JP2015522216A - 薄膜ソーラーセルを製造するための、ドーパントカチオンを有する微孔性のアニオン性無機骨格構造の使用 - Google Patents
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Abstract
Description
− 少なくとも1つの基板層、特にガラス板を有するか又はガラス板の形の少なくとも1つの基板層、
− 場合により、少なくとも1つの第1の、特に非導電性の遮断層、
− 少なくとも1つの裏面電極層、
− 場合により、少なくとも1つの第2の、導電性の遮断層及び少なくとも1つの、特にオーム性接触層、
− 少なくとも1つの、特に前記裏面電極層又は前記接触層に直接隣接する半導体吸収層、特にカルコパイライト系又はケステライト系半導体吸収層、
− 場合により、少なくとも第1の緩衝層、
− 場合により、少なくとも1つの第2の緩衝層、及び
− 少なくとも1つの前面電極層
を有する。
− 基板、特に平坦な基板、特にガラス板を有するか又はガラス板の形の基板を準備する工程、
− 場合により、前記基板上に、第1の、特に非導電性の遮断層を設ける工程、
− 少なくとも1つの第1の材料ソースから物理気相堆積及び/又は化学気相堆積によって、前記基板又は第1の遮断層上に、少なくとも1つの裏面電極層を設ける工程、
− 場合により、少なくとも1つの第2の材料ソースから物理気相堆積及び/又は化学気相堆積によって、前記少なくとも1つの裏面電極層上に、少なくとも1つの第2の導電性遮断層を設けかつ、
少なくとも1つの第3の材料ソースから物理気相堆積及び/又は化学気相堆積によって、第2の遮断層上に、少なくとも1つの、特にオーム性の接触層を設けるか又は
少なくとも1つの第4の材料ソースから物理気相堆積及び/又は化学気相堆積によって、第2の遮断層上に、前記接触層を一緒に形成する少なくとも1つの第1の金属層を設ける工程、
− 少なくとも1つの第5の材料ソースから物理気相堆積及び/又は化学気相堆積によって、前記裏面電極層又は前記接触層上に、半導体吸収層の金属成分を含む、特にカルコパイライト系半導体吸収層のためには銅、インジウム及び場合によりガリウムを、ケステライト系半導体吸収層のためには銅、亜鉛及びスズを含む、少なくとも1つの第2の金属層を堆積させる工程、
− 少なくとも1つの第6の材料ソースから、特に少なくとも1つの湿式化学堆積プロセスによって及び/又は物理気相堆積及び/又は化学気相堆積によって、前記基板層上に、及び/又は前記裏面電極層上に、及び/又は場合により第1及び/又は第2の遮断層上に、及び/又は場合により前記接触層上に及び/又は場合により第1の金属層上に、及び/又は第2の金属層上に、微孔性のアニオン性無機骨格構造、特にケイ酸塩骨格又はゲルマニウム酸塩骨格を堆積させる工程、及び/又は前記骨格構造を少なくとも1つの裏面電極層と共に、場合により少なくとも1つの第1及び/又は第2の遮断層と共に及び/又は場合により少なくとも1つの前記接触層と共に及び/又は場合により少なくとも1つの第1の金属層と共に、及び/又は少なくとも1つの第2の金属層と共に共堆積させる工程
− 第2の金属層を、前記裏面電極層上に又は場合により前記接触層上に又は場合により第1の金属層上に設ける場合に、少なくとも1つの硫黄化合物及び/又はセレン化合物及び/又はガス状の単体セレン及び/又は硫黄で、300℃を超える温度で、特に350℃〜600℃の範囲内の温度で、好ましくは520℃〜600℃の範囲内の温度で、半導体吸収層を形成させながら処理する工程、
− 場合により、前記半導体吸収層上に、少なくとも1つの第1の緩衝層を設ける工程、
