WO2010086135A2 - Dünnschichtsolarzelle - Google Patents

Dünnschichtsolarzelle Download PDF

Info

Publication number
WO2010086135A2
WO2010086135A2 PCT/EP2010/000440 EP2010000440W WO2010086135A2 WO 2010086135 A2 WO2010086135 A2 WO 2010086135A2 EP 2010000440 W EP2010000440 W EP 2010000440W WO 2010086135 A2 WO2010086135 A2 WO 2010086135A2
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
layer
oxide
solar cell
film solar
thin
Prior art date
Application number
PCT/EP2010/000440
Other languages
English (en)
French (fr)
Other versions
WO2010086135A3 (de
Inventor
Eveline Rudigier
Matthias Bockmeyer
Stefan Bauer
Volker Hagemann
Original Assignee
Schott Ag
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 Schott Ag filed Critical Schott Ag
Publication of WO2010086135A2 publication Critical patent/WO2010086135A2/de
Publication of WO2010086135A3 publication Critical patent/WO2010086135A3/de

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L31/0248—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by their semiconductor bodies
    • H01L31/036—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by their semiconductor bodies characterised by their crystalline structure or particular orientation of the crystalline planes
    • H01L31/0392—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by their semiconductor bodies characterised by their crystalline structure or particular orientation of the crystalline planes including thin films deposited on metallic or insulating substrates ; characterised by specific substrate materials or substrate features or by the presence of intermediate layers, e.g. barrier layers, on the substrate
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L31/02—Details
    • H01L31/0236—Special surface textures
    • H01L31/02366—Special surface textures of the substrate or of a layer on the substrate, e.g. textured ITO/glass substrate or superstrate, textured polymer layer on glass substrate
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L31/04—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof adapted as photovoltaic [PV] conversion devices
    • H01L31/054—Optical elements directly associated or integrated with the PV cell, e.g. light-reflecting means or light-concentrating means
    • H01L31/055—Optical elements directly associated or integrated with the PV cell, e.g. light-reflecting means or light-concentrating means where light is absorbed and re-emitted at a different wavelength by the optical element directly associated or integrated with the PV cell, e.g. by using luminescent material, fluorescent concentrators or up-conversion arrangements
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L31/04—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof adapted as photovoltaic [PV] conversion devices
    • H01L31/054—Optical elements directly associated or integrated with the PV cell, e.g. light-reflecting means or light-concentrating means
    • H01L31/056—Optical elements directly associated or integrated with the PV cell, e.g. light-reflecting means or light-concentrating means the light-reflecting means being of the back surface reflector [BSR] type
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy
    • Y02E10/52—PV systems with concentrators

