WO2012130231A2 - Method for producing a solar cell, and solar cell - Google Patents

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WO2012130231A2
WO2012130231A2 PCT/DE2012/100084 DE2012100084W WO2012130231A2 WO 2012130231 A2 WO2012130231 A2 WO 2012130231A2 DE 2012100084 W DE2012100084 W DE 2012100084W WO 2012130231 A2 WO2012130231 A2 WO 2012130231A2
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solar cell
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Harald Bloess
Andreas Heidelberg
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    • 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
    • H01L31/06—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 characterised by potential barriers
    • H01L31/075—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 characterised by potential barriers the potential barriers being only of the PIN type, e.g. amorphous silicon PIN solar cells
    • H01L31/076—Multiple junction or tandem solar cells
    • 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
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    • Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy
    • Y02E10/548—Amorphous silicon PV cells

Definitions

  • the invention relates to a method for producing a solar cell according to the preamble of patent claim 1 and a solar cell according to the preamble of patent claim 11.
  • Solar cells such as silicon solar cells, generally have the layer sequence p-i-n, i. a p-type or p-type layer, an intrinsic or i-type layer and an n-type or n-type layer, wherein an electric field is generated over the entire i-layer.
  • solar cells are used for example in photovoltaic systems.
  • CVD chemical vapor deposition
  • PECVD plasma enhanced chemical vapor deposition
  • the layers are hereby produced by the decomposition of silicon-containing gases in a plasma.
  • doped p and n layers are deposited, namely the p layers through which the light falls into the i layers, for example by adding boron or indium, in particular by admixing diborane or trimethylboron Deposition gas and the n-layers by adding phosphorus, for example, by adding phosphine to the deposition gas.
  • the production of solar cells takes place here in a single or IVIehrhuntrea, wherein the single-chamber process has proven to be particularly suitable for cost-effective production.
  • the deposition of all layers of the solar cell with the layer sequence pin takes place one after the other in a chamber, without this being cleaned between the deposition of the layers.
  • the deposition of the individual layers can be carried out without interrupting the plasma.
  • stacked solar cells which consist of sub-cells, each having a pin layer sequence, the electric field can be further increased.
  • Such a stacked solar cell accordingly has a pin-pin layer sequence.
  • Stack or multi-solar cells are stacked solar cells whose layers are tuned to different wavelength ranges of light.
  • first semiconductor large band gap with absorption in the blue region
  • second semiconductor small band gap with absorption in the red region
  • a disadvantage of such a manufacturing method and correspondingly manufactured solar cells is that it can lead to contamination of the coating chamber and thereby to contamination of subsequent layers.
  • contamination of the chamber may occur for p-layer deposition with phosphorus, in which case the p-layer of the second sub-cell with phosphorus of the n-layer following on an n-layer, for example doped with phosphorus, of the first partial cell contaminated.
  • the contamination in the transition p-layer to i-layer is not uncommon, because this can lead to corresponding contamination of the i-layer by boron.
  • the quality of a solar cell is essentially determined by the quality of the individual layers, so that it is necessary to minimize the defects.
  • Another disadvantage is that the mechanical connection between the layers and / or sub-cells often does not meet the high demands on the quality of the connection.
  • the invention has for its object to provide a way, whereby in the production of a solar cell contamination of subsequent layers with minimal manufacturing effort and low production costs prevented or at least largely minimized. Furthermore, the invention has for its object to provide a solar cell, which does not have the disadvantages of the prior art.
  • This object is achieved by a method for producing a solar cell with the feature combination of claim 1 and by a solar cell having the features according to claim 1 1.
  • At least one impurity is applied between at least two layers of the layer structure in the following production steps preventing intermediate layer. Due to the
  • Interlayer formation in particular prevents or at least substantially minimizes contamination of the coating chamber. As a result, contamination of subsequent layers is prevented or at least minimized.
  • the quality of the individual layers and thus of the overall system is thereby significantly improved with minimal production engineering effort and low production costs. It is also advantageous that the mechanical connection between the layers is improved due to the intermediate layer, so that the solar cell produced according to the invention meets high demands on the connection quality.
  • a possible intermediate layer is, for example, an i-Si, since no contamination by dopants can take place here.
  • a thin inter-i layer is still deposited in the p-chamber, which may then be sputtered upon ignition of the plasma in the i-chamber, but due to its i-character does not trap the chamber like a p Layer contaminated, so that contamination of the deposited i-layer is prevented.
  • the solar cells are each formed with a p-type layer, an intrinsic i-type layer and an n-type layer, preferably doped with phosphorus, the at least one intermediate layer being applied after at least one of the layers.
  • at least one intermediate layer is applied between successive layers.
  • a method for producing a stacked photovoltaic solar cell, such as a tandem solar cell, comprising at least two photoactive sub-cells preferably uses at least the following steps: producing a first photoactive subcell, applying at least one non-photoactive intermediate layer to the first photoactive subcell and producing at least one second photoactive subcell on the interlayer.
