DE69734860T2 - Herstellungsverfahren von integrierten Dünnfilm-Solarzellen - Google Patents

Herstellungsverfahren von integrierten Dünnfilm-Solarzellen Download PDF

Info

Publication number
DE69734860T2
DE69734860T2 DE69734860T DE69734860T DE69734860T2 DE 69734860 T2 DE69734860 T2 DE 69734860T2 DE 69734860 T DE69734860 T DE 69734860T DE 69734860 T DE69734860 T DE 69734860T DE 69734860 T2 DE69734860 T2 DE 69734860T2
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
layer
transparent conductive
conductive layer
amorphous semiconductor
substrate
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
DE69734860T
Other languages
English (en)
Other versions
DE69734860D1 (de
Inventor
Susumu Kitakatsuragi-gun Kidoguchi
Akimasa Sakurai-shi Umemoto
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Sharp Corp
Original Assignee
Sharp Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Sharp Corp filed Critical Sharp Corp
Application granted granted Critical
Publication of DE69734860D1 publication Critical patent/DE69734860D1/de
Publication of DE69734860T2 publication Critical patent/DE69734860T2/de
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Fee Related legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/36—Removing material
    • B23K26/362—Laser etching
    • B23K26/364—Laser etching for making a groove or trench, e.g. for scribing a break initiation groove
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/36—Removing material
    • B23K26/40—Removing material taking account of the properties of the material involved
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L31/0248—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by their semiconductor bodies
    • H01L31/036—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by their semiconductor bodies characterised by their crystalline structure or particular orientation of the crystalline planes
    • H01L31/0392—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by their semiconductor bodies characterised by their crystalline structure or particular orientation of the crystalline planes including thin films deposited on metallic or insulating substrates ; characterised by specific substrate materials or substrate features or by the presence of intermediate layers, e.g. barrier layers, on the substrate
    • H01L31/03921—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by their semiconductor bodies characterised by their crystalline structure or particular orientation of the crystalline planes including thin films deposited on metallic or insulating substrates ; characterised by specific substrate materials or substrate features or by the presence of intermediate layers, e.g. barrier layers, on the substrate including only elements of Group IV of the Periodic Table
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L31/04—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof adapted as photovoltaic [PV] conversion devices
    • H01L31/042—PV modules or arrays of single PV cells
    • H01L31/0445—PV modules or arrays of single PV cells including thin film solar cells, e.g. single thin film a-Si, CIS or CdTe solar cells
    • H01L31/046—PV modules composed of a plurality of thin film solar cells deposited on the same substrate
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L31/04—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof adapted as photovoltaic [PV] conversion devices
    • H01L31/042—PV modules or arrays of single PV cells
    • H01L31/0445—PV modules or arrays of single PV cells including thin film solar cells, e.g. single thin film a-Si, CIS or CdTe solar cells
    • H01L31/046—PV modules composed of a plurality of thin film solar cells deposited on the same substrate
    • H01L31/0463—PV modules composed of a plurality of thin film solar cells deposited on the same substrate characterised by special patterning methods to connect the PV cells in a module, e.g. laser cutting of the conductive or active layers
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L31/04—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof adapted as photovoltaic [PV] conversion devices
    • H01L31/054—Optical elements directly associated or integrated with the PV cell, e.g. light-reflecting means or light-concentrating means
    • H01L31/056—Optical elements directly associated or integrated with the PV cell, e.g. light-reflecting means or light-concentrating means the light-reflecting means being of the back surface reflector [BSR] type
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L31/18—Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment of these devices or of parts thereof
    • H01L31/1884—Manufacture of transparent electrodes, e.g. TCO, ITO
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L31/18—Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment of these devices or of parts thereof
    • H01L31/20—Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment of these devices or of parts thereof such devices or parts thereof comprising amorphous semiconductor materials
    • H01L31/202—Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment of these devices or of parts thereof such devices or parts thereof comprising amorphous semiconductor materials including only elements of Group IV of the Periodic Table
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K2103/00—Materials to be soldered, welded or cut
    • B23K2103/16—Composite materials, e.g. fibre reinforced
    • B23K2103/166—Multilayered materials
    • B23K2103/172—Multilayered materials wherein at least one of the layers is non-metallic
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy
    • Y02E10/52—PV systems with concentrators
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
    • Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10S—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10S438/00—Semiconductor device manufacturing: process
    • Y10S438/94—Laser ablative material removal

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Photovoltaic Devices (AREA)

