WO2011161010A2 - Substrat mit oberflächlich strukturierter flächenelektrode für eine solarzelle und verfahren zu dessen herstellung - Google Patents

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    • Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy

Definitions

  • the invention relates generally to a
  • photovoltaic solar cell It relates to a substrate of such a solar cell with a superficially structured layer that is electrically conductive and transparent and surface electrode, front or rear electrode, the
  • Contacting the absorber layer comprises, deposited on a rigid or flexible substrate. Since the thickness of the one or more absorber layers is also smaller than that
  • Wavelength and in particular may be smaller than the penetration depth of the incident light, measures must be taken to control the path of light in the
  • Extend absorber layer and thus increase the efficiency of solar cells.
  • This technology of light traps or light trapping is also used for solar cells with thicker absorber layers, e.g. used solar cells made of silicon wafers.
  • the layer stack of thin film Solar cells a flat front electrode, which faces the light and therefore is transparent. Underneath are the light-absorbing and electric ones
  • Semiconductor material e.g. crystalline or amorphous
  • the substrate may both facing the light incidence, ie the front side, as well as be disposed at the back, so that the front ⁇ between the absorber layer and the substrate or either the rear electrode is located.
  • the substrate In the first case, the substrate must be transparent.
  • a front-side substrate is often referred to as a superstrate.
  • Solar cells made of silicon wafers are self-supporting in themselves and usually have strip-shaped electrodes. But even such solar cells are often connected to large-area, transparent substrates, for example, arranged between two glass panes.
  • Light reflection at the light incident surface of the solar cell can be reduced by a suitable EntSpiegelung. This is done e.g. by separating one
  • Antireflection coating and / or by a microstructure of the light incident surface which causes a broadband reduction of the reflection by a gradual adjustment of the refractive index.
  • the back of the solar cell is
  • the front electrode to which the absorber layer directly adjoins, and frequently as transparent, electrically conductive, is often added
  • TCO Transparent Conductive Oxide
  • the light reflected back into the solar cell likewise has a shallow angle due to the diffuse reflection and / or refraction, and thus also travels a significantly longer path through the absorber layer.
  • the haze is used, among other things, which describes the ratio of the diffusely transmitted transmitted light to the totally transmitted light.
  • Electrode material must be adapted to the etching process, i. it must be e.g. easily etchable in weak acids
  • etched electrode surfaces have an inverse topography compared to the known ones
  • atmospheric pressure running CVD processes can be produced, such as the combustion CVD method (DE 10 2008 025 108 AI or DE 10 2007 025 068 B4).
  • An inverse topography whose structures go deeper into the substrate rather than rising above its surface requires detrimental adjustments to the layer stack as compared to raised topographies, largely due to the nature, location, and depth of the deep structures in the layer and the related one Layer growth of the subsequent absorber layer are due.
  • inverse topographies also have open passages through the Layer of the surface electrode on what the electrical
  • layers lying below the planar electrode are patterned so that a transparent planar electrode deposited thereon likewise has a structured surface.
  • the rough TCO layers are based on the
  • the invention is thus based on the object of specifying a substrate for a solar cell with a superficially structured surface electrode with a grown raised topography and a method for its production, which enables an improvement of the optical and electrical properties of the surface electrode to increase the energy efficiency of the solar cell.
  • the surface structure of the electrode layer is indirectly generated via a deposited with the desired nanoscale surface structure lower layer with feature sizes of a few 10 nm to about 500 nm RMS roughness over which the electrode layer is conformally deposited.
  • a conformally deposited layer is to be understood as meaning a layer which is produced with a uniform layer thickness, irrespective of which orientation the individual sections of the underlying layer surface have, so that the nanoscale surface structure of the lower layer is imaged by the electrode layer. Deviations in the
  • the lower layer has a
  • Nanoclusters as particles of the coating material are nanoclusters as particles of the coating material in
  • the term particle is to be understood in the sense of small solids of the layer material, which are incorporated in a matrix of the same layer material during the regular layer growth and are thereby completely or at least partially covered as a result of the progressive layer structure.
  • the nanoparticles are formed in the gas phase and not, as in other CVD processes, by crystal growth in the layer.
  • Combustion Chemical Vapor Deposition (Combustion-CVD or CCVD) using atmospheric plasma burners, reactive precursors are mixed with other gases and passed through a plasma torch where energy and momentum transfer to the precursor constituents occurs, causing them to be excited be partially ionized, react and accelerated in the vapor phase towards the substrate.
  • Nanoparticles are already formed in the vapor phase, the number and size of which are essentially determined by the concentration and duration of residence.
  • the substrate the
  • the momentum and energy of the precursor constituents and thus of the deposited layer can be influenced.
  • a layer produced in this way has
  • the surface structures have feature sizes over the entire range, so that both such elements
  • the size, the number and thus the distribution of the particles in the layer matrix can be selectively adjusted via the process control. Also the energetic properties are over the
  • Process control adjustable This adjustment can be made via various of the process parameters, e.g. over the distance of the plasma torch to the substrate, over amount of the supplied precursor, i. its share of the
  • Precursors determined by the working gas composition and the requirements of the layer and the surface structures targeted. For example, It was found that even particles up to the size of a few pm can be produced, which are perceived as dust particles and are not embedded. Optimally, the deposition process is driven below the threshold for dust formation or in the vicinity thereof. In the unwanted formation of dust this can
  • Electrode layer is in particular independent of the
  • the electrode layer is no longer attached to the
  • the electrode layer is produced by sputtering a target in the plasma or in particular magnetron sputtering.
  • the deposition of the electrode layer can also be done by CVD method.
  • CVD method various methods are known, such as e.g. plasma enhanced CVD processes or
  • the structures in shape and size can be positively influenced by a suitable processing of the deposition process.
  • the deposition of tin oxide or zinc oxide, which also dopants such as Fluorine or boron may have good controllable
  • those materials can be used which, in addition to good processability with regard to the surface structure, have particular chemical or optical properties
  • Refractive index however, adapted to that of the electrode layer, the reflection on the glass surface and the
  • a refractive index can be found that minimizes the reflection losses in the layer stack and realized an effective light trapping.
  • the electrode layer has a dispersive, i.
  • wavelength-dependent refractive index For example, the refractive index in the solar spectrum of the
  • Such a dispersive refractive index is over one
  • Refractive index in this wavelength range result.
  • electrode materials e.g. for AZO
  • the refractive index can also be adjusted to the value range of glass substrates or even smaller.
  • the doping concentration can be selected according to a further embodiment of the invention, at which wavelength the refractive index of the
  • Electrode layer coincides with the lower layer. This makes it possible to make the lower layer optically ineffective for this wavelength range and thus
  • the lower layer is a further functional layer can be conditioned, in particular as a barrier layer, due to its dense structure.
  • a further functional layer can be conditioned, in particular as a barrier layer, due to its dense structure.
  • such layers which are deposited by means of crystal growth or by sputtering at high temperatures and their density due to the deposition to 70% to 90% of their
  • the layers of the invention have a high achievable and adjustable density.
