EP3114712A2 - RÜCKSEITENKONTAKTIERTE Si-DÜNNSCHICHT-SOLARZELLE - Google Patents

RÜCKSEITENKONTAKTIERTE Si-DÜNNSCHICHT-SOLARZELLE

Info

Publication number
EP3114712A2
EP3114712A2 EP15719595.9A EP15719595A EP3114712A2 EP 3114712 A2 EP3114712 A2 EP 3114712A2 EP 15719595 A EP15719595 A EP 15719595A EP 3114712 A2 EP3114712 A2 EP 3114712A2
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
layer
thickness
absorber
thin
solar cell
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.)
Withdrawn
Application number
EP15719595.9A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Daniel Amkreutz
Jan Haschke
Bernd Rech
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.)
Helmholtz Zentrum Berlin fuer Materialien und Energie GmbH
Original Assignee
Helmholtz Zentrum Berlin fuer Materialien und Energie GmbH
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 Helmholtz Zentrum Berlin fuer Materialien und Energie GmbH filed Critical Helmholtz Zentrum Berlin fuer Materialien und Energie GmbH
Publication of EP3114712A2 publication Critical patent/EP3114712A2/de
Withdrawn legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • 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 System
    • 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
    • H01L31/02—Details
    • H01L31/0216—Coatings
    • H01L31/02161—Coatings for devices characterised by at least one potential jump barrier or surface barrier
    • H01L31/02167—Coatings for devices characterised by at least one potential jump barrier or surface barrier for solar cells
    • 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
    • H01L31/02—Details
    • H01L31/0216—Coatings
    • H01L31/02161—Coatings for devices characterised by at least one potential jump barrier or surface barrier
    • H01L31/02167—Coatings for devices characterised by at least one potential jump barrier or surface barrier for solar cells
    • H01L31/02168—Coatings for devices characterised by at least one potential jump barrier or surface barrier for solar cells the coatings being antireflective or having enhancing optical properties for the solar cells
    • 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
    • H01L31/02—Details
    • H01L31/0224—Electrodes
    • H01L31/022408—Electrodes for devices characterised by at least one potential jump barrier or surface barrier
    • H01L31/022425—Electrodes for devices characterised by at least one potential jump barrier or surface barrier for solar cells
    • H01L31/022441—Electrode arrangements specially adapted for back-contact solar cells
    • 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
    • H01L31/0256—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 the material
    • H01L31/0264—Inorganic materials
    • H01L31/028—Inorganic materials including, apart from doping material or other impurities, only elements of Group IV of the Periodic System
    • H01L31/0288—Inorganic materials including, apart from doping material or other impurities, only elements of Group IV of the Periodic System characterised by the doping material
    • 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
    • H01L31/0352—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 shape or by the shapes, relative sizes or disposition of the semiconductor regions
    • H01L31/035272—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 shape or by the shapes, relative sizes or disposition of the semiconductor regions characterised by at least one potential jump barrier or surface barrier
    • H01L31/03529—Shape of the potential jump barrier or surface barrier
    • 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
    • H01L31/0368—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 polycrystalline semiconductors
    • H01L31/03682—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 polycrystalline semiconductors including only elements of Group IV of the Periodic System
    • 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
    • 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
    • H01L31/06—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 characterised by at least one potential-jump barrier or surface barrier
    • H01L31/072—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 characterised by at least one potential-jump barrier or surface barrier the potential barriers being only of the PN heterojunction type
    • H01L31/0745—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 characterised by at least one potential-jump barrier or surface barrier the potential barriers being only of the PN heterojunction type comprising a AIVBIV heterojunction, e.g. Si/Ge, SiGe/Si or Si/SiC solar cells
    • H01L31/0747—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 characterised by at least one potential-jump barrier or surface barrier the potential barriers being only of the PN heterojunction type comprising a AIVBIV heterojunction, e.g. Si/Ge, SiGe/Si or Si/SiC solar cells comprising a heterojunction of crystalline and amorphous materials, e.g. heterojunction with intrinsic thin layer or HIT® solar cells; solar cells
    • 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
    • H01L31/1804—Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment of these devices or of parts thereof comprising only elements of Group IV of the Periodic System
    • H01L31/182—Special manufacturing methods for polycrystalline Si, e.g. Si ribbon, poly Si ingots, thin films of polycrystalline Si
    • 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
    • H01L31/1804—Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment of these devices or of parts thereof comprising only elements of Group IV of the Periodic System
    • H01L31/182—Special manufacturing methods for polycrystalline Si, e.g. Si ribbon, poly Si ingots, thin films of polycrystalline Si
    • H01L31/1824—Special manufacturing methods for microcrystalline Si, uc-Si
    • 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
    • H01L31/186—Particular post-treatment for the devices, e.g. annealing, impurity gettering, short-circuit elimination, recrystallisation
    • H01L31/1868—Passivation
    • 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
    • H01L31/186—Particular post-treatment for the devices, e.g. annealing, impurity gettering, short-circuit elimination, recrystallisation
    • H01L31/1872—Recrystallisation
    • 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 System
    • 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
    • Y02E10/545—Microcrystalline silicon PV cells
    • 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
    • Y02E10/546—Polycrystalline silicon PV cells
    • 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
    • Y02E10/547—Monocrystalline silicon PV cells
    • 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

