DE3201188A1 - Solarzelle mit antireflektonsueberzug und verfahren zu ihrer herstellung - Google Patents

Solarzelle mit antireflektonsueberzug und verfahren zu ihrer herstellung

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DE3201188A1
DE3201188A1 DE19823201188 DE3201188A DE3201188A1 DE 3201188 A1 DE3201188 A1 DE 3201188A1 DE 19823201188 DE19823201188 DE 19823201188 DE 3201188 A DE3201188 A DE 3201188A DE 3201188 A1 DE3201188 A1 DE 3201188A1
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Description

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PATENTANWALT
Anmeldung:
Mein Aktenzeichen:
Patent
81.71 Wickel-Plating
2808 Syke - Hauptstrasse
Privat: 2830 Bassum 2/Nordwohld·
Bucheneck 10
Tel. (04242) 4865 - Privat: (04249) 302
Datum: 14.01.1982 /2
ANMELDER:
SOLAEEX COEPOHATIOIi
Societe organisee sous les lois de l'Etat de
Delaware, Eockville, Maryland, U.O.A.
ERFINDER:
Daniel L. Whitehouse
2554-0 !"rederick Eoad, Olarlcsbirrg, Maryland
U.S.A.
VERTRETER gemäß § 16 PatGes.:
Dipl.-Ing. Martin Schumacher, Patentanwalt Syke, Hauptstr.
PRIORITÄT:
U.S.A. Nr. 227 96S vom 23. Januar 1981
BEZEICHNUNG
Solarzelle mit Antireflektionsüberzug und Verfanren zu ilarer Herstellung.
: · ·:.;*:ν 14.01.1902/2
.-*$"- Plating
GEGMSl1AUD DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung "bezieht sich allgemein auf solare Energiezel1 en und speziell auf Antireflektionsschichten für solche Zellen und ein Verfahren zur Herstellung solcher Antireflektionsüberzüge.
Eine Halbleiteranordnung enthält eine Siliziumoblate, welche zuvor mit einem Premdatom gedopt worden ist, um eine spezifisehe Polarität anzunehmen und welche sodann einem Iremdatom entgegengesetzter Polarität ausgesetzt wird, um so eine elektrische Grenzschicht zu bilden. Wird beispielsweise eine SiIi-
·
ziumoblate zunächst mit Bor dopiert um eine Polarität des p-
. . Typs zu bilden, so ergibt sich durch folgende Diffusion von ■ ·'. Phosphor eine Oblate mit einer p-n-Grenzschicht nahe der :^ Oberfläche.
"-%'r. Ist eine Grenzschicht gebildet worden, so wird Strahlungsenergie, :. gewöhnlich in Form von auf die Oberfläche fallendem Licht, .'•y schnell absorbiert, indem sie in das Halbleitermaterial ein- ?$i dringt und dort freie Elektronen und Defektelektronen paar-.^.' weise erzeugt. Die Minoritätsfcräger der Defektelektronenpaare v] y rekombinieren sich entweder im Bereich ihrer Entstehung mit Ma- vj.\ o'oritätsträgern oder passieren die p-n-Grenzschicht.Diejenigen Minoritätsträger, welche die p-n-Grenzschicht kreuzen, ru- ^ fen eine Torspannung des Zellkörpers hervor, wobei die Elektronen in den η-Bereich und die Defektelektronen in den p-Typ-Bereich fließen. Diese Vorspannung resultiert in die Erzeugung eines . elektrischen Nutzstromes, welcher fließt, sobald die beiden Bereiche außen durch einen elektrischen Leiter miteinander verbunden werden.
Der Wirkungsgrad, d.h. das Eingangs-/Ausgangsverhältnis einer Solarzelle hängt unmittelbar von der Menge des Nutzlichtes ab (Trägerlichtleistung), welche durch die Solarzelle absorbiert wird. Der Wirkungsgrad der Solarzelle ist begrenzt, weil ein Teil des Lichtes, Nutzlicht sowohl als auch nichtausnutzbares Licht, welches die Oberfläche der Zelle erreicht, reflektiert wird. Um diese Reflektion des Lichtes herabzudrücken, wird ein Antireflektionsüberzug auf der Oberfläche der Solarzelle gebildet, durch welche das Licht in die Zelle eintritt.
