NL8103484A

NL8103484A - Samenstel van foto-spanningscellen en werkwijze voor het vervaardigen van een dergelijk samenstel.

Info

Publication number: NL8103484A
Application number: NL8103484A
Authority: NL
Original assignee: Eastman Kodak Co
Priority date: 1980-07-25
Filing date: 1981-07-23
Publication date: 1982-02-16
Also published as: IL63412A0; DE3129344A1; US4315096A; IL63412A; FR2487581A1; GB2080621B; AU7341181A; FR2487581B1; GB2080621A; JPS5753986A; AU548699B2; CA1162282A

Description

V

- 1 - /

Samenstel van foto-spanningscellen en werkwijze voor het vervaardigen van een dergelijk samenstel.

De uitvinding heeft betrekking op een samenstel van fotospanning-cellen en op een werkwijze voor het vervaardigen van het samenstel.

In de afgelopen jaren is een aantal duide-5 lijke stappen vooruit gemaakt in de techniek van anorganische zonnecellen. In het bijzonder zijn omzettingsrendementen opgevoerd tot boven 5 %. Voorbeelden van dergelijke opgevoerde cellen worden gegeven in de Amerikaanse octrooischriften 4.035.197 en 4.207.119.

10 Echter voordat dergelijke cellen op betekenen de wijze meer gebruikelijke energiebronnen kunnen vervangen is een in serie geschakeld samenstel van dergelijke cellen nodig met een aanzienlijk hogere uitgangsspanning dan een e.m.k. van 800 mV die nu kan worden verkregen uit een enkele cel.

15 Ofschoon samenstellen van fotospanningscellen al eerder zijn vervaardigd, zijn deze behept met problemen die een in het verkeer brengen in betekenende mate hebben verhinderd. Bijvoorbeeld zijn samenstellen van in serie doorverbonden zonnecellen geconstrueerd waarin de positieve en nega-20 tieve elektroden van aangrenzende cellen op mechanische wijze met elkaar zijn verbonden. Representatieve voorbeelden daarvan zijn gegeven in het Amerikaanse octrooischrift 3.571*915· Dergelijke cellen hébben het bezwaar dat een mechanische verbinding van tegenover elkaar gelegen elektroden resulteert in een 25 verspilling van ruimte tussen de cellen en in een minder dan de ogelijke maximale dichtheid van cellen per eenheid van breedte van het samenstel. Voorts is het mechanisch met elkaar verbinden van de elèktroden zeer tijdverslindend en arbeidsintensief, vergeleken met de stap-voor-stap uitgevoerde afzettingsprocessen 30 die kunnen worden gebruikt voor de rest van de fabrikage.

Een manier voor het vervaardigen van geïntegreerde samenstellen is het bekleden van de aktieve lagen van 8103484 * * i - 2 - «, de cellen met een afzetting uit de dampfase zonder gebruikmaking van maskers. Ongewenste gedeelten worden vervolgens verwijderd. Voorbeelden van een dergelijke manier van werken worden beschreven in het Zuid-Afrikaanse octrooischrift 78/3886. Echter 5 moeten alvorens de laatste elektrode-laag wordt aangebracht., elektrisch isolerende kralen worden afgezet langs de blootgelegde randen van de halfgeleiderstroken om te verhinderen dat de laatste elektrodelaag in aanraking komt met de halfgeleider-delen van twee naast elkaar gelegen cellen, zoals anders nood-10 zakelijkerwijs zou optreden bij een totale afzettingsbekleding, dat wil zeggen voor het overige vrij van maskers. Een reden voor deze stap is dat de beide onder-elektrodes van twee aangrenzende cellen worden blootgelegd door het verwijderen van het halfgeleider-materiaal. Ook heeft tenminste een deel van het 15 halfgeleidermateriaal, gewoonlijk het p-type materiaal in een cel met een p-n-overgang, een geleidbaarheid die onvoldoende weerstand verschaft aan elektrische sluiting in het geval dat de buiten-elektrode van twee aangrenzende cellen het materiaal met lage weerstand raakt. Echter resulteert het gebruik van derge-20 lijke isolatie-kralen in een afzonderlijke bewerkingsstap die grote zorg en nauwkeurigheid vraagt en dienovereenkomstig een duidelijke toename in de kostprijs van het vervaardigingsproces en de materialen oplevert.

Een bijkomend probleem dat zich voordoet bij 25 het gelijktijdig assembleren van geïntegreerde samenstellen is de moeilijkheid van het detecteren van een kortsluiting in een individuele cel voordat deze in het samenstel wordt opgenomen. Wanneer dit eenmaal is gebeurd zal een kortsluiting zich uiten als een verlies aan vermogen, maar zijn preciese plaats 30 in het samenstel kan niet worden vastgesteld waardoor wordt ver hinderd dat de sluiting door een ingreep uit het samenstel wordt verwijderd.

Het probleem waarvoor de uitvinding een oplossing zoekt te bieden, is het verschaffen van een samenstel van 35 fotospanningscellen en een werkwijze voor het vervaardigen van 8103484 0 + ' - - 3 - dit samenstel met geringere kosten die toelaten kortsluitingen wanneer deze in zodanige samenstellen optreden, elektrisch, te isoleren.