Definitions

  • the invention relates to a back-contacted Si thin-film solar cell, at least comprising a crystalline Si absorber layer and arranged on the crystalline Si absorber layer emitter layer
  • Semiconductor materials of different conductivity (absorber and emitter) generated charge carriers arranged on one side.
  • the charge carriers are separated at the pn junction between emitter and absorber layer and fed to the corresponding contact system.
  • Shading losses due to a contact system are avoided during back contact, which increases the efficiency of the solar cell.
  • the possibility can be used to provide further functional layers on the side of the solar cell facing the light incidence.
  • Thin-film solar cells require compared to wafer-based ones
  • a Si absorber layer is applied, which is p-type (see, for example Amkreutz et al. in Solar Energy Materials & Solar Cells 123 (2014) 13-16; Haschke et al. in Solar Energy Materials & Solar Cells 1 15 (2013) 7-10; Dore et al. in EPJ Photovoltaics 4, 40301 (2013)), since this type of conductivity is supported by the impurities diffusing out of the glass substrate in the further process steps, in particular also by the liquid-phase recrystallization of an amorphous or nanocrystalline silicon layer.
  • Both DE 2005 025 125 B4 and DE 10 2010 007 695 A1 describe different contacting systems for back-contacted Si thin-film solar cells. These solar cells have at least one absorber layer and a rear-side emitter layer of semiconductor materials of opposite p- and n-type doping.
  • a passivation / cover / antireflection layer on the side of light incidence is furthermore described for the thin-film solar cell.
  • a buffer layer (a-Si: H) covering the back contact structure is provided for better passivation of the emitter-absorber interface.
  • the thin-film solar cell described there has an intrinsically conductive passivation layer (a-Si: H, intrinsic) between the absorber layer and the emitter layer arranged on the rear side.
  • a-Si: H intrinsically conductive passivation layer
  • the object of the invention is now to provide a further back-contacted Si thin-film solar cell of the type mentioned, which has improved parameters compared to the cited prior art, in particular an increased open circuit voltage, and a method for producing such a back-contacted Si thin film - solar cell.
  • a barrier layer is arranged on a glass substrate to prevent the diffusion of impurities from the substrate into the following layers.
  • the barrier layer is formed of SiOx, SiNx, SiCx, TiO2, AlOx or their mixed alloys (for example: SixOyN, SixOyC) individually or in multilayers which have a
  • At least one layer for optical compensation is arranged on the barrier layer.
  • This layer is made of SiNx, SiOx, SiCx, T1O2, AlOx or their
  • Mixed alloys e.g., SixOyN, SixOyC having a total layer thickness of 20 nm to 250 nm formed, and has one from the substrate, of the
  • Barrier layer and differs from the semiconductor material refractive index. On top of this is a 0.5 nm to 20 nm thin silicon and / or oxygen-containing layer on the side facing away from the light
  • the crystalline Si absorber layer can be produced by a liquid phase crystallization process, it is n-type and has a layer thickness between 200 nm and 40 ⁇ m with a homogeneous one
  • the solution according to the invention is based on an n-type crystalline Si absorber layer.
  • the formation of a very thin S1O2 layer during the liquid-phase crystallization process of the Si layer during the melting of the amorphous or nanocrystalline Si layer and an underlying at least oxygen-containing layer is utilized.
  • the formation of this thin SiO 2 layer renders the application of an n + doped front drift field superfluous, as known in the art.
  • the doping concentration in the specified range causes a higher transverse conductivity in the absorber layer, whereby the horizontal current transport in the solar cell according to the invention is improved. This has a positive effect on the fill factor and the achievable open circuit voltages of the solar cell. Furthermore, with the arrangement according to the invention, a good passivation of the absorptive layer side facing the glass substrate is ensured, whereby recombination losses are reduced.
  • the homogeneous doping of the n-type crystalline Si absorber layer is over its entire thickness
  • ND Co ⁇ 1 / d, where d denotes the thickness of the absorber layer in microns, which is between 200 nm and 40 ⁇ , and Co a
  • an a-Si: H (i) buffer layer and an a-Si: H (p) emitter layer are deposited.
  • a barrier layer having a layer thickness in the range from 50 nm to 1 ⁇ m onto a cleaned glass substrate.
  • the material for the barrier layer is
  • SiO x selected from SiO x , SiN x , SiC x , TiO 2, AlO x or their mixed alloys (eg: SixOyN, SixOyC), wherein the barrier layer as a single layer or in
  • At least one layer which improves the optical properties and has a layer thickness of 20 nm to 250 nm is applied to this barrier layer.
  • the material for the temper layer SiNx, SiOx, SiCx, T1O2, AlOx or the like
  • SiOx, Si Nx, Si x O y N or AI2O3 - is an amorphous or nano-crystalline Si layer and thereon a further layer as a doping source for the n- conductivity of the absorber layer, for example, containing phosphorus or Arsenic or antimony, deposited.
  • This further layer serving as a doping source can also be applied before the application of an amorphous or nanocrystalline Si layer.
  • the Si layer is subsequently crystallized by means of a line energy source by liquid-phase crystallization. In liquid phase crystallization, a very thin SiO 2 passivation layer is formed between precursor layer and silicon absorber.
  • the process parameters are chosen so that the resulting in the absorber layer monocrystalline Si grains in their extension are at least as large as the thickness of the absorber layer.
  • the homogeneous doping for the n-type conductivity of the absorber layer can also be produced by in-situ doping during the deposition of the silicon layer, as provided in a further independent method claim. This can be done for example by a constant doping during the deposition of an amorphous or nanocrystalline Si layer or by local doping, i. by briefly adding mentioned dopants at a certain location.
  • the doping concentration of the absorber layer in a range of 1.5-10 16 cm 3 to 2-10 18 cm 3 or the doping concentration ND of the absorber layer in FIG
  • ND Co ⁇ 1 / d set, where d denotes the thickness of the absorber layer in microns, which is between 200 nm and 40 ⁇ , and Co denotes a surface-related doping whose value is in a range between 6-10 17 ⁇ "3 to 8-10 18 ⁇ " 3 is located.
  • the surface of the n-type crystalline absorber layer thus prepared is then cleaned, on which an a-Si: H (i) buffer layer and an a-Si: H (p) emitter layer are deposited.
  • the back contact is made - as already mentioned - with the prior art by known means.
  • Line power source are known and described for example in DE 2012 004 314 A1 or in Solar Energy Materials & Solar Cells 123 (2014) 13-16 of Amkreutz et al. described.
  • a 250 nm thick SiO x barrier layer is deposited on a glass substrate by means of reactive sputtering.
  • a SiNx tempering layer with a thickness of 70 nm is applied by means of reactive sputtering.
  • the application of the layers can also take place by means of chemical vapor deposition.
  • a 20 nm thin SiOx layer is applied by means of reactive sputtering.
  • a 10 ⁇ thick nanocrystalline Si layer is deposited, on this a phosphorus-containing layer of thickness of 2.5 nm as a doping source.
  • the Si layer is crystallized by means of a line energy source by liquid phase crystallization. This will be on this
  • Layer stack produces a crystalline n-type absorber layer having a thickness of 10 ⁇ , a doping concentration of 1-10 17 cm 3 and monocrystalline Si grains having a vertical extent of> 10 ⁇ .
  • absorber layer / annealing layer is formed during the
  • d denotes the thickness of the absorber layer, which lies between 200 nm and 40 ⁇ m
  • Co denotes a surface-related doping whose value lies in a range between 6-10 17 ⁇ 3 to 8-10 18 ⁇ "3.
  • the corresponding parameter ranges are shown in the figure 1.

