WO1992014270A1 - Solarzelle - Google Patents

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WO1992014270A1
WO1992014270A1 PCT/CH1992/000022 CH9200022W WO9214270A1 WO 1992014270 A1 WO1992014270 A1 WO 1992014270A1 CH 9200022 W CH9200022 W CH 9200022W WO 9214270 A1 WO9214270 A1 WO 9214270A1
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incident light
photovoltaic solar
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Rudolf Hans Morf
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Gesellschaft Zur Förderung Der Industrieorientierten Forschung An Den Schweizerischen Hochschulen Und Weiteren Institutionen Eth - Zentrum (Ifw)
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    • 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
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    • 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

Definitions

  • the invention relates to a photovoltaic solar cell, typically an Si solar cell, comprising a thin layer structure with a base and emitter, which are also produced as an inversion layer by doping or in the case of the emitter, in which the light falls on the front side of the layer structure and electrical energy is suitable arranged cell contacts of the layer structure is removable.
  • a photovoltaic solar cell typically an Si solar cell
  • a thin layer structure with a base and emitter which are also produced as an inversion layer by doping or in the case of the emitter, in which the light falls on the front side of the layer structure and electrical energy is suitable arranged cell contacts of the layer structure is removable.
  • single crystal solar cells can achieve efficiencies of up to 30% when exposed to the sun in accordance with the AM 1.5 standard (M.A. Green: “High Efficiency Solar Cells", Trans. Tech. Publ., 1987, pp. 69-82).
  • AM 1.5 standard M.A. Green: "High Efficiency Solar Cells", Trans. Tech. Publ., 1987, pp. 69-812.
  • prototype cells made of single-crystal silicon efficiencies of up to 24% have already been achieved, with polycrystalline silicon those of 17% to 18%.
  • Commercially available cells for use on earth typically only have efficiencies of 13-16% for single-crystalline silicon and 13% for polycrystalline silicon.
  • the efficiency of Si solar cells can be improved by using thin Si wafers from 10 to 100 microns thick if (1) the diffusion length of the minority charge carriers is large compared to the cell thickness, (2) the recombination rate on the surface is sufficient can be kept small and (3) the incident sunlight in the wavelength range between 400 nm and 1200 nm can be absorbed by the Si solar cell to a sufficient extent.
  • rasters with square pyramids of randomly distributed sizes are formed by anisotropically etching (100) -oriented silicon wafers.
  • pyramids simultaneously reduce reflections, as a means of increasing the path length of weakly absorbed light in the material and for capturing light (Rittner et al. In JAP 47 (1976), p. 2999; Yablonovitch and Cody in IEEE Transact. On Electron Dev. ED 29 (1982) p. 300). It has also been proposed as an effective means of trapping light to arrange micro-grooves with a perpendicular orientation on both sides of the cell. These and similar measures are based on geometrical-optical considerations.
  • 4,536,608 discloses a solar cell which contains a 2-dimensional, hexagonal diffraction grating on the back of the layer structure and has an “anti-reflective coating on the front side, as a result of which incident light after diffraction at the grating in the layer structure suffers total reflection on the front side and thereby partially is caught (light trapping).
  • the disadvantage here is that the light is poorly captured and the manufacture of the solar cell mentioned therein appears to be uneconomical.
  • the object of the invention is to provide a photovoltaic solar cell which optimally converts the energy of the available sunlight, has a low recombination rate on the surface, and the efficiency of which does not require a large diffusion length of the minority charge carriers in the silicon material, and a method their economical manufacture.
  • Fig. 1 shows a section through an Si solar cell
  • Fig. 2a shows an embodiment of a symmetrical incident light relief grating on a Si solar cell in section
  • FIG. 2b shows a first embodiment of an asymmetrical incident light relief grating according to the invention on a Si solar cell in section
  • Fig. 3 shows a second embodiment of an asymmetrical incident light relief grating according to the invention on a Si solar cell in section 4a shows a first embodiment of an embossing method according to the invention before the embossing step for producing a lattice structure on an Si solar cell in section
  • FIG. 4b shows a first embodiment of an embossing method according to the invention after the embossing step for producing a lattice structure on an Si solar cell in section
  • FIG. 5 shows a second embodiment of an embossing method according to the invention for producing a lattice structure on an Si solar cell in section
  • FIG. 6 shows a third embodiment of an embossing method according to the invention for producing a lattice structure on an Si solar cell in section
  • the layer structure of an Si solar cell shown in FIG. 1 comprises, in a manner known per se, a thicker layer 1 made of doped silicon, a thinner layer 2 made of n-doped silicon, and its boundary layer 3 as a pn junction layer.
  • Layer 2 serves as an emitter
  • layer 1 is referred to as a base.
  • the layers 1 - 3 can also be replaced by a polycrystalline silicon layer of 10-100 microns.
  • the front side 4 of the emitter layer 2 and the rear side 5 of the base layer 1 carry cell contacts 6 and 7, on which the electrical energy converted by the cell is dissipated.
  • the front side 4 carries a protective layer 8 made of SiO (2), the thickness of which should not significantly exceed 10 nm, and which has further functions described below.
  • the light to be converted is incident from above in the direction of arrow 10 on the front 11 of the solar cell.
  • the layer 12 is a glass layer which is relatively thick and gives the entire solar cell the mechanical strength.
  • a possible design of the coupling layers 13 and 15 consists in producing them from TiO (2> and the layer 14 from SiO (2) This coupling layer is the low-reflection light coupling to layer 8.
  • Ti0 (2) can also be replaced by SiN (X) (silicon nitride) with a refractive index of 2.2 to 2.5.
  • the light is predominantly switched to higher order modes, for example first and / or second diffracted and secondly the diffraction angle is so large that these modes undergo total reflection at the front of the cell and therefore the path of the diffracted light in Si is at least a factor of four, ie with respect to the structure with plane mirror by a further factor of two, is enlarged.
  • higher order modes for example first and / or second diffracted and secondly the diffraction angle is so large that these modes undergo total reflection at the front of the cell and therefore the path of the diffracted light in Si is at least a factor of four, ie with respect to the structure with plane mirror by a further factor of two, is enlarged.
  • the electrical cell contacts 6, 7 on the front 4 and rear 5 must be designed as line or point contacts, those on the rear as surface contacts.
  • the dielectric layer 8 of SiO (2) or also Si (3) N (4) with a thickness of less than about 10 nm shown in FIGS. 1 and 2a thus fulfills the following important functions: (1) It serves to achieve a sufficient level small recombination rate on the surface, and (2) thanks to its small thickness and its refractive index, which is not too small, it allows effective light coupling.
  • An anti-reflective coating which consists of three dielectric layers and is shown in FIG. 1, is used to reduce the reflection losses on the front side 11 of the Si solar cell.