  • the sub-cells of the stacked solar cell are each formed with a p-type layer, an intrinsic i-type layer and an n-type layer, preferably doped with phosphorus.
  • the intermediate layer is preferably applied after the n-layer of the first subcell, so that a p-i-n-Z-p-i-n layer sequence is formed.
  • a subcell is formed in a variant of microcrystalline silicon ⁇ -Si and at least one sub-cell of amorphous silicon a-Si, wherein the intermediate layer is applied after the first subcell.
  • the intermediate layer is applied after the application of the microcrystalline silicon layer in the n-chamber, so that in the following p-chamber treatment in the p-layer deposition contamination of the p-chamber with phosphorus by means of the intermediate layer is prevented.
  • the interlayer structure preferably takes place after the microcrystalline silicon deposition. As a result, subsequent layers of further sub-cells are not or only minimally contaminated with phosphorus.
  • the sub-cells are formed of amorphous silicon a-Si, preferably as a-Si / a-Si tandem coating.
  • the intermediate layer is preferably applied after the first part cell.
  • the layer structure can be carried out economically in a common coating chamber, since the intermediate layer essentially prevents contamination of the following layers. Of course, however, the coating in several chambers is also possible.
  • the layers are preferably monolithically stacked, so that a compact, high-strength composite is formed.
  • At least one layer of the solar cell is deposited by means of a PECVD process (plasma enhanced chemical vapor deposition).
  • a solar cell according to the invention has a multilayer structure, wherein between at least two layers of the layer structure at least one impurity is arranged in the following production steps preventing intermediate layer. Due to the intermediate layer contamination of the coating chamber is prevented or at least substantially minimized. As a result, contamination of subsequent layers is prevented or at least minimized.
  • a solar cell according to the invention designed as a stacked solar cell, for example a tandem solar cell, has at least two photoactive sub-cells.
  • at least one non-photoactive intermediate layer is arranged between the sub-cells.
  • the intermediate layer prevents or minimizes one Contamination and also increases the adhesion of the sub-cells to each other. As a result, the mechanical durability of the stacked solar cell is improved.
  • the solar cell according to the invention can be advantageously designed, in particular frameless, as a glass / glass laminate in thin-film technology.
  • Suitable materials are in particular the so-called III-V semiconductors, compounds of elements of III. Group of the periodic table such. Aluminum, gallium and indium, and elements of the V group such as phosphorus, arsenic or antimony.
  • FIGURE shows a sectional view of a solar cell according to the invention, designed as a stacked solar cell 1.
  • the solar cell shown schematically is formed in the illustrated embodiment as a tandem solar cell 1 in thin-film technology and has two photoactive sub-cells 2, 4, wherein between the sub-cells 2, 4, an intermediate layer Z is arranged.
  • the contacting of the solar cell takes place by means of a light incidence L facing transparent upper electrode E1 and a lower rear side electrode E2.
  • the intermediate layer Z prevents or minimizes contamination of the coating chamber during manufacture, so that contamination of subsequent layers is also prevented or at least minimized.
  • the upper subcell 2 has, viewed from top to bottom, a p-type layer p1, an intrinsic i-type layer i1 and a phosphorus-doped n-type layer n1.
  • the lower subcell 4 has - viewed from top to bottom - a p-layer p2, an intrinsic i-layer i2 and a phosphorus-doped n-layer n2.
  • the intermediate layer Z is applied after the n-layer n1 of the first subcell 2, so that a p1 -i1-n1 -Z-p2-i2-n2 layer sequence is formed.
  • the upper part cell 2 is of microcrystalline silicon ⁇ -Si and the lower part cell 4 formed of amorphous silicon a-Si.
  • the solar cell according to the invention is not limited to the exemplified embodiment as a stacked solar cell, but the solar cell may have a multi-layered structure, wherein between at least two layers of the layer structure at least one impurity is applied in subsequent production steps preventing intermediate layer.
  • this can be formed as a triple cell with three sub-cells or multi-cell with more than three sub-cells.
  • an intermediate layer is provided between each subcell.
  • a method for producing a solar cell with a multilayer structure wherein between at least two layers of the layer structure at least one impurity in subsequent production steps preventing intermediate layer Z is applied. Further disclosed is a solar cell having a multilayer structure and at least one intermediate layer Z. LIST OF REFERENCE NUMBERS

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Abstract

The invention relates to a method for producing a solar cell having a multilayer structure, wherein at least one intermediate layer Z which prevents contaminations during subsequent production steps is provided between at least two layers of the layer structure. The invention further relates to a solar cell having a multilayer structure and at least one intermediate layer Z.

Description

Verfahren zur Herstellung einer Solarzelle und Solarzelle  Process for producing a solar cell and solar cell
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Solarzelle nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 und eine Solarzelle gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 1 . The invention relates to a method for producing a solar cell according to the preamble of patent claim 1 and a solar cell according to the preamble of patent claim 11.
