DE2812547A1

DE2812547A1 - Fotoelement

Info

Publication number: DE2812547A1
Application number: DE19782812547
Authority: DE
Inventors: Alan Edward Bell; David Emil Carlson; Brown F Williams
Original assignee: RCA Corp
Current assignee: RCA Corp
Priority date: 1977-03-28
Filing date: 1978-03-22
Publication date: 1978-10-05
Also published as: ES468085A1; DE2812547C2; FR2386143A1; HK77286A; AU3444378A; IT1092849B; EG13199A; FR2386143B1; IT7820753A0; JPS5850034B2; AU517084B2; JPS53120394A; GB1597037A

Description

Dr.-lng. Reimar König · Dipl.-lng. Klaus Bergen Cecilianallee 76 4 Düsseldorf 3O Telefon 45ΞΟΟΒ Patentanwälte

1».

20. März 1978 32 122 B

RCA Corporation, 30 Rockefeiler Plaza, New York, N.Y. 10020 (V.St.A.)

"Fotoelement"

Die Erfindung betrifft ein Fotoelement mit einer für Sonnenstrahlung transparenten, eine eine erste Wellenlänge des Sonnenspektrums nicht reflektierende Einfallfläche aufweisenden Schicht an der Oberfläche und einem aktiven Bereich im Innern eines Körpers.

In Fotoelementen, z.B. in Solarzellen, hängt der Gesamtwirkungsgrad der Energieerzeugung direkt von der Effektivität ab, mit der Lichtstrahlung in den aktiven Bereich der Zelle eingeführt und dort absorbiert wird. Der aktive Bereich eines Fotoelements ist dessen Teil, in dem Lichtstrahlung, z.B. Sonnenstrahlung, unter Erzeugung von elektrischen Ladungsträgern absorbiert wird. Die Energieerzeugung einer Solarzelle ist das Ergebnis des Sammelns dieser fotoelektrisch gebildeten Ladungsträger durch eine in oder auf dem aktiven Bereich vorgesehene Halbleiter-Sperrschicht .

Bei aus einkristallinem Silizium bestehenden Solarzellen ist die Diffusionslänge der Ladungsträger relativ groß, z.B. bis zu 100 Mikrometern. Jedes innerhalb eines Abstandes von etwa 100 Mikrometern von der Sperrschicht erzeugte Elektron-Loch-Paar kann daher zur Energieerzeugung des Fotoelementes beitragen. In diesem Falle ist daher zum wirksamen Einführen des Lichtes in die

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Zelle nur eine Breitband-Antireflexions-Schicht auf der Zellenoberfläche erforderlich. In typischen Fällen besteht eine Antireflexionsschicht aus einem auf die Oberfläche der Zelle aufgebrachten Film aus dielektrischem Material, welches die Lichtreflexion vermindert, so daß der Anteil des in die Zelle eindringenden Lichtes vergrößert ist.

Bei Fotoelementen mit einem aktiven Dünnschichtbereich mit wenigen Mikrometern Dicke ist die Diffusionslänge von fotoelektrisch erzeugten Ladungsträgern gegenüber der Diffusionslänge in Fotoelementen mit dickeren aktiven Bereichen aus gutem Kristallmaterial, z.B. einkristallinem Silizium, erheblich geringer. Das rührt daher, daß das Dünnschicht-Material eine geringe Trägerbeweglichkeit hat, weil es polykristallin oder amorph ist. Fotoelemente können einen aktiven Dünnschicht-Bereich aus amorphem Silizium aufweisen, das durch Glimmentladung in Silan hergestellt ist. Die Diffusionslänge von Löchern in amorphem, durch Glimmentladung in Silan gebildetem Silizium beträgt beispielsweise nur etwa 0,3 Mikrometer, während die Diffusionslänge von Löchern in einkristallinem Silizium bei etwa 100 Mikrometer liegt. Die beschriebenen Fotoelemente mit aktiven Dünnschicht-Bereichen sind ^jedoch in der Regel mit weniger Aufwand herzustellen als Bauelemente mit dickeren aktiven Bereichen höherer kristalliner Qualität, so daß durch Verwendung von aktiven DUnnschicht-Bereichen ein erheblicher wirtschaftlicher Vorteil zu erzielen ist.

