DE3334316A1 - Solarbatterie mit amorphem silicium - Google Patents

Solarbatterie mit amorphem silicium

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Kenji Kariya Aichi Maekawa
Masaaki Bisai Aichi Mori
Toshiaki Ohbu Aichi Nishizawa
Yukihisa Aichi Takeuchi
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Description

Solarbatterie mit amorphem Silicium
Die Erfindung betrifft eine flexible Solarbatterie mit amorphem Silicium.
Eine Solarbatterie mit amorphem Silicium ist eine lichtelektrische Wandlervorrichtung, bei der Elektron-Loch-Paare, die in einer Dünnschicht aus amorphem Silicium (nachstehend als"a-Si" bezeichnet) durch Photonenenergie an der Potentialbarriere erzeugt werden, durch das elektrische Feld der Potentialbarriere. der a-Si-Dünnschicht beschleunigt und als Strom, der einem äußeren Stromkreis zuzuführen ist, entnommen werden. Bei der Verwendung der Solarbatterie mit amorphem Silicium (nachstehend als "a-Si-Solarbatterie" bezeichnet) werden im allgemeinen eine Vielzahl von als lichtelektrischer Wandler wirkenden, a-Si enthaltenden Bauelementen (nachstehend
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als "a-Si-Bauelemente" bezeichnet) hintereinandergeschaltet, um die Ausgangsspannung der Solarbatterie zu erhöhen.
Die a-Si-Solarbatterie weist die Vorteile auf, daß sie mit niedrigen Kosten hergestellt werden kann und daß ihre wirksame Oberfläche leicht ausgedehnt werden kann. Infolgedessen sind in den letzten Jahren die Entwicklung und die Untersuchung von a-Si-Solarbatterien wirksam vorangetrieben worden.
Als flexible a-Si-Solarbatterie ist eine Solarbatterie bekannt, bei der die a-Si-Dünnschicht auf eine Folie aus hitzebeständigem organischem Material aufgebracht wird.
Diese bekannte a-Si-Solarbatterie, als deren Schichtträger die Folie aus hitzebeständigem organischem Material verwendet wird, weist jedoch bei ihrer Herstellung die folgenden Nachteile auf:
Erstens besteht ein beträchtlicher Unterschied zwischen den Wärmeausdehnungskoeffizienten der Folie aus hitzebeständigem organischem Material und des darauf aufgebrachten a-Si. Wenn die a-Si-Dünnschicht durch ein Glimmentladungs-Zersetzungsverfahren auf die erhitzte Folie aus hitzebeständigem organischem Material aufgebracht wird, treten infolgedessen auf der a-Si-Dünnschicht leicht Abblätterungen bzw. Abplatzungen und Risse auf.
Zweitens wird in dem Fall, daß die a-Si-Dünnschicht durch ein Glimmentladungs-Zersetzungsverfahren auf die erhitzte Folie aus hitzebeständigem organischem Material aufgebracht wird, aus dieser Folie ein Gas entwickelt, wodurch die physikalischen Eigenschaften der gebildeten
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a-Si-Dünnschicht verschlechtert werden.
ES ist Aufgabe der Erfindung, eine flexible a-Si-Solarbatterie zur Verfugung zu stellen,
die auf einem Produkt, an dem eine gekrümmte Fläche vorhanden ist, beispielsweise einem Automobil, verwendet werden kann, indem sie daran angebracht wird,
bei der auf einer a-Si-Dünnschicht, die auf dem Schichtträger der Solarbatterie gebildet wird, keine Abplatzungen bzw. Abblatterungen und keine Risse auftreten,
die keine Verschlechterung ihrer physikalischen Eigenschaften zeigt, so daß ein hervorragender Wandlungs-Wirkungsgrad erzielt werden kann, und
bei der ein Eindiffundieren von Fremdstoffteilchen in ihre a-Si-Dünnschicht verhindert werden kann.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Solarbatterie mit den im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 angegebenen Merkmalen gelöst.
Die Erfindung wird nachstehend unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen nähe'r erläutert.
Fig. 1 ist eine schematische Schnittansicht einer erfindungsgemäßen a-Si-Solarbatterie, in der nur als lichtelektrischer Wandler wirkende a-Si-Bauelemente mit Durchlaß-Übergang angeordnet sind.