  • This coating can either be applied directly to the Si layer 2 or to the SiO (2) layer 8 of less than about 10 nm thickness, which protects the Si surface of the
  • Emitter layer 2 is used. As shown, the upper one exists
  • Layer 13 of the three layers of TiO (2) is approximately 15 nm thick. It lies on the middle layer 14 made of SiO (2) and is about 30 nm thick. This in turn is on the third layer
  • the anti-reflective coating 13-15 is in accordance with the standard with regard to the spectrum of solar radiation
  • the incident light relief grating 16 shown in FIG. 2a for capturing light on the rear side 5 of the Si solar cell has one Coating with a gold, silver or aluminum film. This grating 16 bends the light back into the cell at a flat angle (arrows 17) such that the path length is increased.
  • Numerical exact solutions of the Maxwell equations and first experiments with single-crystal Si and one-dimensional gratings show that an increase in the path length by a factor of at least four can be achieved if a grating 16 with a rectangular profile is used, which has a period of 310 nm and has a depth (step height) of 120 nm to 150 nm.
  • the grid 16 is applied to the carrier layer 18 shown in FIG. 2a, which lies on the base layer 1 of the cell.
  • the thickness of the carrier layer 18 is advantageously less than 0.5 micro m.
  • incident wave 10 strikes grating 16.
  • Layers 12-14 of FIG. 1 are no longer shown here for the sake of simplicity.
  • the shaft 10 is diffracted at the symmetrical grating 16, the excited modes for right-hand and left-hand shafts 17 and 17 'being of equal importance.
  • the grating is optimized so that as little light as possible 0th Order is reflected, which is indicated by the small arrow 23.
  • time reversal means the reversal of all directions of the modes and, if the grid is lossless, the time reversed situation is also a solution of the Maxwell equations.
  • the diffraction efficiency for beam 25 'generated by beam 24' is the same as for beams 17 and 17 'generated by beam 10.
  • the fact that with light waves 25 and 25' a major part of the light energy decoupled represents a limitation of symmetrically arranged grids.
  • Asymmetric lattice structures according to the invention behave very differently, as will be illustrated with reference to FIG. 2b.
  • the task of these asymmetrical gratings is to suppress the coupling of the guided modes 24 into the mode 25 as much as possible. This is possible if the diffraction efficiency for perpendicular light incidence in the medium has pronounced preferred directions and is very low in the directions opposite to it.
  • a possible embodiment of the solar cell is shown in section in FIG. 2b.
  • the base layer 1 made of p-silicon carries on the rear side 5 the protective layer 9 made of SiO (2), to which an incident light relief grating 16 ′ embedded in a carrier layer 18 is applied.
  • the protective layer 9 guarantees the lowest possible surface recombination.
  • the refractive index of the carrier layer 18 must be greater than about 2.6. Their absorption coefficient must also be sufficiently small in the wavelength range above 800 nm so that the light is not absorbed in this layer 18.
  • Amorphous silicon, SIPOS (SiO (X), ie semi-insulating polysilicon) or non-stoichiometric silicon nitride SiN (X) can be processed as a carrier layer material in such a way that the conditions mentioned are fulfilled.
  • a particularly welcome property of amorphous silicon with a band gap of 1.7 eV is the fact that it does not absorb in the wavelength range of 800 - 1200 nm of interest.
  • Refractive indices greater than 2.6 can also be achieved with composite material.
  • Composite materials can be made with plastically deformable polymers. In this case, the grid 16 'can expediently be produced by an embossing process.
  • phase gratings with a suitable step height or phase delay are also suitable for this. If the solar cell is used in combination with upstream collecting optical systems, the range of the angle of incidence of the to be processed can Light can be kept small. If the grating geometry is correctly selected, only one clockwise, higher-order wave 17, primarily of the first and / or the second order, is excited by the incident wave 10. The smallest possible fraction is reflected in the 0th order, which is indicated by the small arrow 23.
  • the wave 17 'of order minus 1 or minus 2 are practically not excited, which is a consequence of the asymmetrical grid design.
  • the wave 17 is totally reflected on the SiO (2) layer 8 and again diffracted as a wave 24 on the grating 16 ', but is practically not reflected in a wave 25 of the 0th order, which would be coupled out, but in higher modes.
  • These give rise to multiple reflections in the silicon layer, which is indicated by the arrow 26.
  • the asymmetrical choice of grating thus effectively prevents coupling out as shaft 25. This is an essential prerequisite for effective light trapping in the active Si material.
  • the asymmetrically designed lattice structure according to the invention shown in FIG. 3 has step-like depressions which are introduced into a metallic layer 16 'consisting of Al, Ag or Au, as will be described in more detail below as a method.
  • the metal layer 16 ′ adjoins the silicon layer 18.
  • the lattice structure has a periodicity of 660 nm, the step length 19 being 220 nm and the associated step depth 20 being 55 nm.
  • This grid structure was optimized for a cell thickness of 30 micro m by solving the Maxwell equations exactly.
  • An additional outstanding property was that the light capture is equally good in both directions of polarization (E vectors and H vectors parallel to the grating lines). Training as a 2-dimensional grid can therefore be dispensed with. Diffuse light can be captured just as well.
  • the efficiency of the light capture can be specified by the an effective equivalent cell thickness can be quantified. For the grid shown in FIG. 3, the effective equivalent cell thickness is around 6 to 7 times the physical thickness, ie a 30 micro-thick solar cell with such a blaze grid on the back would correspond to a 200 nm thick solar cell with a planar reflector on the back .
  • the grid geometry must be adapted for other cell thicknesses, because the spectrum of the incident light at the back of the cell depends on the cell thickness. Due to the absorption characteristics of (poly) -crystalline silicon or other semiconductors with an indirect band gap, this spectrum is shifted towards longer wavelengths with increasing cell thickness. Therefore, the grating must have its greatest effectiveness in a different wavelength range. Optimization shows that for cell thicknesses above 30 micro m the optically effective cell thickness for diffuse unpolarized light (standard spectrum AM 1.5) is always at least a factor of 6. For collimated light, factors up to about 20 are possible.
  • the common manufacturing processes for submicron lattice structures consist of (1) the holographic exposure of a photoresist-coated substrate, (2) the development of the photoresist and (3) the subsequent substrate etching using the structured photoresist as an etching mask.
  • a related method is that, for example, chromium is additionally vapor-deposited at an angle to the structured photoresist. This is done in advance of the etching process in order to achieve an increased selectivity of the etching step. This process is complicated and affects the quality of the passivation layer.
  • An embossable, highly refractive dielectric 18 is applied to the silicon material 1, which is passivated on the back with an SiO (2) layer 9.
  • This layer consists, for example, of a thin TiO (2) layer 18 (or of another dielectric with an even greater dielectric constant).