Das Sonnenspektrum - Luftmasse 1 (AM1) - (air mass one (AM1) solar spectrum) enthält einen beträchtlichen Teil seiner Energie in Photonen mit Wellenlängen über 600 Nanometern. Diese Wellenlängen werden als Langwellenbereich des Sonnenspektrums bezeichnet. Sonnenstrahlen

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mit Wellenlängen von mehr als 600 Nanometern führen in vielen zum Bilden von aktiven Dünnschicht-Bereichen verwendeten Materialien, einschließlich amorphem durch Glimmentladung in Silan hergestelltem Silizium, zu optischen Absorptionslängen, die die Diffusionslänge der in diesen Materialien erzeugten Ladungsträger übertreffen. Wenn also eine Solarzelle mit aktivem Dünnschicht-Bereich nach denselben Konstruktionsprinzipien hergestellt wird, wie das für dickere aktive Bereiche von Solarzellen bekannt ist, bedeutet das, daß der Wirkungsgrad der Zelle mit aktivem Dünnschicht-Bereich vermindert ist, weil nur ein kleiner Teil des langwelligen Bereichs des Sonnenspektrums in dem aktiven Dünnschicht-Bereich absorbiert werden kann.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Fotoelement mit einem aktiven Dünnschicht-Bereich zu schaffen, das eine verbesserte Absorption des längerwelligen Bereichs des Sonnenspektrums aufweist. Durch die Erfindung werden die Anti-Reflexiönsbedingungen von Fotoelementen verbessert und können insbesondere die Anti-Reflexionseigenschaften solcher einen aktiven Dünnschicht-Bereich aufweisenden Bauelemente fein abgestimmt werden. Die erfindungsgemäße Lösung der Aufgabe ist gekennzeichnet durch eine durch Wahl der Gesamtschichtdicke von transparenter Schicht und aktivem Bereich auftreffende Sonnenstrahlen einer längeren als die erste Wellenlänge, ebenfalls vorbestimmten zweiten Wellenlänge des Sonnenspektrums nicht reflektierende Einfallfläche .

Ein erfindungsgemäßes Fotoelement besteht also aus einem Körper mit einem, aktiven Bereich und einer transparenten Schicht mit einer Einfallfläche zum Sammeln der Sonnenstrahlung. Die Dicke der transparenten Schicht ist so gewählt, daß die Einfallfläche für Sonnenstrahlung einer

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ersten Wellenlänge nicht reflektierend ist. Ferner soll die kombinierte Dicke bzw. die Gesamtdicke von transparenter Schicht und aktivem Bereich erfindungsgemäß so ausgewählt sein, daß die Einfallfläche für eine zweite, längere Wellenlänge nicht reflektierend ist.

Anhand der schematischen Darstellung von Ausführungsbeispielen und Diagrammen werden weitere Einzelheiten der Erfindung erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 ein erstes Ausführungsbeispiel des Fotoelementes;

Fig. 2 ein Diagramm des Reflexionsvermögens in Abhängigkeit von der Wellenlänge der Sonnenstrahlung für das erfindungsgemäße Fotoelement;

Fig. 5 ein Diagramm mit Vergleichskurven des Wirkungsgrades einer herkömmlichen und einer erfindungsgemäßen Solarzelle; und

Fig. 4 ein zweites Ausführungsbeispiel des Fotoelementes.

In Fig.· 1 ist ein erstes Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Fotoelementes 10 dargestellt, und zwar eine Schottky-(Grenzschicht)-Solarzelle. Das erfindungsgemäße Bauelement kann irgendeine Solarzelle oder ein Fotodetektor sowie ein anderer Halbleiter-Sperrschichtaufbau, ζ.B₀ ein Bauelement mit einem PN-Übergang, einem PIN-Übergang oder einem HeteroÜbergang sein.

Das Fotoelement 10 besteht aus einem Körper 11 mit einem aktiven Dünnschicht-Bereich 12. Letzterer weist eine Dicke von ungefähr 0,1 bis 10 Mikrometern auf. Der aktive Bereich ist der Teil des Körpers 11, in dem Sonnenstrahlen unter Erzeugung von Ladungsträgern absorbiert werden

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können. Er besteht aus einem Dünnschicht-Halbleitermaterial mit guten optischen Absorptionseigenschaften. Im Ausführungsbeispiel ist angenommen, daß der aktive Bereich 12 aus amorphem, durch Glimmentladung in Silan gebildetem Silizium besteht. Der aktive Bereich 12 kann jedoch auch aus anderem Dünnschicht-Halbleitermaterial, z.B. polykristallinem Galliumarsenid oder Kadmiumtellurid, bestehen.