Fig. 2 ist eine schematische Schnittansicht einer anderen erfindungsgemäßen a-Si-Solarbatterie, in der als lichtelektrischer Wandler wirkende a-Si-Bauelemente mit Durchlaß-Übergang und mit Sperr-Übergang abwechselnd nebeneinanderlie-
gend angeordnet sind.
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Fig. 3 ist eine Ansicht, die den Zustand einer an einem Automobil angebrachten erfindungsgemäßen a-Si-Solarbatterie zeigt.
Fig. 4 ist ein Grundriß einer erfindungsgemäßen a-Si-Solarbatterie entsprechend Beispiel 1.
Fig. 5(A)ist eine Ansicht eines Schnittes entlang der
Linie A-A1 von Fig. 4.
10
Fig. 5(B)ist eine Ansicht eines Schnittes entlang der
Linie B-B1 von Fig. 4.
Fig. 5(C)ist eine Ansicht eines Schnittes entlang der Linie C-C von Fig. 4.
Fig. 6 ist eine graphische Darstellung, die die Ausgangsleistungs-Kennlinie der erfindungsgemäßen a-Si-Solarbatterie entsprechend Beispiel 1 zeigt.
Fig. 7 ist eine graphische Darstellung, die die Ausgangsleistungs-Kennlinie einer erfindungsgemäßen a-Si-Solarbatterie entsprechend Beispiel 2 · zeigt.
Eine erfindungsgemäße a-Si-Solarbatterie besteht aus einer Metallfolie, einer auf der oberen Planfläche dieser Metallfolie gebildeten, mit der Metallfolie ein Stück bildenden Isolierschicht und mindestens einem auf dieser Isolierschicht gebildeten, als lichtelektrischer Wandler wirkenden a-Si-Bauelement.
Die Metallfolie dient als Substrat bzw. Schichtträger, auf dem das als lichtelektrischer Wandler wirkende a-Si-Bauelement wachsen gelassen bzw. gezüchtet wird.
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Als Metallfolie kann beispielsweise eine Folie aus rostfreiem Stahl, eine Aluminiumfolie oder eine Eisenfolie verwendet werden. Die Dicke der Metallfolie ist vorzugsweise gering, um die Flexibilität der a-Si-Solarbatterie zu erhöhen, und beträgt beispielsweise etwa 10 pm bis 250 pm.
Die Isolierschicht hat die Funktion, zu verhindern, daß untere Elektroden für eine Vielzahl von als lichtelektrischer Wandler wirkenden, a-Si-Bauelementen durch die vorstehend erwähnte Metallfolie miteinander kurzgeschlossen werden. Ferner dient die Isolierschicht auch zur Verhinderung des Eindiffundierens von Fremdstoffteilchen wie z.B. Natrium, Kalium und Calcium in die als lichtelektrischer Wandler wirkenden a-Si-Bauelemente.
Als Isolierschicht kann beispielsweise amorphes Siliciumnitrid, amorphes Siliciumoxid, amorphes Siliciumcarbid oder amorphes Silicium verwendet werden.
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Die Isolierschicht kann durch ein Glimmentladungs-Zersetzungsverfahren auf die vorstehend erwähnte Metallfolie aufgebracht werden.
Das als lichtelektrischer Wandler wirkende a-Si-Bauelement hat die Funktion einer Sperrschichtfotozelle und ist so aufgebaut, daß die a-Si-Dünnschicht, in der sich ein Bereich mit einem inneren elektrischen Feld- (d.h. eine Potentialbarriere) befindet, schichtweise zwischen der unteren Elektrode und der oberen Elektrode angeordnet ist.
Die untere Elektrode kann auf der vorstehend erwähnten Isolierschicht gebildet werden, indem auf die Isolierschicht beispielsweise Aluminium, eine Nickel-Chrom-Le-
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■*- gierung, Molybdän, Platin, Palladium oder Silber beispielsweise durch Elektronenstrahl-Aufdampfung oder Zerstäubung aufgedampft wird. Die a-Si-Dünnschicht wird auf der vorstehend erwähnten unteren Elektrode durch ein Glimmentladungs-Zersetzungsverfahren wachsen gelassen.
In diesem Fall kann die Potentialbarriere in der a-Si-Dünnschicht durch einen Übergang aus einer n-Siliciumschicht, einer i-Siliciumschicht und einer p-Siliciumschicht oder in Form einer Schottky-Barriere gebildet werden. Mit anderen Worten, es ist notwendig, in der a-Si-Dünnschicht eine Potentialbarriere zu bilden, durch die Elektronen und Löcher beschleunigt werden können, so daß sie voneinander getrennt werden.
