DE3312052C2 - Verfahren zum Herstellen von großflächigen Dünnschicht-Solarzellen - Google Patents
Verfahren zum Herstellen von großflächigen Dünnschicht-SolarzellenInfo
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Abstract
Bei der großtechnischen Herstellung von Dünnschicht-Solarzellen mit rückwärtigen elektrisch leitenden Kontakten wird zur Vorbeugung von durch Inhomogenitäten hervorgerufenen Kurz- oder Nebenschlüssen der elektrisch leitende Kontakt dahingehend behandelt, daß seine vorderseitige Fläche in einen hochleitenden, möglichst entarteten Halbleiter des Typs umgewandelt oder eine entsprechende Schicht aufgetragen wird, der der anschließend aufzubringenden für die Diodenwirkung erforderlichen Halbleiterschicht entspricht.
Description
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Herstellen von großflächigen Dünnschicht-Solarzellen,
umfassend ein Substrat mit einem elektrisch leitenden ersten Kontakt, auf den zumindest eine erste halbleitende
Schicht des einen Leitungstyps und eine zweite halbleitende Schicht des entgegengesetzten Leitungstyps
oder eine Schottkysche Sperrschicht aufgebracht wird, die ihrerseits mit einem elektrisch leitenden zweiten
Kontakt versehen wird, wobei zwischen dem elektrisch leitenden ersten Kontakt und der ersten halbleitenden
Schicht eine Blockierungsschicht aus einem Halbleitermaterial des Typs angeordnet wird, der der ersten anschließend
aufzutragenden halbleitenden Schicht entspricht.
Solarzellen, die eine diodenartige Struktur zeigen, können aus einkristallinen oder amorphen Substanzen
aufgebaut sein. Beispielhaft sei in diesem Zusammenhang auf die US-Patentschrift 40 64 521 oder die Europäische
Patentschrift 00 00 715 verwiesen, in denen Dünnschicht-Solarzellen beschrieben werden, die aus
amorphem Silizium bzw, Cadmiumsulfid-Kupfersulfid bestehen. Dünnschicht-Solarzellen bestehen grundsätzlich
aus einem Substrat; auf das ein erster (rückwärtiger) metallischer Kontakt aufgebracht wird, auf den wiederum
zumindest eine p- oder eine η-leitende dünne Schicht und auf diese eine η-leitende oder p-leitende
zweite dünne Schicht aufgebracht werden. Die oberste Schicht wird sodann erneut mit einem elektrisch leitenden/weiten
Kontakt versehen, der ein Metallgitteroder eine transparente leitfahige Schicht darstellen kann.
Schließlich wird der zweite elektrische Kontakt durch zum Beispiel ein Deckglas abgedeckt. Alternativ kann
eine Dünnschicht-Solarzelle eine Schottkysche Sperrschicht aufweisen, die dann zwischen dem zweiten elektrisch
leitenden Kontakt als Frontkontakt und alternativ einem n- oder p-Leiter vorliegt.
Um großflächige Solarzellen wirtschaftlich herstellen und einsetzen zu können, ist es erforderlich, daß die
to Solarzellen frei von Kurz- und Nebenschlüssen sind, die bei der Herstellung entstehen können. Ursächlich für
die Kurz- und Nebenschlüsse ist, daß die auf den ersten elektrischen Kontakt aufgetragene erste dünne p- oder
α-leitende Schicht Inhomogenitäten aufweisen kann.
durch die eine leitende Verbindung zwischen rückwärtigem (ersten) und frontseitigem (zweiten) elektrischem
Kontakt erfolgt oder aber eine unvollkommene Sperrschicht sich ausbildet, wodurch die Diodenwirkung beeinträchtigt
wird.
