NL8300603A - Fotovoltaische inrichting. - Google Patents

Fotovoltaische inrichting. Download PDF

Info

Publication number
NL8300603A
NL8300603A NL8300603A NL8300603A NL8300603A NL 8300603 A NL8300603 A NL 8300603A NL 8300603 A NL8300603 A NL 8300603A NL 8300603 A NL8300603 A NL 8300603A NL 8300603 A NL8300603 A NL 8300603A
Authority
NL
Netherlands
Prior art keywords
radiation
reflector
layer
reflective
periodic
Prior art date
Application number
NL8300603A
Other languages
English (en)
Original Assignee
Energy Conversion Devices Inc
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 Energy Conversion Devices Inc filed Critical Energy Conversion Devices Inc
Publication of NL8300603A publication Critical patent/NL8300603A/nl

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
    • H01L31/18—Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment of these devices or of parts thereof
    • H01L31/20—Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment of these devices or of parts thereof such devices or parts thereof comprising amorphous semiconductor materials
    • H01L31/202—Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment of these devices or of parts thereof such devices or parts thereof comprising amorphous semiconductor materials including only elements of Group IV of the Periodic Table
    • 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
    • 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
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L31/04—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof adapted as photovoltaic [PV] conversion devices
    • H01L31/054—Optical elements directly associated or integrated with the PV cell, e.g. light-reflecting means or light-concentrating means
    • H01L31/056—Optical elements directly associated or integrated with the PV cell, e.g. light-reflecting means or light-concentrating means the light-reflecting means being of the back surface reflector [BSR] type
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L31/04—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 potential barriers
    • H01L31/075—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 potential barriers the potential barriers being only of the PIN type, e.g. amorphous silicon PIN solar 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
    • Y02E10/52—PV systems with concentrators
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy
    • Y02E10/548—Amorphous silicon PV cells
    • 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

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Photovoltaic Devices (AREA)
  • Electroluminescent Light Sources (AREA)

