersichtlicheren Veranechaulichung sind in fig· 5 61β Ϊ-Bereiche 22 und 24 nicht gesondert markiert)· Sodann wird das Rohr sunäohst 1 bis 2 Minuten lang in HF und sodann etwa ebenso lang in KOH (oder ein Gemisch aus EPO^ und ET) eingetaucht. Durch diese Eintauchverfahrenssohritte wird die Oxydsohicht 28 an der ungeschütsten Innenoberfläche des Bohre sowie auf dem durch die Linie 24 begrenetei inneren V-Leitfähigkeitsbereich entfernt. Sodann wird Triohloräthrlen sum Veglösen des Abdeokerfibersugs 30 auf das Rohr aufgebracht und das Rohr wiederum bei Zimmertemperatur genügend lang (etwa 2 bis 3 Minuten) in BF eingetaucht, um die Oagrdschicht 26 an der Außenoberfliche des Rohrs, jedoch nicht dem äußeren H-Leitfähigkeitebereioh 2t absutragen·
Ali abschließender Sehritt sur Eerstellung einer Solarselle wären sodann Elektroden an der Innen- und der Außen-
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oberfläche des Bohr· aufzubringen. Dl· Elektroden nach «in·· herkömmlichen Hetallielerungaverfehren erzeugt. Beispielsweise kennen die Elektroden aus Nickel bestehen, das la nicht-elektrolytischen Plattlerverfahren aufgebracht wurde·
Bezüglich dar Elektroden aal darauf hingewiesen, daß daa vorstehend beaohriabana rohrförmige Gebilde zur Herstellung einea dar folgenden Erzeugnisse angepaßt werden kann: (1) eine elnselna Solarzelle, bei weloher die Äußeren lioht-Empfangaoberfläohen dar Vandungeabschnitte 14 und 16 als Teil dar gleiohen Zelle wirken, aowie (2) zwei parallel geschaltete Solarzellen, wobei die Außenoberflächen dar Vandungaabschnitte 14 und 16 al· Ensrgie-Sammeloberflächen einer ersten bzw. einer zweiten Zelle dienen. TUr den Fall (1) und -vorzugsweise auch für den Fall (2) wird die Innenoberfliehe da· rohrförmigen Körpers mit einer einzigen Elektrode 32 versehen, dia vorzugsweise in wesentlichen dia geaamte Eratreckung dar Innenoberfläche bedeckt. FUr dan Fall (1) wird die AuBenoberf lache des rohrförmigen Körper· mit einer einsigen Elektrode versehen, die beide Wandungsabaohnitte 14> und 16 bedeckt und um wenigstens einen der Bandabaohnitte 18 und 20 herumgelegt ist. Im Fall (2) wird auf dar Außenoberfläche Jedes der Vendabschnitte 14 und 16 ja eine gesonderte Elektrode ersaugt . Jedoch sind dia Außenelektroden jeweils vorzugsweise netz- bzw. gltterförmig ausgebildet (beispielsweise in der in dan OB-Patentschriften 3 686 036 und 3 811 954 beschriebenen Weise), derart» daB ein größerer Teil oder der Hauptteil der Außenoberfläche de· Bohr· unbedeckt bleibt und sum Empfang von Sonnenstrahlung offenliegt·
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Tig· 6 veranschaulicht ·1η· bevorzugte AusfÜhrungsform der Elektrodenanordnung· In dieses Fall let die Außenoberfläche de· Bohr· 10 als svei nets- bzw. gltterförmige Elektroden 3* und 36 anagebildet, die auf den Aufienoberf lachen der relativ grofien, la wesentlichen flachen Seitenwandungaabachnitte 14 bzw. 16 angeordnet sind· Jede dieaer Außenelektroden weiat Jeweils einen verhältnismäßig breiteren Endabsohnitt 37 (der teilweise einen der Bohrseitenkantenabachnitte 18 oder 20 überdecken kann) sowie mit Abständen angeordnete verhältnismäßig aohnale Querabschnitte 38 auf, derart, dafi ein gröfierer Teil der entsprechenden Aufienoberfläche dea Bohre 10 unbedeckt bleibt und so zum Espfang von Sonnenstrahlung offenliegt· Eine dritte Elektrode 32 ist an der Innenoberflache des Rohrs angebracht. Sie Elektrode 32 ist in form einer einsigen kontinuierllch-sueawienhlngenden Schicht ausgebildet, welche die gesamte Ausdehnung der Innenoberf lache dea Siliciumkörpers bedeckt. Das so erhaltene Gebilde ist durch einen (durch die gestrichelte Linie 22 angedeuteten) im wesentlichen planeren F-V-Obergang charakterieiert, der nahe der Aufienoberf lache der Seile liegt, sowie durch die Elektroden 32, 3^ und 36 sue AnaohluB der Einheit an einen elektrischen Stromkreis. Die Anordnung stellt ein einstückig·« Aggregat aus swei zueinander parallel geschalteten Solarzellen dar, wobei die Elektrode 32 beiden Zellen gemeinsam ist. Würde man die Elektroden 3* und 36 su einer einsigen gemeinsamen Elektrode zusammenfassen, so würde die Einheit selbstverständlich eine einsige Solarzelle mit swei flachen gegenüberliegenden Energie aufnehmenden Oberflächen dareteilen.