Die Inhomogenitäten können nur auf verschiedenartige V/eise Zustandekommen. Beim Aufdampfen der
Schichten, insbesondere der ersten halbleitenden Schicht, können durch Staubpartikel auf dem Substrat
bedingt Löcher entstehen. Diese Partikel schatten den ersten elektrischen Kontakt ab und verhindern somit
beim Aufdampfen ein Aufwachsen der dünnen Schicht. Diese Störung des Wachstums äußert sich in Löchern
der sonst zusammenhängenden Schicht. Ferner zeigt die Kinetik des Aufwachsens dünner Schichten, daß aufgrund
des Prozesses der Clusterbildung während des Wachsens der ersten Monoschichten immer an einzelnen
Stellen Löcher, sogenannte Pin-Holes oder Nadellöcher, entstehen. Weiterhin kann eine Ausbildung von
Kurz- oder Nebenschlüssen herbeiführenden Inhomogenitäten dann erfolgen, wenn eine Anätzung der dün-
r ν
i UIIgCII VWII l\Ulir
grenzen eine verstärkte Atzung einsetzt, die gleichfalls
zur Bildung von Löchern führen kann. Diese zuvor geschilderten insbesondere durcv. Pin-Viuies bestimmten
Inhomogenitäten führen nun dazu, daß das zwischen p- und η-Leiter auszubildende innere Feld an dieser Stelle
gar nicht zustande kommt, wodurch zu dem ansonsten ausgebildeten pn-übergang an der Stelle des Pin-Holes
ein Nebenschluß entsteht.
In der US-PS 42 51 286 wird ein Verfahren der eingangs
genannten Art beschrieben, bei dem zwischen dem elektrisch leitenden ersten Koniakt und der ersten
halbleitenden Schich· eine Blockierungsschicht aus einem Halbleitermaterial des Typs, der der ersten anschließend
aufzutragenden halbleitenden Schicht entspricht, durch z. B. Aufdampfen, Sputtering oder chemische
Ablagerung angeordnet wird. Da jedoch eine statistische Unabhängigkeit vom Ort des Entstehens der einzelnen
Fehler in den einzelnen aufzutragenden Schichten der Solarzelle nicht gegeben sein muß. stellt die
Blockierungsschicht nicht sicher, daß Kurz- und Nebenschlüsse vermieden werden.
Aus der DE-OS 25 00 398 ist es bei einer »backwell«-Cu2S/CdS-Solarzelle
bekannt, mit Hilfe einer wei-
bo teren CuSQ<rSchicht die vorderseitige Fläche des Cu-Kontakts
in eine Blockierungsschicht aus Cu> *O umzuwandeln.
Die bei diesem bekannten Verfahren benötigte CuSO4-Schicht kann jedoch ebenfalls Löcher aufweisen.
Eine vollständige Bedeckung des Cu-Kontakts mit der Blockierungsschicht ist daher bei dem bekannten
Verfahren nicht gewährleistet.
Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein
Verfahren der eingangs beschriebenen Art zur Herstel-
lung von Dünnschicht-Solarzellen so weiterzubilden, daß die Kurz- und Nebenschlüsse verhindernde Blokkierungsschicht
ein Minimum an Fehlern aufweist. Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die
Blockierungsschicht unmittelbar durch Umwandlung der der ersten halbleitenden Schicht zugewandten Fläche
des elektrisch leitenden ersten Kontakts hergestellt wird.
Durch das Umwandeln der der ersten halbierenden
Schicht zugewandten Fläche des elektrisch leitenden ersten Kontakts in die Blockierungsschicht ist gewährleistet,
daß diese ein Minimum an Fehlern aufweist, die zudem statistisch unabhängig von den Fehlern sind, die
in den nachfolgenden aufzutragenden Schichten auftreten.
Vorzugsweise ist die Blockierungsschicht ein hochleitender möglichst entarteter Halbleiter.
Sofern es sich um eine Dünnschicht-Solarzelle handelt,
bei der der elektrisch leitende erste Kontakt Silber, die erste halbleitende Schicht als η-Leiter eine Cadmiumsuliidschicht
und die zweite haibieitende Schicht vorzugsweise eine Kupfersulfidschicht ist, v/v, d nach einer
weiteren Ausgestaltung der Erfindung die Blockierungsschicht durch Umwandlung des Silber-Kontakts in
Silbersulfid erzeugt.
Ferner sei darauf hingewiesen, daß das erfindungsgemäße Verfahren bei der Herstellung von Tandemsolarzellen
finden kann.
Die Erfindung wird nachstehend im Zusammenhang mit einer zeichnerischen Darstellung näher erläutert. Es
zeigt
F i g. 1 eine Dünnschicht-Solarzelle und F i g. 2 eine Tandemsolarzelle.