Description

* ï, w ---: -* VO 4554
Fotovoltaïsche inrichting.
De uitvinding heeft betrekking op een verbeterde fotovol taïsche inrichting, welke voorziet in een vergrote kortsluitstroom en een hoog rendement. De uitvinding is meer in het bijzonder van toepassing op fotovoltaïsche inrichtingen, welke zijn opgebouwd uit lagen van amorfe 5 halfgeleiderlegeringen. De fotovoltaïsche inrichtingen volgens de uitvinding omvatten organen voor het richten van invallende straling teneinde öf een gedeelte van 6f in hoofdzaak alle invallende straling via het actieve gebied of de actieve gebieden te richten, waarin de ladingsdragers worden gevormd, en wel onder hoeken, welke voldoende zijn om te veroorzaken, dat 10 de gerichte straling in hoofdzaak binnen de inrichtingen bepaald wordt. Hierdoor verkrijgt men meervoudige reflecties van het gerichte licht in de actieve gebieden van de inrichtingen waarin zij worden toegepast. Een voordeel van deze benadering is, dat een grotere fotonenabsorptie en ladingsdragergeneratie in de actieve gebieden mogelijk is, waardoor gro-15 tere kortsluitstromen optreden. Een ander voordeel is, dat aangezien het gerichte licht het actieve gebied van de verbeterde inrichtingen onder een hoek passeert, het actieve gebied of de actieve gebieden dunner kunnen worden gemaakt teneinde een ladingsdrager-hercambinatie te reduceren, terwijl een doeltreffende ladingsdragergeneratie wordt onderhouden. De 20 uitvinding heeft ofschoon deze niet tot een bepaalde inrichtingsconfigu-ratie is beperkt, als meest belangrijke toepassing de vervaardiging van verbeterde uit een amorfe siliciumlegering bestaande fotovoltaïsche inrichtingen met een p-i-n-configuratie, hetzij als afzonderlijke cellen hetzij als meervoudige cellen, die een aantal enkelvoudige celeenheden om-25 vatten.
Silicium is de basis van de zeer grote kristallijne halfgeleiderindustrie en is het materiaal, waarmede dure kristallijne zonnecellen met hoog rendement (18%) voor ruimtetoepassingen zijn vervaardigd. Voor toepassingen op aarde hebben de kristallijne zonnecellen 30 meer in het bijzonder veel lagere rendementen van de orde van 12% of minder. Op het moment, dat de kristallijne-halfgeleider-technologie een commerciële toestand heeft bereikt, is deze de grondslag geworden voor de huidige zeer uitgebreide industrie voor het vervaardigen van half- 8300603 2 geleiderinrichtingen. Dit was een gevolg van het vermogen van de wetenschapsman om in hoofdzaak effectvrij germanium en meer in het bijzonder siliciumkristallen te groeien, en deze daarna om te zetten in intriensie-ke materialen met daarin gebieden met een geleiding van het p- en n-type.
5 Dit geschiedde door in dergelijke kristallijn materiaal delen per miljoen" van donor-(n) of acceptor-(p)-doteermaterialen te diffunderen, welke als substitutionele verontreinigingen in de in hoofdzaak zuivere kristallij-ne materialen werden geïntroduceerd, teneinde de elektrische geleiding daarvan te vergroten en ervoor te zorgen, dat zij een p- of n-geleidings-10 type hadden. De vervaardigingsprocessen voor het vervaardigen van p-n-junctiekristallen brengen bijzonder complexe, tijdrovende en dure procedures met zich mede. Derhalve worden deze kristallijne materialen, welke van nut zijn in zonnecellen en stroombesturingsinrichtingen, onder zeer zorgvuldig geregelde omstandigheden bereid door individuele enkele sili-15 cium- of germaniumkristallen te groeien, en wanneer p-n-juncties nodig zijn, deze enkelvoudige kristallen te doteren met bijzonder kleine en kritische hoeveelheden doteermiddelen.
Deze kristalgroeiprocessen leiden tot zó relatief kleine kristallen, dat zonnecellen een stelsel van een groot aantal enkelvou-20 dige kristallen vereisen om het gewenste oppervlak van slechts een enkel zonnecelpaneel te omvatten. De hoeveelheid energie, welke nodig is om bij dit proces een zonnecel te vervaardigen, de beperkingen, welke worden opgelegd door de afstandsbeperkingen van het siliciumkristal, en de noodzakelijkheid om een dergelijk kristallijn materiaal door te snijden en 25 te monteren, hebben alle geleid tot een onmogelijke economische barrière ten aanzien van het op grote schaal toepassen van zonnecellen van kristallijn halfgeleidermateriaal voor energie-omzetting. Verder heeft kristallijn silicium een indirecte optische rand, welke leidt tot een slechte lichtabsorptie in het materiaal. In verband met de slechte lichtabsorp-30 tie moeten kristallijne zonnecellen een dikte van tenminste 50 micron hebben om het invallende zonlicht te absorberen. Zelfs indien het mono-kristallijne materiaal wordt vervangen door polykristallijn silicium met een goedkoper produktieproces, blijft de indirecte optische rand nog steeds bestaan; derhalve wordt de materiaaldikte niet gereduceerd. De 35 polykristallijne materialen bevatten ook korrelgrenzen en andere defeetproblemen, welke normaliter schadelijk zijn.
8300603 V - * 3
Resumerende hebben kristallijne siliciuminrichtingen vaste parameters, die niet, zoals gewenst, variabel zijn, vereisen zij grote hoeveelheden materiaal, kunnen zij slechts met betrekkelijk kleine oppervlakken worden vervaardigd en is de vervaardiging daarvan duur en 5 tijdrovend. Het gebruik van inrichtingen, gebaseerd op amorfe silicium-legeringen, kan deze bezwaren van kristallijn silicium elimineren. Een amorfe siliciumlegering heeft een optische absorptierand met eigenschappen, welke overeenkomen met een halfgeleider met directe energiesprong en er is slechts een materiaaldikte van 1 micron of minder nodig om de-10 zelfde hoeveelheid zonlicht te absorberen als het kristallijne silicium met een dikte van 50 micron. Voorts kunnen amorfe siliciumlegeringen sneller, gemakkelijker en met grotere oppervlakken worden bereid dan kristallijn silicium.
Derhalve heeft men zich grote inspanning getroost om 15 processen te ontwikkelen voor het op een eenvoudige wijze aanbrengen van amorfe halfgeleiderlegeringen of films, die elk betrekkelijk grote gebieden kunnen omvatten, indien gewenst, slechts beperkt door de afmetingen van de aanbrengingsinrichting, en welke op een eenvoudige wijze kunnen worden gedoteerd voor het vormen van materialen van het p- en n-type, 20 waar p-n-junctie-inrichtingen daaruit moeten worden vervaardigd, equivalent aan die, welke door hun kristallijne tegenhangers worden verkregen. Gedurende vele jaren is dit werk in hoofdzaak onproduktief geweest. Amorfe silicium- of germanium-(groep IV)-films zijn normaliter viervoudig gecoördineerd en blijken microholten en onstabiele bindingen en andere 25 defecten te vertonen, welke leiden tot een grote dichtheid van gelocali-seerde toestanden in de energiesprong daarvan. De aanwezigheid van een grote dichtheid van gelocaliseerde toestanden in de energiesprong van amorfe halfgeleidende siliciumfilms leidt tot een geringe mate van foto-geleiding en een korte draaglevensduur, waardoor dergelijke films onge-30 schikt worden voor fotoresponsieve toepassingen. Bovendien kunnen derge-lijke films niet met succes worden gedoteerd op of een andere wijze worden gemodifieerd om het Fermi-niveau dicht bij de geleidings- of valentie-banden te verschuiven, waardoor deze films niet geschikt zijn voor het tot stand brengen van p-n-juncties voor zonnecel- en stroombesturings-35 inrichtingstoepassingen.
In een poging de bovengenoemde problemen, welke zich bij 8300603 ' ' 4 · > amorf silicium voordoen, tot een minimum terug te brengen, (van welke problemen oorspronkelijk is gedacht, dat deze elementair waren) hebben W.E. Spear en P.G. Le Comber van het Carnegie Laboratory of Physics, University of Dundee, in Dundee, Schotland, een werk verricht op "Sub-5 stitutional Doping of Amorphous Silicon", zoals vermeld in een artikel, gepubliceerd in Solid State Communications, vol. 17, pag. 1193 - 1196, 1975, om de gelocaliseerde toestanden in de energiesprong bij amorf silicium te reduceren teneinde dit materiaal dichter intrinsiek kristallijn silicium te laten naderen en om de amorfe materialen substitutioneel te 10 doteren met geschikte klassieke doteermiddelen, zoals bij het doteren van kristallijne materialen, om de materialen extrinsiek te maken of daaraan een p- of n-geleidingstype te geven.
De reductie van de gelocaliseerde toestanden geschiedde door een glimontladingsneerslag van amorfe siliciumfilms, waarbij een 15 gas van silaan (SiH4> door een reageerbuis werd gevoerd, waarin het gas werd ontleed door een r.f. glimontlading en werd neergeslagen op een substraat bij een substraattemperatuur van ongeveer 500 - 600°K (227 -327°C). Het op deze wijze op de substraat neergeslagen materiaal was een intrinsiek amorf materiaal, bestaande uit silicium en waterstof. Voor 20 het verkrijgen van een gedoteerd amorf materiaal werd een gas van fosfi-ne (pH 3) voor een geleiding van het n-type of een gas van diboraan (I^Hg) voor een geleiding van het p-type vooraf met het silaangas gemengd en door de glimontladingsreageerbuis gevoerd en wel onder dezelfde bedrijfsomstandigheden. De gasconcentratie van de gebruikte doteermiddelen lag —6 —2 25 tussen ongeveer 5 x 10 en 10 delen per volume. Het op deze wijze neergeslagen materiaal bleek extrinsiek te zijn en een geleiding van het n- of p-type te hebben.
Ofschoon het door deze onderzoekers niet bekend was, is het thans door het werk van anderen bekend, dat de waterstof in het 30 silaan bij een optimale temperatuur een combinatie aangaat met een groot aantal van de onstabiele bindingen van het silicium tijdens de glimontladingsneerslag, waardoor de dichtheid van de gelocaliseerde toestanden in de energiesprong aanmerkelijk wordt gereduceerd zodat de elektronische eigenschappen van het amorfe materiaal die van het overeenkomstige kris-35 tallijne materiaal dichter benaderen.
Het opnemen van waterstof bij de bovenbeschreven methode 8300603 ♦ » 5 heeft evenwel beperkingen, welke zijn gebaseerd op de vaste verhouding van waterstof tot silicium in silaan, en verschillende Si : H-bindings-configuraties, welke tot nieuwe anti-bindingstoestanden leiden. Derhalve bestaan er basisbeperkingen aan het reduceren van de dichtheid van geloca-5 liseerde toestanden in deze materialen.
Sterk verbeterde amorfe siliciumlegeringen met aanmerke- j lijk gereduceerde concentraties van gelocaliseerde toestanden in de energiesprongen daarvan en elektronische eigenschappen met bijzonder j
goede kwaliteit zijn verkregen door een glimontlading, zoals volledig 10 is omschreven in het Amerikaanse octrooischrift 4.226.898, en door J
neerslaan uit de dangpfase, zoals volledig is beschreven in het Amerikaanse ! octrooischrift 4.217.374. Zoals in deze octrooischriften is beschreven, [ wordt fluor in de amorfe silicium-halfgeleiderlegering geïntroduceerd |
teneinde de dichtheid van gelocaliseerde toestanden daarin aanmerkelijk I
15 te reduceren. Geactiveerde fluor gaat meer in het bijzonder op een een- |
F
voudige wijze een binding met silicium in het amorfe lichaam aan teneinde % fc de dichtheid van gelocaliseerde defect-toestanden daarin aanmerkelijk te £ verkleinen omdat de kleine afmetingen, de grote reactiviteit en de speci- ï ficiteit van de chemische binding van fluoratomen het mogelijk maakt, een f 20 meer defectvrije amorfe siliciumlegering_te verkrijgen. Het fluor gaat [ en binding aan met de onstabiele bindingen van het silicium -en vormt dat- f gene, dat kan worden beschouwd als een in hoofdzaak ionisch stabiele bin- [ ding met flexibele bindingshoeken, welke leidt tot een meer stabiele en ; meer doeltreffende compensatie of wijziging dan wordt gevormd door wa- j i 25 terstof of andere compenserende of wijzigende middelen. Fluor gaat ook op een voorkeurswijze een combinatie aan met silicium en waterstof, waarbij de waterstof op een meer gewenste wijze wordt benut aangezien waterstof verschillende bindingsopties heeft. Zonder fluor kan waterstof niet op een gewenste wijze een binding in het materiaal aangaan, waardoor een 30 extra defectstatus in de energiesprong evenals in het materiaal zelf optreedt. Derhalve wordt fluor beschouwd als een meer doeltreffend compenserend of wijzigend element dan waterstof wanneer dit alleen wordt gebruikt of met waterstof en wel in verband met de grote reactiviteit, de specificiteit in chemische binding, en de grote elektro-negativiteit.
35 Als een voorbeeld kan een compensatie met fluor alleen of in combinatie met waterstof worden verkregen door dit element of deze 8300603 ., - Τ~· Γ·ι·-ί>.4.ν.. -^—-__ ν y 6 elementen In zeer kleine hoeveelheden (bijvoorbeeld fracties van een atoomprocent) toe te voegen. De hoeveelheden fluor en waterstof, welke de voorkeur verdienen om te worden gebruikt, zijn evenwel veel groter dan deze kleine percentages voor het vormen van een silicium-waterstof- j
5 fluorlegering. Dergelijke legeringshoeveelheden van fluor en waterstof I
kunnen bijvoorbeeld liggen in het gebied van 1 tot 5% of meer. Gemeend wordt, dat de op deze wijze gevormde legering een geringere dichtheid van defecttoestanden in de energiesprong vertoont dan kan worden verkregen j door het slechts neutraliseren van onstabiele bindingen en soortgelijke j 8 10 defecttoestanden. Gemeend wordt, dat een dergelijke grotere hoeveelheid \ k fluor, meer in het bijzonder, aanmerkelijk deelneemt aan een nieuwe |
structurele configuratie van een amorf silicium-bevattend materiaal en I
(
de toevoeging van andere legeringsmaterialen, zoals germanium vereenvou- E
i digt. Gemeend wordt, dat fluor naast de andere reeds genoemde eigenschap- t u 15 pen daarvan, een organisator van locale structuur in de silicium-bevat- Γ.
«« tende legering via inductieve en ioneneffecten is. Gemeend wordt, dat t' fluor ook de binding, van waterstof beïnvloedt doordat fluor op een gun- h
stige wijze de dichtheid van defecttoestanden verkleint, waaraan water- Z
i.
stof bijdraagt wanneer dit als een dichtheid van toestanden-reducerend f 20 element werkt. De ionenfunctie, welke fluor in een dergelijke legering fe vervult is vermoedelijk een belangrijke factor in termen van de dichtst- ; bij gelegen nabuurrelaties. j·
Amorfe siliciumlegeringen, die fluor bevatten, hebben [ derhalve sterk verbeterde eigenschappen voor fotovoltalsche toepassingen .
25 vertoond vergeleken met amorfe siliciumlegeringen, welke alleen waterstof als een dichtheid van toestanden-reducerend element bevatten. Teneinde evenwel het volle voordeel van deze amorfe siliciumlegeringen, welke fluor bevatten, te realiseren wanneer deze worden gebruikt voor het vormen van de actieve gebieden van fotovoltalsche inrichtingen is.:het..no-30 dig, dat men er zeker van is, dat het grootst mogelijke gedeelte van de beschikbare fotonen daarin wordt geabsorbeerd voor het op een doeltreffende wijze opwekken van elektron-gatparen.
Het bovenstaande is bijvoorbeeld van belang bij fotovol-talsche-inrichtingen met een p-i-n-configuratie. Inrichtingen van dit 35 type bezitten gedoteerde lagen van het p- en n-type ter weerszijden van een actieve intrinsieke laag, waarin de elektron-gatparen worden opge- 8300603 * β 7 wekt. Zij brengen een potentiaalgradiënt over de inrichting tot stand teneinde de scheiding van de elektronen en gaten te vereenvoudigen en vormen ook contactlagen om het opzamelen van de elektronen en gaten als een elektrische stroom te vereenvoudigen.
5 Niet alle beschikbare fotonen worden door de actieve gebieden in een enkele passage door deze gebieden geabsorbeerd. Ofschoon bijna alle fotonen met kleine golflengte tijdens de eerste doorgang worden geabsorbeerd, wordt een groot gedeelte van de fotonen met grotere golflengte bijvoorbeeld fotonen met golflengten van 6000 Angstrom of 10 meer, niet op deze wijze geabsorbeerd. Het verlorengaan van deze niet-geabsorbeerde fotonen legt een beperking op aan de kortsluitstromen, welke kunnen optreden. Om het verlorengaan van deze fotonen met grotere golflengte uit te sluiten, zijn reflectoren, bestaande uit geleidende metalen, gebruikt om het niet-gebruikte of niet-geabsorbeerde licht terug j 15 naar de actieve gebieden van de inrichtingen te reflecteren. j
De p- en n-typen lagen zijn geleidend en kunnen tenminste j in het geval van de p-type laag een brede energiesprong hebben teneinde fotonen_absorptie te verminderen. Een reflector is derhalve bijzonder gunstig wanneer deze in samenhang met een p-type laag met een grote 20 energiesprong, die de bovenlaag van een dergelijke inrichting vormt, wordt gebruikt. Reflectoren zijn ook van voordeel wanneer de p-laag met grote energiesprong de onderlaag van de inrichting vormt. In beide gevallen dienen reflecterende lagen voor het reflecteren van ongebruikt licht naar het intrinsieke gebied van de inrichting teneinde een verder 25 gebruik van de zonne-energie mogelijk te maken voor het opwekken van verdere elektron-gatparen. Een reflecterende laag maakt het mogelijk, dat een groter gedeelte van de beschikbare fotonen zich naar de actieve intrinsieke laag beweegt en daarin wordt geabsorbeerd.