  • the process parameters of the combustion CVD method which are suitable for adjusting the formation of the nanoclusters, are due to the direct relationship also for the
  • the usable material depends mainly on the substrate used.
  • Suitable barrier layers are layers composed of an oxide, nitride, oxynitride of a metal, a
  • barrier layers that are reproducibly separable with a desired nanoscale roughness, have for
  • Layers of aluminum or titanium are beneficial.
  • the selection of the electrode material other options are available because there is no more restriction etchable materials is required. This allows an optimization of the material of the electrode layer, in particular with regard to the resistance of the electrode layer, its conductivity and thickness. In particular, the use of electrode material with higher chemical stability, ie less degradation during the processing of
  • an optimization of the surface resistivity can be independent of the production of the generated
  • inventive substrate as a front electrode
  • FIG. 2 shows the layer structure of a solar cell with a
  • inventive substrate as a return electrode
  • Fig. 3 is a diagram for the correlation of the achievable RMS
  • Fig. 4 is a diagram illustrating the dispersive
  • Wavelength range. 1 the principal layer on the outside of a solar cell, viewed from the direction of the light incidence 8, initially comprises a transparent substrate 1.
  • this consists of glass.
  • it can also be made of a different material, eg of plastic. that also can be flexible.
  • a transparent lower layer 2 is first deposited on the substrate 1.
  • the deposition of the lower layer 2 consists in
  • Reaction products e.g. of oxygen for oxidation
  • the precursor is activated and accelerated so that a beam of partially ionized atoms and molecules are directed to a substrate and form to form the
  • Substrate separates.
  • the deposition of silicon oxide SiOx takes place, for which purpose e.g.
  • Hexamethyldisiloxane is a known precursor.
  • the working gas is a mixture of propane and methane.
  • Mixture of 50 1 / min and a burner distance to the substrate of 20 mm could be up to a HDMSO addition of about 2 ml / min Sub-layers are deposited with increasing roughness. From this limit, a dusty deposit was observed.
  • FIG. 3 shows the achievable RMS roughness R q as a function of the layer thickness d (both in nm).
  • the underlayer 2 has formed on its surface a structure having a feature size in the preferred range up to 500 nm, again meaning the RMS roughness, which has lower values than the actual height differences due to its calculation from the mean of the deviation squares structures, the so-called peak-to-peak values.
  • the sub-layer 2 may alternatively be used for the realization of other or further functions, e.g. optical and
  • sub-layers may also have different materials.
  • the refractive index and the dispersion of the lower layer 2 are in the exemplary embodiment in the region of the substrate 1, which is about 1.5 for float glass.
  • Silicon nitride over the oxygen and nitrogen can be the desired refractive indices of the
  • the refractive index can thus be in the region of that of the silicon dioxide from about 1.46 up to that of the silicon nitride at about 2.12.
  • an electrode layer as a front electrode 3 of a transparent, electrically
  • a TCO layer conductive material, commonly referred to as a TCO layer, deposited.
  • the deposition of the front electrode 3 takes place by means of sputtering, for example of a zinc oxide target with an aluminum doping (AZO) under argon atmosphere.
  • AZO aluminum doping
  • the thickness of the AZO layer may vary depending on the requirements for the
  • Front electrode 3 is deposited such that it covers all the structures of the lower layer 2 and thereby has an approximately uniform thickness throughout, so that it also has surface structures in the region of
  • the refractive index of the AZO front electrode 3 can also reach the value range of glass or even smaller.
  • the refractive index of the underlayer 2 can be adapted to that of the front electrode 3, so that at
  • Zinc oxide electrode materials which may also contain aluminum, values around 2.05 in
  • the photoactive absorber layer 4 connects, which is also shown only for the sake of simplicity as a homogeneous layer, however, it can be multi-layered.
  • Absorber layer 4 consists of amorphous or polycrystalline silicon. Alternatively, other materials, e.g. CIS or CdTe possible.
  • the deposition is carried out by means of a suitable PVD or CVD method, which also with a
  • Crystallization process e.g. by laser or
  • the surface of the absorber layer 4 also has a
  • the return electrode 5 also consists of a conformal and thus likewise rough TCO layer.
  • the solar cell according to the exemplary embodiment is replaced by a reflective one
  • cover layer 6 e.g. made of silver or aluminum.
  • the cover layer 6 can also be made of a white reflector layer, e.g. consist of color.
  • the Light Trapping System is shown in the
  • Top layer 6 produce a scattering of the through
  • the same components are insofar with the same
  • Silicon nitride layer but also other transparent oxides, nitrides or oxynitrides of metal, semiconductor or
  • the deposition takes place with a suitable PVD or CVD method.
  • the front electrode 3 follows from a TCO. The deposition takes place by reactive sputtering. At the front electrode 3 in turn closes the
  • Absorber 4 as described above for Fig. 1.
  • the absorber layer 4 is also deposited in this embodiment with a rough surface, so that the subsequently deposited front electrode 3 and protective layer 7 due to their conformal layer thickness also a
  • the back electrode 5 connects from a transparent TCO.
  • the back electrode 5 may also be metallic.
  • the back electrode 5 has a surface structure that passes through the under the back electrode 5,
  • the surface-structured lower layer 2 and an approximately uniform layer thickness of the back electrode 5 is determined.
  • the surface structure of the lower layer 2 is produced as described above with reference to FIG. 1, so that reference is made to the above statements.
  • the lower layer 2 is also transparent in the exemplary embodiment with a refractive index in the range of the TCO layer.
  • the underlayer 2 is designed as a double-layer in the exemplary embodiment in order to achieve an optimum barrier effect with respect to the glass substrate 1. It consists of a first dense silicon oxide sub-layer 2.1 as a diffusion barrier of about 100 nm thickness and a second silicon dioxide sub-layer 2.2 with a surface roughness of about 250 nm.
  • the substrate 1 following below in the light incident direction does not have to be transparent. In the present embodiment, it is an absorbent glass.
  • the lower layer 2 may also be formed opaque, whereby it no longer depends on the reflection ⁇ or absorption properties of the substrate 1.
  • Electrode layer back electrode

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Abstract

Es wird ein Substrat (1) mit einer oberflächlich strukturierten Schicht und eine Solarzelle unter Verwendung eines solchen Substrats (1) angegeben, bei denen auf dem Substrat (1) eine Unterschicht (2) und darüber eine elektrisch leitfähige Elektrodenschicht (3, 5) zur Verwendung als Flächenelektrode abgeschieden ist, wobei die Unterschicht (2) auf seiner dem Substrat (1) abgewandten Oberfläche eine nanoskalige Oberflächenstruktur aufweist und die Elektrodenschicht (3, 5) Konformität mit unabhängig von der Oberflächenausrichtung gleichförmiger Dicke aufweist. Die nanoskalige Oberflächenstruktur der Unterschicht (2) wurde mittels eines Combustion-CVD-Verfahrens mit atmosphärisch betriebenem Plasmabrenner unter Bildung von Nanoclustern auf Strukturgrößen im Bereich von bis zu 500 nm RMS-Rauheit eingestellt.