− 場合により、第1の緩衝層又は前記半導体吸収層上に、少なくとも1つの第2の緩衝層を設ける工程、
− 第1又は第2の緩衝層又は前記半導体吸収層上に、少なくとも1つの透明な前面電極層を設ける工程
を有することが予定されている。
Claims (50)
- 薄膜ソーラーセル又は薄膜ソーラーモジュールでの、特にガラス基板層を基礎とする薄膜ソーラーセル又は薄膜ソーラーモジュールでの、前記薄膜ソーラーセル又は薄膜ソーラーモジュールから不純物を吸収するための、微孔性のアニオン性無機骨格構造、特にケイ酸塩骨格又はゲルマニウム酸塩骨格の使用。
- 前記微孔性のアニオン性無機骨格構造、特にケイ酸塩骨格又はゲルマニウム酸塩骨格が、前記薄膜ソーラーセル又は前記薄膜ソーラーモジュールの少なくとも1つの裏面電極層、少なくとも1つの接触層及び/又は少なくとも1つの半導体吸収層中に存在することを特徴とする、請求項1に記載の使用。
- 前記薄膜ソーラーセル又は前記薄膜ソーラーモジュール、特に前記薄膜ソーラーセル又は前記薄膜ソーラーモジュールの少なくとも1つの半導体吸収層は、一価のドーパントカチオン、特にアルカリ金属イオンを有することを特徴とする、請求項2に記載の使用。
- 薄膜ソーラーセル又は薄膜ソーラーモジュールの、特にガラス基板層を基礎とする薄膜ソーラーセル又は薄膜ソーラーモジュールの、一価のドーパントカチオンを備えた半導体吸収層を製造するための、微孔内に前記一価のドーパントカチオン、特にアルカリ金属イオンを有する微孔性のアニオン性無機骨格構造、特にケイ酸塩骨格又はゲルマニウム酸塩骨格の使用。
- 前記薄膜ソーラーセル又は前記薄膜ソーラーモジュールの少なくとも1つの裏面電極層、少なくとも1つの接触層及び/又は少なくとも1つの半導体吸収層内への流出によって一価のドーパントカチオン、特にアルカリ金属イオンが除かれた微孔性のアニオン性無機骨格構造、特にケイ酸塩骨格又はゲルマニウム酸塩骨格が、前記薄膜ソーラーセル又は前記薄膜ソーラーモジュールの少なくとも1つの裏面電極層、少なくとも1つの接触層及び/又は少なくとも1つの半導体吸収層中に存在することを特徴とする、請求項4に記載の使用。
- 薄膜ソーラーセル又は薄膜ソーラーモジュールの半導体吸収層を一価のドーパントカチオンでドーピングするための、微孔内に前記一価のドーパントカチオン、特にアルカリ金属イオンを有する微孔性のアニオン性無機骨格構造、特にケイ酸塩骨格又はゲルマニウム酸塩骨格の使用。
- 前記微孔性のアニオン性無機骨格構造、特にケイ酸塩骨格が、四面体構造単位を有するか又は四面体構造単位から形成されていることを特徴とする、請求項1から6までのいずれか1項に記載の使用。
- 前記骨格構造、特に前記ケイ酸塩骨格が吸湿性ではないことを特徴とする、請求項1から7までのいずれか1項に記載の使用。
- 前記骨格構造、特に前記ケイ酸塩骨格又は前記ゲルマニウム酸塩骨格の微孔が、前記微孔中の一価のドーパントカチオン、特にアルカリ金属イオンを前記吸収層の金属の金属イオン、例えばCu+、Ga3+及び/又はIn3+と交換することができる開口直径を有することを特徴とする、請求項4から8までのいずれか1項に記載の使用。
- 前記ケイ酸塩骨格が、アルミノケイ酸塩骨格、チタンアルミノケイ酸塩骨格、ホウケイ酸塩骨格、ガロケイ酸塩骨格、インジウムケイ酸塩骨格又はフェロ(III)ケイ酸塩骨格であることを特徴とする、請求項1から9までのいずれか1項に記載の使用。
- 前記骨格構造、特に前記ケイ酸塩骨格が、ベータ−ケージ、特に縮合したベータ−ケージを有するか、又はベータ−ケージ、特に縮合したベータ−ケージから構成されていることを特徴とする、請求項1から10までのいずれか1項に記載の使用。
