RU2148876C1 - Способ изготовления солнечного элемента и солнечный элемент - Google Patents

Способ изготовления солнечного элемента и солнечный элемент Download PDF

Info

Publication number
RU2148876C1
RU2148876C1 RU97121101A RU97121101A RU2148876C1 RU 2148876 C1 RU2148876 C1 RU 2148876C1 RU 97121101 A RU97121101 A RU 97121101A RU 97121101 A RU97121101 A RU 97121101A RU 2148876 C1 RU2148876 C1 RU 2148876C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
semiconductor layer
sintering
layer
solar cell
metal plate
Prior art date
Application number
RU97121101A
Other languages
English (en)
Other versions
RU97121101A (ru
Inventor
Вольфганг ПРИЗЕМУТ
Original Assignee
Дипл.-Инж.Вольфганг Приземут
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 Дипл.-Инж.Вольфганг Приземут filed Critical Дипл.-Инж.Вольфганг Приземут
Publication of RU97121101A publication Critical patent/RU97121101A/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2148876C1 publication Critical patent/RU2148876C1/ru

Links

Images

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00Semiconductor 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
    • H01L31/18Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment of these devices or of parts thereof
    • H01L31/1804Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment of these devices or of parts thereof comprising only elements of Group IV of the Periodic Table
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00Semiconductor 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
    • H01L31/02Details
    • H01L31/0236Special surface textures
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00Semiconductor 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
    • H01L31/02Details
    • H01L31/0236Special surface textures
    • H01L31/02363Special surface textures of the semiconductor body itself, e.g. textured active layers
    • YGENERAL 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
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/50Photovoltaic [PV] energy
    • Y02E10/547Monocrystalline silicon PV cells
    • YGENERAL 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
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02PCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P70/00Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
    • Y02P70/50Manufacturing 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)

Abstract

Сущность: способ изготовления солнечного элемента, содержащего полупроводниковый слой, внутри которого в направлении толщины имеется p-n-запирающий слой, облучаемый светом, по меньшей мере, с одной стороны, и контакты для электрического контактирования полупроводникового слоя с каждой стороны p-n-запирающего слоя, заключается в том, что полупроводниковый слой изготовляют путем измельчения полупроводникового материала в порошок, нагрева порошка и спекания в прессе для спекания в полупроводниковый слой. Также предложен солнечный элемент, изготовленный этим способом. Технический результат изобретения - упрощение способа изготовления солнечного элемента, создание экономичного солнечного элемента с удовлетворительным КПД. 2 с. и 3 з.п.ф-лы, 4 ил.