Volgens de uitvinding wordt verschaft een 5 samenstel van in serie doorverbonden fotospanningscellen op een drager, omvattende (a) een aantal vrij van elkaar gelegen eerste elektrode-segmenten in aanraking met de drager; (*) een aantal vrij van elkaar gelegen half-10 geleider-segmenten die de eerste elektrode-segmenten op een rand-gedeelte na beroeren en doorlopen om contact te maken met de drager tussen de eerste elektrode-segmenten, welke half-geleider-segmenten bestaan uit een half gelei dermat er iaal met een voldoende elektrische weerstand om een kortsluiting zoals 15 hierin nader wordt omschreven tussen de eerste elektrodesegmenten te voorkomen, en (c) een aantal tweede elektrode-segmenten die de half-geleider-segmenten beroeren, met het kenmerk, dat de tweede elektrodesegmen-20 ten doorlopen totdat zij in contact zijn met het randgedeelte van een aangrenzend eerste elekbrode-segment, waarbij elk tweede elektrode-segment twee aangrenzende halfgeleider-segmenten raakt, en de aangrenzende tweede elektrode-segmenten vrij van elkaar liggen gescheiden door een groef die reikt totaan tenmin-25 ste het halfgeleidermateriaal.

In een uitvoering van de uitvinding vormen de tweede elektrode-segmenten gelijkrichtende overgangen met het halfgelei dermateriaal.

De uitvinding verschaft verder een werkwijze 30 voor het vervaardigen van een samenstel van fotospanningscellen, omvattende (a) het formeren van vrij van elkaar gelegen eerste elektrode-segmenten op een elektrisch isolerende drager, (b) het formeren van vrij van elkaar gelegen 35 halfgeleider-segmenten, in aanraking met de eerste elektrode- 8103484 ί if

V

- k - segmenten en doorlopend tot aanraking met de drager tussen de eerste elektrode-segmenten van een halfgeleidermateriaal met voldoende elektrische weerstand om een kortsluiting, zoals hierin nader omschreven, tussen de eerste elektrode-segmenten 5 te voorkomen, en (c) het formeren van tweede elektrode-segmenten in aanraking met de half-waardesegmenten, met het kenmerk, dat de tweede elektrode-segmenten worden geformeerd om door te lopen tot aanraking met 10 eerste elektrode-segmenten tussen de halfwaardesegmenten met vrije ruimten daartussen die reiken tot het halfgeleidermateriaal en op een zodanige wijze dat het tweede elektrode-segment van elke cel in serie is geschakeld met het eerste elektrode-segment van slechts êên aangrenzende cel.

15 Het geïntegreerde samenstel van fotospannings- cellen volgens de uitvinding is ontworpen om fabrikage door het gehele oppervlak van heb samenstel te bekleden zonder dat beschermende elektrisch isolerende stroken langs de randen van de individuele halfgeleiderstroken nodig zijn, zoals wel is vereist 20 in het Zuid-Afrikaanse octrooischrift 78/3886, mogelijk te maken.

Het samenstel en de wijze van vervaardigen daarvan zijn in dier voege verbeterd dat geen poging is gedaan een overbrugging van aangrenzende halfgeleider-segmenten door de tweede elektrode te voorkomen en inderdaad levert de bekleding 25 bij voltooiing van het samenstel een zodanige overbrugging op.

De tweede elektrode-segmenten van elke cel zijn van het tweede elektrodesegment van de aangrenzende cel gescheiden door een . groef die reikt tot tenminste de halfgeleiderlaag met hoge weerstand. Het is de hoge weerstand van het blijvende halfgeleider-30 materiaal in samenwerking met de opbouw die de noodzaak van elektrisch isolerende kralen vermijdt.

Volgens een gerelateerd aspect van de uitvinding wordt een samenstel verschaft waarin onbedoelde kortsluitingen automatisch worden geïsoleerd teneinde het vermogenver-.....35 lies van het samenstel tot een minimum terug te brengen. Om precies 8103484 - 5 - te zijn vertonen in aanvulling op de stappen van het om en om aanbrengen van de lagen op de drager en het verwijderen van gedeelten van de lagen zoals nodig is om tegelijkertijd voor alle cellen de eerste elektrode, het halfgeleidermateriaal en de 5 tweede elektrode te formeren, de werkwijze en het samenstel het opdelen van elk van de in serie doorverbonden cellen in een aantal elektrisch geïsoleerde sub-cellen. Groepen van sub-cellen vormen aldus in serie doorverbonden sub-samenstellen waarbij de sub-samenstellen parallel zijn geschakeld door middel van elek-10 trische contacten aan tegenover elkaar gelegen uiteinden van elk sub-samenstel.

"Fotospanningscel”, zoals hier gebruikt, betekent een vaste-stofinrichting die een elektrische stroom levert in reactie op licht van geschikte golflengten dat uit een of 15 andere bron afkomstig is. Een "sub-cel" is een deel van een der gelijke cel, elektrisch geïsoleerd van andere süb-cèllen van deze cel en bij voorkeur geformeerd door een proces als hierna beschreven.

Gebleken is dat een geïntegreerd samenstel kan 20 worden vervaardigd met het tegelijkertijd assembleren van alle cellen, gebruikmakend van een complete b ekledings af dekking voor elke laag zonder dat beschermende elektrisch isolerende kralen nodig zijn of een kritieke afpassing van scheidingsgroeven, mits tenminste een deel van elk van de halfgeleidersegmenten een 25 laag met hoge weerstand is en de uiterste elektroden van aan elkaar grenzende cellen gescheiden zijn door een groef die doorloopt tot tenminste het halfgeleidermateriaal om zo een elektrisch isolerende luchtspleet te vormen.

Verder is gebleken dat het opdelen van de in 30 serie met elkaar verbonden cellen in een aantal sub-cellen die in serie met elkaar zijn verbonden om zo sub-samenstellen te vormen die parallel met elkaar zijn geschakeld om het samenstel te vormen, de effecten van iedere kort simt ing tot een minimum terug brengt.