Die obere Elektrode liegt in der Solarbatterie an der Seite der Licht empfangenden Oberfläche vor und muß infolgedessen lichtdurchlässig sein.
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Als obere Elektrode kann ein lichtdurchlässiger, leitfähiger Film, beispielsweise ein ITO-FiIm (ITO ist eine Mischung von Indiumoxid und Zinndioxid) oder ein Film aus Zinndioxid, verwendet werden. Der lichtdurchlässige, leitfähige Film wird beispielsweise durch Elektronenstrahl-Aufdampfung oder Zerstäubung auf die a-Si-Dünnschicht aufgedampft und dadurch auf der a-Si-Dünnschicht gebildet. Der lichtdurchlässige, leitfähige Film kann insbesondere in Form von zwei Schichten gebildet werden.
Diese zwei Schichten bestehen aus einem relativ dünnen Zinndioxidfilm und einem relativ dicken ITO-FiIm, die in dieser Reihenfolge von der Seite der a-Si-Dünnschicht aus übereinandergeschichtet sind, weil es für Zinndioxid relativ schwierig ist, die physikalischen Eigenschaften der a-Si-Dünnschicht zu verschlechtern, und weil ITO
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einen niedrigeren Widerstand als Zinndioxid hat. Infolgedessen wird der lichtdurchlässige, leitfähige Film vorzugsweise in Form der vorstehend erwähnten zwei Schichten gebildet, um den Widerstand des lichtdurchlässigen, leitfähigen Films herabzusetzen und eine hervorragende a-Si-Dünnschicht zu erhalten, in der keine Fremdstoffteilchen enthalten sind.
Im allgemeinen werden auf demselben Schichtträger eine Vielzahl von als lichtelektrischer Wandler wirkenden a-Si-Bauelementen gebildet und hintereinandergeschaltet,
um di'e Ausgangsspannung der Solarbatterie zu erhöhen. Beispielsweise werden, wie es in Fig. 1 gezeigt wird, eine Vielzahl von als lichtelektrischer Wandler wirkenden a-Si-Bauelementen mit Durchlaß-Übergang, deren a-Si-Dünnschicht jeweils aus einer p-Siliciumschicht, einer i-Siliciumschicht und einer n-Siliciumschicht, die in dieser Reihenfolge von der Seite der Licht empfangenden Oberfläche der Solarbatterie aus übereinandergeschichtet
sind, besteht, auf derselben Metallfolie, die als
Schichtträger der Solarbatterie dient, gebildet. Dann kann eine periodische Verbindung hergestellt werden, indem die obere Elektrode eines als lichtelektrischer Wandler wirkenden Bauelements durch eine Anschlußleitung mit der unteren Elektrode des benachbarten Bauelements, das in Fig. 1 an seiner linken Seite liegt, verbunden wird. Bei einer anderen Ausführungsform, die in Fig. 2 gezeigt wird, werden die vorstehend erwähnten, als lichtelektrischer Wandler wirkenden a-Si-Bauelemente mit Durchgangs-Übergang und als lichtelektrischer Wandler wirkende a-Si-Bauelemente mit Sperr-Übergang abwechselnd nebeneinanderliegend angeordnet. Die a-Si-Dünnschicht des vorstehend erwähnten, als lichtelektrischer Wandler wirkenden Bauelements mit Sperr-Übergang besteht aus einer n-Siliciumschicht, einer i-Siliciumschicht und
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einer p-Siliciumschicht, die in dieser Reihenfolge von der Licht empfangenden Seite der Batterie aus übereinandergeschichtet sind. Dann kann eine periodische Verbindung hergestellt werden, indem die obere Elektrode eines Bauelements mit Sperr-Übergang durch eine Anschlußleitung mit der oberen Elektrode des benachbarten Bauelements mit Durchgangs-Übergang, das an seiner linken Seite liegt, und die untere Elektrode der vorstehend erwähnten Bauelements mit Sperr-Übergang durch eine Anschlußleitung mi"t der unteren Elektrode eines anderen benachbarten ■ Bauelements mit Durchgangs-Übergang, das an seiner rechten Seite liegt, verbunden wird.
