WO2011161038A1 - Verfahren zur erhöhung der transluzenz eines substrats - Google Patents

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Arnd Schimanski
Andreas Heft
Thomas Struppert
Uwe Gitter
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Definitions

  • the invention relates to a method for increasing the translucency of a substrate.
  • Photovoltaic modules in particular thin-film modules, comprise a photoactive layer which is arranged under a protective pane.
  • a transparent conductive oxide layer (TCO) is provided which serves as an electrode for the photoactive layer.
  • TCO transparent conductive oxide layer
  • One possibility is the structuring of the TCO layer.
  • the TCO layer is applied in a thickness of up to 1 ⁇ and then etched back by up to 50%.
  • a rough surface is created which scatters the light emerging from the protective pane and thus reduces the reflection.
  • the translucency of the protective screen increases, that is, the amount of light striking the photoactive layer.
  • TCO layers for photovoltaics are usually brought to the glass surfaces by sputtering in a vacuum.
  • the preparation of the layers must take place under optimal conditions, since both a maximum translucence and a maximum electrical conductivity are sought. Therefore, it is a costly and time-consuming step.
  • the etch rates are highly dependent on the deposition conditions of the layer and therefore vary considerably. The resulting incorrect etching is a major technical problem. From US 6,436,541 Bl is a two or more layers containing
  • Antistatic coating on a substrate known. Selected layers of the coating may have antistatic or electromagnetic properties.
  • the layer furthest from the substrate has a refractive index less than that of the underlying layer.
  • the surface of the layer is roughened to obtain a graded refractive index.
  • At least one electrically conductive layer applied by a flame pyrolysis method at least one electrically conductive layer applied by a flame pyrolysis method.
  • Antireflection coating which consists of a succession of thin layers of a dielectric material having alternately high and low refractive indices.
  • This sequence comprises a first layer with a refractive index n between 1.8 and 2.2 and a geometric thickness ei between 5 nm and 50 nm, a second layer with a refractive index n 2 between 1.35 and 1.65 and a geometric thickness e 2 between 5 nm and 50 nm , a third layer with a refractive index n 3 between 1.8 and 2.2 and a geometric thickness e 3 between 70 nm and 120 nm and a fourth layer with a refractive index n 4 between 1.35 and 1.65 and a geometric thickness e 4 of at least 80 nm.
  • a method for coating a substrate in which a plasma gas is generated from a working gas, wherein at least one precursor material is supplied to the working gas and / or the plasma jet and reacted in the plasma jet to the reaction at least a reaction product of at least one of the precursors is deposited on at least one surface of the substrate and / or on at least one layer disposed on the surface, wherein a dye is deposited in at least one of the layers.
  • a translucent solar cell which has a transparent substrate and a first translucent electrode, which is an anode.
  • a transparent active layer which is essentially a layer of organic material, is formed over the anode.
  • a second translucent electrode is formed on the active layer.
  • the second translucent electrode is the cathode.
  • the first translucent electrode is the cathode and the second translucent electrode is the anode.
  • the reflection prevention layer for a solar battery includes a low-dielectric constant layer formed of a material having a first dielectric constant, a high-density layer
  • Dielectric constant formed of a material having a second dielectric constant higher than the first dielectric constant, and a gradient layer disposed between the low-dielectric-constant layer and the high-dielectric-constant layer so as to have a dielectric constant from the first dielectric constant Dielectric constant to the second dielectric constant increases.
  • the invention has for its object to provide an improved method for increasing the translucency of a substrate.
  • a litter layer comprising either zinc oxide and aluminum and / or aluminum oxide is deposited on a light exit side of the substrate by means of chemical vapor deposition at atmospheric pressure using a flame or a plasma.
  • ZnO aluminum-doped zinc oxide
  • Silica for example, contains silica.
  • deposition from the flame Pyosil method
  • at least one precursor is fed to the flame and reacted in the flame.
  • At least one of the reaction products of the precursor is then deposited as a scattering layer on the light exit side of the substrate.
  • at least one precursor is supplied to the plasma or a working gas from which the plasma is generated and reacted in the plasma.
  • At least one of the reaction products of the precursor is then used as a litter layer on the
  • the deposited by the method according to the invention scattering layers have due to the chosen method of chemical vapor deposition, the desired rough surface structure and increase the
  • the litter layer itself has the properties of a transparent conductive oxide layer (TCO), so that it is used in direct contact with a photoactive layer of a photovoltaic module, in particular a thin-film module can be.