fig. 7 seigt eine im wesentlichen flach-ovale Solarzellen-
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einheit 43 gemäß der Erfindung, in Anbringung in einem als Ganze· ait 44 bezeichneten Liohtkollektor oder -konzentrator· Der Konsen.tre.tor 44 weist einen Parabol-Beflektor in fox« eines trogextigen feile 4$ aus eine« Licht reflektierenden Material auf« mit einem sieh entlang dem Trog symmetrisch bezüglich der optischen oder Mittelachse 48 •retreckenden Halterungeteil 46 für die Solarzelle. Sie Seitenwandungsabeohnitte 50 und 52 elnd Parabelflächen mit Brennpunkten bsw. Brennlinien bei P; auf dieee Weise wird der größte Seil der in den Konzentrator eintretenden Strahlungsenergie (je naoh dem Einfallswinkel) auf die gegenüberstehenden Strahlungsempfänger-Seitenwandungeabschnitt e der in dem Konzentrator angeordneten Solarzelleneinheit 43 reflektiert. Die im wesentlichen flach-ovale Solarzelleneinheit 43 ist auf der Oberseite des Halterungeteils 46 so montiert, daß ihre im weeentliehen flach-ebenen, verhältnismäßig grofien ßtrahlungeempfanger-Seitenwandungeabeebnitte im wesentlichen gleichen Abstand von der Mitteloder optischen Achse 48 besitzen· Die Kombination der Solarselleneinheit 43 mit dem Kollektor 44 dient zur Erzielung einer möglichst großen Ausgangsgröße der Solarzelleneinheit unter den jeweils verfügbaren Solarstrahlungebedingungen· Belbetverständlioh können auch anderweitige formen von Lichtkonzentratoren verwendet werden, wie sie etwa in Proceedings of the firet EBBA Semiannual Solar Photovoltaic Conversion Program Conference, (Juli 22-25, 1975) JPL-Booument 5040-13« beschrieben sind. Vergleiche hierzu auch B. Winston, Solar Energy, Bd 17, Hr. 4, 1975 "Principles of Cylindrical Concentrators for Solar
Mn durch die Auebildung els im wesentlichen flacher
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Bohrkörper bedingter bedeutsamer Vorteil der Erfindung besteht darin, daß dl· to erhalten«!Solarzellen in einfacher Veite an der Innenee.ite gekühlt werden können, durch an •ich bekennt· Zirkulation einee geeigneten Kühlmittels, wie beispielsweise Luft oder einer flüssigkeit.
Ein weiterer bedeutsamer Vorteil der Erfindung besteht darin, daß die ale Bnergiekollektor wirkenden Abschnitte der Solarsellenolnheit, d· h. die im weeentlichen flachen, verhältnismäßig großen Beltenwendungeabechnitte 14 und la weeentlichen frei von Krietall-Handdefekten eind. Die Vermeidung derartiger Benddefekte erhöht den Gesamt-Umwandlungswirkungegrad der Solarielleneinheit. Ein weiterer ▼orteil beruht auf de« urne tend, daß rohrförolge Körper nach des KfO-Yerfahren alt la weeentlichen dereelben Ziehgeeohwindigkeit gesogen werden kOnnen wie flache Bänder, ■it de« Ergebnis, daß die Produktiritttt der erfindungsge-■Mßen SolarBellenheretellung (besogen auf die gesamte ale Energie-Kollektor rerfugbare Uten·) fast doppelt so groß let wie unter Tergleiohberen Bedingungen hergestellte Bänder gleicher Breit·· Vobei neon su beachten iet, daß das Ziehen rohrfertiger Körper nach dem EFG-Verfahren einfacher let ale dee Ziehen τοη bandförmigen Körpern·
Selbstverständlich kann die Erfindung auch in der Weise ausgeführt werden, daß man I-eilioiumrohre verwandet und tür Erseugung de· erforderlichen P-I-Übergangs eine P-Sohioht oder -Son· la diesem Bohr ersaugt. Die Bohre und Solenollen können ferner statt aus Silicium auch aus einem anderen Material hergeetellt sein.