Die erfindungsgemäße a-Si-Solarbatterie mit dem vorstehend beschriebenen Aufbau ist flexibel, weil als Schichtträger der Solarbatterie eine Metallfolie verwendet wird. Die erfindungsgemäße a-Si-Solarbatterie kann infolgedessen leicht an einem Produkt, an dem eine gekrümmte Fläche vorhanden ist, beispielsweise an einem Automobil, angebracht werden und ist für die Verwendung auf einem solchen Produkt sehr geeignet. Außerdem ist der Unterschied zwischen den Wärmeausdehnungskoeffizienten der Metallfolie, der darauf gebildeten Isolierschicht und der auf der Isolierschicht gebildeten a-Si-Dünnschicht nur gering. Infolgedessen treten bei der Herstellung der erfindungsgemäßen Solarbatterie die Probleme oder Nachteile der Bildung von Abblätterungen bzw. Abplatzungen und Rissen auf der a-Si-Dünnschicht, die bei der bekannten a-Si-Solarbatterie auftraten, bei der als Schichtträger ein Film aus hitzebeständigem organischem Material verwendet wird, nicht auf. Ferner wird aus der Metallfolie kein Gas entwickelt, wie es aus einer Folie aus hitzebeständigem organischem Material entwikkelt wird. Infolgedessen werden die physikalischen Eigenschäften der a-Si-Dünnschicht der erfindungsgemäßen Solarbatterie nicht verschlechtert, was dazu führt,
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daß ein hervorragender Wandlungy-Wirkungsgrad der Solarbatterie erzielt wird.
In dem Fall, daß als lichtelektrischer Wandler wirkende a-Si-Bauelemente mit Durchlaß-Übergang und mit Sperrübergang abwechselnd nebeneinanderliegend angeordnet werden, wird das Aufdampfen von Anschlußleitungen auf die einzelnen Elektroden weiter erleichtert.
Die Erfindung wird nachstehend durch Beispiele unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen erläutert.
Fig. 1 ist eine schematische Schnittansicht einer erfindungsgemäßen a-Si-Solarbatterie 9 entsprechend den Beispielen, die nachstehend erläutert werden. Fig. 4 ist ein Grundriß einer a-Si-Solarbatterie 9 entsprechend Beispiel 1. Fig. 5(A) ist eine Ansicht eines Schnittes entlang der Linie A-A1 von Fig. 4; Fig. 5(B) ist eine Ansicht eines Schnittes entlang der Linie B-B1 von Fig. 4, und Fig. 5(C) ist eine Ansicht eines Schnittes entlang der Linie C-C von Fig. 4. Fig. 3 ist eine Ansicht, die den Zustand der an einem Automobil angebrachten a-Si-Solarbatterie 9 zeigt.
Beispiel 1
Die in den Fig. 1 , 4 und 5 gezeigte a-Si-Solarbatterie 9 wurde durch die folgenden Verfahrensschritte hergestellt:
(1) Als Metallfolie 1 wurde eine Folie aus rostfreiem Stahl mit einer Dicke von 50 bis 80 μπι und quadratischer Fläche (10 cm χ 10 cm) hergestellt. Die Folie aus rostfreiem Stahl wurde mit Ultraschall gewaschen, elektrolytisch poliert und wieder mit Ultraschall gewaschen.
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Dann wurde auf die erhaltene Folie aus roütfreiem Stahl durch ein Glimmentladungs-Zersetzungsverfahren unter Anwendung einer Hochfrequenz-Stromquelle mit einer Frequenz von 13,56 MHz amorphes Siliciumnitrid mit einem spezifischen Widerstand von 10 bis 10 Ä-crn mit einer Dicke von 0,05 bis 0,2 pm aufgebracht, wodurch auf der Folie aus rostfreiem Stahl eine Isolierschicht 2 gebildet wurde. Als Gase wurden zu diesem Zweck Silan (SiH.) und Ammoniak (NH„) oder Stickstoff (N0) eingesetzt. Bei dem Glimmentladungs-Zersetzungsverfahren wurden die folgenden Behandlungsbedingungen angewandt: Das Ausmaß des Vakuums betrug 0,67 bis 1,3 mbar, die Dichte
der Hochfrequenzleistung 1 bis 80 mW/cm und die Temperatur der Folie aus rostfreiem Stahl 270 bis 3000C. 15
(2) Auf das vorstehend erwähnte amorphe Siliciumnitrid wurde eine Maske mit einem vorbestimmten Muster aufgesetzt, und dann wurde zur Bildung von unteren Elektroden 31 eine Nickel-Chrom-Legierung durch ein Elektronenstrahl-Aufdampfverfahren mit einer Dicke von 50,0
bis 250,0 nm auf das amorphe Siliciumnitrid aufgedampft. Die vorstehend erwähnte Maske hatte ein derartiges Muster, daß auf der vorstehend erwähnten, mit amorphem Siliciumnitrid gebildeten Isolierschicht zwölf Elektroden, die jeweils rechteckig (1,6 cm χ 4,9 cm) waren, gebildet werden konnten.