Landscapes

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

Abstract

Bei einer rückseitenkontaktierten Si-Dünnschicht-Solarzelle, mindestens aufweisend eine kristalline Si-Absorberschicht sowie eine auf der kristallinen Si-Absorberschicht angeordnete Emitterschicht aus Halbleitermaterialien gegensätzlicher p- und n-Typ Dotierung, ist auf einem Glassubstrat eine Barriereschicht gebildet, die eine Schichtdicke im Bereich von 50 nm bis 1 μm aufweist, ist auf der Barriereschicht mindestens eine die optischen Eigenschaften verbessernde Schicht mit einer Schichtdicke von 40 nm bis 250 nm angeordnet, auf der eine 0,5 nm bis 20 nm dünne Silizium und/oder Sauerstoff enthaltende Schicht angeordnet ist, wobei die kristalline Si-Absorberschicht herstellbar ist durch eine Flüssigphasenkristallisation und n-leitend ist, eine Schichtdicke zwischen 200 nm und 40 μm mit einer homogenen Dotierung zwischen 2⋅1015cm-3 bis 5⋅1018cm-3 über die gesamte Dicke sowie monokristalline Si-Körner aufweist, die in ihrer Ausdehnung mindestens so groß sind wie die Dicke der Absorberschicht, und zwischen der Silizium und/oder Sauerstoff enthaltenden Schicht und der Si-Absorberschicht eine SiO2-Passivierschicht während der Flüssigphasenkristallisation ausgebildet ist.