'::·!. !"I" .: 14.o1.1982 /2 j
\ Eine gut funktionierende Antireflektionsschicht soil die Re- .p. "i '"''"
flektion des nutzbaren Lichtes herabsetzen und selbst kein ■ ·.'■-■. !■ Nutzlicht absorbieren, sondern diesem Nutzlicht Gelegenheit i
geben, in die darunterliegende Zelle einzudringen. Der Nutzen '* der Ant ir eflektions stoffe hängt deshalb von dem Eeflektions- "^. index der darunterliegenden Solarzelle ab sowohl als auchvam 'λ Band der Wellenlängen, welche von der Solarzelle absorbiert '-..■-werden. · rS
Es sind Verfahren bekannt, durqh welche Antireflektionsüberzüge ,; erzeugt werden, indem Metall m$t Hilfe eines Elektronenstrahls !'. verdampft und sodann thermisch oder anodisch zu seinen Oxyden oxidiert wird, während es sich auf dem Silizium befindet; oder ,'; indem Metalloxyd direkt auf die Oberfläche der Solarzelle auf- J gedampft wird oder auch durch Elektronenstrahlverdampfung von Mischungen eines Metalls und seiner Oxyde. Diese Verfahren .'■ sind a'us mancherlei Gründen unbefriedigend, insbesondere auch, ■ weil sie kostspielige und komplizierte Einrichtungen erfordern, wie beispielsweise die Anwendung eines Hochvakuums für die Ver- dampfung der Metalle und/oder ihrer Oxyde und weil es schwierig ist, die Stärke der erzeugten Antireflektionsschichten zu steuern, Eine weitere Schwierigkeit der bekannten Verfahrensweisen ergibt sich dadurch, daß teilweise eine Beseitigung der erzeug- .?' ten Antireflektionsschichten erforderlich ist, um gitterförmige Metallkontakte zu bilden.
AUFGABE
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde ein Verfahren zu entwickeln, mit welchem auf einfache· Weise wirksame Antireflektionsschichten/als auch Metallgitter erzeugt werden können.
LÖSUNG DER AUFGABE- ' ■
Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß dadurch gelöst worden, daß ein metallisches organisches Salz gitterförmig auf die Oberfläche der Zelli^untcaxes Metallsubstat durch Hitzebehandlung in seine
ψ - ·:.:-:*.* 15.01.1982/2
τ Plating
Oxyde verwandelt wird. Hach Entfernung des Gitters wird die Zellenoberfläche unter dem soliden Teil des Gitters frei vom Überzug, so daß/exn Metallkontakt aufgebracht werden kann.
Die bevorzugt verwendeten metallischen organischen Salze sind Alkoxyde, wie z.B. Methyloxyde, Ithyloxyde, n-Propyloxyde, Isopropoxyde, Butyloxyde und Pentyloxyde. Die Begrenzung der Kettenlänge der Alkoxyde wird bestimmt durch die Leichtigkeit ihrer Produktion und ihrer Zersetzung. Bei den Temperaturen, welche in der Verfahrensstufe der Erhitzung angewandt werdenj bestehen die Verbrennungsprodukte des Alkoxydteils hauptsächlieh aus Wasser und Kohlenstoffdioxyd. Aryloxyde werden normalerweise nicht eingesetzt, weil sie im Vergleich zu Alkoxyden größere Schwierigkeiten für die vollständige Zersetzung bereiten. ^ Das für dieses Verfahren angewandte Metall wird ausgewählt aus der Gruppe Tantal, Niobium, Titan, Tellur, Zirkon und Yttrium oder Kombinationen dieser Metalle.
Die Charakteristiken des erzeugten Belages, wie Brechungsindex, ■ Dielektrizitätskonstante, Härte, Porosität, Lichtabsorbtion, chemische Stabilität und andere chemische, physikalische, elektronische und optische Eigenschaften lassen sich bestimmen durch geeignete Auswahl der Bereitung der Alkyloxydpräparate für die jeweils vorliegende, zu beschichtende Zelle. Die Stärke des Belages läßt sich leicht durch die Menge der verwendeten Alkoxydpaste bestimmen und beträgt vorzugsweise etwa 1/4-tel der Wellenlänge der Lichtenergie mit einer Wellenlänge im Bereich von etwa o,5 bis o,75 Mikron. Die tatsächlich erzielte Stärke der Beschichtung läßt sich durch verschiedene bekannte Instrumente messen, die für diesen Zweck zur Verfugung stehen.
