DE3143513A1 - Verfahren zur herstellung von photovoltaischen solarzellen - Google Patents
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Description
- Verfahren zur Herstellung von photovoltaischen Solarzellen
- Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von mittels Gasphasenabscheidung erzeugter photovoltaischer Solarzellen aus amorphem Silizium Die Herstellung solcher photovoltaischer Solarzellen ist bekannt, siehe DE-OS 27 53 141 und DE-OS 29 38 260. Inhalt dieses bekannten Verfahrens ist es, das amorphe Silizium direkt aus der Gasphase auf relativ billige Substrate abzuscheiden.
- Nach wie vor ist der unzureichende Wirkungsgrad von photovoltaischen Solarzellen unbefriedigend. Die neueren Entwicklungen auf dem Gebiet der photovoltaischen Solarzellen auf der Basis amorphen Siliziums haben gezeigt, daß sowohl mit Zellen vom p-i-n, als auch vom Schottkybarrien-Typ eine Effektivität um 6 % erzielt werden kann. Dies liegt beträchtlich unterhalb der erreichbaren 15 bis 20 %, die heute allgemein als erzielbar angesehen werden, siehe D.E. Carlson C.R. Wronski, Appl., Phys., Letters, 28, 1976, 671.
- Als Ursache für den Abfall der spektralen Ausbeute wird unter anderem angesehen, daß im Blauen die Ladungsträger-Lebensdauern in der Oberflächenrandschicht der Zelle aus amorphem Zilizium stark reduziert sind. Nach herkömmlichen Methoden hergestellte phoiovoltaische Solarzellen enthalten generell wasserstoffverarmte Oberflächenrandschichten von etwa 0,1 vm Dicke. In dieser Zone sind die für amorphes Silizium charakteristischen Defekte nur unzureichend passiviert. Es stellt sich daher der unbefriedigende Wirkungsgrad weit unterhalb des theoretisch erreichbaren Wertes ein, da durch die Wasserstoffverarmung der Oberflächenrandschichten bedingt, dort eine stark erhöhte Dichte von unabgesättigten "dangling bond"-Defekten vorliegt.
- Dies führt dazu, daß die hohe Oberflächendichte an Defekten ein weiteres Eindringen der Raumladungszone in die photovoltaische Solarzelle verhindert. Dadurch bleibt die Dicke der aktiven, ladungssammelnden Schicht in der Zelle begrenzt mit der Konsequenz, daß der rote Spektralbereich des Sonnenlichts nur unvollständig genutzt werden kann. Weiter ergibt sich, daß der grüne und blaue Anteil des Sonnenspektrums innerhalb der wasserstoffverarmten Randschicht absorbiert wird. Die dort erzeugten Ladungsträger können aufgrund stark reduzierter Lebensdauer nur sehr unvollständig gesammelt werden.
- Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein Verfahren der eingangs genannten Art anzugeben, daß es gestattet, die Oberflächendefektdichte von photovoltaischen Solarzellen aus amorphem Silizium wesentlich zu reduzieren und damit die Effektivität auf den theoretisch erzielbaren Wert anzuheben.
- Diese Aufgabe ist dadurch gelöst, daß zur Reduzierung der Oberfl ächendefektdichte die wasserstoffverarmte Oberflächenrandschicht bis zu einer Tiefe von etwa 0,1 rm abgetragen wird, wobei Abätzen angewendet wird.
- Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung, die den Gedanken der Reduzierung der Oberflächendefektdichte weitertragen, zum Teil auch mit anderen Verfahren, ergeben sich aus den Unteransprüchen Die Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den zuvor Ausgeführten Besonders ist noch einmal hervorzuheben die bedeutsame Steigerung des Solarzellenwirkungsgrades durch zusätzliche aber technisch unaufwendige Verfahrensschritte. Als weiterer Vorteil stellt sich auch einS daß das Verfahren keineswegs auf den angegebenen Zweck beschränkt ist, sondern beispielsweise auch in der Anwenudng zur Erzeugung von Dünnfilmtransistoren vorteilhaft ausgenutzt werden kann.
