DE60222004T2

DE60222004T2 - Transparentes substrat beschichtet mit einer elektrode

Info

Publication number: DE60222004T2
Application number: DE60222004T
Authority: DE
Inventors: Ulf Blieske; Anne Durandeau
Original assignee: Saint Gobain Glass France SAS
Current assignee: Saint Gobain Glass France SAS
Priority date: 2001-11-28
Filing date: 2002-11-27
Publication date: 2008-05-15
Anticipated expiration: 2022-11-28
Also published as: JP2013136510A; ATE370921T1; MXPA04005088A; FR2832706B1; CN1596230B; EP1448490B1; EP1448490A1; BR0214368B1; DE60222004D1; PT1448490E; US20050016583A1; FR2832706A1; CN1596230A; BR0214368A; ES2292846T3; WO2003064344A1; US7923626B2; KR100970428B1; KR20040064285A; JP2005515955A

Description

Die Erfindung betrifft ein speziell aus Glas bestehendes transparentes Substrat, das mit einer Elektrode versehen ist. Dieses leitfähige Substrat ist speziell vorgesehen, Bestandteil von Solarzellen zu werden. Dabei handelt es sich insbesondere darum, es als "Vorderseite" der Solarzelle, d.h. als diejenige zu verwenden, die direkt der Sonneneinstrahlung ausgesetzt ist, die in elektrischen Strom umgewandelt werden soll.
Die Erfindung ist insbesondere auf Solarzellen vom Typ Si oder CIS gerichtet. Deren Struktur wird kurz zusammengefasst:
Dieser Typ eines Erzeugnisses wird im Allgemeinen in Form von Solarzellen vertrieben, die in Reihe zusammengebaut und zwischen zwei transparenten starren Substraten vom Typ Glas angeordnet werden. Die Zellen werden zwischen den Substraten von einem (oder mehreren) polymeren Material(ien) gehalten. Entsprechend einer in dem Patent EP 0 739 042 beschriebenen erfindungsgemäßen Ausführungsform können die Solarzellen zwischen den zwei Substraten angeordnet werden, anschließend wird der hohle Zwischenraum zwischen den Substraten mit einem gegossenen aushärtbaren Polymer, insbesondere auf der Basis eines Polyurethans, gefüllt, das durch die Reaktion eines aliphatischen Isocyanatpräpolymers mit einem Polyetherpolyol entsteht. Die Aushärtung des Polymers kann in der Wärme (30 bis 50 °C) und gegebenenfalls bei leichtem Überdruck, beispielsweise in einem Autoklaven, stattfinden. Es können andere Polymere wie Ethylenvinylacetat, EVA, verwendet werden, und es sind auch andere Zusammenbauten möglich (beispielsweise mit einem Verbundaufbau zwischen zwei Glasscheiben der Zellen mittels einer oder mehrerer Thermoplastfolien).
Die Einheit aus Substraten, Polymer und Solarzellen wird als Solarmodul bezeichnet und unter diesem Namen verkauft.
Die Erfindung hat somit auch diese Module zum Gegenstand.
Es ist bekannt, dass die Solarmodule nicht quadratmeterweise, sondern als abgegebene elektrische Leistung (näherungsweise kann abgeschätzt werden, dass ein Quadratmeter Solarzelle etwa 130 Watt liefern kann) verkauft werden, wobei von jedem zusätzlichen Prozent an Wirkungsgrad die elektrische Leistung und somit der Preis eines Solarmoduls mit gegebenen Abmessungen erhöht wird.
Deshalb liegt der Erfindung als Aufgabe zugrunde, Mittel zur Erhöhung des photoelektrischen Umwandlungswirkungsgrades dieser Module bereitzustellen, die sich insbesondere auf die weiter oben erwähnten mit Elektroden versehenen "vorderen" Gläser richten. Vorteilhafterweise sind Mittel erwünscht, die im Industriemaßstab einfach anzuwenden sind und die für diesen Typ eines Erzeugnisses bekannten Strukturen und Konfigurationen nicht durcheinanderbringen.
Die Erfindung hat vor allem ein wie in Patentanspruch 1 definiertes aus Glas bestehendes Substrat zum Gegenstand, das mit einer Elektrode versehen ist, die wenigstens eine leitfähige transparente Schicht auf der Basis von (einem) Metalloxid(en) umfasst, deren RMS-Rautiefe mindestens 3 nm beträgt. Sie beträgt vorzugsweise mindestens 5 nm und insbesondere höchstens 30 nm. Ein bevorzugter Rautiefenbereich befindet sich bei etwa 5 bis 15 nm.
Dieser Typ einer leitfähigen Schicht ist unter der englischen Abkürzung T.C.O für "Transparent Conductive Oxide" bekannt. Er wird auf dem Gebiet der Solarzellen und der Elektronik in breitem Umfang verwendet.
Die R.M.S-Rautiefe bedeutet die Rautiefe "Root Mean Square". Dabei handelt es sich um eine Messung, die darin besteht, den quadratischen Mittelwert der Rautiefe zu messen. Mit dieser R.M.S-Rautiefe werden konkret somit im Mittel die Profilkuppenhöhen und die Profiltaltiefen in Bezug auf die Mittellinie quantifiziert. Somit bedeutet eine R.M.S-Rautiefe von 3 nm die doppelte Profilkuppenhöhe.