35 De uitvinding zal nu bij wijze van voorbeeld 8103484 " * - 6 - worden beschreven met verwijzing naar de tekening waarin: fig. 1 een bovenaanzicht is van een samenstel dat is vervaardigd in overeenstemming met de uitvinding; fig. 2 een aanzicht in doorsnede die is gemaakt 5 in algemene zin langs de lijn II - II in fig. 1; fig. 3-6 aanzichten in doorsnede zijn als in fig. 2, maar ter toelichting van opvolgende stappen bij de wijze van vervaardiging; fig. T een fragmentarisch perspectivisch aan-10 zicht is, gedeeltelijk in doorsnede, van een andere uitvoering van de uitvinding; en fig. 8 een fragmentarisch aanzicht in doorsnede is als in fig. 2, maar ter toelichting van nog een andere uitvoering.

15 Zoals weergegeven in fig. 1 omvat in overeen stemming met een eerste aspect van de uitvinding een samenstel io een aantal sub-samenstellen 12, 1H, 16, 18 en 20, hier getekend als vijf in getal, van individuele in serie doorverbonden sub-cellen. Elk sub-samenstel is bij voorkeur in de vorm van 20 een rij, elektrisch geïsoleerd van de aangrenzende sub-samenstel len door een groef 22 die reikt totaan, en bij voorkeur totin een elektrisch isolerende drager 1*0 die in fig. 2 wordt getoond en die alle sub-cellen draagt. Echter zijn de sub-samenstellen parallel geschakeld door middel van individuele gemeensch^ppe-25 lijke elektrische contaetconstructies. Een "elektrische contact- constructie" is een zodanige constructie die een elektrische aansluiting van het samenstel aan andere elektrische elementen mogelijk maakt. In deze uitvoering omvat de constructie de contacten 2k en 26 die respectievelijk zijn aangebracht over de 30 tegenover elkaar gelegen uiteinden van het samenstel in elektrisch contact met geringe weerstand met de respectievelijke eind-elektroden van elk sub-samenstel.

Elk van de sub-cellen van het sub-samenstel is bij voorkeur ook een sub-cel van len van een aantal moeder-35 cellen 32, 3U, 36 en 38, welke moedercellen worden geformeerd 8103484 Ψ L· % - 7 - als hierna wordt beschreven. Een "moeder-eel", zoals deze term hier wordt gebruikt, verwijst naar een voorgaande fotospannings-celeonstructie waaruit sub-cellen worden verkregen door deling.

Het aantal sub-samenstellen en moeder-cellen 5 is niet van wezenlijke betekenis, behalve dan dat hoe meer moeder-cellen er zijn, hoe groter de uitgangsspanning zal zijn van het gehele samenstel aangezien het aantal in serie geschakelde cellen groter zal zijn. Ook zal, hoe groter het aantal sub-samenstellen, een gegeven kortsluiting in êên of andere sub-10 cel minder effect hebben op het uitgangsvermogen.

Elke sub-cel van elk sub-samenstel omvat (zie fig. 2) een onderste of eerste elektrode-segment 42 dat van de elektrode-segmenten k2 van sub-cellen van aangrenzende sub-samenstellen is gescheiden door groeven 22 en van aangrenzen-15 de moeder-cellen door groeven 44. Bij het aanbrengen op de dra ger worden de elektrode-segmenten 42 bij voorkeur geformeerd uit een enkele laag 42', zoals hierna wordt uiteengezet. Vervolgens omvat elke sub-cel halfgeleidersegmenten, die zoals blijkt in fig. 2, bij voorkeur zijn opgedeeld in twee lagen 46 en 48 20 van twee verschillende materialen met daartussen een gelijkrichten- de overgang 50. Een voorbeeld van laag 46 is Cd-S van het n-type met hoge weerstand en een voorbeeld van laag 48 is CdTe van het p-type. Bijzonder bruikbare voorbeelden zijn beschreven in het al genoemde Amerikaanse octrooischrift 4.207.119 waarvan de bij-25 zonderheden hier uitdrukkelijk door deze verwijzing zijn opge nomen. Andere bruikbare voorbeelden zijn amorf silicium en GaAs/ GaAlAs. De laag 46 is met tenminste een deel van het blootgelegde oppervlak van de elektrodesegmenten 42 in aanraking zowel als met de drager 40 in de groeven 44. De weerstand van het half gelei der-30 materiaal in tenminste de laag 46 is voldoende hoog om kortslui ting over het halfgeleidermateriaal tussen naast elkaar gelegen elektroden 42 te verhinderen. Zoals hier gebruikt betekent "kortsluiting" de toestand die bestaat wanneer het verlies in vermogen of stroom, gemeten in het vermogenspunt, als gevolg van "35 de sluiting tenminste ongeveer 50 % bedraagt van het totale ver- 8103484 <- - 8 - mogen of de totale stroom die anders beschikbaar zou zijn uit de cel. indien geen kortsluiting bestond.

Elk van de halfgeleidersegmenten die door de lagen k6 en U8 zijn gevormd, staat vrij van de halfgeleider-5 segmenten van aangrenzende sub-samenstellen door middel van de groeven 22 en van de halfgeleidersegmenten van aangrenzende klommen door middel van een afstand "y" (zie fig. 2) die een deel 52 van elk eerste elektrodesegment bloot of onbedekt laat. Bij voorkeur bevindt zich het onbedekte elekfcrodedeel 52 naast êên 10 rand en steeds dezelfde rand van elk elektrodesegment afgeleid van de moedercel tot moedercel.

