EP2494608A2 - Anordnung umfassend eine transparente elektrisch leitfähige schicht, anordnung umfassend eine photoelektrische vorrichtung und verfahren zur herstellung einer transparenten elektrode - Google Patents

Anordnung umfassend eine transparente elektrisch leitfähige schicht, anordnung umfassend eine photoelektrische vorrichtung und verfahren zur herstellung einer transparenten elektrode

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Publication number
EP2494608A2
EP2494608A2 EP10763151A EP10763151A EP2494608A2 EP 2494608 A2 EP2494608 A2 EP 2494608A2 EP 10763151 A EP10763151 A EP 10763151A EP 10763151 A EP10763151 A EP 10763151A EP 2494608 A2 EP2494608 A2 EP 2494608A2
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
electrically conductive
conductive layer
transparent
transparent electrically
layer
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP10763151A
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English (en)
French (fr)
Inventor
Frank SÄUBERLICH
Bernd Stannowski
Tobias Wendelmuth
Volker Sittinger
Bernd Szyszka
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.)
Schueco TF GmbH and Co KG
Fraunhofer Gesellschaft zur Foerderung der Angewandten Forschung eV
Original Assignee
Schueco TF GmbH and Co KG
Fraunhofer Gesellschaft zur Foerderung der Angewandten Forschung eV
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Filing date
Publication date
Application filed by Schueco TF GmbH and Co KG, Fraunhofer Gesellschaft zur Foerderung der Angewandten Forschung eV filed Critical Schueco TF GmbH and Co KG
Publication of EP2494608A2 publication Critical patent/EP2494608A2/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10F—INORGANIC SEMICONDUCTOR DEVICES SENSITIVE TO INFRARED RADIATION, LIGHT, ELECTROMAGNETIC RADIATION OF SHORTER WAVELENGTH OR CORPUSCULAR RADIATION
    • H10F10/00—Individual photovoltaic cells, e.g. solar cells
    • H10F10/10—Individual photovoltaic cells, e.g. solar cells having potential barriers
    • H10F10/17—Photovoltaic cells having only PIN junction potential barriers
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10F—INORGANIC SEMICONDUCTOR DEVICES SENSITIVE TO INFRARED RADIATION, LIGHT, ELECTROMAGNETIC RADIATION OF SHORTER WAVELENGTH OR CORPUSCULAR RADIATION
    • H10F71/00—Manufacture or treatment of devices covered by this subclass
    • H10F71/138—Manufacture of transparent electrodes, e.g. transparent conductive oxides [TCO] or indium tin oxide [ITO] electrodes
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10F—INORGANIC SEMICONDUCTOR DEVICES SENSITIVE TO INFRARED RADIATION, LIGHT, ELECTROMAGNETIC RADIATION OF SHORTER WAVELENGTH OR CORPUSCULAR RADIATION
    • H10F77/00—Constructional details of devices covered by this subclass
    • H10F77/20—Electrodes
    • H10F77/244—Electrodes made of transparent conductive layers, e.g. transparent conductive oxide [TCO] layers
    • 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
    • Y02E10/548—Amorphous silicon PV cells

Definitions

  • Arrangement comprising a transparent electrically conductive layer, arrangement comprising a photoelectric device and method for producing a transparent electrode
  • the invention relates to an arrangement having a transparent electrically conductive layer, to an arrangement having at least one photoelectric device and at least one transparent electrically conductive layer, and to a method for producing a transparent electrode.
  • Photoelectric devices also called solar cells, can convert at least parts of the solar radiation into electrical energy.
  • Photoelectric devices wei sen ⁇ one or more pn junctions on. Between the p- and the n-layer, an i-layer is arranged. The p-layer is a positively doped layer, the n-layer is a negatively doped layer and the i-layer, a substantially trinsische in ⁇ semiconductor layer.
  • the p- and n-layers are mainly used to create a drift field in the photoelectric device.
  • the photoelectric effect converts a radiant energy contained in the light into electrical energy.
  • Photoelectric arrangement relationship ⁇ as solar cells can be interconnected to form photovoltaic modules in which a plurality of photoelectric devices are connected in series.
  • Photoelectric devices include, for example micro-crystalline silicon ⁇ layers, amorphous silicon layers, polycrystalline silicon layers or other semiconductor.
  • transparent conductive layers at ⁇ play TCO - transparent conductive oxide
  • incident sunlight can be scattered in this layer, thereby converting a greater proportion of the radiation energy into electrical energy.
  • This surface structuring can be produced for example by an etching step ⁇ to.
  • An arrangement comprising a transparent substrate and Minim ⁇ least a transparent electrically conductive layer on the substrate.
  • the at least one transparent electroconducting ⁇ hige layer comprises at least a first transparent electrically conductive layer and at least one second transpa ⁇ pension electrically conductive layer.
  • the at least one first transparent first electrically conductive layer and the at least one second transparent electrically conductive layer are identical to each other transparent electrically conductive layer.
  • the Minim ⁇ least one property of the at least one second transpa ⁇ pensions electrically conductive layer is in an execution tion form of the at least one property of the at least one first transparent electrically conductive layer.
  • the at least one transparent elekt ⁇ driven conductive layer includes three transparent electrically conductive layers, it can also comprise more layers, for example four or more transparent electrically conductive layers.
  • Properties of the transparent electrically conductive layer can be adjusted by properties of the first transparent electrically conductive layer and properties of the second transparent electrically conductive layer. At least one property of the transparent electrically conductive layer is dependent on the at least one property of the first transparent electrically conductive layer and on the at least one property of the second transparent electrically conductive layer.
  • the transparent conductive layer elekt ⁇ driven in one embodiment self-sheep ⁇ th as a function of the first and the second electrically conductive layer, which are more difficult to be realized by a single-layer structure, or at least.
  • the properties of the transparent electrically conductive layer are dependent on the more than two layers.
  • the at least one property of the elekt ⁇ driven conductive layers of the plurality of electrically conductive layers influence each said at least one egg ⁇ genschaft of the other electrically conductive layers of the plurality of electrically conductive layers.
  • the at least one property of the respective layers comprises, for example, at least one of crystallinity, orientation and termination of the respective layer. Accordingly, the crystallinity, orientation and / or termination of the second transparent electrically conductive
  • the layer is influenced by the crystallinity, orientation and / or termination of the first transparent electrically conductive layer.
  • the crystallinity, orientation and / or termination By influencing the crystallinity, orientation and / or termination, at least the morphology and / or the structure of the second transparent electrically conductive layer is likewise influenced. Consequently, the microwaven Modellier sadness, the electrical conductivity and / or the optical transmissivity of the second electrically conductive layer is dependent on theeckn Modellieriana, the electrical ⁇ conductibility and / or the optical transmissivity of the first transparent electrically conductive layer.
  • the at least one first and the at least one second transparent electrically conductive layer comprise a transparent electrically conductive oxide, in particular in each case zinc oxide or tin oxide.
  • the at least one first transparent electrically conductive layer has a thickness in the main direction of the incident radiation between 30 nanometers ⁇ 10% and 400 nanometers ⁇ 10%.
  • the at least one second transparent electrically conductive layer has in an embodiment in the main direction of the incident radiation has a thickness of more than 200 nanometers.
  • Another arrangement includes such an arrangement.
  • a photoelectric device for converting radiant energy into electrical energy is disposed on the transparent electric conductive layer of the device.
  • Main incident direction of the radiation to be converted during operation is first the transparent substrate then the transparent electrically conductive layer and then the at least one photoelectric device arranged.
  • a method of manufacturing a transparent electrode on a transparent substrate includes providing the transparent substrate.
  • a first transparent electrically conductive layer is deposited on the transparent substrate.
  • the first transparent electrically conductive layer has a property.
  • a second transparent electrically conductive layer is deposited on the first transparent electrically conductive layer.
  • the second transparent electrically conductive layer has a property.
  • the crystallinity, orientation and / or termini ⁇ tion of the second transparent electrically conductive layer is in one embodiment, by depositing the second transparent electrically conductive layer on the first transparent electrically conductive layer to ⁇ least dependent on the first transparent electrically conductive Layer.
  • the first transparent electrically conductive layer is in process parameters ask ⁇ eliminated in one embodiment, the properties bervidtechnik Weg, with respect to the 0-, have the electrical conductivity and / or optical transmissivity, the first transparent electrically conductive layer results in the conventionally for transparent electrically conductive layers used as an electrode are undesirable.