Ongelukkigerwijs zijn de beste reflectoren van bekend 30 type in staat om slechts ongeveer 80% van het niet gebruikte licht naar de inrichtingen, waarin zij worden toegepast, terug te kaatsen. Metalen zoals koper en aluminium zijn omdat zij sterk reflecterend zijn, voorgesteld als mogelijke materialen voor reflectoren. Deze metalen kunnen echter diffunderen in de halfgeleider van de inrichtingen waarin zij worden 35 toegepast en bij een dergelijke diffusie beïnvloeden zij de fotorespon-sieve eigenschappen van de inrichtingen op een schadelijke wijze. Dien- 8300603 * * 8 tengevolge zijn andere minder reflectieve metalen voor de reflectoren gebruikt. Dergelijke minder reflectieve metalen omvatten molybdeen en chroom. Ofschoon deze metalen niet in de halfgeleider van de inrichtingen diffunderen, kunnen zij niet de reflectantie van de meer sterk reflectie- j 5 ve metalen bereiken. Dit geldt in het bijzonder wanneer de minder reflectieve metalen zijn gekoppeld met een materiaal, zoals amorfe silicium-legeringen, die een grote brekingsindex hebben. Voorts reflecteren de bekende reflectoren het ongebruikte licht naar de actieve gebieden in j dezelfde richting als de oorspronkelijke invalsrichting (waarbij een nor- i i 10 male inval wordt verondersteld). Derhalve kan na reflectie het licht, dat j tijdens de tweede doorgang niet is geabsorbeerd, ontsnappen. Derhalve wordt niet alle licht geabsorbeerd. Voorts moeten aangezien het licht de j actieve gebieden loodrecht doorloopt, van een voldoende dikte zijn om f Σ een doeltreffende absorptie mogelijk te maken. In verband met het feit, | r 15 dat de minderheidsdragerdiffusielengte een eindige waarde heeft, kan het *
actieve gebied evenwel niet willekeurig dik worden gemaakt. Indien voor I
* het verkrijgen van een grote absorptie de dikte van het actieve gebied ;
ver voorbij de diffusielengte wordt vergroot, zullen hercombinatie-effec- I
ten overheersen, welke het moeilijk maken de foto-gegenereerde ladingsdra- j i 20 gers op een doeltreffende wijze als een elektrische stroom op te zamelen. !
Derhalve bestaat er een vraag naar betere fotovoltalsche inrichtingen,welke niet slechts voorzien in een betere benutting van het invallende licht doch ook in een meer doeltreffende opzameling van de ladingsdragers, die in het actieve gebied of de actieve gebieden van de inrichting ontstaan.
25 De uitvinding beoogt nieuwe en verbeterde fotovoltalsche inrichtingen te verschaffen, waarbij zowel het licht beter wordt gebruikt voor het verschaffen van elektron-gatparen, waarbij een meer doeltreffende opzameling van de ladingsdragers plaatsvindt. In wezen voorziet de uitvinding in middelen om tenminste een gedeelte van de invallende straling 30 via het actieve gebied of de actieve gebieden te richten onder een hoek, welke voldoende is om het gerichte licht binnen de inrichtingen te bepalen teneinde de absorptie aanmerkelijk te vergroten. Voorts maakt de uitvinding het mogelijk, dat de actieve gebieden dunner worden uitgevoerd om hercombinatie-effecten te reduceren. De stralingsrichtorganen volgens 35 de uitvinding kunnen in elk type fotovoltaïsche -cel worden toegepast en vinden een bijzondere toepassing in dunne-filmzonnecellen in zowel fotovoltai- 8300603 9 sche inrichtingen, met enkele cel met een p-i-n-configuratie als stelsels met een aantal cellen, welke voorzien van een aantal enkelvoudige celeen-heden.
De uitvinding voorziet in nieuwe en verbeterde fotovol-5 tage-inrichtingen met organen voor het richten van de invallende straling teneinde tenminste een gedeelte van de invallende straling via het actieve gebied of de actieve gebieden, waarin de ladingsdragers worden opgewekt, te richten onder een hoek, welke voldoende is om de gerichte straling in hoofdzaak binnen de fotovoltaïsche inrichtingen te bepalen. Voor 10 loodrecht invallende straling, richten de stralingsrichtorganen de straling via het actieve gebied of de actieve gebieden onder hoeken, welke tenminste groter zijn dan de hoek (de kritische hoek) waarvan de sinus de brekingsindex van lucht is, gedeeld door de brekingsindex van het materiaal, waaruit het actieve gebied of de actieve gebieden bestaan. De 15 organen voor het richten van de invallende straling volgens de uitvinding voorzien in een aantal passages van licht in de actieve gebieden van de inrichtingen waarin zij worden toegepast, teneinde een in hoofdzaak totale absorptie mogelijk te maken, terwijl een meer volledige opzameling van de elektron-gatparen wordt verzekerd.
_ 20. De stralingsrichtorganen kunnen bestaan uit öf willekeu rige of periodieke reflecterende of overdragende stelsels. De willekeurige en periodieke reflecterende stelsels kunnen öf oppervlakte- öf massa-reflectoren zijn. Zo kan de willekeurige oppervlaktereflector bestaan uit een ruw gemaakt reflecterend oppervlak van aluminium, goud, zilver, 25 koper of een ander sterk reflecterend materiaal. De periodieke opper-vlaktereflector kan bestaan uit een reflecterend brekingsrooster en bij voorkeur een gekerfd brekingsrooster. De roosterafstand kan worden geoptimaliseerd voor het reflecteren van licht met voorafbepaalde golflengten en de roostervormen en -hoogten kunnen worden geoptimaliseerd 30 voor het kiezen van de waarde van de orde en reflectantie-orde, zoals gewenst is voor het verkrijgen van een inwendige reflectie bij gewenste materiaalscheidingsvlakken.
De willekeurige massareflector kan bijvoorbeeld bestaan uit een lichaam van keramisch materiaal, zoals titaandioxyde, zinksele-35 nide, aluminiumoxyde, zinksulfide, seleen, en siliciumcarbide, of een lichaam van emaillemateriaal. De korrels en willekeurig verdeelde facet- 8300503 r ♦ 10 ten van de polykristallijne componenten van deze materialen·voorzien in willekeurige reflecties vanuit de massa van de reflector. De periodieke massareflector kan bijvoorbeeld bestaan uit een hologram.
Op elk van de bovengenoemde reflectoren kan een bekle-5 ding van een transparante geleider, zoals een transparant geleidend oxyde worden aangebracht. Wanneer deze reflectoren als de substraten voor de inrichtingen worden gebruikt, dienen de transparante geleidende oxyden als een contactlaag. Het transparante geleidende oxyde kan bijvoorbeeld bestaan uit indiumtinoxyde, cadmiumstannaat of gedoteerd tinoxyde.
10 Door het licht via het actieve gebied of de actieve ge bieden te richten onder een hoek, welke groter is dan de kritische hoek voor een scheidingsvlak tussen lucht en het materiaal van het actieve gebied, zal het gerichte licht inwendig worden gereflecteerd en in hoofdzaak binnen de inrichtingen worden bepaald. De stralingsrichtorganen vol-15 gens de uitvinding maken derhalve een in hoofdzaak totale absorptie van licht voor het opwekken van elektron-gatparen in de inrichtingen mogelijk.
De uitvinding is meer in het bijzonder van toepassing bij fotovoltaïsche inrichtingen met een p-i-n-configuratie. Dergelijke in-20 richtingen omvatten een intrinsiek, actief halfgeleidergebied waarin foto-gegenereerde elektron-gatparen· worden gevormd, en gedoteerde gebieden mét tegengestelde geleiding, welke aan tegenover elkaar gelegen respectieve zijden van het intrinsieke gebied zijn gelegen. Het actieve intrinsieke gebied bestaat bij voorkeur uit èen amorf siliciumlegeringslichaam of 25 -laag, welke fluor als een dichtheid van toestanden-reducerend element bevat. De gedoteerde gebieden omvatten voorts bij voorkeur een uit amorf silicium bestaande legeringslaag van het p-type met grote energiesprong, welke öf de bovenste of de onderste halfgeleiderlaag van de inrichting vormt. In elk geval bevinden de amorfe halfgeleidergebieden zich bij 30 voorkeur op de stralingsreflectoren, waarbij de transparante geleidende laag zich tussen de stralingsrichtorganen en de onderste gedoteerde laag bevindt. Volgens de uitvinding kan ook op de bovenste gedoteerde laag een transparante stralingsrichtinrichting aanwezig zijn. Een dergelijke transparante stralingsrichtinrichting kan bijvoorbeeld bestaan uit een 35 transmissiebrekingsrooster.
In hoofdzaak alle fotonen met kleine golflengte worden 8300603 * » 11 in de actieve intrinsieke gebieden tijdens de eerste doorgang daarin geabsorbeerd, terwijl slechts een gedeelte van de fotonen met golflengten, die groter zijn dan ongeveer 6000 Angstrom, op deze wijze wordt geabsorbeerd. De periodieke reflectoren kunnen worden geoptimaliseerd voor deze 5 grotere golflengten teneinde het richten van de fotonen met grotere golflengte optimaal te maken. Hiertoe kan de brekingshoek, welke door een brekingsrooster wordt verschaft, worden bepaald door de relatie: n -1 m λ
Diff 111 nd waarbij: d de roosterafstand is; 10 λ de minimale fotonengolflengte in vacuo is, welke moet worden gebroken; n de brekingsindex van het medium is waarin het rooster de straling breekt; en m de brekingsorde is.
15 De reflectorstelsels volgens de uitvinding kunnen ook worden toegepast bij inrichtingen met een aantal cellen, zoals tandem-cellen.
Derhalve is een eerste*oogmerk van de uitvinding het verschaffen van de fotovoltaïsche inrichting, bestaande uit halfgeleiderma-20 teriaal met tenminste één actief gebied dat door invallende straling kan worden getroffen voor het opwekken van ladingsdragers, waarbij stralings-richtorganen aanwezig zijn om tenminste een gedeelte van de invallende straling door het tenminste ene actieve gebied te richten onder een hoek, welke voldoende is om te veroorzaken, dat de gerichte straling in hoofd-25 zaak binnen de fotovoltaïsche inrichting wordt bepaald.
De uitvinding zal onderstaand nader worden toegelicht onder verwijzing naar de tekening. Daarbij toont: fig. 1 een schematische voorstelling van een glimontla-dingsneerslagstelsel, dat gebruikt kan worden voor de vervaardiging van 30 een fotovoltaïsche inrichting volgens de uitvinding; fig. 2 een doorsnede van een gedeelte van het stelsel volgens fig. 1 over de lijn II - II daarvan; fig. 3 een doorsnede in schematische vorm van een foto-voltaische inrichting volgens de uitvinding, die de algemene principes en 35 voordelen van de uitvinding illustreert; 8300603 - * 12 fig. 4 een doorsnede van een fotovoltalsche inrichting van het p-i-n-type, voorzien van een willekeurige oppervlaktereflector volgens de uitvinding; - fig. 5 een doorsnede van een p-i-n-fotovoltalsche inrich-5 ting voorzien van een willekeurige massareflector volgens de uitvinding; fig. 6 een doorsnede van een p-i-n-fotovoltaïsche inrichting met een periodieke oppervlaktereflector volgens de uitvinding; fig. 7 een doorsnede van een p-i-n-fotovoltaxsche inrichting met een transparante richtinrichting voor invallend licht volgens 10 de uitvinding; fig. 8 een doorsnede van een p-i-n-fotovoltage-inrichting met een periodieke massareflector volgens de uitvinding; fig. 9 een doorsnede van een meervoudige cel voorzien van een aantal p-i-n-fotovoltalsche celeenheden, die in tandemconfiguratie 15 zijn gerangschikt, voorzien van stralingsrichtorganen volgens de uitvinding; fig. 10 een doorsnede van een andere tandeminrichting met een periodieke oppervlaktereflector volgens de uitvinding; en fig. 11 een doorsnede van een andere uitvoeringsvorm 20 van een p-i-n-fotovoltaische inrichting volgens de uitvinding.
Meer in het bijzonder onder verwijzing naar fig. 1 is in deze figuur een glimontladingsneerslagstelsel 10 met een huis 12 af-gebeeld. Het huis 12 omsluit een vacuümkamer 14 en omvat een inlaatkamer 16 en een uitlaatkamer 18. Een kathodesteunonderdeel 20 is via een iso-25 lator 22 in de vacuümkamer 14 gemonteerd. Het steunonderdeel 20 omvat een isolerende huls 24, die het steunonderdeel 20 in omtreksrichting omsluit. Een donkere-ruimtescherm 26 bevindt zich op een afstand van de huls 24 en omgeeft deze huls in omtreksrichting. Een substraat 28 is door een. houder 32 aan een binnenste uiteinde 30 van het steunonderdeel 30 20 bevestigd. De houder 32 kan aan het steunonderdeel 20 worden geschroefd of op een andere normale wijze daaraan worden bevestigd en wel in elektrisch contact daarmede.
Het kathodesteunonderdeel 20 omvat een holte 34 waarin zich een elektrisch verwarmingselement 36 voor het verhitten van het 35 steunonderdeel 20 en derhalve de substraat 28 bevindt. Het kathodesteunonderdeel 20 is voorts voorzien van een temperatuurresponsieve sonde 38 8300603 13 * -t voor het meten van de temperatuur van het steunonderdeel 20. De tempera-tuursonde 38 wordt gebruikt om de bekrachtiging van het verwarmingselement 36 zodanig te regelen, dat het steunonderdeel 20 en de substraat 28 op een gewenste temperatuur worden gehouden.
5 Het stelsel 10 omvat voorts een elektrode 40, die zich uit het huis 12 in de vacuümkamer 14 op een afstand van het kathodesteun-onderdeel 20 uitstrekt. De elektrode 40 omvat een scherm 42, dat de elektrode 40 omgeeft en dat op zijn beurt een daarop gemonteerde substraat 44 ondersteunt. De elektrode 40 bezit een holte 46 waarin een elek-10 trodeverwarmingselement 48 is ondergebracht. De elektrode 40 is voorts voorzien van een temperatuurresponsieve sonde 50 voor het meten van de temperatuur van de elektrode 40 en derhalve van de substraat 44. De sonde 50 wordt gebruikt om de bekrachtiging van het verwarmingselement 48 zodanig te regelen, dat de elektrode 40 en de substraat 44 op een gewenste 15 temperatuur, onafhankelijk van het onderdeel 20, worden gehouden.
Ben filmontladingsplasma wordt opgewekt in een ruimte 52 tussen de substraat 28 en 44 door de energie, welke wordt geleverd door een geregelde radiofrequente wisselstroom- of gelijkstroombron, die met het kathodesteunonderdeel 20 over de ruimte 52 naar de elektrode 40 20 is gekoppeld, welke laatste is geaard. De vacuümkamer 14 wordt tot de gewenste druk leeggepompt door een vacuumpamp 54, die via een deeltjesin-vanginrichting 56 met de kamer 14 is gekoppeld. Een drukmeter 58 is met het vacuumstelsel gekoppeld en wordt gebruikt om de pomp 54 zodanig te regelen, dat het stelsel 10 op de gewenste druk wordt gehouden.
25 De inlaatkamer 16 van het huis 12 is bij voorkeur voorzien van een aantal leidingen 60 voor het toevoeren van materialen aan het stelsel 10 teneinde daarin te worden gemengd en in de kamer 14 in de glirnontladingsplasmaruimte 52 op de substraten 28 en 44 te worden gebracht. Indien gewenst, kan de inlaatkamer 16 zich op een verwijderde 30 plaats bevinden en kunnen de gassen vooraf worden gemengd voordat zij aan de kamer 14 worden toegevoerd. De gasvormige materialen worden aan de leidingen 60 via een filter of een andere reinigingsinrichting 62 toegevoerd met een snelheid, die door een klep 64 wordt geregeld.
Wanneer een materiaal zich initieel niet in de gasvorm 35 bevindt, doch in plaats daarvan zich in de vloeistoffase of vaste fase bevindt, kan het materiaal in een afgedicht vat 66 worden ondergebracht, 8300603 14 als aangegeven bij 68. Het materiaal 68 wordt dan verhit door een verwarmingselement 70 om de dampdruk van het materiaal in het vat 66 te verhogen. Een geschikt gas, zoals argon, wordt via een buis 72 aan het materiaal 68 toegevoerd teneinde de damp van het materiaal 68 in te vangen 5 en de damp via een filter 621 en een klep 64' naar de leidingen 60 en van-daaruit naar het stelsel 10 te transporteren.
De inlaatkamer 16 en de uitlaatkamer 18 zijn bij voorkeur voorzien van schermorganen 64 om het plasma in de kamer 14 en in hoofdzaak tussen de substraten 28 en 44 te bepalen.
10 De materialen, die via de leidingen 60 worden gevoerd, worden in de inlaatkamer 16 gemengd en daarna aan de glimontladingsruimte 52 toegevoerd om het plasma te onderhouden en de legering op de substraten te brengen met incorporatie van silicium, fluor, zuurstof en de andere gewenste wijzigingselementen, zoals waterstof, en/of doteermiddelen 15 of andere gewenste materialen.
0
Tijdens het bedrijf wordt voor het aanbrengen van lagen van intrinsieke amorfe siliciumlegeringen het stelsel 10 eerst leeggepompt tot een gewenste neerslagdruk, zoals bijvoorbeeld minder dan 20 mtorr voordat het neerslaan begint. Uitgangsmaterialen of reactiegassen, 20 zoals siliciumtetrafluoride (SiF^) en moleculaire waterstof (^) en/of silaan worden via afzonderlijke leidingen 60 aan de inlaatkamer 16 toegevoerd en daarna in de inlaatkamer gemengd. Het gasmengsel wordt aan de vacuümkamer toegevoerd om daarin een partiële druk van ongeveer 0,6 torr te onderhouden. In de ruimte 52 tussen de substraten 28 en 44 wordt een 25 plasma gevormd onder gebruik van een gelijkspanning, welke groter is dan 600 V, en/of een radiofrequent vermogen van ongeveer 10 tot 15 W bij een frequentie van 13,56 mHz of een andere gewenste frequentie.
Naast de intrinsieke amorfe siliciumlegeringen, die op de bovenbeschreven wijze worden neergeslagen, worden bij de inrichtingen 30 volgens de uitvinding, zoals deze in de verschillende nog te beschrijven uitvoeringsvormen zijn weergegeven, ook gedoteerde amorfe siliciumlegeringen gebruikt, die amorfe siliciumlegeringen van het p-type met grote energiesprong omvatten. Deze gedoteerde legeringslagen kunnen een geleiding van het p-, p+—, n- of n+-type hebben en kunnen worden gevormd door 35 het introduceren van een geschikt doteermiddel in de vacuümkamer tezamen • met het intrinsieke uitgangsmateriaal, zoals silaan (SiH^) of het uit 8300603 15 siliciumtetrafluoride (SiF^) bestaande uitgangsmateriaal en/of waterstof en/of silaan.
Voor n- of p-gedoteerde lagen kan het materiaal worden gedoteerd met 5 tot 100 ppm doteermaterialen wanneer het wordt neerge-5 slagen. Voor n+- of p+-gedoteerde lagen wordt het materiaal gedoteerd met 100 ppm tot meer dan 1% doteermateriaal wanneer dit wordt neergeslagen. De n-doteermiddelen kunnen bestaan uit fosfor, arseen, antimoon of bismuth. Bij voorkeur worden de n-gedoteerde lagen neergeslagen door de glimontladingsontleding van tenminste siliciumtetrafluoride (SiF^) 10 en fosforwaterstof (PH^). Waterstof en/of silaangas (SiH^) kunnen ook aan dit mengsel worden toegevoegd.