Description

  • Hintergrund der Erfindung
  • 1. Gebiet der Erfindung
  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen von integrierten Dünnschichtsolarzellen. Im Speziellen betrifft diese ein Verfahren zum Herstellen von integrierten Dünnschichtsolarzellen zur Vermeidung von Qualitätsdegradation bei photoelektrischer Umwandlung und von Verlusten in der effektiven Fläche zur Leistungserzeugung.
  • 2. Beschreibung des Standes der Technik
  • Integrierte Dünnschichtsolarzellen weisen üblich jeweils eine amorphe fotoelektrische Halbleiterumwandungsschicht auf einem transparenten Substrat mit einer isolierenden Oberfläche auf und stellen Leistung bei einer bestimmten Spannung bereit. Ein bekanntes Verfahren zum Herstellen integrierter Solarzellen wird mit Bezug zu 4(a) bis 4(c) beschrieben.
  • Wie in 4(a) gezeigt, wird eine transparente leitfähige Schicht auf einem transparenten Substrat 1 wie etwa einem Glassubstrat mit einer isolierenden Oberfläche durch Verdampfen, CVD (chemische Gasphasenabscheidung) oder einem Sputterverfahren abgeschieden. Die transparente leitfähige Schicht wird in eine Mehrzahl von ausgedehnten transparenten leitfähigen Schichtelektroden 3 zur Isolation von Einheitszellen mit einem Laserstrukturierungsverfahren durch Bestrahlen der transparenten leitfähigen Schicht mit einem Laserstrahl 11 segmentiert. Dieser Schritt wird als erster Strukturierungsschritt bezeichnet und im ersten Strukturierungsschritt ausgebildete Gräben werden als erste Strukturierungslinien bezeichnet. Somit wird die Mehrzahl der ausgedehnten transparenten leitfähigen Schichtelektroden 3 auf der Oberfläche des Substrats 1 ausgebildet.
  • Wie in 4(b) gezeigt, wird eine amorphe Halbleiterschicht auf der Oberfläche des resultierenden Substrats 1 durch CVD ausgebildet. Gräben werden in der amorphen Halbleiterschicht entlang parallel und benachbart zu den ersten Strukturierungslinien sich erstreckenden Linien mit dem Laserstrukturierungsverfahren durch Bestrahlen der amorphen Halbleiterschicht mit einem Laserstrahl 12 und Aufrechterhaltung der darunter liegenden transparenten leitfähigen Schichtelektroden 3 ausgebildet. Dieser Schritt wird als zweiter Strukturierungsschritt bezeichnet und die im zweiten Strukturierungsschritt ausgebildeten Gräben werden als zweite Strukturierungslinien bezeichnet. Somit wird die amorphe Halbleiterschicht in eine Mehrzahl von amorphen fotoelektrischen Halbleiterumwandlungsschichten 4 für die in 4(b) dargestellten entsprechenden Zellen segmentiert.
  • Wie in 4(c) dargestellt, wird eine Rückseitenelektrodenschicht auf dem resultierenden Substrat (d. h. auf der fotoelektrischen Halbleiterumwandlungsschicht 4 und in den zweiten Strukturierungslinien) abgeschieden. Danach werden Gräben in der Rückseitenelektrodenschicht entlang entsprechend parallel und benachbart zu den zweiten Strukturierungslinien auf der zu den ersten Strukturierungslinien gegenüberliegenden Seite mit dem Laserstrukturierungsverfahren ausgebildet. Dieser Schritt wird als dritter Strukturierungsschritt bezeichnet und im dritten Strukturierungsschritt ausgebildete Gräben werden als dritte Strukturierungslinien bezeichnet. In dem dritten Strukturierungsschritt wird die Rückseitenelektrodenschicht in eine Mehrzahl von ausgedehnten Rückseitenelektroden 10 für die entsprechenden Einheitszellen segmentiert, welche wiederum seriell verschaltet werden.
  • In dem dritten Strukturierungsschritt ermöglicht das Laserstrukturierungsverfahren es, die dritten Strukturierungslinien jeweils um eine reduzierte Entfernung von einer benachbarten zweiten Strukturierungslinie zu beabstanden, so dass es möglich wird einen Verlust in der effektiven Fläche zur Leistungserzeugung des gesamten integrierten Zellmoduls zu verringern.
  • Jedoch wird bei dem Laserstrukturierungsverfahren ein Oberflächenteil der amorphen fotoelektrischen Halbleiterumwandlungsschicht 4 einer Kristallisation durch die Bestrahlung mit dem Laserstrahl unterzogen, so dass diese einen geringeren spezifischen Widerstand beim selektiven Ausbilden der Gräben in der Rückseitenelektrodenschicht aufweist. Hieraus kann ein Leckstrom resultieren. Alternativ hierzu können die Gräben gleichzeitig in der Rückseitenelektrodenschicht und in der amorphen Halbleiterschicht über das Laserstrukturierungsverfahren ausgebildet werden. Jedoch kann Staub der Rückseitenelektrodenschicht beim Strukturieren einen Kurzschluss zwischen der Rückseitenelektrode 10 und der transparenten leitfähigen Schichtelektrode 3 verursachen, so dass ein Leckstrom entsteht. In beiden Fällen wird der Parallelwiderstand reduziert, was zu einer geringeren Ausbeute führt.
  • Im dritten Strukturierungsschritt kann die Isolation der Einheitszellen durch gleichzeitiges Ausbilden der Rückseitenelektrode 10 durch Verdampfen oder Sputtern unter Zuhilfenahme einer Metallmaske erzielt werden.
  • Wird ein Sputterverfahren oder Desgleichen eingesetzt, so schädigen Kantenbereiche der zur Ausbildung der Rückseitenelektrode 10 verwendeten Metallmaske die amorphe fotoelektrische Halbleiterumwandlungsschichten 4, so dass ein Leckstrom entsteht und der Wirkungsgrad abnimmt. Um einen Strukturierungsfehler aufgrund von Gasphasendiffusion während der Verdampfung zu verhindern, sollte ein Isolationsgebiet mit einer größeren Breite zwischen dem jeweils angrenzenden Paar von Rückseitenelektroden 10 bereitgestellt werden, was zu einem größeren Verlust der effektiven Fläche zur Leistungserzeugung führt.
  • Im dritten Strukturierungsschritt lässt sich die Segmentierung der Rückseitenelektrodenschicht 10a auf andere Weise erzielen, wobei zunächst ein Lack über das Substrat mit Hilfe eines Druckverfahrens zur Ausbildung einer Lackschicht 7 aufgebracht wird, danach die Lackschicht 7 wie in 5(a) gezeigt strukturiert wird und Teile der Rückseitenelektrodenschicht 10a mit einem flüssigen Ätzmittel zur Ausbildung einer Rückseitenelektrode 10 wie in 5(b) gezeigt geätzt wird.
  • Dieses Verfahren stellt eine zuverlässige Segmentierung der Rückseitenelektrodenschicht 10a sicher, leidet jedoch unter der Einschränkung der Druckgenauigkeit, so dass der Verlust in der effektiven Fläche zur Leistungserzeugung des integrierten Zellmoduls erhöht wird.
  • JP 61187379 offenbart ein Verfahren zum Herstellen eines fotovoltaischen Bauelements durch Strukturieren einer Lackschicht als Maske auf einer Schicht aus einem fotoelektrischen Umwandlungsbereich mit dem Laserstrahl und Ätzen der Schicht.
  • US 4755475 offenbart ein Verfahren zum Herstellen eines fotovoltaischen Bauelements.
  • Zusammenfassung der Erfindung
  • Erfindungsgemäß wird ein Verfahren zum Herstellen von integrierten Dünnschichtsolarzellen nach Anspruch 1 angegeben.
  • Detaillierte Beschreibung der Abbildungen
  • 1 zeigt eine schematische Ansicht zur Darstellung beispielhafter integrierter Dünnschichtsolarzellen teilweise als Querschnitt;
  • 2(a) bis 2(i) zeigen schematische Querschnittsansichten zur Erläuterung eines Verfahrens zur Herstellung der integrierten Dünnschichtsolarzellen;
  • 3(a) bis 3(d) zeigen schematische Querschnittsansichten zur Erläuterung eines weiteren Verfahrens zur Herstellung von integrierten Dünnschichtsolarzellen;
  • 4(a) bis 4(c) zeigen schematische Querschnittsansichten zur Erläuterung eines bekannten Verfahrens zur Herstellung integrierter Dünnschichtsolarzellen; und
  • 5(a) bis 5(b) zeigen schematische Querschnittsansichten zur Erläuterung eines weiteren bekannten Verfahrens zur Herstellung integrierter Dünnschichtsolarzellen.