Description

Bezeichnung
Rückseitenkontaktierte Si-Dünnschicht-Solarzelle Beschreibung
Die Erfindung betrifft eine rückseitenkontaktierte Si-Dünnschicht-Solarzelle, mindestens aufweisend eine kristalline Si-Absorberschicht sowie eine auf der kristallinen Si-Absorberschicht angeordnete Emitterschicht aus
Halbleitermaterialien gegensätzlicher p- und n-Typ Dotierung, und bei der rückseitig auf der Emitterschicht ein Kontaktsystem zur Sammlung von durch Lichteinfall in der Absorberschicht erzeugten Überschussladungsträger angeordnet ist, sowie ein Verfahren zu ihrer Herstellung.
Bei einseitig kontaktierten Solarzellen sind beide Kontaktsysteme zum
Abfließen der durch einfallendes Licht am Übergang von zwei
Halbleitermaterialien unterschiedlicher Leitfähigkeit (Absorber und Emitter) erzeugten Ladungsträger auf einer Seite angeordnet. Die Ladungsträger werden am pn-Übergang zwischen Emitter- und Absorberschicht getrennt und dem entsprechenden Kontaktsystem zugeführt.
Bei der Rückseitenkontaktierung werden Abschattungsverluste durch ein Kontaktsystem vermieden, wodurch die Effizienz der Solarzelle erhöht wird. Außerdem kann die Möglichkeit genutzt werden, auf der dem Lichteinfall zugewandten Seite der Solarzelle weitere funktionelle Schichten vorzusehen.
Dünnschicht-Solarzellen benötigen im Vergleich zu Wafer-basierten
Solarzellen nur einen Bruchteil der Menge des Halbleitermaterials und können direkt auf ein preiswertes Glassubstrat aufgebracht werden.
Den meisten Veröffentlichungen aus dem Stand der Technik ist zu
entnehmen, dass auf ein Glassubstrat mittels Flüssigphasenkristallisation eine Si-Absorberschicht aufgebracht wird, die p-leitend ist (s. beispielsweise Amkreutz et al. in Solar Energy Materials & Solar Cells 123 (2014) 13-16; Haschke et al. in Solar Energy Materials & Solar Cells 1 15 (2013) 7-10; Dore et al. in EPJ Photovoltaics 4, 40301 (2013)), da dieser Leitfähigkeitstyp durch die aus dem Glassubstrat in den weiteren Verfahrensschritten, insbesondere eben auch durch die Flüssigphasenrekristallisation einer amorphen oder nanokristallinen Silizium-Schicht, diffundierenden Verunreinigungen unterstützt wird.
Auch bei den in DE 40 25 31 1 A1 oder in DE 20 2005 019 799 U1
vorgeschlagenen Dünnschicht-Solarzellen wird ebenfalls eine p-leitende Absorberschicht beschrieben.
Alle diese dem Stand der Technik nach bekannten Anordnungen erreichen jedoch keine Leerlaufspannungen > 600 mV.
Sowohl in DE 2005 025 125 B4 als auch in DE 10 2010 007 695 A1 sind unterschiedliche Kontaktierungssysteme für rückseitenkontaktierte Si- Dünnschicht-Solarzellen beschrieben. Diese Solarzellen weisen mindestens eine Absorberschicht und eine rückseitig angeordnete Emitterschicht aus Halbleitermaterialien gegensätzlicher p- und n-Typ-Dotierung auf.
In DE 2005 025 125 B4 ist für die Dünnschicht-Solarzelle weiterhin eine Passivierungs-/Deck-/Antireflexionsschicht auf der Seite des Lichteinfalls beschrieben. Auf der entgegengesetzten Seite des Absorbers, der dem Lichteinfall abgewandten Seite, ist eine die rückseitige Kontaktsstruktur bedeckende Pufferschicht (a-Si:H) zur besseren Passivierung der Grenzfläche zwischen Emitter und Absorber vorgesehen.
Für die Weiterbildung des in DE 2005 025 125 B4 beschriebenen
Kontaktierungssystems, so wie es in DE 10 2010 007 695 A1 dargestellt ist, weist die dort beschriebene Dünnschicht-Solarzelle eine intrinsisch leitfähige Passivierschicht (a-Si:H, intrinsisch) zwischen der Absorberschicht und der rückseitig angeordneten Emitterschicht auf. Aufgabe der Erfindung ist es nun, eine weitere rückseitenkontaktierte Si- Dünnschicht-Solarzelle der eingangs genannten Art anzugeben, die im Vergleich zum erwähnten Stand der Technik verbesserte Parameter, insbesondere eine erhöhte Leerlaufspannung, aufweist, sowie ein Verfahren zur Herstellung einer solchen rückseitenkontaktierten Si-Dünnschicht- Solarzelle.
Die erfindungsgemäße Lösung ist dem Erzeugnisanspruch und den unabhängigen Verfahrensansprüchen zu entnehmen.
Gemäß der erfindungsgemäßen Lösung ist auf einem Glassubstrat eine Barriereschicht angeordnet, die das Diffundieren von Verunreinigungen aus dem Substrat in die folgenden Schichten verhindern soll. Die Barriereschicht ist aus SiOx, SiNx, SiCx, TiO2, AlOx oder deren Mischlegierungen (z.B: SixOyN, SixOyC) einzeln oder in Mehrfachschichten gebildet, die eine
Gesamtschichtdicke im Bereich von 50 nm bis 1 μιη in Abhängigkeit ihres Brechungsindexes aufweist. Auf der Barriereschicht ist mindestens eine Schicht zur optischen Vergütung (Reduzierung der Reflektivität) angeordnet. Diese Schicht wird aus SiNx, SiOx, SiCx, T1O2, AlOx oder deren
Mischlegierungen (z.B: SixOyN, SixOyC) mit einer Gesamtschichtdicke von 20 nm bis 250 nm gebildet, und weist einen vom Substrat, von der
Barriereschicht und vom Halbleitermaterial abweichenden Brechungsindex auf. Darauf ist eine 0,5 nm bis 20 nm dünne Silizium und/oder Sauerstoff enthaltende Schicht auf der dem Lichteinfall abgewandten Seite der
Vergütungsschicht, unmittelbar an die kristalline Si-Absorberschicht angrenzend, angeordnet. Die kristalline Si-Absorberschicht ist herstellbar durch einen Flüssigphasenkristallisationsprozess, sie ist n-leitend und weist eine Schichtdicke zwischen 200 nm und 40 μιη mit einer homogenen
Dotierung zwischen 2-1015 cm 3 bis 5-1018cnr3 über die gesamte Dicke auf. Außerdem sind in der dünnen n-leitenden Si-Absorberschicht monokristalline Si-Körner ausgebildet, die in ihrer Ausdehnung mindestens so groß sind wie die Dicke der Absorberschicht. Zwischen der Silizium und/oder Sauerstoff enthaltenden Schicht und der Absorberschicht bildet sich während der Flüssigphasenkristallisation eine sehr dünne SiO2-Passivierschicht aus.
Die erfindungsgemäße Lösung geht von einer n-leitenden kristallinen Si- Absorberschicht aus. Außerdem wird die Bildung einer sehr dünnen S1O2- Schicht während des Flüssigphasenkristallisationsprozesses der Si-Schicht beim Aufschmelzen der amorphen bzw. nanokristallinen Si-Schicht und einer darunter angeordneten mindestens Sauerstoff enthaltenden Schicht ausgenutzt. Die Bildung dieser dünnen SiO2-Schicht macht das Aufbringen eines n+-dotierten vorderseitigen Driftfeldes - wie aus dem Stand der Technik bekannt - überflüssig.
Die genannten erfindungswesentlichen Merkmale garantieren in ihrer
Kombination und in ihrer Wirkung mit den anderen erwähnten Schichten eine im Vergleich zum Stand der Technik bisher nicht erreichte Leerlaufspannung. Die in dem angegebenen Bereich liegende Dotierungskonzentration bewirkt eine höhere Querleitfähigkeit in der Absorberschicht, wodurch der horizontale Stromtransport in der erfindungsgemäßen Solarzelle verbessert wird. Dies wirkt sich positiv auf den Füllfaktor und die erreichbaren Leerlaufspannungen der Solarzelle aus. Weiterhin ist mit der erfindungsgemäßen Anordnung eine gute Passivierung der dem Glassubstrat zugewandten Absoberschichtseite gewährleistet, wodurch Rekombinationsverluste verringert werden.
In einer anderen Ausführungsform beträgt die homogene Dotierung der n- leitenden kristallinen Si-Absorberschicht über deren gesamte Dicke
1 ,5-1016 cm 3 bis 2-1018 cm 3 . Durch Vergleichmessungen und