De p-doteermiddelen kunnen bestaan uit boor, aluminium, gallium, indium of thallium. Bij voorkeur worden de lagen van het p-type neergeslagen door de glimontladingsontleding van tenminste silaan en 15 diboraan (B„H-) of siliciumtetrafluoride en diboraan. Aan het silicium- ö 2 6 tetrafluoride en diboraan kan ook waterstof en/of silaan worden toegevoegd.
Naast het bovenstaande worden volgens de uitvinding de lagen van het p-type gevormd uit amorfe siliciumlegeringen, die tenminste 20 één de energiesprong vergrotend element bevatten. Zo kunnen bijvoorbeeld koolstof en/of stikstof in de legeringen van het p-type worden geïncorporeerd om de energiesprongen daarvan te vergroten. Een amorfe silicium-legering met grote energiesprong kan bijvoorbeeld worden gevormd door een gasmengsel van siliciumtetrafluoride (SiF^), silaan (SiH^), diboraan 25 (B2H6^ en methaan (CH4). Dit leidt tot een amorfe siliciumlegering van het p-type met een grote energiesprong.
De gedoteerde lagen van de inrichtingen worden neergeslagen bij verschillende temperaturen, afhankelijk van het materiaal, dat moet worden neergeslagen, en de gebruikte substraat. Voor aluminium-30 substraten dient de bovenste temperatuur niet hoger te zijn dan ongeveer 500°G en voor roestvrij staal kan de temperatuur boven ongeveer 1000°C zijn gelegen- Voor de intrinsieke en gedoteerde legeringen, welke initieel zijn gecompenseerd met waterstof, zoals bijvoorbeeld die, welke worden neergeslagen uit een uit silaangas bestaand uitgangsmateriaal, dient de 35 substraattemperatuur lager te liggen dan ongeveer 400°C en ligt deze bij voorkeur tussen 250°C en 350°C.
8300 60 3 16
Andere materialen en legeringselementen kunnen ook aan de intrinsieke en gedoteerde lagen worden toegevoegd om een optimale stroomopwekking te verkrijgen. Deze andere materialen en elementen zullen later worden beschreven in verband met de inrichtingsconfiguraties 5 volgens de uitvinding, welke zijn weergegeven in de figuren 4 t/m 10.
Figuur 3 toont in een in het algemeen schematische doorsnede een fotovoltaische inrichting 80, waarnaar.hier wordt verwezen om een algemeen begrip van de kenmerken eh voordelen van de uitvinding te vereenvoudigen. De inrichting 80 kan elke willekeurige configuratie 10 voor een fotovoltaische inrichting hébben en kan bijvoorbeeld bestaan-uit een p-i-n-inrichting, een p-n-inrichting of een Schottky-barrière-inrichting. De inrichting omvat een lichaam 82 van halfgeleidermateriaal, dat kristallijn, polykristallijn kan zijn of uit een amorf halfgeleider-materiaal of een combinatie van deze kan bestaan. Zoals later onder verwij-15 zing naar de figuren 4 t/m 10 zal worden beschreven, bestaat het lichaam 82 van halfgeleidermateriaal bij voorkeur uit doch is niét beperkt tot een amorfe siliciumlegering met tenminste één actief gebied, waarin foto-gegenereerde elektron-gatparen worden gevormd.
Het lichaam 82 van halfgeleidermateriaal wordt op stra-20 lingsrichtorganen 84 geplaatst, welke geleidend kunnen zijn of met een geleidend materiaal zijn bekleed, zoals een transparant geleidend oxyde, teneinde een bodemcontact voor de inrichting 80 te vormen. Op het halfge-leiderlichaam 82 bevindt zich een laag 86 van geleidend materiaal, zoals een transparant geleidend oxyde (TCO). Het TCO kan bijvoorbeeld bestaan 25 uit indiumtinoxyde, cadmiumstannaat of gedoteerd tinoxyde. Op de geleidende laag 86 bevindt zich een roosterpatroon 88. Het rooster 88 kan bestaan uit een aantal orthogonaal gerelateerde lijnen van een geleidend metaal en ongeveer 5 tot 10% van het oppervlak van de laag 86 bedekken.
De laag 86 en het rooster 88 dienen als het bovencontact van de inrichting. 30 Over het rooster 88 en de geleidende laag 86 bevindt zich een anti-reflectie (AR)-laag 90. Lagen van dit type zullen later meer gedetailleerd worden beschreven. Men kan in plaats van de AR-laag 90 ook gebruik maken van een laag van een glasinkapselmateriaal.
Zoals uit figuur 3 blijkt, zijn de stralingsricht- 35 organen 84, het halfgeleiderlichaam 82, de geleidende laag 86 en de AR-·- bekleding 90 alle in hoofdzaak planair en bepalen deze in hoofdzaak even- 83 0 0 6 0 3 17 wijdige scheidingsvlakken 94, 96 en 98. Het oppervlak 92 van de inrichting 80 waarop de straling invalt, en de scheidingsvlakken 94, 96 en 98 zijn zodanig opgesteld, dat zij het invallende licht, voorgesteld door de gestippelde lijn 100, in hoofdzaak loodrecht op deze vlakken ontvan-5 gen.
Met de bekende reflectoren kunnen de fotonen van de bundel 100, die in het halfgeleiderlichaam 82 tijdens de tweede of gereflecteerde passage daardoor niet worden geabsorbeerd, vrij vanuit het voorvlak van de inrichting ontsnappen. Dit is een gevolg van het feit, 10 dat de bundel 100 langs de initiële invalslijn daarvan naar de inrichting wordt gereflecteerd.
Volgens de uitvinding zal de bundel 100 niet uit de inrichting ontsnappen omdat de organen 84 voor het richten van de invallende straling de bundel via het halfgeleidermateriaal richten onder een 15 hoek, welke voldoende is om te veroorzaken* dat de bundel in hoofdzaak binnen de inrichting 80 wordt bepaald. Meer in het bijzonder wordt wanneer de bundel 100 de stralingsrichtorganen 84 treft, de bundel daaruit gereflecteerd onder een hoek 9^, welke groter is dan de kritische hoek voor een scheidingsvlak tussen het materiaal waaruit het halfgeleiderlichaam 20 82 bestaat, en lucht. Indien bijvoorbeeld het lichaam 82 bestaat uit een * amorfe siliciumlegering met een brekingsindex (n) van 3,5, is Θ gelijk c aan 16,6°. Deze hoek kan worden berekend onder gebruik van de wet van Snellius, waarbij voor een totale reflectie 9^ wordt gegeven door de relatie:.
25 » = Sin'1 C n2 waarbij: n^ de laagste brekingsindex is; en n^ de hoogste brekingsindex is.
In dit geval is n gelijk aan 1 voor lucht en is n^ gelijk aan 3,5 voor amorf silicium. Derhalve is n^ gedeeld door gelijk 30 aan 0,286 en de hoek waarvan de sinus gelijk is aan 0,286 is 16,6°.
Een bundel, die via het halfgeleiderlichaam 82 (wanneer wordt aangenomen, dat dit uit amorf silicium bestaat) wordt gericht onder een hoek van 16,6° of meer ten opzichte van de normaal, zal binnen de inrichting tenminste bij het invalsvlak 92 inwendig worden gereflecteerd.
35 De inwendige reflectie kan evenwel eerder optreden bijvoorbeeld bij het 8300603 18 scheidingsvlak 98 of het scheidingsvlak 96. Opdat de inwendige reflectie optreedt bij het scheidingsvlak 98, waar de anti-reflectie- (AR) of glaslaag 90 een brekingsindex van ongeveer 1,45 kan hebben, moet de bundel ten opzichte van de normaal worden afgericht over een hoek 9^ · welke 5 gelijk is aan of groter is dan 24,5°. Op een soortgelijke wijze is opdat de inwendige reflectie optreedt bij het scheidingsvlak 96, waar TCO-materiaal een brekingsindex van 2,0 kan hebben, de kritische hoek ge lijk aan 34,8°. Zoals later zal worden beschreven, kunnen de organen 84 voor het richten van de invallende straling volgens de uitvinding vele 10 verschillende vormen hebben om tenminste een gedeelte van de invallende straling via het actieve gebied of de actieve gebieden van fotovol taische inrichtingen te richten onder hoeken, welke voldoende zijn om de gerichte straling in hoofdzaak binnen de inrichtingen te bepalen. De stralings-richtorganen kunnen bestaan uit een willekeurige reflector of een perio-15 dieke reflector. Bij een willekeurige reflector wordt niet alle invallende straling bepaald doch vindt een inwendige reflectie plaats bij één van de scheidingsvlakken of vlakken, welke boven zijn besproken. Bij een periodieke reflector kunnen de richtingshoeken zodanig worden bestuurd, dat bijxia al het licht, dat deze vorm van stralingsrichtorganen bereikt, 20 kan worden bepaald. Bovendien kan de richthoek zodanig worden geregeld, dat een bepaald scheidingsvlak., waarbij inwendige reflectie plaatsvindt, kan worden gekozen. De straling, die door de richtorganen 84 wordt gericht, bestaat uit primair licht in het rode spectrum of bezit grotere golflengten aangezien de kleinere golflengten gemakkelijker tijdens de 25 eerste doorgang door het amorfe siliciumlegeringsmateriaal worden geabsorbeerd. Zoals evenwel uit figuur 7 blijkt, kan de invallende straling via het actieve gebied volgens de uitvinding tijdens de eerste passage daarvan naar een inrichting worden gericht. Figuur 4 toont in dwarsdoorsnede een p-i-n-inrichting 110 voorzien van een willekeurige oppervlakte-* 30 reflector 111 volgens de uitvinding. De willekeurige oppervlaktereflector 111 omvat een substraat 112, die uit glas kan bestaan. Het glas 112 heeft een bovenvlak, dat op een willekeurige wijze ruw gemaakt is bijvoorbeeld door zandstralen, teneinde een bovenste ruw oppervlak 113 te vormen. Zandstralen is een bekend proces, waarin zeer fijne deeltjes van 35 een schuurmiddel met grote snelheid op het ruw te maken oppervlak worden gericht. De substraat 112 heeft een gewenste breedte en lengte.
8300603 19
Volgens de uitvinding wordt een laag 114 van sterk reflectief materiaal op het ruwe glasoppervlak 113 neergeslagen. De laag 114 wordt aangefaracht door neerslaan uit de dampfase, hetgeen een relatief snel neerslagproces is. De laag 114 bestaat bij voorkeur uit een 5 sterk reflecterend metaal, zoals zilver, aluminium, goud, koper of een ander sterk reflecterend materiaal. Op de laag 114 bevindt zich een laag 115 van een transparante geleider, zoals een transparant geleidend oxyde (TCO). De transparante geleider moet tenminste transparant zijn voor de fotonen met golflengten, die niet initieel tijdens de eerste 10 doorgang door de inrichting worden geabsorbeerd. De TCO-laag 115 kan in een neerslagomgeving uit de dampfase worden aangebracht en kan bijvoorbeeld bestaan uit een aantal lagen 115a en 115b van indiumtinoxyde (ITO), cadmiumstannaat (Cd^SnO^), cadmiumoxyde (CdO), cadmiumsulfide (CdS), zinkoxyde (ZnO), cuproöxyde (C^O), bariumplumbaat (ï^PbO^) of 15 tinoxyde (Sn02) of een enkele laag van een van de bovengenoemde materialen. De TCO-laag of -lagen 115 dient respectievelijk dienen als een ach-tercontact voor de inrichting 110 en dient respectievelijk dienen ook als een egalisatielaag voor het verschaffen van een aanmerkelijk meer planair oppervlak waarop de halfgeleider kan worden neergeslagen. De 20 TCO-laag of -lagen dient respectievelijk dienen ook als een diffusiebar-rière om een diffusie van het sterk geleidende metaal, waaruit de laag 114 bestaat, in het halfgeleidermateriaal van de inrichting te belttten. De glazen substraat 112, de laag 114 van sterk reflecterend metaal en de laag 115 van transparant geleidend materiaal vormen een willekeurige 25 oppervlaktereflector volgens de uitvinding. Omdat de laag 114 willekeurig ruw gemaakt is, zal tenminste een gedeelte van het invallende licht, dat de reflector 111. treft, via de inrichting worden gericht onder een hoek, welke voldoende is om te veroorzaken, dat het gerichte licht binnen de inrichting wordt bepaald, zoals boven reeds is beschreven.
30 De willekeurige oppervlaktereflector 111 wordt dan in een glimontladingsneerslagomgeving geplaatst. Een eerste gedoteerde amorfe siliciumlegeringslaag 116 van het p-type met grote energiesprong wordt volgens de uitvinding op de laag 115 neergeslagen. De laag 116, als aangegeven, heeft een geleiding van het p+-type. Het p+-gebied is 35 zo dun mogelijk en heeft een dikte van de orde van 50 tot 500 Angstrom, hetgeen voldoende is om het p+-gebied een goed ohms contact te laten ma- 8300603
'V
20 ken met de transparante geleidende oxydelaag 115. Het p+-gebied dient ook voor het tot stand brengen van een potentiaalgradiënt over de inrichting teneinde het opzamelen van foto-gelnduceerde elektron-gatparen als een elektrische stroom te vereenvoudigen. Het p+-gebied 116 kan wor-5 den neergeslagen uit elk van de gasmengsels, welke eerder zijn genoemd voor het neerslaan van een dergelijk materiaal volgens de uitvinding.
Vervolgens wordt een lichaam van intrinsieke amorfe si-liciumlegering 118 op de laag 116 van het p-type met grote energiesprong neergeslagen. Het intrinsieke lichaam 118 is betrekkelijk dik, van de orde 10 van 4500 Angstrom, en wordt neergeslagen uit siliciumtetrafluoride en waterstof en/of silaan. Het intrinsieke lichaam omvat bij voorkeur de amorfe siliciumlegering, welke is gecompenseerd met fluor, waarbij het grootste gedeelte van de elektron-gatparen wordt opgewekt. De kortsluitstroom van de inrichting wordt vergroot door de gecombineerde invloed van 15 de reflector volgens de uitvinding en de grote energiesprong van de uit een amorfe siliciumlegering van het p-type bestaande laag 116.
Op het intrinsieke lichaam 118 bevindt zich een verdere gedoteerde laag 120, welke een geleiding heeft, tegengesteld aan die van de eerste gedoteerde laag 116. De laag 120 bestaat uit een amorfe silicium-20 legering met een geleiding van het n+-type. De n+-laag 120 wordt neergeslagen uit één van de gasmengsels, welke boven is genoemd voor het t neerslaan van een dergelijk materiaal. De n+-laag 120 wordt neergeslagen tot een dikte tussen 50 en 500 Angstrom en dient als een contactlaag.
Vervolgens wordt nog een transparante geleidende oxyde 25 (TCO)-laag 122 op de n+-laag 120 neergeslagen. De TCO-laag 122 kan ook in een dampneerslagomgeving worden neergeslagen en kan bijvoorbeeld bestaan uit indiumtinoxyde (ITO), cadmiurnstannaat (Cd2SnO^), of gedoteerd tinoxyde (Sni^).
Op het oppervlak van de TCO-laag 122 wordt een rooster-30 elektrode 124 neergeslagen, bestaande uit een metaal met goede elektrische geleiding. Het rooster kan zijn voorzien van orthogonaal gerelateerde lijnen van geleidend materiaal, die slechts een klein gedeelte van het oppervlak van het metallische gebied innemen, waarvan de rest is blootgesteld aan zonne-energie. Het rooster 124 kan bijvoorbeeld slechts onge-35 veer 5 tot 10% van het gehele oppervlak van de TCo-laag 122 innemen. De roosterelektrode 124 zamelt op een uniforme wijze de stroom uit de TCO- 8300603 '21 laag 122 op teneinde een goede kleine serieweerstand voor de inrichting te verzekeren.
Om de inrichting 110 te voltooien, wordt een anti-reflec-tie- (AR) -laag of glasinkapseling 126 op de roosterelektrode 124 en de 5 gebieden van de TCO-laag 122 tussen de roosterelektrodegebieden aangebracht. De AR-laag of het glas 126 bezit een oppervlak 128 waarop de zonnestraling invalt. Xndien de laag 126 een Ar-laag is, kan deze een dikte van de orde van grootte van de golflengte van het maximale energie-punt van het zonnestralingsspectrum, gedeeld door viermaal de brekings-10 index van de anti-reflectielaag 126 hebben. Een geschikte AR-laag 126 bestaat uit zirkoonoxyde met een dikte van ongeveer 500 Angstrom en een brekingsindex van 2,1. Indien de laag 126 een inkapseling is, kan de dikte van de TCO-laag 122 zodanig worden gekozen, dat de laag ook als een anti-reflectielaag voor de inrichting 110 kan werken.
15 Bij een andere uitvoeringsvorm kan de willekeurige op- pervlaktereflector 111 bestaan uit een plaat van roestvrij staal of een ander metaal in plaats van het glas 112. Het ruw gemaakte opppervlak kan worden verkregen door het spetteren van een sterk geleidend metaal, zoals aluminium, op de uit roestvrij staal bestaande plaat. Aluminium met een 20 betrekkelijk grote korrelafmeting kan op deze wijze worden gespetterd voor het vormen van een willekeurig ruw gemaakt oppervlak. Op het aluminium kan een TCO-laag zoals de laag 115 worden aangebracht.
Bijna alle fotonen van het invallende licht met korte golflengte zullen door de actieve intrinsieke laag 118 worden geabsor-25 beerd. Dientengevolge zal het grootste gedeelte van de fotonen, dat niet wordt geabsorbeerd en welke de willekeurige oppervlaktereflector 111 bereiken, grotere golflengten hebben van ongeveer 6000 Angstrom en meer.
Deze invallende straling, welke de reflector 111 treft, zal op een willekeurige wijze worden verstrooid en tenminste enige van deze stralen 30 zullen via het intrinsieke gebied 118 worden gericht onder hoeken, welke voldoende zijn om te veroorzaken, dat de stralen inwendig worden gereflecteerd bij één van de scheidingsvlakken van de lagen 118 en 120, de lagen 120 en 122, de lagen 122 en 126, of bij het scheidingsvlak van de laag 126 en de lucht daarboven- De stralen van invallend licht, die op 35 deze wijze zijn gericht, zullen in hoofdzaak binnen de inrichting 110 worden bepaald.
8300603
Φ V
22
De energiesprong van de intrinsieke laag 118 kan voor een bepaalde fotoresponsiekarakteristiek worden ingesteld door incorporatie van de energiesprong verlagende elementen. Als een ander alternatief kan de energiesprong van het intrinsieke lichaam 118 zodanig worden ge-j 5 gradeerd, dat deze geleidelijk toeneemt van de p+-laag 116 naar de n+-laag 120 (zie bijvoorbeeld de Amerikaanse octrooiaanvrage Serial Nr.