  • the first transparent electrically conductive layer influence the properties, for example bezüg ⁇ Lich the heatnpatentedieriana, the electrical conductivity and / or optical transmissivity, the second transparent electrically conductive layer such that the second transparent electrically conductive layer has a comparatively good shoven Modellieriana on ⁇ has.
  • the massagen Modellier sadness comprises, in particular, that by structuring, for example an etching, a possible liehst homogeneous roughness, good homogeneity and / or a uniformly distributed thickness based in each case can be generated in the sub ⁇ stratification. Furthermore, a layer having better shoven Modellier sadness after the struc ⁇ turing a better light scattering and accordingly, the coupling of the incident radiation in the photoelectric device is disposed on the transparent electrically conductive film is increased. Furthermore, better scattered light has on average a longer path in the photoelectric device, so that a higher Ab sorption probability and thus a higher bmwivi ⁇ ity is achieved.
  • Depositing the first and second transparent electrically conductive layers may include depositing zinc oxide, tin oxide, or another transparent electrically conductive oxide. Thus, the property of the transparent electrode can be adapted as well as possible with regard to the surface structurability.
  • the method comprises depositing the first transparent electrically conductive layer at a first substrate temperature and depositing the second transparent electrically conductive layer at a second substrate temperature, wherein the first substrate temperature is less than the second substrate temperature.
  • the method in one embodiment comprises depositing the first transparent electrically conductive layer at a first power density and depositing the second transparent electrically conductive layer at a second power density, wherein the first power density is less than the second power density.
  • the first transparent electrically leitfähi ⁇ ge layer with parameters, such as temperature and / or power density is deposited which do not usually lead to a comparatively good heatn Modellieriana.
  • the second transparent electrically conductive layer is deposited at parameters, so that the second transparent electrically conductive layer and thus the transparent electrically conductive layer has a comparatively good surface structurability due to the dependence on the first transparent electrically conductive layer.
  • the transparent electrically conductive layer has a better Surface structuring on taken as the first transparent electrically conductive layer in isolation.
  • FIG. 1 shows a schematic representation of an arrangement according to an embodiment
  • 2A to 2C is a schematic representation of an apparatus for various method steps according to an embodiment
  • FIG. 3 is a schematic representation of an arrangement according to an embodiment. The same, similar and equivalent elements are provided in the figures with the same reference numerals.
  • FIG. 1 shows a schematic cross section through an arrangement 100 for converting radiant energy into electrical energy.
  • the assembly 100 includes a substrate 101 in the main direction of the incident radiation during operation and a passivation layer 102 disposed thereon.
  • a transparent electrically conductive layer 110 is arranged on the passivation layer.
  • a photoelectric Before ⁇ device 120 is disposed in the converted by the photoelectric effect radiant energy into electric energy can be.
  • a back contact layer 103 is disposed on the photoelectric device.
  • the substrate 101 is as transparent as possible to sunlight.
  • the substrate 101 is particularly transparent to light in the visible spectrum and in the infrared range and has a transparency of greater than 85 percent in a wavelength range of 400 nanometers to 1200 nanometers.
  • the substrate comprises, for example, glass, in particular low-iron flat glass, silicate glass or rolled glass.
  • the substrate 101 is configured to support the layer stack disposed on the substrate 101.
  • the layer stack is deposited on a flexible substrate comprising, for example, aluminum or steel.
  • the layer stack is coupled with a transparent substrate on the side opposite the flexible substrate, and the flexible substrate is detached from the layer stack and removed.
  • the passivation layer is disposed on the substrate 101 ⁇ 102nd In a further embodiment may be omitted greed on the passivation 102, so that the transpa ⁇ pension electrically conductive layer 110 is disposed directly on the sub strate ⁇ 101 and touching this.
  • the passivation layer 102 comprises approximately ⁇ a transparent oxide and a transparent nitride, such as silicon oxy-nitride, zinc oxide, titanium oxide or aluminum oxide and decreases as
  • the transparent electrically conductive layer 110 comprises a first transparent electrically conductive layer 111 and a second transparent electrically conductive layer 112.
  • the first transparent electrically conductive layer is arranged on the passivation layer 102 and the second transparent electrically conductive layer 112 is on the second first electrically conductive layer 111 is arranged.
  • the first electrically conductive layer 111 extends as evenly and uniformly as possible over the substrate 101.
  • the first electrically conductive layer 111 extends as far as possible and uniformly over the first electrically conductive layer 111.
  • the photoelectric device 120 is disposed on the second transparent electroconductive layer 112 in the X direction.
  • the photoelectric device 120 includes a p-type layer 121 and an n-type layer 123, and an intrinsic layer 122 disposed between the layer 121 and the layer 123.
  • the p-doped layer 121 is disposed on the second transparent electroconductive layer 112 in the X direction.
  • the n-doped layer is arranged on the second transparent electrically conductive layer 112.
  • the intrinsic layer 122 is adapted to absorb light from ⁇ and photoelectrically convert.
  • the photoelectric device 120 is configured to mainly absorb light in a wavelength range of 400 to 1200 nanometers.
  • the rear side contact 103 is arranged, which is adapted to dissipate current or voltage from the photoelectric device 120.
  • at least one further photo-electric device is arranged to compare ⁇ bar of the photoelectric arrangement 120 between the transparent electrically conductive layer 110 and the back contact 103rd
  • the transparent electrically conductive layer 110 comprises zinc oxide.
  • Layer 111 and second transparent electrically conductive layer 112 also each include zinc oxide.
  • a the sub ⁇ strat 101 facing away from surface 115 of the second transparent electrically conductive layer 112 has a homo possible ⁇ gen formed rough texture, so that this surface has a good scattering power of the incident light in a wavelength range of 400 nanometers to 1200 nanometers. Thereby, the efficiency of the photoelectric device 120 can be increased because the path of the incident
  • Radiation is extended by the photoelectric device 120 on average, the incident light is better coupled into the photo ⁇ toelekthari device 120 and a higher here the absorption probability of the incident radiation is reached.
  • the transparent electrically conductive layer 110 has the best possible optical transmissivity and the best possible electrical conductivity.
  • the first transparent electrically conductive layer 111 has other properties with regard to the surface structurability, ie the possibility of forming a homogeneous, rough texture on the surface, the optical transmissivity and the electrical conductivity as the second transparent electrically conductive layer 112, when the layers 111 and 112 are considered separately from each other.
  • the first transparent electrically conductive layer 111 has lintician different from the second tran mecanic ⁇ th electrically conductive layer 112, crystallization, a different orientation and / or ver ⁇ different termination on.
  • the first transparent electrically conductive layer 111 includes a th of the second transparent electrically conductive layer on 112 different Morpholo ⁇ energy and structure.
  • the second transparent electrically conductive layer 112 is optically more transparent and better conductive than the first transparent electrically conductive layer 111 when the
  • the first transparent electrically conductive layer 111 has properties, so that the first trans ⁇ parent electrically conductive layer 111 taken alone could be insufficiently used as a front electrode.
  • the crystallinity, the orientation and / or the termination of the second transparent electrically conductive layer 112 is formed because the second transparent e- electrically conductive layer 112 is disposed on the first transparent electrically conductive layer 111.
  • the second transparent electrically conductive layer 112 would, taken alone, form a different crystallinity, orientation and / or termination in the same manufacturing process than when arranged on the first transparent electrically conductive layer 111.
  • the surface structurability of the electrically conductive layer 110 corresponds to the surface structurability of the second transparent electrically conductive layer 112 as a function of the first transparent electrically conductive layer 111.
  • Good surface structuring comprises, in particular, an as homogeneous as possible roughness by etching, for example with dilute hydrochloric acid can be formed on the surface 115 of the transparent conductive layer 110 elekt ⁇ driven to the substrate surface, which leads to an improved light scattering ⁇ ung.
  • a thickness 113 of the first transparent electrically conductive layer 111 in the X direction is greater than about 30 nanometers and less than about 400 nanometers. In particular the di ⁇ bridge 113 is less than 100 nanometers, preferably less than about 50 nanometers and 40 nanometers, for example, ⁇ 10%.
  • a thickness 114 of the second transparent electrically conductive layer 112 in the X direction is greater than about 200 nanome ⁇ ter and less than about 1000 nanometers. In particular, the thickness 114 is greater than about 600 nanometers and less than about 900 nanometers, for example 800 nanometers ⁇ 10%. The thickness 114 of the second transparent electrically conductive layer is dependent on the best possible optical transmissivity and electrical conductivity.