(3) Unter Verwendung einer weiteren Maske, die ein anderes Muster hatte als die bei dem vorstehend beschriebenen Verfahrensschritt (2) verwendete Maske, wurde auf den vorstehend erwähnten unteren Elektroden 31 durch ein Glimmentladungs-Zersetzungsverfahren eine a-Si-Dünnschicht 321 des η-Typs mit einer Dicke von 30,0 bis 50,0 nm wachsen gelassen. Als Gas zu diesem Zweck wurde eine Gasmischung mit dem folgenden Mischungsverhältnis
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eingesetzt: Silan (SiH.): Phosphin (PH ): Argon (Ar)-10 : 0,01 bis 0,3 : 90. Im Verfahrensschritt (3) wurden die folgenden Behandlungsbedingungen angewandt: Das Ausmaß des Vakuums betrug 0,13 bis 1,3 mbar, die Dichte der Hochfrequenzleistung 1 bis 80 mW/cm und die Temperatur der Folie aus rostfreiem Stahl 270 bis 300°C.
(4) Unter Verwendung der gleichen Maske wie bei dem vorstehend beschriebenen Verfahrensschritt (3) wurde
,η auf der vorstehend erwähnten a-Si-Dünnschicht 321 des η-Typs durch ein Glimmentladungs-Zersetzungsverfahren eine •a-Si-Dünnschicht 322 des i-Typs mit einer Dicke von 0,5 bis 0,8 ^m wachsen gelassen. Als Gas zu diesem Zweck wurde eine Gasmischung mit dem folgenden Mischungs-
^g verhältnis eingesetzt: Silan (SiH4): Argon (Ar) = 10 : 90. Das Ausmaß des Vakuums, die Dichte der Hochfrequenzleistung und die Temperatur der Folie aus rostfreiem Stahl hatten jeweils den gleichen Wert wie bei dem vorstehend beschriebenen Verfahrensschritt (3).
(5) Unter Verwendung der gleichen Maske wie bei dem
vorstehend beschriebenen Verfahrensschritt (3) wurde auf der vorstehend erwähnten a-Si-Dünnschicht 322 des i-Typs durch ein Glimmentladungs-Zersetzungsverfahren eine a-Si-Dünnschicht 323 des p-Typs mit einer Dicke von 10,0 bis 30,0 nm wachsen gelassen. Als Gas zu diesem Zweck wurde eine Gasmischung mit dem folgenden Mischungsverhältnis eingesetzt: Silan (SiH4) : Diboran (B_H_) : Methan (CH4) : Argon (Ar) = 10 : 0,01 bis 0,3 : 2 bis 4 : 86 bis 88. Das Ausmaß des Vakuums, die Dichte der Hochfrequenzleistung und die Temperatur der Folie aus rostfreiem Stahl hatten jeweils den gleichen Wert wie bei dem vorstehend beschriebenen Verfahrensschritt (3).
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(6) Unter Verwendung einer weiteren Maske, die ein anderes Muster hatte als die bei den vorstehend beschriebenen Verfahrensschritten (2) und (3) verwendeten Masken, wurde auf die vorstehend erwähnte a-Si-Dünnschicht 323 des p-Typs ein 100,0 bis 300,0 nm dicker (aus einer Mischung von Indiumoxid und Zinndioxid bestehender) ITO-FiIm aufgebracht, um einen lichtdurchlässigen, leitfähigen Film für die Bildung von oberen Elektroden 33 und Anschlußleitungen 4 zu bilden.
(7) Auf der Oberfläche der Solarbatterie wurde eine Schutzschicht 5 gebildet, die aus einem Film aus einem lichtdurchlässigen organischen Material hergestellt wurde.
Wie vorstehend beschrieben wurde, wurden zwölf als lichtelektrische Wandler wirkende Bauelemente 3 mit Durchlaß-Übergang auf derselben Folie aus rostfreiem Stahl gebildet und hintereinandergeschaltet, um eine a-Si-Solarbatterie 9 herzustellen.