  • the layer 18 is now embossed with a metallic embossing stamp 27, which can be made of nickel, to produce the lattice structure.
  • the embossing direction is indicated by arrow 28.
  • a possible realization of the application of layer 18 is the use of a sol-gel process.
  • the grid (FIG. 4b) is then coated (possibly after thermal curing (prebaking) and a tempering process at 400-500 degrees C.) with a metal layer 16 ', which may consist of Al, Ag or Au. This can be done by vapor deposition or sputtering. This completes the formation of the grid.
  • the dielectric constant of the applied material 18 must be as close as possible to that of the silicon. Otherwise, the higher order waves that have to be excited in the photoelectric layer cannot propagate in the dielectric. As a result, strong reflections of these modes occur at the phase boundary of the dielectric with the silicon. This tends to trap light within the metallic reflector rather than within the silicon as desired. 2.
  • the grid is made independently of the solar cell. There are two different procedures:
  • the grid is embossed in a suitable film 29 (Fig. 5), preferably in a very thin film, the thickness of which is less than 10 micro m.
  • a suitable film 29 Fig. 5
  • the embossed film is then metallized 16 'with Al, Ag or Au and then coated with a dielectric or semiconducting material 18, the dielectric property of which is as close as possible to that of the silicon.
  • the aim is to level the profile.
  • a small thickness - preferably in the micron or submicron range - is advantageous.
  • Particularly suitable as material 18 is amorphous silicon, which is practically absorption-free between 800 and 1200 nm.
  • the lattice structure is embossed in a metal-coated plastic film.
  • 6 shows a plastic film 29 with an applied metal layer 16 'after the embossing process.
  • this method is known to be used today for the production of holograms, such as those used on credit cards or other identification cards for security or decorative purposes.
  • this metal grid is then coated with a thin layer 18 of a dielectric (thickness in the micron or submicron range), again preferably with amorphous silicon, which is sputtered on, for example.
  • a dielectric thinness in the micron or submicron range
  • amorphous silicon which is sputtered on, for example.
  • the lattice structure is embossed directly into a metal film.
  • this metal grid is then coated with a thin layer 18 of a dielectric, again preferably with amorphous silicon, which is sputtered on, for example.
  • the “grid film” produced is attached to the back of a finished solar cell, as shown in FIG. 6 with the Si layer 1, the SiO (2) layer 9 and the cell contacts 7 is indicated.
  • the “grid film” is preferably applied in a vacuum, which is indicated by the arrows 30.
  • the connection (bonding) to the back can be supported by applying an electrical field.
  • the low thickness of the "grid film” and the use of flexible plastic material guarantee good adhesive properties.
  • the use of a polar film substrate can help with the adhesive properties.
  • the designs according to the invention can also be used for other photovoltaic solar cells, e.g. for GaAs solar cells, CuInSe (2) solar cells, CdS solar cells, Ge solar cells, and Se solar cells.

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Abstract

Zur Verbesserung des Wirkungsgrades einer (poly)-kristallinen Solarzelle wird vorgeschlagen, dieselbe an ihrer Rückseite mit einem asymmetrischen, optisch wirksamen Auflicht-Reliefgitter zu versehen, um die Absorption von rotem und infrarotem Licht in der Nähe des 'Band Gaps', nahe bei 1,1 micro m zu verstärken. Lineare, asymmetrische, eindimensionale, auf der Rückseite der Solarzelle angebrachte Beugungsgitter werden verwendet, um den Lichteinfang in beiden Polarisationsrichtungen und bei beliebigen Einfallswinkeln wirkungsvoll zu erhöhen. Ein Verfahren zur einfachen, grosstechnischen Herstellung von Solarzellen mit derartigen Gitterstrukturen wird beschrieben, bei welchem als wesentlicher Verfahrensschritt ein Prägevorgang verwendet wird.

Description

Solarzelle
Die Erfindung betrifft eine photovoltaische Solarzelle, typisch eine Si-Solarzelle, umfassend eine dünne Schichtstruktur mit Basis und Emitter, welche durch Dotierung oder im__Falle des Emitters auch als Inversionsschicht erzeugt sind, bei der das Licht auf der Vorderseite der Schichtstruktur einfällt und elektrische Energie an geeignet angeordneten Zellkontakten der Schichtstruktur abnehmbar ist.
Bei der Konstruktion von Solarzellen mit grossem Wirkungsgrad wurden bekanntlich viele Versuche unternommen, um das Licht wirkungsvoll einzufangen. Gemäss der Theorie kann man bei einkristallinen Solarzellen bei einer Sonnenbestrahlung gemäss der Norm AM 1.5 Wirkungsgrade bis zu 30% erreichen (M. A. Green: "High Efficiency Solar Cells", Trans. Tech. Publ., 1987, S. 69-82) . Mit Prototyp-Zellen aus einkristallinem Silizium hat man schon Wirkungsgrade von bis zu 24%, mit polykristallinem Silizium solche von 17% bis 18% erreicht. Im Handel erhältliche Zellen zur Verwendung auf der Erde haben jedoch typischerweise bei einkristallinem Silizium lediglich Wirkungsgrade von 13 - 16%, bei polykristallinem Silizium solche von 13%.