Description

Substrat mit oberflächlich strukturierter Flächenelektrode für eine Solarzelle und Verfahren zu dessen Herstellung
Die Erfindung bezieht sich allgemein auf eine
photovoltaische Solarzelle. Sie betrifft ein Substrat einer solchen Solarzelle mit einer oberflächlich strukturierten Schicht, die elektrisch leitfähig und transparent ist und als Flächenelektrode, Front- oder Rückelektrode, der
Solarzelle dient.
Zur Herstellung von Dünnschichtsolarzellen wird der
SchichtStapel der Solarzelle, der zumindest eine
Absorberschicht sowie die Elektroden zur elektrischen
Kontaktierung der Absorberschicht umfasst, auf einem starren oder flexiblen Substrat abgeschieden. Da die Dicke der einen oder mehreren Absorberschichten auch kleiner als die
Wellenlänge und insbesondere kleiner als die Eindringtiefe des einfallenden Lichts sein können, müssen Maßnahmen ergriffen werden, um den Weg des Lichts in der
Absorberschicht zu verlängern und so den Wirkungsgrad der Solarzellen zur erhöhen. Diese Technologie der Lichtfallen oder des Light Trappings wird auch für Solarzellen mit dickeren Absorberschichten, z.B. aus Silizium-Wafern hergestellte Solarzellen verwendet.
Allgemein umfasst der SchichtStapel von Dünnschicht- Solarzellen eine flächige Frontelektrode, die dem Lichteinfall zugewandt und deshalb transparent ist. Darunter liegen eine das Licht absorbierende und in elektrische
Spannung umsetzende Absorberschicht aus einem
Halbleitermaterial, z.B. kristallinem oder amorphem
Silizium, sowie eine Rückelektrode . Letztere ist dem
Lichteinfall abgewandt und kann deshalb opak sein und eine größere Dicke mit geringem Flächenwiderstand aufweisen.
Das Substrat kann sowohl dem Lichteinfall zugewandt, d.h. frontseitig, als auch rückseitig angeordnet sein, so dass zwischen Absorberschicht und Substrat entweder die Front¬ oder die Rückelektrode liegt. Im ersten Fall muss auch das Substrat transparent sein. Ein frontseitiges Substrat wird häufig auch als Superstrat bezeichnet. Solarzellen aus Silizium-Wafern sind an sich selbsttragend und weisen meist streifenförmige Elektroden auf. Aber auch solche Solarzellen werden häufig mit großflächigen, transparenten Substraten verbunden, z.B. zwischen zwei Glasscheiben angeordnet.
Für die Ausgestaltung der Lichtfallentechnik (Light
Trapping) ist die jeweilige Einbausituation der Solarzelle zum einfallenden Licht maßgeblich. Grundsätzlich stehen verschiedene Möglichkeiten zur Verfügung, die teilweise miteinander kombinierbar sind. Zunächst kann die
Lichtreflexion an der Lichteinfallsfläche der Solarzelle durch eine geeignete EntSpiegelung vermindert werden. Dies erfolgt z.B. durch das Abscheiden einer
Entspiegelungsschicht und/oder durch eine Mikrostruktur der Lichteinfallsfläche, die durch eine graduelle Anpassung des Brechungsindexes eine breitbandige Reduktion der Reflexion bewirkt. Die Rückseite der Solarzelle hingegen ist
reflektierend gestaltet, um das durch die Solarzelle hindurch getretene Licht in das System zu reflektieren und dieses erneut durchlaufen zu lassen.
Alternativ, häufig auch ergänzend wird die Frontelektrode, an die sich die Absorberschicht direkt anschließt und regelmäßig als transparente, elektrisch leitfähige
Oxidschicht (TCO = Transparent Conductive Oxid) abgeschieden wird, derart strukturiert, dass das aus dieser Schicht in die Absorberschicht eintretende Licht ebenfalls einen flachen Winkel aufweist, also streuend wirkt. In ähnlicher Weise können auch Grenzflächen vor oder hinter der
Rückelektrode, in Lichteinfallsrichtung betrachtet,
strukturiert werden. Das können insbesondere die Grenzfläche zwischen Absorberschicht und sich daran anschließender
Rückelektrode sein und/oder bei transparenter Rückelektrode die Grenzfläche zu deren rückseitiger Abdeckung durch eine Reflexionsschicht.
Diese Maßnahmen haben zur Folge, dass das erneut in die Solarzelle reflektierte Licht durch die diffuse Reflexion und/oder durch erneute Brechung ebenfalls einen flachen Winkel aufweist und so ebenfalls einen deutlich verlängerten Weg durch die Absorberschicht zurücklegt. Zur Beschreibung der Streueffekte in der Solarzelle wird unter anderem der Haze herangezogen, der das Verhältnis des diffus gestreut transmittierten Lichts zum total transmittierten Licht beschreibt. Bei den derzeitig gängigen Materialien für
Solarzellen und deren Aufbau liegen die Grenz- und
Oberflächenstrukturen im Bereich von ca. 30 nm bis 500 nm RMS- (Root-Mean-Squared oder mittlere quadratische) Rauheit.
Zur Herstellung der beschriebenen
Oberflächenstrukturierungen kommen somit, wie in der WO 2010/009598 AI beschrieben entweder eine Strukturierung des Substrat selbst infrage oder es werden die Schichten der Flächenelektroden strukturiert. Zunehmend wird die Grenzfläche zumindest einer, zumeist der auf dem Substrat abgeschiedenen Elektrode strukturiert. In der DE 10 2004 017 680 AI erfolgt das durch einen nasschemischen Ätzschritt mit einer Salzsäure, welcher in eine Durchlaufanläge integriert ist .
Hierbei ist es jedoch von Nachteil, dass das
Elektrodenmaterial dem Ätzverfahren angepasst sein muss, d.h. es müssen z.B. in schwachen Säuren gut ätzbare
Materialien verwendet werden, die durch den Ätzprozess eine geeignete das Licht streuende Oberflächenrauheit aufweisen, ohne dass zu viel Schichtmaterial abgetragen wird. Diese Eigenschaft ist jedoch mit einer unzureichenden chemischen Beständigkeit des Elektrodenmaterials in einigen
nachfolgenden Herstellungsschritten und in der Anwendung als Solarzelle verbunden. Hinzu kommen damit verknüpfte
verminderte Flächenleitfähigkeit und optische Transparenz, was sich beides nachteilig auf die Energieeffizienz der Solarzelle auswirkt. Von Nachteil erweist es sich des
Weiteren, dass geäzte Elektrodenoberflächen eine inverse Topographie aufweisen, verglichen mit den bekannten
Topographien, die mittels verschiedener, meist unter
atmosphärischem Druck ablaufenden CVD-Prozessen herstellbar sind, wie z.B. dem Combustion-CVD Verfahren (DE 10 2008 025 108 AI oder DE 10 2007 025 068 B4) . Eine inverse Topographie, deren Strukturen in die Tiefe des Substrats gehen anstelle sich über dessen Oberfläche zu erheben, erfordert im Vergleich zu erhabenen Topographien nachteilige Anpassungen des SchichtStapels , die großteils auf die Art, Lage und Tiefe der tiefen Strukturen in der Schicht und das damit zusammenhängende Schichtwachstum der darauf folgenden Absorberschicht zurückzuführen sind. Häufig weisen inverse Topographien auch offene Durchgänge durch die Schicht der Flächenelektrode auf, was die elektrischen
Eigenschaften der Elektrode maßgeblich verschlechtert.
