DE3713957A1 - Solarzelle - Google Patents
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Description
Die Erfindung betrifft eine Inversionsschicht-
Solarzelle mit den Merkmalen nach dem Oberbegriff
des Anspruchs 1.
Eine derartige Solarzelle ist aus E. P. Burte "Herstellung
und Charakterisierung von Inversionsschicht-Solarzellen
auf polykristallinem Silizium" W. Girardet-Verlag Essen
1985 bekannt. Die strukturierte Kontaktelektrode der
für Lichteinwirkung vorgesehenen Oberfläche, der
Substratvorderseite, des bekannten Bauelements ist z.B.
in Gitterstruktur ausgeführt und über einer dünnen
Isolierschicht auf dem Substrat angeordnet. Durch das
bevorzugte Elektrodenmaterial sowie durch eine Anti
reflexionsschicht auf den von den Kontaktelektroden
abschnitten umschlossenen Oberflächenbereichen ist im
Substrat eine durchgehende Inversionsschicht mit
angrenzender Raumladungszone ausgebildet. Als Dielektrikum
für die Antireflexionsschicht ist Siliziumnitrid vor
gesehen.
Die bekannten Solarzellen zeigen unerwünschte, rasch
ablaufende Degradationserscheinungen, die mit innerer
Photoemission von Elektronen durch Driften derselben
in das Dielektrikum und durch Fixierung derselben an
Haftstellen im Aufbau des Dielektrikums sowie mit der
Erzeugung von Grenzflächenzuständen an der Grenzfläche
Halbleitersubstrat - Isolierschicht (unter der Kontakt
elektrode) erklärt werden.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Solar
zelle zu schaffen, bei welcher die Degradation zumindest
erheblich vermindert wird, das heißt, welche bei Licht
einwirkung weitgehend langzeitstabil ist.
Die Lösung der Aufgabe besteht bei einer Solarzelle
der eingangs genannten Art darin, daß die
Antireflexionsschicht Cäsium aufweist. Vorteilhafte
Ausgestaltungen sind in den Ansprüchen 2 bis 6 angegeben.
Anhand des in der Zeichnung dargestellten Ausführungs
beispiels wird die Erfindung erläutert. Die Figur zeigt
teils schematisch, teils im Querschnitt in stark
vergrößerter, unmaßstäblicher Darstellung den
Schichtenaufbau einer Solarzelle nach der Erfindung.
Ein p-leitendes Substrat (1) ist an seiner nicht zur
Lichteinwirkung vorgesehenen Fläche, der Rückseite,
mit einer durchgehenden Kontaktschicht (2), z.B. aus
Aluminium, versehen. Auf der für Lichteinwirkung
vorgesehenen Fläche, der Vorderseite, ist ein raster
förmiges Kontaktmuster mit im Schnitt fingerförmigen
Kontaktstegen (8) angebracht, welches ebenfalls
bevorzugt aus Aluminium besteht. Zwischen Kontaktmuster
und Substrat (1) befindet sich stets eine Isolier
zwischenschicht (9), die natürlich oder thermisch
definiert sein kann und bevorzugt aus einem Oxid des
Substratmaterials besteht. Das Kontaktmetall der beiden
Substratflächen kann aufgedampft oder durch Sputtern
aufgebracht sein. Die Dicke der Kontaktschicht (2)
beträgt z.B. 1 µm , diejenige der Kontaktmusterfinger
(8) z.B. 3 bis 5 µm . Das Verhältnis der Kontakt
musterfläche zur gesamten Vorderseitenfläche ist
beispielsweise 10%. Die Dicke der Isolierzwischen
schicht (9) zwischen Kontaktmuster (8) und Substrat (1)
kann 1 bis 2 nm betragen. Diese Schicht dient zur
Erhöhung der Leerlaufspannung der Solarzelle.
Weiter ist auf der Substratvorderseite zwischen den
Kontaktmusterfingern (8) ein als Antireflexionsschicht
bezeichneter Überzug angebracht, der vorzugsweise aus
mehreren Teilschichten besteht. Durch diese Beschichtung
wird erreicht, daß trotz des hohen Reflexionsvermögens
des Substratmaterials, insbesondere des vorzugsweise
verwendeten Siliziums, ein sehr hoher Anteil des
auftreffenden Lichts zur Ladungsträgererzeugung im
Substrat und damit zu einem Photostrom führt.
Bekannte Bauformen weisen eine Antireflexionsschicht aus
Verbindungen des Substratmaterials auf, die aufgrund
ihrer dielektrischen Eigenschaften feste Grenzflächen
ladungen über der Oberflächenschicht des Substrats
bilden und eine Inversionsschicht (4) in dieser Ober
flächenschicht bewirken. Durch die Ausbildung von Grenz
flächenladungen und Inversionsschicht entsteht im
Halbleitersubstrat die Raumladungszone (3), in welcher
beim Einsatz der Solarzelle durch Photonen generierte
Elektron-Loch-Paare in Elektronen und in Defektelektronen
getrennt werden.
Untersuchungen haben gezeigt, daß diese Dielektrika
keine ausreichende Langzeitstabilität bei Lichtein
wirkung haben, das heißt, daß die Strombelastbarkeit
abnimmt, wenn die Solarzellen außer Betrieb Licht
strahlen ausgesetzt sind. Zur Vermeidung dieses
Nachteils weist erfindungsgemäß die Antireflexionsschicht
Cäsium auf, bevorzugt in Form einer Verbindung.