Tenslotte wordt elke sub-cel gecompleteerd door een segment 5^· van een buitenelektrodemateriaal of tweede elektrodemateriaal. Behalve voor de moedercel 38 zijn de elek-15 trodesegmenten 5^ in aanraking met a) tenminste een deel van de onbedekte oppervlakken van een paar halfgeleidersegmenten in twee aangrenzende sub-cellen van een sub-samenstel, en b) met het onbedekte deel 52 van het eerste elektrodesegment k2 van de naast aangrenzende sub-cel van dit sub-samenstel, daarbij zor-20 gend voor de serie-doorverbinding binnen dit sub-samenstel. Om- , . dat de spleet \'y" tussen halfgeleidersegmenten van aangrenzende sub-cellen van een sub-samenstel vrij is van elektrisch isolerend materiaal zijn de elektrodesegmenten 5^· eveneens in contact met tenminste êên en bij voorkeur met beide lagen k6 en U8 langs de 25 randoppervlakken 55 daarvan. Elektrodesegmenten 5^· van de moeder cel 38 behoeven daarentegen geen contact met een laag behalve de halfgeleidersegmenten van deze cel.

Teneinde de elektrodesegmenten 5^ elektrisch van elkaar te isoleren en te scheiden in een gegeven sub-samen-30 stel van sub-cellen is een groef 56 aangebracht door de elektro- delaag die wordt gebruikt voor het vormen van de segmenten, heen. Teneinde kortsluiting tussen aangrenzende elektrodesegmenten 5U in een sub-samenstel te voorkomen zijn door de halfgeleiderlaag U8 heen groeven 56 gemaakt die reiken totaan en bij voorkeur tot-35 in tenminste de laag U6 met hoge weerstand. De behoefte aan elek- 8103484 * - 9 - trisch isolerende kiralen langs de randoppervlakken 56 wordt aldus vermeden.

Het specifieke materiaal voor elk van de elek-trodesegmenten en halfgeleiderlagen is niet van doorslaggevende 5 betekenis en kan worden gekozen uit een verscheidenheid van gebruikelijke, bij voorkeur bekleedbare materialen. Vanwege de voordelen die worden verkregen uitgaande van dunne laag-bekle-dingen zijn bij voorkeur de lagen hé en 48 van polykristallijn materiaal, zoals bijvoorbeeld is beschreven in het al eerder 10 genoemde Amerikaanse octrooischrift 4.207.119· De materialen voor de elektrodesegmenten h2 en 54 worden zo gekozen dat zij tenminste in het samenstel volgens fig. 2 een contact met geringe elektrische weerstand met de aangrenzende halfgeleiderlaag opleveren. Op deze wijze zijn de halfgeleidermaterialen en de 15 elektrodematerialen werkzaam voor het verschaffen van een foto- spannings effect.

De effectieve lengte van elke sub-cel voor elk süb-samenstel is aangegeven als de afstand "x" (fig. 2), gemeten tussen de groeven 44 en 56 van een gegeven sub-cel. Dat 20 wil zeggen dat delen 58 van halfgeleiderraateriaal, achterge laten tussen de groeven 56 en de groeven die de delen 52 van de eerste elektrode blootleggen, door de elektrode 54 worden kortgesloten.

In overeenstemming met een tweede aspect van 25 de uitvinding wordt een werkwijze verschaft voor het vervaar digen van een dergelijk samenstel die omvat de stappen (zie fig.

3-6) van het aanbrengen van opeenvolgende lagen voor het formeren van de sub-cellen. Tussen het aanbrengen van lagen worden gedeelten van de juist afgezette laag verwijderd om zo sub-cellen 30 te bepalen in elk sub-samenstel en om de serie-doorverbinding van de sub-cellen mogelijk te maken.

Om precies te zijn, zoals weergegeven in fig.

3, wordt een laag h21 van een eerste elektrodemateriaal aangebracht, bijvoorbeeld door afzetting, op het gehele oppervlak 35 van de drager i+0. Daarna worden groeven 44 geformeerd (fig. 4) 8103484 Λ f - 10 - door delen van de laag b-2' te verwijderen en eventueel delen van de daaronder gelegen drager, tij voorkeur langs althans nagenoeg evenwijdige lijnen, waarbij in het algemeen langgerekte elektrode-segmenten b2 en blootgelegde dragerdelen geïsoleerd 5 achterblijven. Vervolgens wordt een laag h6 van een halfgeleider- materiaal met hoge weerstand aangebracht op alle elektrode-segmenten h2 en op de blootgelegde dragerdelen op de bodem van de groeven M*. Hieroverheen wordt, bijvoorbeeld door middel van afzetting, een laag W van halfgeleidermateriaal aangebracht 10 die een gelijkrichtende overgang 50 met de laag h6 kan Vormen.

Hierna (fig. 6) worden delen van de twee half gelei der lagen verwijderd, bij voorkeur langs in hoofdzaak evenwijdige lijnen om groeven 60 te vormen die in het algemeen evenwijdig lopen aan de groeven UU maar op enige afstand daarvandaan. De groeven 60 15 zijn voldoende diep om gedeelten 52 van de elektrodesegmenten h2 bloot te leggen. De groeven 60 zijn in de tekening weergegeven als zich uitstrekkende over de volle lengte van het samenstel op een wijze als van de groeven maar dit is niet noodzakelijk. Dat wil zeggen dat de functie van de groeven 60 is het 20 mogelijk maken van.de serie-doorverbinding van de sub-cellen •van een sub-samenstel. Daarvoor behoeft de groef 6o niet over de volle afstand.over elk sub-samenstel tussen scheidingsgroeven 22 door te lopen. Echter moet elke groef 6o tenminste een deel 52 van de elektrodesegmenten h2 voor elk van de sub-samenstel-25 lingen 12, 1^, enz. van sub-cellen bloot te leggen. Er is geen groef 60 nodig voor de linkerrand van het samenstel (zie fig. 6) dat wil zeggen om uiteindelijk een moedercel 32 te vormen.