  • TCO transparent conductive oxide layer
  • Zinc and aluminum-containing precursors are used to produce the litter layer.
  • the subsequent TCO layer can be applied to the litter layer in relatively low thickness.
  • the TCO layer essentially forms the rough surface on its surface the litter layer after.
  • silicon-containing precursors are used, for example hexamethyldisiloxane (HMDSO).
  • the cost of the inventive method is considerably lower and thus cheaper, since only as much TCO as absolutely necessary must be applied. This reduces the manufacturing cost of the photovoltaic modules.
  • Atmospheric pressure plasma processes require much less technical effort, since a treatment of the surface to be coated in the
  • Vacuum is eliminated.
  • the particles form in the plasma stream.
  • the size of the agglomerates of these particles and thus essential properties of the coating can be adjusted inter alia by the distance of the plasma source from the surface.
  • the homogeneity of the deposited layers is comparable to that achieved by flame treatment, but the required energy input is much lower.
  • the process can be carried out even at slightly reduced atmospheric pressure.
  • Deposition under atmospheric conditions eliminates both the cost of vacuum generation and part of the energy cost.
  • the method is a comparatively simple and therefore inexpensive
  • Plant technology can be realized.
  • the patterning of the scattering layer takes place with the atmospheric pressure method during the deposition. This is not possible to the extent desired when using vacuum methods.
  • the scattering layer can be applied to any type of optical substrates, in particular transparent or translucent substrates, but also to opaque substrates in which light is to be scattered.
  • the method according to the invention allows the adaptation of the barrier properties, the scattering effect and the refractive index, so that the efficiency of the photovoltaic modules is improved.
  • the barrier effect prevents or impedes the diffusion of ions from the substrate or from the litter layer.
  • a substrate for example, glass or transparent
  • the barrier effect can prevent the diffusion of additives, so that embrittlement is prevented.
  • a further litter layer can be deposited on the silica-containing litter layer by means of a sol-gel method.
  • a precursor is dissolved in a solvent and admixed with a catalyst, for example an acid.
  • a catalyst for example an acid.
  • This sol is applied to the surface to be coated and dried, so that the crosslinking begins.
  • the resulting network is called a gel.
  • a temperature of the layer for example at a temperature of at least 150 ° C (preferably at least 300 ° C), take place, wherein the layer is completely crosslinked.
  • the layer thus produced is mechanically stable.
  • the litter layer produced by means of chemical vapor deposition offers a good adhesion base for the sol-gel litter layer.
  • the sol-gel litter layer can cause a further improvement of the scattering by a correspondingly rough surface structure.
  • a scattering layer having a thickness of about 200 nm can be deposited from the flame.
  • a sol-gel litter layer with a thickness of about 100 nm is deposited on this litter layer.
  • a transparent conductive oxide layer for use as an electrode in a photovoltaic module, in particular a thin-film module, can also be deposited on the sol-gel scattering layer.
  • a separation of the litter layer exclusively by means of the sol-gel method is also possible.
  • the transparent conductive oxide layer may be deposited by any method, but preferably by sputtering.
  • a scattering layer of silicon oxide can be deposited by means of a flame or plasma at atmospheric pressure.
  • a zinc oxide and aluminum-containing TCO layer is deposited by sputtering.
  • Sputtering is particularly suitable for deposition on large substrates. Since sputtering is carried out in a vacuum, a particularly good homogeneity of the deposited
  • nanoparticles are added to the precursor used in the deposition of one of the litter layers, which are used in the
  • Litter layer are deposited. In this way, the scatter can be further improved. Likewise, the conductivity can be improved by the nanoparticles.
  • the litter layer is deposited with a layer thickness of at least 200 nm. This allows a desired roughness of 40 nm to 60 nm.
  • the deposition of the litter layer is preferably carried out at a temperature of 20 ° C to 350 ° C.
  • the substrate is heated strongly.
  • An additional heating of the substrate for subsequent coating operations, such as the deposition of the TCO layer, is not required.
  • a process step can be omitted and the process can be accelerated.
  • the substrate processed by means of the method according to the invention is preferably used for producing a photovoltaic cell, in particular a thin-film photovoltaic cell, wherein a photoactive layer of the photovoltaic cell In contact with either the zinc oxide and aluminum-containing litter layer or with the transparent conductive oxide layer is arranged.