  • FIG. 2A schematically shows a first production step for producing the arrangement 100. In the X direction, the passivation layer 102 is deposited on the transparent substrate 101. On the passivation layer 102, the first transparent electrically conductive layer 111 is deposited.
  • the first transpa ⁇ pension electrically conductive layer 111 without being between the first transparent electrically conductive layer 111 and the transparent substrate 101, the passivation layer 102 is attached ⁇ arranged directly on the trans ⁇ parente substrate 101 is deposited, so that the first transparent electrically conductive layer 111 and the transparent substrate 101 to stir be ⁇ .
  • the first transparent electrically conductive layer is deposited, for example, by a deposition sputtering method.
  • the properties of the first transparent electrically conductive layer 111, particularly with respect to surface-chen Wegtulierley, optical or Transmisrios elekt ⁇ -driven conductivity depend on deposition parameters during the Depositionssputter compilers. Parameters of de ⁇ NEN the properties of the first transparent depend electrically conductive layer include at least one of substrate temperature, power density, oxygen partial pressure and process pressure.
  • the first transparent electrically conductive layer 111 is deposited at parameters where conventionally desired characteristics of a front electrode can not be produced.
  • the first transpa ⁇ pension electrically conductive layer is deposited ⁇ 10% at a substrate temperature of 250 ° C ⁇ ⁇ 10% up to 350 ° C 111th
  • the first transparent electrically conductive layer 111 is at a power density based on the erosion area of 0.1 watts / square centimeter ⁇ 10% to 100
  • the first transparent, electrically conductive layer 111 is deposited ⁇ 10% at an oxygen partial pressure of lxlO "6 millibars ⁇ 10% to 5xl0" 4 millibars.
  • the first transparent electrically conductibility hige layer 111 is "3 mils ⁇ libar 10% to 50xl0 ⁇ " 3 millibars deposited at a process pressure of lxlO ⁇ 10%.
  • the first transparent electrically conductive layer 111 is formed as a substrate for the second transparent electrically conductive layer 112.
  • the transparent conductive layer 111 elekt ⁇ driven the second transparent electrically conductive layer 112 can, which is bringsschie ⁇ hereinafter to be deposited with other deposition parameters than when the transparent electrically conductive layer 110, only the second transparent electrically conductive layer 112 as a single layer.
  • FIG. 2B shows a step during production in which the second transparent electrically conductive layer 112 has been deposited on the first transparent electrically conductive layer 111 in the X direction.
  • the second transparent electrically conductive layer 112 is deposited directly on the first transparent electrically conductive layer 111, so that the first and the second transparent electrically conductive layer touch each other.
  • the second transparent electrically conductive layer 112 is provided with deposition parameters of the deposition sputtering method deposited, at least partially from the Abscheidepara ⁇ meters of the first transparent electrically conductive layer
  • the second transparent electrically conductive layer 112 is deposited with parameters, so that primarily a particularly good optical transmissivity and electrical conductivity of the second transparent electrically conductive layer 112 is realized. Characterized in that the second transparent electrically conductive layer
  • the second transparent electrically leit ⁇ enabled layer is deposited ⁇ 10% at a substrate temperature of 300 ⁇ 10% up to 450 ° C 112th
  • the two ⁇ te transparent electrically conductive layer 112 at a higher substrate temperature than the first transparent conductive layer elekt ⁇ driven 111.
  • the distance between the respective sub ⁇ strattemperatur the first and second transparent electrically conductive layer is as large as possible, so that as large as possible differences in the properties of the layers can be realized.
  • Tem ⁇ temperatures a difference between 50 ° C and 200 ° C.
  • the second transparent electrically conductive layer 112 becomes at a power density of 0.1 watts / square centimeter ⁇ 10% to 100 with respect to the erosion area
  • the second transparent e- lectric conductive layer 112 is deposited ⁇ 10% at an oxygen partial pressure of lxlO "6 millibars ⁇ 10% to 5xl0" 5 millibars.
  • the second transparent electroconducting ⁇ hige layer 111 is deposited ⁇ 10% at a process pressure of lxlO "3 millibars ⁇ 10% to 50xl0" 3 millibars.
  • the first transparent, electrically conductive layer 111 is deposited with parameters, so that the first transparent electrically conductive layer 111 other properties bezüg- lent of shoven Modellierley in itself al ⁇ lein standing than the second transparent electrically conductive layer 112 by itself standing.
  • the second transparent electroconductive layer 112 By directly depositing the second transparent electroconductive layer 112 onto the first transparent electroconductive layer 111 so as to form the transparent electroconductive layer 110 which can be used as a front electrode for a photoelectric device, the second transparent electroconductive layer can be formed Layer 112 optimized for electrical conductivity and optical transmissivity are deposited. Moreover, the second transparent electroconductive layer 112 forms a comparatively good surface patternability because it has the first transparent electroconductive layer 111 as the base. Thus, a transparent elekt ⁇ driven conductive layer 110 may be formed that has both with respect to therapn Designierley and the e- lektrischen conductivity and optical Transmisrios particularly good properties.
  • the transparent electrically conductive layer 110 after depositing the first transparent electrically conductive layer 111 and before depositing the second transparent, it becomes electrically conductive Conductive layer 112 deposited one or more further transparent electrically conductive layers, so that the transparent electrically conductive layer 110 is formed with three or more electrically conductive layer 110, as explained in connection with Figure 3.
  • the photoelectric device 120 be ⁇ ginnend was deposited with the p-doped layers 121 on the transparent electrically conductive layer 110th
  • the surface 115 is patterned in an etching step. For example, a rough texture is formed on surface 115 by dilute hydrochloric acid to scatter incident radiation during operation. Since ⁇ by that the second transparent electrically conductive layer 112 has been deposited directly on the first transparent electrically conductive layer 111 and the crystallization nity, orientation and termination are formed depending from the first electrically conductive layer 111 can be applied to the surface by the Etching forming a relatively homogeneous rough texture.
  • both the rear-side contact 103 and another photoelectric device can be deposited or further layers, for example a reflection layer.
  • the arrangement 100 with the photoelectric device 120 can be used in solar modules, for example, on transparent substrates of about half a square meter to about 25 square meters, but also smaller or larger, especially on transparent substrates of about 1.8 square meters. meter to about 5.7 square meters are used, as so-called thin film solar modules ⁇ .
  • Flexible substrates may have a width of up to about 4.5 meters, in particular a width of about 0.6 meters.
  • Two or more devices 100 may be electrically connected in series.
  • the surface 115 can be patterned relatively well homogeneously over the entire area by etching.
  • Figure 3 showed a further embodiment of the assembly 100.
  • the transparent elekt ⁇ driven conductive layer 110 includes a third transparent conductive layer elekt ⁇ driven 116th
  • the third transparent electrically conductive layer 116 is between the first transparent electrically conductive
  • the transparent electrically conductive layer comprises one or more further transparent electrically conductive layers (not shown) 110 that are disposed between the first transparent electrically conductive layer 111 and the second transparent electrically conductive layer 112 includes.
  • the third transparent electrically conductive layer 116 has a gradient in the X direction with respect to the properties, for example the crystallinity and / or Ori ⁇ -orientation, between the properties of the first transparent th electrically conductive layer 111 and the second transparent electrically conductive layer 112 on.
  • the first transparent conductive layer 111 elekt ⁇ driven with the first deposition parameters is first deposited. If the deposition of the first transparent electrically conductive layer is over 111, the deposition parameters are changed to the second meters Abscheidepara- in which the second transparent electroconducting layer is deposited ⁇ hige 112th During the change of the deposition parameters, the third transparent electrically conductive layer 116 is deposited. The third transparent electrically conductive layer 116 is deposited at changing deposition parameters.

Landscapes

  • Non-Insulated Conductors (AREA)
  • Manufacturing Of Electric Cables (AREA)
  • Photovoltaic Devices (AREA)

Abstract

Eine Anordnung umfasst ein transparentes Substrat (101), mindestens eine transparente elektrisch leitfähige Schicht (110) auf dem Substrat (101). Mindestens eine photoelektrische Vorrichtung (120) zur Umwandlung von Strahlungsenergie in elektrische Energie kann auf der mindestens einen transparenten elektrisch leitfähigen Schicht (110) angeordnet sein. Die mindestens eine transparente elektrisch leitfähige Schicht (110) weist mindestens eine erste transparente elektrisch leitfähige Schicht (111) und mindestens eine zweite transparente elektrisch leitfähige Schicht (112) auf.

