DE3223432A1 - Verfahren zum beseitigen von kurz- oder nebenschluessen in einer solarzelle - Google Patents
Verfahren zum beseitigen von kurz- oder nebenschluessen in einer solarzelleInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Beseitigen von
Kurz- oder Nebenschlüssen in einer Solarzelle durch Anlegen einer Sperrspannung an die Zelle*
Die von einer Dünnschicht-Solarzelle, z.B. einer Solarzelle aus amorphem Silizium gemäß US-PS 40 64 521 gelieferten
Spannungen und Ströme können durch beim Herstellen der Zelle gebildete elektrische Kurz- oder Nebenschlüsse
wesentlich vermindert oder vollständig aufgehoben werden. Elektrische Kurzschlüsse treten entweder auf, wenn im
Halbleiterkörper ein die Vorder- und Rückseiten-Elektroden
verbindendes Loch, z.B. ein Nadelloch, vorhanden ist oder wenn sich ein leitendes Metall durch den Halbleiterkörper erstreckt.
Unter dem Begriff Nebenschluß wird der Ladungsverlust in dem Halbleiterkörper verstanden, der entweder durch eine
unvollkommene Sperrschichtbildung oder - anstelle einer
Schottkyschen Randschicht - das Entstehen eines ohmschen Kontakts durch ein Metall mit hoher Austrittsarbeit begründet
wird. Die zur Kurz- und Nebenschlüssen in Solarzellen führenden Schwierigkeiten nehmen mit zunehmender
Solarzellenfläche stark zu.
Wenn großflächige Solarzellen wirtschaftlich hergestellt werden sollen, muß das Entstehen der Kurz- und Nebenschlüsse
entweder beim Herstellen unterdrückt werden, oder diese Defekte müssen nach der Herstellung geheilt
werden. In der US-PS 41 66 918 wird ein Verfahren zum Beseitigen der Wirkung elektrischer Kurz- und Nebenschlüsse
in großflächigen Solarzellen beschrieben. Bei diesem Verfahren wird eine Sperrspannung ausreichender Größe zum
-A-
Aus- bzw. Durchbrennen der Defekte in der Solarzelle angewendet.
Die Sperrspannung soll dabei kleiner als die Durchbruchspannung der jeweiligen Solarzelle sein. Das
Verfahren hat aber nicht in allen Fällen den gewünschten Erfolg gebracht.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Leistungsfähigkeit von Solarzellen noch weiter zu verbessern und
insbesondere ein gegenüber dem aus der US-PS 41 66 918 bekannten Verfahren zum Beseitigen von während der Herstellung
der Solarzellen entstandenen elektrischen Kurz- und Nebenschlüssen überlegenes Verfahren zu schaffen. Die
erf indungsgernäße Lösung besteht bei dem Verfahren eingangs genannter Art, bei dem eine Sperrspannung an die
Zelle angelegt wird, darin, daß die Solarzelle in einen Elektrolyten getaucht und die Sperrspannung über den
Elektrolyten an eine eine der Schichten der Solarzelle kontaktierende, gutleitende Elektrode angelegt wird.
Erfindungsgemäß wird eine einen Kurzschluß oder einen
Nebenschluß enthaltende Solarzelle in eine elektrolytische Lösung gesetzt und mit einer Sperrvorspannung beaufschlagt.
Dabei hat sich gezeigt, daß der der Sperrspannung entsprechende Sperrstrom nur durch den Kurz- oder
Nebenschluß und nicht durch den übrigen Teil der Zelle fließt. Nach Auffassung des Erfinders wird der Kurzschluß
oder Nebenschluß dabei entweder durch Elektroplattieren von der Zelle oder durch mechanisches Entfernen über ein
"Blasen-Spreng"-Verfahren (bubble blasting process) beseitigt.
Worin auch immer das Wesentliche des Wirkungsmechanismus des erfindungsgemäßen Verfahrens liegen mag,
im Ergebnis konnten jedenfalls hierdurch Kurz- und Neben-
Schlüsse von Solarzellen in solchen Fällen geheilt werden,
in denen das aus der US-PS 41 66 918 bekannte Verfahren versagte. Verbesserungen und weitere Ausgestaltungen
des erfindungsgemäßen Verfahrens werden in den Unteransprüchen
beschrieben.