Bekanntlich lässt sich der Wirkungsgrad von Si-Solarzeϊlen durch Verwendung dünner Si-Wafer von 10 bis 100 micro m Dicke verbessern, wenn (1) die Diffusionslänge der Minoritäts- Ladungsträger im Vergleich zur Zellendicke gross ist, (2) die Rekombinationsrate an der Oberfläche hinreichend klein gehalten werden kann und (3) das einfallende Sonnenlicht im Wellenlängenbereich zwischen 400 nm und 1200 nm von der Si- Solarzelle in genügendem Masse quantitativ absorbiert werden kann. Zur besseren Einkopplung des Sonnenlichtes bildet man, häufig in Kombination mit AR-Schichten auf der Frontseite der Solarzelle, Raster mit quadratischen Pyramiden zufällig verteilter Grosse aus, indem man (100)-orientierte Silizium- Wafer anisotrop ätzt. Diese Pyramiden wirken gleichzeitig reflexvermindernd, als Mittel zur Vergrösserung der Weglänge von schwach absorbiertem Licht im Material und zum Lichteinfang (Rittner et al. in JAP 47(1976), S. 2999; Yablonovitch and Cody in IEEE Transact. on Electron Dev. ED 29 (1982) S. 300). Ebenso wurde schon als wirksames Mittel zum Lichteinfang vorgeschlagen, auf beiden Seiten der Zelle Mikrorillen mit zueinander senkrechter Orientierung anzuordnen. Diese und ähnliche Massnahmen gehen von geometrisch-optischen Ueberlegungen aus. Dabei ergeben sich insbesondere zwei Nachteile: Einerseits erreichen die reflexvermindernden Eigenschaften nicht die Güte eines guten «Antireflexbelages mit dielektrischen Schichten, andererseits vergrössert man durch diese Massnahmen die Siliziumoberfläche, wodurch sich die Rekombinationsrate an der Oberfläche unzulässig vergrössert. Ebenso wird durch die Oberflächenst'rukturierung in der Regel eine Oberfläche geschaffen, die nicht die (100)-Oberfläche ist, und daher weniger gut passivierbar ist. Bei den bekannten Massnahmen verletzt man also zwei der genannten Voraussetzungen für eine wirksame Funktion einer dünnen Si-Solarzelle. Ferner ist durch US 4536608 eine Solarzelle bekannt, welche auf der Rückseite der Schichtstruktur ein 2-dimensionales, hexagonales Beugungsgitter beinhaltet und auf der Frontseite einen «Antireflexbelag aufweist, wodurch einfallendes Licht nach Beugung am Gitter in der Schichtstruktur Totalreflexion an der Vorderseite erleidet und dadurch teilweise gefangen wird (light trapping) . Nachteilig dabei ist, dass der Lichteinfang mangelhaft erfolgt und die darin angeführte Herstellung der Solarzelle unwirtschaftlich erscheint. Aufgabe der Erfindung ist es, eine photovoltaische Solarzelle anzugeben, welche die Energie des zur Verfügung stehenden Sonnenlichtes optimal umsetzt, eine geringe Rekombinationsrate an der Oberfläche aufweist, und deren Effizienz keine grosse Diffusionslänge der Minoritäts-Ladungsträger im Silizium- Material bedingt, sowie ein Verfahren zu deren wirtschaftlichen Herstellung.
Diese Aufgabe wird bei einer photovoltaischen Solarzelle der eingangs genannten Art dadurch gelöst, dass an der Rückseite der Schichtstruktur ein optisch wirksames Auflicht-Reliefgitter angebracht ist, dessen geometrische und optische Strukturparameter so gewählt sind, dass beugungsoptische Moden erzeugt werden, die sich nur innerhalb der Schichtstruktur ausbreiten können und die an der Vorderseite Totalreflexion erleiden. Vorteilhafte Ausbildungen der photovoltaischen Solarzelle sind in den Patentansprüchen 1 -12, und die entsprechenden Verfahren zu deren Herstellung in den Patentansprüchen 13 - 18 angegeben.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im Folgenden anhand der Figuren der Zeichnung beschrieben. Es zeigen:
Fig. 1 einen Schnitt durch eine Si-Solarzelle
Fig. 2a eine Ausbildung eines symmetrischen Auflicht- Reliefgitters an einer Si-Solarzelle im Schnitt
Fig. 2b eine erste Ausbildung eines erfindungsgemässen asymmetrischen Auflicht-Reliefgitters an einer Si- Solarzelle im Schnitt
Fig. 3 eine zweite Ausbildung eines erfindungsgemässen asymmetrischen Auflicht-Reliefgitters an einer Si- Solarzelle im Schnitt Fig. 4a eine erste Ausbildung eines erfindungsgemässen Präge¬ verfahrens vor dem Prägeschritt zur Herstellung einer Gitterstruktur an einer Si-Solarzelle im Schnitt
Fig. 4b eine erste Ausbildung eines erfindungsgemässen Präge¬ verfahrens nach dem Prägeschritt zur Herstellung einer Gitterstruktur an einer Si-Solarzelle im Schnitt
Fig. 5 eine zweite Ausbildung eines erfindungsgemässen Präge¬ verfahrens zur Herstellung einer Gitterstruktur an einer Si-Solarzelle im Schnitt
Fig. 6 eine dritte Ausbildung eines erfindungsgemässen Präge- verfahrens zur Herstellung einer Gitterstruktur an einer Si-Solarzelle im Schnitt
Die in Fig. 1 dargestellte Schichtstruktur einer Si-Solarzelle umfasst in an sich bekannter Weise eine dickere Schicht 1 aus dotiertem Silizium, eine dünnere Schicht 2 aus n-dotiertem Silizium, sowie deren Grenzschicht 3 als p-n-Uebergangsschicht. Die Schicht 2 dient als Emitter, die Schicht 1 wird als Basis bezeichnet. An die Stelle der Schichten 1 - 3 kann auch eine polykristalline Siliziumschicht von 10 - 100 micro m treten. Die Frontseite 4 der Emitter-Schicht 2 und die Rückseite 5 der Basis-Schicht 1 tragen Zellkontakte 6 und 7, an denen die von der Zelle umgesetzte elektrische Energie abgeführt wird. Die Frontseite 4 trägt eine Schutzschicht 8 aus SiO(2), deren Dicke 10 nm nicht wesentlich übersteigen soll, und welche noch weitere, unten beschriebene Funktionen hat. Das umzusetzende Licht fällt von oben her in Richtung des Pfeiles 10 auf die Frontseite 11 der Solarzelle ein. Die Schicht 12 ist eine Glasschicht, welche relativ dick ist und der ganzen Solarzelle die mechanische Festigkeit verleiht. Eine mögliche Ausbildung der Ankopplungsschichten 13 und 15 besteht darin, diese aus TiO(2> und die Schicht 14 aus SiO(2) herzustellen. Aufgabe dieser Ankopplungsschicht ist die reflexarme Lichteinkopplung an die Schicht 8. Ti0(2) kann auch durch SiN (X) (Siliziumnitrit) mit Brechungsindex 2,2 bis 2,5 ersetzt werden.
