DE4225385C2 - Verfahren zur kostengünstigen Herstellung einer Schicht eines ternären Verbindungshalbleiters - Google Patents

Verfahren zur kostengünstigen Herstellung einer Schicht eines ternären Verbindungshalbleiters

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Description

Solarzellen und photovoltaische Anlagen zur Energieerzeu­ gung im Leistungsbereich müssen heute insbesondere kosten­ günstig sein, um mit konventionellen Energieerzeugern kon­ kurrenzfähig zu sein.
Die verschiedenen Arten der bekannten Solarzellen und die dazugehörigen Technologien wählen jeweils verschiedene An­ sätze, um dieser grundlegenden Anforderung an Solarzellen und photovoltaische Anlagen zu genügen.
Hocheffiziente Solarzellen können aus kristallinem Sili­ zium gefertigt werden, wobei jedoch insbesondere ein hoher Materialverbrauch und das teure monokristalline Ausgangs­ material einen wesentlichen Anteil an den hohen Kosten dieser Solarzellen haben. Ein weiterer wesentlicher Kosten­ anteil besteht in der elektrischen Verschaltung der einzel­ nen Solarzellen zu einem Solarmodul.
Kostengünstiger aber weniger leistungsstark sind polykri­ stalline Solarzellen, die aus zum Beispiel im Block gegos­ senem oder auch in Flächenform kristallisiertem Silizium bestehen. Nachteilig sind neben der notwendigen elektri­ schen Verschaltung der Einzelzellen auch hier zusätzlich der hohe Materialverbrauch oder technologische Probleme.
Dünnschichtsolarzellen, die sich durch großflächige und relativ kostengünstige Abscheidung in plasmaunterstützten CVD-Anlagen herstellen lassen, bieten zwar die vorteilhaf­ te Möglichkeit einer industriellen vollautomatisierten Großserienfertigung, weisen jedoch darüber hinaus auch Nachteile auf. Neben einem vergleichsweise nur niedrigen Wirkungsgrad, der bei industrieller Großserienfertigung erzielbar ist, ist insbesondere die mangelnde Lichtstabi­ lität von Solarzellen aus amorphem Silizium von Nachteil.
Aus der US 4 410 558 ist ein kontinuierliches Herstellverfahren für amorphe Solarzellen bekannt, bei dem ein bandförmiges Substrat durch voneinander getrennte Plasmaabscheidezonen geführt wird, in denen die Abscheidung des für die Solarzelle erforderlichen Schichtaufbaus erfolgt.
Ein relativ kostengünstiges Solarzellenmaterial stellen Verbindungshalbleiter vom Chalkopyrittyp dar, die sich in relativ einfachen Verfahren in polykristalliner Form her­ stellen lassen und das Potential zur Erzielung hoher Wir­ kungsgrade bei der Umwandlung von Sonnenlicht in elektri­ sche Energie besitzen.
Bekannte Solarzellen mit Kupfer-Indium-Diselenid (CIS) als Absorberschicht werden beispielsweise auf Glassubstraten abgeschieden, wobei Molybdän als erste Elektrodenschicht dient. CIS selbst kann durch Aufdampfen oder Aufsputtern des bereits fertigen Verbindungshalbleiters oder durch elektrochemische Verfahren auf das Substrat aufgebracht werden, oder durch chemische Reaktion seiner Komponenten auf dem Substrat erzeugt werden. Dazu werden zunächst Kupfer und Indium im richtigen Verhältnis abgeschieden und anschließend in einer Selen- oder Selenwasserstoff-halti­ gen Atmosphäre zum ternären Verbindungshalbleiter umge­ setzt. Alternativ zur Gasphasenreaktion kann Selen auch als diskrete Schicht über Kupfer und Indium abgeschieden werden und mit diesen in einer Festkörperreaktion zum Halbleiter umgesetzt werden.
CIS-Solarzellen und Verfahren zu deren Herstellung sind beispielsweise aus der DE 38 22 073 A1, aus der US Re. 31 968 und aus dem Artikel von K.W. Mitchell et al: CuInSe₂ Cells and Modules. In US-Z.: IEEE Transactions on Electron Devices, Vol. 37, No. 2, 1990, Seiten 410 bis 417, bekannt.