Alternativ zu den oben genannten Strukturierungsverfahren des Substrats oder der Flächenelektrode werden unter der Flächenelektrode liegende Schichten strukturiert, so dass eine darauf abgeschiedene transparente Flächenelektrode ebenfalls eine strukturierte Oberfläche aufweist. Zum
Beispiel wird in der JP 612 41 983 A die Grenzfläche der Flächenelektrode zum Absorber mittels einer darunter
liegenden Aluminiumoxid-Schicht strukturiert, welche
durchschnittlichen Strukturhöhen im Bereich von 40nm
aufweist. Die Abscheidung dieser Schichten erfolgt mittels eines thermischen CVD- (Chemical Vapor Deposition)
Verfahrens. In der US 2010/0116332 AI wird eine
Zwischenschicht aus der Flüssigphase abgeschieden und nachfolgend mittels Prägung oder Lithografie strukturiert. Doch auch diese Strukturen weisen eine inverse Topografie auf .
Bei den mit LPCVD- (Low Pressure Chemical Vapor Deposition) Verfahren hergestellten rauen TCO Schichten beruht die
Rauheit auf dem Kristallwachstum der Schicht. Dies bedeutet, dass mit zunehmender Schichtdicke die Kristallite größer werden und die Rauheit zunimmt. Somit ist für eine bestimmte Rauheit immer eine durch den Prozess vorgegebene
Schichtdicke erforderlich.
Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, ein Substrat für eine Solarzelle mit einer oberflächlich strukturierten Flächenelektrode mit einer gewachsenen erhabenen Topografie und ein Verfahren zu dessen Herstellung anzugeben, das eine Verbesserung der optischen und elektrischen Eigenschaften der Flächenelektrode zur Erhöhung der Energieeffizienz der Solarzelle ermöglicht. Zur Lösung der Aufgabenstellung wird die Oberflächenstruktur der Elektrodenschicht indirekt über eine mit der gewünschten nanoskaligen Oberflächenstruktur abgeschiedene Unterschicht mit Strukturgrößen von wenigen 10 nm bis ca. 500 nm RMS- Rauheit erzeugt, über der die Elektrodenschicht konform abgeschieden ist. Als konform abgeschiedene Schicht ist dabei eine solche Schicht zu verstehen, die mit einer gleichförmigen Schichtdicke hergestellt ist, unabhängig davon, welche Ausrichtung die einzelnen Abschnitte der darunter liegenden Schichtoberfläche aufweist, so dass die nanoskalige Oberflächenstruktur der Unterschicht durch die Elektrodenschicht abgebildet wird. Abweichungen in der
Abbildung sind dabei insoweit möglich, wie die Skalierung der Struktur erhalten bleibt. Erfindungsgemäß weist die Unterschicht eine
Oberflächenstruktur auf, welche mittels eines Combustion- CVD-Verfahrens mit atmosphärisch betriebenem Plasmabrenner unter Bildung von Nanoclustern auf Strukturgrößen im Bereich von bis zu 500 nm einstellbar ist. Eine solche
Schichtstruktur ist dadurch gekennzeichnet, dass die
Nanocluster als Partikel des Schichtmaterials in
unterschiedlicher Größe im Bereich von bis zu 500 nm in den Schichtaufbau eingebettet und dabei auch durch das
Schichtmaterial überdeckt sind. Der Begriff des Partikels ist im Sinne von kleinen Festkörpern des Schichtmaterials zu verstehen, die in eine Matrix desselben Schichtmaterials während des regulären Schichtwachstums eingebaut sind und dabei infolge des fortschreitenden Schichtaufbaus auch vollständig oder zumindest teilweise überdeckt sind. Die Nanopartikel entstehen hierbei in der Gasphase und nicht, wie bei anderen CVD-Verfahren, durch Kristallwachstum in der Schicht . Bei der Combustion Chemical Vapor Deposition (Combustion-CVD oder CCVD) mittels atmosphärisch betriebenem Plasmabrenner werden reaktive Ausgangsstoffe (Precursoren) mit weiteren Gasen vermischt und durch einen Plasmabrenner geführt, wo ein Energie- und Impulsübertragung auf die Precursor- Bestandteile erfolgt, wodurch diese angeregt und teilweise ionisiert werden, reagieren und in der dampfförmigen Phase zum Substrat hin beschleunigt werden. In der Dampfphase bilden sich bereits Nanopartikel , deren Zahl und Größe wesentlich durch die Konzentration und Aufenthaltsdauer bestimmt werden. Auf dem Substrat schlagen sich die
reaktiven Stoffe als Schicht aus der Dampfphase nieder.
Mittels der Betriebsparameter des Plasmabrenners lassen sich Impuls und Energie der Precursor-Bestandteile und damit der abgeschiedenen Schicht beeinflussen.
Eine auf diese Weise erzeugte Schicht weist
überraschenderweise schon bei geringen Schichtdicken, auch deutlich unter 500 nm, sehr dichte Schichten mit
einstellbarer Rauheit und insbesondere mit gewachsener
Struktur, d.h. erhabener Topographie auf, die keine
Reliefumkehr , d.h. Erhebungen anstelle von Kratern
aufweisen. Dies erlaubt es, die TCO-Schicht ohne Einbußen in den elektrischen, optischen und mechanischen Eigenschaften bei der gewünschten Skaligkeit (Topographie) zu optimieren und so Energie- und Materialaufwand zu minimieren. Die
Oberflächenrauheit einerseits und die elektrischen und optischen Eigenschaften sowie die Schichtdicke der TCO
Schicht andererseits sind mit dem erfindungsgemäßen
Schichtaufbau und mit dem Verfahren zu dessen Herstellung unabhängig voneinander einstellbar, also entkoppelt
voneinander .
Insbesondere weisen die Oberflächenstrukturen Strukturgrößen über den gesamten Bereich auf, so dass sowohl solche
Strukturen im Bereich von wenigen 10 nm ebenso vorhanden sind wie im Bereich einiger 100 nm. Damit ist gewährleistet, dass die Unterschicht aufgrund ihrer
Oberflächenstrukturierung zum einen als Antireflexschicht dienen kann, zum anderen weist die Unterschicht und damit auch die konforme Elektrodenschicht die für die
LichtStreuung günstigsten Strukturgrößen auf.