Sie kann auf verschiedene Arten und Weisen gemessen werden, beispielsweise durch Atomkraftmikroskopie, durch ein mechanisches Spitzensystem (in welchem beispielsweise die Messgeräte verwendet werden, die von der Gesellschaft VEECO unter der Bezeichnung DEKTAK vertrieben werden) und durch optische Interferometrie. Die Messung erfolgt im Allgemeinen auf einem Quadratmikrometer durch Atomkraftmikroskopie und auf einer größeren Oberfläche von etwa 50 Mikrometer bis 2 Millimeter durch mechanische Spitzensysteme.
RMS-Rautiefen von mindestens 3 oder 5 nm entsprechen relativ hohen Werten. Die erfindungsgemäße leitfähige Schicht hat einen bekannten chemischen Charakter, sie ist vom Typ dotiertes Metalloxid. Im Gegensatz dazu hat sie die Besonderheit, dass sie sehr rau ist. Vorzugsweise ist diese Rauigkeit in dem Sinne zufällig, dass sie keine Muster einer genauen Geometrie aufweist. Außerdem ist sie in der gemessenen Größe der Oberfläche verteilt.
Alternativ oder kumulativ kann die Rautiefe dieser leitfähigen Schicht auch derart ausgewählt werden, dass die mittlere Größe der Muster dieser Rauigkeit, gemessen in der zur Substratoberfläche parallelen Abmessung, mindestens 50 nm beträgt. Vorteilhafterweise wird sie mit mindestens 100 nm und vorzugsweise höchstens 500 nm gewählt. Eine mittlere Größe der Muster von 200 bis 400 nm ist bevorzugt. Diese mittlere Größe kann insbesondere durch Elektronenrastermikroskopie bestimmt werden. Wenn die Rautiefe der Schicht in Form von Profilkuppen (mit unregelmäßiger Form) vorliegt, was der Fall bei kristallisierten Schichten ist, die ein Säulenwachstum aufweisen, entspricht somit diese mittlere Größe der Größe (der größten Abmessung) der Grundfläche dieser Profilkuppen.
Diese besondere Rautiefe (R.M.S-Rautiefe und/oder Größe der Muster) hat sich als sehr wirksam erwiesen. Sie erlaubt an den Grenzflächen der Schicht mit den Materialien, die sie umgeben, eine erhöhte Streuung des einfallenden Lichts, welche dieses "zwingt" einen viel längeren Weg durch die Solarzelle hindurch zu verfolgen.
Indem so der optische Weg verlängert wird, werden die Möglichkeiten zur Absorption des Lichts durch die aktiven Bestandteile der Zelle vervielfacht und wird schließlich der photoelektrische Umwandlungswirkungsgrad der Solarzelle erhöht. Somit wird das Licht besser eingefangen.
Die zuvor definierte Rauigkeit kann auf eine im Industriemaßstab machbare Art und Weise durch mehrere alternative oder kumulative Mittel erhalten werden.
Zunächst kann die Schicht aufgebracht und anschließend, beispielsweise durch chemisches Ätzen oder durch Sandstrahlen, teilweise wieder abgetragen werden. Sie kann auch direkt rau aufgebracht werden, was im Industriemaßstab vorteilhafter ist, da dadurch eine diskontinuierliche zusätzliche Behandlungsstufe inmitten einer Abfolge von Stufen zum Aufbringen der verschiedenen die Solarzelle bildenden Schichten eingespart wird.
In beiden vorliegenden Fällen kann die Schicht durch verschiedene Verfahren aufgebracht werden. Sie kann beispielsweise durch ein Pyrolyseverfahren, insbesondere die Gasphasenabscheidung (ein Verfahren, das oft mit dem englischen Akronym CVD für "Chemical Vapor Deposition" bezeichnet wird), aufgebracht werden. Dieses Verfahren ist für die Erfindung interessant, da es geeignete Einstellungen der Abscheidungsparameter erlauben, eine bestimmte Rautiefe zu erhalten.
Die Schicht kann auch durch ein Vakuumabscheidungsverfahren, insbesondere durch magnetfeldgestützte Kathodenzerstäubung, aufgebracht werden. Dabei kann die Zerstäubung reaktiv (indem von metallischen oder unteroxidierten Targets in einer oxidierenden Atmosphäre ausgegangen wird) oder nichtreaktiv (indem von keramischen Targets in einer inerten Atmosphäre ausgegangen wird) sein.
Auch hier wieder können es Modifizierungen der Abscheidungsparameter erlauben, eine bestimmte Porosität und/oder Rautiefe zu erhalten. So kann auf geeignete Weise der in der Abscheidekammer herrschende Druck eingestellt werden, wobei ein relativ hoher Druck es im Allgemeinen erlaubt, Schichten mit genügend poröser und rauer Oberfläche zu erhalten. Eine Möglichkeit besteht darin, diesen Parameter im Laufe des Abscheidens zu verändern, damit die Schicht gegebenenfalls über eine bestimmte Dicke relativ dicht und anschließend zur Oberfläche zunehmend porös/rau wird.