  • a band burner with a width of 1.30 m was propane (20 1 / min to 200 l / min, preferably 20 l / min to 100 l / min) as fuel gas and air (500 1 / min to 1500 1 min, preferably 500 1 / min to 1000 1 / min) supplied in a mixture.
  • This fuel gas-air mixture was a liquid precursor mixture consisting of HMDSO (hexamethyldisiloxane) and a
  • the substrate was baked at atmospheric pressure at a constant speed in the range of 10 mm / s to 100 mm / s, preferably 10 mm / s to 30 mm / s at a distance between 5 mm and 40 mm, preferably between 10 mm and 30 mm below Burner with a downwardly directed flame a total of four times, wherein at the beginning of the coating process, the temperature of the glass substrates of the ambient temperature of about 25 ° C corresponded.
  • a scattering layer deposited in this way contains silicon oxide (SiO x ) and has a thickness of 324 nm and a roughness of 29 nm (Ra).
  • a slot burner width of 1.30 m was used to which the fuel gas-air precursor mixture was supplied in an analogous manner as the band burner.
  • the glass substrates were set at 10 mm / s to 100 mm / s, preferably 10 mm / s to 30 mm / s at a distance between 2 mm and 25 mm, preferably between 2 mm and 10 mm, a total of twenty times under the burner with one down driven by directed flame.
  • the scattering layer deposited in this way contains silicon oxide (SiO x ) and has a thickness of 370 nm and a roughness of 40 nm (R a ).
  • a transparent conductive layer can be applied in relatively small thickness.
  • silica-containing litter layer it is also possible to deposit a litter layer containing zinc oxide and aluminum, which at the same time has the properties of a TCO layer.
  • the deposition of the litter layer can be carried out by means of plasma-assisted chemical vapor deposition at atmospheric pressure.
  • the litter layer can also be applied to other types of substrates where light is to be scattered.
  • a substrate for example, glass or transparent plastics in question.
  • a further litter layer can be deposited on the silica-containing litter layer by means of a sol-gel method.
  • a transparent conductive oxide layer for use as an electrode in a photovoltaic module in particular a
  • Thin-film module to be deposited.
  • a separation of the litter layer exclusively by means of the sol-gel method is also possible.
  • the transparent conductive oxide layer may be deposited by any method, but preferably by sputtering.
  • the precursor used in the deposition of one of the litter layers may contain nanoparticles that are incorporated into the litter layer.
  • the substrate processed by means of the method according to the invention is preferably used for producing a photovoltaic cell, in particular a thin-film photovoltaic cell, wherein a photoactive layer of the photovoltaic cell is arranged in contact either with the zinc oxide and aluminum-containing scattering layer or with the transparent conductive oxide layer.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erhöhung der Transluzenz eines Substrats, bei dem auf der Lichtaustrittsseite mittels chemischer Gasphasenabscheidung bei Atmosphärendruck unter Verwendung einer Flamme oder eines Plasmas eine Streuschicht abgeschieden wird, die entweder Zinkoxid und Aluminium und/oder Aluminiumoxid, insbesondere aluminiumdotiertes Zinkoxid oder Siliziumoxid enthält.

Description

Verfahren zur Erhöhung der Transluzenz eines Substrats
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erhöhung der Transluzenz eines Substrats.
Photovoltaikmodule, insbesondere Dünnschichtmodule, umfassen eine photoaktive Schicht, die unter einer Schutzscheibe angeordnet ist. Auf der Lichtaustrittsseite der Schutzscheibe, also der photoaktiven Schicht zugewandt, ist eine transparente leitfähige Oxidschicht (TCO - transparent conductive oxide) vorgesehen, die der photoaktiven Schicht als Elektrode dient. Für einen hohen Wirkungsgrad des Photo- voltaikmoduls soll möglichst viel Licht in die photoaktive Schicht eingekoppelt werden. Dies kann beispielsweise erreicht werden, indem die Streuung auf der Lichtaustrittsseite erhöht wird, so dass weniger Licht reflektiert wird. Die Erhöhung der Streuung kann beispielsweise durch Ätzen, Strahlen oder Beschichten erreicht werden. Eine Möglichkeit ist die Strukturierung der TCO-Schicht. Hierzu wird die TCO-Schicht in einer Stärke von bis zu 1 μιη aufgebracht und anschließend um bis zu 50 % wieder zurückgeätzt. Dadurch entsteht, abhängig von der Kristallstruktur der TCO-Schicht, eine raue Oberfläche, die das aus der Schutzscheibe austretende Licht streut und somit die Reflexion vermindert. Infolgedessen erhöht sich die Transluzenz der Schutzscheibe, das heißt die Menge des auf die photoaktive Schicht auftreffenden Lichts.