Solarzellen, wie beispielsweise Silizium-Solarzellen, weisen im Allgemeinen die Schichtfolge p-i-n, d.h. eine p-leitende oder p-Schicht, eine intrinsische oder i-Schicht und eine n-leitende oder n-Schicht auf, wobei über die gesamte i-Schicht ein elektrisches Feld erzeugt wird. Derartige Solarzellen werden beispielsweise bei Photovoltaikanlagen verwendet. Solar cells, such as silicon solar cells, generally have the layer sequence p-i-n, i. a p-type or p-type layer, an intrinsic or i-type layer and an n-type or n-type layer, wherein an electric field is generated over the entire i-layer. Such solar cells are used for example in photovoltaic systems.
Zur Herstellung derartiger Solarzellen wird häufig eine chemische Dampfabscheidung ("Chemcial Vapor Deposition" oder CVD) verwendet, insbesondere das Plasma unterstützte PECVD-Verfahren (Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition). Die Schichten werden hierbei durch das Zerlegen von Silizium enthaltenden Gasen in einem Plasma hergestellt. Neben den undotierten i- Schichten werden dotierte p- und n-Schichten abgeschieden, und zwar die p- Schichten, durch die das Licht in die i-Schichten fällt, beispielsweise durch Zugabe von Bor oder Indium, insbesondere durch Beimengung von Diboran oder Trimethylbor zum Depositionsgas und die n-Schichten durch Zugabe von Phosphor, beispielsweise durch Beimengung von Phosphin zum Depositionsgas. For the production of such solar cells, chemical vapor deposition (CVD) is frequently used, in particular plasma enhanced chemical vapor deposition (PECVD). The layers are hereby produced by the decomposition of silicon-containing gases in a plasma. In addition to the undoped i layers, doped p and n layers are deposited, namely the p layers through which the light falls into the i layers, for example by adding boron or indium, in particular by admixing diborane or trimethylboron Deposition gas and the n-layers by adding phosphorus, for example, by adding phosphine to the deposition gas.
Die Herstellung der Solarzellen erfolgt hierbei in einem Ein- oder IVIehrkammerprozess, wobei sich der Einkammerprozess für eine kostengünstige Herstellung als besonders geeignet erwiesen hat. Bei diesem erfolgt im Gegensatz zum IVIehrkammerprozess die Abscheidung sämtlicher Schichten der Solarzelle mit der Schichtfolge p-i-n nacheinander in einer Kammer, ohne dass diese zwischen der Abscheidung der Schichten gereinigt wird. Dadurch kann bei einem PECVD- Verfahren die Abscheidung der einzelnen Schichten ohne Unterbrechung des Plasmas durchgeführt werden. Durch Stapelsolarzellen, die aus Teilzellen bestehen, die jeweils eine p-i-n- Schichtfolge aufweisen, kann das elektrische Feld weiter vergrößert werden. Eine derartige Stapelsolarzelle hat entsprechend eine p-i-n-p-i-n-Schichtfolge. Stapeloder Multisolarzellen sind übereinandergeschichtete Solarzellen deren Schichten auf unterschiedliche Wellenlängenbereiche des Lichtes abgestimmt sind. Aufgrund der verbreiterten spektralen Absorption der Stapelsolarzelle weisen diese einen besseren Wirkungsgrad auf als einfache Solarzellen. Wird beispielsweise für beide Halbzellen ein Halbleiter mit unterschiedlicher Bandlücke (erster Halbleiter: große Bandlücke mit einer Absorption im blauen Bereich, zweiter Halbleiter: kleine Bandlücke mit einer Absorption im roten Bereich) verwendet, so ergibt sich eine Gesamtabsorption der Zelle, die im Wesentlichen eine Überlagerung der Einzel- bzw. Halbzellen darstellt. Die Abscheidung sämtlicher Schichten der Stapelsolarzelle mit der Schichtfolge p-i-n-p-i-n erfolgt vorzugsweise nacheinander in einer Kammer, ohne dass diese zwischen der Abscheidung der Schichten gereinigt wird. The production of solar cells takes place here in a single or IVIehrkammerprozess, wherein the single-chamber process has proven to be particularly suitable for cost-effective production. In contrast to the IV chamber process, the deposition of all layers of the solar cell with the layer sequence pin takes place one after the other in a chamber, without this being cleaned between the deposition of the layers. As a result, in a PECVD process, the deposition of the individual layers can be carried out without interrupting the plasma. By stacked solar cells, which consist of sub-cells, each having a pin layer sequence, the electric field can be further increased. Such a stacked solar cell accordingly has a pin-pin layer sequence. Stack or multi-solar cells are stacked solar cells whose layers are tuned to different wavelength ranges of light. Due to the broadened spectral absorption of the stacked solar cell, these have better efficiency than simple solar cells. If, for example, a semiconductor with a different band gap (first semiconductor: large band gap with absorption in the blue region, second semiconductor: small band gap with absorption in the red region) is used for both half cells, this results in a total absorption of the cell, which essentially overlaps represents the single or half cells. The deposition of all layers of the stacked solar cell with the layer sequence pinpin is preferably carried out successively in a chamber, without this being cleaned between the deposition of the layers.