  • Detaillierte Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen
  • Integrierte Dünnschichtsolarzellen, die mit dem Herstellungsverfahren der Erfindung hergestellt werden, weisen jeweils transparente leitfähige Schichtelektroden, amorphe fotoelektrische Halbleiterumwandlungsschichten und Rückseitenelektroden auf, die in dieser Reihenfolge auf einem transparenten Substrat bereitgestellt sind.
  • Das transparente Substrat weist eine isolierende Oberfläche auf und ist beispielsweise aus Glassubstrat und Harzsubstraten wie aus Polyethylen und Polycarbonat aufgebaut. Das transparente Substrat wird einer vorher bestimmten Oberflächentexturierung unterzogen, so dass Licht auf der Oberfläche des transparenten Substrats gestreut werden kann. Die Texturierung wird durch eine Beliebige der bekannten Verfahren wie Sandstrahlen und Laserbestrahlung erzielt. Das transparente Substrat weist beispielsweise vorzugsweise eine Dicke von ungefähr 0.1mm bis ungefähr 10mm auf, einen Brechungsindex von ungefähr 0.5 bis ungefähr 2.5 und eine Lichtdurchlässigkeit von ungefähr 60% bis ungefähr 100% auf. Das transparente Substrat kann mit einer isolierenden Schicht, etwa Siliziumdioxid, auf dessen Oberfläche ausgebildet werden.
  • Die transparente leitfähige Schicht wird auf das transparente Substrat abgeschieden. Das Material der transparenten leitfähigen Schicht ist nicht speziell beschränkt, solange das Material elektrisch leitfähig ist und eine Lichtdurchlässigkeit von ungefähr 80% oder höher aufweist. Beispiele hierfür beinhalten ITO, Zinkoxid und SnO2. Die transparente leitfähige Schicht wird mit einer Dicke von ungefähr 0.1μm bis 100μm auf das Substrat mit einem beliebigen Verfahren aus verschiedenen bekannten Verfahren wie atmosphärischer CVD, Vakuum CVD, Plasma CVD, Sputtern und Verdampfungsverfahren abgeschieden. Wird beispielsweise eine SnO2 Schicht über atmosphärische CVD abgeschieden, so werden Zinnchlorid, Fluorwasserstoff und Wasserdampf mit entsprechenden Flussraten von ungefähr 100,000 sccm bis ungefähr 500,000sccm, ungefähr 500sccm bis ungefähr 3,000sccm und ungefähr 50sccm bis ungefähr 500sccm bereitgestellt während das Substrat auf einer Temperatur nicht höher als der Schmelzpunkt des Substratmaterials, bevorzugt bei einer Temperatur von 600° C oder niedriger, gehalten wird.
  • Die transparente leitfähige Schicht wird durch einen ersten Strukturierungsschritt zum Ausbilden der transparenten leitfähigen Schichtelektroden segmentiert. Das Strukturieren der transparenten leitfähigen Schicht wird durch Bestrahlen der transparenten leitfähigen Schicht mit einem Laser aus einer Vielzahl von Typen von Lasern wie etwa Nd:YAG Laser mit einer beliebigen Wellenlänge bei einer Intensität erzielt, bei der das transparente Substrat und die hierauf ausgebildete isolierende Schicht nicht beschädigt werden, sondern lediglich die transparente leitfähige Schicht segmentiert wird. Die Wellenlänge und Intensität des Laserstrahls werden abhängig von Material und der Dicke der transparenten leitfähigen Schicht eingestellt. Wird beispielsweise eine ungefähr 1μm dicke SnO2 Schicht als transparente leitfähige Schicht ausgebildet, liegen die Wellenlänge und Intensität des Laserstrahls entsprechend vorzugsweise um ungefähr 800nm bis ungefähr 1400nm und ungefähr 2 × 104W/cm2 bis ungefähr 5 × 105W/cm2. Die Segmentierung der transparenten leitfähigen Schicht wird vorzugsweise auf eine derartige Weise ausgeführt, dass die sich ergebenden transparenten leitfähigen Schichtelektroden in einer Matrixstruktur oder in einer Streifenstruktur angeordnet werden.
  • Die amorphe Halbleiterschicht wird auf dem resultierenden Substrat abgeschieden. Die amorphe Halbleiterschicht weist vorzugsweise Halbleiterschichten mit p-Schicht, einer i-Schicht und einer n-Schicht auf, die in dieser Reihenfolge über den transparenten leitfähigen Schichtelektroden ausgebildet sind. Dies stellt sicher, dass die resultierenden Zellen verhältnismäßig gute fotoelektrische Umwandlungseigenschaften zeigen. Die amorphe Halbleiterschicht kann einen von dem pin Aufbau verschiedenen Aufbau aufweisen. Darüber hinaus kann bei einem Einzelzellenaufbau ein einzelner Stapel bestehend aus der p-Schicht, der i-Schicht und der n-Schicht als amorphe Halbleiterschicht bereitgestellt werden. Alternativ hierzu kann ein Tandemaufbau eingesetzt werden, bei welchem die pin Strukturen aufeinandergestapelt werden. Vorzugsweise sind diese Halbleiterschichten alle amorph, jedoch können die i-Schicht und die n-Schicht kristallin sein, falls zumindest die p-Schicht amorph ist. Diese amorphen Halbleiterschichten werden beispielsweise aus Silizium, SiC, SiGe, SiSn oder Desgleichen ausgebildet. Die p-Schicht und die n-Schicht weisen vorzugsweise eine p-Typ Verunreinigung wie Bor und eine n-Typ Verunreinigung wie Phosphor oder Arsen in einer entsprechenden Konzentration von ungefähr 1018cm–3 bis ungefähr 1020cm–3 auf. Die Ausbildung der p-Schicht, der i-Schicht und der n-Schicht wird durch ein beliebiges der bekannten Verfahren wie atmosphärische CVD, Vakuum CVD und Plasma CVD erzielt. Die Dicken der p-Schicht, der i-Schicht und der n-Schicht liegen entsprechend bei ungefähr 7nm bis ungefähr 12nm, ungefähr 200nm bis ungefähr 600nm und ungefähr 20nm bis ungefähr 100 nm mit einer gesamten Dicke von ungefähr 200nm bis ungefähr 700nm. Die Bedingungen (d.h. Frequenz, Materialgas, Versorgungsrate, Verdünnungsverhältnis des Materialgases mit Wasserstoff; Schichtausbildungs (RF)-Energie, Schichtausbildungstemperatur und Desgleichen) des CVD Verfahrens werden passend eingestellt.
  • Im Speziellen wird für die Ausbildung der p-Schicht ein Dotiergas wie Diboran mit einer Flussrate von 1sccm bis 100sccm mit einem auf einer Temperatur von ungefähr 150°C bis ungefähr 350°C gehaltenen Substrat bereitgestellt während ein Silangas wie Monosilan oder Disilan und Wasserstoffgas mit einer Flussrate von ungefähr 3 bis ungefähr 300sccm: ungefähr 15 bis ungefähr 1500sccm bereitgestellt werden. Zur Ausbildung der i-Schicht wird ein wie oben beschriebenes Silangas und Wasserstoffgas mit einer Flussrate von ungefähr 6 bis ungefähr 600sccm: ungefähr 2 bis ungefähr 200sccm bereitgestellt. Zur Ausbildung der n-Schicht wird ein Dotiergas wie Phosphingas mit einer Flussrate von ungefähr 1sccm bis ungefähr 100sccm bereitgestellt während ein Silangas wie oben beschrieben und Wasserstoffgas mit einer Flussrate von ungefähr 6 bis ungefähr 600sccm: ungefähr 3 bis ungefähr 30sccm bereitgestellt werden.
  • Die amorphe Halbleiterschicht wird durch einen zweiten Strukturierungsschritt zum Ausbilden amorpher fotoelektrischer Umwandlungsschichten segmentiert. Das Strukturieren der amorphen Halbleiterschicht wird durch Bestrahlen der amorphen Halbleiterschicht mit einem beliebigen aus verschiedenen Typen von Lasern wie etwa Nd:YAG Laser und Excimer Laser mit einer beliebigen Wellenlänge bei einer Intensität erzielt, so dass lediglich die amorphe Halbleiterschicht segmentiert wird und die transparenten leitfähigen Schichtelektroden und Desgleichen intakt bleiben. Der Nd:YAG Laser ist vom industriellen Standpunkt her vorteilhaft, da eine einfache Instandhaltung gegeben ist und geringe Instandhaltungskosten entstehen. Die Wellenlänge und Intensität des Laserstrahls werden abhängig vom Material und der Dicke der amorphen fotoelektrischen Umwandlungsschicht eingestellt. Im Falle, dass die amorphe fotoelektrische Umwandlungsschicht aus Silizium ausgebildet wird und beispielsweise eine Dicke von ungefähr 500nm aufweist, liegen die Wellenlänge und Intensität des Laserstrahls vorzugsweise bei ungefähr 400nm bis ungefähr 800nm und ungefähr 2 × 103W/cm2 bis ungefähr 5 × 104W/cm2. Zum Segmentieren der amorphen Halbleiterschicht werden darin in vorteilhafter Weise Strukturierungslinien mit einem Offset hinsichtlich der im ersten Strukturierungsschritt ausgebildeten Strukturierungslinien ausgebildet.