TCO-Schichten für die Photovoltaik werden meist durch Sputtern im Vakuum auf die Glasoberflächen gebracht. Die Herstellung der Schichten muss unter optimalen Bedingungen stattfinden, da sowohl eine maximale Transluzenz als auch eine maximale elektrische Leitfähigkeit angestrebt werden. Daher handelt es sich um einen kosten- und zeitintensiven Arbeitsschritt. Die Ätzraten sind stark von den Abscheidebedingungen der Schicht abhängig und variieren daher beträchtlich. Daraus resultierende Fehlätzungen stellen ein großes technisches Problem dar. Aus der US 6,436,541 Bl ist eine zwei oder mehr Schichten enthaltende
antistatische Beschichtung auf einem Substrat bekannt. Ausgewählte Schichten der Beschichtung können antistatische oder elektromagnetische Eigenschaften haben. In einer Ausführungsform hat die am weitesten vom Substrat beabstandete Schicht einen Brechungsindex, der geringer als der der darunterliegenden Schicht ist. In einer anderen Ausführungsform ist die Oberfläche der Schicht angeraut um einen abgestuften Brechungsindex zu erhalten.
Aus der DE 10 2008 025 108 AI ist ein Verfahren zur Herstellung von nanoskaligen elektrisch leitfähigen Mehrschichtsystemen auf Oberflächen bekannt, wobei die beschichteten Oberflächen insbesondere zum Wärme- oder Sonnenschutz bzw. in Heizelementen zur Anwendung kommen. Dabei wird bei einem Verfahren zum Beschichten von Stubstraten mit einem elektrisch leitenden Schichtsystem
mindestens eine elektrisch leitende Schicht durch ein Flammenpyrolyse- Verfahren aufgebracht.
Aus der US 6,924,037 Bl ist ein transparentes Substrat mit einer
Antireflexionsbeschichtung bekannt, die aus einer Aufeinanderfolge von dünnen Schichten eines dielektrischen Materials besteht, die abwechselnd hohe und niedrige Brechungsindizee aufweisen. Diese Aufeinanderfolge beinhaltet eine erste Schicht mit einem Brechungsindex n zwischen 1.8 und 2.2 und einer geometrischen Dicke ei zwischen 5 nm und 50 nm, eine zweite Schicht mit einem Brechungsindex n2 zwischen 1.35 und 1.65 und einer geometrischen Dicke e2 zwischen 5 nm und 50 nm, eine dritte Schicht mit einem Brechungsindex n3 zwischen 1.8 und 2.2 und einer geometrischen Dicke e3 zwischen 70 nm und 120 nm und eine vierte Schicht mit einem Brechungsindex n4 zwischen 1.35 und 1.65 und einer geometrischen Dicke e4 von mindestens 80 nm.
Aus der DE 10 2008 033 941 AI ist ein Verfahren zum Beschichten eines Substrats bekannt, bei dem aus einem Arbeitsgas ein Plasmastrahl erzeugt wird, bei dem mindestens ein Precursormaterial dem Arbeitsgas und/oder dern Plasmastrahl zugeführt und im Plasmastrahl zur Reaktion gebracht wird und bei dem mindestens ein Reaktionsprodukt mindestens eines der Precursoren auf mindestens einer Oberfläche des Substrats und/oder auf mindestens einer auf der Oberfläche angeordneten Schicht abgeschieden wird, wobei in mindestens einer der Schichten ein Farbstoff abgeschieden wird.
Aus der US 2009/0229667 AI ist eine transluzente Solarzelle bekannt, die ein transparentes Substrat und eine erste transluzente Elektrode aufweist, die eine Anode ist. Eine transparente aktive Schicht, die im Wesentlichen eine Schicht aus organischem Material ist, ist über der Anode ausgebildet. Auf der aktiven Schicht ist eine zweite transluzente Elektrode gebildet. Die zweite transluzente Elektrode ist die Kathode. In einer Abwandlung ist die erste transluzente Elektrode die Kathode und die zweite transluzente Elektrode die Anode.
