NL8300925A - Fotogalvanische inrichting met verbeterd reflectiesysteem. - Google Patents

Description

f * , VO 4610

Fotogalvanische inrichting met verbeterd reflectiesysteem.

Deze uitvinding heeft betrekking op een fotogalvanische inrichting met verbeterd reflectiesysteem alsmede op het systeem zelf.

De onderhavige uitvinding is bijzonder bruikbaar voor fotogalvanische inrichtingen die gevormd zijn uit lagen van amorfe halfgeleiderlege-5 ringen. De reflectiesystemen volgens de uitvinding voorzien in een verhoogde reflectie vein niet-geabsorbeerd licht in de inrichtingen waarin zij worden toegepast. Een voordeel hiervan is dat een verhoogde foton-absorptie en ladingsdragervorming in de actieve lagen mogelijk is waardoor vergrote kortsluitstromen worden geleverd. Een ander voordeel is 10 dat de verbeterde lichtgevoelige eigenschappen van gefluoreerde amorfe siliciumlegeringen door uitvoering van de onderhavige uitvinding beter in de fotogalvanische inrichtingen kunnen worden gerealiseerd. De uitvinding heeft als belangrijkste toepassing de vervaardiging van verbeterde amorfe siliciumlegering fotogalvanische inrichtingen van de p-l-n 15 configuratie, hetzij als eencellen of als veelvoudige cellen die een veelvoud van eencellige eenheden omvatten. Bij voorkeur hebben de gedoteerde lagen van de p-i-n cellen een lage absorptiecoëfficiënt in het golflengtegebied waarvoor het reflectiesysteem volgens de uitvinding het best bruikbaar is.

20 Silicium is de basis van de omvangrijke industrie van kristallijne halfgeleiders en vormt een materiaal waaruit dure kristal-lijne zonnecellen met hoog rendement (18%) voor ruimtetoepassingen zijn gemaakt. Voor toepassingen op de aarde hebben de kristallijne zonnecellen typerend een veel lager rendement van de orde van 12% of minder.

25 Toen de kristallijne halfgeleidertechnologie een commerciële toestand had bereikt, werd deze de grondslag van de huidige omvangrijke half-geleider-industrie. Dit was te danken aan de vaardigheid van de onderzoekers om nagenoeg defect-vrij germanium- en in het bijzonder sili-ciumkristallen te laten groeien en deze om te zetten in uitwendige ma-30 terialen met daarin p-type en n-type geleidbaarheidsgebieden. Dit werd tot stand gebracht door in dergelijk kristallijn materiaal delen per miljoen donor (n) of acceptor (p) doteermaterialen te diffunderen die als gesubstitueerde onzuiverheden in de nagenoeg zuivere kristallijne materialen werden ingevoerd om de electrische geleidbaarheid daarvan te

8300925 I

i t /·» 2 verhogen en de instelling van hetzij een p- of n-geleidingstype te regelen. De fabricagemethoden voor het maken van p-n-junctiekristallen betreffen bijzonder ingewikkelde, tijdrovende en dure procedures. Aldus worden deze kristallijne materialen die in zonnecellen en stroomregel-• 5 inrichtingen bruikbaar zijn onder zeer zorgvuldig ingestelde omstandig heden geproduceerd door individuile enkele silicium- of germanium-kristallen te laten groeien en wanneer p-n-juncties zijn vereist dergelijke enkelvoudige kristallen te doteren met bijzonder kleine en kritische hoeveelheden doteermiddelen.

10 Deze kristalgroeiprocessen leveren dergelijke relatief kleine kristallen dat voor zonnecellen vele enkele kristallen moeten worden gecombineerd om het gewenste oppervlak van slechts één enkel zonnecelpaneel te omvatten. De hoeveelheid energie die noodzakelijk is om een zonnecel in dit proces te maken, de begrenzingen die worden 15 veroorzaakt door de afmetingsbeperkingen van het siliciumkristal, en de noodzaak een dergelijk kristallijn materiaal door te snijden en te combineren, heeft geleid tot een onmogelijke economische barrière op het op grote schaal toepassen van kristallijne halfgeleider-zonnecellen voor energieomzettingsdoeleinden. Verder heeft kristallijn silicium een 20 indirecte optische beperking die resulteert in een slechte lichtabsorptie in het materiaal. Vanwege deze slechte lichtabsorptie dienen kristallijne zonnecellen tenminste 50 micron dik te zijn om het invallende zonlicht te absorberen. Zelfs indien het enkele kristalmateriaal wordt vervangen door polykristallijn silicium dat goedkoper is te produce-: 25 ren, blijft de indirecte optische beperkingen nog steeds intact; van daar dat.de dikte van het materiaal niet kan worden verminderd. Bij het polykristallijne materiaal heeft men tevens te maken met de aanwezigheid van kristalliet grensvlakken en andere defeetproblemen, welke defecten gewoonlijk funest zijn.

30 Samengevat hebben kristallijne siliciuminrichtingen vaste parameters die niet naar wens variabel zijn, zijn grote hoeveelheden materiaal nodig, kunnen zij slechts worden geproduceerd met betrekkelijk kleine oppervlakken en zijn zij duur en tijdrovend wat de produktie betreft. Met op amorfe siliciumlegering gebaseerde inrichtingen kan men 35 dergelijke nadelen van kristallijn silicium vermijden. Een amorfe siliciumlegering heeft een optische absorptiegrens met eigenschappen die 8300925 3 analoog zijn aan een halfgeleider met een directe band en er is slechts een materiaaldikte van 1 micron of minder noodzakelijk om dezelfde hoeveelheid zonlicht te absorberen als het 50 micron dikke kristallijne silicium. Verder kunnen amorfe siliciumlegeringen sneller, gemakkelijker 5 en met grotere oppervlakken worden gemaakt dan het kristallijne silicium.

Aldus is er veel onderzoek geweest naar het onwikkelen van methoden voor het gemakkelijk afzetten van amorfe halfgeleiderlege-ringen of films, die elk een betrekkelijk groot oppervlak kunnen omvatten, op oppervlakken waarbij, slechts de afmeting van de afzettings-10 Inrichting een beperking gaf, en wélke legeringen of films gemakkelijk zouden kunnen worden gedoteerd ter vorming van p-type en n-type materialen, wanneer men daarvan p-n .junctielnrichtingen wenste te maken die equivalent zouden zijn aan die geproduceerd door de kristallijne tegenhangers. Voor vele jaren is dergelijk onderzoek nagenoeg onproduktief 15 gebleven. Amorfe silicium of germanium (groep IV) films zijn normaal viervoudig gecoördineerd en blijken microholtes en loshangende bindingen; en andere defecten te bezitten die een hoge dichtheid van gelocaliseer-de toestanden in de energiéband daarvan geven. De aanwezigheid van een hoge dichtheid van gelocaliseerde toestanden in de energiéband van amor-20 fe silicium-halfgeleiderfilms leidt tot een lage graad van fotogeleid-baarheid en een korte levensduur van de dragers, waardoor dergelijke films niet geschikt zijn voor lichtgevoelige toepassingen. Bovendien kunnen dergelijke films niet met succes worden gedoteerd of anderszins worden gemodificeerd om het Fermi-niveau dicht naar de geleiding- of 25 valentiébanden te verschuiven, waardoor zij ongeschikt zijn voor het maken van p-n juncties voor zonnecel- en stroomregeltoepassingen.

m een poging om de voomoemde problemen betrokken bij amorf silicium (waarvan oorspronkelijk werd gedacht dat deze elementair waren) te verminderen werd door W.E. Spear en P.G. Le Comber van het 30 Carnegie Laboratory of Physics, Universiteit van Dundee, in Dundee,

Schotland, enig werk verricht op de "Substitutional Doping of Amorphous Silicon", als vermeld in een artikel gepubliceerd in Solid State Communications, vol. 17, blz. 1193 - 1196, 1975, met het doel de gelocaliseerde toestanden in de energieband van amorf silicium te verminderen en deze 35 dichter het intrinsieke kristallijne silicium te laten benaderen en voor het vervangend doteren van de amorfe materialen met geschikte klas- 8300925 ¥ * 4 sieke doteermiddelen, zoals bij het doteren van kristallijne materialen, om hen extrinsiek en van p- of n-geleidingstypen te maken.