Definitions

  • the invention relates to a thin film solar cell according to the preamble of claim 1 and a method for their preparation.
  • Thin-film solar cells or thin solar cells based on a silicon semiconductor layer can not do without light-scattering devices since silicon is an indirect semiconductor and requires a minimum layer thickness in the range of several 100 ⁇ m for complete light absorption.
  • thin-film solar cells based on a compound semiconductor layer such as H-VI semiconductor (eg, cadmium telluride) or 1-IH-VI 2 semiconductor (eg, copper indium diselenide) always play due to their high efficiency increasing role. Because they are direct semiconductors, they are able to completely absorb light already with a layer thickness of a few ⁇ m. However, material savings, especially high-risk elements such as indium, and a reduction in cost are becoming increasingly important for compound semiconductor layers as well.
  • H-VI semiconductor eg, cadmium telluride
  • 1-IH-VI 2 semiconductor eg, copper indium diselenide
  • US Pat. No. 6,420,647 B1 discloses a thin-film solar cell according to the preamble of claim 1.
  • the patterning layer applied to a glass substrate forms a texture template for the layers deposited thereon by, for example, vapor deposition, sputtering, or the like, such as the front electrode layer, the semiconductor layer, and finally the back electrode layer to provide it with a correspondingly textured surface ,
  • the back electrode layer is required to perform a number of functions, such as high conductivity and high reflectivity. This can be realized by one or more layers depending on the cell design.
  • the structuring of the light-facing side causes an extension of the optical path length into the semiconductor. It is advantageous to achieve a structuring via an intermediate layer compared to the direct structuring of functional layers, such as, for example, direct etching of the front electrode, since the structure can thus be realized independently of further functions with a simultaneously higher degree of freedom.
  • the structuring layer has a matrix of silicic acid (SiO 2 ) formed by the sol-gel method, wherein a sol is first formed by hydrolysis and polycondensation of organic silicon compounds in acidic solution with alcohol as the solvent, from which, after evaporation of the Solvent on the glass substrate, the gel is formed.
  • a sol is first formed by hydrolysis and polycondensation of organic silicon compounds in acidic solution with alcohol as the solvent, from which, after evaporation of the Solvent on the glass substrate, the gel is formed.
  • the structure-giving particles which may consist of crushed quartz, SiO 2 spheres or particles of electrically conductive metal oxides according to US 6420647 B1, have a particle size of 0.5 to 2 microns, while the layer thickness of the matrix from 0.2 to 0.8 times the particle size of the structure giving particles.
  • the object of the invention is to substantially increase the current collection and thus the efficiency of solar cells.
  • the solar cell characterized in claim 1, in which the structured layer has a refractive index which is greater than the refractive index of the substrate and preferably at most equal to the refractive index of the substrate
  • the refractive index may also be greater than the refractive index of the front electrode layer, at least in parts of the structured layer.
  • another functional layer for example a diffusion barrier, which is deposited above or below the structured layer may be provided, the refractive index of the structured layer then being adapted accordingly.
  • a functional layer-above or below the structured layer-can also be a further sol-gel layer with a higher or lower refractive index than the structured layer.
  • the refractive index of the structured layer is determined both by the refractive index of the matrix and by the refractive index of the structure-giving particles.
  • the refractive index of the structured layer is preferably between 1.3 and 2, in particular 1.6 to 1.8.
  • the refractive index of the matrix is preferably more than 1.6 to 3.0.
  • the transparent substrate may be flexible or rigid. It can be made of glass or glass ceramic or a transparent polymer, for. B. polyimide exist.
  • the front electrode layer may be a transparent, electrically conductive metal oxide, such as zinc oxide or tin oxide. However, it can also be formed by a highly doped partial layer on the side of the semiconductor layer facing the substrate. In special cases, a diffusion barrier, such as, for example, silicon nitride (SiNx) or one or more other functional layers can be applied below or above the structured layer. In this case, the refractive index is adjusted accordingly.
  • a diffusion barrier such as, for example, silicon nitride (SiNx) or one or more other functional layers can be applied below or above the structured layer. In this case, the refractive index is adjusted accordingly.
  • a plurality of layers are deposited in succession on the substrate provided with the structured layer, in particular a front electrode layer, a semiconductor layer and a back electrode layer.
  • further layers may be provided, for example a buffer layer, a further semiconductor layer and / or the mentioned diffusion barrier.
  • the layers can also be composed of partial layers, for example the back electrode layer comprising a transparent, electrically conductive partial layer and a reflective partial layer.
  • the back electrode layer may also be formed by a partial layer, in particular a highly doped, electrically conductive partial layer of the semiconductor layer.
  • the substrate consists of glass or glass ceramic with a refractive index of about 1.5, and the
  • the structured layer may also constitute a diffusion barrier, which prevents diffusion of alkali from the glass into the thin-film solar cell.
  • the average layer thickness of the structured layer is preferably 0.05 to 2 ⁇ m, in particular 0.1 to 0, 6 ⁇ m.
  • the volume ratio of the matrix to the structure-providing particles of the structuring layer is preferably 70:30 to 5:95, in particular 10:90 to 60:40 and very particularly preferably 20:80 to 70:30.
  • the aspect ratio that is to say the ratio of the height of the particles protruding from the matrix on the side facing away from the substrate and thus giving structure, at their distance from one another is on average preferably 0.1 to 0.99, in particular 0.1 to 0.6 and most preferably in the ranges 0.2 to 0.4 and 0.4 to 0.6.
  • the particle size of the structure-imparting particles is preferably from 0.02 to 5 .mu.m, in particular from 0.05 to 0.6 .mu.m, and very particularly preferably from 0.2 to 0.3 .mu.m.
  • the structuring particles preferably form a monolayer on the substrate surface.
  • the average layer thickness of the matrix or embedding layer is generally 50-200 nm, more preferably 70-150 nm.
  • the structuring particles are not covered by matrix-forming material. In a particular embodiment, however, it may be advantageous if the structuring particles are coated with a 1-15 nm thick layer of matrix-forming material.
  • the structure giving particles are formed symmetrically. You can do this, for example have a spherical, rhombic, conical or other symmetrical shape.
  • the surfaces projecting from the matrix film have defined surfaces which substantially improve the light guidance in the solar cell.
  • the structure-giving particles may be monodisperse or agglomerated, that is to say massive particles or formed by agglomerates.
  • the particles formed from agglomerates have a porous structure, which leads to a firmer attachment of the particles to the matrix.
  • the structure-imparting particles are preferably composed of silicon dioxide (SiO 2 ) or transparent metal oxides and / or fluorides, such as magnesium fluoride (MgF 2 ), magnesium hydroxyfluoride (Mg (OH) F), titanium dioxide (TiO 2 ), zirconium oxide (ZrO 2 ), aluminum oxide (Al 2 O 3 ), magnesium oxide (MgO), lanthanum oxide (La 2 O 3 ), samarium oxide (Sm 2 Os), erbium oxide (Er 2 O 3 ), europium oxide (Eu 2 O 3 ), niobium oxide (NbO 2 ), neodymium oxide (Nd 2 O 3 ), gadolinium oxide, Gd 2 O 3 , calcium fluoride (CaF 2 ), calcium hydroxyfluoride (Ca (OH) F), zinc oxide (ZnO), tin oxide (SnO 2 ), and / or boron oxide (B 2 O 3 ) ,
  • the zinc oxide
  • SiO 2 nanoparticles are preferably present in the structured layer in addition to other oxidic nanoparticles.
  • the high-index nanoparticles preferably have a particle size of 4 to 80 nm high-index nanoparticles to other layer material, including the pores, is between 1 to 10 to 1 to 1, preferably 1 to 5 to 1 to 2.
  • the SiO 2 nanoparticles and the high-index nanoparticles with a glassy or hybrid polymer binder are fixed in the structured layer.
  • the volume ratio of SiO 2 and high-index nanoparticles to binders is for example 1 to 10 to 10 to 1, preferably 1 to 2 to 5 to 1.
  • the patterned layer may consist of two or more layers. These may in particular be mixed layers, which consist for example of different inorganic materials. In particular, it is mixed oxide layers of two or more metal and / or Halbmetalloxiden. Also, for example, a porous layer - in particular microporous or mesoporous layers may be infiltrated with another metal oxide.
  • the matrix may be composed of the structuring particles of an inorganic multi-layer and / or non-oxidic and / or oxidic multi-component microstructure
  • the structuring particles can also be partially homogeneously covered by a topcoat.
  • the thickness of the topcoate can contribute in its layer thickness between the particles up to twice the diameter of the particles.
  • the layer thickness of the topcoat can vary in its thickness up to 500 nm, in particular up to 200 nm. Preference is given to using particles which have a fluctuation in the average particle size of less than 15%. These particles are preferably produced via the Stöber process known to the person skilled in the art.
  • these particles may be coated or functionalized with surface-active reagents such as polyethylene glycol, anionic, cationic or neutral surfactants or similar surface-active substances known to the person skilled in the art.
  • the structuring particles are produced by precipitation reactions from the liquid phase or under hydrothermal conditions.
  • special surface-active stabilizing and modifying reagents for example nonpolar reagents such as octanol or stearic acid.
  • photoluminescent particles are also used as the structure-imparting particles, ie particles of a converter material which absorbs short-wavelength light and emits with a longer wavelength, for example metal oxide oxides containing rare earth oxides, such as yttrium-aluminum garnet (Y 3 Al 5 Oi 2 ) or Eu doped yttrium oxide.
  • a converter material which absorbs short-wavelength light and emits with a longer wavelength
  • metal oxide oxides containing rare earth oxides such as yttrium-aluminum garnet (Y 3 Al 5 Oi 2 ) or Eu doped yttrium oxide.
  • the matrix of the structured layer produced by the sol-gel process forms a glassy, that is to say amorphous, hybrid polymer, nanocrystalline and / or partially crystalline metal oxide and / or semimetal oxide network.
  • the matrix of hydrolyzable and polycondensable Made of silicon, titanium, zirconium, aluminum, zinc, hafnium, niobium, germanium, magnesium, calcium and / or tin compounds.
  • These compounds may have the general formulas SiORxR'y, TiORxXy, ZrORxXy, HfORxXy, NbORxXy, GeORxXy, AlORxXy, ZnORxXy, MgORxXy, CaORxXy and SnORxXy, wherein R and R 'represent the same or different organic radicals or R' is hydrogen, X. Halide, in particular chloride and x and y together form the number of residual valences, wherein z.
  • Si has a total of 4 valences.
  • SiOR x R y may be, for example, tetraethyloxysilane or trimethoxysilane.
  • Organic radicals can be, for example, methyl, ethyl, phenyl, propyl, butyl.
  • the silica may be in amorphous or hybrid polymeric form, that is, have organic moieties.
  • a hybrid polymer is a crosslinking or crosslinked, polymeric material of organic and inorganic constituents.
  • the layer may contain polysiloxanes or silicones or their decomposition products.
  • SiORxR'y compounds are furthermore used in which O is oxygen and R and R 'are the same or different organic radicals which can be partially crosslinked thermally or photochemically via a free-radical and / or ionic polymerization reaction.
  • Organically crosslinkable groups are e.g. 3-glycidoxypropyl, 3-methacryloxypropyl, allyl and vinyl. Particular preference is given here to compounds such as 3-glycidoxypropyltrimethoxysilane, 3-methacryloxypropyltrimethoxysilane, 3-glycidoxypropyltriethoxysilane, 3