Von Vorteil erweist es sich insbesondere, dass über die Prozessführung die Größe, die Zahl und damit die Verteilung der Partikel in der Schichtmatrix gezielt einstellbar sind. Auch die energetischen Eigenschaften sind über die
Prozessführung einstellbar. Diese Einstellung kann über verschiedene der Prozessparameter erfolgen, z.B. über den Abstand des Plasmabrenners zum Substrat, über Menge des zugeführten Precursors, d.h. dessen Anteil an der
Gesamtmenge der Ausgangsstoffe, den Prozessdruck oder die Aufenthaltsdauer des Substrats im Plasma. Der Zusammenhang zwischen den Partikeleigenschaften und den Stellparametern ist durch Versuche in Abhängigkeit von den verwendeten
Precursoren, von der Arbeitsgaszusammensetzung und von den Anforderungen an die Schicht und die Oberflächenstrukturen gezielt ermittelbar. Z.B. wurde festgestellt, dass selbst Partikel bis zur Größe von einigen pm herstellbar sind, die als Staubpartikel wahrgenommen werden und nicht eingebettet sind. Optimaler Weise wird der Abscheidungsprozess unterhalb der Schwelle zur Staubbildung gefahren oder in deren Nähe. Bei der unerwünschten Bildung von Staub kann dieser
gegebenenfalls durch einen nachfolgenden Waschprozess vom Substrat entfernt werden. Überraschenderweise wurde ebenso festgestellt, dass oberhalb der Schwelle zur Staubbildung ein Grenzwert zumindest eines der oben genannten Parameter besteht, ab dem eine staubige Abscheidung erfolgt. Dabei haben Anteil und Größe der Partikel Werte angenommen, dass kaum eine Einbettung der Partikel in einer aufwachsenden Schicht erfolgen kann. Auch dieser Grenzwert ist durch
Versuche bei variierenden Prozessparametern ermittelbar. Mit der gezielt einstellbaren und auch großen Skaligkeit der Unterschicht und der konformen Abbildung deren
Oberflächenstruktur durch die Elektrodenschicht kann diese eine eigene Oberflächenrauheit aufweisen, die eine solche Skaligkeit aufweist, wie sie für den optimalen Haze
erforderlich ist. Die gewünschte Skaligkeit der
Elektrodenschicht ist insbesondere unabhängig von dem
Elektrodenmaterial einstellbar, so dass mehr Materialien verwendbar sind, auch solche, mit denen bisher nicht die erforderliche Oberflächenrauheit erzielbar war, wie z.B. ITO.
Die erzielbare nanoskalige Oberflächenstruktur der
Elektrodenschicht ist darüber hinaus nicht mehr an die
Herstellung einer mindestens abzuscheidenden Schichtdicke der Elektrodenschicht geknüpft, was auch dafür dünnere
Schichten und damit geringere Material- sowie
Herstellungskosten ermöglicht.
Vorzugsweise wird die Elektrodenschicht durch Zerstäuben eines Targets im Plasma oder insbesondere Magnetronsputtern hergestellt . Die Abscheidung der Elektrodenschicht kann auch mittels CVD- Verfahren erfolgen. Dafür sind verschiedene Verfahren bekannt, wie z.B. plasmaunterstützte CVD-Prozesse oder
Pyrolyse. Auch für diese Schicht sind durch eine geeignete Prozessierung des Abscheideverfahrens die Strukturen in Form und Größe positiv zu beeinflussen. Hier ist die Abscheidung von Zinnoxid oder Zinkoxid, die auch Dotierungen z.B. von Fluor oder Bohr aufweisen können, gut beherrschbare
Verfahren, die geeignete Topographien erzeugen. Von Vorteil ist darüber hinaus, dass die Abscheideverfahren beide
Schichten häufig unter atmosphärischem Druck ausgeführt werden, was die Kosten des Herstellungsverfahrens
vermindert .
Mit dem vorgeschlagenen SchichtStapel , das zur Herstellung einer Oberflächenstruktur keinen Ätzschritt verwendet, sind Optimierungen sowohl hinsichtlich der verwendbaren
Materialien beider Schichten und der damit erzielbaren optischen und elektrischen Eigenschaften als auch
hinsichtlich der Oberflächenstruktur zu erreichen. So können für die Unterschicht solche Materialien verwendet werden, die neben der guten Prozessierbarkeit im Hinblick auf die Oberflächenstruktur besondere chemische oder optische
Eigenschaften aufweisen.
Z.B. lässt sich über die Einstellung des Brechungsindexes und damit die Beeinflussung der brechungsindex- und
richtungsabhängigen Reflexion an den Grenzflächen des
SchichtStapels eine Anpassung an den Einbauort in der
Solarzelle und des mittels der Oberflächenstrukturierung erzielbaren Lichtpfades vornehmen. Wird bei frontseitiger Substratanordnung der Brechungsindex der transparenten
Unterschicht dem Brechungsindex des Substrats angepasst, so wird die Reflexion an der strukturierten Grenzfläche
zwischen diesen beiden Schichten erhöht. Wird der
Brechungsindex hingegen dem der Elektrodenschicht angepasst, so werden die Reflexion an der Glasoberfläche und die
Streuung an der strukturierten Grenzfläche zwischen Unter- und Elektrodenschicht verstärkt. Durch eine
Systemoptimierung kann ein Brechungsindex gefunden werden, der die Reflexionsverluste im SchichtStapel minimiert und ein effektives Light Trapping realisiert.
So weist einsprechend einer Ausgestaltung der Erfindung die Elektrodenschicht einen dispersiven, d.h.
wellenlängenabhängigen Brechungsindex auf. Beispielsweise kann der Brechungsindex im solaren Spektrum von den
Wellenlängen des blauen Lichts zu den Wellenlängen des
Infrarot hin abfallen.
Ein solcher dispersiver Brechungsindex ist über eine
Dotierung des Elektrodenmaterials, in vorteilhafter Weise während dessen Abscheidung, zur Einstellung der
Leitfähigkeit erzielbar. Mit zunehmender Leitfähigkeit steigt die Absorption durch die freien Ladungsträger im nahen Infrarot-Bereich. Dies hat eine Abnahme des
Brechungsindexes in diesem Wellenlängenbereich zur Folge. Für verschiedene Elektrodenmaterialien, z.B. für AZO
(aluminiumdotiertes Zinkoxid) , kann der Brechungsindex auch auf den Wertebereich von Glassubstraten eingestellt oder sogar kleiner werden.
Durch die Wahl der Dotierkonzentration kann entsprechend einer weiteren Ausführungsform der Erfindung gewählt werden, bei welcher Wellenlänge der Brechungsindex der
Elektrodenschicht mit dem der Unterschicht übereinstimmt. Damit ist es möglich, für diesen Wellenlängenbereich die Unterschicht optisch unwirksam zu machen und damit
Reflexionsverluste zu minimieren.
Die Einstellung besonderer chemischer Eigenschaften der Unterschicht gestattet zum einen eine bessere chemische Beständigkeit beider Schichten auf dem Substrat für die nachfolgenden Prozessschritte zur Herstellung einer
Solarzelle sowie für die Verwendung der Solarzelle. Zum anderen ist die Unterschicht als weitere Funktionsschicht konditionierbar, aufgrund ihrer dichten Struktur insbesondere als Barriereschicht. Denn im Gegensatz zu solchen Schichten, die mittels Kristallwachstum oder mittels Sputtern bei hohen Temperaturen abgeschieden sind und deren Dichte aufgrund der Abscheidung auf 70% bis 90% ihrer
Festkörperdichte reduziert ist, weisen die erfindungsgemäßen Schichten eine hohe erzielbare und einstellbare Dichte auf. Die Prozessparameter des Combustion-CVD-Verfahrens , welche zur Einstellung der Bildung der Nanocluster geeignet sind, sind aufgrund des direkten Zusammenhanges auch für die
Einstellung der Dichte der Unterschicht nutzbar.