Um diese bekannten Solarzellen und deren Herstellverfahren noch kostengünstiger zu gestalten ist es notwendig, sämtliche Verfahrensschritte für eine automatisierte Fertigung geeignet zu machen, die Herstellungskosten durch Vereinfachung des Verfahrens zu reduzieren, und insbesondere die Durchsatzgeschwindigkeit zu erhöhen.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein Ver­ fahren zur Herstellung einer Schicht eines ternären Verbindungs­ halbleiters anzugeben, welches die obengenannten Anforde­ rungen erfüllt und aus welchem kostengünstige Solarzellen hergestellt werden können.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Ver­ fahren nach Anspruch 1 oder 2.
Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind den Unteransprüchen zu entnehmen.
Die Erfindung bietet erstmals die Möglichkeit einer wirt­ schaftlichen Massenfertigung von Verbindungshalbleiter­ schichten, die insbesondere in der Photovoltaic benötigt werden. Durch die Verwendung flexibler Substrate eröffnet sich die Möglichkeit, das Substrat von der Rolle zu bezie­ hen und fertig beschichtet auch wieder auf einer Rolle aufzuspulen. Erst so wird der Prozeß voll kontinuierlich, so daß sich alle Einzelschritte im Durchlaufverfahren durchführen lassen. Durch Verwendung des bandförmigen End­ lossubstrates können sämtliche Beschichtungsvorgänge in bewährten Standardaufdampfanlagen durchgeführt werden. Diese garantieren einen hohen Flächenumsatz bei gleich­ zeitig hoher Qualität. Die bekannten Anlagen ermöglichen eine gute Prozeßkontrolle und erzeugen Schichten von hoher Gleichmäßigkeit, deren Schichtdickenschwankungen bei nur ±4 Prozent und weniger liegen. Damit lassen sich die Ein­ zelkomponenten des Verbindungshalbleiters im kontrollier­ ten Mengenverhältnis zueinander abscheiden, so daß eine ausreichend exakte Stöchiometrie im fertigen Verbindungs­ halbleiter und somit auch die Qualität der erzeugten Ver­ bindungshalbleiterschicht gewährleistet ist.
Mit den bislang bevorzugten Sputter- und PECVD-Anlagen konnte bislang noch keine voll befriedigende großflächige Abscheidung von Halbleiterschichten durchgeführt werden. Neben der Sicherheit des erprobten und bewährten Aufdampf­ prozesses können beispielsweise mit Elektronenstrahlver­ dampfungsanlagen Substratdurchsatzgeschwindigkeiten er­ zielt werden, die für die in Betracht kommenden Schicht­ dicken für den Halbleiter bzw. dessen Komponenten zwischen 60 und 300 m pro Minute liegen. Gegenüber Sputter- und PECVD-Verfahren ergibt sich somit eine um den Faktor 20 bis 80 höhere Durchsatzgeschwindigkeit, wobei in bekannten Anlagen bereits Folien bis zu einer Breite von 3 m problem­ los beschichtet werden können.
Ein weiterer Vorteil ergibt sich gegenüber dem Sputterver­ fahren, welches hohe Targetkosten verursacht und bei dem die Materialausnutzung eines Standard-Targets nur ca. 10 Prozent des auf dem Target vorhandenen Materials beträgt, während die Materialausnützung bei bekannten Elektronen­ strahlverdampfungsanlagen mehr als 80 Prozent beträgt. Zusätzlich können günstigere Materialquellen verwendet werden, da für Targets eine besondere Vorbereitung des Materials (zum Beispiel Pressen, Sintern usw.) erforder­ lich ist, die nun entfallen kann.
Zur Erzeugung "elektronisch genutzter" Halbleitermateria­ lien, zum Beispiel für die Photovoltaic, sind Aufdampfan­ lagen bislang nur aus frühen Versuchen mit amorphem Sili­ zium bekannt, wobei aber aufgedampftes Material zu viele Störstellen besitzt und daher von schlechter elektroni­ scher Qualität ist. Auch "Endlossolarzellen" sind bislang nicht bekannt. Beim erfindungsgemäßen Verfahren dagegen wird die elektronische Qualität des Verbindungshalbleiters erst durch eine chemische Reaktion nach dem Aufdampfen er­ zeugt. Die bekannten Aufdampfanlagen wurden daher bisher ausschließlich zur Erzeugung von Verpackungsmaterial, also zur Beschichtung von Folien und von Papier eingesetzt, wo­ bei Dampfsperren aus Aluminium oder SiOx-Schichten oder einfach eine nur zu dekorativen Zwecken dienende Metall­ beschichtung erzeugt wurden.