Nachteilig bei einem derartigen Herstellungsverfahren und entsprechend gefertigten Solarzellen ist, dass es zu einer Verunreinigung der Beschichtungskammer und dadurch zu einer Verunreinigung nachfolgender Schichten kommen kann. Bei der Herstellung von Stapelsolarzellen kann es insbesondere zu einer Verunreinigung der Kammer zur p-Schicht Abscheidung mit Phosphor kommen, wobei häufig die auf eine beispielsweise mit Phosphor dotierte n-Schicht der ersten Teilzelle folgende p- Schicht der zweiten Teilzelle mit Phosphor der n-Schicht kontaminiert wird. Auch ist die Kontamination beim Übergang p-Schicht zu i-Schicht nicht selten, denn hier kann es zu entsprechenden Verunreinigungen der i-Schicht durch Bor kommen. Die Qualität einer Solarzelle ist wesentlich von der Qualität der Einzelschichten bestimmt, so dass es notwendig ist, die Defekte zu minimieren. Weiterhin nachteilig ist, dass die mechanische Verbindung zwischen den Schichten und/oder Teilzellen vielfach den hohen Anforderungen an die Verbindungsqualität nicht genügt. A disadvantage of such a manufacturing method and correspondingly manufactured solar cells is that it can lead to contamination of the coating chamber and thereby to contamination of subsequent layers. In the production of stacked solar cells, in particular contamination of the chamber may occur for p-layer deposition with phosphorus, in which case the p-layer of the second sub-cell with phosphorus of the n-layer following on an n-layer, for example doped with phosphorus, of the first partial cell contaminated. Also, the contamination in the transition p-layer to i-layer is not uncommon, because this can lead to corresponding contamination of the i-layer by boron. The quality of a solar cell is essentially determined by the quality of the individual layers, so that it is necessary to minimize the defects. Another disadvantage is that the mechanical connection between the layers and / or sub-cells often does not meet the high demands on the quality of the connection.
Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Möglichkeit anzugeben, wodurch bei der Herstellung einer Solarzelle eine Kontamination nachfolgender Schichten bei minimalem fertigungstechnischen Aufwand und geringen Herstellkosten verhindert oder zumindest weitgehend minimiert ist. Ferner liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde eine Solarzelle anzugeben, die die Nachteile des Standes der Technik nicht aufweist. In contrast, the invention has for its object to provide a way, whereby in the production of a solar cell contamination of subsequent layers with minimal manufacturing effort and low production costs prevented or at least largely minimized. Furthermore, the invention has for its object to provide a solar cell, which does not have the disadvantages of the prior art.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren zur Herstellung einer Solarzelle mit der Merkmalskombination des Patentanspruchs 1 sowie durch eine Solarzelle mit den Merkmalen gemäß Patentanspruch 1 1 gelöst.  This object is achieved by a method for producing a solar cell with the feature combination of claim 1 and by a solar cell having the features according to claim 1 1.
Bei einem erfindungsgemäßen Verfahren zur Herstellung einer Solarzelle mit einem mehrschichtigen Aufbau, wird zwischen zumindest zwei Schichten des Schichtaufbaus mindestens eine Verunreinigung bei folgenden Herstellungsschritten verhindernde Zwischenschicht aufgebracht. Aufgrund derIn a method according to the invention for the production of a solar cell with a multilayer structure, at least one impurity is applied between at least two layers of the layer structure in the following production steps preventing intermediate layer. Due to the
Zwischenschichtausbildung wird insbesondere eine Verunreinigung der Beschichtungskammer verhindert oder zumindest wesentlich minimiert. Dadurch wird eine Verunreinigung nachfolgender Schichten verhindert oder zumindest minimiert. Die Qualität der Einzelschichten und somit des Gesamtsystems ist dadurch bei minimalem fertigungstechnischem Aufwand und geringen Herstellkosten wesentlich verbessert. Vorteilhaft ist ferner, dass die mechanische Verbindung zwischen den Schichten aufgrund der Zwischenschicht verbessert ist, so dass die erfindungsgemäß hergestellte Solarzelle hohen Anforderungen an die Verbindungsqualität genügt. Eine mögliche Zwischenschicht ist zum Beispiel ein i-Si, da hier keine Verschmutzung durch Dotanden stattfinden kann. Bei der p- Schichtabscheidung folgend, wird noch in der p-Kammer eine dünne Zwischen-i- Schicht abgeschieden, die dann beim Zünden des Plasmas in der i-Kammer eventuell angesputtert wird, aber aufgrund ihres i-Charakters nicht die Kammer wie eine p-Schicht verunreinigt, so dass eine Verschmutzung der abgeschiedenen i- Schicht verhindert wird. Interlayer formation in particular prevents or at least substantially minimizes contamination of the coating chamber. As a result, contamination of subsequent layers is prevented or at least minimized. The quality of the individual layers and thus of the overall system is thereby significantly improved with minimal production engineering effort and low production costs. It is also advantageous that the mechanical connection between the layers is improved due to the intermediate layer, so that the solar cell produced according to the invention meets high demands on the connection quality. A possible intermediate layer is, for example, an i-Si, since no contamination by dopants can take place here. Following the p-layer deposition, a thin inter-i layer is still deposited in the p-chamber, which may then be sputtered upon ignition of the plasma in the i-chamber, but due to its i-character does not trap the chamber like a p Layer contaminated, so that contamination of the deposited i-layer is prevented.