427.756). Wanneer de intrinsieke laag 118 wordt neergeslagen kunnen bijvoorbeeld een of meer de energiesprong verlagende elementen., zoals germanium, tin of lood in de legeringen in een geleidelijk afnemende con-10 centratie worden geïncorporeerd. Germaniumwaterstofgas (GeH^) kan bijvoorbeeld in de glimontladingsneerslagkamer worden geïntroduceerd vanaf een relatief hoge concentratie in het begin, welke daarna geleidelijk af-neemt wanneer de intrinsieke laag wordt neergeslagen tot een punt, waarbij deze introductie wordt beëindigd. Het resulterende intrinsieke li-15 chaam zal derhalve een de energiesprong verlagend element, zoals germanium bezitten, dat daarin in geleidelijk afnemende concentraties aanwezig is vanaf de p+-laag 116 naar de n+-laag 120.
In figuur 5 is een p-i-n-fotovoltagecel 130 weergegeven, welke is voorzien van een willekeurige massareflector 132 volgens 20 de uitvinding. De cel 130 omvat een p-type laag 138, een intrinsieke 1— ...
laag 140 en een n—type laag 142. De lagen 138, 140 en 142 kunnen uit de amorfe siliciumlegeringen worden gevormd, zoals boven is beschreven voor de inrichting 110 volgens figuur 4. Evenals bij de inrichting 110 van figuur 4 omvat de inrichting 130 een laag 144 van een transparant geléi-25 dend oxyde, een opzamelrooster 146, en een anti-reflectielaag of glasinkapseling 148.
De willekeurige massareflector 132 omvat een plaat of een in hoofdzaak planair onderdeel 134 van keramisch of emaillemateriaal. Dergelijke materialen hebben een grote brekingsindex, bijvoorbeeld groter 30 dan 1,45, zijn niet licht-absorptief en hebben korrels en willekeurig verdeelde facetten van polykristallijne componenten in hun massa, welke invallend licht in alle richtingen op een willekeurige wijze verstrooien.
Het keramische materiaal of het emaille kan bijvoorbeeld titaandioxyde, zinkselenide, zinksulfide, seleen of siliciumcarbide bevatten. De plaat 35 134 kan ook worden gevormd door het gezamenlijk neerslaan van tinoxyde en titaandioxyde.
8300603 23
Omdat de willekeurige verstrooiing van het licht door de plaat 134 een massa-effect is, kan het oppervlak daarvan worden gepolijst of op een andere wijze zeer glad worden gemaakt. Dit is van voordeel omdat de plaat dan een glad oppervlak heeft voor het neerslaan van • 5 het half geleidermateriaal. Zelfs ofschoon keramische materialen en emaille in enige mate elektrisch geleidend kunnen worden gemaakt, kan een laag 136 van transparant geleidend oxyde (TCO) tussen de plaat 134 en de amorfe siliciumlegeringslaag 138 van het p-type worden aangebracht voor het vormen van een bodemcontact voor de inrichting 130.
10 In figuur 6 is een p-i-n-fotovoltaische inrichting 150 weergegeven, welke is voorzien van periodieke oppervlaktereflector 152 volgens de uitvinding. De cel 150 omvat een laag 158 van amorfe silicium-legering van het p-type, een laag 160 van een intrinsieke amorfe silicium-legering, en een laag 162 van een amorfe siliciumlegering van het n-type.
15 De lagen 158, 160 en 162 kunnen worden gevormd uit de eerder beschreven legeringen en met de eerder beschreven processen. De inrichting omvat voorts een TCO-laag 164, een opzamelrooster 166 en een AR-laag of glasinkapseling 168.
De periodieke oppervlaktereflector 152 omvat een reflecte-20 rend brekingsrooster 154, dat kan worden gevormd uit een geleidend metaal, zoals aluminium, teneinde een achtercontact voor de cel 150 te vormen, en een zich daarop bevindende laag 156 van een transparant geleidend oxyde. Het patroon van het brekingsrooster kan elke periodieke vorm in dwarsdoorsnede hebben, zoals sinusvormig, rechthoekig of derge-25 lijke. Zoals aangegeven is, en dit is een voorkeursuitvoeringsvorm, het rooster 154 een gekerfd rooster. Aan roosters van dit type wordt de cis voorkeur gegeven omdat de reflecties van de nul orde, die loodrecht op het rooster staan, tot een mini mum worden teruggebracht.
Zoals reeds is vermeld, zijn periodieke reflectors van 30 voordeel omdat de brekingshoeken door een juiste keuze van het rooster kunnen worden gekozen. Hierdoor is het mogelijk het scheidingsvlak te kiezen waar de inwendige reflectie zal optreden. Bij de inrichting 150 is het gewenst, dat de inwendige reflectie optreedt bij of onder het schei-dingsvlak van de lagen 168 en 164, zodat wordt belet, dat het opzamel-35 rooster een gedeelte van het inwendig gereflecteerde licht blokkeert.
Bij het ontwerpen van een brekingsrooster kan gebruik 8300603 24 .
worden gemaakt van de volgende uitdrukking:
Λ -1 m X
= Sin -- / Diff nd waarbij: n de brekingsindex van het medium is, waarnaar het rooster licht breekt; 5 X de golflengte van licht in vacuo is, d de roosterafstand is; en m de brekingsorde is.
De hoogte (h) van het brekingsrooster is eveneens een variabele, welke een instelling van de intensiteit van het licht, dat in 10 de verschillende brekingsorden wordt gebroken, mogelijk maakt. In het algemeen dient om de intensiteit van gebroken stralen van de eerste orde te vergroten, h ongeveer een golflengte bij de van belang zijnde frequentie te zijn.
Breking van de eerste orde wordt ook verbeterd wanneer 15 d ongeveer gelijk is aan een golflengte bij de van belang zijnde frequentie. Omdat het grootste gedeelte van de fotonen bij kleine golflengte in het actieve intrinsieke gedeelte 160 tijdens hun eerste doorgang wordt geabsorbeerd, zijn de fotonen met grote golflengte van ongeveer 6600 Angstrom en meer van belang.
20 Wanneer d gelijk is aan 6600 Angstrom, m gelijk -is aan 1 voor een breking van de eerste orde, en het rooster 154 is bekleed met een laag 156 van een transparant geleidend oxyde, zoals indiumtinoxyde met een brekingsindex (n) van 2,1, kan de bovenstaande uitdrukking worden opgelost voor 25 ®Diff = Sin 1 6600 k x 2,1 = 28,4°
Deze hoek van 28,4° in de TCO-laag 156, volgens de wet van Snellius, is voldoende om de stralen door de amorfe siliciumlegerings-lagen 158, 160 en 162 te richten onder een hoek, welke groter is dan 30 de kritische hoek voor een scheidingsvlak van het amorfe silicium met lucht voor het verschaffen van een inwendige reflectie tenminste bij het scheidingsvlak van de laag 168 en de lucht. Het is duidelijk, dat het ontwerp van een brekingsrooster voor een breking van hogere orde voorziet in een grotere hoek om een inwendige reflectie vdór dit scheidings-35 vlak te verkrijgen.
8300603 X ---. *' -- 25
In fig. 7 is een p-i-n-fotovoltaxsche inrichting 170 af geheeld, welke is voorzien van invallende-lichtrichtorganen 172, welke zijn aangebracht tussen de amorfe siliciumlegeringslaag 174 van het n-type en de TCO-laag 176. De richtorganen 172 omvatten een transmissie-5 brekingsrooster 178, dat dient om alle invallend licht onder een hoek door het intrinsieke gebied 180 te richten. Aangezien bijna alle licht met kleine golflengte in het intrinsieke gebied 180 tijdens de eerste doorgang zal worden geabsorbeerd, kan het brekingsrooster 178 evenwel optimaal worden gemaakt voor de grotere golflengten, zoals boven is be-10 schreven. Ofschoon hier een sinusvormig brekingsrooster is weergegeven is het duidelijk, dat het rooster van elk van de andere eerder genoemde typen kan zijn.
Evenals bij de eerder beschreven p-i-n-cellen omvat de cel 170 verder een laag 182 van een amorfe siliciumlegering van het 15 p-type, een opzamelrooster 184 en een laag 186 van anti-reflectiemate-riaal of een glasinkapseling. De verschillende lagen worden neergeslagen op een substraat 171 van glas, roestvrij staal of een ander geschikt sub-straatmateriaal. Op de substraat 171 bevindt zich een laag 173 van sterk geleidend en derhalve sterk reflecterend metaal, en een TCO-laag 175.
20 De reflecterende metaallaag 173 en de TCO-laag 175 vormen een reflector om ongebruikt licht naar het intrinsieke gebied 180 terug te kaatsen.
De transparante richtinrichting kan ook bestaan uit glas met ruw gemaakt oppervlak, dat bijvoorbeeld door zandstralen is verkregen. De verschillende amorfe siliciumlegeringslagen kunnen dan op het 25 ruw gemaakte oppervlak worden neergeslagen gevolgd door het aanbrengen van een speculaire reflector. Bij deze uitvoeringsvorm van de inrichting wordt de invallende straling eerst door de glazen substraat gericht. De glazen substraat vormt een willekeurige stralingsrichtinrichting, welke zich bevindt op de zijde van het actieve gebied, die door het licht het 30 eerst wordt getroffen.
In fig. 8 vindt men een andere p-i-n-fotovoltalsche cel 190, welke is voorzien van een periodieke massareflector 192 volgens de uitvinding. Omdat de inrichting 190 overigens overeenkomt met de cellen volgens figuur 4 t/m 6, zal slechts de periodieke massareflector gede-35 tailleerd worden beschreven.
De periodieke massareflector 192 is aangebracht op een 8300603 • 4 26 substraat 194 van glas, roestvrij staal of een ander geschikt sub-straatmateriaal. De periodieke massareflector 192 heeft de vorm van een hologram, voorzien van een aantal dunne planaire onderdelen of lijnen 196 van reflecterend materiaal, zoals aluminium, ingebed in een medium 5 198 van transparant materiaal. Hier bestaat het transparante materiaal uit een transparant geleidend oxyde, zoals indiumtinoxyde, voor het verschaffen van zowel een geschikt medium voor de lijnen 196 als een bodem-contact voor de inrichting 190.
De lijnen 196 zijn opgesteld onder een hoek, bevinden 10 zich op een· afstand van elkaar en zijn in hoofdzaak evenwijdig. De breking van licht door een hologram kan worden aangegeven door dezelfde uitdrukking, welke eerder is gebruikt voor het definiëren van een brekings-rooster. In dit geval is de afstand (d) de afstand tussen de lijnen 196.
Omdat de breking van het licht in de massa van het holo-15 gram optreedt, kan het bovenvlak daarvan worden gepolijst of op een andere wijze glad worden gemaakt. Hierdoor verkrijgt men een glad oppervlak waarop de amorfe siliciumlegeringslaag kan worden neergeslagen.
In fig. 9 is een meervoudige celinrichting 200 in doorsnede weergegeven, welke een tandemconfiguratie heeft en voorzien is van 20 een willekeurige-oppervlaktereflector volgens de uitvinding. De inrichting 200 omvat twee enkelvoudige celeenheden 202 en 204, die in serie zijn gerangschikt. Het is duidelijk, dat meervoudige uit meer dan twee enkelvoudige celeenheden opgebouwde inrichtingen kunnen worden ontworpen.
De inrichting 200 omvat een willekeurige oppervlakte-25 reflector 206 voorzien van een gezandstraalde glazen laag 203, welke is bekleed met een laag 205 van een metaal met goed reflecterend vermogen, zoals bijvoorbeeld aluminium. Op de metaallaag 205 bevindt zich een laag van een transparant geleidend oxyde 207, welke kan bestaan uit een eerste laag van indiumtinoxyde 207a en een tweede laag van gedoteerd tinoxyde 30 207b of een enkele laag van indiumtinoxyde. De laag 207 van het transpa rante geleidende oxyde kan op de eerder beschreven wijze worden neergeslagen .
De eerste celeenheid 202 omvat een eerste gedoteerde amorfe siliciumlegeringslaag 208 van het p+-type, welke is neergeslagen 35 op de transparante geleidende oxydelaag 207. De p+-laag bestaat bij voorkeur uit een amorfe siliciumlegering van het p-type met grote energie- 8300803 27 sprong volgens de uitvinding. De laag kan uit elk van de eerder genoemde uitgangsmaterialen voor het neerslaan van een dergelijk materiaal worden neergeslagen.
Op de p+-laag 208 met grote energiesprong bevindt zich 5 een eerste intrinsiek amorf siliciumlegeringslichaam 210. Het eerste intrinsieke legeringslichaam 210 bestaat bij voorkeur uit een amorfe sili-ciumfluorlegering.
Op de intrinsieke laag 210 bevindt zich een verdere gedoteerde amorfe siliciumlegeringslaag 212. Deze heeft een geleiding, te-10 gengesteld aan die van de eerste gedoteerde laag 208 en is derhalve een n+-laag.
De tweede eenheidcel 204 is in wezen gelijk aan de eerste cel en omvat een eerste gedoteerde p+-laag 214, een intrinsiek lichaam 216 en een verdere gedoteerde n+-laag 218. De inrichting 200 wordt vol-15 tooid door een TCO-laag 220, een roosterelektrode 222 en een anti-reflec-tielaag of een glasinkapseling 224.
De energiesprongen van de intrinsieke lagen worden bij voorkeur zodanig ingesteld, dat de energiesprong van de laag 216 groter is dan de energiesprong van de laag 210. Hiertoe kan de legering waaruit 20 de laag 216 bestaat, een of meer de energiesprong vergrotende elementen omvatten, zoals stikstof en koolstof. De intrinsieke legering waaruit de intrinsieke laag 210 bestaat, kan zijn voorzien van een of meer de energiesprong verlagende elementen, zoals germanium, tin of lood.
Uit de figuur blijkt, dat de intrinsieke laag 210 van de 25 cel kleiner is dan de intrinsieke laag 216. Hierdoor kan het gehele bruikbare spectrum van de zonne-energie worden gebruikt voor het vormen van elektron-gatparen.
Ofschoon hier een tandemceluitvoeringsvorm is afgebeeld en beschreven, kunnen de eenheidscellen ook ten opzichte van elkaar wor-30 den geïsoleerd bijvoorbeeld met oxydelagen voor het vormen van eeh gestapelde meervoudige cel. Elke cel kan zijn voorzien van een paar opzamel-elektroden teneinde de serieverbinding van de cellen met een uitwendige bedrading te vereenvoudigen.
Als een ander alternatief, en zoals vermeld ten aan-35 zien van de eerder beschreven enkelvoudige cellen, kunnen een of meer van de intrinsieke lichamen uit legeringen met gegradeerde energiesprongen 8300603 fc .-.- .... - — 28 bestaan. Een of meer van de, de energie sprong vergrotende of verkleinende elementen, welke boven zijn genoemd, kunnen voor dit doel in de intrinsieke legeringen worden opgenomen. Verder wordt verwezen naar de Amerikaanse octrooiaanvrage Serial Nr. 427.757.
5 In fig. 10 vindt men een p-i-n-tandemvoltalsche cel 230, welke in hoofdzaak overeenkomt met de tandemcel 200 van fig. 9 behoudens, dat de cel 230 is voorzien van een periodieke oppervlaktereflector 232. Derhalve zal deze cel slechts ten aanzien van de reflector 232 gedetailleerd worden omschreven.
10 Evenals bij de uitvoeringsvorm volgens fig. 6 heeft de periodieke oppervlaktereflector 232 de vorm van een reflecterend brekings-rooster 234. Ofschoon het rooster 234 een sinusvormige, rechthoekige of andere periodieke configuratie kan hebben, is het rooster 234 hier weer afgebeeld als een gekerfd rooster. Het rooster kan worden vervaardigd uit 15 een zacht metaal, zoals aluminium. Het rooster is bekleed met een laag 236 van een transparant geleidend oxyde, zoals indiumtinoxyde, cadmiumstan-naat of gedoteerd tinoxyde, waarop de amorfe siliciumlegeringen kunnen worden neergeslagen. Het brekingsrooster 234 werkt op dezelfde wijze als eerder onder verwijzing naar fig. 6 is beschreven.
— 20 ______ Fig. 11 toont een andere uit een enkele p-i-n-cel be staande fotovoltaische inrichting 240 volgens de uitvinding. In dit geval is een transparante substraat 242 bestaande uit bijvoorbeeld glas aanwezig, waarop achtereenvolgens een TCO-laag 250 en p-type, intrinsieke, en n-type amorfe siliciumlegeringslagen 244, 246 respectievelijk 248 zijn 25 neergeslagen. Op de n-type laag 248 bevindt zich een laag 252 van een geleidende, licht-diffunderende verf. De laag 252 kan bijvoorbeeld bestaan uit aluminium, of goudverf. Dergelijke verven zijn geleidend en wanneer zij door borstelen of spuiten of dergelijke worden aangebracht, zullen zij een willekeurig licht-verstrooiend scheidingsvlak tussen de 30 lagen 248 en 252 vormen. De laag 252 kan ook bestaan uit een eerste laag van een transparante geleider, zoals een transparant geleidend oxyde, en een tweede laag van een niet-geleidende doch licht-verstrooiende verf, zoals een matte witte verf met een hoog titaangehalte.
De inrichting volgens fig. 11 heeft een zodanige con-35 figuratie, dat deze de invallende lichtstraling via de glazen substraat ontvangt. Het invallende licht, dat tijdens de eerste doorgang door de 8300603 t ----- ... - ·'- 29 inrichting niet wordt geabsorbeerd, zal door de laag 252 willekeurig worden verstrooid- Tenminste een deel van de verstrooide lichtstralen zullen door de amorfe siliciumlagen 248, 246 en 244 worden gericht onder hoeken, welke voldoende zijn om te veroorzaken, dat deze stralen inwen-5 dig worden gereflecteerd en in hoofdzaak worden bepaald binnen de inrichting 240.
Zoals uit het bovenstaande blijkt, voorziet de uitvinding in nieuwe en verbeterde fotovoltaische cellen, welke voorzien in verbeterde kortsluitstromen en rendementen. De hier beschreven invallende-10 stralingsrichtinrichtingen voorzien in organen door middel waarvan tenminste een gedeelte van het invallende licht door het actieve gebied of de actieve gebieden van de cellen kan worden gericht onder hoeken, welke voldoende zijn om een inwendige reflectie in de cellen te veroorzaken en derhalve een in hoofdzaak totale bepaling van het licht daarin te 15 veroorzaken. Omdat het licht een aantal passages door het actieve gebied of de actieve gebieden kan uitvoeren, kunnen de actieve gebieden dunner worden uitgevoerd dan eerder was toegestaan. Hierdoor verkrijgt men een meer efficiënte opzameling van de foto-gegenereerde ladingsdragers, terwijl tegelijkertijd meer van het licht wordt geabsorbeerd.
20 Voor elke hier beschreven uitvoeringsvorm volgens de uitvinding kunnen de legeringslagen, welke verschillen van de intrinsieke legeringslagen, andere dan amorfe lagen zijn, zoals polykristallijne lagen. (Met de uitdrukking "amorf" wordt bedoeld een legering of een materiaal, dat een desoriëntatie over grote afstand heeft, ofschoon het 25 materiaal desoriëntaties van geringe of tussengelegen orde kan hebben of zelfs soms enige kristallijne insluitingen kan bezitten.) 8300603