Eine Oberfläche des aktiven Bereichs 12 grenzt an ein Substrat 14 an. Letzteres besteht aus einem auftreffende Sonnenstrahlen reflektierenden und den aktiven Bereich elektrisch gut kontaktierenden Material, z.B. Aluminium. Das Substrat 14 stellt einen elektrischen Kontakt des aktiven Bereichs 12 dar.

Auf einer dem Substrat 14 gegenüberliegenden Oberfläche des aktiven Bereichs 12 liegt, angrenzend an letzteren, ein Metallfilm 18. Es handelt sich hierbei um einen geschlossenen Film aus einem Metall, das zum Bilden eines Schottky-Kontaktes (sperrender Kontakt), z.B. einer Oberflächen-Sperrschicht, mit dem amorphen Silizium an der Oberfläche 13 des aktiven Bereichs 12 geeignet ist. In typischen Fällen ist undotiertes amorphes Silizium leicht N-leitend, der Metallfilm 18 soll daher aus einem Metall mit hoher Austrittsarbeit, z.B. mit einer Austrittsarbeit von 4,5 eV oder größer, bestehen, um den sperrenden Schottky-Kontakt zu bilden. Geeignete Metalle mit hoher Austrittsarbeit sind Platin, Indium, Rhodium und Palladium. Außerdem soll der Metallfilm 18 so dünn sein, daß er wenigstens semitransparent gegenüber Sonnenstrahlung ist, und er soll einen relativ niedrigen elektrischen Flächenwiderstand aufweisen. Aus der Forderung nach der Transparenz und dem niedrigen Flächenwiderstand des Metallfilms

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18, der außerdem eine kontinuierliche Schicht darstellen soll, kann der Fachmann die erforderliche Dicke des Metallfilms bestimmen.

Auf der dem aktiven Bereich 12 gegenüberliegenden Seite des Metallfilms 18 ist eine transparente Schicht 20 vorgesehen, die eine Einfallfläche 22 aufweist, durch die Sonnenstrahlen 24 in den Körper 11 eindringen können. Die transparente Schicht 20 besteht aus einem im wesentlichen für Sonnenstrahlung durchlässigen Material, z.B. dielektrischem Material, wie Titandioxid, Zirkonoxid oder Siliziumnitrid.

Das Absorptionsprofil für Sonnenstrahlung eines aus durch Glimmentladung in Silan gebildetem Silizium bestehenden aktiven Bereichs 12 zeigt, daß Sonnenstrahlen im Bereich von etwa 350 bis etwa 500 Nanometern in dem aktiven Bereich 12 stark absorbiert werden. Dieser Wellenlängenbereich wird im folgenden als Hochabsorptionsbereich bezeichnet. Die Absorption des aus amorphem Silizium bestehenden aktiven Bereichs 12 nimmt jedoch bei Sonnenstrahlen mit Wellenlängen von mehr als 500 Nanometern ab. Dieser Bereich mit größeren Wellenlängen wird im folgenden als Schwachabsorptionsbereich bezeichnet.

Eine Aufgabe der transparenten Schicht 20 ist es sicherzustellen, daß auf die Einfallfläche 22 auftreffende Sonnenstrahlung des Hochabsorptionsbereichs im Absorptionsprofil von amorphem Silizium im wesentlichen nicht reflektiert wird. Die Dicke der transparenten Schicht 20 soll daher so gewählt werden, daß die Einfallfläche 22 für Sonnenstrahlen einer ersten vorbestimmten Wellenlänge des Hochabsorptionsbereiches nicht reflektierend ist. Die erste vorbestimmte Wellenlänge wird so gewählt, daß

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ein maximaler Anteil der Sonnenstrahlung des Hochabsorptionsbereichs in dem aktiven Bereich 12 - als Folge dieser ersten Anti-Reflexionsbedingung - absorbiert wird. Die Dicke des Metallfilms 12 kann die Dicke der transparenten Schicht 20 in geringem Maße beeinflussen. Die Dicke des Metallfilms 18 soll daher bei der ersten Anti-Reflexionsbedingung berücksichtigt werden.