  • Methacryloxypropyltriethoxysilane, allyltriethoxysilane, vinyltriethoxysilane As an adhesion promoter to the substrate, an aminosilane such as 3-aminopropoyltriethoxysilane or 3-aminopropoyltrimethoxysilane can be added.
  • the adhesion promoter may, for example, also be mercaptosilane, methacryloxypropyltriethoxysilane and / or glycidylpropyltriethoxysilane.
  • the adhesion promoter can also be a flame-pyrolytically deposited layer.
  • complexing agents such as beta-diketonates, e.g. Acetylacetone, beta
  • Carbonylcarboxylic acid esters such as e.g. Ethyl acetoacetate, carboxylic acids such as propionic acid or methoxyethoxyacetic acid, monoethanolamine, diethanolamine, triethanolamine, diols e.g. Pentandiol and polymerizable ligands such as methacrylic acid or acrylic acid can be used.
  • sol-gel precursor powders known to the person skilled in the art are used as starting materials for the matrix-forming layer material.
  • precursor powders of TiO 2 , ZrO 2 ZnAl 2 O 4 , MgAl 2 O 4 or Al 2 O 3 are used here, which are reacted with triethanolamine, acetylacetone or ethoxyacetic acid as chelating ligands.
  • the hydrolysis or of parts of the hydrolysis of the sol-gel precursors, in particular of the alkoxides, is generally carried out under neutral or acidic conditions. Acidic conditions are adjusted, for example, by the addition of mineral acid such as HCl, HNO 3 , H 2 SO 4 and H 3 PO 4 . Alternatively, a hydrolysis or prehydrolysis can be carried out under acetic acid conditions. In a particular embodiment, an organic acid such as para-toluenesulfonic acid is added for hydrolysis. However, the hydrolysis and condensation can also be carried out in an alkaline medium, for. B. with NH 3 . That is, the hydrolysis or the hydrolysis of the sol-gel precursors can also be carried out under alkaline conditions.
  • Acidic conditions are adjusted, for example, by the addition of mineral acid such as HCl, HNO 3 , H 2 SO 4 and H 3 PO 4 .
  • a hydrolysis or prehydrolysis can be carried out under acetic acid conditions.
  • an organic acid such as para
  • an additionally crosslinkable organic monomer may be added to the coating solution.
  • additives may include, for example, succinic anhydride,
  • the coating solution may include a leveling agent such as polyether.
  • Special sol-gel systems can be added to course-modifiers known to the person skilled in the art, for example the polyacrylate BYK 359 or BYK 301.
  • a photoinitiator is added to the sol-gel coating solution, which can, for example, start a free-radical polymerization or crosslinking reaction with Ally, vinyl, methacrylate or acrylate groups.
  • epoxy groups are to be crosslinked photochemically, cationic starter systems can be used.
  • Common photochemically excitable starter systems known in the art may include, for example, 1-hydroxycyclohexyl-benzophenone (Irgacure 184), benzophenone, mixtures of 1-hydroxycyclohexyl-benzophenone and benzophenone or phosphine-oxy-phenylbis (2,4,6-trimethylbenzoyl).
  • the excitation wavelength can be varied from 200 to 500 nm and adjusted in each case specifically.
  • the catalyst 1-methylimidazole is added to the sols.
  • the sol is acidic by the hydrolysis of the compounds in an acidic medium, the particles, unless they are acid-resistant, such as tin oxide or zinc oxide particles with an acid-resistant protective layer, such as aluminum oxide, coated.
  • acid-resistant such as tin oxide or zinc oxide particles with an acid-resistant protective layer, such as aluminum oxide, coated.
  • the matrix film is based on sol-gel precursors of these hydrolyzed and polycondensed silicon and metal oxide compounds, where these precursors may be amorphous or crystalline, as well as molecularly disperse or colloidally disperse, and have a particle size of preferably less than 20 nm. This particle size can be determined by small-angle scattering (SAXS) dynamic light scattering (DLS) and / or Fraunhofer diffraction.
  • SAXS small-angle scattering
  • DLS dynamic light scattering
  • the transparent metal oxides are preferably present in the matrix material of the structuring layer as amorphous, semi-crystalline or crystalline nanoparticles which are incorporated into an amorphous SiO 2 or SiO 2 network functionalized with organic radical constituents.
  • a typical particle size or crystallite size of the metal oxides is 0.5-100 nm, preferably 1-50 nm, particularly preferably 2-25 nm.
  • the matrix-forming layer presents a barrier layer, for example sodium ion diffusion from the z. B. made of soda lime glass existing substrate. This is z. B. at SiO 2 , TiO 2 , ZrO 2 ZnAl 2 O 4 , MgAl 2 O 4 , or Al 2 O 3 or mixtures of these oxides of the case.
  • One embodiment of the structured layer according to the invention is based on the use of two to five differently sized structuring particles, wherein preferably two different particle sizes with a significantly different particle diameter with a difference in diameter of at least 150 nm are used.
  • the structuring layer of the sol-gel matrix-structure-imparting particles is obtained by coating the substrate with the SoI having the structure-dispersed therein by dip coating, roll coating, flooding or spraying or screen printing.
  • a roll-based coating method is preferably carried out for series production of the thin-film solar cells.
  • the aqueous, solvent-containing sol applied to the substrate is dried, thereby at least partially removing the solvent, to form the gel film having the patterning particles on the substrate.
  • the gel film that is to say the matrix with the structure-giving particles, is cured.
  • the curing can be carried out thermally at 300 to 75O 0 C.
  • a substrate made of a polymer for. B. polyimide due to the usually lower temperature stability, a low temperature of usually at most 300 ° C, in particular applied at most 200 ° C for curing.
  • the organic radicals R, R 'of the compounds from which the matrix is formed may be at elevated temperature and / or under UV radiation cleavable radicals, for example, epoxy or methacrylate groups in order to reduce the curing temperature can.
  • Preferred coating sol formulations are those which are based on methyl methacrylate, acrylate, vinyl and / or epoxy group-functionalized particles and silanes.
  • the substrate may be subjected to a pretreatment to improve the adhesion of the patterning layer.
  • a primer can be used, e.g. As in glass or glass ceramic as a substrate epoxy silane or a flame-pyrolytically deposited on the substrate silicon oxide layer.
  • a polymer substrate can For example, a corona treatment may be performed prior to applying the patterning layer.
  • the semiconductor layer of the thin-film solar cell according to the invention preferably consists of a silicon-based semiconductor, ie in particular amorphous and nano-, micro- or polycrystalline silicon or a compound semiconductor, preferably of II-VI semiconductors, such as cadmium telluride or a 1-IH-VI second - Semiconductors, such as Cu (In x , Gai- X ) (S y , Se- ⁇ - y ) 2 , where x, y are each 0 to 1.
  • the back electrode layer which must be both electrically conductive and highly reflective, can be a metal layer, for example of titanium, palladium, nickel, tungsten, vanadium, molybdenum, silver, copper, aluminum or their alloys or a layer stack z.
  • B consisting of a transparent electrically conductive metal oxide, such as tin or zinc oxide, and a corresponding metal layer, such as silver, aluminum, copper, titanium, palladium, nickel, tungsten, vanadium, molybdenum or their alloys.
  • the functionalities of the return electrode may also be separated.
  • the metal layer by a white ink layer z.
  • Example be replaced by titanium oxide or barium sulfate, in which case between the semiconductor layer and this reflector layer, a further layer of, for example, a transparent electrically conductive metal oxide (TCO), such as zinc or tin oxide may be provided.
  • TCO transparent electrically conductive metal oxide
  • the semiconductor layer may have a highly doped sub-layer on the side facing the white reflector layer, wherein these more, so z. B. TCO layer then (alone) takes over the conductivity function.
  • the substrate of the solar cell according to the invention may be a soda-lime, borosilicate or aluminosilicate glass.
  • the soda-lime glass preferably contains 40-80% by weight SiO 2 , 0-5% by weight Al 2 O 3 , 3-30% by weight R 2 O, 3-30% by weight R ' O and other ingredients of 0-10% by weight, wherein R is at least one member selected from the group consisting of Li, Na and K, and wherein R 'is at least one member selected from the group consisting of Mg, Ca, Sr, Ba and Zn, or
  • R is at least one member selected from the group consisting of Li, Na and K, and wherein R 'is at least one member selected from the group consisting of Mg, Ca, Sr , Ba and Zn exists, or
  • Al 2 O 3 at least 0.1% by weight Al 2 O 3 , preferably at least 0.5% by weight Al 2 O 3 .
  • the borosilicate glass preferably contains 60-85% by weight SiO 2 , 1-10% by weight Al 2 O 3 , 5-20% by weight B 2 O 3 , 2-10% by weight R 2 O and 0 10% by weight of further constituents, wherein R is at least one element selected from the group consisting of Li, Na and K, or
  • R is at least one element selected from the group consisting of Li, Na and K.
  • the aluminosilicate glass preferably contains 55-70% by weight SiO 2 , 10-25% by weight Al 2 O 3 , 0.5% by weight B 2 O 3 , 0-2% by weight R 2 O, 3 - 25 wt .-% R'O and other components from 0 to 10 wt .-%, wherein R is at least one element selected from the group consisting of Li, Na and K and wherein R 'at least one element is selected from the group consisting of Mg, Ca, Sr, Ba and Zn, or
  • the solar cell consists of a transparent, electrically insulating substrate 1, z. B. a glass sheet on which the structuring layer 2 according to the invention is deposited.
  • a further functional layer can be introduced above or below the structuring layer, such as, for example, a diffusion barrier.
  • a transparent front electrode layer 3 On the substrate 1 provided with the patterning layer 2, a transparent front electrode layer 3, a semiconductor layer 4, a transparent back electrode part layer 5 and another reflective back electrode part layer 6 are sequentially deposited by vapor deposition, sputtering or other methods.
  • the back electrode sublayers 5 and 6 form the back electrode layer 12 of the solar cell.
  • the Semiconductor layer 4 may optionally have a positively doped sub-layer 7, an intrinsic sub-layer 8 and a negative-doped sub-layer 9.
  • the structured layer 2 on the substrate 1 thus forms a texture template for the remaining layers 3 to 6.
  • the back electrode sublayers 5, 6 and thus the back electrode layer 12 are provided with a structuring surface which scatters the incident light.
  • the light enters the semiconductor layer 4 at a (possibly absorption-free) passage through the structured layers 2 and 3 at a larger scattering angle.
  • the structured layer can also be used in so-called “multijunction devices”, above all the so-called tandem structure.
  • Preparation of the coating solution 2 g of the TiO 2 precursor powder are dissolved in 90 g of ethanol and 10 ml of an aqueous 10% by mass SiO 2 solution are added to this solution.
  • the aqueous SiO 2 solution contains colloidally disperse, monomodal spherical SiO 2 particles with an average diameter of 200 nm.
  • Thin layers are deposited on a low-iron soda lime glass at a pulling speed of 40 cm / min by the dip coating method. The firing of the layers takes place at 400 - 500 0 C in the roller furnace.
  • aqueous SiO 2 solution contains colloidally dispersed, monomodal spherical SiO 2 particles having an average diameter of 300 nm.
  • Thin layers are deposited on a low-iron soda-lime glass at a pulling speed of 40 cm / min by the dip coating method. The layers are baked at 400 - 500 ° C in the roller kiln.
  • aqueous SiO 2 solution contains colloidally disperse, monomodal spherical SiO 2 particles with a mean diameter of 200 nm.
  • the dip coating method is used to deposit thin layers on a low-iron soda-lime glass at a pulling speed of 40 cm / min. The firing of the layers takes place at 400 - 500 0 C in the roller furnace.
  • aqueous SiO 2 solution contains colloidally disperse, monomodal spherical SiO 2 particles with an average diameter of 200 nm.
  • the dip coating method is used on a low iron side at a pulling speed of 40 cm / min Soda lime glass deposited thin layers. The firing of the layers takes place at 400 - 500 0 C in the roller furnace.
  • the ZnO solution contains colloidally dispersed, quasi-pyramidally shaped ZnO particles with an average diameter of 200 nm.
  • Soda lime glass deposited thin layers The penetration of the layers takes place at 400 ° C in the roller furnace.

