DE4410220B4 - Dünnschicht-Solarzelle - Google Patents
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Abstract
Dünnschicht-Solarzelle
mit wenigstens einer aus aufeinanderfolgender p-, un (i)-, und n-dotierter
Schicht bestehenden Schichtenfolge, einer der ersten p-dotierten
Schicht benachbarten TCO-Schicht, einer zwischen TCO-Schicht und
der mit dieser benachbarten p-dotierten Schicht angeordneten n-dotierten
Zwischenschicht und einer mit der letzten n-dotierten Schicht verbundenen
Kontaktschicht, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens die der
Zwischenschicht benachbarte p-dotierte Schicht mikrokristallin ist
und das Material der n-dotierten Zwischenschicht Bor- oder Aluminium
dotiertes ZnO ist.
Description
- Die Erfindung betrifft eine Dünnschicht-Solarzelle nah dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
- Dünnschicht-Solarzellen auf der Basis des amorphen hydrierten Siliziums (a-Si:H) und/oder seiner Legierungen werden mit der Dotierungsfolge n-i-p oder p-i-n oder in bekannten Abwandlungen (z.B. durch zusätzlich eingebaute Pufferschichten) durch Schichtabscheidung auf geeigneten opaken oder transparenten Substraten hergestellt. Dabei kann eine solche Solarzelle auch in Form einer gestapelten Solarzelle in Kaskadenanordnung (sog. Stapelzelle, z.B. p-i-n-p-i-n) vorgesehen sein.
- Für den Fall, dass der Lichteinfall von der p-dotierten Seite her erfolgt, wird aufgrund der unterschiedlichen Beweglichkeiten der Ladungsträgerarten n und p eine Verbesserung des Wirkungsgrades y der Solarzelle erzielt.
- Zur Verbesserung des Lichteintritts in die für die Lichtumwandlung maßgebliche, undotierte (i)-Schicht und auch zur elektrischen Verbesserung wird die Bandlücke der p-dotierten Schicht vorteilhaft höher als die der i-Schicht gewählt. Dies kann beispielsweise durch Legierungen des a-Si:H mit N, C oder O realisiert werden.
- Als Kontaktschichten dienen auf der Lichteintrittsseite in der Regel transparente, leitfähige Oxidschichten, die sog. Transparent Conductiv Oxide (TCO)-Schichten, wie z.B. ITO, SnO2, ZnO, TiO2. Auf der lichtabgewandten Seite kann ebenfalls eine TCO-Schicht oder aber auch eine Metallschicht oder eine Kombination aus beiden gewählt werden.
- Es ist bekannt, dass der TCO-p-Kontakt einen beachtenswerten Anteil am gesamten Serienwiderstand einer a-Si:H Solarzelle haben kann.
- In T. Soshida et al., Proc 10th European PV Solar Energy Conf. Lisbon 1991, p. 1193 wird für das Kontaktsystem ZnO-p zur Reduzierung des TCO-p-Kontaktwiderstandes die Einfügung einer SiOx-„Rekombinationsschicht" zwischen ZnO und p beschrieben. Quantitative Maßangaben für den dadurch erzielten Erfolg einer Verbesserung fehlen dabei jedoch.
- Aus Verhandlungen der Deutschen Physikalischen Gesellschaft, Reihe VI, Band 29, 1994, Seiten 1133-1134, Vortrag HL 23.8, sind Kontakte von Dünnschicht-Solarzellen bekannt, welche eine TCO-Schicht, eine Schichtenfolge aus p-, un- und n-dotierter Schicht und eine mit der n-dotierten Schicht verbundenen Kontaktschicht aufweisen („GLS/TCO-pin-Metall"). Zwischen der TCO-Schicht und der p-dotierten Schicht ist eine n-dotierte mikrokristalline Zwischenschicht angeordnet.
- Aus der gattungsbildenden
EP 0 534 473 A2 ist eine Dünnschicht-Solarzelle bekannt, mit einer Schichtenfolge aus aufeinanderfolgender p-, un- und n-dotierter Schicht, einer der ersten p-dotierten Schicht benachbarten TCO-Schicht, einer zwischen der TCO-Schicht und der mit dieser benachbarten p-dotierten Schicht angeordneten n-dotierten Zwischenschicht und einer mit der letzten n-dotierten Schicht verbundenen Kontaktschicht. Die dotierte Zwischenschicht besteht aus ZnO und die Dotierung aus Übergangsmetallen, von denen zumindest Titan als Donator wirkt. Mit der Dotierung wird die Haftung zwischen der Halbleiterschichtenfolge und der TCO-Schicht verbessert. - Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Solarzelle zu schaffen, die den bekannten Solarzellen gegenüber, insbesondere für ZnO oder TiO2 als TCO, einen insofern auch den Wirkungsgrad „y" der Solarzelle begünstigenden, niedrigen TCO-p-Kontaktwiderstand und damit verbunden einen erhöhten Füllfaktor FF bzw. eine erhöhte Leerlaufspannung VOC aufweist.