Claims (49)

1. Fotovoltaïsche inrichting vervaardigd uit halfgeleider- materiaal voorzien van tenminste één actief gebied dat door invallende straling kan worden getroffen voor het opwekken van ladingsdragers, gekenmerkt door stralingsrichtorganen (84, 11, 132, 152, 172, 192, 206, 232) 5 om tenminste een gedeelte van de invallende straling (100) via het ten- . minste ene actieve gebied (118, 140, 160, 180, 210, 216, 246) te richten onder een hoek, welke voldoende is om te veroorzaken, dat de gerichte straling in hoofdzaak binnen de fotovoltaïsche inrichting (80, 110, 130, 150, 170, 190, 200, 230, 240) wordt bepaald.
2. Inrichting volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat de hoek, welke voldoende is om te veroorzaken, dat de gerichte straling (100) in hoofdzaak binnen de fotovoltaïsche inrichting (80, 110, 130, 150, 170, 190, 200, 230, 240) wordt bepaald, groter is dan een kritische hoek waarvan de sinus gelijk is aan de brekingsindex van lucht, gedeeld door 15 de brekingsindex van het halfgeleidermateriaal waaruit het tenminste ene actieve gebied (118, 140, 160, 180, 210, 216, 246) bestaat.
3. Inrichting volgens een der conclusies 1 of 2, met het kenmerk, dat het actieve gebied (118, 140, 160, 180, 210, 216, 246) zodanig is gelegen, dat het initieel de invallende straling in hoofdzaak 20 loodrecht daarop ontvangt.
4. Inrichting volgens conclusie 3, met het kenmerk, dat de kritische hoek de hoek is, welke wordt ingesloten tussen de loodrecht invallende straling en de gerichte straling.
5. Inrichting volgens conclusie 4, met het kenmerk, dat de 25 kritische hoek ongeveer 16,6° bedraagt.
6. Inrichting volgens een der conclusies 1 tot 5, gekenmerkt door een aantal actieve gebieden (118, 140, 160, 180, 210, 216, 246).
7. Inrichting volgens conclusie 6, met het kenmerk, dat de actieve gebieden (118, 140, 160, 180, 210, 216, 246) zodanig zijn ge-30 legen, dat een fotovoltaïsche tandemcel (200, 230) wordt gevormd.
8. Inrichting volgens een der conclusies 1 tot 7, met het kenmerk, dat de stralingsrichtorganen (84, 111, 132, 152, 172, 192, 206, 232, 252) een willekeurige stralingsrichtinrichting (111, 132, 206, 252) 83 0 0 6 0 3 ψ - ... — — omvatten.
9. Inrichting volgens conclusie 8, met het kenmerk, dat de willekeurige stralingsrichtinrichting (111, 132, 206, 252) is gelegen aan de zijde van het actieve gebied (118, 140, 160, 180, 210, 216, 246) waar- 5 op de straling (100) voor het eerst invalt.
10. Inrichting volgens een der conclusies 1 tot 7, met het kenmerk, dat de stralingsrichorganen (84, 111, 132, 152, 172, 192, 206, 232, 252) een willekeurige reflector (111, 206) omvatten.
11. Inrichting volgens conclusie 10, met het kenmerk, dat de 10 willekeurige reflector een willekeurige oppervlaktereflector (111, 206) is.
12. Inrichting volgens conclusie 11, met het kenmerk, dat de willekeurige oppervlaktereflector (111, 206) bij het actieve gebied aan de zijde daarvan tegenover de zijde waar de invallende straling (100) 15 voor het eerst invalt, is gelegen.
13. Inrichting volgens een der conclusies 11 of 12, met het kenmerk, dat de willekeurige oppervlaktereflector (111, 206) is voorzien van een planair onderdeel met een ruw gemaakt, reflecterend oppervlak.
14. Inrichting volgens conclusie 13, met het kenmerk, dat 20 het ruw gemaakte oppervlak met een reflecterend materiaal is bekleed.
15. Inrichting volgens conclusie 14, met het kenmerk, dat het reflecterende materiaal uit aluminium, koper, goud of zilver bestaat-
16. Inrichting volgens een der conclusies 13 tot 15, met het kenmerk, dat de willekeurige oppervlakteref lector (111, 206) verder is 25 voorzien van een transparante geleider (86, 115, 122, 175, 207, 220), die zich op het ruw gemaakte, reflecterende oppervlak bevindt.
17. Inrichting volgens conclusie 16, met het kenmerk, dat de transparante geleider (86, 115, 122, 175, 207, 220) een transparant geleidend oxyde is.
18. Inrichting volgens een der conclusies 13 tot 17, met het kenmerk, dat het ruw gemaakte oppervlak wordt verkregen door het planaire onderdeel te zandstralen.
19. Inrichting volgens een der conclusies 13 tot 17, met het kenmerk, dat het ruw gemaakte, reflecterende oppervlak een gespetterde 35 bekleding van een reflecterend materiaal omvat.
20. Inrichting volgens conclusie 19, met het kenmerk, dat 8300 60 3 σ ·-·-- .... . .. het gespetterde materiaal uit aluminium bestaat.
21. Inrichting volgens een der conclusies 1 tot 7, met het kenmerk, dat de stralingsrichtorganen (84, 111, 132, 152, 172, 192, 206, 232, 252) een willekeurige massareflector (132, 252) omvatten.
22. Inrichting volgens conclusie 21, met het kenmerk, dat de willekeurige massareflector (132, 252) zich bij het actieve gebied aan de zijde daarvan tegenover de zijde waarop de straling (100) voor het eerst invalt,, is gelegen.
23. Inrichting volgens een der conclusies 21 of 22, met het 10 kenmerk, dat de willekeurige massareflector (132, 152) is voorzien van een planair onderdeel, bestaande uit een materiaal met een brekingsindex,. die groter is dan 1,45, en welk materiaal licht (100) dat het materiaal treft, niet absorbeert.
24. Inrichting volgens een der conclusies 21 of 22, met het 15 kenmerk, dat de willekeurige massareflector (132, 252) is voorzien van een planair onderdeel, bestaande uit een keramisch materiaal.
25. Inrichting volgens conclusie 24, met het kenmerk, dat het. keramische materiaal bestaat uit een materiaal van de groep, bestaande uit titaandioxyde, zinkselenide, zinksulfide, seleen en siliciumcarbide.
26. Inrichting volgens een der conclusies 21 tot 23, met het kenmerk, dat de willekeurige massareflector (132, 252) is voorzien van een planair onderdeel, dat met een emaillemateriaal is bekleed.
27. Inrichting volgens een der conclusies 21 tot 26, met het kenmerk, dat de willekeurige massareflector (132, 252) is voorzien 25 van een laag van tezamen neergeslagen tinoxyde en titaandioxyde.
28. ' Inrichting volgens een der conclusies 1 tot 7, met het kenmerk, dat de stralingsrichtorganen (84, 111, 132, 152, 172, 192, 206, 232, 252) een periodieke stralingsrichtinrichting (172) omvatten.
29. Inrichting volgens conclusie 28, met het kenmerk, dat de 30 periodieke stralingsinrichting (172) zich bevindt aan de zijde van het actieve gebied, dat voor het eerst door de straling (100) wordt getroffen.
30. Inrichting volgens een der conclusies 28 of 29, met het kenmerk, dat de periodieke stralingsrichtinrichting (172) een transmissie-brakingsrooster (154, 178, 234) omvat.
31. Inrichting volgens een der conclusies 1 tot 7, met het kenmerk, dat de stralingsrichtorganen (84, 111, 132, 152, 172, 192, 206, 232, 252) een periodieke stralingsreflector (152, 192, 232) omvatten. 8300603 r **
32. Inrichting volgens conclusie 31, met het kenmerk, dat de periodieke stralingsreflector (152, 192, 232) zich bij het actieve gebied (160, 210) aan de zijde daarvan, tegenover de zijde, die door de invallende straling (100) voor het eerst wordt getroffen, is opgesteld.
33. Inrichting volgens een der conclusies 31 of 32, met het kenmerk, dat de periodieke stralingsreflector een periodieke opper-vlaktereflector (152, 232) omvat.
34. Inrichting volgens conclusie 30, met het kenmerk, dat de periodieke oppervlaktereflector (152, 232) een reflecterend brekings- 10 rooster (154, 234) omvat.
35. Inrichting volgens conclusie 34, met het kenmerk, dat het reflecterende brekingsrooster (154, 234) een gekerfd brekingsrooster omvat.
36. Inrichting volgens conclusie 34, met het kenmerk, dat 15 het reflecterende brekingsrooster (154, 234) uit een reflecterend metaal bestaat.
37. Inrichting volgens conclusie 36, met het kenmerk, dat het reflecterende metaal uit aluminium bestaat.
38. Inrichting volgens een der conclusies 34 tot 37, met 20 het kenmerk, dat het reflecterende brekingsrooster (154, 234) is bekleed met een transparante geleider (156, 235).
39. Inrichting volgens conclusie 38, met het kenmerk, dat de transparante geleider (156, 236) uit een transparant geleidend oxyde bestaat.
40. Inrichting volgens conclusie 32, met het kenmerk, dat de periodieke stralingsreflector een periodieke massareflector (192) omvat.
41. Inrichting volgens conclusie 40, met het kenmerk, dat de periodieke massareflector (192) een hologram omvat.
42. Inrichting volgens conclusie 41, met het kenmerk, dat het hologram is voorzien van een aantal relatief dunne, reflecterende, planaire onderdelen (196), welke binnen een vast transparant medium (198) zijn gelegen, waarbij de planaire onderdelen op een afstand van elkaar en evenwijdig aan elkaar en onder een hoek ten opzichte van de invallende 35 straling (100) zijn opgesteld.
43. Inrichting volgens conclusie 42, met het kenmerk, dat de 8300603 34 . 5 .... .... reflecterende, planaire onderdelen (196) uit aluminium bestaan.
44. Inrichting volgens een der conclusies 42 of 43, met het kenmerk, dat het transparante medium (198) uit een transparant geleidend oxyde bestaat.
45. Inrichting volgens een der conclusies 1 tot 7, met het kenmerk, dat het halfgeleidermateriaal een amorfe halfgeleiderlegering omvat.
46. Inrichting volgens conclusie 45, met het kenmerk, dat de amorfe siliciumlegering een amorf siliciumlegeringslichaam vormt, dat 10 voorzien is van een actief intrinsiek gebied (118, 140, 160, 180, 210, 216, 246) en een paar gedoteerde gebieden (116, 120, 138, 142, 158, 162, 174, 182, 208, 212, 214, 218, 244, 248) aan respectieve tegenover elkaar gelegen zijden van het intrinsieke gebied, die tegengestelde geleidingen bezitten.
47. Inrichting volgens een der conclusies 45 of 46, met het kenmerk, dat de amorfe siliciumlegering op de stralingsrichtorganen (84, 111, 132, 152, 172, 192, 206, 232, 252) is neergeslagen.
48. Inrichting volgens conclusie 47, gekenmerkt door een substraat (28, 44), waarbij de stralingsrichtorganen (84, 111, 132, 20 152, 172, 192, 206, 232, 252) de substraat vormen.
49. Inrichting volgens conclusie 46, gekenmerkt door een aantal amorfe siliciumlegeringslichamen, die in serietandemrelatie zijn opgesteld. 8300603
NL8300603A 1982-03-03 1983-02-17 Fotovoltaische inrichting. NL8300603A (nl)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US06/354,285 US4419533A (en) 1982-03-03 1982-03-03 Photovoltaic device having incident radiation directing means for total internal reflection
US35428582 1982-03-03