Description

Beschreibung
Anordnung umfassend eine transparente elektrisch leitfähige Schicht, Anordnung umfassend eine photoelektrische Vorrich- tung und Verfahren zur Herstellung einer transparenten Elektrode
Die Erfindung betrifft eine Anordnung mit einer transparenten elektrisch leitfähigen Schicht, eine Anordnung mit mindestens einer photoelektrischen Vorrichtung und mindestens einer transparenten elektrisch leitfähigen Schicht sowie ein Verfahren zur Herstellung einer transparenten Elektrode.
Photoelektrische Vorrichtungen, die auch Solarzellen genannt werden, können zumindest Teile der Sonnenstrahlung in elektrische Energie umwandeln. Photoelektrische Vorrichtungen wei¬ sen eine oder mehrere pn-Übergänge auf. Zwischen der p- und der n-Schicht ist eine i-Schicht angeordnet. Die p-Schicht ist eine positiv dotierte Schicht, die n-Schicht eine negativ dotierte Schicht und die i-Schicht eine im Wesentlichen in¬ trinsische Halbleiterschicht. Die p- und die n-Schicht dienen hauptsächlich dazu ein Driftfeld in der photoelektrischen Anordnung zu erzeugen. Über den photoelektrischen Effekt wird eine im Licht enthaltene Strahlungsenergie in elektrische E- nergie umgewandelt. Photoelektrische Anordnungen beziehungs¬ weise Solarzellen können zu Photovoltaikmodulen verschaltet werden, in denen eine Mehrzahl von photoelektrischen Anordnungen in Serie geschaltet sind. Photoelektrische Anordnungen umfassen beispielsweise mikro¬ kristalline Siliziumschichten, amorphe Siliziumschichten, polykristalline Siliziumschichten oder andere Halbleiter. Zur elektrischen Kontaktierung der Frontseite der Halbleiter- schichten werden transparente leitfähige Schichten (bei¬ spielsweise TCO - transparent conductive oxide) auf die p- und die n-Schicht abgeschieden. Durch eine strukturierte und aufgeraute Oberfläche dieser Kontaktschichten kann einfallen- des Sonnenlicht in dieser Schicht gestreut werden und dadurch ein größerer Anteil der Strahlungsenergie in elektrische E- nergie umgewandelt werden. Diese Oberflächenstrukturierung kann beispielsweise durch einen Ätzschritt hergestellt wer¬ den .
Es ist wünschenswert, eine Anordnung sowie ein System zur Herstellung einer transparenten Elektrode anzugeben, um eine bezüglich der Ätzeigenschaften verbesserte Elektrode zu ermöglichen .
Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Anordnung mit den Merk¬ malen des Anspruchs 1, einer Anordnung mit den Merkmalen des Anspruchs 6 beziehungsweise einem Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 7.
Eine Anordnung umfasst ein transparentes Substrat und mindes¬ tens eine transparente elektrisch leitfähige Schicht auf dem Substrat. Die mindestens eine transparente elektrisch leitfä¬ hige Schicht weist mindestens eine erste transparente elekt- risch leitfähige Schicht und mindestens eine zweite transpa¬ rente elektrisch leitfähige Schicht auf.
In einer Ausführungsform weist die mindestens eine erste transparente erste elektrisch leitfähige Schicht und die min- destens eine zweite transparente elektrisch leitfähige
Schicht jeweils mindestens eine Eigenschaft auf. Die mindes¬ tens eine Eigenschaft der mindestens einen zweiten transpa¬ renten elektrisch leitfähigen Schicht ist in einer Ausfüh- rungsform von der mindestens einen Eigenschaft der mindestens einen ersten transparenten elektrisch leitfähigen Schicht abhängig . Die mindestens eine transparente elektrisch leitfähige
Schicht weist mindestens zwei transparente elektrisch leitfä¬ hige Schichten auf. Die mindestens eine transparente elekt¬ risch leitfähige Schicht umfasst in Ausführungsbeispielen drei transparente elektrisch leitfähige Schichten, sie kann auch mehr Schichten umfassen, beispielweise vier oder mehr transparente elektrisch leitfähige Schichten. Eigenschaften der transparenten elektrisch leitfähigen Schicht können durch Eigenschaften der ersten transparenten elektrisch leitfähigen Schicht und Eigenschaften der zweiten transparenten elekt- risch leitfähigen Schicht eingestellt werden. Mindestens eine Eigenschaft der transparenten elektrisch leitfähigen Schicht ist abhängig von der mindestens einen Eigenschaft der ersten transparenten elektrisch leitfähigen Schicht und von der mindestens einen Eigenschaft der zweiten transparenten elekt- risch leitfähigen Schicht. So weist die transparente elekt¬ risch leitfähige Schicht in einer Ausführungsform Eigenschaf¬ ten in Abhängigkeit der ersten und der zweiten elektrisch leitfähigen Schicht auf, die durch einen einschichtigen Aufbau nicht oder zumindest schwieriger realisierbar sind. Weist die transparente elektrisch leitfähige Schicht mehr als zwei Schichten auf, so sind die Eigenschaften der transparente e- lektrisch leitfähige Schicht abhängig von den mehr als zwei Schichten. Die mindestens eine Eigenschaft einer der elekt¬ risch leitfähigen Schichten der Mehrzahl von elektrisch leit- fähigen Schichten beeinflusst jeweils die mindestens eine Ei¬ genschaft der anderen elektrisch leitfähigen Schichten der Mehrzahl von elektrisch leitfähigen Schichten. Die mindestens eine Eigenschaft der jeweiligen Schichten um- fasst beispielsweise mindestens eines aus Kristallinität, 0- rientierung und Terminierung der jeweiligen Schicht. Entsprechend wird die Kristallinität, Orientierung und/oder Termi- nierung der zweiten transparenten elektrisch leitfähigen
Schicht in einer Ausführungsform von der Kristallinität, Orientierung und/oder Terminierung der ersten transparenten e- lektrisch leitfähigen Schicht beeinflusst. Durch die Beeinflussung der Kristallinität, Orientierung und/oder Terminie- rung wird zumindest die Morphologie und/oder die Struktur der zweiten transparenten elektrisch leitfähigen Schicht ebenfalls beeinflusst. Folglich ist die Oberflächenstrukturier- barkeit, die elektrische Leitfähigkeit und/oder die optische Transmissivität der zweiten elektrisch leitfähigen Schicht abhängig von der Oberflächenstrukturierbarkeit, der elektri¬ schen Leitfähigkeit und/oder der optischen Transmissivität der ersten transparenten elektrisch leitfähigen Schicht.
Die mindestens eine erste und die mindestens eine zweite transparente elektrisch leitfähige Schicht umfassen in einer Ausführungsform ein transparentes elektrisch leitfähige Oxid, insbesondere jeweils Zinkoxid oder Zinnoxid. Dadurch können die gewünschten Eigenschaften für die transparente elektrisch leitfähige Schicht bezüglich der Oberflächenstrukturierbar- keit, der optischen Transmisivität und/oder der elektrischen Leitfähigkeit möglichst gut realisiert werden.
Die mindestens eine erste transparente elektrisch leitfähige Schicht weist in einer Ausführungsform eine Dicke in der Hauptrichtung der einfallenden Strahlung zwischen 30 Nanome- ter ± 10 % und 400 Nanometer ± 10 % auf. Die mindestens eine zweite transparente elektrisch leitfähige Schicht weist in einer Ausführungsform in der Hauptrichtung der einfallenden Strahlung eine Dicke von mehr als 200 Nanometer auf.
Eine weitere Anordnung umfasst eine solche Anordnung. Auf der transparenten elektrischen leitfähigen Schicht der Anordnung ist eine photoelektrische Vorrichtung zur Umwandlung von Strahlungsenergie in elektrische Energie angeordnet. In
Haupteinfallsrichtung der während des Betriebs umzuwandelnden Strahlung ist zuerst das transparente Substrat daraufhin die transparente elektrisch leitfähige Schicht und daraufhin die mindestens eine photoelektrische Vorrichtung angeordnet.