Erfindungsgemäß wird, wobei auf die Einzelheiten weiter unten zurückgekommen wird, die leitfähige Schicht auf einer Oberfläche, die ihrerseits rau ist, insbesondere auf ein Glas, das bereits selbst eine gewisse Rautiefe aufweist, die ihre Rautiefe bewirken oder vergrößern kann, aufgebracht.
Die Dicke der leitfähigen Schicht beträgt vorzugsweise höchstens 1 000 oder 700 oder 650 nm. Sie beträgt insbesondere mindestens 400 nm und beispielsweise 400 bis 800 nm.
Die leitfähige Schicht kann vorteilhafterweise aus folgenden Materialien ausgewählt werden: insbesondere mit Fluor oder Antimon dotiertes Zinnoxid (die Vorläufer, die für eine Abscheidung durch CVD verwendbar sind, können metallorganische oder Zinnhalogenide, zusammen mit einem Fluorvorläufer vom Typ Flusssäure oder Trifluoressigsäure, sein), insbesondere mit Aluminium dotiertes Zinkoxid (die Vorläufer, die für eine Abscheidung durch CVD verwendbar sind, können metallorganische Zink- und Aluminiumverbindungen oder Zink- und Aluminiumhalogenide sein) oder auch insbesondere mit Zinn dotiertes Indiumoxid (die für eine Abscheidung durch CVD verwendbaren Vorläufer können metallorganische Zinn- und Indiumverbindungen oder Zinn- und Indiumhalogenide sein).
Entsprechend einer Abwandlung kann, die als Barriere gegen Spezies, speziell Alkaliionen, verwendet werden kann, die in der Lage sind, aus dem Glas zu diffundieren, insbesondere bei einer Wärmebehandlung, die gleichzeitig oder nach Aufbringen der leitfähigen Schicht erfolgt. Ihre Aufgabe kann auch eine optische sein: Indem der Lichtreflexionsgrad des Substrates verringert wird, erlaubt sie es, die Lichttransmission durch die Schicht hindurch zu erhöhen.
Dabei kann es sich um eine Schicht auf der Basis von Siliciumoxid, -carbidoxid, -nitridoxid oder -nitrid handeln. Sie kann auf bekannte Weise durch dasselbe Verfahren wie die leitfähige Schicht, beispielsweise durch Pyrolyse (CVD) oder Kathodenzerstäubung, aufgebracht werden.
Sie kann auch so aufgebracht werden, dass sie ebenfalls eine bestimmte Rautiefe besitzt.
Der Flächenwiderstand der leitfähigen Schicht beträgt vorteilhafterweise höchstens 30 Ohm/Quadrat, insbesondere höchstens 20 Ohm/Quadrat, und vorzugsweise höchstens 10 oder 15 Ohm/Quadrat. Er beträgt im Allgemeinen 5 bis 12 Ohm/Quadrat.
Wie weiter oben erwähnt, besitzt erfindungsgemäß die Seite A des aus Glas bestehenden Substrates, auf welcher gegebenenfalls indirekt (über (eine) weitere Schicht(en) wie die zuvor genannten Barriereschichten) die leitfähige Schicht aufgebracht wird, selbst eine bestimmte Rautiefe.
Die R.M.S-Rautiefe dieser Seite A kann 100 bis 5 000 nm betragen und beträgt vorteilhafterweise 100 bis 2 000 nm und vorzugsweise derart mindestens 500 oder 1 000 nm, dass eine in der Literatur als Lambert-Oberfläche bezeichnete Oberfläche erhalten wird. Dabei hat diese R.M.S-Rautiefe dieselbe Bedeutung und kann auf dieselbe Art und Weise wie die der weiter oben beschriebenen leitfähigen Schicht gemessen werden. Alternativ oder kumulativ ist die Rautiefe dieser Seite A derart, dass die mittlere Größe der Muster, die in einer parallel zur Substratoberfläche verlaufenden Abmessung gemessen wird, mindestens 5 Mikrometer beträgt. Vorteilhafterweise beträgt sie 5 bis 100 Mikrometer und insbesondere zwischen 10 und 50 Mikrometer.
Diese Rautiefe ist nicht gleichmäßig, sondern zufällig. Es gibt keine regelmäßigen Muster auf der Glasoberfläche, aber variable Größen von Profilkuppen und/oder Profiltälern in der Glasoberfläche, die zufällig über die gesamte Oberfläche verteilt sind. Vorteilhafterweise erlaubt diese Rautiefe eine starke Streuung des vom Substrat durchgelassenen Lichts überwiegend "nach vorn", d.h. derart, dass das Licht überwiegend ins Innere der Solarzelle gestreut wird.
Das Ziel ist auch hier wieder, die einfallende Sonnenstrahlung auf verschiedene Arten und Weisen bestmöglich "einzufangen".
Es wird zwischen dem Glas und dem Material, das an jenes angrenzt, eine lichtstreuende Grenzfläche geschaffen, wobei sich diese Rauigkeit wenigstens teilweise auf die Schichten auswirkt, die nacheinander auf dieser rauen Oberfläche aufgebracht werden, da die Schicht dazu neigt, die Rauigkeit des Substrates anzunehmen, auf welches sie aufgebracht worden ist.