Description

Изобретение относится к способу изготовления солнечного элемента, содержащего полупроводниковый слой, внутри которого в направлении толщины имеется p-n-запирающий слой, облучаемый светом, по меньшей мере, с одной стороны, и контакты для электрического контактирования полупроводникового слоя с каждой стороны p-n-запирающего слоя, и далее к солнечному элементу, содержащему полупроводниковый слой с p-n-запирающим слоем в направлении глубины и контакт с каждой стороны запирающего слоя для электрического контактирования полупроводникового слоя.
Регенеративные виды энергии приобретают все большее значение. При этом фотогальванике отводится ключевая роль, поскольку с ее помощью можно преобразовывать солнечный свет непосредственно в электрический ток, имеющий разнообразное применение. Обычное в настоящее время изготовление солнечных элементов является чрезвычайно сложным делом, из-за чего солнечный ток до сих пор имеет лишь второстепенное значение.
При обычном способе изготовления стержнеобразный полупроводниковый материал, большей частью моно- или поликристаллический кремний, нарезают на тонкие пластинки, образующие тело изготовляемого на последующих этапах солнечного элемента. Нарезание этих пластинок является очень сложным делом с точки зрения используемого инструмента, требует высокой точности и связано с большими потерями материала. Нарезанные пластинки, толщина которых лежит в пределах десятых долей миллиметра и менее, должны обрабатываться очень тщательно, поскольку они хрупкие.
При другом способе слои аморфного кремния или другого полупроводникового материала толщиной 10-50 мкм осаждают на подложку, из которой затем на последующих этапах (изготовление запирающего слоя за счет соответствующего легирования, контактирования и т. д. ) изготовляют солнечный элемент. КПД таких тонкослойных солнечных элементов в целом ниже, чем у монокристаллических, однако расход полупроводникового материала на каждый изготовленный энергетический блок меньше.
Ни один из известных до сих пор способов не позволяет изготовлять достаточно экономичные солнечные элементы, которые помогли бы пробить дорогу экологичному солнечному току.
В основе изобретения лежит задача разработки экономичного способа изготовления солнечных элементов и создания экономичного солнечного элемента.
Относящаяся к способу часть задачи изобретения решается тем, что в способе изготовления солнечного элемента, содержащем полупроводниковый слой, внутри которого в направлении толщины имеется p-n-запирающий слой, облучаемый светом, по меньшей мере, с одной стороны, и контакты для электрического контактирования полупроводникового слоя с каждой стороны p-n-запирающего слоя, согласно изобретению полупроводниковый слой изготовляют путем измельчения полупроводникового материала в порошок, нагрева порошка и спекания в прессе для спекания в полупроводниковый слой.
Благодаря способу согласно изобретению не требуется больше нарезать полупроводниковый материал с большими потерями из дорогого стержнеобразного исходного материала или осаждать в виде аморфного полупроводникового слоя на подложку; напротив, полупроводниковый материал пригодный для изготовления солнечных элементов чистоты может быть измельчен простым образом в порошок, после чего порошок нагревается и в форме для спекания спекается в полупроводниковый слой. Неожиданным образом оказалось, что такие спеченные полупроводниковые слои после обычного изготовления запирающего слоя за счет легирования, а также, при необходимости, после обычных последующих операций, таких как контактирование, нанесение на подложку и снабжение защитными слоями, имеют при оптимальных затратах на изготовление удовлетворительный КПД.
Превращаемый в порошок, а затем спекаемый полупроводниковый материал может быть любым обычным полупроводниковым материалом, пригодным для спекания. Предпочтительно полупроводниковым материалом является высокочистый кремний.
Предпочтительно полупроводниковый материал легируют уже перед спеканием, например, путем добавки мышьяка с n-проводимостью, так что полупроводниковый слой для изготовления запирающего слоя необходимо легировать лишь еще одним трехвалентным материалом, например, бором.
Зависимые пп. 4-7 формулы изобретения направлены на предпочтительные усовершенствования способа согласно изобретению.
Для решения второй части задачи изобретения предложена принципиальная структура солнечного элемента, содержащего полупроводниковый слой с p-n-запирающим слоем в направлении глубины и контакт с каждой стороны запирающего слоя для электрического контактирования полупроводникового слоя, в котором согласно изобретению полупроводниковый слой состоит из спеченного полупроводникового материала, и усовершенствованного посредством признаков п.9.
Изобретение поясняется ниже в качестве примера с помощью схематичных чертежей, на которых изображены:
- фиг. 1 - сечение пресса для спекания;
- фиг. 2 - увеличенный фрагмент нижней стороны пуансона пресса для спекания из фиг. 1;
- фиг. 3 - увеличенный вид снизу фрагмента пуансона пресса для спекания из фиг. 1;
- фиг. 4 - разрез солнечного элемента.
На фиг. 1 пресс для спекания содержит матрицу 2 и пуансон 4. В матрицу 2 укладывают металлическую пластину 6, например, из меди, алюминия, посеребренной меди, посеребренной закаленной стали и т.п., толщиной, например, в пределах миллиметра или менее. Над металлической пластиной 6 находится порошок 8 из полупроводникового материала, например, высокочистого солнечного кремния.
В пространство, в котором происходит спекание, между пуансоном 4 и матрицей 2 ведет воздухоотводящая линия 10. Все указанное пространство выполнено с возможностью нагрева до заданной температуры посредством нагревательного устройства (не показано), расположенного внутри матрицы 2 или пуансона 4. Для спекания металлическую пластину 6 и порошок 8 известным образом нагревают внутри пресса для спекания до температуры заметно ниже точки плавления порошка и спекают его под высоким давлением за счет движения вниз пуансона 4.
Образуется полупроводниковый слой из спеченного материала, прочно соединенный с металлической пластиной 6 и образующий тело изготовляемого солнечного элемента. Понятно, что для надежного соединения спеченного полупроводникового материала с металлической пластиной 6 могут быть приняты самые различные дополнительные меры, например, металлическая пластина 6 может быть покрыта проводящей клеящей пастой и т.п.
Параметры процесса, такие как давление спекания и подача пуансона 4, выбирают подходящим образом так, что, с одной стороны, металлическая пластина 6 сохраняется, а с другой стороны, происходит надежное и безупречное спекание порошка 8 в полупроводниковый слой толщиной, лежащей в пределах толщин полупроводникового слоя обычных солнечных элементов, например, 10 мкм - 1 мм.
Предпочтительным образом порошок 8 перед спеканием легируют материалом с n- или p-проводимостью, так что после извлечения тела из пресса для спекания за счет дополнительного обратного легирования может быть выполнен запирающий слой.
Металлическая пластина 6 образует как электрическое контактирование большой площади для полупроводникового слоя 12 (фиг. 4), так и подложку для полупроводникового слоя 12, который позволяет изготовить стабильный и простой в обращении солнечный элемент. От металлической пластины 6 отходит, например, спаянный с ней контакт 14, к которому присоединяют провод. На полупроводниковый слой 12 известным образом наносят гребенчатый проводящий слой, покрывающий по возможности лишь небольшие участки полупроводникового слоя 12, с тем чтобы была свободной по возможности большая площадь для облучения расположенного сразу под поверхностью запирающего слоя. От гребенчатого проводящего слоя отходит дополнительный контакт 16, присоединяемый к дополнительному электрическому проводу.
Понятно, что возможны разнообразные формы и модификации описанного примера выполнения. Например, вокруг пространства, в котором происходит спекание, могут быть расположены воздухоотводящие линии, соединенные с всасывающим насосом, так что при спекании имеющийся воздух надежно отсасывается и не приводит к образованию воздушных включений.
Кроме того, металлическая пластина 6 может полностью отсутствовать, так что тело солнечного элемента состоит только из спеченной полупроводниковой пластинки, подвергаемой дальнейшей обработке в полный солнечный элемент подобно обычным нарезанным кремниевым пластинкам.
Для повышения КПД солнечного элемента предпочтительно увеличить поверхность облучаемой светом стороны полупроводникового слоя 12 (фиг. 4) путем выполнения, например, на нижней стороне пуансона 4 рифления, сетки и т.п. (фиг. 2). Рифление 18 в изображенном фрагменте нижней стороны пуансона 4 имеет пилообразную форму, причем пилообразная форма образуется за счет вырезания выполненных в нижней стороне пуансона 4 пирамид 20, вершины которых обозначены точками на изображенном на фиг. 3 при виде снизу фрагменте пуансона 4. Рифление нижней стороны пуансона 4 возникает при спекании в верхней стороне полупроводникового слоя 12 (фиг. 4), так что он состоит из отдельных пирамид, оказывающих благоприятное влияние на воспринимаемое количество света. Понятно, что могут быть нанесены дополнительные противоотражающие слои, защитные слои и т.д.
Предпочтительно нижняя сторона пуансона 4 может быть выполнена таким образом, что рифление имеется только там, где позднее не должен быть выполнен гребенчатый проводящий слой для контактирования со свободной поверхностью полупроводникового слоя 12.

