DE3312052C2 - Verfahren zum Herstellen von großflächigen Dünnschicht-Solarzellen - Google Patents

Verfahren zum Herstellen von großflächigen Dünnschicht-Solarzellen

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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.
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)

Patentansprüche:
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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