- 前記骨格構造、特に前記ケイ酸塩骨格が、前記微孔中に、ナトリウムイオン、カリウムイオン、リチウムイオン、ルビジウムイオン及び/又はセシウムイオン、特にナトリウムイオンを有することを特徴とする、請求項1から11までのいずれか1項に記載の使用。
- 前記骨格構造、特に前記ケイ酸塩骨格が、約0.29nm未満の開口直径を有する微孔を有することを特徴とする、請求項1から12までのいずれか1項に記載の使用。
- 前記骨格構造、特に前記ケイ酸塩骨格が、ソーダライト骨格トポグラフィーを有することを特徴とする、請求項1から13までのいずれか1項に記載の使用。
- 前記ケイ酸塩骨格において、四価のケイ素四面体構造単位の50%までが、三価の中心原子、特にアルミニウムを有する四面体構造単位に置き換えられていることを特徴とする、請求項1から14までのいずれか1項に記載の使用。
- 前記骨格構造が、シュツルンツ分類09.F又は09.Gのケイ酸塩骨格又はゲルマニウム酸塩骨格、特に他のアニオンを有する沸石水を有しないケイ酸塩骨格であることを特徴とする、請求項1から15までのいずれか1項に記載の使用。
- 前記ケイ酸塩骨格がゼオライトであることを特徴とする、請求項1から16までのいずれか1項に記載の使用。
- 前記半導体吸収層が、ケステライト系又はカルコパイライト系の半導体吸収層であることを特徴とする、請求項1から17までのいずれか1項に記載の使用。
- 特に、少なくとも1つの裏面電極層、少なくとも1つの接触層及び/又は少なくとも1つの半導体吸収層中に、微孔性のアニオン性無機骨格構造、特にケイ酸塩骨格又はゲルマニウム酸塩骨格を有する、光起電力薄膜ソーラーセル。
- 前記微孔性のアニオン性無機骨格構造は、前記微孔内に、半導体吸収層に由来する金属イオン、例えばCu+、Ga3+及び/又はIn3+、及び/又は薄膜ソーラーセルに由来する不純物、例えばFe3+及び/又はNi2+を有することを特徴とする、請求項19に記載の薄膜ソーラーセル。
- 前記半導体吸収層は、特に半導体吸収層の金属イオンとの交換において、骨格構造に由来する当初の一価のドーパントカチオン、特にアルカリ金属イオンでドープされていることを特徴とする、請求項19又は20に記載の薄膜ソーラーセル。
- 次の順序で、
− 少なくとも1つの基板層、特にガラス板を有するか又はガラス板の形の少なくとも1つの基板層、
− 場合により、少なくとも1つの第1の、特に非導電性の遮断層、
− 少なくとも1つの裏面電極層、
− 場合により、少なくとも1つの第2の、導電性の遮断層及び少なくとも1つの接触層、特にオーム性接触層、
− 少なくとも1つの、特に裏面電極層又は接触層に直接隣接する半導体吸収層、特にカルコパイライト系又はケステライト系の半導体吸収層、
− 場合により、少なくとも第1の緩衝層、
− 場合により、少なくとも1つの第2の緩衝層、及び
− 少なくとも1つの前面電極層
を有する、請求項19から21までのいずれか1項に記載の薄膜ソーラーセル。 - 前記微孔性のアニオン性無機骨格構造、特にケイ酸塩骨格が、四面体構造単位を有するか又は四面体構造単位から形成されていることを特徴とする、請求項19から22までのいずれか1項に記載の薄膜ソーラーセル。
- 前記骨格構造、特に前記ケイ酸塩骨格が、吸湿性ではないことを特徴とする、請求項19から23までのいずれか1項に記載の薄膜ソーラーセル。
- 前記骨格構造、特に前記ケイ酸塩骨格の微孔は、前記微孔内でドーパントカチオン、特にアルカリ金属イオンを、半導体吸収層の金属の金属イオン、例えばCu+、Ga3+及び/又はIn3+と交換する、及び/又は薄膜ソーラーセルに由来する不純物、例えばFe3+及び/又はNi2+と交換することを許容する開口直径を有することを特徴とする、請求項19から24までのいずれか1項に記載の薄膜ソーラーセル。