Licht mit einer Eindringtiefe von mehr als etwa der Hälfte der Zellendicke wird im Si-Material nur teilweise absorbiert, Licht mit kleinerer Eindringtiefe wird hingegen fast vollständig absorbiert. Bei einer angenommenen Zellendicke von 30 micro m ergibt sich aus dem bekannten Zusammenhang zwischen Eindringtiefe und Lichtwellenlänge, dass Massnahmen zum Einfang von Licht nur Wellenlängen grösser als etwa 800 nm betreffen müssen. Hier ist die Eindringtiefe grösser als 10 micro . Ausserdem ergibt sich eine obere Wellenlänge-Grenze von 1200 nm daraus, dass die photoelektrisch wirksame Absorption von Silizium bei 1200 nm Null wird. Es muss also nur Licht zwischen 800 nm und 1200 nm Wellenlänge eingefangen werden, welches die Rückseite der Zelle erreicht. Diesen wellenlängenspezifischen Lichteinfang leistet die in Fig. 1 ausgebildete Solarzelle. Bei der bekannten Ausbildung gemäss Fig. 1 fällt das Sonnenlicht nach Durchlaufen der Kopplungsschichten 13 - 15 auf die Vorderseite 4 der 30 micro m dicken Zelle ein. Daher trifft nur noch Licht mit einer Wellenlänge grösser als etwa 800 n auf die Rückseite 5 der Zelle. Wäre hier ein einfacher Planspiegel angeordnet, so würde dieses Licht das Si-Material ein zweites Mal durchqueren und dann nach teilweiser Absorption die Zelle verlassen.Dies führt zu einer Verdoppelung der optisch wirk¬ samen Zellendicke. Um nun die Licht-Weglänge im Silizium dar¬ über hinaus wesentlich zu vergrössern, setzt man auf die Rückseite 5 ein optisches Reflexions-Gitter (16 in Fig. 2a) anstelle des Planspiegels. Infolge der weiter unten beschriebenen besonderen Ausbildung dieses Reflexions-Gitters wird das Licht in das Si-Material zurückgebeugt, wie es die Pfeile 17 und 17'andeuten. Dabei wird erstens das Licht vorwie¬ gend in höhere Ordnungsmoden, z.B. in erste und/oder zweite, gebeugt und zweitens ist der Beugungswinkel so gross, dass diese Moden an der Vorderseite der Zelle Totalreflexion erlei¬ den und daher der Weg des zurückgebeugten Lichtes im Si wenig¬ stens um einen Faktor vier, d.h. bezüglich der Struktur mit Planspiegel um einen weiteren Faktor zwei, vergrössert wird.
Die elektrischen Zellkontakte 6, 7 an der Vorderseite 4 und Rückseite 5 müssen als Linien- oder Punktkontakte ausgebildet sein, jene an der Rückseite auch als Flächenkontakte. Die in Fig. 1 und Fig. 2a dargestellte dielektrische Schicht 8 aus SiO(2) oder auch Si(3)N(4) mit einer Dicke unter etwa 10 nm erfüllt also folgende wichtige Funktionen: (1) Sie dient zur Erzielung einer hinreichend kleinen Rekombinationsrate an der Oberfläche, und (2) Dank ihrer kleinen Dicke und ihrem nicht zu kleinem Brechungsindex erlaubt sie die effektive Lichteinkopplung.
Zur Reduzierung der Reflexionsverluste an der Vorderseite 11 der Si-Solarzelle dient ein Antireflexbelag, welcher aus drei dielektrischen Schichten besteht und in Fig. 1 dargestellt ist.
Dieser Belag kann entweder direkt auf die Si-Schicht 2 oder auf die SiO(2) -Schicht 8 von weniger als etwa 10 nm Dicke aufgebracht werden, welche dem Schutz der Si-Oberflache der
Emitter-Schicht 2 dient. Wie dargestellt, besteht die obere
Schicht 13 der drei Schichten aus TiO(2) und ist etwa 15 nm dick. Sie liegt auf der mittleren Schicht 14 aus SiO(2) und ist etwa 30 nm dick. Diese wiederum liegt auf der dritten Schicht
15 aus TiO(2) von etwa 65 nm Dicke, welche ihrerseits auf der
Schutzschicht 8 aufliegt. Der Antireflexbelag 13 - 15 ist bezüglich des Spektrums einer Sonnenbestrahlung gemäss der Norm
AM 1.5 und auch bezüglich der variablen Einfallswinkel des
Sonnenlichtes optimiert.
Das in Fig 2a gezeigte Auflicht-Reliefgitter 16 zum Licht¬ einfang an der Rückseite 5 der Si-Solarzelle weist eine Beschichtung mit einem Gold-, Silber-oder Aluminium-Film auf. Dieses Gitter 16 beugt das Licht unter einem flachen Winkel derart in die Zelle zurück (Pfeile 17), dass die Weglänge vergrössert wird. Aus numerischen exakten Lösungen der Maxwell- Gleichungen und ersten Versuchen mit einkristallinem Si und eindimensionalen Gittern geht hervor, dass eine Vergrosserung der Weglänge um einen Faktor von wenigstens vier erreichbar ist, wenn man ein Gitter 16 mit einem Rechteckprofil verwendet, welches eine Periode von 310 nm und einer Tiefe (Stufenhöhe) von 120 nm bis 150 nm hat. Da Lineargitter (1-dimensionale) nur Licht mit einer Polarisationsrichtung sehr effektiv beugen, wird ein solches Gitter nur etwa die Hälfte des auf das Gitter einfallenden unpoiarisierten Lichtes mit dem erwähnten Gewinn an Weglänge in das Si zurückbeugen. Licht der anderen Polarisation wird weniger effektiv gebeugt. Um auch für unpolarisiertes Licht die Verbesserung voll wirksam zu machen, können gekreuzte Gitter verwendet werden, welche Licht aller Polarisationen in das Si-Material zurückbeugen. Gemäss den oben angegebenen Konstruktionsprinzipien zur Verhinderung jeglicher gegenseitiger Störung zwischen elektrischen und optischen Eigenschaften ist das Gitter 16 auf die in Fig. 2a dargestell¬ te Trägerschicht 18 aufgebracht, welche auf der Basis-Schicht 1 der Zelle aufliegt. Die Dicke der Trägerschicht 18 liegt mit Vorteil unter 0,5 micro m.
«An Hand der Fig. 2a soll nun die Wirkungsweise des Lichteinfangs erklärt werden.
Die einfallende Welle 10 trifft nach Durchlaufen der Solarzelle, im besonderen der Schichten 8 und 1 auf das Gitter 16. Die Schichten 12 - 14 der Fig. 1 sind hier der Einfachheit halber nicht mehr gezeigt. Am symmetrischen Gitter 16 wird die Welle 10 gebeugt, wobei die angeregten Moden für rechts- und linkslaufende Wellen 17 und 17' notgedrungen gleichstark sine. Das Gitter ist so optimiert, dass möglichst wenig Licht 0-ter Ordnung reflektiert wird, was mit dem kleinen Pfeil 23 angedeutet ist. Die Wellen 17 und 17' erfahren spätestens an der Zeil-Oberseite 11 Totalreflexion und treffen als reflektierte Wellen 24 und 24' ein zweites Mal auf das Gitter 16, wo sie erneut gebeugt werden und hauptsächlich als Wellen 25 und 25' die Solarzelle verlassen, wodurch sie einem weitern Lichteinfang nicht mehr verfügbar sind. Nur ein kleiner Teil der Wellen 24 und 24' werden in Richtung der Pfeile 26 und 26' reflektiert. Dies hat mit der Symmetrie bezüglich der Zeitumkehr zu tun. Die Operation der Zeitumkehr bedeutet die Umkehr sämtlicher Laufrichtungen der Moden und, falls das Gitter verlustfrei ist, ist die zeitumgekehrte Situation auch eine Lösung der Maxwell-Gleichungen. Dies hat zur Folge, dass die Beugungseffizienz für Strahl 25', erzeugt durch Strahl 24', gleich gross ist wie für Strahl 17 und 17', erzeugt durch Strahl 10. Die Tatsache, dass mit den Lichtwellen 25 und 25' ein Hauptteil der Lichtenergie ausgekoppelt wird, stellt eine Limitierung symmetrisch angeordneter Gitter dar.