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Photovoltaic Devices (AREA)

Abstract

Auf das transparente Substrat (1) einer Dünnschichtsolarzelle ist eine strukturierte Schicht (2) aus einer nach dem Sol-Gel-Verfahren erhaltenen Matrix und Struktur gebenden Partikeln aufgebracht. Darauf werden nacheinander mehrere Schichten, einschließlich einer Frontelektrodenschicht (3), wenigstens einer Halbleiterschicht (4) und einer Rückelektrodenschicht (12) abgeschieden. Die strukturierte Schicht (2) bildet damit ein Textur-Templat für die verschiedenen Schichten, einschließlich der Frontelektroden- (3) und Rückelektrodenschicht (12), die damit jeweils eine strukturierte, lichtstreuende Oberfläche erhalten. Die strukturierte Schicht (2) weist eine Brechzahl auf, die größer ist als die Brechzahl des Substrats (1) und höchstens so groß wie die Brechzahl der Frontelektrodenschicht (3).

Description

Dünnschichtsolarzelle
Die Erfindung bezieht sich auf eine Dünnschichtsolarzelle nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 und ein Verfahren zu deren Herstellung.
Dünnschichtsolarzellen bzw. dünne Solarzellen basierend auf einer Silizium-Halbleiterschicht kommen nicht ohne lichtstreuende Einrichtungen aus, da Silizium ein indirekter Halbleiter ist und eine Mindestschichtdicke im Bereich mehrerer 100 μm für eine vollständige Lichtabsorption benötigt.
Auf der anderen Seite spielen Dünnschichtsolarzellen basierend auf einer Verbundhalbleiter-Schicht, wie H-VI- Halbleiter (bspw. Cadmium-Tellurid) oder 1-IH-VI2- Halbleiter (bspw. Kupfer-Indium-Diselenid) aufgrund ihres hohen Wirkungsgrades eine immer größer werdende Rolle. Da sie direkte Halbleiter sind, sind sie in der Lage, Licht bereits mit einer Schichtdicke von wenigen μm vollständig zu absorbieren. Materialeinsparungen, insbesondere risikoreiche Elemente, wie beispielsweise Indium, und eine Reduktion der Kosten werden jedoch auch für Verbundhalbleiter-Schichten immer wichtiger.
Zur Verlängerung der optischen Weglänge des Lichts werden sog. „light-trapping"-Konzepte eingesetzt. Dazu kann eine zusätzliche Reflektorschicht an der Solarzellenrückseite eingebracht werden, die Frontelektrode bzw. lichtzugewandte Oberfläche der Halbleiterschicht strukturiert werden, damit das Licht stärker gestreut in den Halbleiter eintritt, bzw. der Rückreflektor mit einer strukturierten Oberfläche versehen werden, was ebenfalls zu einer stärkeren Streuung und damit Lichtwegverlängerung in den Halbleiter hinein führt. Dadurch wird eine erhöhte Sammlung von photogenerierten Ladungsträgern erreicht, was ein Ansteigen des Kurzschlussstromes zur Folge hat und damit den Solarzellenwirkungsgrad erhöht bzw. eine dünnere Ausbildung der Halbleiterschicht ermöglicht.
Dazu ist aus US 6,420,647 B1 eine Dünnschichtsolarzelle gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 bekannt. Die strukturierende Schicht, die auf ein Substrat aus Glas aufgebracht ist, bildet ein Textur-Templat für die darauf beispielsweise durch Gasphasenabscheidung, Sputtern oder dergleichen abgeschiedene Schichten, wie die Frontelektrodenschicht, Halbleiterschicht und schließlich die Rückelektrodenschicht, um diese mit einer entsprechend strukturierten Oberfläche zu versehen.
Der Rückelektrodenschicht ist zueigen, dass sie mehrere Funktionen erfüllen muss, wie eine hohe Leitfähigkeit und eine hohe Reflektivität . Dies kann je nach Zelldesign durch eine oder mehrere Schichten realisiert werden. Zusätzlich bewirkt die Strukturierung der lichtzugewandten Seite eine Verlängerung der optischen Weglänge in den Halbleiter hinein. Vorteilhaft ist die Erreichung einer Strukturierung über eine Zwischenschicht gegenüber der direkten Strukturierung von Funktionsschichten, wie bspw. direktes Ätzen der Frontelektrode, da so die Struktur unabhängig von weiteren Funktionen bei gleichzeitig höherem Freiheitsgrad realisiert werden kann. Die strukturierende Schicht weist eine nach dem Sol-Gel- Verfahren gebildete Matrix aus Kieselsäure (SiO2) auf, wobei zunächst durch Hydrolyse und Polykondensation von organischen Silizium-Verbindungen in saurer Lösung mit Alkohol als Lösungsmittel ein SoI gebildet wird, aus dem nach Verdampfen des Lösungsmittels auf dem Glassubstrat das Gel entsteht.
Die Struktur gebenden Partikel, die nach US 6420647 B1 aus zerkleinertem Quarz, SiO2-Kügelchen oder Teilchen aus elektrisch leitfähigen Metalloxiden bestehen können, weisen eine Teilchengröße von 0,5 bis 2 μm auf, während die Schichtdicke der Matrix das 0,2- bis 0,8-fache der Teilchengröße der Struktur gebenden Partikel beträgt.
Aufgabe der Erfindung ist es, die Stromsammlung und damit den Wirkungsgrad von Solarzellen wesentlich zu erhöhen.
Dies wird erfindungsgemäß durch die im Anspruch 1 gekennzeichnete Solarzelle erreicht, bei der die strukturierte Schicht eine Brechzahl aufweist, die größer ist als die Brechzahl des Substrats und vorzugsweise höchstens so groß wie die Brechzahl der
Frontelektrodenschicht. Dabei kann die Brechzahl zumindest in Teilen der strukturierten Schicht auch größer als die Brechzahl der Frontelektrodenschicht sein.
In besonderen Ausführungsformen kann eine andere Funktionsschicht, beispielsweise eine Diffusionsbarriere, die oberhalb oder unterhalb der strukturierten Schicht abgeschieden ist, vorgesehen sein, wobei die Brechzahl der strukturierten Schicht dann entsprechend angepasst wird. In einer weiteren Ausführungsform kann eine solche Funktionsschicht - oberhalb oder unterhalb der strukturierten Schicht - auch eine weitere Sol-Gel-Schicht mit einer höheren bzw. niedrigeren Brechzahl als die der strukturierten Schicht sein.
Wie festgestellt werden konnte, tritt bei Solarzellen beim Lichteinfall an der der Frontelektrodenschicht zugewandten Seite des Substrats eine Reflektion des Lichts auf, die erfindungsgemäß durch die Brechzahlanpassung reduziert wird, wodurch eine deutliche Steigerung der Stromsammlung und damit des Solarzellenwirkungsgrades erreicht wird.
Die Brechzahl der strukturierten Schicht wird sowohl durch die Brechzahl der Matrix wie durch die Brechzahl der Struktur gebenden Partikel bestimmt.
Je nach Brechzahl des Substrats und Brechzahl der Frontelektrodenschicht liegt die Brechzahl der strukturierten Schicht vorzugsweise zwischen 1,3 und 2, insbesondere 1,6 bis 1,8. Die Brechzahl der Matrix beträgt vorzugsweise mehr als 1,6 bis 3,0.
Das transparente Substrat kann flexibel oder steif sein. Es kann dazu aus Glas oder Glaskeramik bzw. einem transparentem Polymer, z. B. Polyimid bestehen.
Die Frontelektrodenschicht kann ein transparentes, elektrisch leitfähiges Metalloxid, wie Zink- oder Zinn-Oxid sein. Es kann jedoch auch durch eine hoch dotierte Teilschicht an der dem Substrat zugewandten Seite der Halbleiterschicht gebildet sein. In Sonderfällen kann eine Diffusionsbarriere, wie beispielsweise Siliziumnitrid (SiNx) oder eine bzw. mehrere andere Funktionsschichten unter- oder oberhalb der strukturierten Schicht aufgebracht werden. In diesem Fall wird die Brechzahl entsprechend angepasst.
Bei der erfindungsgemäßen Solarzelle werden auf das mit der strukturierten Schicht versehene Substrat nacheinander mehrere Schichten abgeschieden, insbesondere eine Frontelektrodenschicht, eine Halbleiterschicht und eine Rückelektrodenschicht. Dabei können noch weitere Schichten vorgesehen sein, beispielsweise eine Pufferschicht, eine weitere Halbleiterschicht und/oder die erwähnte Diffusionsbarriere. Auch können die Schichten aus Teilschichten zusammengesetzt sein, beispielsweise die Rückelektrodenschicht aus einer transparenten, elektrisch leitfähigen Teilschicht und einer reflektierenden Teilschicht. Auch kann die Rückelektrodenschicht durch eine Teilschicht, insbesondere eine hochdotierte, elektrisch leitende Teilschicht der Halbleiterschicht gebildet sein.
Wenn das Substrat aus Glas oder Glaskeramik mit einer Brechzahl von etwa 1,5 besteht, und die
Frontelektrodenschicht aus einem transparenten elektrisch leitfähigen Metalloxid, wie Zink- oder Zinn-Oxid mit einer Brechzahl von 1,9 bis 2,0 wird erfindungsgemäß die Brechzahl der strukturierenden Schicht auf 1,6 bis 1,8, insbesondere ca. 1,7 eingestellt.
Insbesondere wenn das Substrat aus Glas oder Glaskeramik besteht, kann die strukturierte Schicht zudem eine Diffusionsbarriere darstellen, die eine Diffusion von Alkali aus dem Glas in die Dünnschichtsolarzelle verhindert . Die mittlere Schichtdicke der strukturierten Schicht beträgt vorzugsweise 0,05 bis 2 μm, insbesondere 0,1 bis 0 , 6 μm.