Mit größtem Vorteil wird erfindungsgemäß die kombinierte Dicke bzw. Gesamtdicke von transparenter Schicht 20 und aktivem Bereich 12 so auf eine zweite vorbestimmte Wellenlänge im Schwachabsorptxonsbereich abgestimmt, daß das Absorptionsvermögen des Fotoelements 10 in diesem Schwachabsorptionsbereich verbessert wird. Die zweite vorbestimmte Wellenlänge wird im Hinblick auf ein Maximieren des in dem aktiven Bereich 12 absorbierten Anteils an Sonnenstrahlung des Schwachabsorptionsbereichs ausgewählt. Diese verbesserte Absorption ist die Folge einer zweiten an der Einfallfläche 22 eingestellten Anti-^Reflexionsbedingung für Sonnenstrahlen aus dem Schwachabsorptionsbereich,

Bei Verwendung eines aus amorphem, durch Glimmentladung in Silan hergestelltem Silizium bestehenden aktiven Bereichs 12 soll die transparente Schicht 20 vorzugsweise eine solche Dicke aufweisen, daß sie eine Anti-Reflexionsschicht für Sonnenstrahlen von etwa 500 Nanometern Wellenlänge (die erste vorbestimmte Wellenlänge) bildet. Gleichzeitig soll die kombinierte Dicke bzw, Gesamtdicke von aktivem Bereich 12 und transparenter Schicht 20 so groß sein, daß diese Schichten gemeinsam infolge ihrer Gesamtdicke als Anti-Reflexions schicht gegenüber Sonnenstrahlen von etwa 650 Nanometern Wellenlänge (die zweite vorbestimmte Wellenlänge) fungieren. Die zweite vorbestimmte Wellenlänge

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soll dabei größer sein als die erste vorbestimmte Wellenlänge .

Wie für das Herstellen von Anti-Reflexionsschichten bzw. das Einstellen von Anti-Reflexionsbedingungen bekannt ist, wird eine spezielle Wellenlänge einer Strahlung ausgewählt, so daß wegen der Anti-Reflexionsbedingung bei der vorbestimmten Wellenlänge eine geringe Reflexion an der Einfallfläche auftritt. Sonnenstrahlen mit einer Wellenlänge in der Nähe der vorbestimmten Wellenlänge, d.h. mit geringfügig längerer oder kürzerer Wellenlänge, werden dann ebenfalls an der Einfallfläche relativ schwach reflektiert. Je weiter ab jedoch die jeweilige Wellenlänge der Strahlung von der vorbestimmten Wellenlänge ist, umso höher ist das Reflexionsvermögen an der Einfallfläche. Es wird nun auf Fig. 2 Bezug genommen,, Die erste und zweite vorbestimmte Wellenlänge sind hierbei 500 bzw. 650 Nanometer. Es zeigt sich, daß das Reflexionsvermögen der Einfallfläche 22 auch noch für Sonnenstrahlung im Wellenlängenbereich von 425 bis 675 Nanometer relativ gering ist.

Wenn bei Betrieb des Fotoelements 10 Sonnenstrahlen mit Wellenlängen in der Nähe der zweiten vorbestimmten Wellenlänge auf ihrem ersten Weg durch den aktiven Bereich 12 in letzterem nicht absorbiert werden, können die Strahlen an dem Substrat 14 zurück in den aktiven Bereich 12 reflektiert und auf dem zweiten Weg durch den aktiven Bereich 12 in diesem absorbiert werden. Wenn jedoch solche Sonnenstrahlen mit Wellenlängen in der Nähe der zweiten vorbestimmten Wellenlänge auch auf dem zweiten Weg durch den aktiven Bereich 12 nicht absorbiert werden, kann die Strahlung auch nicht an der Einfallfläche 22 das Fotoelement 10 verlassen, weil die Einfallfläche

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22 gegenüber Sonnenstrahlen mit Wellenlängen in der Nähe der zweiten vorbestimmten Wellenlänge nicht reflektierend ist. Diese in dem aktiven Bereich 12 wenig absorbierten Sonnenstrahlen werden daher im wesentlichen in der transpa renten Schicht 20 und in dem aktiven Bereich 12 eingefangen, wodurch die Wahrscheinlichkeit einer eventuellen Absorption in dem aktiven Bereich 12 verbessert wird. Dieses Einfangen der Sonnenstrahlung tritt normalerweise nicht hinsichtlich der ersten vorbestimmten Wellenlänge im Hochabsorptionsbereich auf, da die entsprechende Strahlung in der Regel bei ihrem ersten Durchgang durch den aktiven Bereich 12 in diesem absorbiert wird.