Ein Verfahren zur Herstellung einer transparenten Elektrode auf einem transparenten Substrat umfasst ein Bereitstellen des transparenten Substrats. Eine erste transparente elekt- risch leitfähige Schicht wird auf das transparente Substrat abgeschieden. Die erste transparente elektrisch leitfähige Schicht weist eine Eigenschaft auf. Eine zweite transparente elektrisch leitfähige Schicht wird auf die erste transparente elektrisch leitfähige Schicht abgeschieden. Die zweite trans- parente elektrisch leitfähige Schicht weist eine Eigenschaft auf. Durch das Abscheiden der zweiten transparenten elektrisch leitfähigen Schichten auf der ersten transparenten e- lektrisch leitfähigen Schicht ist die Eigenschaft der zweiten transparenten elektrisch leitfähigen Schicht abhängig von der Eigenschaft der ersten transparenten elektrisch leitfähigen Schicht .
Insbesondere ist in einer Ausführungsform durch das Abscheiden der zweiten transparenten elektrisch leitfähigen Schicht auf die erste transparente elektrisch leitfähige Schicht zu¬ mindest die Kristallinität , Orientierung und/oder Terminie¬ rung der zweiten transparenten elektrisch leitfähigen Schicht abhängig von der ersten transparenten elektrisch leitfähigen Schicht. Die erste transparente elektrisch leitfähige Schicht wird in einem Ausführungsbeispiel bei Prozessparametern abge¬ schieden, die Eigenschaften, beispielsweise bezüglich der 0- berflächenstrukturierbarkeit , der elektrischen Leitfähigkeit und/oder der optischen Transmissivität , der ersten transparenten elektrisch leitfähigen Schicht zur Folge haben, die herkömmlich für transparente elektrisch leitfähige Schichten, die als Elektrode verwendet werden, unerwünscht sind. Diese Eigenschaften der ersten transparenten elektrisch leitfähigen Schicht beeinflussen die Eigenschaften, beispielsweise bezüg¬ lich der Oberflächenstrukturierbarkeit , der elektrischen Leitfähigkeit und/oder der optischen Transmissivität, der zweiten transparenten elektrisch leitfähigen Schicht derart, dass die zweiten transparenten elektrisch leitfähigen Schicht eine vergleichsweise gute Oberflächenstrukturierbarkeit auf¬ weist.
Die Oberflächenstrukturierbarkeit umfasst insbesondere, dass durch eine Strukturierung, beispielsweise ein Ätzen eine mög- liehst homogene Rauhigkeit, eine gute Homogenität und/oder eine gleichmäßig verteilte Dicke jeweils bezogen auf die Sub¬ stratfläche erzeugt werden kann. Weiterhin weist eine Schicht mit besserer Oberflächenstrukturierbarkeit nach der Struktu¬ rierung eine bessere Lichtstreuung auf und entsprechend wird die Einkopplung der einfallenden Strahlung in die photoelektrische Vorrichtung, die auf der transparenten elektrisch leitfähigen Schicht angeordnet ist, erhöht. Weiterhin weist besser gestreutes Licht im Mittel einen längeren Weg in der photoelektrischen Vorrichtung auf, so dass eine höhere Ab- Sorptionswahrscheinlichkeit und damit eine höhere Effektivi¬ tät erreicht wird. Das Abscheiden der ersten und der zweiten transparenten e- lektrisch leitfähigen Schicht kann ein Abscheiden von Zinkoxid, Zinnoxid oder einem anderen transparenten elektrisch leitfähigen Oxid umfassen. So kann die Eigenschaft der trans- parenten Elektrode bezüglich der Oberflächenstrukturierbar- keit möglichst gut angepasst werden.
Das Verfahren umfasst in einer Ausführungsform ein Abscheiden der ersten transparenten elektrisch leitfähigen Schicht bei einer ersten Substrattemperatur und ein Abscheiden der zweiten transparenten elektrisch leitfähigen Schicht bei einer zweiten Substrattemperatur, wobei die erste Substrattempera¬ tur kleiner als die zweite Substrattemperatur ist. Das Verfahren umfasst in einer Ausführungsform ein Abscheiden der ersten transparenten elektrisch leitfähigen Schicht bei einer ersten Leistungsdichte und ein Abscheiden der zweiten transparenten elektrisch leitfähigen Schicht bei einer zweiten Leistungsdichte, wobei die erste Leistungsdichte kleiner als die zweite Leistungsdichte ist.
Insbesondere wird die erste transparente elektrisch leitfähi¬ ge Schicht bei Parametern, beispielsweise Temperatur und/oder Leistungsdichte, abgeschieden, die herkömmlich nicht zu einer vergleichsweise guten Oberflächenstrukturierbarkeit führen. Die zweite transparente elektrisch leitfähige Schicht wird bei Parametern abgeschieden, so dass die zweite transparente elektrisch leitfähige Schicht und damit die transparente e- lektrisch leitfähige Schicht durch die Abhängigkeit von der ersten transparenten elektrisch leitfähigen Schicht eine vergleichsweise gute Oberflächenstrukturierbarkeit aufweist. Die transparente elektrisch leitfähige Schicht weist eine bessere Oberflächenstrukturierbarkeit auf als die erste transparente elektrisch leitfähige Schicht für sich allein genommen.
Weitere Merkmale, Vorteile und Weiterbildungen ergeben sich aus den nachfolgenden in Verbindung mit den Figuren 1 bis 3 erläuterten Beispielen.
Es zeigen: Figur 1 eine schematische Darstellung einer Anordnung gemäß einer Ausführungsform,
Figuren 2A bis 2C eine schematische Darstellung einer Vorrichtung zu verschiedenen Verfahrensschritten gemäß einer Ausführungsform,
Figur 3 eine schematische Darstellung einer Anordnung gemäß einer Ausführungsform. Gleiche, gleichartige und gleichwirkende Elemente sind in den Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
Figur 1 zeigt einen schematischen Querschnitt durch eine Anordnung 100 zur Umwandlung von Strahlungsenergie in elektri- sehe Energie. Die Anordnung 100 weist in der Hauptrichtung der während des Betriebs einfallenden Strahlung ein Substrat 101 und darauf angeordnet eine Passivierungsschicht 102 auf. Auf der Passivierungsschicht ist eine transparente elektrisch leitfähige Schicht 110 angeordnet. Auf der transparent elekt- risch leitfähigen Schicht 110 ist eine photoelektrische Vor¬ richtung 120 angeordnet, in der durch den photoelektrischen Effekt Strahlungsenergie in elektrische Energie umgewandelt werden kann. Auf der photoelektrischen Vorrichtung ist eine Rückkontaktschicht 103 angeordnet.
Das Substrat 101 ist für Sonnenlicht möglichst transparent. Insbesondere ist das Substrat 101 für Licht im sichtbaren Spektrum und im Infrarotbereich besonders durchlässig und weist eine Transparenz von größer als 85 Prozent in einem Wellenlängenbereich von 400 Nanometer bis 1200 Nanometer auf. Das Substrat umfasst beispielsweise Glas, insbesondere eisen- armes Flachglas, Silikatglas oder Walzglas. Das Substrat 101 ist ausgebildet, den Schichtstapel, der auf dem Substrat 101 angeordnet ist, zu tragen.
In einer weiteren Ausführungsform wird der Schichtstapel auf einem flexiblem Substrat, das beispielsweise Aluminium oder Stahl umfasst, abgeschieden. Der Schichtstapel wird auf der dem flexiblem Substrat gegenüberliegenden Seite mit einem transparenten Substrat gekoppelt und das flexible Substrat von dem Schichtstapel abgelöst und entfernt.