In einer bevorzugten erfindungsgemäßen Ausführungsform ist die Rautiefe des Substrates deutlich größer als diejenige, die die Schicht selbst haben kann, wobei die auf einer rauen Oberfläche aufgebrachte Schicht somit eine Rautiefe aus zwei Größenordnungen besitzt.
Indem eine raue Oberfläche geschaffen wird, können so in einer Kaskade weitere aufeinanderfolgende streuende Grenzflächen erzeugt werden, wobei jede der folgenden Schichten diese Rautiefe mehr oder weniger annimmt. Die Kombination eines mattierten, rauen aus Glas bestehenden Substrats mit einer leitfähigen Schicht, die ebenfalls eine ihr eigene oder künstlich erzeugte Rautiefe haben kann, erlaubt es, den gestreuten Anteil an dem in das Innere der Zelle durchgelassenen Licht sehr signifikant zu erhöhen. Es wird dann eine deutlich größere Zunahme des Umwandlungswirkungsgrades erhalten, wobei die Rautiefen der verschiedenen Materialien kumulieren und sich auf sehr interessante Art und Weise kombinieren.
Das "Einfangen" des Lichtes kann so verbessert werden, da von der unregelmäßigen Oberflächenstruktur der leitfähigen Schicht diese Lichtstreuung nach vorn (zusammen mit der Differenz der Brechungsindizes, die zwischen der leitfähigen Schicht und der folgenden Schicht auf der Basis von Silicium existiert) und/oder von der möglichen unregelmäßigen Oberfläche des Glases auch eine Lichtstreuung nach vorn (zusammen mit der Differenz der Brechungsindizes, die ebenfalls zwischen dem Glas und der leitfähigen Schicht existiert) bewirkt wird.
Die Rautiefe der Seite A des aus Glas bestehenden Substrates kann durch verschiedene Arten und Weisen des Abtragens, beispielsweise durch Sandstrahlen oder chemisches Ätzen, erhalten werden. Dabei kann es sich in letzterem Fall beispielsweise um ein Mattieren mittels einer Lösung, die Natriumhydroxid und Flusssäure oder Flusssäure allein enthält, handeln. Im Allgemeinen wird ein Oberflächenaussehen, das an eine Abfolge von gegebenenfalls miteinander verbundenen "Kratern" erinnert, mit diesem Typ eines Säuremattierens erhalten. Dieses Mattieren kann in mehreren Stufen durchgeführt werden, wobei die zu behandelnde Seite nacheinander mit verschiedenen Lösungen in Berührung gebracht wird. Bei einem weniger ausgeprägten Mattieren kann eine Flusssäure allein verwendet werden. Die Konzentration der Wirkstoffe der Lösung und/oder die Tauchzeit und/oder die Anzahl Stufen während des Abtragsvorgangs erlauben es, Größe und Tiefe der in der Glasoberfläche erzeugten "Löcher" einzustellen. Vorteilhafterweise weist das auf wenigstens dieser Seite "raue" aus Glas bestehende Substrat einen globalen Lichttransmissionsgrad von mindestens 70 oder 75 % und insbesondere etwa 80 % für Normlichtart D65 auf. Dabei kann der Anteil der Streulichttransmission mindestens 40 bis 45 % und insbesondere etwa 50 % betragen.
Vorteilhafterweise ist die leitfähige Schicht überwiegend kristallisiert mit insbesondere einer mittleren Kristallitgröße von 5 bis 200 nm und speziell zwischen 50 und 150 nm.
In einer kumulativen oder alternativen Abwandlung zu der vorhergehenden kann die Seite B des aus Glas bestehenden Substrates (das ist diejenige, die der zuvor beschriebenen Seite A gegenüberliegt) derart gewählt werden, dass sie ebenfalls eine gewisse Rautiefe aufweist. Diese Rautiefe kann zufällig, uneinheitlich und ähnlich der Rautiefe der zuvor beschriebenen Seite A sein. Sie kann aber auch regelmäßig gewählt werden und regelmäßige Muster aufweisen, wobei dann eine so genannte texturierte Oberfläche vorliegt. Dabei ist unter einer Texturierung eine Vielzahl dreidimensionaler geometrischer Muster zu verstehen, die in Bezug auf die allgemeine Ebene der texturierten Seite des Substrats konkav oder konvex sind.
Ein interessanter Texturierungstyp kann folgendermaßen definiert werden: Das Substrat ist auf wenigstens einer Seite durch eine Vielzahl geometrischer Muster texturiert, die in Bezug auf die allgemeine Ebene dieser Seite erhaben sind, wobei die texturierte Seite auf der Seite des Lichteinfalls angeordnet ist und die Oberfläche der Muster jeweils wenigstens derart zwei Punkte umfasst, dass zwei einander schneidende Ebenen existieren, die jeweils einen dieser zwei Punkte enthalten, und folgende zwei Bedingungen miteinander vereinigt:

– diese Ebenen stehen beide senkrecht zur allgemeinen Ebene der texturierten Seite der Scheibe und
– diese Ebenen enthalten jeweils eine der zwei Geraden, die senkrecht zu dieser Oberfläche stehen und durch einen der zwei Punkte gehen.

Vorteilhafterweise befinden sich die Punkte jeweils auf einer anderen ebenen Oberfläche und sind die Muster Pyramiden mit einem Halbwinkel an der Spitze.
Die Grundfläche der Pyramiden kann quadratisch sein. Die Muster können auch Kegel mit einem Halbwinkel an der Spitze, beispielsweise kleiner als 70° oder als 60° und insbesondere 25 bis 50°, sein.
Vorteilhafterweise ist der kleinste Kreis, der die Grundfläche der Muster enthalten kann, in einen Kreis mit einen Durchmesser von 0,001 bis 5 mm einbeschrieben.
Der Punkt des Musters, der am weitesten von der allgemeinen Ebene der texturierten Seite des Substrates entfernt ist, ist vorteilhafterweise von dieser Ebene mit einem Abstand von 0,25D bis D entfernt, wobei D den Durchmesser des kleinsten Kreises bedeutet, der in der allgemeinen Ebene der texturierten Seite des Substrates enthalten ist und die Grundfläche des Musters enthalten kann.
Die texturierte Seite kann miteinander verbundene Muster umfassen.
Entsprechend einer erfindungsgemäßen Ausführungsform umfasst die texturierte Seite somit miteinander verbundene Muster, die in einer Spitze auslaufen.
Vorteilhafterweise kann das aus Glas bestehende Substrat ein Extraklarglas, das heißt sehr arm an farbgebenden Oxiden wie Eisenoxiden sein. Ein Beispiel dafür ist das von der Gesellschaft Saint-Gobain Glass unter der Bezeichnung DIAMANT vertriebene Glas. Der Vorteil eines solchen Glases besteht dahin, dass es einen sehr hohen Lichttransmissionsgrad besitzt, der in Richtung einer Lichttransmission wirkt, die für die Sonnenstrahlen in der Solarzelle so groß wie möglich ist.
Die Erfindung hat weiterhin die Verwendung des zuvor beschriebenen Substrates in einer Solarzelle sowie die Solarzelle selbst und das Solarmodul, wovon sie ein Bestandteil sein kann, zum Gegenstand.
Die Erfindung wird anschließend anhand von Beispielen unter Bezugnahme auf die im Anhang befindlichen Figuren näher erläutert, wobei die
1a, 1b, 1c und 1d Aufnahmen, die durch REM (Rasterelektronenmikroskopie) erfindungsgemäßer Probekörper erhalten wurden, und die
2a und 2b Schemata, die vereinfacht einen Teil der erfindungsgemäßen Solarzelle im Schnitt in zwei Abwandlungen darstellen,
zeigen.
In den 2a und 2b ist sehr schematisch und, um das Verständnis zu erleichtern, ohne den Maßstab einzuhalten, im Schnitt eine Solarzelle gezeigt, deren "vorderes" Glas auf der Innenseite rau (2a) oder glatt (2b) ist. Als "Innenseite" wird die Seite bezeichnet, auf welcher sich alle Schichten der Solarzelle aufeinander befinden.
In beiden Fällen liegen nacheinander vor:

– ein Glas 1 aus Klarglas mit einer Dicke von 1 bis 3 mm,
– eine leitfähige Schicht 3 auf der Basis von mit Fluor dotiertem Zinnoxid, die durch Pyrolyse aus Vorläufern erhalten wurde (das Aufbringen der Schicht wurde auf bekannte Weise durch wiederholte CVD auf einem auf 600 °C erhitzten Glas durchgeführt),
– eine Beschichtung 4 auf der Basis von Silicium und Germanium, die eine Übereinanderanordnung der Schichten: p.a Si/i.a. Si/n.a Si/p.a SiGe/i.a SiGe/n.a SiGe ist, und
– eine Silberschicht 5.