Simulationsrechnungen für erfindungsgemäße Anordnungen ist die
Dotierungskonzentration ND bestimmbar durch
ND = Co ■ 1 /d, wobei d die Dicke der Absorberschicht in Mikrometern bezeichnet, die zwischen 200 nm und 40 μιη liegt, und Co eine
flächenbezogene Dotierung kennzeichnet, deren Wert in einem Bereich zwischen 6-1017 μπναη"3 bis 8-1018 μπναττ3 liegt. Mit der erfindungsgemäßen Ausbildung der dünnen n-leitenden kristallinen Si- Absorberschicht ist eine Absorberschicht mit ausreichend guter elektronischer Qualität realisierbar, d.h. die effektive Bulk-Diffusionslänge der Minoritäts- Ladungsträger ist wesentlich größer als die Schichtdicke der Absorberschicht. Es kann damit eine effektive Ladungsträgersammlung gewährleistet werden.
Anschließend werden nach einer Oberflächen-Reinigung der erzeugten n- leitenden Si-Absorberschicht eine a-Si:H(i)-Pufferschicht und eine a-Si:H(p)- Emitterschicht aufgebracht.
Die Rückseitenkontaktierung der erfindungsgemäßen Si-Dünnschicht- Solarzelle kann mit unterschiedlichen - dem Stand der Technik nach
bekannten - Mitteln auf der Emitterschicht ausgeführt werden (s.
beispielsweise Stangl, R. et al.: "Planar rear emitter back contact
amorphous/crystalline Silicon heterojunction solar cells (RECASH /
PRECASH)" in 33rd IEEE Photovoltaic Specialists Conference, San Diego, CA, USA, May 1 1 -16, 2008).
Bei den erfindungsgemäßen Verfahren ist vorgesehen, eine Barriereschicht mit einer Schichtdicke im Bereich von 50 nm bis 1 μιη auf ein gereinigtes Glassubstrat aufzubringen. Das Material für die Barriereschicht wird
ausgewählt aus SiOx, SiNx, SiCx, T1O2, AlOx oder deren Mischlegierungen (z.B: SixOyN, SixOyC), wobei die Barriereschicht als einzelne Schicht oder in
Mehrfachschichten gebildet wird. Anschließend wird mindestens eine die optischen Eigenschaften verbessernde Schicht mit einer Schichtdicke von 20 nm bis 250 nm auf diese Barriereschicht aufgebracht. Als Material für die Vergütungsschicht wird SiNx, SiOx, SiCx, T1O2, AlOx oder deren
Mischlegierungen (z.B: SixOyN, SixOyC) verwendet. Eine 0,5 nm bis 20 nm dünne Silizium und/oder Sauerstoff aufweisende Schicht wird auf die
Vergütungsschicht aufgebracht. Auf dieser Precursorschicht - beispielsweise aus SiOx, Si Nx, Si NxOy oder AI2O3 - wird eine amorphe oder nanokristalline Si-Schicht und darauf eine weitere Schicht als Dotierquelle für die n- Leitfähigkeit der Absorberschicht, beispielsweise enthaltend Phosphor oder Arsen oder Antimon, abgeschieden. Diese weitere als Dotierquelle dienende Schicht kann auch vor dem Aufbringen einer amorphen oder nanokristallinen Si-Schicht aufgebracht werden. In beiden Fällen wird anschließend die Si- Schicht mittels einer Linienenergiequelle durch Flüssigphasenkristallisation kristallisiert. Bei der Flüssigphasenkristallisation entsteht eine sehr dünne SiO2-Passivierschicht zwischen Precursorschicht und Siliziumabsorber. Bei Verwendung von SiNx wird der zur Ausbildung der SiO2-Passivierschicht notwendige Sauerstoff in die amorphe und/oder nanokristalline Siliziumschicht durch direkte Deposition eingebracht. Auf dieser dünnen SiO2-Schicht wird gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren eine n-leitende kristalline Si- Absorberschicht mit einer Schichtdicke zwischen 200 nm und 40 μιη und einer homogenen Dotierung zwischen 2-1015 cm 3 bis 5-1018cm~3 über die gesamte Dicke der Absorberschicht erzeugt. Bei der Herstellung dieser
Absorberschicht werden die Verfahrensparameter so gewählt, dass die in der Absorberschicht entstehenden einkristallinen Si-Körner in ihrer Ausdehnung mindestens so groß sind wie die Dicke der Absorberschicht.
Die homogene Dotierung für die n-Leitfähigkeit der Absorberschicht kann auch durch in-situ Dotierung während der Deposition der Silizium-Schicht erzeugt werden, wie in einem weiteren unabhängigen Verfahrensanspruch vorgesehen. Dies kann beispielsweise durch eine konstante Dotierung während der Deposition einer amorphen oder nanokristallinen Si-Schicht erfolgen oder auch durch lokale Dotierung, d.h. durch kurzzeitiges Zufügen erwähnter Dotanden an einem bestimmten Ort.
In Ausführungsformen ist vorgesehen, die Dotierungskonzentration der Absorberschicht in einem Bereich von 1 ,5-1016 cm 3 bis 2-1018 cm 3 zu erzeugen bzw. die Dotierungskonzentration ND der Absorberschicht in
Abhängigkeit ihrer Dicke gemäß ND = Co ■ 1 /d einzustellen, wobei d die Dicke der Absorberschicht in Mikrometern bezeichnet, die zwischen 200 nm und 40 μιη liegt, und Co eine flächenbezogene Dotierung kennzeichnet, deren Wert in einem Bereich zwischen 6-1017 μπναη"3 bis 8-1018 πναη"3 liegt. Die Oberfläche der so hergestellten n-leitenden kristallinen Absorberschicht wird anschließend gereinigt, auf ihr wird eine a-Si:H(i)-Pufferschicht und eine a-Si:H(p)-Emitterschicht aufgebracht. Die Rückseitenkontaktierung erfolgt - wie bereits erwähnt - mit dem Stand der Technik nach bekannten Mitteln.
Verfahren zur Flüssigphasenkristallisation unter Verwendung einer
Linienenergiequelle sind bekannt und beispielsweise in DE 2012 004 314 A1 oder in Solar Energy Materials & Solar Cells 123 (2014) 13 - 16 von Amkreutz et al. beschrieben.
Die Erfindung wird in folgendem Ausführungsbeispiel näher beschrieben.
Auf ein Glassubstrat wird mittels reaktivem Kathodenzerstäuben eine 250 nm dicke SiOx-Barriereschicht abgeschieden. Darauf wird zunächst eine SiNx- Vergütungsschicht mit 70 nm Dicke mittels reaktivem Kathodenzerstäuben aufgebracht. Das Aufbringen der Schichten kann auch mittels chemischer Gasphasenabscheidung erfolgen. Anschließend wird eine 20 nm dünne SiOx- Schicht mittels reaktivem Kathodenzerstäuben aufgebracht. Darauf wird eine 10 μιη dicke nanokristalline Si-Schicht abgeschieden, auf dieser eine phosphorhaltige Schicht einer Dicke von 2,5 nm als Dotierquelle.
Anschließend wird die Si-Schicht mittels einer Linienenergiequelle durch Flüssigphasenkristallisation kristallisiert. Dadurch wird auf diesem
Schichtstapel eine kristalline n-leitende Absorberschicht erzeugt, die eine Dicke von 10 μιη, eine Dotierkonzentration von 1 -1017cm 3 und einkristalline Si-Körner mit einer vertikalen Ausdehnung von > 10 μιη aufweist. An der Grenzfläche Absorberschicht/Vergütungsschicht entsteht während der
Flüssigphasenkristallisation eine dünne - nur wenige nm dicke - S1O2- Passivierschicht. Anschließend werden nach einer nasschemischen
Reinigung der Absorberschicht eine a-Si:H(i)-Pufferschicht und eine a-Si:H(p)- Emitterschicht aufgebracht, die dann mit einem dem Stand der Technik nach bekannten rückseitigen Kontaktierungssystem versehen werden. Die Dotierungskonzentration der Absorberschicht ND kann in einem
ausgewählten Parameterbereich bestimmt werden durch die Gleichung
ND = Co ■ 1/d,
wobei d die Dicke der Absorberschicht bezeichnet, die zwischen 200 nm und 40 μιη liegt, und Co eine flächenbezogene Dotierung kennzeichnet, deren Wert in einem Bereich zwischen 6-1017 μπναττ3 bis 8-1018 μπναη"3 liegt. Die entsprechenden Parameterbereiche sind in der Figur 1 dargestellt.
Messungen haben bestätigt, dass erfindungsgemäße rückseitenkontaktierte Solarzellen Leerlaufspannungen oberhalb von 625 mV aufweisen, wenn die angegebenen Parameter eingehalten werden. Dieses Ergebnis ist in Figur 2 dargestellt.