Gegenüber den bekannten dielektrischen Materialien
ist Cäsium nicht als Dielektrikum einzustufen.
Vergleichsweise elektrisch gut leitend, weist es eine
geringe Austrittsarbeit auf. Entsprechendes gilt für
die in Betracht kommenden Cäsium-Verbindungen. Diese
Eigenschaft führt ohne die Notwendigkeit von festen
Grenzflächenladungen direkt zur Erzeugung einer
Inversionsschicht (4) mit der oben genannten Wirkung.
Die Antireflexionsschicht kann aus einer Folge von
drei Teilschichten bestehen, wovon die erste Teilschicht
(5) aus einem Siliziumoxid und die im Anschluß an die
Cäsium aufweisende Teilschicht (6) vorgesehene, ab
schließende, gleichzeitig als Schutzschicht dienende,
dritte Teilschicht (7) z.B. aus Siliziumnitrid gebildet
ist. Die letztere ist zur Gewährleistung der Kontaktierung
des Kontaktmusters (8) sehr dünn ausgeführt. Dabei kann
die erste Teilschicht (5) die natürlich entstandene
Oxidschicht des Substratmaterials oder eine auf dieser
gezielt hergestellte dielektrische Schicht sein. Die
Isolierzwischenschicht (9) kann dünner sein als die erste
Teilschicht (5).
Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung einer Solarzelle
nach der Erfindung ist dadurch gegeben, daß die Anti
reflexionsschicht aus dielektrischen Teilschichten gebil
det ist und in wenigstens eine der Teilschichten Cäsium
ionen eingebracht sind.
Die zweite, Cäsium enthaltende Teilschicht (6) ist z.B.
durch Aufdampfen aufgebracht. Ihre Dicke kann nur im
Zusammenhang mit der Bemessung der Antireflexionsschicht
betrachtet werden. Letztere ist in bekannter Weise durch
die jeweilige Forderung nach Optimierung des Anti
reflexionsverhaltens festgelegt und entsprechend ein
zustellen. Beispielsweise kann eine Antireflexionsschicht
aus drei Teilschichten eine erste Teilschicht (5) aus
Siliziumoxid mit 10 nm Dicke, eine zweite Teilschicht
aus Cäsiumoxid (6) mit 25 nm und eine abschließende
dritte Teilschicht (7) aus Siliziumnitrid mit 40 nm Dicke
aufweisen.
Je nach den Anforderungen an die Eigenschaften der
Solarzelle kann die Cäsium oder eine seiner Verbindungen
enthaltende Schicht in einer Dicke von 1 bis 50 nm
ausgebildet sein. Durch die sehr geringe Austritts
arbeit induzieren Cäsium oder seine Verbindungen auch
zwischen den Kontaktmusterfingern (8) einen pn-Übergang,
wodurch ein hoch leitfähiger Kanal in der Substrat
oberflächenschicht entsteht, der an die unter den
Kontaktmusterfingern befindliche Inversionsschicht
angekoppelt ist.
Höhere Stabilität gemäß der Aufgabenstellung wird durch
ohmische Verbindung der Schicht (6) aus oder mit Cäsium
mit der strukturierten Kontaktelektrode erzielt, wie
dies in der Figur dargestellt ist. Injizierte Ladungs
träger werden erheblich weniger an Haftstellen der
Dielektrika fixiert, sondern können in die Kontakt
elektrode abfließen. Bei Berücksichtigung der natürlich
entstandenen Halbleiteroxidschicht ist die photo
induzierte Erzeugung von Haftstellen an der Grenz
fläche Isolierzwischenschicht - Halbleitersubstrat
vernachlässigbar.
Claims (6)
1. Solarzelle, bei welcher ein Substrat (1) aus halb
leitendem Material mit p-Leitfähigkeit
- -an der für Lichteinwirkung vorgesehenen einen Oberfläche, der Vorderseite, mit einer strukturierten Kontaktelektrode (8),
- -an der anderen Oberfläche, der Rückseite, mit einer durchgehenden, ohmischen Kontaktschicht (2) und
- -an den nicht kontaktierten Abschnitten der Vorderseite mit einer Antireflexionsschicht versehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Antireflexionsschicht Cäsium aufweist.
2. Solarzelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß die Antireflexionsschicht außer einer natürlich
entstandenen Oxidschicht (10) des Halbleitermaterials
aus einer Folge von drei Schichten (5, 6, 7) besteht,
von welchen eine (6) Cäsium aufweist.
3. Solarzelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß die Antireflexionsschicht außer einer natürlich
entstandenen Oxidschicht (10) des Halbleitermaterials
aus zwei Teilschichten (6, 7) besteht, von welchen eine
Cäsium (6) aufweist.
4. Solarzelle nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch
gekennzeichnet, daß Cäsium in Form der Verbindung
Cäsiumchlorid vorgesehen ist.
5. Solarzelle nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch
gekennzeichnet, daß Cäsium in Form der Verbindung
Cäsiumoxid vorgesehen ist.
6. Solarzelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß die Cäsium aufweisende Teilschicht (6) der
Antireflexionsschicht mit der strukturierten Kontakt
elektrode (8) ohmisch verbunden ist.
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Cited By (3)
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1987
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