Beispiel 1
Das Glas 1 war ein Kalk-Natron-Silicat-Standardglas ohne spezielle Behandlung, das von Saint-Gobain Glass France unter der Bezeichnung Planilux vertrieben wird.
Die Schicht 3 aus SnO₂:F hatte eine Dicke von 500 nm. Sie wies eine R.M.S-Rautiefe von etwa 5 +/– 2 nm auf.
Beispiel 2
Gegenüber Beispiel 1 war das Glas 1 ein Glas, das durch chemisches Ätzen auf seiner Seite B mattiert und lichtstreuend gemacht worden war. Das Ätzen geschah auf folgende Art und Weise: Die betreffende Seite wurde mit einer wässrigen NaOH/HF-(oder nur HF-)Lösung mit einem pH-Wert von 2 1 Stunde bis 1 Stunde 30 Minuten lang angeätzt. Es wurde eine Mattierung in Form einer Art von Kratern, die eher miteinander verbunden waren und auf der Glasoberfläche Kanten bildeten, erhalten. Es wurde eine R.M.S-Rautiefe von etwa 1,8 Mikrometer und eine Größe der Muster von etwa 50 Mikrometer gemessen.
Beispiel 3
Es ist gleich Beispiel 2, wobei aber dieses Mal die Seite A des Glases mattiert/lichtstreuend gemacht wurde (wie Seite B des vorhergehenden Beispiels). In diesem Fall war es somit die Schicht SnO₂:F, die auf das raue Glas aufgebracht wurde und wenigstens teilweise dieser Rauigkeit "folgte", außer ihrer eigenen Rauigkeit, die, insbesondere durch die Modifizierung der Abscheidungsparameter, beeinflusst werden kann.
In den 1a und 1b ist die SnO₂:F-Schicht, gesehen in der Dicke (1a) und als Draufsicht (1b), gezeigt, wenn sie auf das glatte Substrat entsprechend den Beispielen 1 und 2 aufgebracht worden ist: Es ist eine gut kristallisierte Schicht mit einem im Wesentlichen säulenförmigen Wachstum und einer rauen Oberfläche mit einer Mustergröße (in einer zu dem Glas, das die Schicht trägt, parallelen Ebene gemessen), die im Mittel etwa 200 bis 200 nm beträgt, zu sehen.
In 1c und 1d ist die raue Seite des Glases, die gemäß Beispiel 3 mit der SnO₂:F-Schicht überzogen ist, als Draufsicht (1c) und in der Dicke (1d) gezeigt: Es ist das Kraterprofil der Rauigkeit des Glases entsprechend den miteinander verbundenen vertieften Muster zu sehen, das von der Schicht "verfolgt" wird, die ihrer seits eine Rauigkeit, aber in deutlich geringerem Maße, aufweist, weshalb man eine Rautiefe der Schicht erhält, die sich aus zwei Größenordnungen zusammensetzt.
In Tabelle 1 sind für jedes der drei Beispiele folgende Daten zusammengefasst (nach dem Zusammenbau auf bekannte Weise, der für die drei Beispiele der Solarzelle gleich war):

– Jsc: die Stromdichte in mA/Cm², die von dem Solarmodul bei Null Volt erzeugt wird (das ist die Stromdichte, die einem Kurzschluss entspricht),
– FF (%): englische Abkürzung für "Fill Factor", der als die maximale Leistung der Solarzelle, geteilt durch den Wert von Jsc und Voc, die die englische Abkürzung für "open circuit voltage", d.h. die Spannung bei offenem Stromkreis, ist, definiert ist, und
– η (%): Solarwirkungsgrad der Zelle, der als die maximale Leistung der Solarzelle, dividiert durch die maximale Lichtleistung der Zelle bei 1 000 W/m² und 25 °C und gemäß einem Spektrum AM 1,5, definiert ist.

	J	FF	η
Vergleichsbeispiel 1	12,8	73,2	7,6
erfindungsgemäßes Beispiel 2	13,7	73,9	8,1
erfindungsgemäßes Beispiel 3	14,0	73,3	8,4