Gemäß einem besonders bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung werden die Solarzellen jeweils mit einer p-Schicht, einer intrinsische i-Schicht und einer, vorzugsweise mit Phosphor dotierten, n-Schicht ausgebildet, wobei nach zumindest einer der Schichten die zumindest eine Zwischenschicht aufgebracht wird. Vorzugsweise wird jeweils zumindest eine Zwischenschicht zwischen aufeinander folgenden Schichten aufgebracht. Ein Verfahren zur Herstellung einer photovoltaischen Stapelsolarzelle, wie beispielsweise einer Tandemsolarzelle, mit zumindest zwei photoaktiven Teilzellen, verwendet vorzugsweise zumindest die folgenden Schritte: Herstellen einer ersten photoaktiven Teilzelle, Aufbringen zumindest einer nicht photoaktiven Zwischenschicht auf die erste photoaktive Teilzelle und Herstellen zumindest einer zweiten photoaktiven Teilzelle auf der Zwischenschicht. Aufgrund der Zwischenschichtausbildung wird eine Verunreinigung der Beschichtungskammer, insbesondere der Kammer zur p-Schicht Abscheidung mit Phosphor verhindert oder zumindest wesentlich minimiert. Dadurch wird eine Verunreinigung nachfolgender Schichten verhindert oder zumindest minimiert, wobei insbesondere die auf eine beispielsweise mit Phosphor dotierte n-Schicht der ersten Teilzelle folgende p- Schicht der zweiten Teilzelle nicht mit Phosphor der n-Schicht kontaminiert wird. Vorteilhaft ist ferner, dass die mechanische Verbindung zwischen den Teilzellen aufgrund der Zwischenschicht verbessert ist, so dass die erfindungsgemäß hergestellte Stapelsolarzelle hohen Anforderungen an die Verbindungsqualität genügt. According to a particularly preferred embodiment of the invention, the solar cells are each formed with a p-type layer, an intrinsic i-type layer and an n-type layer, preferably doped with phosphorus, the at least one intermediate layer being applied after at least one of the layers. Preferably, in each case at least one intermediate layer is applied between successive layers. A method for producing a stacked photovoltaic solar cell, such as a tandem solar cell, comprising at least two photoactive sub-cells, preferably uses at least the following steps: producing a first photoactive subcell, applying at least one non-photoactive intermediate layer to the first photoactive subcell and producing at least one second photoactive subcell on the interlayer. Due to the interlayer formation, contamination of the coating chamber, in particular the p-layer deposition chamber, is prevented or at least substantially minimized. As a result, contamination of subsequent layers is prevented or at least minimized, wherein in particular the p-layer of the second partial cell following a, for example, phosphorus-doped n-layer of the first partial cell is not contaminated with phosphorus of the n-layer. It is also advantageous that the mechanical connection between the sub-cells is improved due to the intermediate layer, so that the stacked solar cell produced according to the invention satisfies high demands on the connection quality.
Gemäß einem besonders bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung werden die Teilzellen der Stapelsolarzelle jeweils mit einer p-Schicht, einer intrinsische i- Schicht und einer, vorzugsweise mit Phosphor dotierte, n-Schicht ausgebildet. Die Zwischenschicht wird hierbei vorzugsweise nach der n-Schicht der ersten Teilzelle aufgebracht, so dass eine p-i-n-Z-p-i-n-Schichtfolge entsteht. According to a particularly preferred embodiment of the invention, the sub-cells of the stacked solar cell are each formed with a p-type layer, an intrinsic i-type layer and an n-type layer, preferably doped with phosphorus. In this case, the intermediate layer is preferably applied after the n-layer of the first subcell, so that a p-i-n-Z-p-i-n layer sequence is formed.
Eine Teilzelle wird bei einer Ausführungsvariante aus mikrokristallinem Silizium μο-Si und mindestens eine Teilzelle aus amorphem Silizium a-Si ausgebildet, wobei die Zwischenschicht nach der ersten Teilzelle aufgebracht wird. Vorzugsweise wird die Zwischenschicht nach dem Aufbringen der mikrokristallinen Siliziumschicht in der n- Kammer aufgebracht, so dass in der folgenden p-Kammerbehandlung bei der p- Schichtabscheidung eine Kontamination der p-Kammer mit Phosphor mittels der Zwischenschicht verhindert ist. Vorzugsweise erfolgt der Zwischenschichtaufbau nach der mikrokristallinen Silizium Abscheidung. Dadurch werden anschließende Schichten weiterer Teilzellen nicht oder lediglich minimal mit Phosphor verunreinigt. A subcell is formed in a variant of microcrystalline silicon μο-Si and at least one sub-cell of amorphous silicon a-Si, wherein the intermediate layer is applied after the first subcell. Preferably, the intermediate layer is applied after the application of the microcrystalline silicon layer in the n-chamber, so that in the following p-chamber treatment in the p-layer deposition contamination of the p-chamber with phosphorus by means of the intermediate layer is prevented. The interlayer structure preferably takes place after the microcrystalline silicon deposition. As a result, subsequent layers of further sub-cells are not or only minimally contaminated with phosphorus.