In Fig. 3 ist in einem Diagramm der Wirkungsgrad der Absorption von Sonnenstrahlen einer herkömmlichen Solarzelle mit einem aus amorphem, durch Glimmentladung in Silan hergestellten Silizium bestehenden aktiven Bereich mit einem erfindungsgemäßen Fotoelement 10 verglichen. Die untere gleichmäßig durchgehende Linie in Fig. 3 zeigt die Absorptionskurve für Sonnenstrahlung bei einer konventionellen Solarzelle mit amorphem Silizium, während die obere, teilweise wellenförmige und teilweise mit der ersten Linie übereinstimmende Linie die Absorptionskurve für Sonnenstrahlung des erfindungsgemäßen Fotoelements 10 wiedergibt. Die für die Vergleichsmessung herangezogene herkömmliche Solarzelle besaß einen aktiven Bereich aus amorphem, durch Glimmentladung in Silan hergestelltem Silizium von annähernd 10 Mikrometern Dicke. Der aktive Bereich grenzte dabei flächig an ein Substrat aus einem Material wie Aluminium an. Auf einer dem rückseitigen Kontakt gegenüberliegenden Oberfläche des aktiven Bereichs befand sich ein Metallfilm aus Platin. Dieser bildete mit dem aktiven Bereich einen sperrenden Schottky-Kontakt und hatte eine Dicke von annähernd 7,5 Nanometern. Auf der

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dem aktiven Bereich gegenüberliegenden Oberfläche des Metallfilms befand sich flächig an letzteren angrenzend, eine Anti-Reflexionsschicht aus Titandioxid (TiOp) von etwa 34 Manometern Dicke, derart, daß eine Anti-Reflexions bedingung für Sonnenstrahlung bei Wellenlängen von etwa 500 Nanometern eingestellt war.

Bei dem zum Erstellen des Diagramms gemäß Fig. 3 benutzten erfindungsgemäßen Fotoelement 10 waren eine transparente Schicht 20 und ein Metallfilm 18 aus den gleichen Materialien und mit den gleichen Schichtdicken wie bei der vorbeschriebenen herkömmlichen Solarzelle benutzt worden. Die Anti-Reflexionsbedingung für 500 Nanometer wurde daher aufrechterhalten. Jedoch hatte der aktive Bereich 12 eine Dicke von etwa 325 Nanometern und es wurde ein Substrat aus Aluminium verwendet, welches reflektierend wirkt. Diese besondere Dicke des aktiven Bereichs 12 wurde im Hinblick darauf gewählt, daß durch die gesamte Dicke bzw. kombinierte Dicke von transparenter Schicht 20 und aktivem Bereich 12 eine zweite Reflexionsbedingung für Sonnenstrahlen von etwa 650 Nanometern Wellenlänge eingestellt war. Der resultierende Anstieg der Absorption des solaren Photonenflusses ergibt sich deutlich aus Fig. 3· Die Zunahme der Absorption ist dort durch den schraffierten Bereich unterhalb der für das erfindungsgemäße Fotoelement 10 geltenden Kurve repräsentiert. Der Wirkungsgrad der Absorption von solaren Photonen liegt bei herkömmlichen Solarzellen mit einem aktiven Bereich aus amorphem Silizium etwa bei 28%, derjenige eines erfindungsgemäßen Fotoelements beträgt dagegen etwa 33%. Das bedeutet einen Gewinn von 18% gegenüber dem ursprünglichen Wirkungsgrad der herkömmlichen Solarzelle.