Das Volumenverhältnis der Matrix zu den Struktur gebenden Partikeln der strukturierenden Schicht beträgt vorzugsweise 70:30 bis 5:95, insbesondere 10:90 bis 60:40 und ganz besonders bevorzugt 20:80 bis 70:30.
Das Aspektverhältnis, also das Verhältnis aus der Höhe der aus der Matrix an der von dem Substrat abgewandten Seite ragenden und dadurch Struktur gebenden Partikeln zu ihrem Abstand voneinander beträgt im Mittel vorzugsweise 0,1 bis 0,99, insbesondere 0,1 bis 0,6 und liegt ganz besonders bevorzugt in den Bereichen 0,2 bis 0,4 und 0,4 bis 0,6.
Die Teilchengröße der Struktur gebenden Partikel beträgt vorzugsweise 0,02 bis 5 μm, insbesondere 0,05 bis 0,6 um und ganz besonders bevorzugt 0,2 bis 0,3 μm.
Bevorzugt bilden die strukturgebenden Partikel eine Monolage auf der Substratoberfläche. Die mittlere Schichtdicke der Matrix bzw. einbettenden Schicht beträgt in der Regel 50 - 200 nm, besonders bevorzugt 70 - 150 nm.
In der Regel sind die strukturgebenden Partikel nicht von matrixbildendem Material überdeckt. In einer besonderen Ausführungsform kann es allerdings vorteilhaft sein, wenn die strukturgebenden Partikel mit einer 1 - 15 nm dicken Schicht aus matrixbildenen Material beschichtet sind.
Vorzugsweise sind die Struktur gebenden Partikel symmetrisch ausgebildet. Sie können dazu beispielsweise eine kugelförmige, rhombische, konische oder eine andere symmetrische Form besitzen. Dabei weisen die aus dem Matrix-Film vorstehenden Partikel definierte Flächen auf, die die Lichtführung in der Solarzelle wesentlich verbessern.
Die Struktur gebenden Partikel können monodispers oder agglomeriert vorliegen, also massive Partikel sein oder durch Agglomerate gebildet werden. In einer besonderen Ausführungsform besitzen die aus Agglomeraten gebildeten Partikel eine poröse Struktur, die zu einer festeren Anbindung der Partikel an die Matrix führt.
Die Struktur gebenden Partikel bestehen vorzugsweise aus Siliziumdioxid (SiO2) oder transparenten Metalloxiden und/oder -fluoriden, wie Magnesiumfluorid (MgF2) , Magnesiumhydroxyfluorid (Mg(OH)F), Titandioxid (TiO2), Zirkonoxid (ZrO2) , Aluminiumoxid (AI2O3) , Magnesiumoxid (MgO) , Lanthanoxid (La2O3) , Samariumoxid (Sm2Os) , Erbiumoxid (Er2O3) , Europiumoxid (Eu2O3) , Nioboxid (NbO2) , Neodymiumoxid (Nd2O3) , Gadoliniumoxid, Gd2O3, Calciumfluorid (CaF2) , Calciumhydroxyfluorid (Ca(OH)F), Zinkoxid (ZnO) , Zinnoxid (SnO2) , und/oder Boroxid (B2O3) . Das Zinkoxid kann dabei ein Indium- oder Aluminiumdotiertes Zinkoxid sein. Mit diesen Metalloxiden und - fluoriden kann die Brechzahl der strukturierenden Schicht erhöht und damit erfindungsgemäß angepasst werden. Beispielsweise beträgt die Brechzahl von Titanoxid in der Anatase-Kristallmodifikation 2,54.
Vorzugsweise liegen in der strukturierten Schicht SiO2- Nanopartikel neben anderen oxidischen Nanopartikeln vor. Die hochbrechenden Nanopartikel haben bevorzugt eine Partikelgröße von 4 bis 80 nm. Das Volumenverhältnis der hochbrechenden Nanopartikel zu anderem Schichtmaterial, inklusive der Poren, beträgt zwischen 1 zu 10 bis 1 zu 1 , bevorzugt 1 zu 5 bis 1 zu 2.
Insbesondere liegen die Siθ2-Nanopartikel und die hochbrechenden Nanopartikel mit einem glasigen oder hybridpolymeren Binder fixiert in der strukturierten Schicht vor. Das Volumenverhältnis von SiO2 und hochbrechenden Nanopartikeln zu Binder beträgt beispielsweise 1 zu 10 bis 10 zu 1 , bevorzugt 1 zu 2 bis 5 zu 1.
Auch kann die strukturierte Schicht aus zwei oder mehr Schichten bestehen. Es kann sich dabei insbesondere um Mischschichten handeln, welche beispielsweise aus verschiedenen anorganischen Materialien bestehen. Insbesondere handelt es sich um Mischoxidschichten von zwei oder mehr Metall- und/oder Halbmetalloxiden. Auch kann beispielsweise eine poröse Schicht - im Speziellen mikro- bzw. mesoporöse Schichten mit einem weiteren Metalloxid infiltriert sein.
Nach einer weiteren Ausführungsform kann sich die Matrix zwischen den strukturgebenden Partikeln aus einem anorganischem Mehrschicht- und/oder nichtoxidischen und/oder oxidischen Mehrkomponentengefüge zusammensetzen
Weiterhin können die strukturgebenden Partikel auch durch ein Topcoat teilweise homogen überdeckt sein. Die Dicke des Topcoats kann im Speziellen in seiner Schichtdicke zwischen den Partikeln bis zum doppelten Durchmesser der Partikel beitragen. Die Schichtdicke des Topcoats kann dabei bis zu 500 nm, insbesondere bis zu 200 nm, in seiner Dicke variieren. Bevorzugt werden Partikel eingesetzt, welche eine Schwankung in der mittleren Partikelgröße kleiner 15 % besitzen. Diese Partikel werden dabei bevorzugt über den dem Fachmann bekannten Stöber-Prozess hergestellt. In einer besonderen Ausführungsform können diese Partikel zur Stabilisierung in Lösung mit oberflächenaktiven Reagenzien wie Polyethylenglycol, anionischen, kationischen oder neutralen Tensiden oder ähnlichen dem Fachmann bekannten oberflächenaktiven Substanzen beschichtet bzw. funktionalisiert sein.
In einer weiteren erfindungsgemäßen Variante werden die strukturgebenden Partikel über Fällungsreaktionen aus der flüssigen Phase oder unter hydrothermalen Bedingungen hergestellt. Zur definierten Einstellung der erfindungsgemäßen Partikelgröße, Partikelgrößenverteilung und Partikelform können spezielle oberflächenaktive Stabilisierungs- und Modifizierungsreagenzien eingesetzt werden wie beispielweise unpolare Reagenzien wie Octanol oder Stearinsäure.
Als Struktur gebende Partikel werden insbesondere auch photoluminiszierende Partikel verwendet, d. h. Partikel aus einem Konvertermaterial, das kurzwelliges Licht absorbiert und mit größerer Wellenlänge emitiert, beispielsweise Seltene Erdoxide enthaltende Metallmischoxide, wie Yttrium- Aluminium-Granat (Y3Al5Oi2) oder Eu dotiertes Yttriumoxid.
Die nach dem Sol-Gel-Verfahren hergestellte Matrix der strukturierten Schicht bildet ein glasiges, also amorphes, hybridpolymeres, nanokristallines und/oder teilkristallines Metalloxid- und/oder Halbmetalloxid-Netzwerk. Vorzugsweise wird die Matrix aus hydrolysier- und polykondensierbaren Silizium-, Titan-, Zirkon-, Aluminium-, Zink-, Hafnium-, Niob-, Germanium-, Magnesium-, Calcium und/oder Zinn- Verbindungen hergestellt. Diese Verbindungen können die allgemeinen Formeln SiORxR'y, TiORxXy, ZrORxXy, HfORxXy, NbORxXy, GeORxXy, AlORxXy, ZnORxXy, MgORxXy, CaORxXy und SnORxXy besitzen, worin R und R' gleiche oder unterschiedliche organische Reste darstellen oder R' Wasserstoff ist, X ein Halogenid, insbesondere Chlorid ist und x und y zusammen die Anzahl der Restvalenzen bilden, wobei z. B. Si insgesamt 4 Valenzen besitzt. SiORxRy kann beispielsweise Tetraethyloxysilan oder Trimethoxysilan sein. Organische Reste können beispielsweise Methyl, Ethyl, Phenyl, Propyl, Butyl sein.
In einer besonderen Ausführungsform kann das Siliziumdioxid in amorpher oder hybridpolymerer Form vorliegen, also organische Restbestandteile aufweisen. Ein Hybridpolymer ist dabei ein vernetzendes bzw. vernetztes, polymeres Material aus organischen und anorganischen Bestandteilen. Ferner kann die Schicht Polysiloxane oder Silikone enthalten oder deren Zersetzungsprodukte. Für die Siliziumalkoholatvorstufen SiORxR'y werden weiterhin Verbindungen eingesetzt, worin 0 Sauerstoff ist und R und R' gleiche oder unterschiedliche organische Reste sind, welche teilweise thermisch bzw. photochemisch über eine radikalische und oder ionische Polymerisationsreaktion vernetzt werden können. Organisch vernetzbare Gruppen sind z.B. 3-Glycidoxypropyl , 3- Methacryloxypropyl, Allyl und Vinyl. Besonders bevorzugt sind hierbei Verbindungen wie 3- Glycidoxypropyltrimethoxysilan, 3- Methacryloxypropyltrimethoxysilan, 3- Glycidoxypropyltriethoxysilan, 3-
Methacryloxypropyltriethoxysilan, Allyltriethoxysilan, Vinyltriethoxysilan. Als Haftvermittler zum Substrat kann ein Aminosilan wie beispielsweise 3-Aminopropoyltriethoxysilan oder 3- Aminopropoyltrimethoxysilan zugegeben werden. Der Haftvermittler kann beispielsweise auch Mercaptosilan, Methacryloxypropyltriethoxysilan und/oder Glycidylpropyltriethoxysilan sein.
Der Haftvermittler kann zudem auch eine flammenpyrolytisch abgeschiedene Schicht sein.
Zur Stabilisierung der reaktiven Metalloxidvorstufen insbesondere der Alkoholate können Komplexbildner wie beta- Diketonate wie z.B. Acetylaceton, beta-