In der Funktion als Barriereschicht vermindert die
Unterschicht Diffusionsvorgänge aus dem Substrat in die darauf abgeschiedenen Schichten, die unter
Temperatureinwirkung z.B. in der Prozessierung des
beschichteten Substrats oder während des Betriebs der
Solarzelle auftreten.
Das hierfür einsetzbare Material hängt hauptsächlich von dem verwendeten Substrat ab. Bei Glassubstraten z.B. sind insbesondere diffundierende Natriumionen aufzufangen. Als Barriereschichten kommen Schichten in Betracht, die aus einem Oxid, Nitrid, Oxinitrid eines Metalls, eines
Halbleiters oder einer Halbleiter-Legierung bestehen. Als Barriereschichten, die mit einer gewünschten nanoskaligen Rauheit reproduzierbar abscheidbar sind, haben sich für
Glassubstrate siliziumhaltige Oxid- oder Oxinitrid-Schichten mit unterschiedlicher Stöchiometrie erweisen, die auch
Beimengungen von Aluminium oder Titan aufweisen können. Auch stöchiometrische und unterstöchiometrische oxidische
Schichten von Aluminium oder Titan sind von Vorteil.
Auch für die Auswahl des Elektrodenmaterials stehen andere Optionen zur Verfügung, da keine Beschränkung mehr auf ätzbare Materialien erforderlich ist. Dies gestattet eine Optimierung des Materials der Elektrodenschicht insbesondere hinsichtlich der Beständigkeit der Elektrodenschicht, deren Leitfähigkeit und Dicke. Insbesondere die Verwendung von Elektrodenmaterial mit höherer chemischer Stabilität, d.h. geringerer Degradation während der Prozessierung der
Solarzelle sowie deren Lebensdauer ermöglicht eine
Reduzierung der erforderlichen Schichtdicke um bis zu 20%, was die konforme Abscheidung der Elektrodenschicht
unterstützt und eine deutliche Kostenreduktion bewirkt. Auch eine Optimierung des spezifischen Flächenwiderstands kann unabhängig von der Herstellung der zu erzeugenden
Oberflächenstruktur der Elektrodenschicht erfolgen, was auch bei dünnen Elektrodenschichten im Ergebnis zu einer
verbesserten elektrischen Leitfähigkeit der Elektroden führen kann.
Die Erfindung soll nachfolgend anhand eines
Ausführungsbeispieles näher erläutert werden. In der
zugehörigen Zeichnung zeigt Fig. 1 den Schichtaufbau einer Solarzelle mit einem
erfindungsgemäßen Substrat als Frontelektrode,
Fig. 2 den Schichtaufbau einer Solarzelle mit einem
erfindungsgemäßen Substrat als Rückelektrode,
Fig. 3 ein Diagramm zur Korrelation der erzielbaren RMS
Rauheit Rq in Abhängigkeit von der Schichtdicke d und
Fig. 4 ein Diagramm zur Darstellung des dispersiven
Verhaltens des Brechungsindex n und des
Extinktionskoeffizienten k im solaren
Wellenlängenbereich . Gemäß Fig. 1 umfasst der prinzipielle Schichtauf au einer Solarzelle von Richtung des Lichteinfalls 8 betrachtet, der durch Pfeile dargestellt ist, zunächst ein transparentes Substrat 1. Dieses besteht im Ausführungsbeispiel aus Glas, kann alternativ auch aus einem anderen Material, z.B. aus Kunststoff bestehen, dass auch flexibel sein kann. Auf dem Substrat 1 ist zunächst eine transparente Unterschicht 2 abgeschieden .
Die Abscheidung der Unterschicht 2 besteht im
Ausführungsbeispiel aus Siliziumoxid und erfolgt mit dem
Combustion-CVD Verfahren mittels atmosphärisch betriebenem Plasmabrenner .
Zur Beschichtung wird kohlenwasserstoffhaltiges
hochentzündliches und energiereiches Arbeitsgas gemischt mit dem Precursor einem Plasmabrenner zugeführt und dort zu einem Plasmastrahl gezündet. Im Plasmastrahl werden die Arbeitsgase zersetzt zur Bereitstellung von
Reaktionsprodukten, z.B. von Sauerstoff für die Oxidation, und der Precursor aktiviert und beschleunigt, so dass ein Strahl teilweise ionisierter Atome und Moleküle auf ein Substrat gerichtet ist und sich unter Bildung des
aufzubringenden Schichtmaterials eine Schicht auf dem
Substrat abscheidet. Im Ausführungsbeispiel erfolgt die Abscheidung von Siliziumoxid SiOx, wofür z.B.
Hexamethyldisiloxan (HMDSO) ein bekannter Precursor ist. Als Arbeitsgas dient ein Gemisch aus Propan und Methan.
Auf diese Weise wird unter stöchiometrischer oder
unterstöchiometrischer Oxidation eine dichte SiOx-Schicht abgeschieden, die ohne weitere Bearbeitung die gewünschte Rauheit aufweist. Bei einer Zufuhr eines Propan-Luft-
Gemischs von 50 1/min und einem Brennerabstand zum Substrat von 20 mm konnten bis zu einer HDMSO-Zugabe von ca. 2 ml/min Unterschichten mit stetig zunehmender Rauheit abgeschieden werden. Ab diesem Grenzwert war eine staubige Abscheidung festzustellen .
In Fig. 3 ist die erzielbare RMS-Rauheit Rq in Abhängigkeit von der Schichtdicke d (beides in nm) dargestellt.
Infolge der Prozessführung hat die Unterschicht 2 auf ihrer Oberfläche eine Struktur gebildet, mit einer Strukturgröße im bevorzugten Bereich bis 500 nm, wobei auch hier die RMS- Rauheit gemeint ist, die aufgrund ihrer Berechnung aus dem Mittel der Abweichungsquadrate geringere Werte aufweist als die tatsächlichen Höhendifferenzen der Strukturen, die so genannten Peak-to-Peak-Werte .
Die Unterschicht 2 kann alternativ für die Realisierung anderer oder weiterer Funktionen, z.B. optischer und
chemischer, auch zweilagig oder mit weiteren Teilschichten ausführbar sein, wobei die Teilschichten auch voneinander abweichende Materialien aufweisen können.
Der Brechungsindex und die Dispersion der Unterschicht 2 liegen im Ausführungsbeispiel im Bereich des Substrats 1, der für Floatglas bei ca. 1,5 liegt. Über die
Materialzusammensetzung der Unterschicht 2, bei der
Verwendung von Siliziumoxid, Siliziumoxinitrid und
Siliziumnitrid über die Sauerstoff- und Stickstoffanteile, lassen sich die gewünschten Brechungsindizes der
Unterschicht sehr gut einstellen. Für dielektrische
siliziumhaltige Unterschichten kann der Brechungsindex somit im Bereich von dem des Siliziumdioxids ab ca. 1,46 bis zu dem des Siliziumnitrids bei ca. 2,12 liegen.