Daarna wordt een laag van het tweede elektrode-materiaal aangebracht over het gehele oppervlak van het samen-30 stel om zo de halfgeleidersegmenten van naast elkaar gelegen moedercellen met een brug te verbinden en daarmee in contact te komen en om met tenminste êén van de halfgeleiderlagen b6 en H8 langs de randoppervlakken 55 in contact te komen en bij voorkeur met beide, en met eerste elektrodesegmentdelen 52 (fig. 2) die ' 35 in de groeven 60 zijn blootgelegd, welke groeven zijn geformeerd 8103484 * ♦ - 11 - als beschreven voor fig. 6. De groeven 56 worden vervolgens geformeerd (zie fig. 2) door tenminste delen van de tweede elek-trodelaag te verwijderen en verder van iedere halfgeleiderlaag die niet van een materiaal met hoge weerstand is. De groeven 56 5 lopen in het algemeen evenwijdig aan de groeven 60 op enige af stand daarvandaan, waarbij zij tenminste het halfgeleiderma-teriaal met hoge weerstand blootleggen. Het verdient de voorkeur dat de groeven 56 dichter bij de groeven 60 liggen die de elek-trodedelen 52 blootleggen, dan bij de groeven W·. Aldus wordt 10 een aantal in serie doorverbonden moedercellen geformeerd.

Tenslotte worden elektrische contacten 2b en 26 aan elektrodesegmenten b2 van de moedercel 32 en aan de elektrodesegmenten 5^· van de moedercel 38 verbonden. Het samenstel is nu operationeel en de aldus geformeerde cellen 32, 15 3^·, 36 en 38 zijn in serie doorverbonden.

Een verdere verbetering wordt verkregen door gedeelten van alle elektrodes egmenten b2, de lagen k6 en bQ en de elektrodesegmenten 5^ te verwijderen langs althans nagenoeg evenwijdige groeven 22 die reiken totin de drager kO en die 20 althans nagenoeg loodrecht staan op de groeven & en 56» waarbij zij de cellen opdelen maar niet de contacten 2b en 26 in parallel geschakelde sub-samenstellen 12, 1^, 16, 18 en 20, waarbij de sub-cellen in elk sub-samenstel in serie zijn doorverbonden. Indien vervolgens een kortsluiting optreedt, in één van de sub-25 cellen, in fig. 1 met "S" gemerkt, zal vervolgens alleen het sub- samenstel 18 achteruitgaan in het vermogen in plaats van de gehele opbrengst van de moedercel 3^.

Haar keuze aanwezige verbindingslijnen 66 verbinden het samenstel met andere elektrische componenten.

30 Op een andere wijze is het samenstel 10 zo geconstrueerd dat de eerste moedercel, gezien van links naar rechts in fig. 2, de cel 3^· is in plaats van de cel 32. De linker rand in een dergelijk geval valt bij de streep-stiplijn A.

In een dergelijk ontwerp kan de contactconstructie voor de nega-35 tieve elektrode-segmenten b2 het elektrodesegment 5b bij de lijn 8103484 % - 12 - A zijn die in deze uitvoering niet door groeven 22 wordt opgedeeld maar doorloopt langs de rand ter plaatse van de lijn A. Het voordeel is dat een aansluit draad 66 kan worden bevestigd "bovenop het samenstel in plaats van aan de zijkant daarvan.

5 Een werkwijze voor het aanbrengen van elk van de beschreven lagen die de voorkeur heeft, is die door afzetting van het materiaal uit de dampfase, zoals door middel van vacuumafzetting van de elektrodelagen en door sublimering van dichtbij (CSS) van de halfgeleiderlagen. Bij voorkeur vindt de -4 10 sublimering plaats bij een druk tussen ongeveer 1,3.10 Pa en ongeveer 1,3.10 Pa, en nog meer voorkeur heeft een druk tussen ongeveer 1,3.10 ^Pa en ongeveer 1,3.1 O^a. De afstand tussen de bron van het halfgeleidermateriaal en het substraat waarop dit materiaal wordt afgezet, zoals segmenten 42, bedraagt bij 15 voorkeur tussen 0,5 en 5 mm» Het half gelei dermateriaal wordt bij voorkeur afgezet gedurende een tijd die tussen 0,1 s en 10 minuten duurt, waarbij het substraat wordt gehouden op een temperatuur tussen 300°C en 650°C. Zoals bij sublimering gebruikelijk is wordt de brontemperatuur in elk geval tussen 10 en 500°C 20 boven de temperatuur van het elektrodesegment gehouden. Tot de gebruikelijke verhittingstechnieken voor de bron en/of het substraat behoren bijvoorbeeld weer stands verhit ting en inductie-verhitting.

Voor het vormen van de groeven 44, 60, 56 en 25 22 kan iedere wijze van verwijderen worden toegepast. Sterk de voorkeur heeft het mechanisch verwijderen, zoals door inkrassen van de lagen die moeten worden verwijderd, of anders met verwijderingstechnieken die van stralingsenergie gebruikmaken, zoals een gerichte laserstraal. Ook bruikbaar zijn de stappen 30 van het selectief en fotografisch formeren van een beschermende laklaag en het door de laklaag heen etsen voor het verwijderen van de delen die de groeven vormen. De breedte van de groeven, zoals de breedte "w” van de groeven 44 in de figuren 2 en 4, is niet kritisch. Representatieve waarden voor 'V' liggen tussen 35 5yUm. en 100^um.

8103484 φ ψ - 13 - +

De preciese plaats van de groeven IA zoals die door de vervijderingsstappen wordt bepaald, wordt bij voorkeur zo gekozen dat de afstand tussen de groef IA van de moedercel 32 en bet elektrische contact 2k kleiner is dan de afstand 5 tussen de groef IA van de moedercel 38 en het contact 26, zodat de effectieve breedte "x" voor elke moedercel ongeveer dezelfde is.