Aus der JP-2010 067 956 A ist eine Reflexionsverhinderungsschicht für eine Solarbatterie bekannt. Die Reflexionsverhinderungsschicht für eine Solarbatterie umfasst eine Schicht mit niedriger Dielektrizitätskonstante, die aus einem Material mit einer ersten Dielektrizitätskonstante gebildet ist, eine Schicht mit hoher
Dielektrizitätskonstante, die aus einem Material mit einer zweiten Dielektrizitätskonstante gebildet ist, die höher ist als die erste Dielektrizitätskonstante, und eine Gradientenschicht, die zwischen der Schicht mit der niedrigen Dielektrizitätskonstante und der Schicht mit der hohen Dielektrizitätskonstante so angeordnet ist, dass ihre Dielektrizitätskonstante von der ersten Dielektrizitätskonstante bis zur zweiten Dielektrizitätskonstante ansteigt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein verbessertes Verfahren zur Erhöhung der Transluzenz eines Substrats anzugeben.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche. Bei einem erfindungsgemäßen Verfahren zur Erhöhung der Transluzenz eines Substrats, insbesondere eines transluzenten oder transparenten Substrats, wird auf einer Lichtaustrittsseite des Substrats mittels chemischer Gasphasenabscheidung bei Atmosphärendruck unter Verwendung einer Flamme oder eines Plasmas eine Streuschicht abgeschieden, die entweder Zinkoxid und Aluminium und/oder Aluminiumoxid, insbesondere aluminiumdotiertes Zinkoxid (ZnO:Al) oder
Siliziumoxid, beispielsweise Siliziumdioxid enthält. Bei Abscheidung aus der Flamme (Pyrosil- Verfahren) wird mindestens ein Precursor der Flamme zugeführt und in der Flamme zur Reaktion gebracht. Mindestens eines der Reaktionsprodukte des Precursors wird dann als Streuschicht auf der Lichtaustrittsseite des Substrats abgeschieden. Bei Plasma unterstützter chemischer Gasphasenabscheidung wird mindestens ein Precursor dem Plasma oder einem Arbeitsgas, aus dem das Plasma erzeugt wird, zugeführt und im Plasma zur Reaktion gebracht. Mindestens eines der Reaktionsprodukte des Precursors wird dann als Streuschicht auf der
Lichtaustrittsseite des Substrats abgeschieden.
Die mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens abgeschiedenen Streuschichten weisen bedingt durch die gewählten Verfahren der chemischen Gasphasenabscheidung die gewünschte raue Oberflächenstruktur auf und erhöhen so den
Streulichtanteil.
Im Falle der Zinkoxid und Aluminium und/oder Aluminiumoxid enthaltenden Streuschicht (ZnO:Al) weist die Streuschicht selbst die Eigenschaften einer transparenten leitfähigen Oxidschicht (TCO) auf, so dass sie im direkten Kontakt mit einer photoaktiven Schicht eines Photovoltaikmoduls, insbesondere eines Dünnschichtmoduls, verwendet werden kann. Zur Erzeugung der Streuschicht werden Zink und Aluminium enthaltende Precursoren verwendet.
Im Falle der Siliziumoxid enthaltenden Streuschicht kann die nachfolgende TCO- Schicht in relativ geringer Stärke auf die Streuschicht aufgebracht werden. Die TCO-Schicht bildet an ihrer Oberfläche dabei im Wesentlichen die raue Oberfläche der Streuschicht nach. Zur Erzeugung der Streuschicht werden siliziumhaltige Precursoren verwendet, beispielsweise Hexamethyldisiloxan (HMDSO).
Gegenüber den bekannten Verfahren, bei denen ein großer Teil der aufgebrachten TCO-Schicht nasschemisch (Rückätzen) wieder entfernt werden muss, ist der Aufwand beim erfindungsgemäßen Verfahren erheblich geringer und damit kostengünstiger, da nur soviel TCO wie unbedingt erforderlich aufgebracht werden muss. Dies verringert die Herstellungskosten der Photovoltaikmodule.
Atmosphärendruckplasmaverfahren erfordern einen wesentlich geringeren technischen Aufwand, da eine Behandlung der zu beschichtenden Oberfläche im
Vakuum entfällt. Beim Atmosphärendruckplasmaverfahren bilden sich die Partikel im Plasmastrom. Die Größe der Agglomerate aus diesen Partikeln und somit wesentliche Eigenschaften der Beschichtung lassen sich unter anderem durch den Abstand der Plasmaquelle von der Oberfläche einstellen. Die Homogenität der abgeschiedenen Schichten ist mit den durch Beflammung erzielten vergleichbar, der erforderliche Energieeintrag ist jedoch wesentlich geringer. Alternativ kann das Verfahren auch bei leicht reduziertem Atmosphärendruck durchgeführt werden.