Über der Unterschicht 2 ist eine Elektrodenschicht als Frontelektrode 3 aus einem transparenten, elektrisch
leitfähigen Material, allgemein als TCO-Schicht bezeichnet, abgeschieden. Die Abscheidung der Frontelektrode 3 erfolgt mittels Sputtern, z.B. von einem Zinkoxid-Target mit einer Aluminiumdotierung (AZO) unter Argon Atmosphäre. Die Dicke der AZO Schicht kann je nach den Anforderungen für die
Solarzelle im Bereich 300 nm bis 1000 nm liegen. Die
Frontelektrode 3 ist derart abgeschieden, dass sie alle Strukturen der Unterschicht 2 überdeckt und dabei eine durchgehend ungefähr einheitliche Dicke aufweist, so dass sie ebenfalls Oberflächenstrukturen im Bereich der
Oberflächenstrukturen der Unterschicht 2 aufweist.
In Fig. 4 sind die Brechungsindizes n (durchgezogene Linien) und die Extinktionskoeffizienten k (gestrichelte Linien) in Abhängigkeit von der Wellenlänge im Bereich des solaren Spektrums dargestellt. Die jeweils durch verschiedene
Symbole gekennzeichneten Kurvenverläufe stellen die Werte dar für die mittels Aluminiumdotierung erzielten
Ladungsträgerkonzentrationen von 2*10 cm3 (Quadrate) , 4*10
p n
cm3 (Kreise) und 6*10 cm3 (Dreiecke) . Aus dem mit
zunehmender Ladungsträgerkonzentration zunehmend dispersive Verhalten ist zu entnehmen, dass der Brechungsindex der AZO- Frontelektrode 3 auch den Wertebereich von Glas erreichen oder sogar kleiner werden kann.
Alternativ kann der Brechungsindex der Unterschicht 2 dem der Frontelektrode 3 angepasst werden, so dass bei
Elektrodenmaterialien aus Zinkoxid, das auch Anteile von Aluminium aufweisen kann, Werte im Bereich um 2,05 in
Abhängigkeit vom Beschichtungsverfahren und der
Materialzusammensetzung der Elektrodenschicht 3 einzustellen sind . Unmittelbar an die Frontelektrode 3 schließt sich die photoaktive Absorberschicht 4 an, die gleichfalls nur der Einfachheit halber als homogene Schicht dargestellt ist, jedoch mehrschichtig aufgebaut sein kann. Die
Absorberschicht 4 besteht aus amorphem oder polykristallinem Silizium. Alternativ sind auch andere Materialien, z.B. CIS oder CdTe möglich. Die Abscheidung erfolgt mittels eines geeigneten PVD oder CVD-Verfahrens , was auch mit einem
Kristallisationsprozess , z.B. mittels Laser oder
Temperaturbehandlung kombiniert sein kein. Die Oberfläche der Absorberschicht 4 weist ebenfalls eine
Oberflächenrauheit auf. An die raue Absorberschicht 4 grenzt eine weitere
transparente Elektrodenschicht, die Rückelektrode 5 an. Auch die Rückelektrode 5 besteht aus einer konformen und somit ebenfalls rauen TCO-Schicht. Rückseitig wird die Solarzelle gemäß Ausführungsbeispiel durch eine reflektierende
metallische, konform abgeschiedene Deckschicht 6 z.B. aus Silber oder Aluminium abgeschlossen. Alternativ kann die Deckschicht 6 auch aus einer weißen Reflektorschicht z.B. aus Farbe bestehen.
Das Light Trapping System wird im dargestellten
Ausführungsbeispiel durch die strukturierte Unterschicht 2 in Verbindung mit der konformen Frontelektrode 3 in
Verbindung mit den rauen Grenzflächen zwischen
Absorberschicht 4 und Rückelektrode 5 sowie Rückelektrode 5 und reflektierende Deckschicht 6 gebildet. Die rauen
Grenzflächen zwischen Absorberschicht 4, TCO-Schicht
Deckschicht 6 erzeugen eine Streuung des durch die
Absorberschicht 4 hindurch tretenden Lichts.
Die Solarzelle gemäß Fig. 2, bei der das Substrat 1 auf der dem Lichteinfall 8 abgewandten Rückseite angeordnet ist, weist einen vergleichbaren prinzipiellen Aufbau auf. Die gleichen Bestandteile werden insofern mit denselben
Bezugszeichen gekennzeichnet. Die Schichtenfolge wird nachfolgend wiederum in Richtung des einfallenden Lichts beschrieben, was sich spiegelbildlich zur Reihenfolge
Abscheidung auf dem Substrat 1 während der Herstellung des SchichtSystems verhält. Auf der Lichteinfallsseite ist das SchichtSystem der
Solarzelle mit einer Schutzschicht 7 abgedeckt, die
gleichzeitig mechanischen und chemischen Schutz bietet und als Entspiegelungsschicht ausgeführt sein kann. Sie besteht beispielsweise aus einer hochtransparenten
Siliziumnitridschicht. Aber auch andere transparente Oxide, Nitride oder Oxinitride von Metall, Halbleiter oder
Legierungen davon sind möglich. Die Abscheidung erfolgt mit einem geeigneten PVD-oder CVD-Verfahren .
Unter der Schutzschicht 7 folgt die Frontelektrode 3 aus einem TCO. Die Abscheidung erfolgt durch reaktives Sputtern. An die Frontelektrode 3 schließt sich wiederum die
Absorberschicht 4 an, wie oben zu Fig. 1 beschrieben. Die Absorberschicht 4 ist auch in diesem Ausführungsbeispiel mit einer rauen Oberfläche abgeschieden, so dass die nachfolgend abgeschiedene Frontelektrode 3 und Schutzschicht 7 aufgrund ihrer konformen Schichtdicke ebenfalls eine
Oberflächenstrukturierung aufweisen. An die Absorberschicht 4 schließt sich die Rückelektrode 5 aus einem transparenten TCO an. Alternativ kann die Rückelektrode 5 auch metallisch sein.
Die Rückelektrode 5 weist eine Oberflächenstruktur auf, die durch die unter der Rückelektrode 5 liegende,
oberflächenstrukturierte Unterschicht 2 und eine ungefähr gleichmäßige Schichtdicke der Rückelektrode 5 bestimmt ist. Die Herstellung der Oberflächenstruktur der Unterschicht 2 erfolgt wie oben zu Fig. 1 beschrieben, so dass insofern auf die obigen Darlegungen verwiesen wird. Die Unterschicht 2 ist im Ausführungsbeispiel ebenfalls transparent ausgeführt mit einem Brechungsindex im Bereich der TCO-Schicht. Die Unterschicht 2 ist im Ausführungsbeispiel als zweilagig ausgeführt, um eine optimale Barrierewirkung gegenüber dem Glassubstrat 1 zu erzielen. Sie besteht aus einer ersten dichten Siliziumoxid-Teilschicht 2.1 als Diffusionsbarriere mit etwa 100 nm Dicke und einer zweiten Siliziumdioxid- Teilschicht 2.2 mit einer Oberflächenrauheit von etwa 250 nm.