Anhand der schematischen Zeichnung eines Querschnitts
einer Vorrichtung zum Durchführen des Verfahrens werden Einzelheiten der Erfindung erläutert.
Die Zeichnung zeigt einen Behälter 10 mit darin befindlichem
Elektrolyten 12. In den Elektrolyten 12 wird eine Kurzschlüsse und/oder Nebenschlüsse enthaltende Solarzelle
14 ebenso wie eine gesonderte Elektrode 16 eingesetzt. Die Elektrode wird mit einem Pol einer Spannungsquelle
18 verbunden, deren anderer Pol auf eine Klemme der Solarzelle 14 geschaltet wird. Wie sich aus dem folgenden ergibt,
wird die Spannungsquelle 18 dabei so geschaltet,
daß der gleichrichtende Übergang der Solarzelle- 14 in Sperr-Richtung belastet wird. Als Folge dieser Schaltung
flxeßt der Strom nur durch die Kurzschlüsse und/oder Nebenschlüsse der Zelle und zwar nur solange, bis die Kurzschlüsse
und/oder Nebenschlüsse durch einen eine Art Ätzung umfassenden Vorgang beseitigt sind. Der genaue Wirkungsmechanismus
kann jedoch auch anderer Natur sein. Das Ergebnis besteht insbesondere darin, daß rund um
einen Kurzschluß und/oder Nebenschluß ein Loch gebildet und dadurch der Kurzschluß oder Nebenschluß elektrisch
aus der Solarzelle 14 entfernt wird.
In einem Ausführungsbeispiel wurden Solarzellen aus amorphem Silizium drei Minuten lang in einen aus verdünnter
Schwefelsäure (H2SO4) bestehenden Elektrolyten gesetzt
und dabei mit einer Sperrspannung von zwei Volt belastet. Es zeigte sich, daß Kurzschlüsse und/oder Nebenschlüsse,
die nach bisherigen Verfahren, namentlich nach dem Verfahren nach der US-PS 41 66 918 nicht beseitigt werden
konnten, nach Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens entfernt waren.
Im allgemeinen kann gesagt werden, daß für das erfindungsgemäße Verfahren als Elektrolyt eine Lösung anzuwenden
ist, die nur bei Anlegen eines Stroms geeigneter Polarität ätzt. Dabei wird dann dort am stärksten bzw. schnellsten
geätzt, wo der Strom am stärksten ist, d.h. wo ein Kurzschluß oder Nebenschluß liegt. Die durch die Polarität
der Spannungsquelle 18 bestimmte Polarität des Stroms
muß der speziellen Struktur der jeweiligen Solarzelle 14 angepaßt werden. Da die Solarzelle 14 typisch eine diodenartige
Struktur mit einer eigenleitenden Zone zwischen einer p-leitenden Zone und einer η-leitenden Zone besitzt,
erfordert das erfindungsgemäße Verfahren es also, die Spannungsquelle so gepolt anzulegen, daß die Solarzelle
in Sperr-Richtung belastet wird. Es wird also im wesentlichen - außer am Ort eines Kurzschlusses oder
Nebenschlusses - kein Strom fließen. Im Bereich eines Kurzschlusses oder Nebenschlusses wird der Stromfluß
durch einen in Sperr-Richtung vorgespannten Halbleiterübergang nicht behindert. In den entsprechenden Bereichen
hoher Stromdichte ergibt sich demnach eine elektrolytische Ätzung. Diese wird solange fortgesetzt, wie der hohe
Strom existiert, d.h. bis der Kurzschluß und/oder Nebenschluß entfernt worden ist.
Das Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1 stellt eine spezielle Solarzelle 14 dar, die ein Substrat 20 aus rostfreiem
Stahl mit darauf gebildeter η-leitender Schicht 22, typisch aus amorphem Silizium, besitzt. An die n-leitende
Zone 22 grenzt eine eigenleitende Zone 24, die von einer aus Platin bestehenden Schottkyschen Sperrschicht 26 kontaktiert
wird. Es sei jedoch darauf hingewiesen, daß die spezielle in der Zeichnung dargestellte und beschriebene
Solarzellenstruktur lediglich zur Illustration der Erfindung dient und daß Solarzellen, insbesondere Dünnschicht-Solarzellen,
verschiedenster Art erfindungsgemäß zu behandeln sind.