Bei einem alternativen Ausführungsbeispiel der Erfindung werden die Teilzellen aus amorphem Silizium a-Si, vorzugsweise als a-Si/a-Si-Tandembeschichtung, ausgebildet. Die Zwischenschicht wird vorzugsweise nach der ersten Teilzelle aufgebracht. In an alternative embodiment of the invention, the sub-cells are formed of amorphous silicon a-Si, preferably as a-Si / a-Si tandem coating. The intermediate layer is preferably applied after the first part cell.
Aufgrund der Zwischenschicht kann der Schichtaufbau der verfahrensökonomisch in einer gemeinsamen Beschichtungskammer erfolgen, da die Zwischenschicht eine Verunreinigung folgender Schichten im Wesentlichen verhindert. Selbstverständlich ist jedoch die Beschichtung in mehreren Kammern ebenfalls möglich. Because of the intermediate layer, the layer structure can be carried out economically in a common coating chamber, since the intermediate layer essentially prevents contamination of the following layers. Of course, however, the coating in several chambers is also possible.
Die Schichten werden vorzugsweise monolithisch übereinander geschichtet, so dass ein kompakter, hochfester Verbund entsteht. The layers are preferably monolithically stacked, so that a compact, high-strength composite is formed.
Als besonders vorteilhaft hat es sich erwiesen, wenn zumindest eine Schicht der Solarzelle mittels eines PECVD-Verfahrens (Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition) abgeschieden wird. It has proven to be particularly advantageous if at least one layer of the solar cell is deposited by means of a PECVD process (plasma enhanced chemical vapor deposition).
Eine erfindungsgemäße Solarzelle weist einen mehrschichtigen Aufbau auf, wobei zwischen zumindest zwei Schichten des Schichtaufbaus mindestens eine Verunreinigungen bei folgenden Herstellungsschritten verhindernde Zwischenschicht angeordnet ist. Aufgrund der Zwischenschicht wird eine Verunreinigung der Beschichtungskammer verhindert oder zumindest wesentlich minimiert. Dadurch wird eine Verunreinigung nachfolgender Schichten verhindert oder zumindest minimiert. A solar cell according to the invention has a multilayer structure, wherein between at least two layers of the layer structure at least one impurity is arranged in the following production steps preventing intermediate layer. Due to the intermediate layer contamination of the coating chamber is prevented or at least substantially minimized. As a result, contamination of subsequent layers is prevented or at least minimized.
Eine als Stapelsolarzelle, beispielsweise Tandemsolarzelle, ausgebildete erfindungsgemäße Solarzelle weist zumindest zwei photoaktive Teilzellen auf. Vorzugsweise ist zwischen den Teilzellen zumindest eine nicht photoaktive Zwischenschicht angeordnet. Die Zwischenschicht verhindert oder minimiert eine Verunreinigung und erhöht ferner die Haftung der Teilzellen aneinander. Dadurch ist die mechanische Haltbarkeit der Stapelsolarzelle verbessert. A solar cell according to the invention designed as a stacked solar cell, for example a tandem solar cell, has at least two photoactive sub-cells. Preferably, at least one non-photoactive intermediate layer is arranged between the sub-cells. The intermediate layer prevents or minimizes one Contamination and also increases the adhesion of the sub-cells to each other. As a result, the mechanical durability of the stacked solar cell is improved.
Die erfindungsgemäße Solarzelle kann fertigungstechnisch vorteilhaft, insbesondere rahmenlos, als Glas/Glas-Laminat in Dünnschichttechnik ausgebildet sein. Als Materialien eignen sich insbesondere die sogenannten Ill-V-Halbleiter, Verbindungen aus Elementen der III. Gruppe des Periodensystems wie z.B. Aluminium, Gallium und Indium, und Elementen der V. Gruppe wie Phosphor, Arsen oder Antimon. The solar cell according to the invention can be advantageously designed, in particular frameless, as a glass / glass laminate in thin-film technology. Suitable materials are in particular the so-called III-V semiconductors, compounds of elements of III. Group of the periodic table such. Aluminum, gallium and indium, and elements of the V group such as phosphorus, arsenic or antimony.
Sonstige vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Bestandteil der weiteren Unteransprüche. Other advantageous developments of the invention are part of the further subclaims.
Im Folgenden wird ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand einer schematischen Zeichnung näher erläutert. Die einzige Figur zeigt eine Schnittdarstellung einer erfindungsgemäßen, als Stapelsolarzelle 1 ausgebildeten Solarzelle. In the following, a preferred embodiment of the invention will be explained in more detail with reference to a schematic drawing. The single FIGURE shows a sectional view of a solar cell according to the invention, designed as a stacked solar cell 1.