Durch die Abscheidung unter Atmosphärenbedingungen entfallen sowohl die Kosten für die Vakuumerzeugung als auch ein Teil der Energiekosten. Das Verfahren ist mit einer vergleichsweise einfachen und dementsprechend kostengünstigen
Anlagentechnik realisierbar.
Darüber hinaus erfolgt mit dem Atmosphärendruckverfahren bei der Abscheidung die Strukturierung der Streuschicht. Dies ist beim Einsatz von Vakuumverfahren nicht im gewünschten Ausmaß möglich.
Die Streuschicht kann auf jeder Art optischer Substrate, insbesondere transparenter oder transluzenter Substrate, jedoch auch auf opake Substrate aufgebracht werden, bei denen Licht gestreut werden soll. Das erfindungsgemäße Verfahren erlaubt die Anpassung der Barriereeigenschaften, der Streuwirkung und des Brechungsindexes, so dass die Effizienz der Photovoltaikmodule verbessert wird. Die Barrierewirkung verhindert oder erschwert die Diffusion von Ionen aus dem Substrat oder aus der Streuschicht. Als Substrat kommen beispielsweise Glas oder transparente
Kunststoffe in Frage. Bei transparenten Kunststoffen kann die Barrierewirkung die Diffusion von Additiven verhindern, so dass einer Versprödung vorgebeugt wird.
In einer Ausführungsform der Erfindung kann auf der Siliziumoxid enthaltenden Streuschicht eine weitere Streuschicht mittels eines Sol-Gel- Verfahrens abgeschieden werden.
Bei der Sol-Gel-Beschichtung wird ein Precursor in einem Lösungsmittel gelöst und mit einem Katalysator, beispielsweise einer Säure, versetzt. Dieses Sol wird auf die zu beschichtende Oberfläche aufgebracht und getrocknet, so dass die Vernetzung beginnt. Das resultierende Netzwerk wird als Gel bezeichnet. Nach der Trocknung kann eine Temperierung der Schicht, beispielsweise bei einer Temperatur von mindestens 150 °C (vorzugsweise mindestens 300 °C), erfolgen, wobei die Schicht vollständig vernetzt. Die so hergestellte Schicht ist mechanisch stabil.
Die mittels der chemischen Gasphasenabscheidung erzeugte Streuschicht bietet durch ihre raue Oberfläche und ihre Oberflächenzusammensetzung mit einer hohen Dichte an OH-Gruppen eine gute Haftgrundlage für die Sol-Gel-Streuschicht. Die Sol-Gel-Streuschicht kann durch eine entsprechend raue Oberflächenstruktur eine weitere Verbesserung der Streuung bewirken. Beispielsweise kann in einem ersten Schritt eine Streuschicht mit einer Stärke von etwa 200 nm aus der Flamme abgeschieden werden. Anschließend wird auf dieser Streuschicht eine Sol-Gel- Streuschicht mit einer Stärke von etwa 100 nm abgeschieden.
Auch auf der Sol-Gel-Streuschicht kann eine transparente leitfähige Oxidschicht zur Verwendung als Elektrode in einem Photovoltaikmodul, insbesondere einem Dünnschichtmodul, abgeschieden werden. Eine Abscheidung der Streuschicht ausschließlich mittels des Sol-Gel- Verfahrens ist ebenfalls möglich.
Die transparente leitfähige Oxidschicht kann mittels eines beliebigen Verfahrens, vorzugsweise jedoch mittels Sputtern, abgeschieden werden. Beispielsweise kann zunächst eine Streuschicht aus Siliziumoxid mittels Flamme oder Plasma bei Atmosphärendruck abgeschieden werden. Anschließend wird eine Zinkoxid und Aluminium enthaltende TCO-Schicht mittels Sputtern abgeschieden. Sputtern ist besonders geeignet zur Abscheidung auf großen Substraten. Da Sputtern im Vakuum durchgeführt wird, ist eine besonders gute Homogenität der abgeschiedenen
Schichten erzielbar.