  • Die Rückseitenelektrodenschicht wird auf dem resultierenden Substrat abgeschieden. Die Rückseitenelektrodenschicht weist eine transparente leitfähige Schicht und eine metallische Reflektionsschicht auf, die in dieser Reihenfolge auf den fotoelektrischen Umwandlungsschichten ausgebildet werden um eine effektive Nutzung des Lichts sicherzustellen. Die transparente leitfähige Schicht weist vorzugsweise ein Dicke von ungefähr 20nm bis ungefähr 100nm auf und ist aus demselben Material und auf dieselbe Weise wie die oben beschriebene transparente leitfähige Schicht ausgebildet. Das Material der metallischen Reflektionsschicht ist nicht speziell beschränkt, jedoch dienen hierfür beispielsweise Silber und Aluminium. Die Ausbildung der metallischen Reflektionsschicht wird durch ein beliebiges bekanntes Verfahren wie Sputtern und Verdampfen erzielt und die Dicke der metallischen Reflektionsschicht liegt vorzugsweise bei ungefähr 300nm bis ungefähr 800nm.
  • Die Rückseitenelektrodenschicht wird durch ein drittes Strukturierungsverfahren zum Ausbilden von Rückseitenelektroden segmentiert. Im Speziellen wird eine Lackschicht auf der Rückseitenelektrodenschicht ausgebildet und mit einem Laserstrahl zur Ausbildung von darin liegenden Gräben bestrahlt. Danach werden Teile der Rückseitenelektrodenschicht mit einem Ätzmittel und unter Zuhilfenahme der Lackschicht als Maske abgeätzt.
  • Das Material für die Lackschicht ist nicht speziell beschränkt, jedoch kann dieses ein beim nasschemischen Ätzen üblicherweise verwendetes Lackmaterial sein. Ein beispielhafter Lack ist ein Petroleum-Pitch-Plating-Lack mit Säure- und Alkali-Widerstandsfähigkeit. Das Lackmaterial wird auf die Rückseitenelektrodenschicht mit einem bekannten Verfahren wie Siebdruck, Spray-Coating und Spin-Coating zur Ausbildung der Lackschicht aufgetragen. Wird beispielsweise das Siebdruckverfahren eingesetzt, so wird die Viskosität des Lackmaterials auf ungefähr 1,000cp bis ungefähr 100,000cp eingestellt und das Lackmaterial wird mit einer Dicke von ungefähr 20μm bis ungefähr 100μm, vorzugsweise mit ungefähr 30μm bis ungefähr 50μm, aufgetragen. Werden das Spray-Coating oder das Spin-Coating Verfahren eingesetzt, so kann die Viskosität des Lackmaterials zur Ausbildung einer Lackschicht mit reduzierter Dicke erniedrigt werden. Das Spray-Coating Verfahren und das Spin-Coating Verfahren werden insbesondere bevorzugt, da diese Verfahren die Ausbildung einer dünneren Lackschicht ermöglichen und damit die Menge des einzusetzenden Lackmaterials verringert werden kann. Darüber hinaus kann die Menge eines einzusetzenden Lösungsmittels zum Abtragen der Lackschicht verringert werden und damit die Wasserverschwendung eingeschränkt werden.
  • Das Ausbilden der Gräben in der Lackschicht wird durch Bestrahlen der Lackschicht mit einem beliebigen Typ von Lasern wie Nd:YAG Laser und Excimer Laser mit einer beliebigen Wellenlänge bei einer Intensität erzielt, bei der die Gräben ausschließlich in der Lackschicht ausgebildet werden und die darunter liegende Elektrodenschicht und Desgleichen intakt gehalten werden. Die Wellenlänge und Intensität des Lasers wird angemessen in Abhängigkeit vom Material und der Dicke der Lackschicht und dem Material der metallischen Reflektionsschicht der Rückseitenelektrodenschicht eingestellt. Wird die Lackschicht aus einem Petroleum-Pitch-Plating-Lack ausgebildet und weist diese eine Dicke von ungefähr 40μm auf und wird die metallische Reflektionsschicht beispielsweise aus Silber ausgebildet, so beträgt die Wellenlänge des Lasers vorzugsweise ungefähr 0.45μm oder mehr, vorzugsweise ungefähr 0.45μm bis ungefähr 0.8μm und die Intensität liegt vorzugsweise bei ungefähr 2 × 103W/cm2 bis ungefähr 5 × 104W/cm2. Wird die metallische Reflektionsschicht aus Aluminium ausgebildet, so beträgt die Wellenlänge des Lasers vorzugsweise ungefähr 0.1μm oder mehr, vorzugsweise ungefähr 0.10μm bis ungefähr 0.8μm und die Intensität liegt bei vorzugsweise ungefähr 2 × 103W/cm2 bis ungefähr 5 × 104W/cm2. Die Gräben werden vorzugsweise derart ausgebildet, dass diese benachbart zu Gräben liegen, die durch den zweiten Strukturierungsschritt auf einer Seite liegen, die gegen über zu der Seite liegt in der die durch den ersten Strukturierungsschritt ausgebildeten Gräben liegen.
  • Durch Verwendung der mit den Gräben ausgebildeten Lackschicht als Maske werden Teile der Rückseitenelektrodenschicht mit einem Ätzmittel zu deren Strukturierung rückgeätzt. Das hierfür zu verwendende Ätzmittel ist nicht speziell beschränkt, dieses sollte jedoch in der Lage sein sowohl die transparente leitfähige Schicht und die metallische Reflektionsschicht, welche die Rückseitenelektrode ausbilden, zu ätzen. Beispiele von bestimmten Ätzmitteln sind SC1 (enthält 31 % Wasserstoffperoxidlösung, 30% wässrige Ammoniaklösung und Wasser in einem Verhältnis 1:1:10) und die Ätzdauer liegt bei typischerweise 10 Sekunden bis ungefähr 5 Minuten.
  • Verfahren zur Herstellung integrierter Dünnschichtsolarzellen gemäß Ausführungsformen der Erfindung werden nachfolgend mit Bezug zu den Abbildungen beschrieben.
  • Ausführungsform 1
  • Eine erste Ausführungsform der Erfindung wird mit Bezug zu 1 und 2 erläutert. 1 zeigt eine schematische, teilweise als Querschnitt dargestellte Ansicht integrierter Dünnschichtsolarzellen einer Einzelzellstruktur, die gemäß einem Herstellungsverfahren der ersten Ausführungsform der Erfindung hergestellt wurde. 2(a) bis 2(i) sind schematische Querschnittsansichten zur Erläuterung des Herstellungsverfahrens. In 1, 2 und 4 kennzeichnen sich entsprechende Referenzzeichen sich entsprechende Teile.
  • Ein Glassubstrat mit einer Dicke von 1mm und einem Brechungsindex von 1.5 wird als transparentes Substrat 1 mit einer isolierenden Oberfläche verwendet. Bei dem auf 500°C gehaltenen Substrat wird ein Siliziumdioxid (SiO2) mit einem Brechungsindex von 1.5 bis zu einer Dicke von 100nm auf das Substrat 1 mit einem atmosphärischen CVD Verfahren wie in 2(a) dargestellt zur Ausbildung einer Siliziumdioxidschicht 2 abgeschieden.
  • Wie in 2(b) gezeigt, wird eine transparente leitfähige Schicht 3a auf der Siliziumdioxidschicht 2 zur Ausbildung transparenter leitfähiger Schichtelektroden 3 erzeugt. Zur Ausbildung der transparenten leitfähigen Schicht 3a wird ein Zinnoxid (SnO2) bis zu einer Dicke von 1μm durch ein atmosphärisches CVD Verfahren derart abgeschieden, dass die transparente leitfähige Schicht 3a eine texturierte Oberfläche mit einem Haze-Verhältnis von 12% bis 15% aufweist. Zur Abscheidung von Zinndioxid werden Zinntetrachlorid (SnCl4)-Gas als Materialgas, Fluorwasserstoff (HF)-Gas als Dotier gas und Wasserdampf (H2O) zur Oxidation des Zinntetrachlorids mit entsprechenden Flussraten von 250,000sccm 1,000sccm und 200sccm bereitgestellt. Zu diesem Zeitpunkt wird das Substrat 1 auf 500°C gehalten und die transparente leitfähige Schicht weist einen Schichtwiderstand von 9 Ω/square auf.