Das aus rostfreiem Stahl bestehende Substrat 20 wird über einen isolierten, leitenden Draht 28 mit der positiven
Klemme der Spannungsquelle 18 verbunden. Der Draht 28 muß isoliert werden, um einen Stromfluß durch die in den
Elektrolyten 12 eingetauchten Teile des Drahts zu verhindern. Aus ähnlichen Gründen wird eine Isolierschicht 30,
z.B. eine Farbe, auf die freigelegten Teile des aus rostfreiem Stahl bestehenden Substrats 20 aufgebracht. Eine
vorzugsweise entweder aus Gold oder Platin bestehende Elektrode 16 wird über einen leitenden Draht 32 mit der
negativen Klemme der Spannungsquelle 18 verbunden. Auch
der Draht ist vorzugsweise isoliert, um zu verhindern, daß er durch den Elektrolyten 12 angegriffen wird.
Im beschriebenen Ausführungsbeispiel kann der Strom nur von den Kurzschlüsse und/oder Nebenschlüsse aufweisenden
Teilen der Solarzelle 14 durch den Elektrolyten 12 zu der Elektrode 16 fließen. Ein typischer Elektrolyt zur Anwendung
bei einer Zelle mit auf den positiven Pol der Spannungsquelle 18 geschaltetem n-Anschluß ist entweder
verdünnte Schwefelsäure (HpSO4) oder verdünntes Kupfersulfat
(CuSO4).
Wenn dagegen eine Zelle mit an das leitende Substrat angrenzender p-leitender Zone, d.h. eine Struktur mit der
Schichtenfolge rostfreier Stahl/p-i-n/ITO, zu behandeln
ist, wird das Substrat mit dem negativen Pol der Spannungsquelle 18 verbunden und als Elektrolyt eine etwa
20%-ige Ammoniumhydroxyd-Lösung (NH.OH) verwendet.
Claims (6)
- Dn.-lng. Reiman König · Dipl.-lng. KlausCecilienallee 76 4 Düsseldorf 3O Telefon 45SOO8 Patentanwälte16. Juni 1982 34 504 BRCA Corporation, 30 Rockefeller Plaza,
New York, M.Y. 10020 (V.St.A.)"Verfahren zum Beseitigen von Kürz- oder
Nebenschlüssen in einer Solarzelle"Patentansprüche:Verfahren zum Beseitigen von Kurz- oder Nebenschlüssen in einer Solarzelle (14) durch Anlegen einer Sperrspannung an die Zelle, dadurch gekennzeichnet, daß die Solarzelle (14) in einen Elektrolyten (12) getaucht und die Sperrspannung über den Elektrolyten (12) an eine eine der Schichten (22) der Solarzelle (14) kontaktierende, gut leitende Elektrode (12) angelegt wird. - 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die gut leitende Elektrode (20) der Solarzelle (14) gegenüber dem Elektrolyten (12) isoliert wird.
- 3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die gut leitende Elektrode (20) der Solarzelle (14) mit einer p-leitenden Halbleiterzone (22) in Kontakt gebracht und ein aus einer schwachen Ammoniumhydroxydlösung (NH4OH) bestehender Elektrolyt (12) verwendet wird.
- 4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die gut leitende Elektrode (20) der Solarzelle(14) mit einer η-leitenden Halbleiterzone in Kontakt gebracht und ein aus verdünnter Schwefelsäure (HpSO4) oder verdünntem Kupfersulfat (CuSO4) bestehender Elektrolyt (12) verwendet wird.
- 5. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis4, dadurch gekennzeichnet, daß die Kurz- oder Nebenschlüsse unter dem Einfluß des Elektrolyten (12) bei Stromdurchfluß beseitigt werden.
- 6. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis5, dadurch gekennzeichnet, daß die Kurz- oder Nebenschlüsse durch elektrolytisches Ätzen beseitigt werden.
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