In der Haupteinstrahlrichtung des während des Betriebs einfallenden Lichts, die der X-Richtung der Figur 1 entspricht, ist die Passivierungsschicht 102 auf dem Substrat 101 ange¬ ordnet. In einer weiteren Ausführungsform kann auf die Passi- vierungsschicht 102 verzichtet werden, so dass die transpa¬ rente elektrisch leitfähige Schicht 110 direkt auf dem Sub¬ strat 101 angeordnet ist und dieses berührt. Die Passivie¬ rungsschicht 102 umfasst eines aus transparentem Oxid und transparentem Nitrid, beispielsweise Silizium Oxy-Nitrid, Zinkoxid, Titanoxid oder Aluminiumoxid und verringert als
Barriere eine Teilchen- beziehungsweise Molekülbewegung zwischen dem Substrat 101 und der transparenten elektrisch leitfähigen Schicht 110. Die transparente elektrisch leitfähige Schicht 110 umfasst eine erste transparente elektrisch leitfähige Schicht 111 und eine zweite transparente elektrisch leitfähige Schicht 112. In X-Richtung ist die erste transparente elektrisch leitfähige Schicht auf der Passivierungsschicht 102 angeordnet und die zweite transparente elektrisch leitfähige Schicht 112 ist auf der ersten elektrisch leitfähigen Schicht 111 angeordnet. Insbesondere sind die erste transparente elektrisch leitfähi- ge Schicht 111 und die zweite transparente elektrisch leitfä¬ hige Schicht 112 in direkten Kontakt zueinander angeordnet. Die erste elektrisch leitfähige Schicht 111 erstreckt sich möglichst eben und gleichförmig über das Substrat 101. Die erste elektrisch leitfähige Schicht 111 erstreckt sich mög- liehst eben und gleichförmig über die erste elektrisch leitfähige Schicht 111.
Die erste transparente elektrisch leitfähige Schicht 111 und die zweite transparente elektrisch leitfähige Schicht 112, die gemeinsam die transparente elektrisch leitfähige Schicht 110 ausbilden, bilden eine transparente Frontseitenelektrode zur elektrischen Kontaktierung der photoelektrischen Vorrichtung 120. Über die transparente elektrisch leitfähige Schicht 110 kann elektrische Spannung beziehungsweise elektrischer Strom aus der photoelektrischen Vorrichtung 120 abgeleitet werden .
Die photoelektrische Vorrichtung 120 ist in X-Richtung auf der zweiten transparenten elektrisch leitfähigen Schicht 112 angeordnet. Die photoelektrische Vorrichtung 120 umfasst eine p-dotierte Schicht 121 und eine n-dotierte Schicht 123 sowie eine intrinsische Schicht 122, die zwischen der Schicht 121 und der Schicht 123 angeordnet ist. Die p-dotierte Schicht 121 ist in X-Richtung auf der zweiten transparenten elektrisch leitfähigen Schicht 112 angeordnet. In einer weiteren Ausführungsform ist die n-dotierte Schicht auf der zweiten transparenten elektrisch leitfähigen Schicht 112 angeordnet. Die intrinsische Schicht 122 ist eingerichtet, Licht zu ab¬ sorbieren und photoelektrisch umzuwandeln. Die photoelektrische Vorrichtung 120 ist eingerichtet, hauptsächlich Licht in einem Wellenlängenbereich von 400 bis 1200 Nanometer zu absorbieren .
In X-Richtung ist auf der photoelektrischen Anordnung 120 der Rückseitenkontakt 103 angeordnet, der eingerichtet ist, Strom beziehungsweise Spannung aus der photoelektrischen Anordnung 120 abzuführen. In einem weiteren Ausführungsbeispiel ist mindestens eine weitere photoelektrische Anordnung vergleich¬ bar zu der photoelektrischen Anordnung 120 zwischen der transparenten elektrisch leitfähige Schicht 110 und dem Rückseitenkontakt 103 angeordnet. Die transparente elektrisch leitfähige Schicht 110 umfasst Zinkoxid. Die erste transparente elektrisch leitfähige
Schicht 111 und die zweite transparente elektrisch leitfähige Schicht 112 umfassen ebenso jeweils Zinkoxid. Eine dem Sub¬ strat 101 abgewandte Oberfläche 115 der zweiten transparenten elektrisch leitfähige Schicht 112 weist eine möglichst homo¬ gen ausgebildete raue Textur auf, so dass diese Oberfläche ein gutes Streuvermögen für das einfallende Licht in einem Wellenlängenbereich von 400 Nanometer bis 1200 Nanometer aufweist. Dadurch kann die Effektivität der photoelektrischen Anordnung 120 erhöht werden, da der Weg der einfallenden
Strahlung durch die photoelektrische Vorrichtung 120 im Mittel verlängert wird, das einfallende Licht besser in die pho¬ toelektrische Vorrichtung 120 eingekoppelt wird und eine hö- here Absorptionswahrscheinlichkeit der einfallenden Strahlung erreicht wird.
Zudem weist die transparente elektrisch leitfähige Schicht 110 eine möglichst gute optische Transmisivität sowie eine möglichst gute elektrische Leitfähigkeit auf. Die erste transparente elektrisch leitfähige Schicht 111 weist für sich genommen andere Eigenschaften bezüglich der Oberflächenstruk- turierbarkeit , also der Möglichkeit eine homogene rauen Tex- tur auf der Oberfläche auszubilden, der optischen Transmisivität sowie der elektrischen Leitfähigkeit auf als die zweite transparente elektrisch leitfähige Schicht 112, wenn die Schichten 111 und 112 jeweils getrennt voneinander für sich genommen betrachtet werden. Die erste transparente elektrisch leitfähige Schicht 111 weist eine von der zweiten transparen¬ ten elektrisch leitfähigen Schicht 112 verschiedene Kristal- linität, eine verschiedene Orientierung und/oder eine ver¬ schiedene Terminierung auf. Die erste transparente elektrisch leitfähige Schicht 111 weist eine von der zweiten transparen- ten elektrisch leitfähigen Schicht 112 verschiedene Morpholo¬ gie und Struktur auf.
Die zweite transparente elektrisch leitfähige Schicht 112 ist optisch transparenter und besser leitfähig als die erste transparente elektrisch leitfähige Schicht 111, wenn die
Schichten jeweils getrennt voneinander für sich genommen betrachtet werden. Die erste transparente elektrisch leitfähige Schicht 111 weist Eigenschaften auf, so dass die erste trans¬ parente elektrisch leitfähige Schicht 111 für sich alleine genommen nur unzureichend als Frontelektrode verwendet werden könnte. Die Kristallinität , die Orientierung und/oder die Terminierung der zweiten transparenten elektrisch leitfähigen Schicht 112 ist ausgebildet, weil die zweite transparente e- lektrisch leitfähigen Schicht 112 auf der ersten transparenten elektrisch leitfähige Schicht 111 angeordnet ist. Die zweite transparente elektrisch leitfähige Schicht 112 würde für sich alleine genommen bei gleichem Herstellungsprozess eine unterschiedliche Kristallinität , Orientierung und/oder Terminierung ausbilden als bei Anordnung auf der ersten transparenten elektrisch leitfähige Schicht 111.
Die Oberflächenstrukturierbarkeit der elektrisch leitfähigen Schicht 110 entspricht der Oberflächenstrukturierbarkeit der zweiten transparenten elektrisch leitfähigen Schicht 112 in Abhängigkeit der ersten transparenten elektrisch leitfähigen Schicht 111. Eine gute Oberflächenstrukturierbarkeit umfasst insbesondere, dass durch ein Ätzen, beispielsweise mit ver- dünnter Salzsäure, eine möglichst homogene Rauhigkeit bezogen auf die Substratfläche, die zu einer verbesserten Lichtstreu¬ ung führt, auf der Oberfläche 115 der transparenten elekt¬ risch leitfähigen Schicht 110 ausgebildet werden kann. Eine Dicke 113 der ersten transparenten elektrisch leitfähige Schicht 111 in X-Richtung ist größer als etwa 30 Nanometer und kleiner als etwa 400 Nanometer. Insbesondere ist die Di¬ cke 113 kleiner als 100 Nanometer, vorzugsweise kleiner als etwa 50 Nanometer und beispielsweise 40 Nanometer ± 10 %.
Eine Dicke 114 der zweiten transparenten elektrisch leitfähigen Schicht 112 in X-Richtung ist größer als etwa 200 Nanome¬ ter und kleiner als etwa 1000 Nanometer. Insbesondere ist die Dicke 114 größer als etwa 600 Nanometer und kleiner als etwa 900 Nanometer, beispielsweise 800 Nanometer ± 10 %. Die Dicke 114 der zweiten transparenten elektrisch leitfähigen Schicht ist abhängig von einer möglichst guten optischen Transmisivi- tät und elektrischen Leitfähigkeit. Figur 2A zeigt schematisch einen ersten Herstellungsschritt zur Herstellung der Anordnung 100. In X-Richtung wird auf das transparente Substrat 101 die Passivierungsschicht 102 abge- schieden. Auf die Passivierungsschicht 102 wird die erste transparente elektrisch leitfähige Schicht 111 abgeschieden. In einem weiteren Ausführungsbeispiel wird die erste transpa¬ rente elektrisch leitfähige Schicht 111 direkt auf das trans¬ parente Substrat 101 abgeschieden ohne dass zwischen der der ersten transparente elektrisch leitfähige Schicht 111 und dem transparenten Substrat 101 die Passivierungsschicht 102 ange¬ ordnet ist, so dass sich die erste transparente elektrisch leitfähige Schicht 111 und das transparente Substrat 101 be¬ rühren .