Die schematisch dargestellte Solarzelle ist bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel als Tandemsolarzelle 1 in Dünnschichttechnik ausgebildet und weist zwei photoaktive Teilzellen 2, 4 auf, wobei zwischen den Teilzellen 2, 4 eine Zwischenschicht Z angeordnet ist. Die Kontaktierung der Solarzelle erfolgt mittels einer dem Lichteinfall L zugewandten transparenten oberen Elektrode E1 und einer unteren Rückseitenelektrode E2. Die Zwischenschicht Z verhindert oder minimiert eine Verunreinigung der Beschichtungskammer bei der Herstellung, so dass eine Verunreinigung nachfolgender Schichten ebenfalls verhindert oder zumindest minimiert ist. The solar cell shown schematically is formed in the illustrated embodiment as a tandem solar cell 1 in thin-film technology and has two photoactive sub-cells 2, 4, wherein between the sub-cells 2, 4, an intermediate layer Z is arranged. The contacting of the solar cell takes place by means of a light incidence L facing transparent upper electrode E1 and a lower rear side electrode E2. The intermediate layer Z prevents or minimizes contamination of the coating chamber during manufacture, so that contamination of subsequent layers is also prevented or at least minimized.
Die obere Teilzelle 2 weist - von oben nach unten betrachtet - eine p-Schicht p1 , eine intrinsische i-Schicht i1 und eine mit Phosphor dotierte n-Schicht n1 auf. Die untere Teilzelle 4 weist - von oben nach unten betrachtet - eine p-Schicht p2, eine intrinsische i-Schicht i2 und eine mit Phosphor dotierte n-Schicht n2 auf. Die Zwischenschicht Z ist nach der n-Schicht n1 der ersten Teilzelle 2 aufgebracht, so dass eine p1 -i1 -n1 -Z-p2-i2-n2-Schichtfolge ausgebildet ist. Die obere Teilzelle 2 ist aus mikrokristallinem Silizium μο-Si und die untere Teilzelle 4 aus amorphem Silizium a-Si ausgebildet. The upper subcell 2 has, viewed from top to bottom, a p-type layer p1, an intrinsic i-type layer i1 and a phosphorus-doped n-type layer n1. The lower subcell 4 has - viewed from top to bottom - a p-layer p2, an intrinsic i-layer i2 and a phosphorus-doped n-layer n2. The intermediate layer Z is applied after the n-layer n1 of the first subcell 2, so that a p1 -i1-n1 -Z-p2-i2-n2 layer sequence is formed. The upper part cell 2 is of microcrystalline silicon μο-Si and the lower part cell 4 formed of amorphous silicon a-Si.
Aufgrund der Zwischenschichtausbildung wird eine Verunreinigung der Beschichtungskammer, insbesondere der Kammer zur p-Schicht Abscheidung mit Phosphor verhindert oder zumindest wesentlich minimiert. Dadurch wird eine Verunreinigung nachfolgender Schichten verhindert oder zumindest minimiert, wobei insbesondere die auf eine beispielsweise mit Phosphor dotierte n1 -Schicht der ersten Teilzelle 2 folgende p2-Schicht der zweiten Teilzelle 4 nicht mit Phosphor der n1 - Schicht kontaminiert wird. Die Qualität der Einzelschichten und somit des Gesamtsystems ist dadurch bei minimalem fertigungstechnischem Aufwand und geringen Herstellkosten wesentlich verbessert. Vorteilhaft ist ferner, dass die mechanische Verbindung zwischen den Teilzellen 2, 4 aufgrund der Zwischenschicht Z verbessert ist, so dass die erfindungsgemäß hergestellte Stapelsolarzelle 1 hohen Anforderungen an die Verbindungsqualität genügt. Due to the interlayer formation, contamination of the coating chamber, in particular the p-layer deposition chamber, is prevented or at least substantially minimized. As a result, contamination of subsequent layers is prevented or at least minimized, in which case the p2 layer of the second subcell 4 following p2 layer of the second subcell 4, which is doped, for example, with phosphorus n1 layer of the first subcell 2, is not contaminated with phosphorus of the n1 layer. The quality of the individual layers and thus of the overall system is thereby significantly improved with minimal production engineering effort and low production costs. It is also advantageous that the mechanical connection between the sub-cells 2, 4 is improved on account of the intermediate layer Z, so that the stacked solar cell 1 produced according to the invention satisfies high demands on the connection quality.
Die erfindungsgemäße Solarzelle ist nicht auf die beispielhaft dargestellte Ausbildung als Stapelsolarzelle beschränkt, vielmehr kann die Solarzelle einen mehrschichtigen Aufbau aufweisen, wobei zwischen zumindest zwei Schichten des Schichtaufbaus mindestens eine Verunreinigung bei folgenden Herstellungsschritten verhindernde Zwischenschicht aufgebracht ist. Bei einer Herstellung der Solarzelle als Stapelsolarzelle kann diese als Tripelzelle mit drei Teilzellen oder Multizelle mit mehr als drei Teilzellen ausgebildet werden. Hierbei ist zwischen jeder Teilzelle eine Zwischenschicht vorgesehen. The solar cell according to the invention is not limited to the exemplified embodiment as a stacked solar cell, but the solar cell may have a multi-layered structure, wherein between at least two layers of the layer structure at least one impurity is applied in subsequent production steps preventing intermediate layer. In a production of the solar cell as a stacked solar cell, this can be formed as a triple cell with three sub-cells or multi-cell with more than three sub-cells. Here, an intermediate layer is provided between each subcell.