Carbonylcarbonsäureester wie z.B. Acetessigsäureethylester , Carbonsäuren wie Propionsäure oder Methoxyethoxyessigsäure, Monoethanolamin, Diethanolamin, Triethanolamin, Diole wie z.B. Pentandiol und polymeriserbare Liganden wie Methacrysäure oder Acrylsäure eingesetzt werden.
In einer speziellen Variante der Erfindung werden dem Fachmann bekannte Sol-Gel-Vorstufenpulver als Ausgangsstoffe für das matrixbildende Schichtmaterial eingesetzt. Beispielsweise werden hier Vorstufenpulver von TiO2, ZrO2 ZnAl2O4, MgAl2O4, oder Al2O3 eingesetzt, welche mit Triethanolamin, Acetylaceton oder Ethoxyessigsäue als Chelatliganden umgesetzt sind.
Die Hydrolyse oder von Teilen der Hydrolyse der Sol-Gel- Vorstufen insbesondere der Alkoholate erfolgt in der Regel unter neutralen bzw. sauren Bedingungen. Saure Bedingungen werden beispielsweise durch die Zugabe von Mineralsäure wie HCl, HNO3, H2SO4 und H3PO4 eingestellt. Wahlweise kann auch eine Hydrolyse oder Vorhydrolyse unter essigsauren Bedingungen erfolgen. In einer besonderen Ausführungsformen wird zur Hydrolyse eine organische Säure wie beispielsweise para-Toluolsulfonsäue gesetzt. Jedoch kann die Hydrolyse und Kondensation auch in einem alkalischen Milieu vorgenommen werden, z. B. mit NH3. Das heißt, die Hydrolyse oder von der Teilen der Hydrolyse der Sol-Gel-Vorstufen kann auch unter alkalischen Bedingungen erfolgen.
In einer speziellen Ausführungsform kann der Beschichtungslösung ein zusätzlich vernetzbares organisches Monomer zugesetzt werden. Solche Additive können beispielsweise Bernsteinsäureanhydrid,
Tetraethylenglycoldimethacrylat , Hexandioldiacrylat oder Trimethylolpropantriacrylat sein. Auch kann die Beschichtungslösung einen Verlaufsvermittler, wie beispielsweise Polyether, enthalten.
Speziellen Sol-Gel-Systemen können dem Fachmann bekannte Verlaufvermitteler wie beispielsweise das Polyacrylate BYK 359 oder BYK 301 zugesetzt werden.
Um eine photochemische Härtung der strukturierten Dünnschichten durchführen zu können, wird der Sol-Gel- Beschichtungslösung eine Photoinitator zugegeben, welcher z.B. eine radikalische Polymerisations- bzw. Vernetzungsreaktion bei AlIy-, Vinyl-, Methacrylat- oder Acrylat-Gruppen starten kann. Sollen Epoxydgruppen photochemisch vernetzt werden, so können kationische Startersysteme eingesetzt werden. Gängige dem Fachman photochemisch anregbare Startersysteme können z.B 1 -Hydroxycyclohexyl-benzophenon (Irgacure 184), Benzophenon, Mischungen aus 1 -Hydroxycyclohexyl-benzophenon und Benzophenon oder Phosphinoxidphenyl bis (2,4,6- trimethylbenzoyl) sein. Durch die Wahl des Startersystems kann die Anregungswellenlänge von 200 - 500 nm variiert und jeweils spezifisch eingestellt werden.
Für eine thermische Härtung wird den Solen beispielsweise der Katalysator 1 -Methylimidazol zugegeben.
Da das SoI durch die Hydrolyse der Verbindungen im sauren Milieu sauer ist, sind die Partikel, soweit sie nicht säurebeständig sind, wie beispielsweise Zinnoxid- oder Zinkoxid-Partikel mit einer säurenbeständigen Schutzschicht, beispielsweise aus Aluminiumoxid, ummantelt.
Der Matrixfilm basiert auf Sol-Gel-Vorstufen dieser hydrolysierten und polykondensierten Silizium- und Metalloxidverbindungen, wobei diese Vorstufen amorph oder kristallin sowie molekular-dispers oder kolloidal-dispers sein können und eine Teilchengröße von vorzugsweise weniger als 20 nm aufweisen. Diese Teilchengröße kann durch Kleinwinkelstreuung (SAXS) dynamische Lichtstreuung (DLS) und/oder Fraunhofer-Beugung ermittelt werden.
Die transparenten Metalloxide liegen in dem Matrixmaterial der strukturierenden Schicht vorzugsweise als amorphe, teilkristlline oder kristalline Nanopartikel vor, welche eingebunden in ein amorphes SiO2 bzw. mit organischen Restbestandteilen funktionalisiertes SiO2-Netzwerk sind. Eine typische Partikel- bzw. Kristallitgröße der Metalloxide ist 0,5 - 100 nm, bevorzugt 1 bis 50 nm, besonders bevorzugt 2 - 25 nm.
In einer speziellen Variante der Erfindung stellt die matrixbildende Schicht eine Barriereschicht gegenüber beispielweise Natriumionendiffusion aus dem z. B. aus Kalknatronglas bestehenden Substrat dar. Dies ist z. B. bei SiO2, TiO2, ZrO2 ZnAl2O4, MgAl2O4, oder Al2O3 oder Mischungen dieser Oxide der Fall.
Eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen strukturierten Schicht basiert auf der Verwendung von zwei bis fünf unterschiedlich großen strukturgebenden Partikeln, wobei bevorzugt zwei verschiedenen Partikelgrößen mit einem deutlich unterschiedlichen Partikeldurchmesser mit einer Differenz im Durchmesser von mindestens 150 nm verwendet werden.
Die strukturierende Schicht aus der nach dem Sol-Gel- Matrix und den Struktur gebenden Partikeln wird durch Beschichtung des Substrats mit dem SoI, mit den darin dispergierten Struktur gebenden Partikeln erhalten, und zwar durch Tauchbeschichtung, Walzenauftrag, Fluten oder Sprühen oder Siebdruck. Dabei wird zur Serienproduktion der Dünnschichtsolarzellen vorzugsweise ein Walzen basiertes Beschichtungsverfahren durchgeführt .
Das auf das Substrat aufgetragene, wässrige, lösungsmittelhaltige SoI wird getrocknet und dabei das Lösungsmittel zumindest teilweise entfernt, um den Gelfilm mit den Struktur gebenden Partikeln auf dem Substrat zu bilden.
Zugleich oder anschließend wird der Gelfilm, also die Matrix mit den Struktur gebenden Partikeln ausgehärtet. Dabei werden die verbleibenden organischen Funktionalitäten, wie R, R', abgespalten bzw. degradiert.
Wenn das Substrat Glas oder Glaskeramik ist, kann die Aushärtung thermisch bei 300 bis 75O0C durchgeführt werden. Demgegenüber wird bei einem Substrat aus einem Polymer, z. B. Polyimid aufgrund der meist geringeren Temperaturstabilität eine niedrige Temperatur von normalerweise höchstens 300°C, insbesondere höchstens 200°C zur Aushärtung angewendet .
Die organischen Reste R, R' der Verbindungen, aus denen die Matrix gebildet wird, können dazu bei erhöhter Temperatur und/oder unter UV-Strahlung abspaltbare Reste sein, beispielsweise Epoxy- oder Methacrylat-Gruppen, um die Aushärtetemperatur herabsetzen zu können.
Als besonders vorteilhaft hat es sich erwiesen, eine Härtung mittels UV-Strahlung in einem Wellenlängenbereich von 200 - 300 nm durchzuführen, da hierdurch eine ausreichend hohe Prozessgeschwindigkeit gewährleistet ist. Auch ist es hierdurch möglich, eine exakte und defektfreie Struktur-Abformung zu erreichen.
Mit anorganischen, hybridpolymeren oder organischen nur thermisch vernetzbaren Systemen, welche kein photochemisch polymerisierbaren Funktionalitäten enthalten, ist dies nicht mit ausreichend hoher Prozessgeschwindigkeit möglich. Bevorzugt werden hierfür Beschichtungssol-Formulierungen, welche auf Methylmethacrylat- , Acrylat-, Vinyl- und/oder Epoxy-gruppen-funktionalisierten Partikeln und Silanen basieren.
Ferner kann das Substrat einer Vorbehandlung unterworfen werden, um die Haftung der strukturierenden Schicht zu verbessern. So kann ein Primer verwendet werden, z. B. bei Glas oder Glaskeramik als Substrat Epoxysilan oder eine auf dem Substrat flammenpyrolytisch abgeschiedene Siliziumoxid-Schicht. Bei einem Polymer-Substrat kann beispielsweise eine Corona-Behandlung vor dem Aufbringen der strukturierenden Schicht durchgeführt werden.
Die Halbleiterschicht der erfindungsgemäßen Dünnschichtsolarzelle besteht vorzugsweise aus einem Halbleiter auf Silizium-Basis, also insbesondere amorphem sowie nano-, mikro- oder polykristallinem Silizium oder einem Verbundhalbleiter, vorzugsweise aus II-VI Halbleitern, wie Cadmium-Tellurid oder einen 1-IH-VI2- Halbleiter, wie Cu (Inx, Gai-X) (Sy,Se-ι-y)2, wobei x, y jeweils 0 bis 1 bedeuten.
Die Rückelektrodenschicht, die sowohl elektrisch leitfähig als auch hoch reflektierend sein muss, kann eine Metallschicht, beispielsweise aus Titan, Palladium, Nickel, Wolfram, Vanadium, Molybdän Silber, Kupfer, Aluminium oder deren Legierungen oder ein Schichtstapel z. B. bestehend aus einem transparenten elektrisch leitfähigen Metalloxid, wie bspw. Zinn- oder Zinkoxid, und einer entsprechenden Metallschicht, wie Silber, Aluminium, Kupfer, Titan, Palladium, Nickel, Wolfram, Vanadium, Molybdän oder deren Legierungen sein.