De preciese plaats van de groeven 56 kan enigszins worden gevarieerd. Ideaal is dat de niet-effectieve 10 delen 58 van het halfgeleidermateriaal minimaal zijn (zie fig.

2). Echter indien een groef 56 toevallig zou samenvallen met de groef 60 hetgeen contact tussen de elektrodesegmenten 5¾ en ^2 zou toelaten, zou de serie doorverbinding kunnen worden vernietigd. Het verdient daarom de voorkeur voor een gemakkelijke 15 vervaardiging dat althans een deel van elk half geleidersegment in aanraking is met het elektrodesegment 5^ vanuit de naburige cel.

De in fig. 7 gegeven uitvoering laat zien dat de seriedoorverbinding van aangrenzende sub-cellen in een süb-20 samenstel kan worden verkregen aan het blootgelegde randopper- vlak van het eerste of onderste elektrodesegment en dat in bepaalde gevallen de groef die de tweede elektrodesegment van elkaar scheidt, geen halfgeleidermaterialen behoeft weg te nemen. Delen die overeenkomen met de hiervoor al beschreven delen, 25 hebben hetzelfde verwijzingsteken waaraan ter onderscheiding een letter "a" is toegevoegd.

Aldus omvat, zoals het geval is met de eerder beschreven uitvoering, elk sub-samenstel van het samenstel 10a op een drager ^Oa elektrodesegmenten k2a. die zijn gescheiden 30 door proeven kka. De halfgeleidersegmenten omvatten een enkele laag k6a met hoge weerstand en de stap waarin halfgeleidermateriaal wordt verwijderd, levert groeven 60a op die doorlopen totaan de drager l)-0a waarbij ook een deel van de elektrodesegmenten k2a. wordt verwijderd. Het resultaat is dat het aanbrengen 35 van de laag die de elektrodesegmenten 5^a vormt, een deel daar- 8103484 4 - iu - van oplevert dat in aanraking is met de blootgelegde drager en het randgedeelte 100 van de elektrodesegmenten V2a. Alle half-geleidersegmenten V6a worden geformeerd om een laag met hoge weerstand op te .leveren en de groeven 56a reiken alleen door de 5 laag van het tweede elektrodemateriaal heen. De hoge weerstand van de laag V6a verhindert het optreden van kortsluiting tussen de elektrodesegmenten 5b&. Omdat slechts een enkel halfgelei-dermateriaal wordt gebruikt voor de laag U6a, wordt voor de elektrodesegmenten 5Va een metaal gekozen dat een gelijkrichten-10 de overgang met de halfgeleidersegmenten V6a formeert. Bijvoor beeld kunnen de cel-segmenten Schottky-keerlaagcellen zijn waarin de laag U6a n-.type CdTe is en de elektrodesegmenten 5Va geschikte keerlaagmetalen zijn. Het deel 110 van het elektrode-segment k2a. kan worden gebruikt als het ene contact en het con-15 tact 26a kan worden verkregen zoals is beschreven voor de hier voor beschreven uitvoering.

De uitvoering volgens fig. 8 toont een elektrische contactconstruetie aan de twee uiteinden van het samenstel die de positieve en negatieve elektrodesegmenten zelf be-20 vat zonder dat extra contactstroken nodig zijn. Onderdelen die overeenkomen met de hiervoor beschreven onderdelen, hebben hetzelfde verwijzingscijfer maar daaraan is nu ter onderscheid de letter "b" toegevoegd. Zoals met de uitvoering volgens fig. 2 omvat dus elke sub-cel van het samenstel 10b op een drager VOb 25 een eerste elektrodesegment kZb3 êên of meer halfgeleiderlagen k6b en V8b en tweede elektrodesegmenten 5Vb. De groeven 56b zijn geformeerd als hiervoor en zo ook de overige isolerende groeven die resulteren in een serie-doorverbinding van elektrodesegmenten 5Vb en V2b tussen aangrenzende sub-cellen van een 30 sub-samenstel. Echter is een afkorting 120 aangebracht langs ten minste een deel van de moedercel 32b om alles op het elektrodesegment V2b na van de buitenrand van deze moedercel te verwijderen. De groeven 22b worden vervolgens op dezelfde wijze als hiervoor beschreven geformeerd, behalve dan dat zij eindigen '35 kort voor de uiteinden waarbij zij delen 122, respectievelijk 8103484 ♦ - 15 - 12¾. van de elektrodes egmenten U2b en 5¾¾ laten staan om zonder onderbreking over de volle lengte van het samenstel deze segmenten te laten doorlopen. Het zijn deze delen die de elektrische contactconstructie vormen voor de aansluitlijnen 66b voor 5 deze uitvoering.

Voorbeeld.

Een samenstel werd vervaardigd als beschreven voor het samenstel volgens fig. 1 waarbij de cellen p-n-overgang-eellen waren voor het materiaal en de werkwijze voor het afzetten 10 van het materiaal gekozen werden als beschreven in het al eerder genoemde Amerikaanse octrooischrift ^.207.119» voorbeeld 1, om zo een achterwand-samenstel te formeren. De relevante onderdelen van voorbeeld 1 uit het Amerikaanse octrooischrift k.207.119 zijn de volgende; op een glas-substraat (Hesatron-15 glas (gedeponeerde merknaam)) werd een laag CdS afgezet bij een temperatuur van ongeveer 550°C in een zuurstof-bevattende atmosfeer met een zuurstofdruk van ongeveer 53»3 Pa, en wel tot een dikte van ongeveer 0,2^urn. Vervolgens werd een laag CdTe met een dikte van ongeveer 2^um afgezet op het laagje CdS die werd 20 verhit tot een temperatuur van ongeveer 590°C, en wel in een atmosfeer die 200 Pa zuurstof en 200 Pa argon bevatte. Een elek-trodelaag 6 van goud met een dikte van 50 nm werd in vacuum af gezet op het laagje CdTe.