Claims (5)

1. Способ изготовления солнечного элемента, содержащего полупроводниковый слой, внутри которого в направлении толщины имеется p-n-запирающий слой, облучаемый по меньшей мере с одной стороны светом, и контакты для электрического контактирования полупроводникового слоя с каждой стороны p-n-запирающего слоя, причем полупроводниковый материал измельчают в порошок, наносят на металлическую пластину, которая образует контакт с полупроводниковым слоем и имеет также размеры, что она образует несущую структуру для полупроводникового слоя, и посредством нагрева до температуры ниже температуры плавления спекают в полупроводниковый слой, отличающийся тем, что металлическую пластину помещают в пространство для спекания пресса для спекания и что нанесенный на металлическую пластину порошок из полупроводникового материала при нагреве в процессе прессования спекают в полупроводниковый слой.
2. Способ по п.1, отличающийся тем, что полупроводниковый материал перед спеканием легируют.
3. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что предусмотренную для облучения светом поверхность полупроводникового слоя выполняют с рифлением за счет придания внутренней стороне пресса для спекания соответствующей формы внутренней поверхности.
4. Способ по п.3, отличающийся тем, что рифление образуют в виде пирамид.
5. Солнечный элемент, содержащий полупроводниковый слой с p-n-запирающим слоем в направлении толщины и с контактами на каждой стороне запирающего слоя для электрического контактирования полупроводникового слоя, причем полупроводниковый слой нанесен посредством спекания на металлическую пластину, к которой присоединен один из электрических контактов, отличающийся тем, что полупроводниковый слой изготовлен спеканием при прессовании и имеет на своей противоположной металлической пластине стороне рифление, выполненное запрессовкой.
RU97121101A 1996-12-18 1997-12-17 Способ изготовления солнечного элемента и солнечный элемент RU2148876C1 (ru)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE19652818.6 1996-12-18
DE19652818A DE19652818A1 (de) 1996-12-18 1996-12-18 Verfahren zum Herstellen einer Solarzelle sowie Solarzelle

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU97121101A RU97121101A (ru) 1999-09-27
RU2148876C1 true RU2148876C1 (ru) 2000-05-10

Family

ID=7815233

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU97121101A RU2148876C1 (ru) 1996-12-18 1997-12-17 Способ изготовления солнечного элемента и солнечный элемент

Country Status (3)