Prinzipiell sind thermische Aufdampfanlagen den Elektro­ nenstrahlanlagen gleichwertig, doch kann bei geringer Flüchtigkeit oder hohem Schmelzpunkt des aufzudampfenden Materials bzw. der aufzudampfenden Halbleiterkomponente die etwas aufwendigere Elektronenstrahlanlage erforderlich sein. Mit dieser ist zudem ein wirtschaftlicherer Betrieb möglich, da in den als Materialsource eingesetzten Ver­ dampferschiffchen nur die oberflächennahen Schichtbereiche erhitzt werden, die sofort abdampfen.
Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren können Schichten sämt­ licher bekannter Verbindungshalbleitertypen hergestellt werden, deren letzter Reaktionsschritt zur Verbindung auf dem Substrat erfolgen kann. Geeignete Verbindungshalblei­ ter entstammen daher den Klassen III-V, II-VI und I-III-VI2 (Chalkopyrite). Für das Verfahren geeignet ist beispielsweise die Herstellung von Kupfer-Indium (Gallium) Diselenid (Disulfid), Cadmiumtellurid, Wolfram (Molybdän)- Disulfid (Diselenid), Indiumphosphid, und weiterer insbe­ sondere für die Photovoltaic geeigneter Verbindungshalb­ leiter.
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist vorgese­ hen, Verfahrensschritt e) in einem geschlossenen und daher konstanten Volumen durchzuführen. Dazu werden die Kompo­ nenten des Verbindungshalbleiters zwischen zwei Folien er­ hitzt, welche zumindest an den Rändern dicht aufeinander­ gepreßt werden. Für die zweite Folie (neben dem Substrat) ist eine beliebige Metall- oder Kunststoffolie geeignet, sofern letztere gegenüber den Reaktionsbedingungen inert ist. Ein vom Prinzip ähnlicher Prozeß ist bislang nur von Kristallzüchtungsverfahren bekannt, bei dem die für den Kristall erforderlichen Ausgangsverbindungen, zum Beispiel Indium und Phosphor in einem Gefäß vorgelegt und vor dem Erhitzen mit einer Abdeckschicht eines gegenüber dem Kri­ stall bzw. seinen Komponenten inerten Materials abgedeckt werden, im erwähnten Fall zum Beispiel mit Boroxid. Beim erfindungsgemäßen Verfahren hat dies den Vorteil, daß die flüchtigste Komponente, üblicherweise die nichtmetallische Komponente, während des Erhitzens einen konstanten Gas­ druck aufbaut, welcher für die Gleichmäßigkeit und Voll­ ständigkeit der Reaktion zum Verbindungshalbleiter maß­ geblich ist.
In einer weiteren Variante des Verfahrens wird die nicht­ metallische Komponente nicht auf dem ersten, sondern auf einem zweiten Substrat, nämlich der zum Abdecken verwen­ deten Folie aufgedampft und erst durch Aufeinanderpressen der beiden Substrate mit den beschichteten Seiten gegen­ einander mit der oder den metallischen Komponenten in Kon­ takt gebracht.
Zur Herstellung von photovoltaischen Bauelementen wird ein mit einer Elektrodenschicht versehenes erstes Substrat verwendet, oder ein zumindest ein in seinem Oberflächenbe­ reich elektrisch isolierendes Substrat in einem vorgeschal­ teten ersten Beschichtungsschritt mit einer Elektroden­ schicht versehen und zum Beispiel bedampft. Bei den bereits bekannten Aufdampfanlagen ist es möglich, metallische Schichten strukturiert aufzubringen. Dazu können während des Aufdampfens auf dem Substrat aufgelegte Abdeckbändchen mitgeführt werden, die nach dem Aufdampfen entfernt wer­ den, wobei streifenförmige nicht bedampfte Bereiche ver­ bleiben. Auch ist es möglich, einen auf dem Substrat vom Verdampfen auszusparenden Bereich mit einem die Haftung vermindernden Mittel zu beschichten, im einfachsten Fall mit einem aufgesprühten Öl. So läßt sich eine streifenför­ mig strukturierte Elektrodenschicht erzeugen, die durch unbeschichtete Streifen von nur ca. 0,5 mm Breite getrennt sind. Die Strukturierung erfolgt dabei parallel zur Durch­ laufrichtung des Substrats während der Beschichtung.