Het aantal in serie doorverbonden cellen in 25 elk sub-samenstel bedroeg 12 en het totale oppervlak van het 2 samenstel bedroeg 30 cm . Op een zonnige dag m maart in

Rochester, Hew York State, in de Verenigde Staten van Amerika leverde het samenstel een e.m.k. (V ) van 7,86 volt en een oc 9 kortsluitstroom (I ) van 33,¾ mA wanneer het samenstel in een sc 30 horizontale oriëntatie was gemonteerd. De totale invallende 2 straling werd gemeten ongeveer 55,2 mW/cm te bedragen en de cellen vertoonden een vul-factor van ongeveer 0,528 wanneer gemeten in Am2 nagebootst zonlicht van dezelfde sterkte. Daarom bedroeg het omzettingsrendement van het gehele samenstel onge-35 veer 8 % bij belichting met zonlicht. (AM2 is in de techniek 8103484 -16-

A

gedefinieerd als het "zonnespeet rum aan het aardoppervlak onder gemiddelde weeromstandigheden (technisch het spectrum, ontvangen aan het aardoppervlak voor 2-wegsdoorgangen door de atmosfeer)" (zie Semiconductor and Semimetals, Vol. 11, Solar 5 Cells, biz. XV, 'Academie Press, Hew York 1975)).

\ 8103484

Claims

1. Samenstel van in serie doorverbonden foto-spanningscellen op een drager, omvattende (a) een aantal vrij van elkaar gelegen eerste 5 elektrodesegmenten in contact met de drager; (¾) een aantal vrij van elkaar gelegen halfgeleiders egmenten die de eerste elektrodesegmenten nagenoeg geheel, namelijk op een randdeel na, beroeren en doorlopen tot-in contact met de drager tussen de eerste elektrodesegmenten 10 en bestaande uit halfgeleidermateriaal met voldoende elektrische veerstand om een kortsluiting, zoals hierin omschreven, tussen de eerste elektrodesegmenten te voorkomen; en (c) een aantal tveede elektrodesegmenten die in beroering zijn met de halfgeleidersegmenten, 15 met het kenmerk, dat de tveede elektrodesegmenten (54, 54b) doorlopen totin contact met het randdeel van een aangrenzend eerste elektrodes egment (1(-2, 42b) vaarbij elk tveede elektrode-segment in contact is met tvee aangrenzende halfgeleidersegmenten (46, 46b) en naast elkaar gelegen tveede elektrodeseg-20 menten van elkaar zijn gescheiden door een groef (56, 56b) die reikt tot tenminste het halfgeleidermateriaal.

2. Samenstel volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat de tveede elektrodesegmenten (54a) gelijk-richtende overgangen vormen met de halfgeleidersegmenten (46a). 25 3· Samenstel volgens conclusie 1 of 2, met het kenmerk, dat het halfgeleidermateriaal bestaat uit een n-type verbinding van cadmium.

4. Samenstel volgens conclusie 3, met het kenmerk, dat de n-type verbinding cadmiumtelluride is 30 en dat de tveede elektrodesegmenten (54a) bestaan uit een metaal dat een gelijkrichtende overgang vormt met het n-type cadmiumtelluride .

5· Samenstel volgens conclusie 3, met het kenmerk, dat de n-type verbinding cadmiumsulfide is 35 en dat de halfgeleidersegmenten (46, 46b) verder bevatten een 8103484 W Λ— - 18 - gebied van p-type cadmiumtelluride (48, 48b) dat ligt tussen het n-type cadmiumsulfide en de tweede elektrodesegmenten (54 , 54b).

6. Samenstel volgens een van de voorafgaande 5 conclusies, met'het kenmerk, dat de eerste en de tweede elektro des egmenten (42, 42a, 42b, respectievelijk 54, 54a, 54b) en de halfgeleidersegmenten (46, 46a, 46b; 48, 48a, 48b) althans nagenoeg evenwijdig zijn aan elkaar.

7. Samenstel volgens êên van de voorafgaande 10 conclusies, met het kenmerk, dat de tweede elektrodesegmenten (54, 54a, 54b) zo zijn aangebracht dat zij enigszins verschoven liggen ten opzichte van de halfgeleidersegmenten (46, 46a, 46b; 48, 48a, 48b) onder de tweede elektrodesegmenten.

8. Samenstel volgens êên van de voorafgaande 15 conclusies, met het kenmerk, dat de segmenten (42, 46, 48, 54) in het algemeen langgerekte stroken zijn.

9. Samenstel volgens êên van de voorafgaande conclusies, met het kenmerk, dat de cellen (32, 34, 36, 38) zijn aangebracht als sub-cellen die zijn verdeeld over een aantal 20 sub-samenstellen (12, 14, 16, 18, 20), waarbij de sub-samen- stellen van elk sub-samenstel in serie met elkaar zijn doorver- . bonden en elektrisch zijn gescheiden van de sub-cellen van aangrenzende sub-samenstellen door middel van groeven (22) die doorlopen totaan de drager, en verder eerste en tweede elektri-25 sche contacten (24, 26) omvatten die de sub-samenstellen uit sluitend met elkaar verbinden aan de uiteinden, waardoor het samenstel bestaat uit een parallelschakeling van sub-samenstellen die elk bestaan uit in serie doorverbonden sub-cellen.