Ganz anders verhalten sich erfindungsgemässe asymmetrische Gitterstrukturen, wie an Hand der Fig. 2b dargestellt werden soll. Aufgabe dieser asymmetrischen Gitter ist es, die Auskopplung der geführten Moden 24 in die Mode 25 möglichst zu unterdrücken. Dies ist möglich, falls die Beugungseffizienz für senkrechten Lichteinfall im Medium ausgeprägte Vorzugsrichtungen aufweist, und in den dazu entgegengesetzten Richtungen sehr gering ist. Eine mögliche Ausbildung der Solarzelle zeigt Fig. 2b im Schnitt. Die Basis-Schicht 1 aus p-Silizium trägt auf der Rückseite 5 die Schutzschicht 9 aus SiO(2), auf welche ein in eine Trägerschicht 18 eingebettetes Auflicht-Reliefgitter 16' aufgebracht ist. Durch die Schutzschicht 9 wird eine möglichst geringe Oberflächen- Rekombination garantiert. Diese Ausbildung erlaubt es also, die elektrischen Oberflächeneigenschaften der Si-Solarzelle zu verbessern, was für dünne Zellen sehr wichtig ist. Bei der in Fig. 2b gezeigten Ausbildung der Solarzelle bleiber. also die elektrischen Eigenschaften des Siliziums und des p- n-Ueberganges unbeeinflusst durch das hinzugefügte Gitter 16' zum Lichteinfang. Zur Erfüllung der eingangs genannten Voraussetzung (2) einer geringen Rekombinationsrate an der Oberfläche ist es schon bekannt, die Si-Oberfläche mit SiO (2) zu belegen. Sollen die SiO(2)-Schichten aber die Wirkung der optischen Anordnung zum Lichteinfang nicht stören, so muss deren Dicke unter etwa 10 nm bleiben. Soll das Gitter 16' in zweckdienlicher Weise das einfallende Licht unter einem flachen Winkel in das Si-Material zurückbeugen, so muss der Brechungsindex der Trägerschicht 18 grösser als etwa 2,6 sein. Auch muss deren Absorptionskoeffizient im Wellenlängenbereich oberhalb 800 nm hinreichend klein sein, so dass das Licht nicht in dieser Schicht 18 absorbiert wird. Amorphes Silizium, SIPOS (SiO(X), d.h. semi-insulating polysilicon) oder nicht- stöchiometrisches Siliziumnitrid SiN(X) können derart als Trägerschicht-Material verarbeitet werden, dass die genannten Bedingungen erfüllt sind. Eine besonders willkommene Eigenschaft des amorphen Siliziums mit einem Band-gap von 1,7 eV ist die Tatsache, dass es im interessierenden Wellenlängenbereich von 800 - 1200 nm nicht absorbiert. Brechungsindi∑es grösser als 2,6 können auch mit Komposit- Material erreicht werden. Komposit-Materialien können mit plastisch deformierbaren Polymeren hergestellt werden. In diesem Fall kann das Gitter 16' zweckmässig durch einen Prägeprozess erzeugt werden.
Anstelle des beschriebenen Antireflexbelages 13 - 15 sind auch weitere reflexmindernde Mittel verwendbar. Insbesondere für den breiten Wellenlängenbereich von 400 nm bis 1200 nm eignen sich hierfür auch Phasengitter mit passender Stufenhöhe oder Phasenverzögerung. Wird die Solarzelle in Kombination mit vorgeschalteten sammelnden optischen Systemen verwendet, so kann der Bereich der Einfallswinkel des zu verarbeitenden Lichtes klein gehalten werden. Bei richtig gewählter Gittergeometrie wird durch die einfallende Welle 10 nur eine rechtslaufende Welle 17 höherer Ordnung, vornehmlich der ersten und/oder der zweiten Ordnung, angeregt. Ein möglichst kleiner .Anteil wird in 0-ter Ordnung reflektiert, was mit dem kleinen Pfeil 23 angedeutet ist. Die Welle 17' der Ordnung minus 1, bzw. minus 2 werden praktisch nicht angeregt, was eine Folge der asymmetrischen Gitterauslegung ist. Die Welle 17 wird an der SiO(2)-Schicht 8 totalreflektiert und als Welle 24 am Gitter 16' erneut gebeugt, aber praktisch nicht in eine Welle 25 der 0-ten Ordnung reflektiert, welche ausgekoppelt würde, sondern in höheren Moden. Diese geben Anlass zu mehrfachen Reflexionen in der Silizium-Schicht, was mit dem Pfeil 26 angedeutet ist. Die asymmetrische Gitterwahl erlaubt also das Auskoppeln als Welle 25 wirkungsvoll zu verhindern. Damit ist eine wesentliche Voraussetzung für den effektiven Lichteinfang im aktiven Si-Material gegeben.
Die in Fig. 3 gezeigte erfindungsgemässe asymmetrisch ausgebildete Gitterstruktur weist stufenartige Vertiefungen auf, welche in eine metallische Schicht 16', bestehend aus AI, Ag oder Au, eingebracht sind, wie weiter unten als Verfahren näher beschrieben wird. Die Metall-Schicht 16' grenzt an die Silizium-Schicht 18 an. Die Gitterstruktur weist eine Periodizität von 660 nm auf, wobei die Stufenlänge 19 je 220 nm und die zugehörige Stufentiefe 20 je 55 nm beträgt.
Diese Gitterstruktur wurde durch exaktes Lösen der Maxwell- Gleichungen für eine Zelldicke von 30 micro m optimiert. Dabei ergab sich als zusätzliche hervorragende Eigenschaft, dass der Lichteinfang in beiden Polarisationsrichtungen gleich gut ist (E-Vektoren und H-Vektoren parallel zu den Gitterlinien) . Auf eine Ausbildung als 2-dimensionales Gitter kann daher verzichtet werden. Diffuses Licht kann ebenso gut eingefangen werden. Die Effizienz des Lichteinfangs kann durch die Angabe einer effektiven äquivalenten Zelldicke quantifiziert werden. Für das in Fig. 3 gezeigte Gitter beträgt die effektive äquivalente Zelldicke rund 6 bis 7 Mal die physikalische Dicke, d.h. einer 30 micro dicken Solarzelle mit einem derartigen Blaze-Gitter auf der Rückseite entspräche eine 200 nm dicke Solarzelle mit einem planaren Reflektor auf der Rückseite. Für andere Zelldicken muss die Gittergeometrie angepasst werden, denn das Spektrum des einfallenden Lichtes an der Rückseite der Zelle ist von der Zelldicke abhängig. Aufgrund der Absorptions¬ charakteristik von (poly)-kristallinem Silizium oder anderer Halbleitern mit indirektem Bandgap wird dieses Spektrum mit zunehmender Zelldicke nach längeren Wellenlängen verschoben. Daher muss das Gitter in einem anderen Wellenlängenbereich seine grösste Effektivität aufweisen. Durch Optimierung ergibt sich, dass für Zelldicken oberhalb 30 micro m die optisch effektive Zelldicke für diffuses unpolarisiertes Licht (Standardspektrum AM 1.5) immer mindestens bei einem Faktor 6 liegt. Für kollimiertes Licht sind Faktoren bis etwa 20 möglich.