- 前記ケイ酸塩骨格が、アルミノケイ酸塩骨格、チタンアルミノケイ酸塩骨格、ホウケイ酸塩骨格、ガロケイ酸塩骨格、インジウムケイ酸塩骨格又はフェロ(III)ケイ酸塩骨格であることを特徴とする、請求項19から25までのいずれか1項に記載の薄膜ソーラーセル。
- 前記骨格構造、特に前記ケイ酸塩骨格が、ベータ−ケージ、特に縮合したベータ−ケージを含むか、又はベータ−ケージ、特に縮合したベータ−ケージから構成されていることを特徴とする、請求項19から26までのいずれか1項に記載の薄膜ソーラーセル。
- 前記骨格構造、特に前記ケイ酸塩骨格が、前記微孔中に、ナトリウムイオン、カリウムイオン、リチウムイオン、ルビジウムイオン及び/又はセシウムイオン、特にナトリウムイオンを有することを特徴とする、請求項19から27までのいずれか1項に記載の薄膜ソーラーセル。
- 前記骨格構造、特に前記ケイ酸塩骨格が、約0.29nm未満の開口直径を有する微孔を有することを特徴とする、請求項19から28までのいずれか1項に記載の薄膜ソーラーセル。
- 前記骨格構造、特に前記ケイ酸塩骨格が、ソーダライト骨格トポグラフィーを有することを特徴とする、請求項19から29までのいずれか1項に記載の薄膜ソーラーセル。
- 前記ケイ酸塩骨格において、四価のケイ素四面体構造単位の50%までが、三価の中心原子、特にアルミニウムを有する四面体構造単位に置き換えられていることを特徴とする、請求項19から30までのいずれか1項に記載の薄膜ソーラーセル。
- 前記骨格構造が、シュツルンツ分類09.F又は09.Gのケイ酸塩骨格又はゲルマニウム酸塩骨格、特に他のアニオンを有する沸石水を有しないケイ酸塩骨格であることを特徴とする、請求項19から31までのいずれか1項に記載の薄膜ソーラーセル。
- 前記ケイ酸塩骨格がゼオライトであることを特徴とする、請求項19から32までのいずれか1項に記載の薄膜ソーラーセル。
- 第1の緩衝層は、CdSを有するか又は主にCdSから形成されているか又はCdS不含の層、特にZn(S,O)、Zn(S,O,OH)及び/又はIn2S3を有するか又は主にZn(S,O)、Zn(S,O,OH)及び/又はIn2S3からなるCdS不含の層であり、及び/又は第2の緩衝層は、真性酸化亜鉛及び/又は高オーム性酸化亜鉛を有するか又は主に真性酸化亜鉛及び/又は高オーム性酸化亜鉛からなることを特徴とする、請求項22から33までのいずれか1項に記載の薄膜ソーラーセル。
- 前記半導体吸収層が、四元系のIB−IIIA−VIA族カルコパイライト層、特にCu(In,Ga)Se2層、五元系のIB−IIIA−VIA族カルコパイライト層、特にCu(In,Ga)(Se1-x,Sx)2層、又はケステライト層、特にCu2ZnSn(Sex,S1-x)4層、例えばCu2ZnSnSe4層又はCu2ZnSnS4層であるか又はこれらを有し、前記式中、xは0から1の値をとることを特徴とする、請求項19から34までのいずれか1項に記載の薄膜ソーラーセル。
- 前記接触層は、少なくとも1つの金属層及び少なくとも1つの金属カルコゲニド層を有し、前者の少なくとも1つの金属層は、前記裏面電極に隣接しているか又は前記裏面電極に接しているか、又は第2の遮断層に隣接しているか又は第2の遮断層に接していて、かつ後者の少なくとも1つの金属カルコゲニド層は、前記半導体吸収層に隣接しているか又は前記半導体吸収層に接していることを特徴とする、請求項19から35までのいずれか1項に記載の薄膜ソーラーセル。
- 前記金属層及び金属カルコゲニド層は、同じ金属、特にモリブデン及び/又はタングステンを基礎とすることを特徴とする、請求項36に記載の薄膜ソーラーセル。