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Zum Herstellen des Fotoelements 10 wird das beispielsweise aus Aluminium bestehende Substrat 14 in einen üblichen Glimmentladungs-Apparat gesetzt. Die Glimmentladung wird dann in einer im wesentlichen aus Silan bestehenden Atmosphäre durchgeführt und dabei der aktive Bereich aus amorphem Silizium auf dem Substrat 14 niedergeschlagen. Das Substrat 14 und der aktive Bereich 12 werden anschließend in einen üblichen Verdampfer gebracht, und es wird ein Metallfilm 18 auf den aktiven Bereich abgeschieden. Schließlich wird die transparente Schicht 20 auf dem Metallfilm 18 niedergeschlagen.

In Fig. 4 ist ein zweites Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Fotoelements insgesamt mit 110 bezeichnet. Ebenso wie beim ersten Bauelement sei angenommen, daß das Fotoelement 110 beispielsweise eine Schottky-Grenzschicht-Solarzelle ist. Die Solarzelle 110 besteht aus einem Körper 111, der einen aktiven Dünnschicht-Bereich 112 aus einem Dünnfilm-Halbleitermaterial mit guten optischen Absorptionseigenschaften enthält. Zur Erläuterung der Erfindung sei wiederum angenommen, daß der aktive Bereich 112 aus amorphem, durch Glimmentladung in Silan hergestelltem Silizium besteht. Anders als beim ersten Ausführungsbeispiel enthält der aktive Bereich 112 eine in der Regel aus amorphem, durch Glimmentladung in Silan hergestelltem Silizium bestehende erste Schicht 113» die undotiert ist. Zu dem aktiven Bereich 112 gehört ferner eine aus dotiertem amorphem Silizium hergestellte zweite Schicht 115. Letztere kann durch Glimmentladung in einer Mischung von Silan und einem Dotiergas hergestellt werden und sail flächig an die erste Schicht 113 angrenzen. Die zweite Schicht 115 ist vorzugsweise stark dotiert, beispielsweise enthält sie 0,1 Atomprozent Phosphor. Wenn die erste Schicht

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113 etwa 300 Nanometer dick ist, soll die zweite Schicht 115 normalerweise etwa 20 Nanometer Dicke haben. Der aktive Bereich 112 und speziell die erste Schicht 113 liegt unmittelbar auf einer Oberfläche eines Substrats 114. Ebenso wie das Substrat 14 des ersten Ausführungsbeispiels besteht das Substrat 114 aus einem Sonnenstrahlung reflektierenden Material. Das Material des Substrats 114 soll aber außerdem geeignet sein, einen Schottky-Kontakt, d.h. eine Oberflächen-Sperrschicht, mit dem aktiven Bereich 112 zu bilden. Geeignete Materialien zum Herstellen des Substrats 114 sind Metalle wie Rhodium, Iridium oder Platin.

Auf einer dem Substrat 114 gegenüberliegenden Oberfläche der zweiten Schicht 115 liegt eine Metallschicht 117. Für letztere wird ein die zweite Schicht 115 elektrisch, vorzugsweise ohmisch, gut kontaktierendes Material ausgewählt. Ein Beispiel für ein solches Material ist Platin. Die Metallschicht 117 soll außerdem für Sonnenstrahlung im wesentlichen transparent sein und im allgemeinen eine relativ geringe Dicke von z.B. 5 Nanometern aufweisen. Auf einer Oberfläche der Metallschicht 117 ist eine für Sonnenstrahlen transparente Schicht 120 mit einer Einfallfläche 122 vorgesehen. Ebenso wie die transparente Schicht 20 des ersten Ausführungsbeispiels ist die transparente Schicht 120 für Sonnenstrahlen im wesentlichen durchlässig, die transparente Schicht 120 soll jedoch außerdem geeignet sein, einen guten elektrischen Kontakt mit der Metallschicht 117 zu bilden. Ein Material, mit dessen Hilfe diese Forderungen bei der transparenten Schicht 120 erfüllt werden können, ist z.B. Indiumzinnoxid.