Im weiteren soll nun auf die Herstellungsverfahren für Blaze- Gitter eingegangen werden.
Die allgemein üblichen Herstellungsverfahren für submikron Gitterstrukturen bestehen in (1) der holographischen Belichtung eines Photoresist-beschichteten Substrates, (2) der Entwicklung des Photoresists und (3) der nachfolgenden Substratätzung unter Verwendung des strukturierten Photoresists als Aetzmaske.
Ein verwandtes Verfahren besteht darin, dass zusätzlich beispielsweise Chrom unter einem Winkel zum strukturierten Photoresist aufgedampft wird. Dies erfolgt vorgängig zum Aetzprozess, um eine erhöhte Selektivität des Aetzschrittes zu erzielen. Dieses Verfahren ist kompliziert und beeinträchtigt die Qualität der Passivierungsschicht. Zur Herstellung des erfindungsgemässen Gitterstruktur schlagen wir ein Prägeverfahren vor mit den nachstehend aufgeführten Verfahrensvarianten:
1. In Fig. 4a ist ein Teil der Rückseite einer Si-Solarzelle gezeigt.
Auf das Silizium-Material 1, welches auf der Rückseite mit einer SiO(2)-Schicht 9 passiviert ist, wird ein prägbares, hochbrechendes Dielektrikum 18 aufgetragen. Diese Schicht besteht beispielweise aus einer dünnen TiO(2)-Schicht 18 (oder aus einem anderen Dielektrikum mit einer noch grösseren Dielektrizitätskonstante) . Die Schicht 18 wird nun mit einem metallischen Prägestempel 27, welcher aus Nickel gefertigt sein kann, zur Erzeugung der Gitterstruktur geprägt. Die Prägerichtung ist mit dem Pfeil 28 angedeutet. Eine mögliche Realisierung des Auftragens der Schicht 18 stellt die Verwendung eines Sol-Gel-Prozesses dar.
Das Gitter (Fig. 4b) wird anschliessend (eventuell nach einem thermischen Aushärten (prebaking) und einerr. Tempervorgang bei 400 - 500 Grad C) mit einer Metalischicht 16' beschichtet, welche aus AI, Ag oder Au bestehen kann. Dies kann durch Aufdampfen oder Sputtern erfolgen. Damit ist die Bildung des Gitters abgeschlossen.
Die Dielektrizitätskonstante des aufgebrachten Materials 18 muss demjenigen des Siliziums möglichst nahe liegen. Ansonsten können die Wellen höherer Ordnung, welche in der photoelektrischen Schicht angeregt werden müssen, nicht im Dielektrikum propagieren. Es treten demzufolge starke Reflexionen dieser Moden an der Phasengrenze des Dielektrikums zum Silizium auf. Dies führt eher zu einem Lichteinfang innerhalb des metallischen Reflektors, statt - wie erwünscht - innerhalb des Siliziums. 2. Das Gitter wird unabhängig von der Solarzelle hergestellt. Hier werden zwei verschiedene Verfahrenswege unterschieden:
a) Das Gitter wird in einen geeigneten Film 29 (Fig. 5) geprägt, vorzugsweise in einen sehr dünnen Film, dessen Dicke weniger als 10 micro m beträgt. Als Material für den Film können beispielsweise Mylar, Polyester, Polycarbonat oder Polyvinylchlorid verwendet werden. Der geprägte Film wird anschliessend mit AI, Ag oder Au metallisiert 16' und dann mit einem dielektrischen oder halbleitenden Material 18 beschichtet, dessen dielektrische Eigenschaft so nahe wie möglich derjenigen des Siliziums liegt. Eine Ausebnung des Profils wird dabei angestrebt. Eine geringe Dicke - möglichst im Mikron- oder Submikron- bereich - ist vorteilhaft. Als Material 18 eignet sich besonders amorphes Silizium, das zwischen 800 - 1200 nm praktisch absorptionsfrei ist.
b) Die Gitterstruktur wird in einen metall¬ beschichteten Kunststoff-Film geprägt. Fig. 6 zeigt einen Kunststoff-Film 29 mit aufgebrachter Metallschicht 16' nach dem Prägevorgang.
Dieses Verfahren wird bekannterweise heute zur Fertigung von Hologrammen verwendet, wie sie auf Kreditkarten oder anderen Identifikationskarten zu Sicherheitszwecken oder dekorativen Zwecken Anwendung finden. Wie nach Verfahren a) wird dieses Metallgitter sodann mit einer dünnen Schicht 18 eines Dielektrikums beschichtet (Dicke im Mikron- oder Submikron-Bereich) , wiederum bevorzugt mit amorphem Silizium, welches beispielweise aufgesputtert wird. c) Die Gitterstruktur wird direkt in einen Metallfilm geprägt.
Wie nach Verfahren a) wird dieses Metallgitter sodann mit einer dünnen Schicht 18 eines Dielektrikums beschichtet wiederum bevorzugt mit amorphem Silizium, welches beispielweise aufgesputtert wird.
In den drei Fällen a) , b) und c) wird der hergestellte "Gitterfilm" auf der Rückseite einer fertighergestellten Solarzelle angebracht, wie dies in Fig. 6 mit der Si-Schicht 1, der SiO(2)-Schicht 9 und den Zellkontakten 7 angedeutet ist.
Das Aufbringen des "Gitterfilms" erfolgt vorzugsweise im Vakuum, was durch die Pfeile 30 angedeutet ist. Die Verbindung (Bonding) an die Rückseite kann durch das Anlegen eines elektrischen Feldes unterstützt werden. Die geringe Dicke des "Gitterfilms" und die Verwendung von flexiblem Kunststoffmaterial garantieren gute Hafteigenschaften. Die Verwendung eines polaren Filmsubstrates kann für die Hafteigenschaften behilflich sein.