Country Link
US (1) US6100464A (ru)
DE (1) DE19652818A1 (ru)
RU (1) RU2148876C1 (ru)

Families Citing this family (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6599631B2 (en) 2001-01-26 2003-07-29 Nanogram Corporation Polymer-inorganic particle composites
US8568684B2 (en) 2000-10-17 2013-10-29 Nanogram Corporation Methods for synthesizing submicron doped silicon particles
US20090075083A1 (en) 1997-07-21 2009-03-19 Nanogram Corporation Nanoparticle production and corresponding structures
US7226966B2 (en) 2001-08-03 2007-06-05 Nanogram Corporation Structures incorporating polymer-inorganic particle blends
DE102005019797A1 (de) * 2005-04-28 2006-11-09 Blitzstrom Gmbh Verfahren zur Herstellung von Solarzellen Substraten
GB0523163D0 (en) * 2005-11-14 2005-12-21 Suisse Electronique Microtech Patterning of conductive layers with underlying compressible spacer layer or spacer layer stack
JP5710879B2 (ja) 2007-01-03 2015-04-30 ナノグラム・コーポレイションNanoGram Corporation シリコン/ゲルマニウムによるナノ粒子インク、ドーピングされた粒子、印刷法、及び半導体用途のためのプロセス
US20080295885A1 (en) * 2007-05-30 2008-12-04 Shing Man Lee Thick Crystalline Silicon Film On Large Substrates for Solar Applications
CN102834926B (zh) * 2010-02-25 2015-07-22 产机电业株式会社 使用了硅粉末的太阳能电池单体的制造方法
US8895962B2 (en) 2010-06-29 2014-11-25 Nanogram Corporation Silicon/germanium nanoparticle inks, laser pyrolysis reactors for the synthesis of nanoparticles and associated methods
WO2014189886A1 (en) 2013-05-24 2014-11-27 Nanogram Corporation Printable inks with silicon/germanium based nanoparticles with high viscosity alcohol solvents

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3035563C2 (de) * 1980-09-20 1984-10-11 Licentia Patent-Verwaltungs-Gmbh, 6000 Frankfurt Verfahren zum Herstellen einer polykristallinen Silizium-Solarzelle
US4514580A (en) * 1983-12-02 1985-04-30 Sri International Particulate silicon photovoltaic device and method of making
US4602422A (en) * 1984-06-18 1986-07-29 Khanh Dinh Flash compression process for making photovoltaic cells
DE3536743C2 (de) * 1985-10-15 1994-11-10 Siemens Ag Verfahren zum Herstellung von großflächigen Siliziumkristallkörpern für Solarzellen

Also Published As

Publication number Publication date
DE19652818A1 (de) 1998-07-02
US6100464A (en) 2000-08-08

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US4514580A (en) Particulate silicon photovoltaic device and method of making
US4865999A (en) Solar cell fabrication method
EP0549707B1 (en) Photovoltaic device with decreased gridline shading and method for its manufacture
US5441577A (en) Thin film solar cell and production method therefor
US4380112A (en) Front surface metallization and encapsulation of solar cells
EP1708282B1 (en) Photovoltaic device and manufacturing method of photovoltaic device
JP5025184B2 (ja) 太陽電池素子及びこれを用いた太陽電池モジュール、並びに、これらの製造方法
US6011215A (en) Point contact photovoltaic module and method for its manufacture
RU2148876C1 (ru) Способ изготовления солнечного элемента и солнечный элемент
US4647711A (en) Stable front contact current collector for photovoltaic devices and method of making same
CN102870229A (zh) 使用外延沉积以制造结晶硅太阳能电池的方法
KR101384853B1 (ko) 광기전 태양 전지의 레이저 가공 방법
US5232519A (en) Wireless monolithic photovoltaic module
US20080290368A1 (en) Photovoltaic cell with shallow emitter
US4450033A (en) Front surface metallization and encapsulation of solar cells
WO2000055923A1 (en) An aluminum alloy back junction solar cell and a process for fabrication thereof
JPH0520914B2 (ru)
GB1564842A (en) Radiation sensitive devices
KR19990063990A (ko) 부분적으로 깊게 확산된 에미터가 있는 자가조정식(salde) 태양 전지 및 그 제조 방법
JP2008519438A (ja) バックコンタクト太陽電池
KR20130052627A (ko) 선택적 전면 필드를 구비한 후면 접합 태양전지
EP2234169A1 (en) Photoelectric conversion device and method for manufacturing photoelectric conversion device
TW200952193A (en) Solar module and system composed of a solar cell with a novel rear surface structure
RU97121101A (ru) Способ изготовления солнечного элемента и солнечный элемент
CN111066155A (zh) 太阳能电池元件及太阳能电池模块