In besonderen Ausführungsformen können die Funktionalitäten der Rückelektrode auch getrennt werden. In diesem Falle kann die Metallschicht durch eine weiße Farbschicht z. B. aus Titanoxid oder Bariumsulfat ersetzt werden, wobei dann zwischen Halbleiterschicht und dieser Reflektorschicht eine weitere Schicht aus bspw. einem transparenten elektrisch leitfähigen Metalloxid (TCO) , wie Zink- oder Zinn-Oxid, vorgesehen sein kann. Auch kann die Halbleiterschicht eine hochdotierte Teilschicht auf der der weißen Reflektorschicht zugewandten Seite aufweisen, wobei diese weitere, also z. B. TCO-Schicht dann (allein) die Leitfähigkeitsfunktion übernimmt.
Das Substrat der erfindungsgemäßen Solarzelle kann ein Kalk-Natron-, Borosilicat- oder Aluminiumsilicat-Glas sein.
Das Kalk-Natron-Glas enthält vorzugsweise 40 - 80 Gew.-% SiO2, 0 - 5 Gew.-% Al2O3, 3 - 30 Gew.-% R2O, 3 - 30 Gew.-% R'O sowie weitere Bestandteile von 0 - 10 Gew.-%, wobei R mindestens ein Element ist, das aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus Li, Na und K besteht und wobei R' mindestens ein Element ist, das aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus Mg, Ca, Sr, Ba und Zn besteht, oder
50 - 76 Gew.-% SiO2, 0 - 5 Gew.-% Al2O3, 6 - 25 Gew.-% R2O, 8 - 25 Gew.-% R'O sowie weitere Bestandteile von 0 - 10 Gew.-%, wobei R mindestens ein Element ist, das aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus Li, Na und K besteht und wobei R' mindestens ein Element ist, das aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus Mg, Ca, Sr, Ba und Zn besteht, oder
mindestens 0,1 Gew.-% Al2O3, vorzugsweise mindestens 0,5 Gew.-% Al2O3.
Das Borosilicatglas enthält vorzugsweise 60 - 85 Gew.-% SiO2, 1 - 10 Gew.-% Al2O3, 5 - 20 Gew.-% B2O3, 2 - 10 Gew.-% R2O und 0 - 10 Gew.-% an weiteren Bestandteilen, wobei R mindestens ein Element ist, das aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus Li, Na und K besteht, oder
70 - 83 Gew.-% SiO2, 1 - 8 Gew.-% Al2O3, 6 - 14 Gew.-% B2O3, 3 - 9 Gew.-% R2O und 0 - 10 Gew.-% an weiteren Bestandteilen, wobei R mindestens ein Element ist, das aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus Li, Na und K besteht. Das Aluminiumsilicatglas enthält vorzugsweise 55 - 70 Gew.- % SiO2, 10 - 25 Gew.-% Al2O3, 0,5 Gew.-% B2O3, 0 - 2 Gew.-% R2O, 3 - 25 Gew.-% R'O sowie weitere Bestandteilen von 0 - 10 Gew.-%, wobei R mindestens ein Element ist, das aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus Li, Na und K besteht und wobei R' mindestens ein Element ist, das aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus Mg, Ca, Sr, Ba und Zn besteht, oder
mindestens 0,5 Gew.-% B2O3.
Nachstehend ist ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Dünnschichtsolarzelle anhand der beigefügten Zeichnung näher erläutert, deren einzige Figur schematisch einen Querschnitt durch die Dünnschichtsolarzelle zeigt.
Danach besteht die Solarzelle aus einem transparenten, elektrisch isolierenden Substrat 1, z. B. eine Glasscheibe, auf dem die erfindungsgemäße strukturierende Schicht 2 abgeschieden ist.
In weiteren Ausführungsformen kann oberhalb oder unterhalb der strukturierenden Schicht eine weitere Funktionsschicht eingebracht werden, wie bspw. eine Diffusionsbarriere.
Auf dem mit der strukturierenden Schicht 2 versehenen Substrat 1 sind nacheinander eine transparente Frontelektrodenschicht 3, eine Halbleiterschicht 4, eine transparente Rückelektrodenteilschicht 5 und eine weitere reflektierende Rückelektrodenteilschicht 6 durch Gasphasenabscheidung, Sputtern oder andere Verfahren abgeschieden. Die Rückelektrodenteilschichten 5 und 6 bilden die Rückelektrodenschicht 12 der Solarzelle. Die Halbleiterschicht 4 kann gegebenenfalls eine positivdotierte Teilschicht 7, eine intrinsische Teilschicht 8 und einer negativ-dotierte Teilschicht 9 aufweisen.
Die strukturierte Schicht 2 auf dem Substrat 1 bildet damit ein Textur-Templat für die übrigen Schichten 3 bis 6. Auf diese Weise werden die Rückelektrodenteilschichten 5, 6 und damit die Rückelektrodenschicht 12 mit einer strukturierenden Oberfläche versehen, die das auftreffende Licht streut. Außerdem tritt das Licht bei (möglichst absorptionslosem) Durchgang durch die strukturierten Schichten 2 und 3 in einem größeren Streuwinkel in die Halbleiterschicht 4 ein.
In besonderen Ausführungsformen kann die strukturierte Schicht auch in sog. „Multijunction-Devices", allen voran die sog. Tandemstruktur, eingesetzt werden.
Die nachstehenden Ausführungsbeispiele dienen der weiteren Erläuterung der Erfindung.
Beschichtungslösung 1
TiC>2- Vorstufenpulverherstellung
Es werden zu 1 mol Titantetraethylat 1 mol Triethanolamin langsam hinzugetropft und anschließend nach 1 h Rühren mit 3 mol Wasser hydrolysiert . Nachdem die Lösung abgekühlt ist, wird das Lösungsmittel abdestilliert. Es wird ein amorphes Pulver erhalten.
Herstellung der Beschichtungslösung In 90 g Ethanol werden 2 g des TiO2- Vorstufenpulvers gelöst und zu dieser Lösung werden 10 ml einer wässrigen 10 Masse-%igen SiO2-Lösung gegeben. Die wässrige SiO2- Lösung enthält kolloiddisperse, monomodale sphärische SiO2- Partikel mit einem mittleren Durchmesser von 200 nm. Über das Tauchbeschichtungsverfahren werden mit einer Zuggeschwindigkeit von 40 cm/min einseitig auf eisenarmes Kalknatronglas dünne Schichten abgeschieden. Der Einbrand der Schichten erfolgt bei 400 - 500 0C im Rollenofen.
Beschichtungslösung 2
Herstellung der Beschichtung
In 90 g Ethanol werden 4 g des TiO2- Vorstufenpulvers gelöst und zu dieser Lösung werden 10 ml einer wässrigen 10 Masse-%igen Siθ2-Lösung. Die wässrige SiO2-Lösung enthält kolloiddisperse, monomodale sphärische SiO2- Partikel mit einem mittleren Durchmesser von 300 nm. Über das Tauchbeschichtungsverfahren werden mit einer Zuggeschwindigkeit von 40 cm/min einseitig auf eisenarmes Kalknatronglas dünne Schichten abgeschieden. Der Einbrand der Schichten erfolgt bei 400 - 500 °C im Rollenofen.
Beschichtungslösung 3
ZrO2- Vorstufenpulverherstellung
Es werden zu 1 mol Zirkontetrapropylat 1 mol Triethanolamin langsam hinzugetropft und anschließend nach 1 h Rühren mit 3 mol Wasser hydrolysiert . Nachdem die Lösung abgekühlt ist, wird das Lösungsmittel abdestilliert. Es wird ein amorphes Pulver erhalten. Herstellung der Beschichtung
In 90 g Ethanol werden 3 g des ZrO2- Vorstufenpulvers gelöst und zu dieser Lösung werden 10 ml einer wässrigen 10 Masse-%igen SiO2-Lösung gegeben. Die wässrige SiO2- Lösung enthält kolloiddisperse, monomodale spherische SiO2- Partikel mit einem mittleren Durchmesser von 200 nm. Über das Tauchbeschichtungsverfahren werden mit einer Zuggeschwindigkeit von 40 cm/min einseitig auf eisenarmes Kalknatronglas dünne Schichten abgeschieden. Der Einbrand der Schichten erfolgt bei 400 - 500 0C im Rollenofen.
Beschichtungslösung 5
ZrO2- Vorstufenpulverherstellung
Es werden zu 1 mol Zirkontetrapropylat 1 mol Triethanolamin langsam hinzugetropft und anschließend nach 1 h Rühren mit 3 mol Wasser hydrolysiert . Nachdem die Lösung abgekühlt ist, wird das Lösungsmittel abdestilliert. Es wird ein amorphes Pulver erhalten.
Herstellung der Beschichtung
In 90 g Ethanol werden 3 g des ZrO2- Vorstufenpulvers gelöst und mit 0,01 g konz HCl versetzt. Dann werden zu dieser Lösung 2 g Tetraethoxysilan zugetropft. Zu dieser Lösung werden anschließend 10 ml einer wässrigen 10 Masse-%igen SiO2-Lösung gegeben. Die wässrige SiO2-Lösung enthält kolloiddisperse, monomodale sphärische SiO2- Partikel mit einem mittleren Durchmesser von 200 nm. Über das Tauchbeschichtungsverfahren werden mit einer Zuggeschwindigkeit von 40 cm/min einseitig auf eisenarmes Kalknatronglas dünne Schichten abgeschieden. Der Einbrand der Schichten erfolgt bei 400 - 500 0C im Rollenofen.
Beschichtungslösung 6
Al2O3- VorstufenpulverherStellung
Es werden zu 1 mol Aluminiumsekundärpropylat 1 mol Triethanolamin langsam hinzugetropft und anschließend nach 1 h Rühren mit 3 mol Wasser hydrolysiert . Nachdem die Lösung abgekühlt ist, wird das Lösungsmittel abdestilliert. Es wird ein amorphes Pulver erhalten.
Herstellung der Beschichtung
In 90 g Ethanol werden 3,5 g des Al2O3- Vorstufenpulvers gelöst und zu dieser Lösung werden 10 ml einer 10 Masseligen ZnO Lösung in Isopropanol gegeben. Die ZnO-Lösung enthält kolloiddisperse, quasi-pyramidal geformte ZnO- Partikel mit einem mittleren Durchmesser von 200 nm.
Über das Tauchbeschichtungsverfahren werden mit einer
Zuggeschwindigkeit von 35 cm/min einseitig auf eisenarmes
Kalknatronglas dünne Schichten abgeschieden. Der Einbrand der Schichten erfolgt bei 400 °C im Rollenofen.