  • Die transparente leitfähige Schicht 3a wird in eine Mehrzahl von ausgedehnten transparenten leitfähigen Schichtelektroden 3 wie in 2(c) gezeigt mit Hilfe des ersten Strukturierungsschritts unter Verwendung des Laserstrukturierungsverfahrens segmentiert. Somit werden Einheitszellen voneinander isoliert. Bei dieser Ausführungsform wird die transparente leitfähige Schicht 3a mit einem Laserstrahl 11 mit fundamentaler, harmonischer Erzeugung (bei einer Wellenlänge von 1.06μm) eines Nd:YAG Lasers zur Ausbildung von Gräben als erste Strukturierungslinien zur Segmentierung der transparenten leitfähigen Schicht 3a bestrahlt.
  • Wie in 2(d) gezeigt, wird eine amorphe Halbleiterschicht 4a auf dem resultierenden Substrat ausgebildet. Zur Ausbildung der amorphen Halbleiterschicht 4a wird zunächst eine 12nm dicke p-Schicht aus einem amorphen Halbleiter mit Hilfe einer Plasma CVD Apparatur (nicht dargestellt) ausgebildet. Während das Substrat 1 auf 200°C gehalten wird, werden Monosilan (SiH4)-Gas, Methan (CH4)-Gas und Wasserstoff (H2)-Gas als Reaktionsgase in die Plasma CVD Apparatur mit entsprechenden Flussraten von 30sccm, 89sccm und 150sccm zugeführt, während Diboran (B2H6)-Gas in einer Konzentration von 1% verdünnt in Wasserstoffgas als Dotierstoffgas mit einer Flussrate von 10sccm eingeleitet wird.
  • Demgegenüber wird eine 400nm dicke i-Schicht auf dem resultierenden Substrat unter Verwendung der Plasma CVD Apparatur ausgebildet. Während das Substrat bei 200°C gehalten wird, werden Monosilan (SiH4)-Gas und Wasserstoffgas als Reaktionsgase in die Plasma CVD Apparatur mit entsprechenden Flussraten von 60sccm und 20sccm zugeführt.
  • Sodann wird eine 100nm dicke Schicht unter Verwendung der Plasma CVD Apparatur ausgebildet. Während das Substrat 1 auf 200°C gehalten wird, werden Monosilan (SiH4)-Gas und Wasserstoff (H2)-Gas als Reaktionsgase in die Plasma CVD Apparatur mit entsprechenden Flussraten von 50sccm und 3sccm zugeführt, während Phosphin (PH3)-Gas verdünnt in einer Konzentration von 0.3% in Wasserstoff (H2)-Gas als Dotierstoffgase mit einer Flussrate von 18sccm eingeleitet werden. Somit wird die Ausbildung der amorphen Halbleiterschicht (4a) wie in 2(d) gezeigt fertiggestellt.
  • Nachfolgend wird die amorphe Halbleiterschicht 4a in eine Mehrzahl von amorphen fotoelektrischen Umwandlungsschichten 4 für die entspre chenden Zellen mit Hilfe des zweiten Strukturierungsverfahrens über einen Laserstrahl entlang Linien, die parallel und benachbart zu den ersten Strukturierungslinien wie in 2(e) gezeigt, segmentiert. Bei dieser Ausführungsform wird die amorphe Halbleiterschicht 4a mit einem Laserstrahl 12 bei zweiter harmonischer Erzeugung (SHG mit einer Wellenlänge von 0.532μm) eines Nd:YAG Lasers bestrahlt, so dass Gräben als zweite Strukturierungslinien zur Segmentierung der amorphen fotoelektrischen Halbleiterschicht 4 ausgebildet werden.
  • Wiederum wird Zinkoxid (ZnO) mit einer Dicke von 50nm auf dem resultierenden Substrat durch ein Sputterverfahren zur Ausbildung einer transparenten leitfähigen Schicht 5 wie in 2(f) gezeigt abgeschieden.
  • Wie in 2(g) dargestellt ist, wird Silber (Ag) mit einer Dicke von 500nm auf dem resultierenden Substrat durch Sputtern zur Ausbildung einer metallischen Rückenseitenreflektionsschicht 6 abgeschieden.
  • Die transparente leitfähige Schicht 5 und die metallische Rückseitenreflektionsschicht 6 bilden eine Rückseitenelektrodenschicht, die danach in eine Mehrzahl von Rückseitenelektroden 14 für die entsprechenden Zellen segmentiert wird. Die metallische Rückseitenreflektionsschicht 6 dient der Reflektion von Licht zurück in die fotoelektrischen Umwandlungsschichten 4 zur Sicherstellung einer effektiven Nutzung des Lichts.
  • Nun wird der dritte Strukturierungsschritt ausgeführt. Wie in 2(h) gezeigt ist, wird eine Harzschicht 7 aus einem Petroleum-Pitch-Plating-Lack auf dem resultierenden Substrat 1 ausgebildet. Der Lack wird mit einer Dicke von 40μm über die Oberfläche des mit der metallischen Reflektionsschicht 6 ausgebildeten Substrats 1 durch ein Siebdruckverfahren unter Bedingungen, bei denen die fotoelektrische Umwandlungsschichten 4 nicht physikalisch geschädigt werden, aufgetragen. Der Lack weist eine Viskosität von ungefähr 1,000cp bis ungefähr 100,000cp auf.
  • Nun wird ein Laserstrahl 13 bei zweiter harmonischer Erzeugung (SHG weist eine Wellenlänge von 0.532μm auf) eines Q-Switch Nd:YAG Lasers auf die Harzschicht 7 parallel und benachbart zu den zweiten Strukturierungslinien auf der von der Seite mit den ersten Strukturierungslinien gegenüberliegenden Seite mit einer Oszillationsfrequenz von 5kHz bei einer Laseremissionsgeschwindigkeit von 40mm/s und einer Ausgabe von 150W/mm2 zur Ausbildung der Gräben in der Harzschicht 7 gerichtet.
  • Durch Einstellen der Wellenlänge des Laserstrahls 13 auf 0.45μm oder größer lässt sich der Laserstrahl 13 auf der metallischen Rückseitenreflektionsschicht 6 mit einer Reflektivität größer als 90% reflektieren. Dies unterdrückt den Einfluss des Laserstrahls 13 auf die fotoelektrischen Um wandlungsschichten 4 sowie die lokale Erwärmung der metallischen Rückseitenreflektionsschicht 6 und der fotoelektrischen Umwandlungsschicht 4.
  • Nachfolgend werden Teile der transparenten leitfähigen Schicht 5 aus Zinkoxid (ZnO) und der metallischen Rückseitenreflektionsschicht 6 aus Silber (Ag) mit einem Ätzmittel (SC1) aus 31 % wässriger Wasserstoffperoxidlösung, 30% wässriger Ammoniaklösung und Wasser in einem Volumenverhältnis von 1:1:10 geätzt. Somit werden die dritten Strukturierungslinien in der transparenten leitfähigen Schicht 5 und der metallischen Rückseitenreflektionsschicht 6 zu deren Strukturierung ausgebildet. Damit wird die metallische Rückseitenelektrodenschicht in eine Mehrzahl von Rückseitenelektroden 14 für die entsprechenden Einheitszellen segmentiert. Damit sind die integrierten Dünnschichtsolarzellen der Einzelzellstruktur fertiggestellt, die wie in 1 gezeigt seriell verschaltet werden.
  • Die somit hergestellten integrierten Dünnschichtsolarzellen weisen Dimensionen von 300mm × 300mm auf und zeichnen sich durch einen Kurzschlussstrom von 0.522A, eine Leerlaufspannung von 26.4V, einen Füllfaktor von 0.72 und einen Wirkungsgrad von 11% bei AM1.5 (100mW/cm2) aus.
  • Ausführungsform 2
  • Eine zweite Ausführungsform der Erfindung wird mit Bezug zu 3 beschrieben. Wie bei der ersten Ausführungsform wird ein verstärktes Glassubstrat als transparentes Substrat 1 mit einer isolierenden Oberfläche verwendet. Eine Siliziumdioxid (SiO2)-Schicht 2 und eine transparente leitfähige Schicht aus Zinnoxid (SnO2) werden auf dem Substrat 1 ausgebildet und die transparente leitfähige Schicht wird einem ersten Strukturierungsschritt unter Verwendung eines Laserstrahls 11 unterzogen. Somit wird die transparente leitfähige Schicht in eine Mehrzahl von transparenten leitfähigen Schichtelektroden 3 für Einheitszellen wie in 3(a) gezeigt segmentiert.
  • Nun wird eine erste amorphe Halbleiterschicht 8a auf dem resultierenden Substrat 3 wie in 3(b) gezeigt ausgebildet. Im Speziellen wird eine 10nm dicke p-Schicht auf dem Substrat mit Hilfe einer Plasma CVD Apparatur (nicht dargestellt) ausgebildet. Während das Substrat 1 auf 200°C gehalten wird, wird Monosilan (SiH4)-Gas, Methan (CH4)-Gas und Wasserstoff (H2)-Gas als Reaktionsgase in die Plasma CVD Apparatur mit entsprechenden Flussraten von 30sccm, 35.6sccm und 160sccm eingeleitet, während Diboran (B2H6)-Gas in einer Verdünnung von 0.6% in Wasserstoffgas mit einer Flussrate von 0.06 sccm eingeleitet wird. Zu diesem Zeitpunkt wird der Reaktionsdruck auf 0.32 Torr gehalten.