In einer bevorzugten Ausführungsform werden dem bei der Abscheidung einer der Streuschichten verwendeten Precursor Nanopartikel zugesetzt, die in der
Streuschicht abgeschieden werden. Auf diese Weise kann die Streuung zusätzlich verbessert werden. Ebenso kann die Leitfähigkeit durch die Nanopartikel verbessert werden.
Erfindungsgemäß wird die Streuschicht mit einer Schichtdicke von mindestens 200 nm abgeschieden. Dies ermöglicht eine gewünschte Rauheit von 40 nm bis 60 nm.
Die Abscheidung der Streuschicht erfolgt bevorzugt bei einer Temperatur von 20°C bis 350°C. Bei einer Abscheidung der Streuschicht aus der Flamme wird das Substrat stark erhitzt. Eine zusätzliche Erwärmung des Substrats für nachfolgende Beschichtungsvorgänge, beispielsweise die Abscheidung der TCO-Schicht, ist so nicht erforderlich. Somit kann ein Prozessschritt entfallen und das Verfahren beschleunigt werden.
Das mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens bearbeitete Substrat wird bevorzugt zur Herstellung einer Photovoltaikzelle, insbesondere einer Dünnschicht- Photovoltaikzelle, verwendet, wobei eine photoaktive Schicht der Photovoltaikzelle im Kontakt entweder mit der Zinkoxid und Aluminium enthaltenden Streuschicht oder mit der transparenten leitfähigen Oxidschicht angeordnet wird.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im Folgenden näher erläutert.
Als Substrat wurde eine Floatglasscheibe üblicher Stärke bereitgestellt und gereinigt. Anschließend erfolgte eine Beflammung einer Lichtaustrittsseite des Substrats mit folgenden Parametern: Einem Bandbrenner mit einer Breite von 1,30 m wurden Propan (20 1/min bis 200 1/min, vorzugsweise 20 1/min bis 100 1/min) als Brenngas und Luft (500 1/min bis 1500 1 min, vorzugsweise 500 1/min bis 1000 1/min) in einem Gemisch zugeführt. Diesem Brenngas-Luft-Gemisch wurde ein flüssiges Precursorgemisch, bestehend aus HMDSO (Hexamethyldisiloxan) und einem
Lösungsmittel in einem Volumenverhältnis im Bereich von 10:90 bis 90:10, vorzugsweise 20:80 bis 50:50 mit einer Flussleistung im Bereich von 1 ml/min bis 10 ml/min über eine Düse zugeführt. Dabei wurden alle Bestandteile homogen vermischt und gelangten gasförmig in den Brenner und damit in die Flamme.
Das Substrat wurde bei Atmosphärendruck mit einer Konstantgeschwindigkeit im Bereich von 10 mm/s bis 100 mm/s, vorzugsweise 10 mm/s bis 30 mm/s in einem Abstand zwischen 5 mm und 40 mm, vorzugsweise zwischen 10 mm und 30 mm unter dem Brenner mit einer nach unten gerichteten Flamme insgesamt viermal hindurchbewegt, wobei zu Beginn des Beschichtungsprozesses die Temperatur der Glassubstrate der Umgebungstemperatur von etwa 25°C entsprach.
Eine auf diese Weise abgeschiedene Streuschicht enthält Siliziumoxid (SiOx) und weist eine Dicke von 324 nm und eine Rauigkeit von 29 nm (Ra) auf.
In einem weiteren Ausführungsbeispiel wurde ein Schlitzbrenner der Breite 1,30 m verwendet, dem in analoger Weise wie dem Bandbrenner das Brenngas-Luft- Precursor-Gemisch zugeführt wurde. Es wurden 3 1/min bis 100 1/min, vorzugsweise 3 1/min bis 30 1/min Propan und 100 1/min bis 500 1/min, vorzugsweise 200 1/min bis 300 1/min Luft sowie 0,1 ml/min bis 1,0 ml/min des Precursorgemischs (HMDSO und ein Lösungsmittel im Volumenverhältnis 10:90 bis 90: 10, vorzugsweise 20:80 bis 50:50) verwendet. Die Glassubstrate wurden mit 10 mm/s bis 100 mm/s, vorzugsweise 10 mm/s bis 30 mm/s in einem Abstand zwischen 2 mm und 25 mm, vorzugsweise zwischen 2 mm und 10 mm insgesamt zwanzigmal unter dem Brenner mit einer nach unten gerichteten Flamme hindurchgefahren. Zu Beginn des
Beschichtungsprozesses entsprach die Temperatur der Glassubstrate der
Umgebungstemperatur von etwa 25°C.