Bei der Zubereitung der metallisch-organischen Paste wird ein Eindickungs- oder Suspensions-Agens, wie Ethylcellulose oder Methylcellulose, mit einer kompatiblen Flüssigkeit gemischt. Die am häufigsten benutzte Flüssigkeit als Lösungsmittel für Alkoxyde ist aliphatischer Alkohol mit wenigstens sechs Kohlenstoffatomen, wie 2-Ethylhexanol-1 oder einem Terpen, wie oC-Terpineol. Auch andere bekannte alkoholische Flüssigkeiten, wie
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Benzylalkohol und andere aromatische Alkohole, Terpene und Eindiekungs- oder Suspensions-Agenzien können benutzt wrden. ""
Dieser Paste wird entweder ein metallisches Alkoxyd oder eine Mischung von Metallchloriden und Alkohol beigegeben. In keinem ' dieser Falle muß sämtliches Halogen des Metalls durch eine Alkoholgruppe ersetzt werden. In Abhängigkeit vom ausgewählten Metall findet, wenn das Metall und der Alkohol der Mischung zugesetzt werden, entweder eine Reaktion zwischen den beiden Komponenten oder eine Komplex.verbindung der beiden Komponenten oder beides statt. Das Verhältnis von -Metall-Halogenit zu Alkohol in einer Mischung der beiden Komponenten oder in einem Alkoxyd liegt zweckmäßig bei etwa 1/1 bis 1/3, vorzugsweise bei 1/2.
Das bevorzugte Verhältnis von Eindiekungsagens zum Alkohol zwecks Bildung einer brauchbaren Paste liegt im Bereich von etwa 2/1 bi£ 1/2o. Das bevorzugte Verhältnis der Paste zum Metallalkoxyd oder der Mischung liegt im Bereich von etwa 1o/1 bis 5o/1. ,
Bei einem spezifischen praktischen Anwendungsfall nach dieser Erfindung wurde eine Paste mit einem Teil Ethylcellulose und 1,5 Teilen <jL- Terpineol verwendet. 2o Teilen der resultierenden Paste wird ein Teil einer Mischung aus ein'Teil Niobiumchlorid (NbCIc) auf zwei Teile Ethanol beigefügt. Die resultierende im wesentlichen homogene Paste wird dann über ein Gitter gesprüht, welches auf die Lichtempfarigsoberflache der Zelle gebracht worden ist. Dieses Gitter läßt alle Bereiche offen ausgenommen diejenigen Bereiche,welche das Metallgitter bilden sollen. Die Stärke der Abschirmung wird so gewählt, daß sich in ihrem, offenen Bereich genügend Paste anbringen läßt um einen Belag zu bilden, der nach der Hitzebehandlung eine Stärke von etwa 1/4tel Wellenlänge beträgt.
Nachdem die Paste auf die Zelle aufgebracht worden ist, wird die Abschirmung entfernt und die Zelle auf etwa 4oo°C bis 55o°C für die Dauer von etwa 1 bis 1o Minuten erhitzt. Anschließend an die Hitzebehandlung wird die Zelle mit einer Standard-Nickelplatierungslösung plattiert, um so die Gitterstruktur zu bilden.
— 8 —
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; Bei wiederholter Anwendung dieses Verfahrens wurde eine Mi-
·■ schung von ein Teil Ethyl cellulose mit 1,5 Teilen 2-Ethyl-, ■ ¥ hexanol-1 als Pastenkomponenten bzw. 1 bis 3 Tantalchlorid- -■ ■ EthanolmJ schung oder Titanethoxyd eingeführt. Das Verhältnis ■ t :· von Paste zur metallischen Alkoholmischung war 15/I und das ·''■ V' Verhältnis von Paste zu Titanethoxyd 25/1. Bei beiden Verfahren
war die Stärke der resultierenden Oxydbeschichtung im Bereich :■ von etwa o,5 bis ο,75 Mikron.
Die Erfindung kann auch so ausgeführt werden, daß die Beschich-• ' tung nach der Hitzebehandlung der Zelle entfernt wird. In diesem ; Fall ist das Beschichtungsmaterial zus-ammengesetzt aus Material,
welches der Hitze im Bereich von etwa 3oo°G bis 55o°C standhält. .; Derartiges Material ist bekannt. Es wird jedoch bevorzugt, daß die Beschichtung vor der Hitzebehandlung entfernt wird. JPür die Bezugnahme auf Anteile und Verhältnisse in Beschreibung . und Ansprüchen gelten Gewichtsanteile.
: Im Eahmen der Erfindung sind jaoch mancherlei Abänderungen und \ .·' andere Ausführungen^ möglich.