  • Nachfolgend wird eine 130nm dicke i-Schicht auf dem resultierenden Substrat ausgebildet. In der Plasma CVD Apparatur wird das Substrat 1 auf 200°C gehalten und der Reaktionsdruck wird bei 0.12 Torr vorgehalten. Monosilan (SiH4)-Gas und Wasserstoff (H2)-Gas werden als Reaktionsgase in die Plasma CVD Apparatur mit entsprechenden Flussraten von 60sccm und 20sccm eingeleitet.
  • Zusätzlich wird eine 100 mm dicke n-Schicht auf dem resultierenden Substrat ausgebildet. Während das Substrat 1 auf 200°C gehalten wird, werden Monosilan (SiH4)-Gas und Wasserstoff (H2)-Gas als Reaktionsgase in die Plasma CVD Apparatur bei entsprechenden Flussraten von 60sccm und 20sccm eingeleitet, während Phosphin (PH3)-Gas in einer Konzentration von 2% verdünnt in Wasserstoffgas bei einer Flussrate von 0.35 sccm eingeleitet wird. Somit wird die Ausbildung der ersten amorphen fotoelektrischen Umwandlungsschicht 8 abgeschlossen.
  • Nun wird eine zweite amorphe Halbleiterschicht 9a auf dem resultierenden Substrat ausgebildet. Zur Ausbildung der zweiten amorphen Halbleiterschicht 9a werden eine p-Schicht und eine i-Schicht in dieser Reihenfolge auf das resultierende Substrat 1 unter denselben Bedingungen, die zur Ausbildung der ersten amorphen Halbleiterschicht 8a vorlagen, ausgebildet. Nachfolgend wird eine 100nm dicke n-Schicht auf dem resultierenden Substrat ausgebildet.
  • Zur Ausbildung der n-Schicht werden Monosilan (SiH4)-Gas und Wasserstoff (H2)-Gas als Reaktionsgase bei entsprechenden Flussraten von 30sccm und 160sccm eingeleitet, während Phosphin (PH3)-Gas mit einer Konzentration von 0.6% verdünnt mit Wasserstoffgas als Dotierstoffgas bei einer Flussrate von 10sccm zufließt. Zu diesem Zeitpunkt wird der Druck auf 0.32 Torr gehalten. Somit wird die Ausbildung der zweiten amorphen Halbleiterschicht 9a abgeschlossen.
  • Nun werden die ersten und zweiten amorphen Halbleiterschichten 8a und 9a der zweiten Strukturierung durch Bestrahlung mit einem Laserstrahl 12 unterzogen. Somit werden die ersten und zweiten Halbleiterschichten 8a und 9a in eine Mehrzahl von fotoelektrischen Umwandlungsschichten 8 und 9 für die in 3(c) gezeigten entsprechenden Zellen segmentiert.
  • Sodann wird eine transparente leitfähige Schicht 5 und eine metallische Rückseitenreflektionsschicht 6 auf dem resultierenden Substrat 1 wie in 3(d) gezeigt ausgebildet. Wie bei der ersten Ausführungsform wird ein Lack über eine Oberfläche des mit der metallischen Rückseitenreflektionsschicht 6 ausgebildeten Substrats zur Ausbildung einer Lackschicht 7 aufgetragen, die sodann durch Bestrahlung mit einem Laserstrahl strukturiert wird. Danach werden Teile der transparenten leitfähigen Schicht 5 und der metallischen Rückseitenreflektionsschicht 6 mit einem Ätzmittel (SC1) abgeätzt. Somit wird eine Rückseitenelektrode bestehend aus der transparenten leitfähigen Schicht 5 und der metallischen Rückseitenreflektionsschicht 6 in eine Mehrzahl von Rückseitenelektroden 14 für die entsprechenden Zellen mit Hilfe des dritten Strukturierungsschritts segmentiert.
  • Die so hergestellten Dünnschichtsolarzellen einer Doppelstapel-Tandemstruktur weisen Dimensionen von 300mm × 300mm auf und zeichnen sich durch einen Kurzschlussstrom von 0.309A, eine Leerlaufspannung von 44.4V, einen Füllfaktur von 0.72 und einen Wirkungsgrad von 11 % bei AM 1.5 (100 mW/cm2) aus.
  • Ausführungsform 3
  • Eine dritte Ausführungsform der Erfindung wird mit Bezug zu 2(a) bis 2(i) beschrieben. Die dritte Ausführungsform stimmt im Wesentlichen mit der ersten Ausführungsform überein. Da die Schritte der Ausführungsform 3 in 2(a) bis 2(f) mit denjenigen der ersten Ausführungsform übereinstimmen, wird auf eine entsprechende Beschreibung verzichtet.
  • In dem in 2(g) gezeigten Schritt wird eine metallische Rückseitenreflektionsschicht 6 aus Aluminium (Al) ausgebildet.
  • Danach wird eine 40 μm dicke Harzschicht 7 aus einem Petroleum-Pitch-Plating-Lack durch Siebdruck wie in 2(h) dargestellt ausgebildet. Danach wird ein Laserstrahl 13 bei zweiter harmonischer Erzeugung (SHG mit einer Wellenlänge von 0.532μm) eines Q-Switch Nd:YAG Lasers auf die Harzschicht 7 von oben her bei einer Oszillationsfrequenz von 5 kHz, einer Laseremissionsgeschwindigkeit von 40 mm/s und einer Ausgabe von 150 W/mm2 zur ausschließlichen Ausbildung der Gräben in der Harzschicht 7 gerichtet.
  • Danach werden Teile der Rückseitenelektrodenschicht bestehend aus der transparenten leitfähigen Schicht 5 und der metallischen Reflektionsschicht 6 mit einem Ätzmittel (SC1) wie in 2(i) gezeigt abgeätzt.
  • Ausführungsform 4
  • Eine vierte Ausführungsform der Erfindung wird nachfolgend beschrieben. Ein 1 mm dickes Glassubstrat mit einem Brechungsindex von 1.5 wird als transparentes Substrat mit einer isolierenden Oberfläche eingesetzt. Das Substrat wird einem Sandstrahlverfahren ausgesetzt, so dass eine Oberfläche des Substrats texturiert wird. Danach wird ein Zinkoxid mit einer Dicke von 300 nm auf das resultierende Substrat durch Sputtern zur Ausbildung einer transparenten leitfähigen Schicht abgeschieden.
  • Danach folgen die Schritte der ersten Ausführungsform zur Ausbildung von integrierten Dünnschichtsolarzellen der Einzelzellstruktur. Andererseits folgen die Schritte der zweiten Ausführungsform zur Ausbildung von integrierten Dünnschichtsolarzellen der Tandemstruktur.
  • Da das Glassubstrat der Texturierung unterzogen wurde, wird einfallendes Licht durch die texturierte Oberfläche des Substrats gestreut, so dass die optische Pfadlänge von durch die fotoelektrischen Umwandlungsschichten hindurchtretendem Licht vergrößert wird. Dadurch wird der Wirkungsgrad der Dünnschichtsolarzellen verbessert.
  • Erfindungsgemäß kann die Rückseitenelektrodenschieht durch Ausbilden engerer Gräben durch den Strukturierungsschritt unter Verwendung eines Laserstrahls mit hoher Präzision segmentiert werden. Somit lässt sich ein Verlust der effektiven Fläche zur Leistungserzeugung des gesamten integrierten Solarmoduls reduzieren. Zusätzlich kann die Segmentierung der Rückseitenelektrodenschicht sichergestellt werden ohne die fotoelektrischen Umwandlungsschichten aus einem amorphen Halbleiter, beim Ätzprozess mit einem Ätzmittel zu schädigen. Dies verhindert die Verkleinerung des Parallelwiderstandes und beseitigt die Ursache für die Qualitätsdegradation der fotoelektrischen Umwandlungsschichten. Somit lassen sich die Eigenschaften und Ausbeuten der integrierten Dünnsichtsolarzellen verbessern.
  • Wird das Substrat einer Texturierung unterzogen, so lässt sich einfallendes Licht streuen, so dass die optische Pfadlänge von durch die fotoelektrischen Umwandlungsschichten hindurchtretendem Licht vergrößert wird. Damit lässt sich der Wirkungsgrad der Dünnschichtsolarzellen verbessern.
  • Da die Rückseitenelektrodenschicht eine Doppelschichtstruktur bestehend aus der transparenten leitfähigen Schicht und der metallischen Reflektionsschicht aufweist, lässt sich durch die metallische Reflektionsschicht reflektiertes Licht effektiv nutzen.
  • Die metallische Rückseitenreflektionsschicht wird aus Silber oder Aluminium ausgebildet. Werden somit Gräben in der Harzschicht durch Bestrahlung mit einem Laserstrahl einer bestimmten Wellenlänge ausgebildet, so wird der Laserstrahl durch die metallische Rückseitenreflektionsschicht reflektiert. Dies verhindert, dass der Laserstrahl die fotoelektrischen Umwandlungsschichten beeinflusst und unterdrückt die lokale Erwärmung der metallischen Rückseitenreflektionsschicht und der fotoelektrischen Umwandlungsschicht.