Die auf diese Weise abgeschiedene Streuschicht enthält Siliziumoxid (SiOx) und weist eine Dicke von 370 nm und eine Rauigkeit von 40 nm (Ra) auf.
Auf der Siliziumoxid enthaltenden Streuschicht kann eine transparente leitfähige Schicht in relativ geringer Stärke aufgebracht werden.
Statt der Siliziumoxid enthaltenden Streuschicht kann auch eine Zinkoxid und Aluminium enthaltende Streuschicht abgeschieden werden, die gleichzeitig die Eigenschaften einer TCO-Schicht aufweist.
Alternativ zur Beflammung kann die Abscheidung der Streuschicht mittels Plasma unterstützter chemischer Gasphasenabscheidung bei Atmosphärendruck erfolgen.
Die Streuschicht kann auch auf andere Arten von Substraten aufgebracht werden, bei denen Licht gestreut werden soll. Als Substrat kommen beispielsweise Glas oder transparente Kunststoffe in Frage.
In einer Ausführungsform der Erfindung kann auf der Siliziumoxid enthaltenden Streuschicht eine weitere Streuschicht mittels eines Sol-Gel- Verfahrens abgeschieden werden.
Auch auf der Sol-Gel-Streuschicht kann eine transparente leitfähige Oxidschicht zur Verwendung als Elektrode in einem Photovoltaikmodul, insbesondere einem
Dünnschichtmodul, abgeschieden werden. Eine Abscheidung der Streuschicht ausschließlich mittels des Sol-Gel- Verfahrens ist ebenfalls möglich.
Die transparente leitfähige Oxidschicht kann mittels eines beliebigen Verfahrens, vorzugsweise jedoch mittels Sputtern, abgeschieden werden.
Der bei der Abscheidung einer der Streuschichten verwendete Precursor kann Na- nopartikel enthalten, die in die Streuschicht eingebunden werden.
Das mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens bearbeitete Substrat wird bevorzugt zur Herstellung einer Photovoltaikzelle, insbesondere einer Dünnschicht- Photovoltaikzelle verwendet, wobei eine photoaktive Schicht der Photovoltaikzelle im Kontakt entweder mit der Zinkoxid und Aluminium enthaltenden Streuschicht oder mit der transparenten leitfähigen Oxidschicht angeordnet wird.

Claims

P A T E N T A N S P R Ü C H E
1. Verfahren zur Erhöhung der Transluzenz eines Substrats, bei dem auf einer Lichtaustrittsseite des Substrats mittels chemischer Gasphasenabscheidung unter Verwendung einer Flamme oder eines Plasmas eine Streuschicht abgeschieden wird, die entweder aluminiumdotiertes Zinkoxid oder Siliziumoxid enthält, dadurch gekennzeichnet, dass die Streuschicht mit einer Schichtdicke von mindestens 200 nm bei Atmosphärendruck abgeschieden wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass auf der Siliziumoxid enthaltenden Streuschicht eine weitere Streuschicht mittels eines Sol-Gel- Verfahrens abgeschieden wird.
3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass auf der Siliziumoxid enthaltenden Streuschicht oder auf der mittels des Sol-Gel- Verfahrens abgeschiedenen Streuschicht in einem weiteren Schritt eine transparente leitfähige Oxidschicht abgeschieden wird.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die transparente
leitfähige Oxidschicht mittels Sputtern abgeschieden wird.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass einem bei der Abscheidung einer der Streuschichten verwendeten Precursor Nanopartikel zugesetzt werden, die in der Streuschicht abgeschieden werden.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Abscheidung der Streuschicht aus der Flamme oder dem Plasma bei einer Temperatur von 20°C bis 350°C erfolgt.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die mittels des Sol-Gel-Verfahrens abgeschiedene Schicht bei mindestens 150°C getempert wird.
8. Verfahren zur Herstellung einer Photovoltaikzelle, wobei ein Substrat mittels des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 7 bearbeitet wird, dadurch gekennzeichnet, dass eine photoaktive Schicht der Photovoltaikzelle im Kontakt entweder mit der aluminiumdotiertes Zinkoxid enthaltenden Streuschicht oder mit der transparenten leitfähigen Oxidschicht angeordnet wird.
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