De vermindering van de gelocaliseerde toestanden werd bereikt door een glimontladingsafzetting van amorfe siliciumfilms waar-5 bij een gas van silaan (SiH^) door een .reactiebuis werd geleid waar het gas werd ontleed door een r.f. glimontlading en neergeslagen op een substraat bij een substraattemperatuur van ongeveer 227 - 327°C. Het aldus op het substraat neergeslagen materiaal was een intrinsiek amorf materiaal bestaande uit silicium met waterstof. Ter vorming van een geil 0 doteerd amorf materiaal werd een gas van fosfine (PH^) voor n-type geleiding of een gas van diboraan (B JEL·) voor p-type geleiding voorgemengd met het silaangas en door de glimontladingsreactiébuis geleid onder dezelfde werkomstandigheden. De gasconcentratie van de toegepaste doteer- —6 -2 middelen lag tussen ongeveer 5 x 10 en 10 delen per volume. Het al-15 dus neergeslagen materiaal bleek extrinsiek te zijn en van het n- of p-geleidingstype.

Hetgeen niet bekend was aan deze onderzoekers is nu bekend door het werk van anderen nl. dat de waterstof in het silaan zich bij een optimale temperatuur combineert met veel van de loshangende 20 bindingen van het silicium gedurende de glimontladingsafzetting, waardoor de dichtheid van de gelocaliseerde toestanden in de energieband aanzienlijk wordt verminderd en <33 electronische eigenschappen van het amorfe materiaal dichter die van het overeenkomstige kristal- I

lijne materiaal benaderen. : 25 Het opnemen van waterstof in de voomoemde methode heeft echter begrenzingen, gebaseerd op de vaste verhouding van waterstof tot silicium in silaan, en verschillende Si:H bindingsconfiguraties die nieuwe anti-bindingstoestanden introduceren. Derhalve bestaan er wezenlijke beperkingen wat betreft de vermindering van de dichtheid van de 30 gelocaliseerde toestanden in deze materialen.

Sterk verbeterde amorfe siliciumlegeringen met significant verminderde concentraties van gelocaliseerde toestanden in de energiebanden daarvan en met electronische eigenschappen van hoge kwaliteit zijn verkregen door glimontlading als volledig beschreven in het 35 Amerikaanse octrooischrift 4.226.898, en door dampafzetting als beschreven in het Amerikaanse octrooischrift 4.217.374. Zoals in deze octrooischrif- 8300925 .

5 ten beschreven, hier hierin als referentie worden opgenomen, wordt fluor in de amorfe silicium-halfgeleiderlegering ingevoerd om daardoor de dichtheid van de gelocaliseerde toestanden daarin aanmerkelijk te verlagen. Het geactiveerde fluor verbindt zich in het bijzonder snel 5 in het amorfe lichaam met silicium waardoor de dichtheid van de gelocaliseerde defecttoestanden aanzienlijk wordt verlaagd omdat door de .kleine afmeting, de hoge reactiviteit en de specifieke chemische binding X fluoratomen een meer defect-vrije amorfe siliciumlegering wordt bereikt.

Het fluor verbindt zich met de vrije hangende bindingen van het silicium 10 en vormt naar wordt aangenomen een in hoofdzaak ionisch stabiele binding met flexibele bindingshoeken, die resulteert in een meer stabiele en meer efficiënte compensatie of wijziging dan wordt gevormd door waterstof en andere compenserende of wijzigende middelen. Fluor combineert zich eveneens bij voorkeur met silicium en waterstof, waarbij de 15 waterstof op meer gewenste wijze wordt verbruikt aangezien waterstof verschillende bindingsmogelijkheden heeft. Zonder fluor zou waterstof zich niet op gewenste wijze in het materiaal binden, waardoor extra defecte toestanden in de bandafstand alsmede in het materiaal zelf zouden worden veroorzaakt. Derhalve wordt fluor beschouwd als een meer 20 efficiënt compensatie- of modifiestiemiddel dan waterstof wanneer het alleen wordt toegepast of met waterstof vanwege zijn hoge reactiviteit, specificiteit wat chemische binding betreft en hoge electro-negativiteit.

Als voorbeeld kan de compensatie worden bereikt met alleen fluor of gecombineerd met waterstof waarbij deze elementen in 25 zeer kleine hoeveelheden (bijvoorbeeld fracties van 1 atoomprocent) kunnen worden toegevoegd. De hoeveelheid in fluor en waterstof die echter het meest gewenst worden toegepast zijn veel groter dan dergelijke kleine percentages voor de vorming van een silicium-waterstof-fluorlegering.

Dergelijke legeringshoeveelheden van fluor en waterstof kunnen bijvoor-30 beeld in de orde van 1 tot 5% of meer zijn. Aangenomen wordt, dat de | aldus gevormde legering een lagere dichtheid van defecte toestanden in de energieband heeft dan die bereikt door slechts de neutralisering van loshangende bindingen en soortgelijke defecttoestanden. Aangenomen wordt dat in het bijzonder een dergelijke grote hoeveelheid fluor op aanzien-35 lijke wijze deelneemt aan de nieuwe structuurconfiguratie van een amorf silicium-bevattend materiaal en de toevoeging van andere legeringsma ter ia- j 8300925 6 » ψ ι len, zoals germanium vergemakkelijkt.«Aangenomen wordt dat fluor naast zijn andere reeds vermelde eigenschappen als organisator Van de locale structuur in de silicium-bevattende legering werkzaam is via inductieve en ionische effecten. Aangenomen wordt dat fluor tevens de binding van 5 waterstof beïnvloedt door op gunstige wijze in te werken ter verlaging van de dichtheid van defecttoestanden welke door waterstof worden bijgedragen^ _onder werkingais een ae dichtheid van toestanden verminderend element. De ionische rol die fluor in een dergelijke legering speelt, is naar wordt aangenomen een belangrijke· factor wat betreft de onderlinge 10 samenhangen van de naburige atomen. |

Aldus hebben amorfe siliciumlegeringen die fluor bevat- · \

ten sterk verbeterde eigenschappen gedemonstreerd wat betreft foto- J

galvanische toepassingen vergeleken met amorfe siliciumlegeringen die ·; alleen waterstof als een toestandsdichtheid-verminderend element bevatten. ! 15 Ten einde echter het volledige voordeel van deze amorfe siliciumlege- ï i ringen die fluor bevatten te realiseren wanneer zij worden toegepast \ voor het vormen van de actieve gebieden van fotogalvanische inrichtingen, 1

is het noodzakelijk ervoor te zorgen dat de grootst mogelijke hoeveel- T

heid van de beschikbare .fotonen daarin worden geabsorbeerd met het \ 20 doel op efficiënte wijze electronengatenparen te vormen. j

Het voornoemde is belangrijk in bijvoorbeeld fotogalvani- i sche inrichtingen van de p-i-n configuratie. Inrichtingen van dit type 'i hebben p- en n-type gedoteerde lagen aan beide zijden van een actieve - intrinsieke laag, waarin de electronen-gatenparen worden gevormd. Zij 25 brengen een potentiaalgradiënt over de inrichting tot stand die de scheiding van de electronen en gaten vergemakkelijkt waarbij tevens i.

contactlagen worden gevormd voor het vergemakkelijken van het opzamelen van de electronen en gaten als electrische stroom.