- 前記接触層が、金属カルコゲニド層であるか又は金属カルコゲニド層を有することを特徴とする、請求項19から37までのいずれか1項に記載の薄膜ソーラーセル。
- 請求項19から38までのいずれか1項に記載の、特に一体式に組み立てられた、直列接続されたソーラーセルを有する、薄膜ソーラーモジュール。
- 微孔性のアニオン性無機骨格構造、特にケイ酸塩骨格又はゲルマニウム酸塩骨格を、少なくとも1つの薄膜ソーラーセル、特にガラス基板層を基礎とする少なくとも1つの薄膜ソーラーセル、又は前記薄膜ソーラーモジュールを形成する少なくとも1つの薄膜ソーラーセル、特にガラス基板層を基礎とする少なくとも1つの薄膜ソーラーセルの、少なくとも1つの裏面電極層、少なくとも1つの接触層及び/又は少なくとも1つの半導体吸収層上に適用する、及び/又は前記少なくとも1つの裏面電極層、前記少なくとも1つの接触層及び/又は前記少なくとも1つの半導体吸収層中に導入することを特徴とする、請求項1から38までのいずれか1項に記載の光起電力薄膜ソーラーセル又は請求項39に記載の光起電力薄膜ソーラーモジュールの製造方法。
- 次の工程:
− 基板、特に平坦な基板、特にガラス板を有するか又はガラス板の形の基板を準備する工程、
− 場合により、前記基板上に、第1の、特に非導電性の遮断層を設ける工程、
− 少なくとも1つの第1の材料ソースから物理気相堆積及び/又は化学気相堆積によって、前記基板又は第1の遮断層上に、少なくとも1つの裏面電極層を設ける工程、
− 場合により、少なくとも1つの第2の材料ソースから物理気相堆積及び/又は化学気相堆積によって、前記少なくとも1つの裏面電極層上に、少なくとも1つの第2の導電性遮断層を設け
かつ、
少なくとも1つの第3の材料ソースから物理気相堆積及び/又は化学気相堆積によって、第2の遮断層上に、少なくとも1つの接触層、特にオーム性の接触層を設けるか又は少なくとも1つの第4の材料ソースから物理気相堆積及び/又は化学気相堆積によって、第2の遮断層上に、前記接触層を一緒に形成する少なくとも1つの第1の金属層を設ける工程、
− 少なくとも1つの第5の材料ソースから物理気相堆積及び/又は化学気相堆積によって、前記裏面電極層又は前記接触層上に、半導体吸収層の金属成分を含む、特にカルコパイライト系半導体吸収層のためには銅、インジウム及び場合によりガリウムを、ケステライト系半導体吸収層のためには銅、亜鉛及びスズを含む少なくとも1つの第2の金属層を堆積させる工程、
− 少なくとも1つの第6の材料ソースから、特に少なくとも1つの湿式化学堆積プロセスによって及び/又は物理気相堆積及び/又は化学気相堆積によって、前記基板層上に、及び/又は前記裏面電極層上に、場合により第1及び/又は第2の遮断層上に、及び/又は場合により前記接触層上に及び/又は場合により第1の金属層上に、及び/又は第2の金属層上に、微孔性のアニオン性無機骨格構造、特にケイ酸塩骨格又はゲルマニウム酸塩骨格を堆積させる、及び/又は前記骨格構造を少なくとも1つの背面電極層と共に、及び/又は場合により少なくとも1つの第1及び/又は第2の遮断層と共に及び/又は場合により少なくとも1つの前記接触層と共に及び/又は場合により少なくとも1つの第1の金属層と共に、及び/又は少なくとも1つの第2の金属層と共に共堆積させる工程、
− 第2の金属層を、前記裏面電極層上に又は場合により前記接触層上に又は場合により第1の金属層上に設けられている場合に、少なくとも1つの硫黄化合物及び/又はセレン化合物及び/又はガス状の単体セレン及び/又は硫黄で、300℃を超える温度で、特に350℃〜600℃の範囲内の温度で、好ましくは520℃〜600℃の範囲内の温度で、半導体吸収層を形成させながら処理する工程、