Die erste transparente elektrisch leitfähige Schicht wird beispielsweise durch ein Depositionssputterverfahren abgeschieden. Die Eigenschaften der ersten transparenten elektrisch leitfähige Schicht 111, insbesondere bezüglich Oberflä- chenstrukturierbarkeit , optischer Transmisivität oder elekt¬ rischer Leitfähigkeit sind abhängig von Abscheideparametern während des Depositionssputterverfahrens . Parameter, von de¬ nen die Eigenschaften der ersten transparenten elektrisch leitfähige Schicht abhängen, umfassen mindestens eines aus Substrattemperatur, Leistungsdichte, Sauerstoffpartialdruck und Prozessdruck.
Die erste transparente elektrisch leitfähige Schicht 111 wird bei Parametern abgeschieden, bei denen herkömmlich gewünschte Eigenschaften einer Frontelektrode nicht hergestellt werden können. In einem Ausführungsbeispiel wird die erste transpa¬ rente elektrisch leitfähige Schicht 111 bei einer Substrat¬ temperatur von 250 °C ± 10 % bis 350 °C ± 10 % abgeschieden. Die erste transparente elektrisch leitfähige Schicht 111 wird bei einer Leistungsdichte bezogen auf die Erosionsfläche von 0,1 Watt/QuadratZentimeter ± 10 % bis 100
Watt/QuadratZentimeter ± 10 % abgeschieden, insbesondere bei einer Leistungsdichte von 0,5 Watt/QuadratZentimeter ± 10 % bis 5 Watt/QuadratZentimeter ± 10 %. Die erste transparente elektrisch leitfähige Schicht 111 wird bei einem Sauerstoff- partialdruck von lxlO"6 Millibar ± 10 % bis 5xl0"4 Millibar ± 10 % abgeschieden. Die erste transparente elektrisch leitfä- hige Schicht 111 wird bei einem Prozessdruck von lxlO"3 Mil¬ libar ± 10 % bis 50xl0"3 Millibar ± 10 % abgeschieden.
Die erste transparente elektrisch leitfähige Schicht 111 ist als Untergrund für die zweite transparente elektrisch leitfä- hige Schicht 112 ausgebildet. Durch die transparente elekt¬ risch leitfähige Schicht 111 kann die zweite transparente e- lektrisch leitfähige Schicht 112, die im Folgenden abgeschie¬ den wird, mit anderen Abscheideparametern abgeschieden werden, als wenn die transparente elektrisch leitfähige Schicht 110 lediglich die zweite transparente elektrisch leitfähige Schicht 112 als einzige Schicht aufweist.
Figur 2B zeigt einen Schritt während der Herstellung, in dem die zweite transparente elektrisch leitfähige Schicht 112 in X-Richtung auf die erste transparente elektrisch leitfähige Schicht 111 abgeschieden wurde. Die zweite transparente e- lektrisch leitfähige Schicht 112 wird direkt auf die erste transparente elektrisch leitfähige Schicht 111 abgeschieden, so dass sich die erste und die zweite transparente elektrisch leitfähige Schicht jeweils berühren.
Die zweite transparente elektrisch leitfähige Schicht 112 wird mit Abscheideparametern des Depositionssputterverfahrens abgeschieden, die zumindest teilweise von den Abscheidepara¬ metern der ersten transparenten elektrisch leitfähige Schicht
111 verschieden sind. Die zweite transparente elektrisch leitfähige Schicht 112 wird mit Parametern abgeschieden, so dass vorrangig eine besonders gute optische Transmissivität und elektrische Leitfähigkeit der zweiten transparenten e- lektrisch leitfähige Schicht 112 realisiert wird. Dadurch, dass die zweite transparente elektrisch leitfähige Schicht
112 auf die ersten transparenten elektrisch leitfähigen
Schicht 111 abgeschieden wird, weist die zweite transparente elektrisch leitfähige Schicht 112 zusätzlich eine vergleichs¬ weise gut Oberflächenstrukturierbarkeit auf, obwohl die Ab¬ scheideparameter vorrangig auf eine besonders gute optische Transmissivität und elektrische Leitfähigkeit optimiert sind.
Beispielsweise wird die zweite transparente elektrisch leit¬ fähige Schicht 112 bei einer Substrattemperatur von 300 ± 10 % bis 450 °C ± 10 % abgeschieden. Insbesondere wird die zwei¬ te transparente elektrisch leitfähige Schicht 112 bei einer höheren Substrattemperatur als die erste transparente elekt¬ risch leitfähige Schicht 111. Der Abstand der jeweiligen Sub¬ strattemperatur der ersten und der zweiten transparenten e- lektrisch leitfähigen Schicht ist möglichst groß, so dass möglichst große Unterschiede in den Eigenschaften der Schich- ten realisiert werden können. Beispielsweise weisen die Tem¬ peraturen eine Differenz zwischen 50 °C und 200 °C auf.
Die zweite transparente elektrisch leitfähige Schicht 112 wird bei einer Leistungsdichte bezogen auf die Erosionsfläche von 0,1 Watt/QuadratZentimeter ± 10 % bis 100
Watt/QuadratZentimeter ± 10 % abgeschieden, insbesondere bei einer Leistungsdichte von 2 Watt/QuadratZentimeter ± 10 % bis 20 Watt/QuadratZentimeter ± 10 %. Die zweite transparente e- lektrisch leitfähige Schicht 112 wird bei einem Sauerstoff- partialdruck von lxlO"6 Millibar ± 10 % bis 5xl0"5 Millibar ± 10 % abgeschieden. Die zweite transparente elektrisch leitfä¬ hige Schicht 111 wird bei einem Prozessdruck von lxlO"3 Mil- libar ± 10 % bis 50xl0"3 Millibar ± 10 % abgeschieden.
Die erste transparente elektrisch leitfähige Schicht 111 wird mit Parametern abgeschieden, so dass die erste transparente elektrisch leitfähige Schicht 111 andere Eigenschaften bezüg- lieh der Oberflächenstrukturierbarkeit für sich genommen al¬ lein stehend aufweist als die zweite transparente elektrisch leitfähige Schicht 112 für sich genommen allein stehend.
Durch das unmittelbare Abscheiden der zweiten transparenten elektrisch leitfähige Schicht 112 auf die erste transparente elektrisch leitfähige Schicht 111, so dass die transparente elektrisch leitfähige Schicht 110 ausgebildet wird, die als Frontelektrode für eine photoelektrische Anordnung verwendet werden kann, kann die zweite transparente elektrisch leitfä- hige Schicht 112 optimiert auf elektrische Leitfähigkeit und optische Transmissivität abgeschieden werden. Die zweite transparente elektrisch leitfähige Schicht 112 bildet zudem eine vergleichsweise gute Oberflächenstrukturierbarkeit aus, weil sie die erste transparente elektrisch leitfähige Schicht 111 als der Grundlage hat. So kann eine transparente elekt¬ risch leitfähige Schicht 110 ausgebildet werden, die sowohl bezüglich der Oberflächenstrukturierbarkeit als auch der e- lektrischen Leitfähigkeit und der optischen Transmisivität besonders gute Eigenschaften aufweist.
In einer weiten Ausführungsform werden nach dem Abscheiden der ersten transparenten elektrisch leitfähigen Schicht 111 und vor dem Abscheiden der zweiten transparenten elektrisch leitfähigen Schicht 112 eine oder mehrere weitere transparente elektrisch leitfähige Schichten abgeschieden, so dass die transparente elektrisch leitfähige Schicht 110 mit drei oder mehr elektrisch leitfähigen Schicht 110 ausgebildet wird, wie in Verbindung mit Figur 3 erläutert.