Niet alle beschikbare protonen worden door de actieve 30 gebieden geabsorbeerd. Terwijl bijna alle kortere golflengte-fotonen worden geabsorbeerd, wordt een groot gedeelte van de langere golflengte-protonen met energieën die nabij de absorptiegrens van het intrinsieke halfgeleidermateriaal liggen niet geabsorbeerd. Het verlies van dergelijke niet geabsorbeerde fotonen leidt tot een verlaging van de stromen 35 die kunnen worden geproduceerd. Om verlies van deze lange golflengte-fotonen te voorkomen zijn reflectors, gevormd uit geleidende metalen 8300925 7 toegepast om het niet gebruikte of niet geabsorbeerde licht terug te reflecteren in de actieve gebieden van de inrichtingen -

De p- en n-type lagen zijn geleidend en hébben bij voorkeur een lage absorptiecoëfficiënt van golflengten nabij de band-5 grens, om de fotan-absorptie in die lagen te verminderen. Een reflector is derhalve bijzonder voordelig wanneer toegepast in samenhang met de p-type laag met bijvoorbeeld een wijde bandafstand die een van de gedoteerde lagen van een dergelijke inrichting vormt. Ref 1 ectielagen dienen derhalve voor het reflecteren van niet gebruikt licht in het intrin-10 sieke gebied van de inrichting om daarmee een verdere benutting van de zonne-energie voor het opwekken van extra electronen-gatenparen toe te laten. Door een reflectielaag kan een groter deel van de beschikbare fotonen in de actieve intrinsieke laag overgaan en daarin worden geabsorbeerd.

15 Helaas zijn de beste reflectors volgens de stand van de techniek slechts in staat ongeveer 80% van het niet gebruikte licht van de van belang zijnde golflengten terug te kaatsen in de inrichtingen waarin zij worden toegepast. Edele metalen zoals koper en zilver en metalen zoals aluminium, omdat zij sterk geleidend zijn, zijn derhalve 20 als eventuele reflectormaterialen voorgesteld. Deze metalen kunnen ech- j ter in de halfgeleider van de Inrichtingen waarin zij worden toegepast | diffunderen en wanneer dit plaatsvindt hebben zij een nadelig effect op ! de lichtgevoelige eigenschap van de inrichtingen. Aldus zijn dunne lagen van andere minder geleidende en minder reflectieve metalen toegepast 25 als diffusiebarrières voor dergelijke reflectors. Dergelijke minder ge- ; leidende en reflectieve metalen omvatten molybdeen en chroom. Hoewel jj deze metalen diffusie in de halfgeleider van de inrichtingen, voorkomen, t Ü verminderen zij de reflectie van de sterker geleidende metalen. Aldus l bestaat er een behoefte aan betere reflectiesystemen die niet alleen 30 een grotere reflectie van het niet gebruikte licht geven maar tevens * diffusie van het reflectoxmateriaal in de inrichtingen voorkomen.

Er is thans een nieuw en verbeterd reflectorsysteem gevonden dat zowel een verhoogde reflectie van niet gebruikt licht ten op- ïi zichte van de bekende reflectors geeft, maar tevens bescherming tegen " 35 de reflectormaterialen die diffunderen in de halfgeleider van de inrichtingen. De reflectors volgens de uitvinding kunnen worden toegepast in F· 8300925 + * 8 zowel enkele cel fotogalvanische inrichtingen met de p-i-n configuratie alsmede veelvoudige celstructuren met een veelvoud van enkele cel-eenheden.

De onderhavige uitvinding voorziet in nieuwe en verbe-5 terde reflectorsystemen ten gebruike in fotogalvanische inrichtingen.

De reflectorsystemen volgens de uitvinding geven een verhoogde reflectie van niet-geabsorbeerd licht terug in de actieve gebieden van de inrichtingen waarin zij worden toegepast, terwijl daarbij diffusie van de reflectormaterialen in de inrichtingen wordt voorkomen.

10 De reflectorsystemen omvatten een laag van sterk reflec tief materiaal en een laag van een transparante geleider. De transparante geleiderlaag is opgesteld tussen de inrichting en de laag van sterk, reflecterend materiaal.

Het sterk geleidende materiaal kan een sterk reflectief 15 metallisch materiaal zijn zoals een sterk reflecterend metaal van goud, zilver, koper of aluminium, of legeringen daarvan.. De sterk reflectieve metallische materialen kunnen tevens metallische verbindingen zijn zoals m , TiN , ZrN , HfN , of MoN .

X. X X xl X ·

De transparante geleider kan een transparant geleidend 20 oxyde zijn zoals indiumtinoxyde, cadmiumstannaat, gedoteerd tinoxyde,.

vanadiumoxyde, germaniumtinoxyde, ferrioxyde, zinkoxyde en cuproöxyde. j

De transparante geleider kan tevens een transparant geleidend chalco- r genide zijn zoals zinkselenide of cadmiumsulfide. Deze kan tevens een : siliciumcarbide zijn.

25 De transparante geleider dient voor het versterken van de reflectie van het niet-geabsorbeerde licht terug in de inrichtingen en dient tevens als een transparante barrièrelaag ter vermijding van diffusie van de sterk reflectieve materialep in de halfgeleidergebieden · van de inrichtingen. De terugreflectorsystemen van de uitvinding voor-30 zien derhalve in een verhoogde terugreflectie van niet-geabsorbeerd licht zonder de lichtgevoelige eigenschappen van de halfgeleidermateria- len van de inrichtingen nadelig te beïnvloeden.

De reflectors volgens de onderhavige uitvinding zijn bijzonder bruikbaar voor fotogalvanische inrichtingen met de p-i-n configu-35 ratie. Dergelijke inrichtingen omvatten een intrinsiek actief halfgelei-dergebied waarin foto-gegenereerde electronen-gatenparen worden gecre- 8300925 9 eerd en gedoteerde gebieden van tegengestelde geleidbaarheid opgesteld aan tegenoverstaande respectievelijke; zijden van het intrinsieke gebied. Het actieve intrinsieke gebied is bij voorkeur een amorf sili-ciumlegeringslichaam of een laag die fluor als een de dichtheid van 5 toestanden verlagend element bevat. De gedoteerde gebieden omvatten tevens bij voorkeur een amorfe silicium wijde bandafstand p-type lege-„ringslaag die hetzij de top of de bodem van de halfgeleiderlaag van de inrichting vormt. In beide gevallen zijn de amorfe halfgeleidergebie-den bij voorkeur afgezet op een substraat waarbij de laag van sterk 10 geleidend metaal grenst aan het substraat en het transparante geleidende oxyde is opgesteld tussen de laag van sterk reflectief materiaal en de bodem-gedoteerde laag.

Nagenoeg alle kortere golflengte-fotonen worden in de . actieve intrinsieke gebieden geabsorbeerd terwijl slechts een deel van 15 de fotonen met langere golflengten en energieën nabij de absorptiegrens van het intrinsieke materiaal worden geabsorbeerd. Derhalve wordt de dikte van de transparante geleider ingesteld om de reflectie van de langere golflengtefotonen optimaal te maken. Voor dat doel wordt de dikte van de transparante geleider bij voorkeur bepaald door de formule 20 ' d= ---- n waarin: d de laagdikte; Λ de minimale te reflecteren fotongolflengtey n de brekingsindex van de trein spar ante geleider; en 25 k. een oneven geheel vermenigvuldigingsgetal is.

De reflectorsystemen volgens de onderhavige uitvinding kunnen teven worden toegepast in veelvoudige celinrichtingen, zoals tandemcellen.

Aldus is het een eerste doel van de uitvinding te voor-30 zien in een verbeterd reflectororgaan voor het reflecteren van niet gebruikte straling terug in het actieve gebied van een fotogalvanische inrichting gevormd uit halfgeleidermateriaal, welke tenminste een actief gebied omvat waarop straling kan invallen voor het produceren van ladingsdragers. Het reflectororgaan wordt gekenmerkt door een eerste laag 35 gevormd uit een transparant materiaal en een tweede laag grenzend aan 8300925 10 de eerste laag en aan de zijde tegenover het actieve gebied, welke tweede laag is gevormd uit een sterk reflecterend materiaal.