Claims (13)

3201 138 -*-.*:■ :..:-·..: ·..·.:".. 8I.71 Nickei- ■~- Plating ■· PAQ%NTANSPRÜCHE;
1. Verfahren zur Bildung eines Antireflektionsüberzuges und Gitters auf der Oberfläche einer Solarenergiezelle zur
,' Absorbtion von den auf die Oberfläche treffenden Lichtstrahlen, dadurch gekennzeichnet, daß
a. auf der Oberfläche der Solarzellen eine gitterartige .... Abschirmung gebildet wird, deren Muster die Bereiche . für den Antireflektionsüberzug offenläßt,
b. eine Metallalkoxydpaste aufgebracht ?' wird,
1^ c. die so beschichtete Zelle auf eine Temperatur im Bereich von etwa 3oo°C bis 55o°C erhitzt wird, um das Alkoxyd
zu zersetzen und Metalloxyd zu bilden, und
nach Entfernung.des Gitters, , „ , ., ... .. d./axe Klaren Bereiche zur Bildung des Metallgitters mit
einer Nickelmasse plattiert werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch Verwendung einer Paste, welche aus
a. einem Eindickungs- oder Suspensions-Agens,
b. flüssigem Alkohol aus der Gruppe aliphatischer Alkohole mit wenigstens 6 Kohlenstoffatomen, Terpenen und aroma-
: - tischen Alkoholen, und
^ ' c. einem Metallalkoxyd besteht, wobei das Metall aus der Gruppe von Tantal, Titan, Niobium, Yttrium, Zirkon, Tellur oder einer Mischung dieser ausgewählt ist.
:'i
3. Verfahren nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch Anwendung eines Verhältnisses von Eindickungsagens zu Alkohol in der Größenordnung von 2/1 bis etwa 1/2o und einem Verhältnis der Paste, d.h. der Mischung von Eindickungsagens· und Alkohol, zum Metallalkoxyd in der Größenordnung von etwa 1o/1 bis 5o/1.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Alkoxydteil aus der. Gruppe der Methoxyde, Ethoxyde, N-Propoxyde, Iso-Propoxyde, Butoxyde und Pentyloxyde ausgewählt wird.
Plating I
5. Verfahren nach Anspruch 4-, dadurch gekennzeichnet, daß das Eindickungsagens aus der Gruppe der Methylcellulose und Ethylcellulose ausgewählt wird.
6. Verfahren nach Anspruch 5» dadurch gekennzeichnet, daß der Alkohol aus der Gruppe der 2-Ethylhexanol-1 und oL-Terpineole ausgewählt wird.
7· Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Metallalkoxyde eine Mischung von Metallchlorid und einem Alkohol benutzt wird mit einem Verhältnis der Metallchloride zu Alkohol in der Größenordnung von etwa 1/1 bis 1/3.
8. Präparat (Komposition) zur Bildung des Gitters eines Antireflektionsbelages auf der Lichteinfallsfläche einer Solarzelle, dadurch gekennzeichnet, daß es aus folgenden Bestandteilen zusammengesetzt ist:
a. einem Eindickungs- oder Suspensions-Agens,
b. einem flüssigen Alkohol aus der Gruppe aliphatischer Alkohole mit wenigstens sechs Kohlenstoffatomen, Terpenen und aromatischen Alkoholen, und ,
c. einem Metallalkoxyd aus der Gruppe Tantal, Titan, Niobium, Yttrium, Zirkon, Tellur oder einer Mischung dieser.
9. Präparat nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß ein Verhältnis des Eindickungsagens zum Alkohol im Bereich von etwa 2/1 bis 2o/1 und ein Verhältnis der Paste, d.h. der Agens-Alkohol-Mischung, zum Metallalkoxyd in der Größenordnung von etwa 1o/1 bis 5o/1 vorgesehen ist.
10. Präparat nach Anspruch 9» gekennzeichnet durch einen Alkoxydteil aus der Gruppe der Methoxyde, Ethoxyde, N-Propoxyde, Iso-Propoxyde, Butoxyde und Pentyloxyde vorgesehen ist.
11. Präparat, nach Anspruch 1o, dadurch gekennzeichnet, daß ein Eindickungs-Agens aus der Grujppe. der Methylcellulose und Ethylcellulose vorgesehen xsIf.
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— 3 —
' -a $ -ι : .· ·..·· : 14.01.1982/2
Plating
12. Präparat nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß
ein Alkohol aus der Gruppe der 2-Äthylhexanole-1 und cL -Terpineole vorgesehen ist.
13. Präparat nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Metallalkoxyde aus einer Mischung von Metallchloriden und einem Alkohol im Verhältnis der Metallchloride zum Alkohol in der Größenordnung 1/1/zu etwa 1/3 bestehen·
DE19823201188 1981-01-23 1982-01-16 Solarzelle mit antireflektonsueberzug und verfahren zu ihrer herstellung Withdrawn DE3201188A1 (de)

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