Entsprechend kann auch die auf der strukturierten Elektro­ denschicht aufgebrachte Halbleiterschicht strukturiert werden. In vorteilhafter Weise wird dazu ein mechanisches Verfahren gewählt und die Halbleiterschicht jeweils über einem Randbereich eines Elektrodenstreifens parallel zu diesem durch Ritzen, Schneiden, Fräsen oder ähnliche Maß­ nahmen in einem schmalen Streifen entfernt, wobei der Randbereich des darunterliegenden Elektronenstreifens frei­ gelegt wird.
Zur Vervollständigung einer Solarzellenanordnung wird auf der strukturierten Halbleiterschicht ganzflächig eine zweite Elektrodenschicht aufgebracht und ebenfalls strei­ fenförmig strukturiert, wobei die auszusparenden Struktur­ linien nochmals in gleiche Richtung gegen die beiden ande­ ren Strukturlinien versetzt sind. Auch dieser Schritt kann mechanisch erfolgen, wobei die zweite Elektrodenschicht und die Halbleiterschicht im Bereich der Strukturlinie der zweiten Elektrodenschicht bis zur Freilegung der ersten Elektrodenschicht entfernt werden. So wird mit dem erfin­ dungsgemäßen Verfahren eine "endlose" Solarzellenanordnung geschaffen, die ihrerseits aus quer zum Substrat in Serie verschalteten "Einzel"-Solarzellen besteht. Durch Zertei­ len dieses Endlosbandes kann die Solarzellenanordnung kon­ fektioniert werden, wobei die Geometrie der Teile beliebig gewählt werden kann. Dies hat den weiteren Vorteil, daß ein Solarzellenanwender die Solarzellen auch "von der Rol­ le" beziehen kann und entsprechend seinen Wünschen konfek­ tionieren und weiterverarbeiten kann.
Im folgenden wird die Erfindung anhand eines Ausführungs­ beispiels und der dazugehörigen Figuren näher erläutert.
Fig. 1 zeigt im schematischen Querschnitt das Funktions­ prinzip einer erfindungsgemäß verwendbaren Elektro­ nenstrahlaufdampfanlage, während die
Fig. 2 bis 6 verschiedene Verfahrensstufen bei der Herstellung einer Solarzelle im schematischen Quer­ schnitt zeigen.
Zur besseren Verständlichkeit geben die Figuren keine maß­ stabsgetreue Abbildung der Wirklichkeit wieder. Wegen der auftretenden Maßstabsverzerrung können die wirklichen Größenverhältnisse ausschließlich der folgenden Beschrei­ bung entnommen werden.
Fig. 1 zeigt eine bekannte Elektronenstrahlaufdampfanlage, die für einen Teil der erfindungsgemäßen Beschichtungen verwendet werden kann. In einer Ausführung ist das gesamte Beschichtungssystem in einer einzigen Vakuumkammer VK an­ geordnet. Das zu beschichtende Substrat S, beispielsweise eine Folie, ist auf einer Vorratsrolle VR aufgewickelt. Über Umlenk- und Transportrollen UR wird das Substrat S nun über eine Beschichtungstrommel BT geführt und dabei beschichtet. Danach wird das Substrat über weitere Umlenk­ rollen UR geführt und auf einer zweiten Spule SP2 aufge­ wickelt. Das aufzudampfende Material ist in einem Ver­ dampferschiffchen VS vorgelegt. Die zur Verdampfung erfor­ derliche Energie wird von einem Elektronenstrahl ES ge­ liefert, der in einer Elektronenstrahlquelle EQ erzeugt und mittels Ablenkspulen AB fokussiert und über die Ober­ fläche des aufzudampfenden Materials im Verdampferschiff­ chen VS geführt wird. Eine Pumpe P dient zur Evakuierung der Vakuumkammer VK bis zu einem Druck von ca. 10-4 mbar. In einer Gerätevariante kann das Beschichtungssystem (BT, EQ, VS) in einer separaten Vakuumkammer angeordnet sein, die von der Vorratskammer mit der Rolle VR und der Spule SP2 getrennt ist. Dadurch kann sich der Pumpenaufwand zur Herstellung des Hochvakuums reduzieren.