Claims (5)

  1. Verfahren zum Herstellen einer integrierten Dünnschichtsolarzelle mit den nachfolgenden sequentiellen Schritten: Ausbilden einer transparenten leitfähigen Schicht (3a) auf einem transparenten Substrat (1) mit einer isolierenden Oberfläche; einem ersten Strukturierungsschritt zum Segmentieren der transparenten leitfähigen Schicht (3a) um transparente Schichtelektroden (3) auszubilden; Ausbilden einer amorphen Halbleiterschicht (4a) auf den transparenten leitfähigen Schichtelektroden; einem zweiten Strukturierungsschritt zum Segmentieren der amorphen Halbleiterschicht um amorphe fotoelektrische Halbleiterumwandlungsschichten auszubilden; Ausbilden einer Rückseitenelektrodenschicht auf der amorphen fotoelektrischen Halbleiterumwandlungsschicht, wobei die Rückseitenelektrodenschicht eine auf der fotoelektrischen Umwandlungsschicht ausgebildete transparente leitfähige Schicht (5) und eine auf der transparenten leitfähigen Schicht (5) ausgebildete metallische Reflektionsschicht (6) aufweist; einem dritten Strukturierungsschritt zum Segmentieren der Rückseitenelektrodenschicht um Rückseitenelektroden (14) auszubilden; wobei der dritte Strukturierungsschritt Ausbilden einer Lackschicht (7) auf der metallischen Reflektionsschicht (6), Ausbilden von Gräben in der Lackschicht durch Laserstrukturierung aufweist und die Wellenlänge und Intensität des Laserstrahls (13) entsprechend dem Material der Lackschicht, dessen Dicke und dem Material der metallischen Reflektionsschicht eingestellt wird; sowie Abätzen von Teilen der Rückseitenelektrodenschicht mit einem Ätzmittel unter Verwendung der resultierenden Ätzschicht (7) als Maske.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das transparente Substrat einer Texturierung vor der Ausbildung der transparenten leitfähigen Schicht unterzogen wird.
  3. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die metallische Reflektionsschicht (6) aus Silber ausgebildet wird; und die Gräben in der Lackschicht (7) durch Bestrahlung mit einem Laserstrahl mit einer Wellenlänge von 0.45μm oder größer ausgebildet werden.
  4. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die metallische Reflektionsschicht (6) aus Aluminium ausgebildet wird und danach die Gräben in der Lackschicht (7) durch Bestrahlung mit einem Laserstrahl mit einer Wellenlänge von 0.1 μm oder größer ausgebildet werden.
  5. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Ausbildung der Lackschicht durch Siebdruck, Spray-Coating oder Spin-Coating erfolgt.
DE69734860T 1996-08-26 1997-08-26 Herstellungsverfahren von integrierten Dünnfilm-Solarzellen Expired - Fee Related DE69734860T2 (de)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP22347296A JP3510740B2 (ja) 1996-08-26 1996-08-26 集積型薄膜太陽電池の製造方法
JP22347296 1996-08-26