Weitere Abwandlungsmöglichkeiten und Vorteile sind für den
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Tsnhmtim ereiohtlich. Beispielsweise könnten die Elektroden «of dta Silioiumrohren durch Aufdampfabscheidungstecbnlken erseugt werden und eine an dee Biliciumkörper haftende Aluminiumsohioht sowie «Ine alt der Aluainiumeohloht verbunden· Sllberechioht aufweiten. Auch anderweitige Hektrodenmaterlalien können verwendet werden und die Elektroden können nach anderen, des Fachmann geläufigen Verfahren hergestellt werden·
Sa sei noch darauf hingewiesen, daß die relativ großen Seitenwandungaabaohnitte 14 und 16 nloht genau flach-eben SU aein brauchen; soweit die Abschnitte 14- und 16 gekrümmt sind, sollte die Irümmung Jedoch genügend klein sein, damit das Bohr für den vorgesehenen Zweck noch sinnvoll verwendbar ist. Beiepieleweiee kann das Bohr eine insgesamt linsenförmige Gestalt besitzen, wie beispielsweise bei 54 in Hg. 8 veranschaulicht. Sie in der vorliegenden Beschreibung verwendete Bsseiohnung "flach-oval" ist daher in allgemeinstem Sinne su verstehen und umfaßt beispielsweise ebenso eine Im wesentlichen rechteckige formgebung mit abgerundeten statt scharfen Boken wie auch abgeflachte elliptische formen, d· h. Ellipsen, die durch eine verhältnismäßig kurse vertikale Achse und eine relativ lange Bbrisontalaehae gekennseiohnet sind, sowie Ellipsen, bei welchen die auf den gegenüberliegenden Seiten der längeren Achse liegenden Teile flach-eben oder nahesu flach sind. Entsprechend 1st die Bezeichnung "im wesentlichen flach" für die Seitenwandungsabschnitt· des Bohlrohrs oder für eine Oberfläche des Rohre so su verstehen, daß sie einen schwach gekrümmten fläohenabsohnitt ebenso umfaßt wie einen flach-ebenen.
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Schließlich eel noon betont, daß die Beieiehnung "im ve-•entliehen aonokrietallin" la hler verwendeten Sinn einen Irietallkörper uefaMen soll, der au· eines einsigen ZrI-etall oder au· nrel oder Mehr Kristallen besteht, bei-•pleleveiee einen Bikrietell oder Srikriatall, die in lingerichtimg sueeaaengewaoheen sind, jedoch durch eine Körngrense von verhiltniMlfilg kleine« Winkel (d. h. veniger ale etwa 4°) voneinander getrennt sind.
Patentansprüche:
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Claims (1)

  1. Patent ψη stMcttch·
    olarselleneinheit, gekennzeichnet durch einen Im wesentlichen einkristallinen Halbleiterkörper in Form ein·· im wesentliehen flach-ovalen Rohre (10) mit zwei im Abstand gegenüberliegenden relativ größeren Seitenwandungeabschnitten (14, 16), die miteinander durch swei gegenüberliegende verhältnismäßig kleinere Randabschnitt· (18, 20) verbunden sind; durch eine als Strahlungsempfänger dienende Außenoberfläche dee Rohrs und ein· nah· der Außenoberfläohe gelegene Photospannungs-Grenseohicht, die auf durch die StrahlungsempfängeroberflMche hindurchtretende Strahlungeenergie anspricht; sowie durch wenigstens sw«i Elektroden zum Anschluß der Solarselleneinheit an eine äußere Schaltung, wobei eine dieser Elektroden auf der als Strahlungsempfänger dienenden Aufienoberfläche und die andere Elektrode auf der Innenoberfläche des Halbleiterkörper· angeordnet sind.
    Solarselleneinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß auf der als Strahlungsempfänger dienenden Außenoberfläche «in· dritte Elektrode vorgesehen ist, wobei die erst· (34-, 37« 36) Elektrode und die dritte Elektrode (36, Fig. 6) auf den beiden relativ größeren Seitenwandungsabsohnitten angeordnet sind.
    Solarzelleneinheit nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die erst· Elektrode (34, 37» 38) teilweis· um den einen der relativ kleineren Seitenrandab-•chnitte herum aufgebracht ist und daß die dritte Elektrode teilweise um den anderen Randabschnitt herum
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    aufgebracht let.
    4. Solarzelleneinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die eine, auf der ale Strahlungsempfänger dienenden AuBenoberfläche angeordnete Elektrode wenigstens teilweise um wenigstens einen der verhältnismäßig kleinen Randabechnitte herum aufgebracht ist.
    5. Solarzelleneinheit nach einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche in Kombination mit einem trogförmigen Kollektor, dadurch gekennzeichnet, daß der rohrförmige Körper (43, Fig. 7) in dem Kollektor (44) angeordnet ist und si"h in Längsrichtung in dem Kollektor erstreckt, wobei die Seitenwandungsabschnitte des Rohrs zu beiden Seiten der Mittelachse (F) des Kollektors angeordnet sind.
    6. Solarzelleneinheit nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Rohr (10) aus Silicium hergestellt ist.
    7· Solarzelleneinheit nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Rohr (10) an d#r als Strahlungsempfänger dienenden Außenoberfläche aus P-Silicium besteht.
    8. Solarzelleneinheit nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Rohr (10) an der als Strahlungsempfänger dienenden Außenoberfläche aus N-Silicium besteht.
    Verfahren zur Herstellung einer Solarzelleneinheit
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    nach einen oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß nan
    (a) einen la weaentliehen einkrist allinen Körper aua einem Halbleiteraaterial In Tora eines flach-ovalen Rohre alt swei la Abstand gegenüberliegend angeordneten verhältnismäßig großen Seitenwandungeabschnitten, die durch zwei gegenüberliegende verhältnismäßig kleine Bandabachnitte miteinander verbunden alnd, herstellt,
    (b) nahe der Außenoberfläche dee Rohre eine Photospannungs-Grensachicht erzeugt
    und
    (c) auf der Außen- und Innenoberfläche der relativ größeren Seitenwendungsabschnitte Elektroden erseugt.
    10. Verfahren nach Anspruch 9« dadurch gekennzeichnet, daß jeweils auf jeder der beiden verhältnismäßig größeren Seitenwandungsabschnitte auf der Außenoberfläche ge-
    . sonderte Elektroden erzeugt werden.
    11. Verfahren nach Anspruch 9« dadurch gekennzeichnet, daß man auf der Außenoberfläche des Rohrs eine einzige Elektrode erzeugt, und zwar auf beiden verhältnismäßig größeren Seitenwandungsabechnitten und auf wenigstens einem Teil eines der Randabschnitte·
    12. Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, bei welchem das Rohr nach der Erzeugung der inneren P-H-Schicht an seiner Außen- und seiner Innen-
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    oberfltohe ·1η· Oaqrdeohioht aufweist, daduroh gekennseiohnet, dafi Mm vor dtr Erzeugung der Elektroden die Oagrdeohiehtea entfernt«
    13. Verfahren nach eine* oder aehreren der Ansprache 9 bi· 12, dadurch gekennselohnet, dafi die Shotoapannunga-Orensaohioht ein P-4T-Übergang let.
    Verfahren nach Anspruch 13« dadurch gekennzeichnet, daB «an susätslioh an der Innenoberfläohe de· Bohr· gleiohseltig alt der Erzeugung der ersten F-H-8chicht eine sveite P<4i-eohioht erseugt und daB man vor der Anbringung einer Elektrode an der Innenoberfläche des Bohr· das Bohr sur Entfernung diese· sweiten P-V-Übergang· einer Itsung unterwirft.
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Legal Events

Date Code Title Description
8110 Request for examination paragraph 44
8127 New person/name/address of the applicant

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