Die a-Si-Solarbatterie 9 gemäß Beispiel 1 zeigte unter AMI-Bestrahlung (d.h. unter Bestrahlung mit Sonnenstrah-
len mit einer Leistungsdichte von 100 mW/cm und einem Sonnenspektrum, die durch eine Standard-Atmosphärenschicht hindurchgegangen waren) eine Leerlaufspannung von 10,5 V, eine Kurzschluß-Fotostromdichte von 13,5 mA/cm , einen Formfaktor von 0,55 und einen Wandlungs-Wirkungsgrad von 6,46 %. Ferner hatte diese a-Si-Solarbatterie die in Fig. 6 gezeigte Ausgangsleistungs-Kennlinie.
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Beispiel 2
Durch die folgenden Verfahrensschritte wurden auf demselben aus einer Folie aus rostfreiem Stahl hergestellten Schichtträger zwölf als lichtelektrischer Wandler wirkende a-Si-Bauelemente 3 mit Durchgangs-Übergang gebildet und hintereinandergeschaltet, um eine a-Si-Solarbatterie 9 gemäß Beispiel 2 herzustellen.
(1) Als Metallfolie wurde die gleiche Folie aus rostfreiem Stahl wie im Beispiel 1 verwendet und auf die gleiche Weise ' wie im Beispiel 1 gewaschen. Danach wurde auf diese Folie aus rostfreiem Stahl durch ein Glimmentla-.-dungs-Zersetzungsverfahren amorphes Siliciumoxid mit einer Dicke von 0,05 bis 0,2 pm aufgebracht, wodurch auf der Folie aus rostfreiem Stahl eine Isolierschicht 2 gebildet wurde. Als Gase wurden zu diesem Zweck Silan (SiH4) und Distickstoffoxid (NpO) eingesetzt. Das Ausmaß des Vakuums, die Dichte der Hochfrequenzleistung und die Temperatur der Folie aus rostfreiem Stahl hatten jeweils den gleichen Wert wie im Beispiel 1.
(2) Die gleiche Maske, die in Beispiel 1 verwendet wurde, wurde auf das vorstehend erwähnte amorphe Siliciumoxid aufgesetzt, und dann wurde zur Bildung von unteren Elektroden 31 Aluminium durch Zerstäubung mit einer Dicke von 100,0 bis 200,0 nm auf das amorphe Siliciumoxid aufgebracht.
(3) Unter Verwendung einer weiteren Maske, die ein anderes Muster hatte als die bei dem vorstehend beschriebenen Verfahrensschritt (2) verwendete Maske, wurde auf den vorstehend erwähnten unteren Elektroden 31 durch ein Gl i-mmentladungs-Zerset zungsverfahren auf die gleiche Weise wie in Beispiel 1 eine a-Si-Dünnschicht 321 des
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η-Typs mit einer Dicke von 30,0 bis 50,0 nm wachsen gelassen. Dann wurde auf dieser a-Si-Dünnschicht 321 des η-Typs eine a-Si-Dünnschicht 322 des i-Typs mit einer Dicke von 0,5 bis 0,8 pm wachsen gelassen.
(4) Unter Verwendung der gleichen Maske, die bei dem vorstehend beschriebenen Verfahrensschritt (3) verwendet wurde, wurde auf der vorstehend erwähnten a-Si-Dünnschicht 322 des i-Typs durch ein Glimmentladungs-Zersetzungsverfahren eine a-Si-Dünnschicht 323 des p-Typs mit einer Dicke von 10,0 bis 30,0 nm wachsen gelassen. Als Gas wurde zu diesem Zweck eine Gasmischung mit dem folgenden Mischungsverhältnis eingesetzt: Silan (SiH.): Diboran (BpHg) : Argon (Ar) = 10 : 0,1 bis 0,3 : 90.
Das Ausmaß des Vakuums, die Dichte der Hochfrequenzleistung und die Temperatur der Folie aus rostfreiem Stahl hatten jeweils den gleichen Wert wie in Beispiel 1.
(5) Unter Verwendung einer weiteren Maske, die ein anderes Muster hatte als die bei den vorstehend beschriebenen Verfahrensschritten (2) und (3) verwendete Maske, wurde auf die vorstehend erwähnte a-Si-Dünnschicht 323 des p- Typs Zinndioxid mit einer Dicke von 50,0 bis 100,0 nm aufgebracht, und dann wurde ferner auf das Zinndioxid durch Zerstäubung ITO mit einer Dicke von 50,0 bis 300,0 nm aufgebracht, um auf der a-Si-Dünnschicht 323 des p- Typs obere Elektroden 33 und Anschlußleitungen 4 zu bilden.