An einer in Fig. 1 dargestellten Cadmiumsulfid-Kupfersulfid-Solarzelle 10 soll das erfindungsgemäße Verfuhren erläuieri werden. So wird bei einer entsprechenden Zelle 10 zunächst auf einer Grundplatte, die vorzugsweise aus einem Substratglas 12 besteht, das seinerseits mit einem Haftvermittler wie zum Beispiel aufgedampften Chrom versehen ist, eine Schicht aus Silber 14 durch Aufdampfen aufgetragen. Die planare Oberflächenschicht 18 der als elektrisch leitender erster Kontakt dienenden Metallschicht 14 wird sodann in eine η-leitende Blockierungsschicht umgewandelt, die aus Ag2S bestehen kann. Auf diese η-leitende Schicht, deren Dicke vorzugsweise 0,1 bis 1 μίτι beträgt, wird eine Schicht aus Cadmiumsulfid 20 von beispielsweise 30 μηι Dicke durch zum Beispiel Sintern, pyrolytische Zersetzung oder Aufdampfer, aufgebracht. Je nach Herstellungsprozeß kann die so entstandene Cadmiumsulfid-Schicht 20 noch angeätzt werden, um zürn Beispiel Ansammlungen von Korngrenzen 22 auszuätzen oder die Reflexion der Schicht zu reduzieren. Bei der Herstellung der n-Schicht 20 werden unvermeidbar Inhomogenitäten erzeugt, die durch das Wachstum bedingt oder durch das Anätzen erfolgt sind. Diese Inhomogenitäten können sich vorzugsweise in Form von Pin-Holes 24 äußern, die zwar mikroskopisch klein sein können, aber in jedem Fall vorhanden sind. Trotz dieser Inhomogeniliiten wird jedoch die Funktionstüchtigkeit der Solarzel- ^q Ie 10 nicht gestört, da mögliche Kurz- oder Nebenschlüsse durch die durch Umwandlung der Oberflächenschicht des elektrisch leitenden ersten Kontakt 14 erzeugte Blockierungsschicht 18 des Leitertyps der nachfolgenden halbierenden Schicht 20 ausgeschlossen werden.
An einer in Fig. 1 dargestellten Cadmiumsulfid-Kupfersulfid-Solarzelle 10 soll das erfindungsgemäße Verfuhren erläuieri werden. So wird bei einer entsprechenden Zelle 10 zunächst auf einer Grundplatte, die vorzugsweise aus einem Substratglas 12 besteht, das seinerseits mit einem Haftvermittler wie zum Beispiel aufgedampften Chrom versehen ist, eine Schicht aus Silber 14 durch Aufdampfen aufgetragen. Die planare Oberflächenschicht 18 der als elektrisch leitender erster Kontakt dienenden Metallschicht 14 wird sodann in eine η-leitende Blockierungsschicht umgewandelt, die aus Ag2S bestehen kann. Auf diese η-leitende Schicht, deren Dicke vorzugsweise 0,1 bis 1 μίτι beträgt, wird eine Schicht aus Cadmiumsulfid 20 von beispielsweise 30 μηι Dicke durch zum Beispiel Sintern, pyrolytische Zersetzung oder Aufdampfer, aufgebracht. Je nach Herstellungsprozeß kann die so entstandene Cadmiumsulfid-Schicht 20 noch angeätzt werden, um zürn Beispiel Ansammlungen von Korngrenzen 22 auszuätzen oder die Reflexion der Schicht zu reduzieren. Bei der Herstellung der n-Schicht 20 werden unvermeidbar Inhomogenitäten erzeugt, die durch das Wachstum bedingt oder durch das Anätzen erfolgt sind. Diese Inhomogenitäten können sich vorzugsweise in Form von Pin-Holes 24 äußern, die zwar mikroskopisch klein sein können, aber in jedem Fall vorhanden sind. Trotz dieser Inhomogeniliiten wird jedoch die Funktionstüchtigkeit der Solarzel- ^q Ie 10 nicht gestört, da mögliche Kurz- oder Nebenschlüsse durch die durch Umwandlung der Oberflächenschicht des elektrisch leitenden ersten Kontakt 14 erzeugte Blockierungsschicht 18 des Leitertyps der nachfolgenden halbierenden Schicht 20 ausgeschlossen werden.