Het is een tweede doel van de uitvinding te voorzien in een fotogalvanische inrichting van vele cellen gevormd uit veelvoudige 5 lagen van amorfe halfgeleiderlegeringen die op éen substraat zijn afgezet. De inrichting omvat een veelvoud van enkele celeenheden die in serie-samerihang . ... ..omvattende een bodemceleenheid zijn opgesteld, welke enkele celeenheid omvat: een eerste gedoteerde amorfe halfgeleider-legeringslaag; een lichaam van een intrinsieke amorfe halfgeleiderlege-10 ring afgezet op de eerste gedoteerde laag; een verdere gedoteerde amorfe halfgeleiderlegeringslaag afgezet op het intrinsieke lichaam en met een tegengestelde geleidbaarheid als de eerste gedoteerde amorfe halfgeleiderlegeringslaag; welke wordt gekenmerkt door een terugreilector tussen de bodemceleenheid en het substraat, welke reflector een eerste j 15 laag omvat gevormd uit een transparante geleider grenzend aan de bodem- l celeenheid en een tweede laag tussen de eerste laag en het substraat, | welke tweede laag is gevormd uit een sterk reflecterend materiaal. e

De voorkeursuitvoeringsvorm van deze uitvinding zal nu J

worden beschreven bij wijze van voorbeeld aan de hand van de volgende \ 20 tekeningen, waarin: :

Fig. 1 eén schematische voorstelling is van een glimv ontladingsafzettingssysteem dat kan worden toegepast voor het uitvoeren ? van de werkwijze van de uitvinding voor het maken van de fotogalvani- i.

sche inrichting van de uitvinding; ; 25 fig.· 2 een doorsnede-aanzicht is van een deel van het t systeem van fig. 1 langs de lijnen II - II; [ fig. 3 een doorsnede-aanzicht is van een p-i-n foto- »·.: galvanische inrichting volgens de uitvinding en fig. 4 een doorsnede-aanzicht is van een veelvoudige 30 cel waarin een veelvoud van p-i-n fotogalvanische celeenheden is opge- r 'nomen opgesteld in tandemconfiguratie, volgens de uitvinding.

In fig. 1 wordt een glimontladingsafzettingssysteem 10 weergegeven dat een huis 12 omvat. Het huis 12 omsluit een vacuümkamer en omvat een inlaatkamer 16 en een uitlaatkamer 18. Een kathodesteun-35 orgaan 20 is gemonteerd in de vacuümkamer 11 via een isolator 22.

Het steunorgaan 20 omvat een isolerende bus 24 die het 8300925 11 steunorgaan 20 langs de omtrék omhult. Een donker ruimteschild 26 omhult op afstand de bus 24.

Een substraat 28 is vastgemaakt aan het inwendige einde 30 van het steunorgaan 20 door een houder 32. De houder 32 kan worden vastgeschroefd 5 of anderszins op gebruikelijke wijze worden vastgemaakt aan een steunorgaan en staat daarmede in electrisch contact.

Het kathodesteunorgaan 20 omvat een holte 34 waarin een electrische verhitter 36 voor het verhitten van het steunorgaan 20 en aldus het substraat 28 is ingebracht. Het kathodesteunorgaan 20 omvat 10 tevens een temperatuurgevoelige sonde 38 voor het meten van de temperatuur van het steunorgaan 20. De temperatuursonde wordt toegepast voor het regelen van de bekrachtiging van de verhitter 36 om het steunorgaan 20 en het substraat 28 op elke gewenste temperatuur te houden.

Het systeem 10 omvat tevens een electrode 40 die buiten 15 het huis 12 uitsteekt in de vacuümkamer 14 die op afstand staat van het £ kathodesteunorgaan 20. De electrode 40 omvat een scherm 42 dat de elec- | trode 40 omringt en dat op zijn beurt een daarop gemonteerd substraat | 44 draagt. De electrode 40 omvat een‘holte 46 waarin een electrodever- | ' p.

hitter is ingébracht. De electrode 40 omvat tevens een temperatuurge- g

Vr:

20 voelige sonde 50 voor het meten van de temperatuur van de electrode 40 W

. Hi en aldus van het substraat 44. De sonde 50 wordt toegepast voor het re- pj a gelen van de bekrachtiging van de verhitter 48 om de electrode 40 en p het substraat 44 op elke gewenste tempera tuur te houden, onafhankelijk Ρί van het orgaan 2Q. tp 25 Er wordt een glimontladingsplasma ontwikkeld in een ruimte 52 tussen de substraten 28 en 44 door energie opgewekt door een ££ gereguleerde R.F., A.C. of D.C. spanningsbron die is gekoppeld asm het —iii kathodesteunorgaan 20 over de ruimte 52 aan de electrode 40, die ge- q aard is. De vacuümkamer 14 wordt geëvacueerd tot de gewenste druk door 30 middel van een vacuumpomp 54 die gekoppeld is aan de kamer 14 via een Γ ; ^ deeltjes trap 56. Een drukmeter 58 is gekoppeld aan het vacuümsysteem

en wordt toegepast voor het regelen van de pomp 54 om het systeem 10 J

op de gewenste deuk te houden.

De inlaatkamer 16 van het huis 12 is bij voorkeur voor-35 zien van een veelvoud van leidingen 60 voor het invoeren van materialen in het systeem 10 die daarin worden gemengd en afgezet in de kamer 14 8300925

- I

12 in de glimontladings-plasmaruimte 52 op de substraten 28 en 44. Desge-wenst kan de inlaatkamer 16 op een verwijderde plaats worden aangebracht en kunnen de gassen worden voorgemengd alvorens zij in kamer 14 worden gevoerd. De gasvormige materialen worden in leidingen 60 gevoerd via 5 een filter of een andere zuiveringsinrichting 62 met een snelheid die door een klep 64 wordt bestuurd.

Wanneer een materiaal. aanvankelijk niet in een gasvorm is maar in plaats daarvan vloeibaar of vast is, kan dit in een af gedichte houder 66 als aangegeven in 68 worden gebracht. Het materiaal 68 10 wordt dan verhit door een verhitter 70 om de dampdruk daarvan in de houder 66 te verhogen. Een geschikt gas, zoals een argon, wordt via een dompelpijp 72 in het materiaal 68 gevoerd ten einde de dampen van het materiaal 68 op te vangen en de dampen via een filter 62' en een klep 64' in de leidingen 60 en vandaar in het systeem 10 te transports teren.

De inlaatkamer 16 en de uitlaatkamer 18 zijn bij voorkeur voorzien van schermorganen 74 om het plasma in de kamer 14 te begrenzen . in· hoofdzaak tussen de substraten 28 en 44. ;

De materialen die door de leidingen 60 worden toegevoerd ; 20 worden in de inlaatkamer 16 gemengd en daarna geleid in de glimontla-dingsruimte 52 om het plasma te handhaven en de legering af te zetten op de substraten onder opname van silicium, fluor, zuurstof en de ande- : re gewenste elementen zoals waterstof, en/of doteermiddelen of andere gewenste materialen.

25 In werking wordt het systeem 10 voor het afzetten van

lagen van intrinsieke amorfe siliciumlegeringen eerst leeggepompt tot L

een gewenste afzettingsdruk, zoals minder dan 20 mtorr voor het af zetten. De aanvangsmaterialen of de reactiegassen zoals siliciumtetrafluo-ride (SiF^) en moleculaire waterstof (H^) en/of silaan worden toege-30 voerd in de inlaatkamer 16 via afzonderlijke leidingen 60 en worden in de inlaatkamer gemengd. Het gasmengsel wordt toegevoerd in de vacuümkamer om daarin een deeldruk van ongeveer 0,6 torr te handhaven. In de ruimte 52 wordt tussen de substraten 28 en 44 een plasma opgewekt onder toepassing van hetzij een gelijkspanning van groter dan 1000 volt of 35 een radiofrequentievermogen van ongeveer 50 watt werkende bij een frequentie van 13,56 MHz of elke andere gewenste frequentie.

Naast de intrinsieke amorfe siliciumlegeringen die op 8300925 13 de wijze als hierboven beschreven worden afgezet/ wordt in de inrichtingen van de uitvinding als geïllustreerd in de verschillende hierna te beschrijven uitvoeringsvormen tevens gébruik gemaakt van gedoteerde amorfe siliciumlegeringen met inbegrip van een brede bandafstand p 5 amorfe siliciumlegeringen. Deze gedoteerde legeringslagen kunnen p, p+, n, of n+-type geleidbaarheid zijn en zij kunnen zijn gevormd door een geschikt doteermiddel in de vacuümkamer in te voeren tezamen met het intrinsieke uitgangsmateriaal zoals silaan, (SiH^) of het silicium-tetrafluoride (SiF^) uitgangsmateriaal en/of waterstof en/of silaan.