Publications (1)

Publication Number Publication Date
NL8300603A true NL8300603A (nl) 1983-10-03

Family

ID=23392626

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
NL8300603A NL8300603A (nl) 1982-03-03 1983-02-17 Fotovoltaische inrichting.

Country Status (20)

Country Link
US (1) US4419533A (nl)
JP (1) JPS58159383A (nl)
KR (1) KR840004309A (nl)
AU (1) AU543213B2 (nl)
BR (1) BR8300902A (nl)
CA (1) CA1187970A (nl)
DE (1) DE3306148A1 (nl)
EG (1) EG15060A (nl)
ES (1) ES8403667A1 (nl)
FR (1) FR2522880A1 (nl)
GB (1) GB2116364B (nl)
GR (1) GR78799B (nl)
IE (1) IE54408B1 (nl)
IL (1) IL67794A (nl)
IN (1) IN157618B (nl)
IT (1) IT1167617B (nl)
NL (1) NL8300603A (nl)
PH (1) PH19299A (nl)
SE (1) SE454225B (nl)
ZA (1) ZA83748B (nl)

Families Citing this family (117)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4514582A (en) * 1982-09-17 1985-04-30 Exxon Research And Engineering Co. Optical absorption enhancement in amorphous silicon deposited on rough substrate
US4497974A (en) * 1982-11-22 1985-02-05 Exxon Research & Engineering Co. Realization of a thin film solar cell with a detached reflector
JPS59127879A (ja) * 1983-01-12 1984-07-23 Semiconductor Energy Lab Co Ltd 光電変換装置およびその作製方法
GB2139421B (en) * 1983-03-07 1987-09-23 Semiconductor Energy Lab Semiconductor photoelectric conversion device and method of manufacture
US4536608A (en) * 1983-04-25 1985-08-20 Exxon Research And Engineering Co. Solar cell with two-dimensional hexagonal reflecting diffraction grating
DE3705173A1 (de) * 1986-02-28 1987-09-03 Canon Kk Halbleitervorrichtung
DE3789846T2 (de) * 1986-10-07 1994-09-22 Canon Kk Bildablesesystem.
FR2615327A1 (fr) * 1987-03-27 1988-11-18 Sanyo Electric Co Dispositif photovoltaique
JP2805353B2 (ja) * 1989-09-12 1998-09-30 キヤノン株式会社 太陽電池
US5138214A (en) * 1989-12-27 1992-08-11 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. Piezoelectric transducer and method of adjusting oscillation frequency thereof
DE4004398A1 (de) * 1990-02-13 1991-08-14 Siemens Ag Wellenlaengenselektiver photodetektor
JP2784841B2 (ja) * 1990-08-09 1998-08-06 キヤノン株式会社 太陽電池用基板
US5270858A (en) * 1990-10-11 1993-12-14 Viratec Thin Films Inc D.C. reactively sputtered antireflection coatings
WO1992007386A1 (en) * 1990-10-15 1992-04-30 United Solar Systems Corporation Monolithic solar cell array and method for its manufacture
US5284525A (en) * 1990-12-13 1994-02-08 Canon Kabushiki Kaisha Solar cell
JP2908067B2 (ja) * 1991-05-09 1999-06-21 キヤノン株式会社 太陽電池用基板および太陽電池
DE69218102T2 (de) * 1991-10-22 1997-10-09 Canon Kk Photovoltaisches Bauelement
US5221854A (en) * 1991-11-18 1993-06-22 United Solar Systems Corporation Protective layer for the back reflector of a photovoltaic device
US5291055A (en) * 1992-01-28 1994-03-01 The United States Of America As Represented By The Administrator Of National Aeronautics And Space Administration Resonant infrared detector with substantially unit quantum efficiency
JP2974485B2 (ja) * 1992-02-05 1999-11-10 キヤノン株式会社 光起電力素子の製造法
US5230746A (en) * 1992-03-03 1993-07-27 Amoco Corporation Photovoltaic device having enhanced rear reflecting contact
US5261970A (en) * 1992-04-08 1993-11-16 Sverdrup Technology, Inc. Optoelectronic and photovoltaic devices with low-reflectance surfaces
US5296045A (en) * 1992-09-04 1994-03-22 United Solar Systems Corporation Composite back reflector for photovoltaic device
JP2771414B2 (ja) * 1992-12-28 1998-07-02 キヤノン株式会社 太陽電池の製造方法
US5593549A (en) * 1993-06-02 1997-01-14 Stirbl; Robert C. Method for changing solar energy distribution
US5650362A (en) * 1993-11-04 1997-07-22 Fuji Xerox Co. Oriented conductive film and process for preparing the same
US5668050A (en) * 1994-04-28 1997-09-16 Canon Kabushiki Kaisha Solar cell manufacturing method
JPH07326783A (ja) * 1994-05-30 1995-12-12 Canon Inc 光起電力素子の形成方法及びそれに用いる薄膜製造装置
JPH0864848A (ja) * 1994-08-23 1996-03-08 Canon Inc 光電気変換装置、反射防止膜及び電極基板
US6020553A (en) * 1994-10-09 2000-02-01 Yeda Research And Development Co., Ltd. Photovoltaic cell system and an optical structure therefor
JP3017422B2 (ja) * 1995-09-11 2000-03-06 キヤノン株式会社 光起電力素子アレー及びその製造方法
US5986204A (en) * 1996-03-21 1999-11-16 Canon Kabushiki Kaisha Photovoltaic cell
US6172296B1 (en) * 1996-05-17 2001-01-09 Canon Kabushiki Kaisha Photovoltaic cell
JPH10178193A (ja) * 1996-12-18 1998-06-30 Canon Inc 光起電力素子の製造方法
US5998730A (en) * 1997-05-13 1999-12-07 Canon Kabushiki Kaisha Production method for deposited film, production method for photoelectric conversion element, production apparatus for deposited film, production apparatus for photoelectric conversion element
JPH10335684A (ja) * 1997-05-30 1998-12-18 Canon Inc 光電気変換体の製造方法
US6222117B1 (en) 1998-01-05 2001-04-24 Canon Kabushiki Kaisha Photovoltaic device, manufacturing method of photovoltaic device, photovoltaic device integrated with building material and power-generating apparatus
JPH11302843A (ja) * 1998-02-17 1999-11-02 Canon Inc 酸化亜鉛膜の堆積方法および堆積装置、光起電力素子
KR100414132B1 (ko) 1998-07-02 2004-01-07 아스트로파워 다결정성 실리콘 박막, 다결정성 실리콘 박막 전자 디바이스, 집적 태양 전지, 태양전지 모듈 및 그 제조방법
US6468828B1 (en) 1998-07-14 2002-10-22 Sky Solar L.L.C. Method of manufacturing lightweight, high efficiency photovoltaic module
JP2000294818A (ja) * 1999-04-05 2000-10-20 Sony Corp 薄膜半導体素子およびその製造方法
TW437104B (en) * 1999-05-25 2001-05-28 Wang Tien Yang Semiconductor light-emitting device and method for manufacturing the same
JP2001345460A (ja) * 2000-03-29 2001-12-14 Sanyo Electric Co Ltd 太陽電池装置
US6858462B2 (en) * 2000-04-11 2005-02-22 Gratings, Inc. Enhanced light absorption of solar cells and photodetectors by diffraction
US6587097B1 (en) 2000-11-28 2003-07-01 3M Innovative Properties Co. Display system
US7057256B2 (en) 2001-05-25 2006-06-06 President & Fellows Of Harvard College Silicon-based visible and near-infrared optoelectric devices
US7442629B2 (en) 2004-09-24 2008-10-28 President & Fellows Of Harvard College Femtosecond laser-induced formation of submicrometer spikes on a semiconductor substrate
JP2003013218A (ja) * 2001-06-29 2003-01-15 Canon Inc 長時間スパッタリング方法
FR2832706B1 (fr) * 2001-11-28 2004-07-23 Saint Gobain Substrat transparent muni d'une electrode
US20050067667A1 (en) * 2003-09-26 2005-03-31 Goushcha Alexander O. Fast silicon photodiodes with high back surface reflectance in a wavelength range close to the bandgap
DE102005013537A1 (de) * 2004-03-24 2005-10-20 Sharp Kk Fotoelektrischer Wandler und Herstellverfahren für einen solchen
JP5367575B2 (ja) * 2006-09-28 2013-12-11 ビー−ポッズ・ホールディングス・プロプライエタリー・リミテッド 太陽エネルギー収集装置
US20080223438A1 (en) * 2006-10-19 2008-09-18 Intematix Corporation Systems and methods for improving luminescent concentrator performance
EP1993142A1 (de) * 2007-05-14 2008-11-19 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. Reflektiv beschichtetes Halbleiterbauelement, Verfahren zu dessen Herstellung sowie dessen Verwendung
PT2031082E (pt) * 2007-08-31 2014-11-04 Ecole Polytech Substrato metálico texturizado cristalograficamente, dispositivvo texturizado cristalograficamente, célula e módulo fotovoltaico que compreendem um tal dispositivo e processo de deposição de camadas finas
KR101244027B1 (ko) * 2008-07-08 2013-03-14 시너스 테크놀리지, 인코포레이티드 플렉서블 태양전지 제조방법
TW201005963A (en) * 2008-07-17 2010-02-01 Big Sun Energy Technology Inc Solar cell with high photon utilization and method of manufacturing the same
US8679959B2 (en) * 2008-09-03 2014-03-25 Sionyx, Inc. High sensitivity photodetectors, imaging arrays, and high efficiency photovoltaic devices produced using ion implantation and femtosecond laser irradiation
KR100993513B1 (ko) * 2008-10-06 2010-11-10 엘지전자 주식회사 태양전지
US8686284B2 (en) * 2008-10-23 2014-04-01 Alta Devices, Inc. Photovoltaic device with increased light trapping
TW201030998A (en) * 2008-10-23 2010-08-16 Alta Devices Inc Photovoltaic device
US20120104460A1 (en) 2010-11-03 2012-05-03 Alta Devices, Inc. Optoelectronic devices including heterojunction
WO2010048543A2 (en) * 2008-10-23 2010-04-29 Alta Devices, Inc. Thin absorber layer of a photovoltaic device
TW201021229A (en) * 2008-11-21 2010-06-01 Ind Tech Res Inst Solar cell having reflective structure
EP2190033A1 (de) 2008-11-24 2010-05-26 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. Tandemsolarzelle aus kristallinem Silizium und kristallinem Siliziumcarbid sowie Verfahren zu dessen Herstellung
FR2939240B1 (fr) * 2008-12-03 2011-02-18 Saint Gobain Element en couches et dispositif photovoltaique comprenant un tel element
JP5470633B2 (ja) * 2008-12-11 2014-04-16 国立大学法人東北大学 光電変換素子及び太陽電池
US20100186816A1 (en) * 2009-01-23 2010-07-29 Samsung Electronics Co., Ltd. Solar cell
WO2010087785A1 (en) * 2009-02-02 2010-08-05 Agency For Science, Technology And Research Thin film solar cell structure
US8207051B2 (en) 2009-04-28 2012-06-26 Sionyx, Inc. Semiconductor surface modification
FR2945159B1 (fr) * 2009-04-29 2016-04-01 Horiba Jobin Yvon Sas Reseau de diffraction metallique en reflexion a haute tenue au flux en regime femtoseconde, systeme comprenant un tel reseau et procede d'amelioration du seuil d'endommagement d'un reseau de diffraction metallique
US20110121424A1 (en) * 2009-04-30 2011-05-26 James Carey Low oxygen content semiconductor material for surface enhanced photonic devices and associated methods
US20100288352A1 (en) * 2009-05-12 2010-11-18 Lightwave Power, Inc. Integrated solar cell nanoarray layers and light concentrating device
TWI394285B (zh) * 2009-06-08 2013-04-21 Univ Tatung 光電轉換裝置及其製法
DE102009029944A1 (de) * 2009-06-19 2010-12-23 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. Solarzelle und Verfahren zu deren Herstellung
US8062920B2 (en) * 2009-07-24 2011-11-22 Ovshinsky Innovation, Llc Method of manufacturing a photovoltaic device
US20110203648A1 (en) * 2009-08-20 2011-08-25 James Carey Laser processed heterojunction photovoltaic devices and associated methods
US8476598B1 (en) 2009-08-31 2013-07-02 Sionyx, Inc. Electromagnetic radiation imaging devices and associated methods
US8309389B1 (en) 2009-09-10 2012-11-13 Sionyx, Inc. Photovoltaic semiconductor devices and associated methods
US9673243B2 (en) 2009-09-17 2017-06-06 Sionyx, Llc Photosensitive imaging devices and associated methods
KR101893331B1 (ko) 2009-09-17 2018-08-30 사이오닉스, 엘엘씨 감광성 이미징 장치 및 이와 관련된 방법
US9911781B2 (en) 2009-09-17 2018-03-06 Sionyx, Llc Photosensitive imaging devices and associated methods
US8476681B2 (en) 2009-09-17 2013-07-02 Sionyx, Inc. Photosensitive imaging devices and associated methods
US9691921B2 (en) 2009-10-14 2017-06-27 Alta Devices, Inc. Textured metallic back reflector
WO2011050336A2 (en) * 2009-10-22 2011-04-28 Sionyx, Inc. Semiconductor devices having an enhanced absorption region and associated methods
US20150380576A1 (en) 2010-10-13 2015-12-31 Alta Devices, Inc. Optoelectronic device with dielectric layer and method of manufacture
US20170141256A1 (en) 2009-10-23 2017-05-18 Alta Devices, Inc. Multi-junction optoelectronic device with group iv semiconductor as a bottom junction
US9502594B2 (en) 2012-01-19 2016-11-22 Alta Devices, Inc. Thin-film semiconductor optoelectronic device with textured front and/or back surface prepared from template layer and etching
US11271128B2 (en) 2009-10-23 2022-03-08 Utica Leaseco, Llc Multi-junction optoelectronic device
US9768329B1 (en) 2009-10-23 2017-09-19 Alta Devices, Inc. Multi-junction optoelectronic device
US8212250B2 (en) 2009-12-10 2012-07-03 Leonard Forbes Backside texturing by cusps to improve IR response of silicon solar cells and photodetectors
US8120027B2 (en) * 2009-12-10 2012-02-21 Leonard Forbes Backside nanoscale texturing to improve IR response of silicon solar cells and photodetectors
US8692198B2 (en) 2010-04-21 2014-04-08 Sionyx, Inc. Photosensitive imaging devices and associated methods
FR2959872B1 (fr) * 2010-05-05 2013-03-15 Commissariat Energie Atomique Cellule photovoltaique a face arriere structuree et procede de fabrication associe.
EP2583312A2 (en) 2010-06-18 2013-04-24 Sionyx, Inc. High speed photosensitive devices and associated methods
TWI453932B (zh) * 2010-07-06 2014-09-21 Solarbase Group Inc 光伏模組和製造ㄧ具有電極擴散層之光伏模組的方法
US20120024365A1 (en) * 2010-07-27 2012-02-02 Alliance For Sustainable Energy, Llc Solar energy systems
US9893223B2 (en) 2010-11-16 2018-02-13 Suncore Photovoltaics, Inc. Solar electricity generation system
JP2014500633A (ja) 2010-12-21 2014-01-09 サイオニクス、インク． 基板損傷の少ない半導体素子および関連方法
US20120211065A1 (en) * 2011-02-21 2012-08-23 Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. Photoelectric conversion device
JP2014514733A (ja) 2011-03-10 2014-06-19 サイオニクス、インク． ３次元センサ、システム、および関連する方法
US9496308B2 (en) 2011-06-09 2016-11-15 Sionyx, Llc Process module for increasing the response of backside illuminated photosensitive imagers and associated methods
US20130016203A1 (en) 2011-07-13 2013-01-17 Saylor Stephen D Biometric imaging devices and associated methods
US8865507B2 (en) 2011-09-16 2014-10-21 Sionyx, Inc. Integrated visible and infrared imager devices and associated methods
US20130167903A1 (en) * 2011-11-14 2013-07-04 Prism Solar Technologies Incorporated Encapsulated solar energy concentrator
US20130167933A1 (en) * 2011-12-30 2013-07-04 Syracuse University Intrinsic oxide buffer layers for solar cells
US11038080B2 (en) 2012-01-19 2021-06-15 Utica Leaseco, Llc Thin-film semiconductor optoelectronic device with textured front and/or back surface prepared from etching
US9064764B2 (en) 2012-03-22 2015-06-23 Sionyx, Inc. Pixel isolation elements, devices, and associated methods
CN103066134B (zh) * 2012-12-20 2016-02-10 河南大学 一种薄膜太阳能电池背反电极及其制备方法
US10514509B2 (en) * 2013-01-10 2019-12-24 The Regents Of The University Of Colorado, A Body Corporate Method and apparatus for optical waveguide-to-semiconductor coupling and optical vias for monolithically integrated electronic and photonic circuits
JP6466346B2 (ja) 2013-02-15 2019-02-06 サイオニクス、エルエルシー アンチブルーミング特性を有するハイダイナミックレンジｃｍｏｓ画像センサおよび関連づけられた方法
US9939251B2 (en) 2013-03-15 2018-04-10 Sionyx, Llc Three dimensional imaging utilizing stacked imager devices and associated methods
WO2014209421A1 (en) 2013-06-29 2014-12-31 Sionyx, Inc. Shallow trench textured regions and associated methods
US9337229B2 (en) 2013-12-26 2016-05-10 Taiwan Semiconductor Manufacturing Company Ltd. Semiconductor device and manufacturing method thereof
JP2016178234A (ja) * 2015-03-20 2016-10-06 株式会社東芝 半導体受光デバイス
US10983275B2 (en) 2016-03-21 2021-04-20 The Regents Of The University Of Colorado, A Body Corporate Method and apparatus for optical waveguide-to-semiconductor coupling for integrated photonic circuits
EP4224537A1 (en) * 2022-02-02 2023-08-09 Airbus Defence and Space GmbH A dual junction solar cell with light management features for space use, a photovoltaic assembly for space use including a dual junction solar cell, a satellite including the photovoltaic assembly and a method for manufacturing a dual junction solar cell for space use