Nach dem Auftragen der Cadmiumsulfid-Schicht 20
wird eine Kuüfersulfidschicht 26 als D-Leiter meistens topotaktisch erzeugt, d. h. die Cadmiumsulfid-Schicht 20
wird in eine Kupferionenlösung eingetaucht, wobei die Cadmiumsulfid-Schicht 20 an der Oberfläche in eine
Küpfersulfid-Schicht 26 umgewandelt wird. Die Kupfersulfid-Schicht 26 kann eine Größenordnung von beispielsweise
0,2 μίτι Dicke besitzen. Auf die Kupfersulfid-Schicht
26 wird noch als frontseitiger (lichtquellenseitiger)
metallischer Kontakt ein vergoldeter Kupferkontakt 28 aufgetragen, der Netzstruktur aufweisen kann.
Anschließend wird die Solarzelle mit einer transparenten Schicht 30 abgedeckt. Die so entsprechend der
Erfindung großtechnisch herstellbaren Dünnsdiicht-Solarzellen
10 weisen eine hohe Güte auf, die auch über große Zeiträume einen wartungsarmen Betrieb gewährleisten.
Das erfindungsgemäße Verfahren kann auch bei einer Tandem-Solarzelle 32 gemäß Fig. 2 Verwendung finden.
Die Tandem-Solarzelle 32 besteht aus übereinander angeordneten Solarzellen 34, 36, 38, die durch Zwischenschichten
40 und 42 galvanisv': voneinander getrennt sein können, !st im Ausführungsbsispic! die Tandem-Solarzelle
32 nur mit drei Solarzellen unterschiedlicher spektraler Empfindlichkeit dargestellt, so können
selbstverständlich auch mehr Solarzellen zu einer entsprechenden Tandem-Solarzeüe geschaltet werden.
Durch Verwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens bei der Herstellung von Tandem-Solarzellen ist erkennbar
der Vorteil gegeben, daß die Gewähr für eine Funktionstüchtigkeit sehr groß ist, da jede Solarzelle auf einfache,
jedoch sichere Weise passiviert werden kann, so daß- Kurz- und Nebenschlüsse nicht auftreten können.
Das zuvor an einer Dünnschicht-Solarzelle bzw. an einer Tandem-Solarzelle beschriebene erfindungsgemäße
Verfahren läßt sich selbstverständlich auch bei Solarzellen anwenden, bei denen herstellungstechnisch zuerst
eine erste vorderseitige {!ichtqueüenseitige) transparente
leitfähige Schicht zum Beispiel SnOx oder ITO erzeugt wird.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
Claims (4)
1. Verfahren zum Herstellen von großflächigen Dünnschicht-Solarzellen, umfassend ein Substrat
mit einem elektrisch leitenden ersten Kontakt, auf den zumindest eine erste halbleitende Schicht des
einen Leitungstyps und eine zweite halbleitende Schicht des entgegengesetzten Leitungstyps oder eine
Schottkysche Sperrschicht aufgebracht wird, die ihrerseits mit einem elektrisch leitenden zweiten
Kontakt versehen wird, wobei zwischen dem elektrisch leitenden ersten Kontakt und der ersten halbleitenden Schicht eine Blockierungsschicht aus einem
Halbleitermaterial des Typs angeordnet wird, der der ersten anschließend aufzutragenden halbleitenden
Schicht entspricht, dadurch gekennzeichnet,
daß die Blockierungsschicht unmittelbar durch Umwandlung der der ersten halbleitenden
Schicht (20) zugewandten Fläche (18) des elektrisch leitenden ersten Kontakts (i4) hergestellt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Blockierungsschicht (18) ein hochleitender möglichst entarteter Halbleiter ist.
3. Verfahren nach Anspruch 1 mit einer Dünnschicht-Soiarzelle,
bei der der elektrisch leitende erste Kontakt Silber, die erste halbleitende Schicht als
η-Leiter eine Cadmiumsulfidschicht und die zweite halbleitende Schicht vorzugsweise eine Kupfersulfidschicht
ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Blökkierungsschic;..
(18) durch Umwandlung des Silber-Kontakts (14) in Silbersi'Ifid erz"ugt wird.
4. Verwendung des in einem der vorhergehenden Ansprüche beschriebenen Verfahren bei der Herstellung
von Tandemsolarzellen.
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DE3312052C2 true DE3312052C2 (de) | 1986-03-13 |
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DE2445548A1 (de) * | 1974-09-24 | 1976-04-01 | Baldwin Co D H | Photoelement |
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1983
- 1983-04-02 DE DE3312052A patent/DE3312052C2/de not_active Expired
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