10 Voor n- of p-gedoteerde lagen kan het materiaal worden gedoteerd met 5-100 dpm doteermaterialen wanneer het wordt af gezet.

Voor n - of p -gedoteerde lagen wordt het materiaal gedoteerd met 100 dpm tot meer dan 1% van een doteermateriaal als zodanig neergeslagen.

Op de n-doteermiddelen kunnen fosfor, arseen, antimoon of bismuth zijn.

15 Bij voorkeur worden de n-gedoteerde lagen gedeponeerd door de glim-ladingsontleding van tenminste siliciumtetrafluoride (SiF^) en fosfine (pH3). Waterstof en/of silaangas (SiH^) kunnen tevens aan dit mengsel worden toegevoegd.

De p-doteermiddelen kunnen borium, aluminium, gallium, 20 indium of thallium zijn. Bij voorkeur worden de p-gedoteerde lagen afgezet door de glimontladingsontleding van tenminste silaan en diboraan of siliciumtetrafluoride en diboraan. Aan het siliciumtetrafluo- 2 o ride en diboraan kunnen tevens waterstof en/of silaan worden toegevoegd.

Naast het voomoemde en volgens de uitvinding kunnen de · 25 p-type lagen worden gevormd uit amorfe siliciumlegeringen die tenminste één de bandafstand vermeerderend element bevatten. Bijvoorbeeld kunnen koolstof en/of stikstof worden opgenomen in de p-type legeringen om de bandafstanden daarvan te verhogen. Een amorfe sillciumlegering met brede bandafstand p kan bijvoorbeeld worden gevormd door een gasmengsel 30 van siliciumtetrafluoride (SiF.), silaan (SiE.), diboraan (B„H_) en 4 4 2 o methaan (CH^). Dit resulteert in een p-type amorfe siliciumlegering met een brede bandafstand.

i

De gedoteerde lagen van de inrichtingen worden bij verschillende temperaturen afgezet afhankelijk van het type af te zetten ma-35 teriaal en toegepaste substraat. Voor aluminiumsubstraten dient de boventemperatuur niet boven ongeveer 600°C te liggen en voor roestvrij staal 8300925 j . , * 14 kan deze niet meer bedragen dan ongeveer 1000°C. De substraattempera-tuur voor de intrinsieke en gedoteerde legeringen die aanvankelijk zijn gecompenseerd met waterstof, zoals bijvoorbeeld die neergeslagen uit silaangas-uitgangsmateriaal, dient minder te zijn dan ongeveer 400°C en 5 bij voorkeur tussen 250°C en 35QeC.

Andere materialen en legeringselementen kunnen tevens aan de intrinsieke en gedoteerde lagen worden toegevoegd om een geoptimaliseerde stroomopwekking te leveren. Deze andere materialen en elementen zullen hierna worden beschreven in samenhang met de inrichtings-10 configuratie volgens de uitvinding als geïllustreerd in figuren 3 en 4.

In fig. 3 wordt een deelaanzicht van een p-i-n-inrich-ting aangegeven volgens de uitvinding. De inrichting 110 omvat een substraat 112 dat een glas of buigbaar vlies kan zijn gevormd uit roestvrij staal of aluminium. Het substraat 112 heeft een gewenste breedte 15 en lengte en is bij voorkeur 0,125 tot 0,25 mm dik.

Volgens de onderhavige uitvinding wordt een laag 114 van sterk reflectief materiaal afgezet op het substraat 112. De laag 114 wordt afgezet volgens dampdepositie, hetgeen een betrekkelijk snelle afzettingsmethode is. De laag 114 bestaat bij voorkeur uit een sterk 20 reflectief metallisch materiaal, zoals zilver, goud, aluminium of koper of legeringen daarvan. Het sterk reflectieve materiaal kan tevens een sterk reflectieve metallische verbinding zijn zoals WN TiN , ZrN , HfN

2C X X X

of ΜοΝχ. Op de laag 114 is een laag 115 van een transparante geleider afgezet. De transparante geleider kan een transparant geleidend oxyde 25 (TCQ) zijn dat is af gezet in een dampdepositieomgeving en dit kan bijvoorbeeld indiumtinoxyde (ITO), cadmiumstannaat (Cd^SnO^), zinkoxyde, cupro-oxyde, vanadiumoxyde, germaniumtinoxyde, ferrioxyde of tinoxyde (Sn02) zijn. De transparante geleiderlaag 115 kan tevens worden gevormd uit siliciumcarbide of een transparant geleidend chalcogenide, zoals 30 cadmiumsulfide of zinkselenide. De laag 114 van sterk reflectief materiaal en de laag 115 van de transparante geleider vormen een reflectie-systeem volgens de uitvinding.

Het substraat 112 wordt daarna gebracht in de glimontla-dingsdepositie-omgeving. Een eerste gedoteerde brede bandafstand p-type 35 amorfe siliciumlegeringslaag 116 wordt af gezet op de laag 115 volgens de onderhavige uitvinding.. Aangetoond wordt dat laag 116 p+ in geleidbaar- 8300925 W ”·* 15 heid is. Het p -gebied is zo dun mogelijk van de orde van 50 tot 500 Angstrom dik, hetgeen voldoende is voor het p+-gebied om een goed ohms contact te maken met de transparante geleidende oxydelaag 115. Het p+-gëbied dient tevens voor het instellen van een potentiaalgradiënt over 5 de inrichting cm de verzameling van foto-gelnduceerde electronen-gaten-paren als electrische stroom te vergemakkelijken. Het p+-gébied 116 kan uit elk van de reeds eerder voor de depositie van dergelijk materiaal, vermelde gasmengsels worden afgezet.

Een massa van de intrinsieke amorfe siliciumlegering 118 10 wordt vervolgens afgezet op de brede bandafstand p-type laag 116. Het intrinsieke lichaam 118 is betrekkelijk dik, van de orde van 450 nanometer en wordt uit siliciumtetrafluoride en waterstof en/of silaan afgezet. Het intrinsieke lichaam bevat bij voorkeur de amorfe silicium- j legering die is gecompenseerd met fluor waarbij de grootste hoeveelheid j 15 van de electronen-gatenparen worden gevormd. De kortsluitstroom van de È t inrichting wordt vergroot door de gecombineerde effecten van het reflec- Γ tiesysteem van de uitvinding en de brede bandaf stand van het p-type l: amorfe siliciumlegeringslaag 116. ^

Op het intrinsieke lichaam 118 is verder af gezet een ge- {- • r

20 doteerde laag 120 die Van tegengestelde geleiding is ten opzichte van jL

de eerste gedoteerde laag 116. Deze omvat een amorfe siliciumlegering \~ ^n+-geleidbaarheidj en kan tevens een brede bandaf stand hebben. De n+ -laag |i 120 wordt afgezet uit elk van de eerder beschreven gasmengsels voor de tl + » afzetting van dergelijk materiaal. De n -laag 120 wordt afgezet tot te

25 dikten tussen 5 en 50 nanometer en dient als een contactlaag. P

jÈ

Een transparante geleidende oxyde (TCO) -laag 122 wordt daarna af gezet op de n -laag 120. De TCO laag 122 kan tevens worden af- ingezet in een dampafzettingsomgeving en kan bijvoorbeeld zijn: indium- 1-- tinoxyde (ITO), cadmiumstannaat (CdjSnO^) of gedoteerd tinoxyde (Sn02). ; 30 Op het oppervlak van de TCO laag 122 is een roosterelec- r trode 124 aangebracht gemaakt uit een metaal met een goede electrische geleidendheid. Het rooster kan orthogonaal verwante lijnen van geleidend ^ materiaal omvatten die elk een ondergeschikt deel van een oppervlak van r het metallische gebied omvatten, waarbij de rest is blootgesteld aan zon- ^ 35 ne-energie. Het rooster 124 kan bijvoorbeeld niet alleen voor ongeveer ™ 5 tot 10% van het gehele oppervlak van TCO laag 122 bedekken. Door de 8300925 16 roosterelectrode 124 wordt uniform stroom verzameld uit TCO-laag 122 waardoor een goede lage serieweerstand voor de inrichting wordt gewaarborgd.