Claims

Patentansprüche
1. Dünnschichtsolarzelle mit einem transparenten Substrat (1), auf dem nacheinander mehrere Schichten, einschließlich einer Frontelektrodenschicht (3), wenigstens einer Halbleiterschicht (4) und einer Rückelektrodenschicht (12) abgeschieden sind, wobei zwischen dem Substrat (1) und der Frontelektrodenschicht (3) eine transparente strukturierte Schicht (2) aus einer nach dem Sol-Gel- Verfahren hergestellten Matrix und Struktur gebenden Partikeln vorgesehen ist, die ein Textur-Templat für die abgeschiedenen Schichten, einschließlich der Rückelektrodenschicht (12) bildet, wobei die strukturierte Schicht (2) eine Brechzahl aufweist, die größer ist als die Brechzahl des Substrats (1) und höchstens so groß wie die Brechzahl der auf der strukturierenden Schicht (2) abgeschiedenen Frontelektrodenschicht (3) ist.
2. Dünnschichtsolarzelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Matrix der strukturierten Schicht (2) durch ein glasiges, hybridpolymeres, nanokristallines und/oder teilkristallines Metalloxid- und/oder Halbmetalloxid-Netzwerk gebildet wird.
3. Dünnschichtsolarzelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die strukturierte Schicht (2) aus einer einzigen Schicht oder aus zwei oder mehreren Teilschichten besteht, wobei die Teilschichten unterschiedliche Brechzahlen aufweisen.
4. Dünnschichtsolarzelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Rückelektrodenschicht (12) eine transparente Rückelektrodenteilschicht (5) auf ihrer der Halbleiterschicht (4) zugewandten Seite aufweist .
5. Dünnschichtsolarzelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das transparente Substrat (1) Glas oder Glaskeramik ist, die Frontelektrodenschicht (2) aus Zink- oder Zmn-Oxid besteht und die Brechzahl der strukturierten Schicht (3) 1,6 bis 1,8 beträgt .
6. Dünnschichtsolarzelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Diffusionsbarriere unter- oder oberhalb der strukturierten Schicht abgeschieden ist.
7. Dünnschichtsolarzelle nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Diffusionsbarriere aus Siliziumnitrid (SiNx) , Siliziumoxid (SiO2) , Siliziumoxynitrid (SiOxNy) , Siliziumoxycarbid (SiOxCy) , wenigstens einem Metalloxid und/oder wenigstens einem Metallnitrid besteht.
8. Dünnschichtsolarzelle nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Metalloxid Aluminiumoxid (Al2O3) oder Zirkonoxid (ZrO2) ist.
9. Dünnschichtsolarzelle nach einem der vorstehenden Ansprüche, dass sie mehr als einen pn-Übergang aufweist .
10.Dünnschichtsolarzelle nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die mittlere Schichtdicke der strukturierten Schicht (2) 0,1 bis 1 μm beträgt.
11.Dünnschichtsolarzelle nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Aspektverhältnis der strukturierten Schicht (2) 0,01 bis 0,99 beträgt.
12.Dünnschichtsolarzelle nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Volumenverhältnis der Matrix zu dem der Struktur gebenden Partikel der strukturierenden Schicht (2) 70:30 bis 5:95 beträgt.
13.Dünnschichtsolarzelle nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Struktur gebenden Partikel eine Teilchengröße von 0,02 bis 1 μm aufweisen.
14. Dünnschichtsolarzelle nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Struktur gebenden Partikel symmetrisch ausgebildet sind.
15. Dünnschichtsolarzelle nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Struktur gebenden Partikel durch Agglomerate gebildet sind.
16.Dünnschichtsolarzelle nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Struktur gebenden Partikel aus Siliziumdioxid und/oder transparenten Metalloxiden und/oder -fluoriden bestehen.
17.Dünnschichtsolarzelle nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Struktur gebenden Partikel aus Siliziumdioxid (SiO2) , Magnesiumfluorid (MgF2) , Magnesiumhydroxyfluorid (Mg(OH)F), Titandioxid (TiO2), Zirkonoxid (ZrO2), Aluminiumoxid (Al2O3), Magnesiumoxid (MgO) , Lanthanoxid (La2O3) , Samariumoxid (Sm2O3) , Erbiumoxid (Er2O3) , Europiumoxid (Eu2O3) , Nioboxid (NbO2, Neodymiumoxid (Nd2O3) , Gadoliniumoxid, Gd2O3, Calciumfluorid (CaF2) , Calciumhydroxyfluorid (Ca(OH)F), Zinkoxid (ZnO), Zinnoxid (SnO2), und/oder Boroxid (B2O3) bestehen.
18.Dünnschichtsolarzelle nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Struktur gebenden Partikel mit einer säurebeständigen Schutzschicht beschichtet sind.
19.Dünnschichtsolarzelle nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Struktur gebenden Partikel durch photoluminiszierende Partikel gebildet sind.
20.Dünnschichtsolarzelle nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Matrix aus hydrolysier- oder polykondensierbaren Silizium-, Titan-, Zirkon-, Aluminium-, Zink-, Hafnium-, Niob- , Germanium-, Magnesium-, Calcium und/oder Zinn- Verbindungen hergestellt ist.
21.Dünnschichtsolarzelle nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Matrix aus Teilchen mit einer Teilchengröße von weniger als 20 nm gebildet ist.
22. Dünnschichtsolarzelle nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Halbleiterschicht (4) aus einem Halbleiter auf Silizium-Basis oder einem Verbundhalbleiter besteht.
23. Verfahren zur Herstellung der Dünnschichtsolarzelle nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die strukturierte Schicht (2) aus der nach dem Sol-Gel-Verfahren erhaltenen Matrix und den Struktur gebenden Partikeln durch Beschichten des Substrats (1) mit einem Tauch- oder einem Walzen basiertem Verfahren oder durch Fluten oder Sprühen erhalten wird.
24. Verfahren nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, dass nach dem Auftragen des SoIs mit den Struktur gebenden Partikeln auf das Substrats (1) und Bildung des Gels die strukturierte Schicht (2) thermisch ausgehärtet wird.
25. Verfahren nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, dass die thermische Aushärtung bei 300 bis 700°C erfolgt .
26. Verfahren nach einem Ansprüche 23 bis 25, dadurch gekennzeichnet, dass das SoI durch Hydrolyse und Polykondensation von Silizium-, Titan-, Zirkon-, Aluminium-, Zink-, Hafnium-, Niob- , Germanium-, Magnesium-, Calcium und/oder Zinn-Verbindungen erhalten wird.
27. Verfahren nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindungen die allgemeine Formeln SiORxR'y, TiORxXy, ZrORxXy, HfORxXy, NbORxXy, GeORxXy, AlORxXy, ZnORxXy, MgORxXy, CaORxXy und SnORxXy aufweisen, worin O Sauerstoff und R und R' gleiche oder unterschiedliche organische Reste darstellen oder R' Wasserstoff ist, X ein Halogenid ist und x und y zusammen die Anzahl der Restvalenzen bilden.
28. Verfahren nach Anspruch 27, dadurch gekennzeichnet, dass R und/oder R' ein organischer Rest mit einer Epoxy- oder Methacrylat-Gruppe ist.
29. Verfahren nach Anspruch 24 und 28, dadurch gekennzeichnet, dass die Aushärtung bei weniger als 3000C durchgeführt wird.
PCT/EP2010/000440 2009-01-29 2010-01-26 Dünnschichtsolarzelle WO2010086135A2 (de)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102009006718A DE102009006718A1 (de) 2009-01-29 2009-01-29 Dünnschichtsolarzelle
DE102009006718.3 2009-01-29

Publications (2)

Publication Number Publication Date
WO2010086135A2 true WO2010086135A2 (de) 2010-08-05
WO2010086135A3 WO2010086135A3 (de) 2010-10-14

Family

ID=42317317

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/EP2010/000440 WO2010086135A2 (de) 2009-01-29 2010-01-26 Dünnschichtsolarzelle

Country Status (2)

Country Link
DE (1) DE102009006718A1 (de)
WO (1) WO2010086135A2 (de)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2012030696A1 (en) * 2010-08-31 2012-03-08 Corning Incorporated Process for particle doping of scattering superstrates
WO2012078064A1 (pt) * 2010-12-10 2012-06-14 Revigrés - Indústria De Revestimentos De Grés, Lda Revestimentos cerâmicos fotovoltaicos, em particular azulejos, telhas, e mosaicos, e seu processo de fabrico

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102010013038B4 (de) * 2010-03-26 2012-01-19 Schüco Tf Gmbh & Co. Kg Verfahren zum Herstellen einer Fotovoltaikzelle
DE102011003677B4 (de) * 2011-02-04 2015-09-24 Schott Ag Verbundstoff, Verfahren zu seiner Herstellung und Verwendung des Verbundstoffes
EP2728623B1 (de) * 2011-06-30 2019-05-01 Kaneka Corporation Dünnschicht-solarzelle und verfahren zu ihrer herstellung

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6420647B1 (en) 1998-11-06 2002-07-16 Pacific Solar Pty Limited Texturing of glass by SiO2 film

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3416024B2 (ja) * 1997-05-23 2003-06-16 シャープ株式会社 薄膜太陽電池における微粒子塗布膜
DE19730975A1 (de) * 1997-06-30 1999-01-07 Max Planck Gesellschaft Verfahren zur Herstellung von schichtartigen Gebilden auf einem Substrat, Substrat sowie mittels des Verfahrens hergestellte Halbleiterbauelemente
US6335479B1 (en) * 1998-10-13 2002-01-01 Dai Nippon Printing Co., Ltd. Protective sheet for solar battery module, method of fabricating the same and solar battery module
JP3706835B2 (ja) * 2002-02-19 2005-10-19 株式会社カネカ 薄膜光電変換装置

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6420647B1 (en) 1998-11-06 2002-07-16 Pacific Solar Pty Limited Texturing of glass by SiO2 film

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2012030696A1 (en) * 2010-08-31 2012-03-08 Corning Incorporated Process for particle doping of scattering superstrates
WO2012078064A1 (pt) * 2010-12-10 2012-06-14 Revigrés - Indústria De Revestimentos De Grés, Lda Revestimentos cerâmicos fotovoltaicos, em particular azulejos, telhas, e mosaicos, e seu processo de fabrico

Also Published As

Publication number Publication date
DE102009006718A1 (de) 2010-08-12
WO2010086135A3 (de) 2010-10-14

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP2302699A2 (de) Solarzelle mit pigmentierten dielektrischen Reflektor
EP2089491B1 (de) Druckfähiges medium zum ätzen von oxidischen, transparenten und leitfähigen schichten
EP0914486B1 (de) Beschichtungssubstrat
CN1319889C (zh) 带多孔涂层的玻璃体
WO2006114321A1 (de) Entspiegelungsschicht und verfahren zu deren aufbringung
CN103608295A (zh) 具有良好的光提取性能的无机粒子散射膜
WO2010086135A2 (de) Dünnschichtsolarzelle
US20130202895A1 (en) Inorganic oxide coating
DE102009036134A1 (de) Substratglas für Lumineszenzdioden mit einer Streupartikel enthaltenden Schicht und Verfahren zu dessen Herstellung
DE19831611A1 (de) Hydrophiler Gegenstand und Verfahren zu seiner Herstellung
EP2343579A1 (de) Verbundstoffpartikel für optische Bandpassfilter
DE102010009999B4 (de) Verwendung von Nanopartikeln und/oder Organosilanen zur Herstellung von vorgespannten, mehrlagig beschichteten Glas-Substraten
WO2014101989A1 (de) Dotiermedien zur lokalen dotierung von siliziumwafern
WO2014101987A1 (de) Druckbare diffusionsbarrieren für siliziumwafer
WO2010086136A2 (de) Dünnschichtsolarzelle
KR20160060667A (ko) 중합체 및 발광단을 포함하는 발광 복합재 및 이 복합재의 광전지에서의 용도
DE112020003642B4 (de) Infrarotselektive Strahlungskühlungs-Nanofunktions-Zusammensetzung und deren Herstellungsverfahren
AU2010276770A1 (en) Composite particle, composition for forming coating membrane, printing ink, coating material composition, coated article, and resin film with attached coating membrane
JP6244600B1 (ja) 遮熱ガラス及びそれを用いた合わせガラス
WO2011116980A1 (de) Verfahren zum aufbringen einer entspiegelungsschicht auf ein solarreceivermodul sowie solarreceivermodul mit einer entspiegelungsschicht
EP2803644B1 (de) Transparentes OLED-Diffusionssubstrat und Verfahren zur Herstellung eines solchen Substrats
DE102009036135A1 (de) Strukturiertes Substratglas für Lumineszenzdioden und Verfahren zu dessen Herstellung
WO2016150548A2 (de) Druckbare pastöse diffusions- und legierungsbarriere zur herstellung von hocheffizienten kristallinen siliziumsolarzellen
DE102010006813A1 (de) Dünnschichtsolarzelle
CN113072300B (zh) 一种有机太阳能电池抗紫外辐照层玻璃及其制备方法

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 10704088

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A2

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 10704088

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A2