- Die Erfindung ist anhand der Fig. näher erläutert. Es zeigen Fig. la, ab, lc Photovoltaische Solarzellen mit implantierten p+- und n+-Kontakten, Fig. 2a, 2b Schottky- bzw. MIS-Zellen, Fig. 3 photovoltaische Solarzellen mit durch Bordotierung passivierten Oberflächen.
- In Fig. 1a, lb, lc sind photovoltaische Solarzellen mit implantierten p+- und n+-Kontakten dargestellt, wobei sowohl der Fall für p+- als auch n+-Eintrittsfenster dargestellt ist.
- Die Fig. 1 zeigt schematisch als ersten Schritt die Gasphasenabscheidung, die z.B. nach einem der bekannten Verfahren erfolgen kann. Als zweiter Schritt erfolgt das Abtragen der Oberflächenrandschicht bis zu einer Tiefe von etwa 0,1 im im Ausführungsbeispiel durch Ätzen. Der dritte Schritt enthält die lonenschrittimplantation, die dazu dient das Eintrittsfenster herzustellen. Im vierten Schritt erfolgt dann das übliche Bedampfen mit Antireflexionsschichten und Kontakten. Aus der Übersicht in Fig. la, Ib, lc wird deutlich, daß das Abtragen der Oberflächenrandschicht zweckmäßigerweise zwischen dem ersten Schritt der Gasphasenabscheidung und dem dritten Schritt der lonenimplantation erfolgen soll.
- Das Abätzen erfolgt bis zu einer Tiefe, bis zu der das wesentliche. defektfreiere Volumen der Solarzelle freigelegt ist.
- Dies erfodert, wie bereits mehrfach angesprochen, die Abtragung von etwa 0,1 dum Silizium. Die Fig. lb, lc geben beredte Auskunft über die Veränderungen, die das Wasserstofftiefenprofil der photovoltaischen Solarzelle nach den einzelnen Präperationsschritten annimmt, und sprechen insoweit für sich. Hingewiesen sei noch einmal darauf, daß sowohl Fälle mit n-i-p als auch p-i-n Struktur nach dem erfindungsgemäßen Verfahren behandelt werden sollen, so wie das auch in den Fig. la, lb, lc deutlich wird.
- Fig. 2a, 2b zeigen den Vorgang nach der Erfindung anhand von Schottky- bzw. MlS-Zellen. Auch hier ist der erste.
- Schritt nach dem Stand der Technik die Gasphasenabscheidung. An zweiter Stelle erfolgt das Abtragen ebenfalls wieder durch Abätzen. Der dritte Schritt enthält die Borimplantation zum Einstellen der Barrierenhöhe so wie es Stand der Technik ist. Ersichtlich ist der vierte Schritt, das Aufbringen der Isolatorschicht, und im fünften Schritt werden der Schottky-Kontakt und die Antireflexschichten aufgebracht.
- Auch hier zeigen die darunter befindlichen Verläufe deutlich, daß mit dem erfindungsgemäß zwischengeschalteten Verfahrensschritt eine wesentliche Verbesserung des Zellenwirkungsgrades eintritt.
- Sowohl für die in Fig. la, Ib, lc als auch Fig. 2a, 2b dargestellten Verfahren kann der Ätzschritt dadurch ersetzt werden, daß entsprechend in den Darstellungen in den Unteransprüchen die p+-i- bzw. n+-i-Struktur nach dem ersten Schritt der Gasphasenabscheidung möglichst schnell auf die Umgebungstemperatur gebracht wird und während des Abkühlens noch zusätzlich vorteilhafterweise einer Wasserstoffglimmentladung ausgesetzt wird Der Vorteil dieses Verfahrens ist, daß es auch für vollständig durch Gasphasenabscheidung hergestellte photovoltaische Solarzellen aus amorphem Silizium anwendbar ist.