Ter voltooiing van de inrichting 110 wordt een anti-5 reflectie (AR)-laag 126 aangebracht over de roosterelectrode 124 en de oppervlakken van de TCO-laag 122 tussen de roosterelectrodegebieden.

De AR-laag 126 heeft een oppervlak waarop de zonnestraling invalt. De AR-laag 126 kan bijvoorbeeld een dikte van de orde van grootte van de golflengte van het maximale energiepunt van het zonnestralingssysteem, ge-10 deeld door viermaal de brekingsindex van de anti-reflectielaag 126 bezitten. Een geschikte AR-laag 126 zou zirkoonoxyde van ongeveer 50 nanometer dikte met een brekingsindex van 2,1 zijn. In een andere vorm kan de TCO-laag 122 tevens dienen als een anti-reflectielaag en de anti-reflectielaag 126 kan daarna worden geëlimineerd en een geschikt inkap-15 selingsmiddel kan op de plaats daarvan worden gesubstitueerd.

Het is niet: noodzakelijk dat de transparante geleiderlaag 115 eh de TCO-laag 122 worden gevormd uit hetzelfde materiaal. De TCO-laag 122 moet in staat zijn invallende straling van zowel korte als lange golflengten over te brengen. Aangezien in wezen echter alle 20 kortere golflengtestraling zal worden geabsorbeerd in het intrinsieke gebied 118 gedurende de eerste doorloop daarvan, behoeft de transparante geleiderlaag 115 slechts doorlatend te zijn voor langere golflengtestraling, bijvoorbeeld licht met golflengten van ongeveer 60 nanometer of langer.

25 De dikte van de laag 115 van de transparante geleider, hier een transparant geleidend oxyde, kan worden ingesteld om de reflec-tieverbetering van de laag 115 optimaal te maken. Bijvoorbeeld heeft de laag 115 bij voorkeur een dikte bepaald door de formule: d = λ k/4/n ^ waarin: d de dikte van de laag 115; Λ de minimale te reflecteren fotongolflengte; n de brekingsindex van de transparante geleider; en k een vermenigvildiger van oneven getal is.

35 Bijna alle fotonen met kortere golflengten zullen door de actieve intrinsieke laag 118 worden geabsorbeerd. Als gevolg daarvan 8100925 17 als eerder vermeld, heeft het hoofdgedeelte van de fotonen die niet worden geabsorbeerd langere golflengten. Deze fotonen kunnen golflengten van ongeveer 600 nanometer en langer hebben. Voor een transparant geleidend oxyde van bijvoorbeeld indiumtinoxyde, dat bij deze langere golf-5 lengten een brekingsindex van ongeveer 2,0 heeft en waarbij k bij voorkeur gelijk is aan 1, dient de dikte van laag 115 ongeveer 75 nanometer te zijn.

Elk van de sterk reflectieve materialen als eerder vermeld kan worden toegepast in samenhang met de indiumtinoxydelaag van 10 75 nanometer. Van de reflectieve materialen die eerder zijn vermeld is echter koper het minst duur en vertoont dit een goede reflectiviteit bij de langere golflengten van 600 nanometer of groter. Met deze contoinatie van materialen en de dikte van het indiumtinoxyde van 75 nanometer, kan worden verwacht dat tenminste 97% van al het niet gebruikte licht wordt 15 teruggereflecteerd in de halfgeleidergébieden van de inrichting 110.

Omdat, het transparante geleidende oxyde tevens dient als een transparante · barrièrelaag wordt verder diffusie van het koper of elk ander toegepast sterk reflectief materiaal, in de halfgeleidergebieden van de inrichting 110 voorkomen.

20 Als eerder vermeld kan de bandaf stand van de intrinsieke laag 118 worden ingesteld voor een bepaalde lichtgevoeligheid die karak- j teristiék is bij het opnemen van de bandafstand-verlagende elementen. |

Als een verdere keuzemogelijkheid kan de bandafstand van het intrinsieke jj

lichaam 118 worden gegradeerd zodat deze geleidelijk toeneemt van de p+- I

25 laag 116 naar de n+-laag 120 (zie bijvoorbeeld de hangende Amerikaanse ij octrooiaanvrage 427.756 ingediend ten name van Stanford R. Ovshinsky en 2

David Adler van 29 septemper 1982). Wanneer bijvoorbeeld de intrinsieke D

laag 118 wordt af gezet kunnen de bandafstand verlagende elemen- ij ten zoals germanium, tin of lood in de legeringen in geleidelijk afnemen- ri 30 de concentratie worden opgenomen. Germaniumgas (GeH^) kan bijvoorbeeld v in de glimontlading-positiekamer worden ingevoerd bij een betrekkelijk r- hoge concentratie in het begin met een geleidelijke afname wanneer de ® intrinsieke laag wordt afgezet tot een punt waarbij deze invoering ψ\ wordt beëindigd. Het verkregen intrinsieke lichaam zal aldus een de band- i*.

35 afstand-verlagend element bezitten, zoals germanium, dat daarin aanwezig “ + + ύ is in geleidelijk af nemende concentraties van de p -laag 116 naar de η - Γ , —! 8300925 18 t laag 120.

In fig. 4 wordt een veelvoudige celinrichting 150 geïllustreerd in doorsnede-aanzicht die is opgesteld in een tandem-confi-guratie. De inrichting 150 omvat twee enkele celeenheden 152 en 154 die 5 in serie zijn opgesteld. Zoals duidelijk is kunnen in een veelvoudige enkele celeenheid meer dan twee enkele celeenh.eden worden toegepast.

De inrichting 150 omvat een substraat 156 dat is gevormd uit een metaal met een goede electrische geleidbaarheid, zoals roestvrij staal of aluminium. Op het substraat 156 is een reflector-10 systeem volgens de uitvinding afgezet dat een laag 157 van sterk reflectief materiaal omvat gevormd uit de materialen en volgens de werkwijze als eerder beschreven. Voor het voltooien van de reflector wordt een laag 159 van een transparante geleider zoals een transparant geleidend oxyde afgezet op de sterk reflecterende laag 157. De laag 159 kan zijn 15 gevormd uit elk van de transparante geleiders en af gezet tot een optimale dikte als eerder beschreven.

De eerste celeenheid 152 omvat een eerste gedoteerde p+ amorfe siliciumlegeringslaag 158 die is afgezet op de transparante geleidende oxydelaag 159. De p+-laag bestaat bij voorkeur uit een p-type 20 amorfe siliciumlegering met een brede band-afstand volgens de uitvinding. Deze kan worden neergeslagen uit elk van de eerder vermelde uitgangsmaterialen die fungeren voor het neerslaan vein een dergelijk materiaal.

Op de p+-laag 158 met brede bandafstand is een eerste 25 intrinsieke amorfe siliciumlegeringslichaam 160 afgezet. Het eerste intrinsieke legeringslichaam 160 is bij voorkeur een amorfe silicium-fluorlegering.

Op de intrinsieke laag 160 is verder een gedoteerde amorfe siliciumlegeringslaag 162 afgezet. Deze heeft een tegengestelde 30 geleidbaarheid ten opzichte van de geleidbaarheid van de eerste gedoteerde laag 158 en is aldus een n+-laag. Deze kan tevens een brede bandafstand bezitten.

De tweede eeriheidscel 154 is in wezen identiek en omvat een eerste gedoteerde p+~laag 164, een intrinsiek lichaam 166 en een 35 verder gedoteerde n+-laag 168. De inrichting 150 wordt voltooid met een TCO-laag 170, een roosterelectrode 172 en een antireflectielaag 174.