Figur 2C zeigt dass die photoelektrische Vorrichtung 120 be¬ ginnend mit der p-dotierten Schichten 121 auf die transparente elektrisch leitfähige Schicht 110 abgeschieden wurde. Vor dem Abscheiden der photoelektrische Vorrichtung 120 und nach dem Abscheiden der zweiten transparenten elektrisch leitfähige Schicht 112 wird die Oberfläche 115 in einem Ätzschritt strukturiert. Beispielsweise wird auf der Oberfläche 115 durch verdünnte Salzsäure eine raue Textur zur Streuung von einfallender Strahlung während des Betriebs ausgebildet. Da¬ durch, dass die zweite transparente elektrisch leitfähige Schicht 112 direkt auf die ersten transparenten elektrisch leitfähigen Schicht 111 abgeschieden wurde und die Kristalli- nität, Orientierung und Terminierung Abhängig von der ersten elektrisch leitfähigen Schicht 111 ausgebildet sind, lässt sich auf der Oberfläche durch das Ätzen eine relativ homogene raue Textur ausbilden.
Auf die n-dotierte Schicht 123 der photoelektrischen Vorrich- tung 120 kann sowohl der Rückseitenkontakt 103 als auch eine weitere photoelektrische Vorrichtung abgeschieden werden oder weitere Schichten, beispielsweise eine Reflektionsschicht .
Die Anordnung 100 mit der photoelektrische Vorrichtung 120 kann in Solarmodulen verwendet werden, die beispielsweise auf transparenten Substraten von etwa einem halben Quadratmeter bis etwa 25 Quadratmeter, aber auch kleiner oder größer, insbesondere auf transparenten Substraten von etwa 1,8 Quadrat- meter bis etwa 5,7 Quadratmeter, als so genannte Dünnschicht¬ solarmodule verwendet werden. Flexible Substrate können eine Breite von bis zu etwa 4,5 Meter aufweisen, insbesondere eine Breite von etwa 0,6 Meter.
Zwei oder mehr Anordnungen 100 können elektrisch in Serie geschaltet werden. Insbesondere in Hinblick auf die erste und zweite transparente elektrisch leitfähige Schicht auf einer relativ großen Fläche, beispielsweise von etwa fünf Quadrat- meter, kann die Oberfläche 115 relativ gut homogen über die gesamte Fläche durch Ätzen strukturiert werden.
Figur 3 zeigte eine weitere Ausführungsform der Anordnung 100. Im Unterschied zu der Ausführungsform, die in Verbindung mit Figur 1 erläutert wurde, umfasst die transparente elekt¬ risch leitfähige Schicht 110 eine dritte transparente elekt¬ risch leitfähige Schicht 116.
Die dritte transparente elektrisch leitfähige Schicht 116 ist zwischen der ersten transparente elektrisch leitfähige
Schicht 111 und der zweiten transparenten elektrisch leitfähige Schicht 112 angeordnet. In einer weiteren Ausführungs¬ form umfasst die transparente elektrisch leitfähige Schicht 110 eine oder mehrere weitere transparente elektrisch leitfä- hige Schichten (nicht gezeigt) , die zwischen der ersten transparenten elektrisch leitfähigen Schicht 111 und der zweiten transparenten elektrisch leitfähigen Schicht 112 angeordnet sind. Die dritte transparente elektrisch leitfähige Schicht 116 weist in X-Richtung einen Gradienten bezüglich der Eigenschaften, beispielsweise der Kristallinität und/oder der Ori¬ entierung, zwischen den Eigenschaften der ersten transparen- ten elektrisch leitfähigen Schicht 111 und der zweiten transparenten elektrisch leitfähigen Schicht 112 auf.
Während der Herstellung der transparenten elektrisch leitfä- higen Schicht 110 wird zuerst die erste transparente elekt¬ risch leitfähige Schicht 111 mit ersten Abscheideparametern abgeschieden. Wenn der Abscheidevorgang der ersten transparenten elektrisch leitfähigen Schicht 111 beendet ist, werden die Abscheideparameter geändert zu den zweiten Abscheidepara- metern, bei denen die zweite transparente elektrisch leitfä¬ hige Schicht 112 abgeschieden wird. Während der Änderung der Abscheideparameter wird die dritte transparente elektrisch leitfähige Schicht 116 abgeschieden. Die dritte transparente elektrisch leitfähige Schicht 116 wird bei sich ändernden Ab- scheideparametern abgeschieden.
Bezugs zeichen
100 Anordnung
101 Substrat
102 Passivierungsschicht
103 Rückkontakt
110 transparente elektrisch leitfähige Schicht
111 erste transparente elektrisch leitfähige Schicht
112 zweite transparente elektrisch leitfähige Schicht 113 Dicke
114 Dicke
115 Oberfläche
116 dritte transparente elektrisch leitfähige Schicht 120 photoelektrische Vorrichtung
121 P-Schicht
122 I-Schicht
123 N-Schicht

Claims

Patentansprüche
1. Anordnung, umfassend:
- ein transparentes Substrat (101),
- mindestens eine transparente elektrisch leitfähige Schicht
(110) auf dem Substrat (101), bei der die mindestens eine transparente elektrisch leitfähige Schicht (110) aufweist:
- mindestens eine erste transparente elektrisch leitfähige Schicht (111),
- mindestens eine zweite transparente elektrisch leitfähige Schicht (112) .
2. Anordnung nach Anspruch 1, bei der die mindestens eine erste transparente elektrisch leitfähige Schicht (111) und die mindestens eine zweite transparente elektrisch leitfähige Schicht (112) jeweils mindestens eine Eigenschaft aufweisen, wobei die mindestens eine Eigenschaft der mindestens einen zweiten transparenten elektrisch leitfähigen Schicht (112) von der mindestens einen Eigenschaft der ersten transparenten elektrisch leitfähigen Schicht (111) abhängig ist.
3. Anordnung nach Anspruch 2, bei der die mindestens eine Eigenschaft jeweils mindestens eines aus Kristallinität , Orien¬ tierung und Terminierung der jeweiligen Schicht (111; 112) umfasst.
4. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei die mindestens eine erste transparente elektrisch leitfähige Schicht
(111) eine Dicke (113) zwischen 30 Nanometer ± 10 % und 400 Nanometer ± 10 % aufweist.
5. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei die mindestens eine zweite transparente elektrisch leitfähige Schicht (112) eine Dicke (114) von mehr als 200 Nanometer aufweist .
6. Anordnung, umfassend:
- eine Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
- mindestens eine photoelektrische Vorrichtung (120) zur Um¬ wandlung von Strahlungsenergie in elektrische Energie auf der mindestens einen transparenten elektrisch leitfähigen Schicht (110) in dieser Reihenfolge in der Hauptrichtung der einfal- lenden Strahlung.
7. Verfahren zur Herstellung einer transparenten Elektrode (110) auf einem transparenten Substrat (101), umfassend
- Bereitstellen des transparenten Substrats (101),
- Abscheiden einer ersten transparenten elektrisch leitfähigen Schicht (111) auf das transparente Substrat (101) mit ei¬ ner Eigenschaft,
- Abscheiden einer zweiten transparenten elektrisch leitfähigen Schicht (112) auf die erste transparente elektrisch leit- fähige Schicht (111) mit einer Eigenschaft, wobei
- die Eigenschaft der zweiten transparenten elektrisch leitfähigen Schicht (111) abhängig von der Eigenschaft der ersten transparenten elektrisch leitfähigen Schicht (112) ist.
8. Verfahren nach Anspruch 7, bei der die jeweilige Eigenschaft der Schicht (111; 112) mindestens eines aus Kristalli- nität, Orientierung und Terminierung der jeweiligen Schicht (112; 112) umfasst.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 8, umfassend:
- Abscheiden der ersten transparenten elektrisch leitfähigen Schicht (111) bei einer ersten Substrattemperatur und - Abscheiden der zweiten transparenten elektrisch leitfähigen Schicht (112) bei einer zweiten Substrattemperatur, wobei
- die erste Substrattemperatur kleiner als die zweite Sub¬ strattemperatur ist.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 9, umfassend:
- Abscheiden der ersten transparenten elektrisch leitfähigen Schicht (111) bei einer ersten Leistungsdichte und
- Abscheiden der zweiten transparenten elektrisch leitfähigen Schicht (112) bei einer zweiten Leistungsdichte, wobei
- die erste Leistungsdichte kleiner als die zweite Leistungs¬ dichte ist.
EP10763151A 2009-10-30 2010-09-16 Anordnung umfassend eine transparente elektrisch leitfähige schicht, anordnung umfassend eine photoelektrische vorrichtung und verfahren zur herstellung einer transparenten elektrode Withdrawn EP2494608A2 (de)

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