Claims

Patentansprüche
1 . Rückseitenkontaktierte Si-Dünnschicht-Solarzelle, mindestens aufweisend eine kristalline Si-Absorberschicht sowie eine auf der kristallinen Si- Absorberschicht angeordnete Emitterschicht aus Halbleitermaterialien gegensätzlicher p- und n-Typ Dotierung, und rückseitig ein Kontaktsystem zur Sammlung von durch Lichteinfall in der Absorberschicht erzeugten
Überschussladungsträger angeordnet ist,
dadurch gekennzeichnet, dass
- auf einem Glassubstrat eine Barriereschicht gebildet ist, die eine
Schichtdicke im Bereich von 50 nm bis 1 μιη aufweist,
- auf der Barriereschicht mindestens eine Schicht zur optischen Vergütung mit einer Schichtdicke von 40 nm bis 250 nm angeordnet ist,
- auf der mindestens einen die optischen Eigenschaften verbessernden
Schicht eine an die kristalline Si-Absorberschicht angrenzende 0,5 nm bis 20 nm dünne Silizium und/oder Sauerstoff enthaltende Schicht angeordnet ist, und
- die kristalline Si-Absorberschicht herstellbar durch eine
Flüssigphasenkristallisation und n-leitend ist, eine Schichtdicke zwischen 200 nm und 40 μιη mit einer homogenen Dotierung zwischen 2-1015 cm 3 bis 5-1018cm~3 über die gesamte Dicke sowie monokristalline Si-Körner aufweist, die in ihrer Ausdehnung mindestens so groß sind wie die Dicke der
Absorberschicht und
- zwischen der Silizium und/oder Sauerstoff enthaltenden Schicht und der Si- Absorberschicht eine SiO2-Passivierschicht während der
Flüssigphasenkristallisation ausgebildet ist.
2. Rückseitenkontaktierte Si-Dünnschicht-Solarzelle nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass
die Barriereschicht aus SiOx, SiNx, SiCx, T1O2, AlOx oder deren
Mischlegierungen als einzelne Schicht oder in Mehrfachschichten gebildet ist.
3. Rückseitenkontaktierte Si-Dünnschicht-Solarzelle nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass
die mindestens eine Schicht zur optischen Vergütung aus SiNx, SiOx, SiCx, T1O2, AlOx oder deren Mischlegierungen gebildet ist.
4. Rückseitenkontaktierte Si-Dünnschicht-Solarzelle nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass
die homogene Dotierung der n-leitenden kristallinen Si-Absorberschicht über deren gesamte Dicke 1 ,5-1016 cm 3 bis 2-1018 cm 3 beträgt.
5. Rückseitenkontaktierte Si-Dünnschicht-Solarzelle Anspruch 1 ,
dadurch gekennzeichnet, dass
die homogene Dotierung der n-leitenden kristallinen Si-Absorberschicht bestimmbar ist gemäß der Formel ND = Co■ 1 /d, wobei d die Dicke der Absorberschicht in Mikrometern bezeichnet, die zwischen 200 nm und 40 μιη liegt, und Co eine flächenbezogene Dotierung kennzeichnet, deren Wert in einem Bereich zwischen 6-1017 μπναη"3 bis 8-1018 πναη"3 liegt.
6. Verfahren zur Herstellung einer rückseitenkontaktierten Si-Dünnschicht- Solarzelle gemäß mindestens einem der Ansprüche 1 bis 5, mit mindestens folgenden Verfahrensschritten:
- Aufbringen einer Barriereschicht aus SiOx, SiNx, SiCx, T1O2, AlOx oder deren Mischlegierungen als einzelne Schicht oder in Mehrfachschichten mit einer Schichtdicke im Bereich von 50 nm bis 1 μιη auf ein gereinigtes
Glassubstrat,
- anschließendes Deponieren mindestens einer Schicht zur optischen
Vergütung aus SiNx, SiOx, SiCx, T1O2, AlOx oder deren Mischlegierungen mit einer Schichtdicke von 40 nm bis 250 nm auf diese Barriereschicht,
- danach wird eine SiO2-Passivierschicht auf der Vergütungsschicht dadurch erzeugt, dass zunächst eine Schicht abgeschieden wird, die als Precursor Silizium und/oder Sauerstoff enthält, darauf eine amorphe oder nanokristalline Si-Schicht und darauf eine weitere Schicht als Dotierquelle für die n-Leitfähigkeit der Absorberschicht abgeschieden wird und
- anschließend eine Flüssigphasenkristallisation der Si-Schicht durchgeführt wird, wobei angrenzend an die SiO2-Passivierschicht eine n-leitende kristalline Si-Absorberschicht mit einer Schichtdicke zwischen 200 nm und 40 μιη und einer homogenen Dotierung zwischen 2-1015cnr3 bis 5-1018cnr3 über die gesamte Dicke der Absorberschicht erzeugt wird, die einkristalline Si-Körner aufweist, deren vertikale Ausdehnung größer ist als die Dicke der Absorberschicht.
7. Verfahren zur Herstellung einer rückseitenkontaktierten Si-Dünnschicht- Solarzelle gemäß mindestens einem der Ansprüche 1 bis 5, mit mindestens folgenden Verfahrensschritten:
- Aufbringen einer Barriereschicht aus SiOx, SiNx, SiCx, T1O2, AlOx oder deren Mischlegierungen als einzelne Schicht oder in Mehrfachschichten mit einer Schichtdicke im Bereich von 50 nm bis 1 μιη auf ein gereinigtes
Glassubstrat,
- anschließendes Deponieren mindestens einer Schicht zur optischen
Vergütung aus SiNx, SiOx, SiCx, T1O2, AlOx oder deren Mischlegierungen mit einer Schichtdicke von 40 nm bis 250 nm auf diese Barriereschicht,
- danach wird eine SiO2-Passivierschicht auf der Vergütungsschicht dadurch erzeugt, dass zunächst eine Schicht abgeschieden wird, die als Precursor Silizium und/oder Sauerstoff enthält, darauf wird eine weitere Schicht als Dotierquelle für die n-Leitfähigkeit der Absorberschicht abgeschieden und darauf eine amorphe oder nanokristalline Si-Schicht und
- anschließend eine Flüssigphasenkristallisation der Si-Schicht durchgeführt wird, wobei angrenzend an die SiO2-Passivierschicht eine n-leitende kristalline Si-Absorberschicht mit einer Schichtdicke zwischen 200 nm und 40 μιη und einer homogenen Dotierung zwischen 2-1015cm~3 bis 5-1018cm~3 über die gesamte Dicke der Absorberschicht erzeugt wird, die einkristalline Si-Körner aufweist, deren vertikale Ausdehnung größer ist als die Dicke der Absorberschicht.
8. Verfahren zur Herstellung einer rückseitenkontaktierten Si-Dünnschicht- Solarzelle gemäß mindestens einem der Ansprüche 1 bis 5, mit mindestens folgenden Verfahrensschritten:
- Aufbringen einer Barriereschicht aus SiOx, SiNx, SiCx, T1O2, AlOx oder deren Mischlegierungen als einzelne Schicht oder in Mehrfachschichten mit einer Schichtdicke im Bereich von 50 nm bis 1 μιη auf ein gereinigtes
Glassubstrat,
- anschließendes Deponieren mindestens einer Schicht zur optischen
Vergütung aus SiNx, SiOx, SiCx, T1O2, AlOx oder deren Mischlegierungen mit einer Schichtdicke von 40 nm bis 250 nm auf diese Barriereschicht,
- danach wird eine SiO2-Passivierschicht auf der Vergütungsschicht dadurch erzeugt, dass zunächst eine Schicht abgeschieden wird, die als Precursor Silizium und/oder Sauerstoff enthält, darauf eine amorphe oder
nanokristalline Si-Schicht, für die die Dotierung durch in-situ Dotierung während der Deposition der Silizium-Schicht erzeugt wird,
- anschließend eine Flüssigphasenkristallisation der Si-Schicht durchgeführt wird, wobei angrenzend an die SiO2-Passivierschicht eine n-leitende kristalline Si-Absorberschicht mit einer Schichtdicke zwischen 200 nm und 40 μιη und einer Dotierung zwischen 2-1015cm~3 bis 5-1018cm~3 über die gesamte Dicke der Absorberschicht erzeugt wird, die einkristalline Si-Körner aufweist, deren vertikale Ausdehnung größer ist als die Dicke der
Absorberschicht.
9. Verfahren zur Herstellung einer rückseitenkontaktierten Si-Dünnschicht- Solarzelle nach einem der Ansprüche 6 bis 8,
dadurch gekennzeichnet, dass
als Precursorschicht eine SiNxOy-Schicht, SiNx- oder eine Al2O3-Schicht verwendet wird.
10. Verfahren zur Herstellung einer rückseitenkontaktierten Si-Dünnschicht- Solarzelle nach einem der Ansprüche 6 bis 8,
dadurch gekennzeichnet, dass
als Dotierstoffe Phosphor oder Arsen oder Antimon verwendet werden.
1 1 . Verfahren zur Herstellung einer rückseitenkontaktierten Si-Dünnschicht- Solarzelle nach einem der Ansprüche 6 bis 8,
dadurch gekennzeichnet, dass
die homogene Dotierung der Absorberschicht zwischen 1 ,5-1016 cm 3 bis 2- 1018 cm 3 eingestellt wird.
12. Verfahren zur Herstellung einer rückseitenkontaktierten Si-Dünnschicht- Solarzelle nach einem der Ansprüche 6 bis 8,
dadurch gekennzeichnetet, dass
bei Verwendung von SiNx der zur Ausbildung der SiO2-Passivierschicht notwendige Sauerstoff in die amorphe und/oder nanokristalline Siliziumschicht durch direkte Deposition eingebracht wird.
EP15719595.9A 2014-03-04 2015-03-04 RÜCKSEITENKONTAKTIERTE Si-DÜNNSCHICHT-SOLARZELLE Withdrawn EP3114712A2 (de)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102014102864.3A DE102014102864A1 (de) 2014-03-04 2014-03-04 Rückseitenkontaktierte Si-Dünnschicht-Solarzelle
PCT/DE2015/100085 WO2015131881A2 (de) 2014-03-04 2015-03-04 RÜCKSEITENKONTAKTIERTE Si-DÜNNSCHICHT-SOLARZELLE