Im Rahmen eines Ausführungsbeispiels wird im folgenden die Herstellung einer Dünnfilmsolarzellenanordnung mit einer CIS-Absorberschicht beschrieben und die Erfindung damit erläutert.
Als Substratmaterial wird Edelstahl vorgesehen, der wegen seines geringen thermischen Ausdehnungskoeffizienten und seiner hohen Festigkeit bevorzugt ist. Daneben sind jedoch noch andere Substratmaterialien geeignet, beispielsweise Folien aus Aluminium oder Hochleistungskunststoffen. Das wie im vorliegenden Fall elektrisch leitfähige Substrat­ material wird nun in einem ersten Schritt auf einer Ober­ fläche passiviert um darauf die Erzeugung voneinander ge­ trennter Elektrodenflächen zu ermöglichen. Zur Reinigung und für eine bessere Haftung der aufzubringenden Schichten wird das als bandförmige Endlosfolie vorliegende Substrat zunächst oberflächlich geglimmt und schließlich mit einer Passivierungsschicht aus SiOx oder Si3N4 versehen. Mit Hilfe einer Elektronenstrahlaufdampfanlage läßt sich eine hochwertige und dichte Passivierungsschicht bereits ab einer Dicke von 70 nm realisieren.
Fig. 2: Im nächsten Schritt wird eine erste Elektroden­ schicht ES1 strukturiert auf dem passivierten Substrat S abgeschieden. In der beschriebenen Elektronenstrahlauf­ dampfanlage ist dafür standardmäßig eine Vorrichtung vor­ gesehen, in der beim Aufdampfen von der Beschichtung aus­ zusparende Bereiche vorher mit einem Öl benetzt werden. Im Ausführungsbeispiel werden dazu parallel zur Durchlaufrich­ tung und im Abstand von ca. 0,5 bis 1 cm jeweils 0,5 mm breite Streifen (=Strukturlinien SL1) durch Aufsprühen eines Öls von der Beschichtung ausgespart. Als erste Elek­ trodenschicht ES1 wird nun Molybdän in einer Schichtdicke von ca. 700 nm aufgedampft, wobei die mit Öl benetzten dün­ nen Streifen SL1 frei bleiben.
Im nächsten Schritt wird nun die erste, metallische Kom­ ponente des Halbleiters durch Aufdampfen von Kupfer in einer Schichtdicke von ca. 140 nm aufgebracht. Dabei wird durch eine sorgfältige Prozeßkontrolle eine hohe Schicht­ gleichmäßigkeit sichergestellt, beispielsweise durch kon­ tinuierliche Messung des Schichtwiderstands.
In analoger Weise wird über der Kupferschicht MK1 nun eine Indiumschicht in einer Dicke von ca. 350 nm als zweite me­ tallische Komponente MK2 aufgedampft.
Möglich ist es auch, Cu und In gemeinsam in einem Verfah­ rensschritt aufzubringen bzw. aufzudampfen.
Als noch fehlende nichtmetallische Komponente NMK wird eine ca. 1 µm dicke Selenschicht über der Indiumschicht MK2 aufgedampft. In Fig. 2 ist die so hergestellte Anord­ nung mit dem aus den drei Komponenten des Verbindungshalb­ leiters bestehenden Schichtaufbau SA im schematischen Querschnitt dargestellt.
Fig. 3: Zur Herstellung von optimalen Reaktionsbedingungen (Schritt e)) wird der Schichtaufbau SA mit einer Abdeckfo­ lie AF abgedeckt und zumindest an den Rändern im nichtbe­ schichteten Bereich des Substrats S gegen dieses angepreßt (siehe die in Fig. 3 angedeuteten Pfeile). Optimale Reak­ tionsbedingungen für die Reaktion der drei Komponenten zu Kupfer-Indium-Diselenid stellen sich in der gewählten An­ ordnung bei ca. 400 bis 500°C ein. Der Dampfdruck des flüchtigen Selens wird durch das begrenzte Reaktionsvolumen bzw. durch den begrenzten Raum zwischen Substrat S und Ab­ deckfolie AF konstant gehalten, so daß nach ca. 1 bis 30 Minuten als Reaktionsprodukt eine homogene Schicht HL des Verbindungshalbleiters CIS entsteht.
Nach Entfernen der Abdeckfolie AF wird der Aufbau in an sich bekannten Reaktionsschritten jedoch kontinuierlich weiter zur fertigen Solarzelle verarbeitet.