- Diese Aufgabe wird gelöst durch die Gesamtheit der Merkmale nach Anspruch 1.
- Die Einfügung einer Bor- oder Aluminiumdotierten Zwischenschicht aus ZnO zwischen TCO und mikrokristalliner p-dotierter Schicht tragen zu einem verbesserten FF und erhöhter Leerlaufspannung VOC bei.
- Zur Verringerung oder Vermeidung von Absorptionsverlusten ist als Material für die eingefügte n-Schicht ein Material mit erhöhter Bandlücke (z.B. μc-SiC oder μc-SiO) vorgesehen.
- In einer besonders vorteilhaften Ausführungsform wird als Material für die TCO-Schicht ZnO oder TiO2 vorgesehen. Die Verwendung von ZnO oder TiO2 als TCO-Substrat bzw.
- Kontaktschicht auf der Lichteintrittsseite weist folgende Vorteile auf:
- a) ZnO oder TiO2 erlauben eine höhere Lichteinkopplung gegenüber SnO2, weil sie im sichtbaren Bereich des Spektrums transparenter sind und
- b) ZnO oder TiO2 besitzen eine besssere chemische Stabilität gegenüber Reduktion durch das für die a-Si:H-Abscheidung üblicherweise benutzte, wasserstoffhaltige Niederdruck-Silanplasma.
- Im folgenden sind in der Tabelle 1 Beispiele von präparierten Test-Solarzellen auf (a-Si:H)-Basis dargestellt. Ein erfindungsgemäßes Ausführungsbeispiel ist in der Schichtenfolge c) angegeben.
- Für jede Solarzelle sind
- – die gemessenen Leerlaufspannung VOC in milli-Volt,
- – die sog. Kurzschlußstromdichte jSC in milli-Ampere pro cm2,
- – der Füllfaktor FF in %, sowie
- – der Wirkungsgrad y in % angegeben.
- Tabelle 1
- Die Versuche zeigen:
- – den FF- und VOC-Abfall beim Übergang von SnO2-Substraten zu SnO2-ZnO-Substraten (a) verglichen mit b) bzw. c); d) mit e) für Bor-dotiertes ZnO),
- – den FF- und VOC-Abfall auch für den Fall, daß die TCO-Schicht ganz aus ZnO besteht (h), verglichen mit i)),
- – daß die Einfügung einer p- oder undotierten SiOx-Schicht zwischen TCO und p das Problem nicht löst (f), g), (sowohl im Falle einer undotierten als auch einer p-dotierten SiOx-Zwischenschicht waren die Werte bei der Konfiguration "g" schlechter),
- – die deutliche Verbesserung des FF und VOC besonders für Glas-SnO2-ZnO-Substrate durch Einfügung einer mikrokristallinen (μc) n-Schicht zwischen TCO und p-Schicht (k), im Vergleich mit b), c), e), g), i),
- – die weitere Verbesserung dadurch, daß die Dicke der (μc) n-Schicht verringert wurde (l), m)),
- – den Nachweis, daß die Verbesserung auch auf Bor-dotiertem ZnO erreicht wird (o)).
Claims (3)
- Dünnschicht-Solarzelle mit wenigstens einer aus aufeinanderfolgender p-, un (i)-, und n-dotierter Schicht bestehenden Schichtenfolge, einer der ersten p-dotierten Schicht benachbarten TCO-Schicht, einer zwischen TCO-Schicht und der mit dieser benachbarten p-dotierten Schicht angeordneten n-dotierten Zwischenschicht und einer mit der letzten n-dotierten Schicht verbundenen Kontaktschicht, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens die der Zwischenschicht benachbarte p-dotierte Schicht mikrokristallin ist und das Material der n-dotierten Zwischenschicht Bor- oder Aluminium dotiertes ZnO ist.
- Solarzelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als Material für die TCO-Schicht ZnO oder TiO2 vorgesehen ist.
- Solarzelle nach einem der Ansprüche 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, dass die TCO-Schicht als Substrat ausgebildet ist, auf dem die die Solarzelle bildenden Schichten in Stapelfolge angeordnet sind.
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2011003969A2 (de) | 2009-07-10 | 2011-01-13 | Eppsteinfoils Gmbh & Co Kg | Verbundsystem für photovoltaik-module |
| DE102009026149A1 (de) | 2009-07-10 | 2011-01-27 | Eppsteinfoils Gmbh & Co.Kg | Verbundsystem für Photovoltaik-Module |
| DE202009018249U1 (de) | 2009-07-10 | 2011-05-19 | EppsteinFOILS GmbH & Co.KG, 65817 | Verbundsystem für Photovoltaik-Module |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| WO1995026050A1 (de) | 1995-09-28 |
| DE4410220A1 (de) | 1995-09-28 |
| US5853498A (en) | 1998-12-29 |
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