(6) Die vorstehend erwähnten Anschlußleitungen 4 wurden mit einer Schutzschicht 5, die aus einem Film aus organischem Material hergestellt wurde, bedeckt.
Auf die vorstehend beschriebene Weise wurde eine a-Si-Solarbatterie gemäß Beispiel 2 hergestellt.
-18- DE 3282
Die a-Si-Solarbatterie gemäß Beispiel 2 zeigte unter AMI-Bestrahlung eine Leer]aufspannung von 10,2 V, eine
Kurzschluß-Fotostroindichte von 13,2 mA/crrr, einen Formfaktor von 0,57 und einen Wandlungs-Wirkungsgrad von 6,4 %. Ferner hatte diese a-Si-Solarbatterie die in Fig. 7 gezeigte Ausgangsleistungs-Kennlinie.
Beispiel 3
Die a-Si-Solarbatterie gemäß Beispiel 3 wurde fast genauso wie die a-Si-Solarbatterie gemäß Beispiel 1 hergestellt, wobei jedoch als Metallfolie 1 eine 80 bis 120 pm dicke Eisenfolie und als Isolierschicht 2 amorphes Siliciumcarbid verwendet wurde. Ferner wurde das amorphe Siliciumcarbid durch ein Glimmentladungs-Zersetzungsverfahren auf die Eisenfolie aufgebracht. Als Gas wurde zu diesem Zweck eine Gasmischung mit dem folgenden Mischungsverhältnis eingesetzt: Silan (SiH4) : Methan (CH4) : Argon (Ar) = 10 : 4 bis 10 : 80 bis 86.
Eine a-Si-Solarbatterie gemäß Beispiel 3 zeigte eine Leerlaufspannung von 10,6 V, eine Kurzschluß-Fotostromdichte von 13,4 m.A/cm , einen Formfaktor von 0,51 und einen Wandlungs-Wirkungsgrad von 6,01 %.
Die Merkmale der Erfindung können folgendermaßen zusammengefaßt werden: Die erfindungsgemäße a-Si-Solarbatterie besteht aus einer Metallfolie, einer auf dieser Metallfolie gebildeten Isolierschicht, die mit der Metallfolie ein Stück bildet, und mindestens einem auf dieser Isolierschicht gebildeten, als lichtelektrischer Wandler wirkenden a-Si-Bauelement. Falls auf dem Schichtträger eine Vielzahl von als lichtelektrischer Wandler wirkenden a-Si-Bauelementen gebildet werden, werden diese a-Si-Bauelemente hintereinandergeschaltet.
-19- DK 3?Ji?-
Die erfindun&sgemäße a-Si-Solarbatterie ist flexibler, weil als ihr Schichtträger bzw. Substrat eine Metallfolie verwendet wird. Ferner ist der Unterschied zwischen den Wärmeausdehnungskoeffizienten der Metallfolie, der Isolierschicht und der a-Si-Dünnschicht nicht beachtlich, weshalb auf der a-Si-Dünnschicht selbst dann keine Abblätterungen bzw. Abplatzungen und keine Hisse auftreten, wenn die Metallfolie bei der Herstellung der Solarbatterie erhitzt wird. Ferner kann eine Verschlechterung der physikalischen Eigenschaften der a-Si-Dünnschicht verhindert werden, weil aus der Metallfolie kein Gas entwickelt wird. Als Ergebnis können bei der erfindungsgemäßen a-Si-Solarbatterie ausgezeichnete physikalische Eigenschaften erzielt werden, wie es in den vorstehenden Beispielen näher erläutert wurde.
In dem Fall, daß als lichtelektrischer Wandler wirkende a-Si-Bauelemente mit Durchlaß-Übergang und mit Sperr-Übergang abwechselnd nebeneinanderliegend angeordnet werden, wie es in Fig. 2 gezeigt wird, können die auf diese Weise angeordneten a-Si-Bauelemente leicht verbunden werden. Die Isolierfläche zwischen jeweils einem und einem anderen als lichtelektrischer Wandler wirkenden a-Si-Bauelement kann vermindert werden, und infolgedessen kann auch die wirksame, Licht empfangende Oberfläche der Solarbatterie ausgedehnt werden.