- Fig. 3 schließlich zeigt ein Beispiel für photovoltaische Solarzellen, deren Oberflächen durch Bordotierung passiviert werden. Insbesondere die Passivierung der Oberflächendefekte von n-i-p Zellen, bei denen der Lichteintritt durch die p-Schicht erfolgt, bietet sich bei diesen Zellen an. Dazu sind Strukturen des Typs n-i-p herzustellen, wobei dies leichte Bordotierung im oben angegebenen Bereich über etwa die letzten 6,1 pm abgeschiedener Filmdicke bedeutet. Durch Aufbringen eines geeigneten Schottky-Kontaktes auf diese Strukturen können photovoltaische Solarzellen vom Schottkybarrieren typ mit erhöhter Leerlaufspannung erhalten werden, indem ein p+-Kontakt in die n-Schicht implantiert oder durch Gasphasenabscheidung darauf abgeschieden wird. Durch die beiden letzten Verfahren werden p+-Eintrittsfenster mit erhöhter Transparenz erhalten, was zu einer weiteren Steigerung der Blauausbeute führt. Wie die Fig. 3 deutlich macht, erfolgt im ersten Schritt eine Gasphasenabscheidung, im zweiten Schritt eine Gasphasenabscheidung eines p+-Kontaktes oder die Implantation eines p+-Kontaktes und die Aufbringung einer Isolierschicht und im dritten Schritt das Aufbringen der Kontakte und Antireflexionsschicht nach dem Stand der Technik
Claims (4)
- Verfahren zur Herstellung von photovaltaischen Solarzellen Patentansprüche 1. Verfahren zur Herstellung von mittels Gasphasenabscheidung erzeugter photovoltaischer Solarzellen aus amorphem Silizium, dadurch g e k e n n z e i c h n e t daß zur Reduzierung der Oberflächendefektdichte die wasserstoffverarmte Oberflächenrandschicht bis zu einer Tiefe von etwa 0,1 µm abgetragen wird, wobei Abätzen angewendet wird.
- 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch g e k e n n -z e i c h n e t , daß die fertig abgeschiedenen Solarzellen in einer. Wasserstoffglimmentladung während des Abkühlvorganges von der Abscheidetemperatur von etwa 200 bis 4000 C auf Raumtemperatur beglimmt werden.
- 3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch g e k e n n -z e i c h n e t , daß zur Reduzierung der Oberflächendefektdichte der Abkühlvorgang stark beschleunigt wird, um ein Ausdiffusieren von Wasserstoff aus den fertig abgeschiedenen Solarzellen zu minimieren.
- 4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch g e k e n n -z e i G h ñ e t i daß' während der letzten Phase der Abscheidung Diboran (B2H6) zum Silanplasma zugegeben wird.
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7863518B2 (en) * | 2003-03-20 | 2011-01-04 | Sanyo Electric Co., Ltd. | Photovoltaic device |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE2938260A1 (de) * | 1979-09-21 | 1981-03-26 | Messerschmitt-Bölkow-Blohm GmbH, 8000 München | Halbleiterbauelement fuer die umsetzung von licht in elektrische energie |
-
1981
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Patent Citations (1)
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Non-Patent Citations (3)
| Title |
|---|
| FR-Z.: "Journal de Physique" Bd. 42, Supplement au No. 10, S. C4-779 bis C4-782, Oktober 1981 * |
| US-Z.: "Applied Physics Letters", Vol. 31, No. 9, 1977, S. 582-585 * |
| US-Z.: "Applied Physics Letters", Vol. 37, No. 7, 1980, S. 609-612 * |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7863518B2 (en) * | 2003-03-20 | 2011-01-04 | Sanyo Electric Co., Ltd. | Photovoltaic device |
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