10. Samenstel volgens êên van de conclusies 30 1 tot en met 8, gekenmerkt door eerste en tweede contacten (24, 26. die zijn verbonden met de eerste, respectievelijk de tweede elektrodesegmenten (42, 54) aan de uiteinden van het samenstel om de elektrische stroom aan de einden te verzamelen, waarbij elk tweede elektrodesegment (54) dat met het tweede contact (26) 35 is verbonden slechts met het halfgeleidersegmeiit (46, 48) van 8103484 -s e - 19 - één van twee aangrenzende cellen in aanraking is.

11. Werkwijze voor het vervaardigen van een samenstel van fotospanningsstellen, omvattende (a) het formeren van vrij van elkaar staande 5 eerste elektrodesegmenten op een elektrisch isolerende drager; (h) het formeren van vrij uit elkaar liggende halfgeleidersegmenten die in beroering zijn met de eerste elektrodesegmenten en die tot contact met de drager de eerste elektrodesegmenten doorlopen en die van een halfgeleidermateriaal 10 zijn met een voldoende elektrische weerstand om een kortslui ting als hier omschreven, tussen de eerste elektrodesegmenten te voorkomen, en (c) het formeren van tweede elektrodesegmenten die in beroering zijn met de halfgeleidersegmenten, 15 met het kenmerk, dat de tweede elektrodesegmenten (5b, 5^-b) worden geformeerd om tot contact met de eerste elektrodesegmenten (1*2, b2as i+2b) tussen de halfgeleidersegmenten door te lopen met tussen de halfgeleidersegmenten vrije ruimten (56, 56a, 56b) die doorlopen tot het halfgeleidermateriaal en wel 20 op zodanige wijze dat het tweede elektrodesegment (5^s 5^-a, 5^b) van elke cel in serie is doorverbonden met het eerste elektrodesegment (lj-2, k2a.t k2b) van slechts één naburige cel.

12. Werkwijze volgens conclusie 11, met het kenmerk, dat de vrij uitéén gelegen eerste elektrode-25 segmenten (^2, k2a, k2b), halfgeleidersegmenten (k6, U6a, k6b) en tweede elektrodesegmenten (5^·, 5b&> 5^-b) zijn geformeerd door het aanbrengen van opeenvolgende lagen op de drager en het opdelen van elke laag door het formeren daarin van vrijmakende groeven (¥)-, 56, 60) alvorens de volgende laag aan te brengen.

13. Werkwijze volgens conclusie 12, met het kenmerk, dat de halfgeleider laag is geformeerd door het afzetten van twee op elkaar liggende lagen halfgeleidermateriaal (H6, M).

14. Werkwijze volgens conclusie 12 of 13, 35 met het kenmerk, dat de lagen worden geformeerd door afzetting 8103484 i*· - 20 - uit de dampfase.

15· Werkwijze volgens conclusie 12, 13 of 14, met het kenmerk, dat de vrijmakende groeven (UUs 56, 60) worden geformeerd door mechanische verwijdering van de afgezette lagen.

16. Werkwijze volgens conclusie 12, 13 of 14, met het kenmerk, dat de vrijmakende groeven (IA, 56, 60) worden geformeerd door verwijdering van de afgezette lagen door middel van stralingsenergie.

17. Werkwijze volgens iën van de conclusies 10 11 tot en met 16, met het kenmerk, dat de vrijmakende ruimten tussen de eerste elektrodesegmenten (42, 42a, 42b), de half-geleidersegmenten (46, 46a, 46b; 48, 48b) en de tweede elektrodesegmenten (54, 54a, 54b) evenwijdig aan elkaar worden geformeerd maar ten opzichte van elkaar enigszins verschoven.

18. Werkwijze conclusie 17, met het kenmerk, dat de evenwijdige vrijmakende ruimten (56) tussen de tweede elektrodesegmenten (54, 54a, 54b) dichter bij de evenwijdige vrijmakende ruimten (60) tussen de halfgeleidersegmenten (46, 46a, 46b; 48, 48b) liggen dan bij de evenwijdige vrijmakende 20 ruimten (44) tussen de eerste elektrodesegmenten (42, 42a, 42b). T9. Werkwijze volgens ëên van de conclusies 11 tot en met 18, gekenmerkt door het formeren van een elektrisch contact (24) op het eerste elektrodesegment (42, 42a, 42b) aan het ene eind van het samenstel en van een tweede elektrisch 25 contact (42b) op het tweede elektrodesegment (54, 54a, 54b) aan het andere eind van het samenstel.

20. Werkwijze volgens ëên van de conclusies 11 tot en met 19» gekenmerkt door de bijkomende stap van het opdelen van elke cel (32, 34, 36, 38) in een aantal elektrisch 30 geïsoleerde sub-cellen om zo een parallelle schakeling van in serie doorverbonden sub-samenstellen (12, 14, 16, 18, 20) van sub-cellen te formeren.

21, Werkwijze volgens conclusie 20, met het kenmerk, dat de cellen (32, 34, 36, 38) zijn opgedeeld '"'35 in een aantal sub-cellen door het formeren van groeven (22) die 8103484 9 - 21 - doorlopen tot aan de eerste elektrodesegmenten (42, 42a, 42b).

22. Werkwijze volgens conclusie 19» en 21, met het kenmerk, dat de groeven (22) worden geformeerd op een zodanige wijze dat de elektrische contacten (24, 26) niet worden 5 opgedeeld tijdens de formering van de sub-eellen.

23. Werkwijze volgens conclusie 22, gekenmerkt door het formeren van een afkorting (120) aan het ene eind van het samenstel die doorloopt tot het eerste elektrodes egment aan dat eind, en het formeren van het elektrische 10 contact voor dat eind op het oppervlak van het eerste elektrode- segment dat is verkregen door het formeren van de afkorting. 8103484