Claims (7)

  1. TeDTKE - BüHLING - KlNNt-
    Pellmann - Grams - SrmifF
    Dipl.-Ing. R. Kinne
    Dipl.-Ing R Grupe
    Dipl.-Ing. B. Pellmann Dipl.-Ing. K. Grams
    Dipl.-Chem. Dr. B. Struif
    Bavariaring 4, Postfach 2( 8000 München 2
    Tel.: 089-539653 Telex: 5-24845 iipat Telecopier: 0 89-537377 cable: Germaniapatent Mi
    22. September
    DE 3282 case F-17-D
    Patentansprüche
    Iy Solarbatterie mit amorphem Silicium, gekennzeichnet durch
    eine Metallfolie (l) als Schichtträger der Solarbatterie (9),
    eine auf der Metallfolie gebildete, mit der Metallfolie ein Stück bildende Isolierschicht (2) und
    mindestens ein auf der Isolierschicht gebildetes, als lichtelektrischer Wandler wirkendes, amorphes Silicium enthaltendes Bauelement (3).
  2. 2. Solarbatterie nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
    die Metallfolie (1) aus einer Folie aus rostfreiem Stahl, einer Aluminiumfolie und einer Eisenfolie ausgewählt ist und
    die Isolierschicht (2) aus einem Material besteht, das aus amorphem Siliciumnitrid, amorphem Siliciumoxid, amorphem Siliciumcarbid und amorphem Silicium ausgewählt ist.
    I OO
    -2- DE 3282
  3. 3. Solarbatterie nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das als lichtelektrischer Wandler wirkende, amorphes Silicium enthaltende Bauelement (3) aus:
    einer auf der Isolierschicht (2) gebildeten, unteren Elektrode (31),
    einer auf der unteren Elektrode gebildeten Dünnschicht aus amorphem Silicium mit einer darin befindlichen Potentialbarriere und
    einer auf der Dünnschicht aus amorphem Silicium gebildeten, aus einem oder mehr als einem lichtdurchlässigen, leitfähigen Film bestehenden, oberen Elektrode (33) ·
    besteht.
  4. 4. Solarbatterie nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß auf der Oberfläche desselben Schichtträgers (1) der Solarbatterie (9) eine Vielzahl der als lichtelektrischer Wandler wirkenden, amorphes Silicium enthaltenden Bauelemente (3) abschnittsweise gebildet und
    hintereinandergeschaltet· sind.
  5. 5. Solarbatterie nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß
    die Dünnschicht aus amorphem Silicium mit einer 25
    darin befindlichen Potentialbarriere aus als lichtelektrischer Wandler wirkenden, amorphes Silicium enthaltenden Bauelementen (3) mit Durchlaß-Übergang und mit Sperr-Übergang gebildet ist,
    wobei jedes der als lichtelektrischer Wandler wir-30
    kenden, amorphes Silicium enthaltenden Bauelemente' mit Durchlaß-Übergang aus einer p-Siliciumschicht (323), einer i-Siliciumschicht (322) und einer n-Siliciumschicht (321) gebildet ist, die in dieser Reihenfolge von der
    Seite der Licht empfangenden Oberfläche der Batterie 35
    (9) aus übereinandergeschichtet sind,
    -3- DE 3282
    wobei jedes der als lichtelektrischer Wandler wirkenden, amorphes Silicium enthaltenden Bauelemente mit Sperr-Übergang aus einer n-Siliciumschicht (321), einer i-Siliciumschicht (322) und einer p-Siliciumschicht
    (323) gebildet ist, die in dieser Reihenfolge von der Seite der Licht empfangenden Oberfläche der Batterie aus übereinandergeschichtet sind und
    wobei die als lichtelektrischer Wandler wirkenden, amorphes Silicium enthaltenden Bauelemente mit Durchlaß-Übergang und mit Sperr-Übergang abwechselnd nebeneinanderliegend angeordnet sind.
  6. 6. Solarbatterie nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Metallfolie (1) eine Dicke von 10 bis 250 pm hat.
  7. 7. Solarbatterie nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die obere Elektrode (33) aus einem relativ dünnen Zinndioxidfilm und einem relativ dicken ITO-FiIm besteht, die in dieser Reihenfolge von der Seite der Dünnschicht aus amorphem Silicium aus übereinandergeschichtet sind.
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