Family Cites Families (20)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3569997A (en) * 1967-07-13 1971-03-09 Inventors And Investors Inc Photoelectric microcircuit components monolythically integrated with zone plate optics
US3487223A (en) * 1968-07-10 1969-12-30 Us Air Force Multiple internal reflection structure in a silicon detector which is obtained by sandblasting
US3873829A (en) * 1970-05-29 1975-03-25 Philips Corp Photo cathode with means provided which produce a repeated total reflection of the incident light without interference phenomena
FR2226754B1 (nl) * 1973-04-20 1975-08-22 Thomson Csf
US3973994A (en) * 1974-03-11 1976-08-10 Rca Corporation Solar cell with grooved surface
US3971672A (en) * 1975-02-03 1976-07-27 D. H. Baldwin Company Light diffuser for photovoltaic cell
US4053327A (en) * 1975-09-24 1977-10-11 Communications Satellite Corporation Light concentrating solar cell cover
US4252865A (en) * 1978-05-24 1981-02-24 National Patent Development Corporation Highly solar-energy absorbing device and method of making the same
US4153813A (en) * 1978-06-19 1979-05-08 Atlantic Richfield Company Luminescent solar collector
US4166919A (en) * 1978-09-25 1979-09-04 Rca Corporation Amorphous silicon solar cell allowing infrared transmission
US4204881A (en) * 1978-10-02 1980-05-27 Mcgrew Stephen P Solar power system
JP60041878B2 (en) * 1979-02-14 1985-09-19 Sharp Kk Thin film solar cell
JPS55125680A (en) * 1979-03-20 1980-09-27 Yoshihiro Hamakawa Photovoltaic element
US4328390A (en) * 1979-09-17 1982-05-04 The University Of Delaware Thin film photovoltaic cell
US4246042A (en) * 1980-02-13 1981-01-20 Science Applications, Inc. Fixed solar energy concentrator
DK79780A (da) * 1980-02-25 1981-08-26 Elektronikcentralen Solcelle med et halvlederkrystal og med en belyst overflade batteri af solceller og fremgangsmaade til fremstilling af samme
DE3016498A1 (de) * 1980-04-29 1981-11-05 Siemens AG, 1000 Berlin und 8000 München Lichtempfindliche halbleiterbauelemente
DE3023165A1 (de) * 1980-06-20 1982-01-07 Siemens AG, 1000 Berlin und 8000 München Solarzelle aus amorphem silizium
US4289920A (en) * 1980-06-23 1981-09-15 International Business Machines Corporation Multiple bandgap solar cell on transparent substrate
DE3140974C2 (de) * 1981-10-15 1986-11-20 Viktor Voskanovič Afian Fotoelektrischer Sonnenmodul

Also Published As

Publication number Publication date
FR2522880A1 (fr) 1983-09-09
IN157618B (nl) 1986-05-03
IE54408B1 (en) 1989-09-27
GB2116364B (en) 1985-10-23
IT8347739A0 (it) 1983-02-18
JPS58159383A (ja) 1983-09-21
ZA83748B (en) 1983-11-30
SE8301051L (sv) 1983-09-04
US4419533A (en) 1983-12-06
EG15060A (en) 1985-12-31
ES520247A0 (es) 1984-03-16
IL67794A (en) 1986-01-31
IL67794A0 (en) 1983-05-15
GB2116364A (en) 1983-09-21
CA1187970A (en) 1985-05-28
KR840004309A (ko) 1984-10-10
ES8403667A1 (es) 1984-03-16
DE3306148A1 (de) 1983-09-15
IE830294L (en) 1983-09-03
SE8301051D0 (sv) 1983-02-25
AU543213B2 (en) 1985-04-04
GB8304033D0 (en) 1983-03-16
IT1167617B (it) 1987-05-13
PH19299A (en) 1986-03-05
AU1149483A (en) 1983-09-08
BR8300902A (pt) 1983-11-16
SE454225B (sv) 1988-04-11
GR78799B (nl) 1984-10-02

Similar Documents

Publication Publication Date Title
NL8300603A (nl) Fotovoltaische inrichting.
US5230746A (en) Photovoltaic device having enhanced rear reflecting contact
JP2908067B2 (ja) 太陽電池用基板および太陽電池
US6388301B1 (en) Silicon-based thin-film photoelectric device
EP0523919A1 (en) Multijunction photovoltaic device and fabrication method
US20100313952A1 (en) Photovoltaic modules and methods of manufacturing photovoltaic modules having multiple semiconductor layer stacks
WO2005011002A1 (ja) シリコン系薄膜太陽電池
NL8301440A (nl) Fotovoltaische inrichting.
EP0698929A2 (en) Back reflector layer, method for forming it, and photovoltaic element using it
US20080236661A1 (en) Solar cell
JPH065766B2 (ja) 光起電力装置およびその製造方法
US4528418A (en) Photoresponsive semiconductor device having a double layer anti-reflective coating
US4398054A (en) Compensated amorphous silicon solar cell incorporating an insulating layer
NL8300925A (nl) Fotogalvanische inrichting met verbeterd reflectiesysteem.
JP3236306B2 (ja) ｐｉｎアモルファスシリコン光電池に於ける広帯域ギャップｎ層を使用した短絡電流の強化
JP2004221119A (ja) 太陽電池及びその設置方法
KR101833941B1 (ko) 박막 태양 전지
US4407710A (en) Hybrid method of making an amorphous silicon P-I-N semiconductor device
JP2005347444A (ja) 光起電力素子
KR810001314B1 (ko) 비결정 실리콘 활성영역을 갖는 반도체 장치
CN102593193A (zh) 薄膜太阳能电池及其制造方法
TWI453929B (zh) 太陽能模組及製造具有並聯半導體層堆疊之太陽能模組之方法
JP2013535830A (ja) 透明電極を製造する方法、光電池を製造する方法、ならびに構造
JP2757896B2 (ja) 光起電力装置
JP2004319733A (ja) 薄膜シリコン太陽電池

Legal Events

Date Code Title Description
A85 Still pending on 85-01-01
BV The patent application has lapsed