Zunächst wird die Oberfläche der erzeugten Halbleiter­ schicht HL durch Behandlung mit einer reduzierenden cad­ miumhaltigen Lösung passiviert, wobei die elektronische Qualität der Halbleiterschicht HL wesentlich verbessert wird.
Fig. 4: Durch mechanisches Abtragen eines schmalen Strei­ fens der Halbleiterschicht HL entlang der Strukturlinien SL2, die gegenüber den die Elektrodenschicht ES1 trennen­ den Strukturlinien SL1 versetzt sind, wird die Oberfläche der ersten Elektrodenschicht ES1 entlang der Strukturli­ nien SL2 freigelegt. Fig. 4 zeigt die Anordnung in dieser Verfahrensstufe.
Fig. 5: Als letzte Schicht wird eine zweite Elektroden­ schicht ES2 aufgebracht, im vorliegenden Fall eine Zink­ oxidschicht, die gleichzeitig die Fensterschicht für die Solarzellenanordnung darstellt. In einem weiteren Struk­ turierungsschritt wird die zweite Elektrodenschicht ES2 mit einem mechanischen Werkzeug entlang der dritten Struk­ turlinien SL3, die seitlich gegen die zweiten Strukturli­ nien SL2 versetzt sind, strukturiert. Im Bereich der Struk­ turlinien SL3 wird dabei die zweite Elektrodenschicht ES2 und gegebenenfalls darunterliegende Halbleiterschicht HL bis zur Freilegung der ersten Elektrodenschicht ES1 ent­ fernt. Fig. 5 zeigt die Anordnung, die bereits eine funk­ tionsfähige Solarzelle ist. Die in der Figur dargestellten drei streifenförmigen Einzelsolarzellen sind durch die Strukturierung quer zum Substrat S in Serie geschaltet. Die wirkliche Anzahl der auf dem Substrat S hergestellten streifenförmigen Einzelzellen ist natürlich vom Abstand der Strukturierungslinien und von der Breite des Sub­ strats, die bis zu 3 m betragen kann, abhängig. Durch die kontinuierliche Verfahrensführung entsteht dabei eine End­ lossolarzelle, die sich problemlos auf einer Rolle auf­ spulen läßt.
Fig. 6: Zur Ableitung des Solarstroms, der bei Beleuchtung der Zellenstruktur entsteht, werden auf der zweiten Elek­ trodenschicht ES2 metallische Leiter (ML1, . . . MLx) auf­ gebracht. Die metallischen Leiter dienen zum einen zum Ab­ transport des gesammelten photovoltaischen Stroms und zum anderen der Übergabe des Stroms an einen externen Verbrau­ cher. Der Abstand der metallischen Leiter hängt von der Zellenbreite und der gewünschten Photospannung ab. Zum Aufbringen kommen Kleben, Ultraschallöten, Punktschweißen und ähnliche Verfahren in Betracht.
In weiteren Reaktionsschritten kann die bereits funktions­ fähige Solarzellenanordnung abschließend mit einer Antire­ flex und/oder Passivierungsschicht versehen werden oder mit einer Kunststoffolie verschweißt werden. Dieser Schritt kann auch zusammen mit der weiteren Verarbeitung entspre­ chend konfektionierter Stücke aus dieser Endlosanordnung vorgenommen werden, beispielsweise beim Einbau in einen Rahmen und nach dem Anbringen elektrischer Anschlüsse.
Die im Rahmen des Ausführungsbeispiels anhand der Herstel­ lung einer Kupfer-Indium-Diselenid-Schicht als Verbindungs­ halbleiter erläuterte Erfindung läßt sich selbstverständ­ lich auch auf andere Verbindungshalbleiter in analoger Weise übertragen, wobei im Fall aus nur zwei Komponenten bestehenden binären Verbindungshalbleitern der Verfahrens­ schritt c) entfällt, da der Halbleiter nur aus einer metal­ lischen und einer nichtmetallischen Komponente aufgebaut ist. Dabei lassen sich sämtliche denkbaren Komponenten durch Aufdampfen aufbringen, wobei neben dem grundsätzlich immer geeigneten Elektronenstrahlverdampfen auch thermi­ sches Aufdampfen ausreichend sein kann.