8300925 * 19

De bandafstanden van de intrinsieke lagen worden bij voorkeur zodanig ingesteld dat de bandafstand van laag 166 groter is dein de bandafstand van laag 160. Voor dat doel kan de legering-vormen-de laag 160 een of meer de bandafstand vergrotende elementen omvatten 5 zoals stikstof en koolstof. De intrinsieke legering die de intrinsieke laag 160 vormt kan een of meer de bandafstand verlagende elementen omvatten zoals germanium/ tin of lood. i

Opgemerkt wordt uit de figuur dat de intrinsieke laag 160 van de cel dikker kan zijn dan de intrinsieke laag 166. Hierdoor | 10 is het mogelijk het gehele bruikbare spectrum van de zonne-energie te benutten voor het genereren van electronen-gatenparen.

Hoewel een tandemcel-uitvoeringsvorm hierin is aangege- s ven en beschreven, kunnen de eenheidscellen tevens van elkaar worden f geïsoleerd met oxydelagen bijvoorbeeld onder vorming van een gesta- ; * 15 pelde veelvoudige cel. Elke cel kan een paar verzamelelectroden omvat- § ten om de serieverbinding van de cellen met uitwendige bedrading te ï vergemakkelijken. f

Als verdere keuzemogelijkheid en als eerder vermeld j| met betrekking tot de enkele cellen, kunnen een of meer van de intrin- jf 20 sieke lichamen van de eenheidscellen legeringen met gegradeerde band- £/ afstanden omvatten. Alle eerder genoemde elementen voor het vergroten ΓΙ we of verlagen van de bandafstand kunnen in de intrinsieke legeringen 3? voor dit doel worden opgenomen. Daarbij kan tevens worden verwezen ^ naar de hangende Amerikaanse octrooiaanvrage 427.757 ingediend door E^f 25 Stanford R. Ovshinsky en David Adler, 29 september 1982. gg

Zoals uit het voomoemde duidelijk is voorziet de on- — derhavige uitvinding in nieuwe en verbeterde reflectorsystemen die bij-voorbeeld in fotogalvanische cellen kunnen worden gebruikt. De reflee-tors verhogen niet alleen de hoeveelheid van het in de halfgeleidergebie-30 den van de cellen teruggereflecteerde ongebruikte licht maar zij dienen tevens voor het tegengaan van diffusie van de reflectormaterialen in de halfgeleidergebieden. Als voorbeelden voor de effectiviteit van de nieuwe en verbeterde reflectoren van de uitvinding wordt vermeld dat men met —Λ een transparant geleidend oxyde van indiumtinoxyde reflecties van 98,5%, 35 97% en 90% kan bereiken wanneer sterk reflectieve metalen van zilver, koper en aluminium worden toegepast, vergeleken met reflecties van 80% -j _^ 20 voor zilver alleen, 74% voor koper alleen en 70% voor aluminium alleen.

Voor elke uitvoeringsvorm van de uitvinding die hierin is beschreven kunnen de legeringslagen die verschillen van de intrinsieke legeringslagen _ _ _ · verschillen van de amorfe lagen, zoals poly-5 kristallijne lagen. (Onder de uitdrukking "amorf" wordt een legering of materiaal bedoeld dat een lange afstandswanorde heeft, hoewel een korte of gematigde ordening aanwezig kan zijn en zij zelfs soms kristallijne insluitsels kunnen bevatten).

8300925

Claims (46)

1- Fotogalvanische inrichting gevormd uit een /halfgelei- dermateriaal dat tenminste één actief gebied omvat waarop straling kan invallen ter voming T^ïadingsdragers^voorzien van een reflectororgaan I voor het in genoemd actief gebied terug reflecteren van niet gebruikte 5 straling, met het kenmerk, dat genoemd reflectororgaan bestaat uit: | een eerste laag gevormd uit een transparant materiaal j. (115, 159); en \ een tweede laag (114, 157) grenzend aan genoemde eerste | laag aan de zijde daarvan tegenover genoemd actief gebied (118, 160, 166), | 10 welke tweede laag is gevormd uit een sterk reflecterend materiaal. ^

2. Inrichting volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat Ë SS genoemd transparant materiaal een transparante geleider omvat. ^

3. Inrichting volgens conclusie 2, met het kenmerk, dat sf V-V • genoemde transparante geleider een transparant geleidend cocyde omvat. jj.

4. inrichting volgens conclusie 3, met het kenmerk, dat rgj genoemd transparant geleidend oxyde is gevormd uit tenminste indiumtin- S cocyde, cadmiumstannaat, zinkoxyde, vanadiumoxyde, germaniumtinoxyde, ^ ferriaxyde, cupro-oxyde of tinoxyde. i-_

5. Inrichting volgens conclusie 2, met het kenmerk, dat fs* 20 genoemde transparante geleider siliciumcarbide omvat. ;./I

6. Inrichting volgens conclusie 2, met het kenmerk, dat genoemde transparante geleider een transparant geleidend chalcogenide jg. omvat.

*** 7. inrichting volgens conclusie 6, met het kenmerk’, dat ^ 25 genoemd transparant geleidend chalcogenide cadmiumsulfide of zinkselenide “ omvat. '17

8. Inrichting volgens conclusies 1-7, met het kenmerk, JV dat genoemd sterk reflecterend materiaal een sterk reflecterend metallisch materiaal omvat.

9. Inrichting volgens conclusie 8, met het kenmerk, datv __ genoemd sterk reflectief metallisch materiaal wordt gekozen uit alu- 7 ; minium, zilver, goud en koper of legeringen daarvan. ..

10. Inrichting volgens conclusie 8, met het kenmerk, dat genoemd sterk reflecterend metallisch materiaal een metallische verbin- —; 35 8300925 e ding omvat.

11. Inrichting volgens conclusie 10, met het kenmerk, dat genoemde metallische verbinding wordt gekozen uit de groep van WN , TiN , ZrN , H£N en MoN ‘XXX x

12. Inrichting volgens conclusie 1 - 11, met het kenmerk, dat genoemd halfgeleidermateriaal is gevormd uit amorfe siliciumlegë-ringen.

13. Inrichting volgens conclusie 12, met het kenmerk, dat genoemd actief gebied (118, 160, 166) een intrinsieke amorfe silicium- ^ legering is die tenminste één de dichtheid van de toestanden verlagend element bezit, welk element fluor is.

14. Inrichting volgens conclusie 13, met het kenmerk, dat genoemde intrinsieke amorfe siliciumlegering een tweede de dichtheid van toestanden verlagend element omvat, welk element waterstof is.

15. Inrichting volgens, conclusies 1 - 14, met het kenmerk, dat genoemd halfgeleidermateriaal is gevormd uit ·' gesuperponeerde lagen van amorfe siliciumlegeringen die een actieve intrinsieke amorfe sili-ciumlegeringslaag (118, 160, 166), een eerste gedoteerde amorfe sili— ciumlegeringslaag (116, 158, 164) tussen genoemde intrinsieke laag en 20 genoemde terugreilectororgaan omvatten, alsmede een tweede gedoteerde amorfe siliciumlegeringslaag (120, 162, 168). grenzend aan genoemde intrinsieke laag aan de zijde daarvan tegenovergesteld aan de genoemde eerste gedoteerde laag en met een tegengestelde geleidbaarheid ten opzichte van de eerste genoemde gedoteerde laag. 25

16. Inrichting volgens conclusie 15, met het kenmerk, dat genoemde eerste gedoteerde laag (116, 158, 164) een p-type amorfe siliciumlegering met brede bandafstand omvat.

17. Inrichting volgens conclusie, 16, met het kenmerk, dat genoemde transparante geleiderlaag (115, 159, 170) ligt tussen genoemde 30 p-type laag met brede bandaf stand (116, 158, 164) en genoemde laag (114, 157) van sterk reflecterend materiaal.

18. Inrichting volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat genoemde transparante laag (115, 159, 170) een transparante barrièrelaag tussen genoemde tweede laag (120, 162, 168) en genoemd actief gebied (118, 160, 166) omvat ter verhoging van de reflectie van niet gebruikte straling in genoemd actief gebied en ter verhindering van diffusie van 8300925 .....^ % genoemd sterk reflecterend materiaal in genoemd actief gebied.