Es ist zu entnehmen, dass die Verwendung eines Glases, wovon mindestens eine Seite rau ist, einen nicht zu vernachlässigenden Wirkungsgradzuwachs ergibt. Dabei werden die besten Ergebnisse erhalten, wenn auf dieser rauen Seite die leitfähige Schicht aufgebracht wird, wobei, ohne dass die Gründe dafür vollständig aufgeklärt worden sind, es sich gezeigt hat, dass zwischen der Rautiefe des Glases und der der Schicht eigenen Rautiefe eine sehr vorteilhafte Synergie stattfindet. Somit wird ein Maximum des vom Glas 1 durchgelassenen Lichtes gestreut, was es dem Licht erlaubt, mehrere Male mit veränderlichen Einfallswinkeln die Materialien auf der Basis von Silicium, in welchen die photoelektrische Umwandlung stattfindet, zu durchstrahlen.
Dabei ist es selbstverständlich, dass die Erfindung auf dieselbe Art und Weise auch auf Solarzellen angewendet werden kann, in welchen andere Halbleiter als diejenigen auf der Basis von Silicium verwendet werden, wie CIS, CdTe, Ga As oder Gal n P, Ge, GaSb, InP, Ga_x In_y As oder CuInSe₂.
Die Erfindung kann auch, wenn das Glas 1, um den Lichttransmissionsgrad des Glases weiter zu erhöhen, ein Extraklarglas ist, angewendet werden.
Die Erfindung betrifft somit Elektroden, wenn das Glas 1 nicht rau ist und es die leitfähige Schicht 3 ist, die rau ist, und umgekehrt. Die bevorzugte erfindungsgemäße Ausführungsform besteht in der Kombination ihrer Rauigkeiten wie in den 1c und 1d gezeigt.
Wenn, wie in Beispiel 3, sich zwei Rauigkeiten übereinander befinden, kann es schwierig werden, den Anteil, auf der Oberfläche der leitfähigen Schicht, zwischen der Rauigkeit, die von dem Substrat verliehen wird, und derjenigen, die die Schicht hätte, wenn sie unter denselben Bedingungen, aber auf einem glatten Glas aufgebracht worden wäre, an der Gesamtleistung der Solarzelle zu berücksichtigen, da eine wirkliche Kombination der Effekte erhalten wird. Die leitfähigen Schichten aus insbesondere mit Aluminium dotiertem ZnO sind sehr interessante Alternativen für die Schichten aus mit Fluor dotiertem Zinnoxid, die in den Beispielen verwendet wurden.
Die Erfindung ist nicht auf die weiter oben beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt, sondern umfasst auch folgende Abwandlungen:

– zwischen dem aus Glas bestehenden Substrat 1 und der leitfähigen Schicht 3 wird mindestens eine Schicht 2 mit Barrierefunktion gegenüber Spezies, insbesondere die Alkaliionen, die in der Lage sind, aus dem Glas zu diffundieren, und/oder mit optischer Funktion angeordnet, und
– die Seite A des aus Glas bestehenden Substrates 1, auf welcher gegebenenfalls indirekt die leitfähige Schicht 3 angeordnet ist, weist selbst eine R.M.S-Rautiefe von mindestens 100 nm, nämlich 1 000 bis 5 000 nm, und insbesondere 1 500 bis 2 000 nm auf.

Weiterhin ist das aus Glas bestehende Substrat 1, das mit einer Elektrode versehen ist, die mindestens eine leitfähige transparente Schicht 3 auf der Basis von (einem) Metalloxid(en) umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass die Seite A des aus Glas bestehenden Substrates 1, auf welcher gegebenenfalls indirekt die leitfähige Schicht 3 aufgebracht ist, eine R.M.S-Rautiefe von mindestens 1 000 nm und insbesondere 1 000 bis 5 000 nm und/oder eine derartige Rautiefe besitzt, dass die mittlere Größe der Muster mindestens 5 μm und insbesondere 5 bis 100 μm beträgt.
Auch ist festzustellen, dass die Rautiefe der Seite B eine regelmäßige Texturierung mit insbesondere Mustern mit der Form eines Kegels oder einer Pyramide mit dreieckiger oder quadratischer Grundfläche ist, wobei die Muster konkav oder konvex sind.