Aus den erfindungsgemäß erzeugten Halbleiterschichten her­ gestellte Solarzellen weisen mit anderen Herstellungsver­ fahren vergleichbare Wirkungsgrade auf. Durch die wirt­ schaftlichere Herstellung der Halbleiterschichten ist auch die Gesamtherstellung der Solarzellen kostengünstiger als bei bisher bekannten Verfahren.

Claims (8)

1. Verfahren zur Herstellung einer Schicht eines ternären Verbindungshalbleiters des Typs I-III-VI₂ aus zwei metallischen Komponenten und einer nichtmetallischen Komponente auf einem Substrat mit den Schritten:
  • a) Bereitstellen eines ersten flexiblen "endlosen" Substrats,
  • b) Aufdampfen einer ersten diskreten Schicht einer ersten metallischen Komponente des Verbindungshalbleiters auf dem Substrat,
  • c) Aufdampfen einer zweiten Schicht einer zweiten metallischen Komponente des Verbindungshalbleiters über der ersten diskreten Schicht,
  • d) Aufdampfen einer Schicht der nichtmetallischen Komponente des Verbindungshalbleiters über der zweiten diskreten Schicht,
  • e) Herstellen von Reaktionsbedingungen durch Erhöhung der Temperatur, um eine chemische Reaktion der Komponenten zum Verbindungshalbleiter zu ermöglichen,
wobei jeder Einzelschritt kontinuierlich in einem Durchlaufverfahren durchgeführt wird, bei dem die metallischen Komponenten durch Elektronenstrahlverdampfen aufgebracht werden und bei dem vor dem Herstellen der Reaktionsbedingungen gemäß Verfahrensschritt e) die diskreten Schichten der Komponenten mit einer Folie abgedeckt werden, die zumindest an den Rändern angepreßt wird, um ein konstantes Volumen zu erzeugen.
2. Verfahren zur Herstellung einer Schicht eines ternären Verbindungshalbleiters des Typs I-III-VI₂ aus zwei metallischen Komponenten und einer nichtmetallischen Komponente auf einem Substrat mit den Schritten:
  • a) Bereitstellen eines ersten flexiblen "endlosen" Substrats,
  • b) Aufdampfen einer ersten diskreten Schicht einer ersten metallischen Komponente des Verbindungshalbleiters auf dem Substrat,
  • c) Aufdampfen einer zweiten Schicht einer zweiten metallischen Komponente des Verbindungshalbleiters über der ersten diskreten Schicht,
  • d) Aufdampfen einer Schicht der nichtmetallischen Komponente auf einem zweiten flexiblen Substrat,
  • e) Aufeinanderpressen der beiden Substrate mit den beschichteten Seiten gegeneinander, wobei das zweite Substrat zumindest an den Rändern angepreßt wird, um ein konstantes Volumen zu erzeugen,
  • f) Herstellen von Reaktionsbedingungen durch Erhöhung der Temperatur, um eine chemische Reaktion der Komponenten zum Verbindungshalbleiter zu ermöglichen,
wobei jeder Einzelschritt kontinuierlich in einem Durchlaufverfahren durchgeführt wird, bei dem die metallischen Komponenten durch Elektronenstrahlverdampfen aufgebracht werden.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei dem in den Verfahrensschritten b) und c) Kupfer und Indium oder Kupfer und Gallium aufgedampft werden und bei dem als nichtmetallische Komponente im Schritt d) Selen oder Schwefel verwendet wird.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei dem im Schritt a) ein mit einer ersten Elektrodenschicht versehenes erstes Substrat vorgesehen wird, der Verbindungshalbleiter nach der Reaktion freigelegt wird und mit einer reduzierten cadmiumhaltigen Lösung passiviert wird und bei dem eine zweite Elektrodenschicht darauf aufgebracht wird.
5. Verfahren nach Anspruch 4, bei dem die erste Elektrodenschicht, die Verbindungshalbleiterschicht und die zweite Elektrodenschicht nach ihrer Erzeugung jeweils streifenförmig, parallel zur Durchlaufrichtung und seitlich gegeneinander versetzt derart strukturiert werden, daß streifenförmige elektrische Bauelemente entstehen, die durch Überlappung von Streifen der ersten und zweiten Elektrodenschicht quer zur Durchlaufrichtung elektrisch in Serie geschaltet sind.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bei dem als Substrat ein Edelstahlband verwendet wird, welches eine dünne Passivierungsschicht aus SiOx aufweist.
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