Publications (2)

Publication Number Publication Date
DE69734860D1 DE69734860D1 (de) 2006-01-19
DE69734860T2 true DE69734860T2 (de) 2006-08-17

Family

ID=16798681

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE69734860T Expired - Fee Related DE69734860T2 (de) 1996-08-26 1997-08-26 Herstellungsverfahren von integrierten Dünnfilm-Solarzellen

Country Status (4)

Country Link
US (1) US5956572A (de)
EP (1) EP0827212B1 (de)
JP (1) JP3510740B2 (de)
DE (1) DE69734860T2 (de)

Families Citing this family (45)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3436858B2 (ja) * 1997-02-27 2003-08-18 シャープ株式会社 薄膜太陽電池の製造方法
US6337224B1 (en) * 1997-11-10 2002-01-08 Kaneka Corporation Method of producing silicon thin-film photoelectric transducer and plasma CVD apparatus used for the method
AU767581B2 (en) * 1999-08-25 2003-11-20 Kaneka Corporation Thin film photoelectric conversion module and method of manufacturing the same
US7073246B2 (en) 1999-10-04 2006-07-11 Roche Diagnostics Operations, Inc. Method of making a biosensor
US6645359B1 (en) 2000-10-06 2003-11-11 Roche Diagnostics Corporation Biosensor
US20050103624A1 (en) 1999-10-04 2005-05-19 Bhullar Raghbir S. Biosensor and method of making
US6662439B1 (en) 1999-10-04 2003-12-16 Roche Diagnostics Corporation Laser defined features for patterned laminates and electrodes
US6348362B1 (en) * 1999-11-29 2002-02-19 Sanyo Electric Co., Ltd. Manufacturing method of photovoltaic device
US6540890B1 (en) * 2000-11-01 2003-04-01 Roche Diagnostics Corporation Biosensor
US6559411B2 (en) 2001-08-10 2003-05-06 First Solar, Llc Method and apparatus for laser scribing glass sheet substrate coatings
US6814844B2 (en) * 2001-08-29 2004-11-09 Roche Diagnostics Corporation Biosensor with code pattern
WO2003036657A1 (fr) 2001-10-19 2003-05-01 Asahi Glass Company, Limited Substrat a couche d'oxyde conductrice transparente, son procede de production et element de conversion photoelectrique
US6866758B2 (en) * 2002-03-21 2005-03-15 Roche Diagnostics Corporation Biosensor
ES2675787T3 (es) 2003-06-20 2018-07-12 F. Hoffmann-La Roche Ag Método y reactivo para producir tiras reactivas estrechas y homogéneas
CN100361308C (zh) * 2004-07-26 2008-01-09 电子科技大学 一种单片光电集成回路的制作方法
US7049844B1 (en) * 2004-12-08 2006-05-23 Kla-Tencor Technologies Corporation Test patterns for optical measurements on multiple binary gratings
KR100964153B1 (ko) * 2006-11-22 2010-06-17 엘지전자 주식회사 태양전지의 제조방법 및 그에 의해 제조되는 태양전지
CN101675531B (zh) * 2007-02-16 2013-03-06 纳克公司 太阳能电池结构、光生伏打模块及对应的工艺
GB2446838A (en) * 2007-02-20 2008-08-27 David John Ruchat Photovoltaic device and manufacturing method
US8476097B2 (en) * 2007-08-30 2013-07-02 Oerlikon Solar Ag, Trubbach Method for manufacturing and scribing a thin-film solar cell
JP2010538475A (ja) 2007-08-31 2010-12-09 アプライド マテリアルズ インコーポレイテッド 多サイズの光起電デバイスを形成するための生産ラインモジュール
DE102007043943B4 (de) 2007-09-14 2010-04-29 Von Ardenne Anlagentechnik Gmbh Verfahren und Vorrichtung zur Beschichtung von Substraten mit dotierten Schichten
US20090102502A1 (en) * 2007-10-22 2009-04-23 Michel Ranjit Frei Process testers and testing methodology for thin-film photovoltaic devices
US20090104342A1 (en) * 2007-10-22 2009-04-23 Applied Materials, Inc. Photovoltaic fabrication process monitoring and control using diagnostic devices
US8049521B2 (en) * 2008-04-14 2011-11-01 Applied Materials, Inc. Solar parametric testing module and processes
US7981778B2 (en) * 2009-07-22 2011-07-19 Applied Materials, Inc. Directional solid phase crystallization of thin amorphous silicon for solar cell applications
CN103537811A (zh) 2008-08-26 2014-01-29 应用材料公司 激光材料移除方法和设备
US7956337B2 (en) * 2008-09-09 2011-06-07 Applied Materials, Inc. Scribe process monitoring methodology
DE102008051730A1 (de) 2008-10-15 2010-04-22 Saint-Gobain Sekurit Deutschland Gmbh & Co. Kg Transparenter Gegenstand mit einem örtlich begrenzten, strukturierten, elektrisch beheizbaren, transparenten Bereich, Verfahren zu seiner Herstellung und seine Verwendung
CN202308264U (zh) 2009-01-16 2012-07-04 法国圣戈班玻璃厂 适于发射和接收电磁波的透明的平面实施的天线
US20100190275A1 (en) * 2009-01-29 2010-07-29 Applied Materials, Inc. Scribing device and method of producing a thin-film solar cell module
US20100294349A1 (en) * 2009-05-20 2010-11-25 Uma Srinivasan Back contact solar cells with effective and efficient designs and corresponding patterning processes
US20100294352A1 (en) * 2009-05-20 2010-11-25 Uma Srinivasan Metal patterning for electrically conductive structures based on alloy formation
PL2256856T3 (pl) 2009-05-28 2019-03-29 Saint-Gobain Glass France Przezroczyste, powierzchniowe urządzenie do odbierania i/lub wysyłania promieniowania elektromagnetycznego z co najmniej jedną kolejną funkcją, sposób jego produkcji i jego zastosowanie
DE102009025888B4 (de) 2009-05-29 2014-04-10 Saint-Gobain Sekurit Deutschland Gmbh & Co. Kg Elektrisch großflächig beheizbarer, transparenter Gegenstand und seine Verwendung
JP5377086B2 (ja) * 2009-06-04 2013-12-25 株式会社日立ハイテクノロジーズ レーザ加工方法、レーザ加工装置及びソーラパネル製造方法
US20100330711A1 (en) * 2009-06-26 2010-12-30 Applied Materials, Inc. Method and apparatus for inspecting scribes in solar modules
CN101958361A (zh) * 2009-07-13 2011-01-26 无锡尚德太阳能电力有限公司 透光薄膜太阳电池组件刻蚀方法
US20110065227A1 (en) * 2009-09-15 2011-03-17 Applied Materials, Inc. Common laser module for a photovoltaic production line
DE202010017313U1 (de) 2010-05-20 2011-10-27 Saint-Gobain Glass France Transparente, flächenförmige Vorrichtung zum Empfangen und / oder Senden elektromagnetischer Strahlung mit mindestens einer weiteren Funktion
US8563351B2 (en) * 2010-06-25 2013-10-22 Taiwan Semiconductor Manufacturing Co., Ltd. Method for manufacturing photovoltaic device
US8912083B2 (en) 2011-01-31 2014-12-16 Nanogram Corporation Silicon substrates with doped surface contacts formed from doped silicon inks and corresponding processes
US20140004648A1 (en) 2012-06-28 2014-01-02 International Business Machines Corporation Transparent conductive electrode for three dimensional photovoltaic device
US9379259B2 (en) 2012-11-05 2016-06-28 International Business Machines Corporation Double layered transparent conductive oxide for reduced schottky barrier in photovoltaic devices
JP6030176B2 (ja) 2015-03-19 2016-11-24 株式会社東芝 光電変換素子とその製造方法

Family Cites Families (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4663494A (en) * 1984-07-19 1987-05-05 Sanyo Electric Co., Ltd. Photovoltaic device
JPS61187379A (ja) * 1985-02-15 1986-08-21 Sanyo Electric Co Ltd 光起電力装置の製造方法
US4755475A (en) * 1986-02-18 1988-07-05 Sanyo Electric Co., Ltd. Method of manufacturing photovoltaic device
JPS633470A (ja) * 1986-06-23 1988-01-08 Semiconductor Energy Lab Co Ltd 光電変換装置の作成方法
US4877481A (en) * 1987-05-28 1989-10-31 Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. Patterning method by laser scribing
JPH0243776A (ja) * 1988-08-03 1990-02-14 Fuji Electric Corp Res & Dev Ltd 薄膜太陽電池の製造方法
JPH0456351U (de) * 1990-09-20 1992-05-14
JP2804839B2 (ja) * 1990-10-17 1998-09-30 三菱電機株式会社 半導体装置の製造方法
JP2983684B2 (ja) * 1991-05-23 1999-11-29 三洋電機株式会社 光起電力装置の製造方法
WO1993015527A1 (de) * 1992-02-04 1993-08-05 Siemens Aktiengesellschaft Integriert verschaltetes stapelzellensolarmodul

Also Published As

Publication number Publication date
JP3510740B2 (ja) 2004-03-29
EP0827212B1 (de) 2005-12-14
JPH1070295A (ja) 1998-03-10
EP0827212A2 (de) 1998-03-04
EP0827212A3 (de) 1999-08-18
US5956572A (en) 1999-09-21
DE69734860D1 (de) 2006-01-19

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE69734860T2 (de) Herstellungsverfahren von integrierten Dünnfilm-Solarzellen
EP0025872B1 (de) Halbleiterbauelement für die Umsetzung solarer Strahlung in elektrische Energie
DE69907866T2 (de) Verfahren zum Herstellen von Dünnschicht-Solarzellen-Modulen
DE102011018268A1 (de) Single Junction CIGS/CIC Solar Module
DE102007032283A1 (de) Dünnschichtsolarzellen-Modul und Verfahren zu dessen Herstellung
EP0625286A1 (de) Integriert verschaltetes stapelzellensolarmodul
DE10237515A1 (de) Stapelförmiger photoelektrischer Wandler
DE102004049197A1 (de) Solarbatterie und Herstellverfahren für eine solche
DE69634059T2 (de) Integriertes Dünnschicht-Sonnenzellenmodul und Herstellungsverfahren
DE69308074T2 (de) Solarmodul aus amorphem Halbleiter mit verbesserter Passivierung
DE19713215A1 (de) Solarzelle mit texturierter TCO-Schicht sowie Verfahren zur Herstellung einer solchen TCO-Schicht für eine solche Solarzelle
DE202023101112U1 (de) Solarzelle und Photovoltaikmodul
DE3851402T2 (de) Integrierte sonnenzelle und herstellungsverfahren.
DE112009001642B4 (de) Dünnschichtsolarzelle und Verfahren zu deren Herstellung
WO2008107156A2 (de) Verfahren zur herstellung einer solarzelle sowie damit hergestellte solarzelle
DE102009025428A1 (de) Dünnschichtsolarzelle und Verfahren zur Herstellung
DE102011115581B4 (de) Verfahren zur Herstellung einer Solarzelle
EP2543080A2 (de) Solarzelle mit dielektrischer rückseitenverspiegelung und verfahren zu deren herstellung
WO2011009860A2 (de) Dünnschicht-solarmodul mit verbesserter zusammenschaltung von solarzellen sowie verfahren zu dessen herstellung
DE102011012921A1 (de) Dünnschicht-Solarzelle und Verfahren zu Ihrer Herstellung
DE202013012571U1 (de) Herstellungsanlage zur Herstellung eines Photovoltaikmoduls sowie Photovoltaikmodul
DE112010003152T5 (de) Photoelektrische Umwandlungseinrichtung
EP1116281B1 (de) Verfahren zur strukturierung von transparenten elektrodenschichten
EP2442361A2 (de) Verfahren zur Herstellung von Verbindungen in einem Dünnschichtfotovoltaikmodul und Dünnschichtfotovoltaikmodul
DE102011113779A1 (de) Dünnschicht-Solarzellenmodul und Herstellungsverfahren davon

Legal Events

Date Code Title Description
8364 No opposition during term of opposition
8339 Ceased/non-payment of the annual fee