Claims

Substrat (1), das aus Glas besteht und mit einer Elektrode versehen ist, die mindestens eine leitfähige transparente Schicht (3) auf der Basis von (einem) Metalloxid(en) umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass diese Schicht eine RMS-Rautiefe von mindestens 3 nm, insbesondere mindestens 5 nm, und/oder eine mittlere Größe der Muster dieser Rautiefe von mindestens 50 nm aufweist und gegebenenfalls indirekt auf einer Seite (A) des Substrats angeordnet ist, die ihrerseits eine R.M.S-Rautiefe von mindestens 100 nm besitzt, wobei die Rautiefe der Seite A des aus Glas bestehenden Substrates (1) derart ungleichmäßig/zufällig ist, dass eine Lambert-Oberfläche erhalten wird.
Substrat nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die R.M.S-Rautiefe der leitfähigen Schicht (3) 3 bis 30 nm und insbesondere zwischen 5 und 15 nm beträgt.
Substrat nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die mittlere Größe der Muster der Rauigkeit der leitfähigen Schicht mindestens 100 nm und insbesondere höchstens 500 nm beträgt.
Substrat nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die mittlere Größe der Muster der Rauigkeit der leitfähigen Schicht 200 bis 400 nm beträgt.
Substrat nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die leitfähige Schicht (3) durch Pyrolyse, insbesondere Gasphasenabscheidung, aufgebracht worden ist.
Substrat nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Schicht (3) durch Kathodenzerstäubung aufgebracht worden ist.
Substrat nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die leitfähige Schicht (3) aus insbesondere mit Fluor oder Antimon dotiertem Zinnoxid, insbesondere mit Aluminium dotiertem Zinkoxid und insbesondere mit Zinn dotiertem Indiumoxid ausgewählt ist.
Substrat nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem aus Glas bestehenden Substrat (1) und der leitfähigen Schicht (3) mindestens eine Schicht (2) mit der Funktion einer Barriere gegen Spezies, die in der Lage sind, aus dem Glas zu diffundieren, insbesondere Alkaliionen, und/oder mit einer optischen Funktion aufgebracht ist.
Substrat nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Barriereschicht (2) auf der Basis von Siliciumoxid, Siliciumcarbidoxid, Siliciumnitridoxid oder Siliciumnitrid ist und insbesondere durch Pyrolyse oder Kathodenzerstäubung aufgebracht worden ist.
Substrat nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Flächenwiderstand der leitfähigen Schicht (3) höchstens 30 oder 20 Ω/☐ und insbesondere höchstens 15 Ω/☐ beträgt.
Substrat nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Dicke der leitfähigen Schicht (3) höchstens 1 000 nm und vorzugsweise mindestens 400 nm beträgt.
Substrat nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die R.M.S-Rautiefe der Seite A des aus Glas bestehenden Substrates 100 bis 5 000 nm und insbesondere 1 500 bis 2 000 nm beträgt.
Substrat nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Seite A des aus Glas bestehenden Substrates (1), auf welcher gegebenenfalls indirekt die leitfähige Schicht (3) aufgebracht worden ist, eine Rautiefe von insbesondere mindestens 10 μm bei einer mittleren Größe der Muster von mindestens 5 μm besitzt.
Substrat nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Seite A des aus Glas bestehenden Substrates (1) eine Rautiefe von insbesondere 10 bis 50 μm bei einer mittleren Größe der Muster von 5 bis 100 μm besitzt.
Substrat (1), das aus Glas besteht und mit einer Elektrode versehen ist, die mindestens eine leitfähige transparente Schicht (3) auf der Basis von (einem) Metalloxid(en) umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass die Seite A des aus Glas bestehenden Substrates (1), auf welcher gegebenenfalls indirekt die leitfähige Schicht (3) aufgebracht worden ist, eine R.M.S-Rautiefe von mindestens 100 nm, insbesondere 100 bis 1 000 nm, und/oder eine derartige Rautiefe, dass die mittlere Größe der Muster mindestens 5 μm und insbesondere 5 bis 100 μm beträgt, aufweist, wobei die Rautiefe der Seite A des aus Glas bestehenden Substrats (1) derart ungleichmäßig/zufällig ist, dass eine Lambert-Oberfläche erhalten wird.
Substrat nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Rautiefe der Seite A des aus Glas bestehenden Substrates (1) durch chemisches Ätzen oder mechanisches Abtragen vom Typ Sandstrahlen erhalten worden ist.
Substrat nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Seite B des aus Glas bestehenden Substrates (1), die der Seite A gegenüberliegt, auf welcher gegebenenfalls indirekt die leitfähige Schicht (3) aufgebracht worden ist, eine gegebenenfalls zufällige Rautiefe aufweist.
Substrat nach Anspruch 17 und Anspruch 1 oder 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Rautiefe der Seite B des aus Glas bestehenden Substrates (1) zufällig und ähnlich derjenigen seiner Seite A ist.
Substrat nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Rauigkeit der Seite B eine regelmäßige Texturierung mit insbesondere Mustern, die die Form eines Kegels oder einer Pyramide mit dreieckiger oder quadratischer Grundfläche haben, ist, wobei diese Muster konkav oder konvex sind.
Substrat nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Seite A des aus Glas bestehenden Substrates (1) eine Rauigkeit aufweist, die eine Streuung des hindurchgelassenen Lichtes nach vorn verursacht, wobei das Substrat insbesondere einen globalen Lichttransmissionsgrad von mindestens 70 bis 75 %, davon einen Streulichttransmissionsgrad von mindestens 40 bis 45 %, besitzt.
Substrat nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die leitfähige(n) Schicht(en) überwiegend und insbesondere im Wesentlichen kristallisiert (sind).
Verwendung des Substrats nach einem der vorhergehenden Ansprüche in einer Solarzelle.
Solarzelle, dadurch gekennzeichnet, dass sie das Substrat nach einem der Ansprüche 1 bis 21 umfasst.