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Der Zweck der Metallschicht 117 besteht darin, einen elektrischen Kontakt, nicht aber einen gleichrichtenden Übergang zwischen der transparenten Schicht 120 und dem aktiven Bereich 112 zu bilden. Eine stark dotierte Schicht, wie die an die Metallschicht 117 angrenzende zweite Schicht 115, stellt einen guten elektrischen Kontakt zwischen der Metallschicht 117 und dem aktiven Bereich 112 dar. Da das undotierte amorphe Silizium der ersten Schicht 113 leicht N-leitend ist, soll die zweite Schicht 115 denselben Leitungstyp wie die erste Schicht 113 aber mit höherer Störstellenkonzentration aufweisen. Beispielsweise kann die zweite Schicht 115 mit einem N-Dotiermittel, wie Phosphor, dotiert sein.

Ebenso wie beim ersten erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel soll die transparente Schicht 120 der Solarzelle 110 eine solche Dicke aufweisen, daß die für eine erste vorbestimmte Wellenlänge geltende erste Anti-Reflexionsbedingung an der Einfallfläche 122 eingestellt ist. Ferner soll die Gesamtdicke bzw. die kombinierte Dicke von transparenter Schicht 120 und aktivem Bereich 112 so ausgewählt werden, daß eine zweite Reflexionsbedingung für eine zweite vorbestimmte Wellenlänge an der Einfallfläche 122 ebenfalls gilt. Es sei ferner darauf hingewiesen, daß ebenfalls ähnlich wie beim ersten Ausführungsbeispiel die Dicke der Metallschicht 117 die Dicke der transparenten Schicht 120 zum Einstellen der ersten Anti-Reflexionsbedingung in geringem Umfang beeinflußt.

Es wurde zwar gesagt, daß beim zweiten Ausführungsbeispiel eine eine elektrische Gleichrichtung zwischen der transparenten Schicht 120 und dem aktiven Bereich 112 verhindernde Metallschicht 117 vorgesehen ist, diese Gleichrichtung kann

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aber auch durch die dotierte zweite Schicht 115 allein, d. h. ohne die Metallschicht 117, ausgeschlossen werden.

Das erste und das zweite erfindungsgemäße Ausführungsbeispiel unterscheiden sich im wesentlichen durch die Lage der Schottky-Sperrschicht in dem Körper 11 bzw. 111. Die Betriebsweise des zweiten Ausführungsbeispiels ist im wesentlichen dieselbe wie beim ersten Ausführungsbeispiel.

Eine Solarzelle 110 mit einem aktiven Bereich 112 aus amorphem, durch Glimmentladung in Silan hergestelltem Silizium, einem Substrat 114 aus Platin, einer Metallschicht 117 von etwa 5 Nanometern Dicke, einer transparenten Schicht 120 aus Indiumzinnoxid von etwa 52,5 Nanometern Dicke erfüllt eine erste Antireflexionsbedingung bei einer Wellenlänge von etwa 500 Nanometern. Weiterhin soll die Dicke des aktiven Bereichs 112 etwa 320 Nanometer betragen, derart, daß die kombinierte Dicke von aktivem Bereich 112 und transparenter Schicht 120 eine zweite Anti-Reflexionsbedingung an der Einfallfläche 122 für Sonnenstrahlen mit einer Wellenlänge von etwa 650 Nanometern erfüllt«

Zum Herstellen der Solarzelle 110 wird ein beispielsweise aus Platin bestehendes Substrat 114 in eine herkömmliche Glimmentladungs-Vorrichtung gegeben. Zum Niederschlagen der ersten Schicht 113 wird die Glimmentladung in einer im wesentlichen aus Silan bestehenden Atmosphäre gezündet. Nach dem Bilden der ersten Schicht II3 wird zum Niederschlagen der zweiten Schicht 115 ein Dotier^gas, zum Beispiel Phosphin, in die Glimmentladungs Atmosphäre eingeleitet. Das Substrat 114 und der aktive

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Bereich 112 werden anschließend in einen üblichen Verdampfer gebracht, um die Metallschicht 117 und die transparente Schicht 120 aufzubringen.

Im ersten erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel sind die elektrischen Kontaktiermittel des aktiven Bereichs 12 das Substrat 14 einerseits und der Metallfilm 18 andererseits. Im zweiten erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel sind die elektrischen Kontaktiermittel des aktiven Bereichs 112 das Substrat 114 einerseits und die transparente Schicht 120 in Reihe mit der Metallschicht 117 andererseits.