− 場合により、前記半導体吸収層上に、少なくとも1つの第1の緩衝層を設ける工程、
− 場合により、第1の緩衝層又は前記半導体吸収層上に、少なくとも1つの第2の緩衝層を設ける工程、
− 第1又は第2の緩衝層又は前記半導体吸収層上に、少なくとも1つの透明な前面電極層を設ける工程を有する、請求項40に記載の方法。 - 前記微孔性のアニオン性無機骨格構造、特にケイ酸塩骨格又はゲルマニウム酸塩骨格は、前記微孔内に、一価のドーパントカチオン、特にアルカリ金属イオンを有することを特徴とする、請求項40又は41に記載の方法。
- 前記物理気相堆積は、その都度好ましくは高真空での、物理蒸着(PVD)被覆、電子線気化器を用いた蒸着、抵抗気化器を用いた蒸着、誘導蒸発、ARC蒸着及び/又は陰極スパッタリング(スパッタ被覆)、特にDC−又はRF−マグネトロンスパッタリングを含み、及び前記化学気相堆積は、化学蒸着(CVD)、低圧(low pressure)CVD及び/又は大気圧(atmospheric pressure)CVDを含むことを特徴とする、請求項40から42までのいずれか1項に記載の方法。
- 第1及び第6の材料ソースが第1の混合ターゲットであり、及び/又は第2及び第6の材料ソースが第2の混合ターゲットであり、及び/又は第3及び第6の材料ソースが第3の混合ターゲットであり、及び/又は第4及び第6の材料ソースが第4の混合ターゲットであり、及び/又は第5及び第6の材料ソースが第5の混合ターゲットであることを特徴とする、請求項40から43までのいずれか1項に記載の方法。
- 第5、第6及び第1の材料ソース、第5、第6及び第3の材料ソース、第5、第6及び第4の材料ソース又は第5の混合ターゲット並びに第1の材料ソース、第5の混合ターゲット並びに第3の材料ソース又は第5の混合ターゲット並びに第4の材料ソースから、順次に又はほぼ同時に共堆積させることを特徴とする、請求項40から44までのいずれか1項に記載の方法。
- 第5の混合ターゲット及び第5の材料ソースから順次に又はほぼ同時に共堆積させることを特徴とする、請求項40から45までのいずれか1項に記載の方法。
- 第1、第2、第3及び/又は第4の混合ターゲットから、特に第1、第3又は第4の混合ターゲットから、及び第5の材料ソースから、順次に又はほぼ同時に共堆積させることを特徴とする、請求項40から46までのいずれか1項に記載の方法。
- 第5の混合ターゲット及び第1、第2、第3及び/又は第4の混合ターゲットから、特に第1又は第3又は第4の混合ターゲットから、順次に又はほぼ同時に共堆積させることを特徴とする、請求項40から47までのいずれか1項に記載の方法。
- 第1、第2又は第3の混合ターゲット、特に第1又は第3の混合ターゲット、及び第1、第2、第3又は第4の材料ソース、特に第1又は第3又は第4の材料ソースから、順次に又はほぼ同時に共堆積させることを特徴とする、請求項40から48までのいずれか1項に記載の方法。
- 前記裏面電極層、場合による前記導電性遮断層及び第1の金属層又は接触層、前記半導体吸収層の金属、特にカルコパイライト系半導体吸収層の形成のためのCu層、In層及びGa層又はケステライト系半導体吸収層の形成のためのCu層、Zn層及びSn層、及び微孔中にアルカリ金属イオン、特にナトリウムイオンを有する微孔性のアニオン性無機骨格構造、特にケイ酸塩骨格又はゲルマニウム酸塩骨格の適用を、唯一の真空被覆装置中で、好ましくは通過式スパッタ法で行うことを特徴とする、請求項40から49までのいずれか1項に記載の方法。
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