Das in Lichteinfallsrichtung betrachtet darunter folgende Substrat 1 muss nicht transparent sein. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist es ein absorbierendes Glas.
Alternativ sind auch andere Substrate möglich, z.B. ein reflektierendes Metall. Alternativ kann die Unterschicht 2 auch opak ausgebildet sein, wodurch es auf die Reflexions¬ oder Absorptionseigenschaften des Substrats 1 nicht mehr ankommt .
Bezugszeichenliste Substrat
Unterschicht
erste, zweite Teilschicht der Unterschicht Elektrodenschicht, Frontelektrode
Absorberschicht
Elektrodenschicht, Rückelektrode
Deckschicht
Schutzschicht
Lichteinfall

Claims

Patentansprüche
Substrat mit einer oberflächlich strukturierten cht für eine Solarzelle, umfassend: ein Substrat (1), auf welchem eine Unterschicht (2) abgeschieden ist, eine über der Unterschicht (2) angeordnete, elektrisch leitfähige Elektrodenschicht (3, 5) zur Verwendung als Flächenelektrode, wobei die Unterschicht (2) auf seiner dem Substrat (1) abgewandten Oberfläche eine nanoskalige
Oberflächenstruktur aufweist und die Elektrodenschicht (3, 5) konform, mit unabhängig von der
Oberflächenausrichtung gleichförmiger Dicke, auf der Unterschicht (2) abgeschieden ist und wobei die Unterschicht (2) eine Oberflächenstruktur aufweist, welche mittels eines Combustion-CVD- Verfahrens mit atmosphärisch betriebenem Plasmabrenner unter Bildung von Nanoclustern auf Strukturgrößen im Bereich von bis zu 500 nm, gemessen als RMS-Rauheit der Oberflächenstruktur, eingestellt ist.
2. Substrat nach Anspruch 1, wobei eine Elektrodenschicht mit einem dispersiven Brechungsindex abgeschieden ist, der im solaren Spektrum von den Wellenlängen des blauen Lichts zu den Wellenlängen des Infrarot hin abfällt.
3. Substrat nach Anspruch 2, wobei der Brechungsindex eine solche Dispersion aufweist, dass er bei einer
vordefinierten Wellenlänge des solaren Spektrums mit dem Brechungsindex der Unterschicht übereinstimmt.
4. Substrat nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Unterschicht (2) direkt auf dem Substrat (1), aus einem solchen Material und mit einer solchen Dichte abgeschieden ist, dass sie als Barriereschicht wirkt, welche
Diffusionsprozesse aus dem Substrat (1) in oder durch eine über der Barriereschicht folgende Schicht vermindert.
5. Substrat nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Elektrodenschicht (3, 5) aus einem Material mit einem spezifischen Widerstand im Bereich von 130 pOhm cm bis 1000 pOhm cm aufweist.
6. Substrat nach Anspruch 5, wobei die Elektrodenschicht (3, 5) aus einem Material mit einem spezifischen Widerstand im Bereich von 250 pOhm cm bis 600 pOhm cm aufweist.
7. Solarzelle mit einem Substrat (1) auf welchem ein SchichtStapel mit einer Frontelektrode (3), einer
Rückelektrode (5) und einer zwischen beiden Elektroden angeordneten Absorberschicht (4) abgeschieden ist, wobei die Solarzelle ein Substrat (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 6 aufweist.
8. Verfahren zur Herstellung eines beschichteten
Substrats für eine Solarzelle, welches eine oberflächlich strukturierte Elektrodenschicht aufweist, folgende
Verfahrensschritte umfassend:
— Abscheidung einer Unterschicht (2) auf dem Substrat, mittels eines Combustion-CVD-Verfahrens mit
atmosphärisch betriebenem Plasmabrenner, indem das Combustion-CVD-Verfahren mittels zumindest eines seiner einstellbaren Prozessparameter derart betrieben wird, dass in der Dampfphase Nanocluster mit
Clustergrößen im Bereich von bis zu 500 nm, gemessen als RMS-Rauheit der Oberflächenstruktur, gebildet und mit dem Schichtmaterial abgeschieden werden, so dass die Unterschicht auf seiner dem Substrat (1)
abgewandten Oberfläche eine solche nanoskalige
Oberflächenstruktur erhält,
— Abscheidung einer elektrisch leitfähigen
Elektrodenschicht (3, 5) über der Unterschicht (2), wobei die die Elektrodenschicht (3, 5) konform, mit unabhängig von der Oberflächenausrichtung
gleichförmiger Dicke, auf der Unterschicht (2)
abgeschieden wird.
9. Verfahren zur Herstellung eines beschichteten
Substrats nach Anspruch 8, wobei eine Elektrodenschicht mit einer Dotierung derart abgeschieden wird, dass die
Elektrodenschicht einen dispersiven Brechungsindex aufweist.
10. Verfahren zur Herstellung eines beschichteten
Substrats nach Anspruch 9, wobei der dispersive
Brechungsindex im solaren Spektrum von den Wellenlängen des blauen Lichts zu den Wellenlängen des Infrarot hin abfällt.
11. Verfahren zur Herstellung eines beschichteten Substrats nach Anspruch 9 oder 10, wobei die Dispersion des Brechungsindex mittels der Dotierung derart eingestellt wird, dass der Brechungsindex bei einer vordefinierten
Wellenlänge des solaren Spektrums mit dem Brechungsindex der Unterschicht übereinstimmt.
12. Verfahren zur Herstellung eines beschichteten
Substrats nach einem der Ansprüche 8 bis 11, wobei die
Elektrodenschicht mittels Sputtern abgeschieden wird.
13. Verfahren zur Herstellung eines beschichteten
Substrats nach einem der Ansprüche 8 bis 12, wobei eine solche Unterschicht abgeschieden wird, deren Material als Barriereschicht gegenüber Diffusionsprozessen aus dem
Substrat (1) in oder aus einer über der Barriereschicht folgende Schicht vermindert wird und/oder wobei das
Combustion-CVD-Verfahren mittels zumindest eines seiner einstellbaren Prozessparameter derart betrieben wird, dass eine für die Barriereeigenschaft geeignete Dichte der
Unterschicht erzeugt wird.
14. Verfahren zur Herstellung eines beschichteten
Substrats nach einem der Ansprüche 8 bis 13, wobei die
Bildung der Nanocluster und/oder die Dichte der Unterschicht mittels zumindest eines der Prozessparameter Abstand des Plasmabrenners zum Substrat, Menge des zugeführten
Precursors, Prozessdruck oder Aufenthaltsdauer des
Substrats im Plasma variiert wird.
15. Verfahren zur Herstellung eines SchichtStapels einer Solarzelle, indem auf einem Substrat (1) eine
Elektrodenschicht als Frontelektrode (3), eine
Elektrodenschicht als Rückelektrode (5) und eine zwischen beiden Elektrodenschichten angeordneten Absorberschicht (4) abgeschieden wird, wobei auf dem Substrat (1) eine Unterschicht und eine der Elektrodenschichten mit Oberflächenstruktur nach einem der Ansprüche 8 bis abgeschieden wird.
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