19. Inrichting volgens conclusie 18, met het kenmerk, dat genoemde transparante barrièrelaag (118, 160, 166) een transparant geleidend oxyde is.

20. Inrichting volgens conclusie 19, met het kenmerk, dat genoemde transparante barrièrelaag (118, 160, 166) is gevormd uit tenminste indiumtinoxyde, cadmiums tannaat, zink oxyde, cupro-oxyde of tin-oxyde.

21. Inrichting volgens conclusies 18-20, met het kenmerk, J 10 dat genoemde halfgeleidermateriaal is gevormd uit amorfe siliciumlege- j ringen. j

22. Inrichting volgens een van de conclusies 18 - 21, met ^ het kenmerk, dat genoemd actief gebied een intrinsieke amorfe sili- | r' ciumlegering is die tenminste één de dichtheid van de toestanden vermin- j i 15 derend element omvat, welk element fluor is. ^

23. Inrichting volgens conclusie 22, met het kenmerk, dat jl genoemde intrinsieke amorfe siliciumlegering een tweede de dichtheid i van toestanden verlagend element omvat-welk element waterstof is. r c:

24. Inrichting volgens een* van de conclusies 18 - 23, r·., 20 met het kenmerk, dat genoemd halfgeleidermateriaal wordt gevormd uit μ „ gesuperponeerdè lagen van amorfe siliciumlegeringen die een actieve in- ^ trinsieke amorfe siliciumlegeringslaag (118, 160, 166), een eerste gedoteerde amorfe siliciumlegeringslaag (116, 158, 164) tussen genoemde » intrinsieke laag en genoemde reflectororgaan omvatten, alsmede een jé- 25 tweede gedoteerde amorfe siliciumlegeringslaag (120, 162, 168) grenzend [ aan genoemde intrinsieke laag aan de zijde daarvan tegenover genoemde eerste gedoteerde laag en met een tegengestelde geleidbaarheid ten opzich- : te van de genoemde eerste gedoteerde laag.

25. Inrichting volgens conclusie 24, met het kenmerk, dat 30 genoemde eerste gedoteerde laag (116, 158, 164) een p-type amorfe siliciumlegering met een brede bandafstand omvat.

26. Inrichting volgens conclusie 25, met het kenmerk, dat genoemde transparante barrièrelaag (115, 159, 170) tussen genoemde p- j type laag met brede bandafstand (116, 158, 164) en genoemde laag (114, 35 157) van hoog reflecterend materiaal ligt.

27. Inrichting volgens een van de conclusies 25 - 26, met het 8300925 j m % kenmerk, dat genoemde transparante barrièrelaag (115, 159, 170) een transparant geleidend oxyde is.

28. Inrichting volgens conclusie 27, met het kenmerk, dat genoemd transparant geleidend oxyde tenminste indiumtinoxyde, cadmium- 5 stannaat, zinkoxyde, cupro-oxyde en tinoxyde is.

29. Inrichting volgens een van de conclusies 24 - 28, met het kenmerk, dat genoemd sterk reflectief materiaal wordt gekozen uit zilver, goud, aluminium en koper.

30. Eotogalvanische inrichting bestaande uit meerdere cellen 10 gevormd uit meerdere lagen van amorfe halfgeleiderlegeringen die op een substraat zijn af gezet, gekenmerkt door: een veelvoud van enkele cel-eenheden die in serie ten opzichte van elkaar zijn opgesteld met inbegrip van een bodemeeleenheid, waarbij elke genoemde eiikele celeenheid een eerste gedoteerde amorfe halfgeleiderlegeringslaag, een lichaam van 15 een intrinsieke amorfe halfgeleiderlegering afgezet op genoemde eerste gedoteerde laag, een verdere gedoteerde amorfe halfgeleiderlegeringslaag afgezet op genoemd intrinsiek lichaam en met een tegengestelde geleidbaarheid ten opzichte van genoemde eerste gedoteerde amorfe half- ' geleiderlegeringslaag omvat^ alsmede een terugreflector tussen genoemde 20 bodemeeleenheid en genoemd substraat omvattende een eerste laag gevormd uit een transparant materiaal grenzend aan genoemde bodemeeleenheid en een tweede laag tussen genoemde eerste laag en genoemd substraat, welke genoemde tweede laag is gevormd uit een sterk reflecterend materiaal.

31. Inrichting volgens conclusie 30, met het kenmerk, dat 25 genoemd transparant materiaal een transparante geleider omvat.

32. Inrichting volgens conclusie 31, met het kenmerk, dat genoemde transparante geleider een transparant geleidend oxyde omvat.

33. Inrichting volgens conclusie 32, met het kenmerk, dat genoemd transparant geleidend oxyde wordt gekozen uit indiumtinoxyde, 30 cadmiumstannaat, zinkoxyde, cupro-oxyde en tinoxyde.

34. Inrichting volgens een van de conclusies 30 - 33, met het kenmerk, dat genoemd sterk reflecterend materiaal een sterk reflecterend metallisch materiaal is.

35. Inrichting volgens conclusie 34, met het kenmerk, dat 35 genoemd sterk reflecterend metallisch materiaal wordt gekozen uit aluminium, zilver, goud en koper of legeringen daarvan. 8 3 0 0 S 2 5 0

36. Inrichting volgens een van de conclusies 30 - 35, met het kenmerk, dat genoemde eerste gedoteerde laag (116, 158, 164) van genoemde bodemcel een p-type amorfe siliciumlegering met brede band-afstand omvat. • 5

37. Inrichting volgens een van de conclusies 30 - 36, met het kenmerk, dat genoemde veelvoud van celeenheden een topcel-eenheid omvat, en waarbij genoemde verdere gedoteerde laag (116, 158, 164) van genoemde topcel-eenheid een p-type amorfe siliciumlegering met brede bandafstand omvat.

38. Cel volgens conclusie 30, met het kenmerk, dat genoemd. transparant materiaal een transparante barriërelaag (115, 159, 170) tussen genoemde bodemceel-eenheid en genoemde eerste laag (116, 158, 164. omvat voor het versterken van de reflectie van niet gebruikt licht terug in genoemde inrichting (110, 150) en voor het verhinderen van 15 diffusie van genoemd sterk reflecterend materiaal in genoemde inrichting.

39. Inrichting volgens conclusie 38, met het kenmerk, dat ge noemde transparante barrièrelaag (115, 159, 170) een transparant geleidend oxyde is.

40. Inrichting volgens conclusie 39, met het kenmerk, dat genoemd transparant geleidend oxyde wordt gekozen uit indiumtinoxyde, cadminmstannaat, zinkoxyde, cupro-oxyde en tinoxyde.

41. Inrichting volgens een van de conclusies 30 - 40, met het kenmerk, dat genoemd sterk reflecterend materiaal een. sterk 25 reflecterend metallisch materiaal is.

42. Inrichting volgens conclusie 41, met het kenmerk, dat genoemd sterk reflecterend metallisch materiaal wordt gekozen uit aluminium, zilver, goud, en koper en legeringen daarvan.

43. Inrichting volgens een van de conclusies 30 - 42, met 30 het kenmerk, dat genoemde eerste gedoteerde laag (116, 158, 164) van genoemde bodemcel een p-type amorfe siliciumlegering met brede bandafstand omvat.

44. Inrichting volgens conclusie 30, met het kenmerk, dat genoemde veelvoud van celeenheden een topceleenheid omvat, waarbij ge- 35 noemde verdere gedoteerde laag (116, 158, 164) van genoemde topceleenheid het p-type amorfe siliciumlegering met brede bandafstand omvat. 8300925 * · *

45. Inrichting volgens een van de conclusies 3, 19, 27, 32 of 39, met het kenmerk, dat genoemd transparant geleidend oxyde een dikte heeft bepaald door de uitdrukking: . d= Λ v* n 5 waarin: d de laagdikte; A de minimale te reflecteren fotongolflengte; n de brekingsindex van de transparante geleider.; en k een oneven geheel vermenigvuldigingsgetal is. 10

46. Reflectororgaan ten gebruike in een fotogalvanische in richting als beschreven in een van de voorafgaande conclusies 1-45. i 8300925