Obwohl die beschriebenen Ausführungsbeispiele Silizium- Solarzellen betreffen, lassen sich die erfindungsgemässen Ausbildungen auch für andere photovoltaische Solarzellen verwenden, z.B. für GaAs-Solarzellen, CuInSe (2)-Solarzellen, CdS-Solarzellen, Ge-Solarzellen, und Se-Solarzellen.

Claims

Patentansprüche:
1. Photovoltaische Solarzelle umfassend eine dünne Schichtstruktur mit Basis (1) und Emitter (2), welche durch Dotierung oder im Falle des Emitters (2) auch als Inversionsschicht erzeugt sind, und einen «Antireflex-Belag (13- 15) , bei der das Licht auf der Frontseite (11) der Zelle einfällt und elektrische Energie an geeignet angeordneten Zellkontakten (6, 7) der Schichtstruktur abnehmbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass an der Rückseite (5) der Schichtstruktur ein asymmetrisches, optisch wirksames Auflicht-Reliefgitter (16') angebracht ist, dessen geometrische und optische Strukturparameter so gewählt sind, dass das auf der Rückseite (5) einfallende Licht vorwiegend in Moden gebeugt wird, die sich nur in der Schichtstruktur ausbreiten können und die an einer der Schichten (4, 12-15) dieser Schichtstruktur Totalreflexion erleiden.
2. Photovoltaische Solarzelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Auflicht-Reliefgitter (16') derart ist, dass auch für senkrechten Lichteinfall der Lichtenergiefluss in den höheren Ordnungsmoden eine Vorzugsrichtung einnimmt und möglichst gross ist, während er in der entgegengesetzten Richtung klein ist, und die Beugungseffizienz in dieser Vorzugsrichtung keine Spiegelsymmetrie aufweist.
3. Photovoltaische Solarzelle nach mindestens einem der Ansprüche 1 - 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Auflicht- Reliefgitter (16') auf ein Trägermaterial (18) aufgebracht ist, welches im verwendeten Wellenlängenbereich des Lichtes einen Brechungsindex von vorzugsweise grösser 2, 6 aufweist, und welches zwischen Reliefgitter (16') und Schichtstruktur (1, 2) liegt.
4. Photovoltaische Solarzelle nach mindestens einem der Ansprüche 1 - 3, welche als Si-Solarzelle ausgebildet ist, gekennzeichnet durch eine Schicht (9) , welche zwischen dem Auflicht-Reliefgitter (16') oder dessen Trägermaterial (18) und der Schichtstruktur (1, 2) liegt und der Oberflächenpassivierung dient.
5. Photovoltaische Solarzelle nach mindestens einem der Ansprüche 1 - 4, gekennzeichnet dadurch, dass das Auflicht- Reliefgitter (16') eindimensional ist und dessen Beugungseffizienz keine Spiegelsymmetrie aufweist.
6. Photovoltaische Solarzelle nach mindestens einem der Ansprüche 1 - 5, gekennzeichnet dadurch, dass das Auflicht- Reliefgitter (16') periodische, stufenartige Vertiefungen (19, 20) aufweist.
7. Photovoltaische Solarzelle nach mindestens einem der Ansprüche 1 - 6, gekennzeichnet dadurch, dass das Auflicht- Reliefgitter (16') eine periodische Sägezahnstruktur aufweist.
8. Photovoltaische Solarzelle nach mindestens einem der Ansprüche 1 - 7, gekennzeichnet dadurch, dass das Auflicht- Reliefgitter (16') eine Periodizität von 600 - 700 nm und je 2 Stufen einer Tiefe von 50 - 60 nm und 100 - 120 nm aufweist.
9. Photovoltaische Solarzelle nach mindestens einem der Ansprüche 1 - 8, für einen Wellenlängenbereich zwischen 800 nm und 1200 nm, welche als einkristalline oder polykristalline Solarzelle ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Auflicht-Reliefgitter (16') metallisiert ist.
IC. Photovoltaische Solarzelle nach mindestens einem der Ansprüche 1 - 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Schichtstruktur (1, 2) aus n-Silizium und p-Siiizium besteht und vorzugsweise eine Dicke zwischen 10 micro m und 100 micro aufweist.
11. Photovoltaische Solarzelle nach mindestens einem der Ansprüche 1 - 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Schichtstruktur (1, 2) aus einer Inversionsrandschicht und p- Silizium bzw. n-Silizium besteht und vorzugsweise eine Dicke zwischen 10 micro und 100 micro m aufweist.
12. Photovoltaische Solarzelle nach mindestens einem der Ansprüche 1 - 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Trägermaterial (18) des Auflicht-Reliefgitters (16') aus amorphem Silizium, halbleitendem Polysiliziu , nicht- stöchiometrischem Silizium-Nitrid oder aus einem Komposit aus Polymeren und metallischen oder halbleitenden Partikeln besteht und vorzugsweise eine Dicke von weniger als 500 nm hat.
13. Verfahren zur Herstellung einer Solarzelle nach mindestens einem der Ansprüche 1 - 12, dadurch gekennzeichnet, dass auf der Rückseite (5) der Schichtstruktur (1, 2) ein Auflicht- Reliefgitter (16') aufgebracht wird, welches durch einen Prägevorgang erzeugt wird.
14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Prägevorgang auf ein prägbares, auf der Zellrückseite abgeschiedenes Material ausgeführt wird.
15. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 13 - 14, dadurch gekennzeichnet, dass nach erfolgtem Prägevorgang eine Metallschicht aufgedampft oder aufgesputtert wird, welche vorzugsweise aus AI, Ag oder Au besteht.
16. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Prägevorgang auf einen Kunststoff-Film (29) einwirkt, dessen Dicke vorzugsweise weniger als 10 micro m beträgt und vorzugsweise aus Mylar, Polyester, Polyvinylchlorid oder Polycarbonat besteht, dass nach erfolgtem Prägevorgang der Film in einem ersten Schritt mit AI, Ag oder Au metallisiert (16') wird, in einem zweiten Schritt mit einem Dielektrikum (18) beschichtet wird, wobei das Prägeprofil ausgeebnet wird und die aufgebrachte Schicht (18) vorzugsweise weniger als- 1 micro m beträgt, und dass der auf diese Weise erzeugte Gitterfilm auf der Rückseite (5) der Solarzelle angebracht wird.
17. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 13 und 16, dadurch gekennzeichnet, dass der Prägevorgang auf einen mit aufgebrachter Metallschicht (16') versehenen Kunststoff-Film (29) einwirkt und anschliessend mit einem Dielektrikum (18) beschichtet wird, welches eine Schichtdicke von vorzugsweise weniger als 1 micro m aufweist und vorzugsweise aus au gesputtertem Silizium besteht.
18. Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass der Prägevorgang direkt in die Metallschicht (16') ohne Substrat (29) erfolgt.
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