Publications (1)

Publication Number Publication Date
EP3114712A2 true EP3114712A2 (de) 2017-01-11

Family

ID=53039135

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
EP15719595.9A Withdrawn EP3114712A2 (de) 2014-03-04 2015-03-04 RÜCKSEITENKONTAKTIERTE Si-DÜNNSCHICHT-SOLARZELLE

Country Status (5)

Country Link
US (1) US10074758B2 (de)
EP (1) EP3114712A2 (de)
JP (1) JP6635934B2 (de)
DE (2) DE102014102864A1 (de)
WO (1) WO2015131881A2 (de)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102014102864A1 (de) 2014-03-04 2015-09-10 Helmholtz-Zentrum Berlin Für Materialien Und Energie Gmbh Rückseitenkontaktierte Si-Dünnschicht-Solarzelle
CN110098269A (zh) * 2019-04-29 2019-08-06 北京铂阳顶荣光伏科技有限公司 薄膜太阳能电池及其制备方法

Family Cites Families (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2740284B2 (ja) 1989-08-09 1998-04-15 三洋電機株式会社 光起電力素子
DE102005025125B4 (de) 2005-05-29 2008-05-08 Hahn-Meitner-Institut Berlin Gmbh Verfahren zur Herstellung einer einseitig kontaktierten Solarzelle und einseitig kontaktierte Solarzelle
DE202005019799U1 (de) 2005-12-13 2006-03-02 Hahn-Meitner-Institut Berlin Gmbh Amorph/kristalline Silizium-Heterosolarzelle
US20080072953A1 (en) * 2006-09-27 2008-03-27 Thinsilicon Corp. Back contact device for photovoltaic cells and method of manufacturing a back contact device
DE102007009924A1 (de) * 2007-02-27 2008-08-28 Carl Zeiss Laser Optics Gmbh Durchlaufbeschichtungsanlage, Verfahren zur Herstellung kristalliner Dünnschichten und Solarzellen sowie Solarzelle
DE102010007695A1 (de) 2010-02-09 2011-08-11 Helmholtz-Zentrum Berlin für Materialien und Energie GmbH, 14109 Rückseitenkontaktierte Solarzelle mit unstrukturierter Absorberschicht
US20120018733A1 (en) * 2010-07-23 2012-01-26 Venkatraman Prabhakar Thin Film Solar Cells And Other Devices, Systems And Methods Of Fabricating Same, And Products Produced By Processes Thereof
DE102012004314A1 (de) 2012-02-29 2013-08-29 Helmholtz-Zentrum Berlin Für Materialien Und Energie Gmbh Verfahren zur Herstellung einer dünnen Si-Absorberschicht, Dünnschicht-Silizium-Absorber und seine Verwendung
DE102014102864A1 (de) 2014-03-04 2015-09-10 Helmholtz-Zentrum Berlin Für Materialien Und Energie Gmbh Rückseitenkontaktierte Si-Dünnschicht-Solarzelle