Es liegt im Rahmen der Erfindung, daß die Oberfläche des mit dem aktiven Bereich kontaktierten Substrats sowohl im ersten als auch im zweiten Ausführungsbeispiel aufgerauht oder winklig sein kann, damit die Einfallfläche nicht absorbierte Sonnenstrahlen besser einfangen kann.

Durch die Erfindung sind für Fotoelemente Konstruktionskriterien für Anti-Reflexionsbedingungen geschaffen worden, die zu einem höheren Wirkungsgrad hinsichtlich der Absorption von solaren Photonen führen.

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Claims

RCA Corporation, 30 Rockefeller Plaza, New York, N.Y. 10020 (V.St.A.)

Patentansprüche:

Fotoelement mit einer für Sonnenstrahlung transparenten, eine eine erste Wellenlänge des Sonnenspektrums nicht reflektierende Einfallfläche aufweisenden Schicht an der Oberfläche und einem aktiven Bereich im Innern eines Körpers, gekennzeichnet durch eine durch Wahl der Gesamtschicht-Dicke von transparenter Schicht (20, 120) und aktivem Bereich (12, 112) auftreffende Sonnenstrahlen (24) einer längeren als die erste Wellenlänge, ebenfalls vorbestimmten zweiten Wellenlänge des Sonnenspektrums nicht reflektierende Einfallfläche (22, 122).
2. Fotoelement nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen zwischen die transparente Schicht (20) und den aktiven Bereich (12) eingefügten und eine Oberflächensperrschicht mit dem aktiven Bereich bildenden Metallfilm (18).
3. Fotoelement nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeich net durch ein auf der der transparenten Schicht

■ (20) gegenüberliegenden Fläche den aktiven Bereich (12) berührendes und kontaktierendes durch den aktiven Bereich hindurchfallende Sonnenstrahlung reflektierendes Substrat (14).

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4. Fotoelement nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet daß der aktive Bereich (12) aus amorphem, durch Glimmentladung in Silan gebildetem Silizium besteht, und daß die erste vorbestimmte Wellenlänge etwa 500 Nanometer und die zweite vorbestimmte Wellenlänge etwa 650 Nanometer beträgt.
5. Fotoelement nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Dicke des aktiven Bereichs (12) etwa 325 Nanometer beträgt, daß die transparente Schicht (20) aus Titandioxid besteht und etwa 34 Nanometer dick ist und daß der Metallfilm (18) aus Platin besteht und etwa 7,5 Nanometer dick ist»
6. Fotoelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß der aktive Bereich (112) aus einer ersten (113) und einer zweiten (115) Schicht besteht, daß die beiden Schichten (113, 115) denselben Leitungstyp besitzen und daß die zweite Schicht (115) eine höhere Ladungsträgerkonzentration als die erste Schicht aufweist (Fig. 4).
7. Fotoelement nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen die transparente Schicht (120) und die zweite (115) Schicht des aktiven Bereichs (112) eine an diese Schicht angrenzende und sie elektrisch gut kontaktierende Metallschicht (117) eingefügt ist.
8. Fotoelement nach Anspruch 6 oder 7, gekennzeich net durch ein der transparenten Schicht (120)

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gegenüber an die erste Schicht (113) des aktiven Bereichs (112) mit einer Oberflächensperrschicht angrenzendes und durch den aktiven Bereich (112) hindurchfallende Sonnenstrahlen reflektierendes Substrat (114).
9. Fotoelement nach einem oder mehreren der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Schicht (113) des aktiven Bereichs (112) aus durch Glimmentladung in Silan gebildetem, amorphem Silizium und die zweite Schicht (115) des aktiven Bereichs (112) aus durch Glimmentladung in einer Mischung aus Silan und einem Dotiergas gebildetem dotiertem, amorphem Silizium besteht und daß die erste vorbestimmte Wellenlänge etwa 500 Nanometer und die zweite vorbestimmte Wellenlänge etwa 650 Nanometer beträgt.
10. Fotoelement nach einem oder mehreren der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Dicke des aktiven Bereichs (112) etwa 320 Nanometer beträgt und daß die transparente Schicht (120) aus Indiumzinnoxid besteht und etwa 52,5 Nanometer dick ist.
11. Fotoelement nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 10, gekennzeichnet durch einen als 0,1 bis 10 Mikrometer starke Dünnschicht ausgebildeten aktiven Bereich (12, 112)„

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