Non-Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
ANDRA GUDRUN ET AL: "Multicrystalline silicon thin film solar cells based on a two-step liquid phase laser crystallization process", 2013 IEEE 39TH PHOTOVOLTAIC SPECIALISTS CONFERENCE (PVSC), IEEE, 16 June 2013 (2013-06-16), pages 1330 - 1333, XP032568650, DOI: 10.1109/PVSC.2013.6744388 *
S. VARLAMOV ET AL: "Polycrystalline silicon on glass thin-film solar cells: A transition from solid-phase to liquid-phase crystallised silicon", SOLAR ENERGY MATERIALS AND SOLAR CELLS., vol. 119, 1 December 2013 (2013-12-01), NL, pages 246 - 255, XP055565813, ISSN: 0927-0248, DOI: 10.1016/j.solmat.2013.08.001 *
See also references of WO2015131881A2 *

Also Published As

Publication number Publication date
JP2017507496A (ja) 2017-03-16
US20170018668A1 (en) 2017-01-19
JP6635934B2 (ja) 2020-01-29
WO2015131881A2 (de) 2015-09-11
WO2015131881A3 (de) 2015-10-29
DE102014102864A1 (de) 2015-09-10
DE202015009864U1 (de) 2020-10-26
US10074758B2 (en) 2018-09-11

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP0025872B1 (de) Halbleiterbauelement für die Umsetzung solarer Strahlung in elektrische Energie
EP2478564B1 (de) Kristalline solarzelle sowie verfahren zur herstellung einer solchen
EP3378104B1 (de) Solarzelle mit mehreren durch ladungsträger-selektive kontakte miteinander verbundenen absorbern
EP2443669B1 (de) Halbleitervorrichtung und herstellungsverfahren einer halbleitervorrichtung
DE102011018268A1 (de) Single Junction CIGS/CIC Solar Module
EP2758993B1 (de) Dünnschichtsolarmodul mit serienverschaltung und verfahren zur serienverschaltung von dünnschichtsolarzellen
DE102008055028A1 (de) Solarzelle
DE102004031950A1 (de) Halbleiter/Elektroden-Kontaktstruktur und eine solche verwendendes Halbleiterbauteil
DE4010302B4 (de) Verfahren zum Herstellen einer fotovoltaischen Einrichtung
DE102012212447A1 (de) Photovoltaikeinheit mit mehreren Grenzschichten und Verfahren zu dessen Herstellung
DE102010006314A1 (de) Photovoltaische Mehrfach-Dünnschichtsolarzelle
DE112012001058B4 (de) Verfahren zur herstellung einer tandem-photovoltaikeinheit
DE102008064685A1 (de) Solarzelle
DE102012218265B4 (de) Rückseitenfeld-Strukturen für Mehrfachübergang-III-V-Photovoltaikeinheiten und Verfahren zum Herstellen einer Mehrfachübergang-III-V-Photovoltaikeinheit
DE112011101267T5 (de) Mehrlagige Photovoltaikzelle mit P/N- und Schottky-Übergang und Verfahren zu deren Herstellung
EP0472054A1 (de) Photozelle mit amorphem, wasserstoffhaltigem Kohlenstoff
DE102021000501A1 (de) Passivierende und leitende Schichtstruktur für Solarzellen
DE102016116192B3 (de) Photovoltaikmodul mit integriert serienverschalteten Stapel-Solarzellen und Verfahren zu seiner Herstellung
WO2015131881A2 (de) RÜCKSEITENKONTAKTIERTE Si-DÜNNSCHICHT-SOLARZELLE
DE102010037355A1 (de) Kristalline Solarzelle und Verfahren zur Herstellung einer solchen
DE102013217653B4 (de) Photovoltaische Solarzelle und Mehrfachsolarzelle
DE102011001937A1 (de) Siliziumsolarzelle mit einem Heterojunction-pn-Übergang und Verfahren zu deren Herstellung
DE102009029017A1 (de) Halbleiter-Schichtmaterial und Heteroübergangs-Solarzelle
DE112013001688B4 (de) Photovoltaikeinheit mit Bandstoppfilter
DE102009040670A1 (de) Verfahren zur Herstellung einer einseitig kontaktierbaren Solarzelle

Legal Events

Date Code Title Description
STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: THE INTERNATIONAL PUBLICATION HAS BEEN MADE

PUAI Public reference made under article 153(3) epc to a published international application that has entered the european phase

Free format text: ORIGINAL CODE: 0009012

STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: REQUEST FOR EXAMINATION WAS MADE

17P Request for examination filed

Effective date: 20161004

AK Designated contracting states

Kind code of ref document: A2

Designated state(s): AL AT BE BG CH CY CZ DE DK EE ES FI FR GB GR HR HU IE IS IT LI LT LU LV MC MK MT NL NO PL PT RO RS SE SI SK SM TR

AX Request for extension of the european patent

Extension state: BA ME

DAV Request for validation of the european patent (deleted)
DAX Request for extension of the european patent (deleted)
STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: EXAMINATION IS IN PROGRESS

17Q First examination report despatched

Effective date: 20190313

GRAP Despatch of communication of intention to grant a patent

Free format text: ORIGINAL CODE: EPIDOSNIGR1

STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: GRANT OF PATENT IS INTENDED

INTG Intention to grant announced

Effective date: 20200721

STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: THE APPLICATION IS DEEMED TO BE WITHDRAWN

18D Application deemed to be withdrawn

Effective date: 20201201