Offenbart ist ein Verfahren zur Herstellung einer Solarzelle mit einem mehrschichtigen Aufbau, wobei zwischen zumindest zwei Schichten des Schichtaufbaus mindestens eine Verunreinigungen bei folgenden Herstellungsschritten verhindernde Zwischenschicht Z aufgebracht wird. Weiterhin offenbart ist eine Solarzelle mit einem mehrschichtigen Aufbau und zumindest einer Zwischenschicht Z. Bezugszeichenliste Disclosed is a method for producing a solar cell with a multilayer structure, wherein between at least two layers of the layer structure at least one impurity in subsequent production steps preventing intermediate layer Z is applied. Further disclosed is a solar cell having a multilayer structure and at least one intermediate layer Z. LIST OF REFERENCE NUMBERS
1 Stapelsolarzelle1 stack solar cell
2 Teilzelle 2 subcell
4 Teilzelle  4 subcell
Z Zwischenschicht Z intermediate layer
E1 obere ElektrodeE1 upper electrode
E2 RückseitenelektrodeE2 rear side electrode
L Lichteinfall L incidence of light
P1 , p2 p-Schicht P 1, p 2 p-layer
M , i2 i-Schicht  M, i2 i-layer
n1 , n2 n-Schicht n1, n2 n-layer

Claims

Patentansprüche claims
1 . Verfahren zur Herstellung einer Solarzelle mit einem mehrschichtigen Aufbau, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen zumindest zwei Schichten des mehrschichtigen Aufbaus mindestens eine Verunreinigungen bei folgenden Herstellungsschritten verhindernde Zwischenschicht (Z) aufgebracht wird. 1 . A method for producing a solar cell having a multilayer structure, characterized in that between at least two layers of the multilayer structure at least one impurity in subsequent production steps preventing intermediate layer (Z) is applied.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass eine p-Schicht (p1 , p2), eine intrinsische i-Schicht (i1 , i2) und eine, vorzugsweise mit Phosphor dotierte, n-Schicht (n1 , n2) ausgebildet wird, wobei nach zumindest einer der Schichten die Zwischenschicht (Z) aufgebracht wird. 2. The method according to claim 1, characterized in that a p-layer (p1, p2), an intrinsic i-layer (i1, i2) and an, preferably phosphorus-doped, n-layer (n1, n2) is formed, wherein after at least one of the layers, the intermediate layer (Z) is applied.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, zur Herstellung einer photovoltaischen Stapelsolarzelle (1 ), insbesondere einer Tandemsolarzelle, mit zumindest zwei photoaktiven Teilzellen (2, 4), gekennzeichnet durch die Schritte: a) Herstellen einer ersten photoaktiven Teilzelle (2); b) Aufbringen zumindest einer Zwischenschicht (Z) auf die erste photoaktive Teilzelle (2) und c) Herstellen zumindest einer zweiten photoaktiven Teilzelle (4) auf der 3. The method of claim 1 or 2, for producing a photovoltaic stacked solar cell (1), in particular a tandem solar cell, with at least two photoactive sub-cells (2, 4), characterized by the steps: a) producing a first photoactive subcell (2); b) applying at least one intermediate layer (Z) to the first photoactive subcell (2) and c) producing at least one second photoactive subcell (4) on the
Zwischenschicht (Z).  Intermediate layer (Z).
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Teilzellen jeweils eine p-Schicht (p1 , p2), eine intrinsische i-Schicht (i1 , i2) und eine, vorzugsweise mit Phosphor dotierte, n-Schicht (n1 , n2) aufweisen, wobei die Zwischenschicht (Z) nach der n-Schicht (n1 ) der ersten Teilzelle (2) aufgebracht wird. 4. The method according to claim 3, characterized in that the sub-cells each have a p-layer (p1, p2), an intrinsic i-layer (i1, i2) and an, preferably phosphorus-doped, n-layer (n1, n2) wherein the intermediate layer (Z) is applied after the n-layer (n1) of the first subcell (2).
5. Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine Teilzelle (2) aus mikrokristallinem Silizium μο-Si und mindestens eine Teilzelle (4) aus amorphem Silizium a-Si ausgebildet wird, wobei die Zwischenschicht (Z) nach der ersten Teilzelle (2) aufgebracht wird. 5. The method according to claim 3 or 4, characterized in that at least one subcell (2) of microcrystalline silicon μο-Si and at least one subcell (4) of amorphous silicon a-Si is formed, wherein the intermediate layer (Z) after the first Part cell (2) is applied.
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Zwischenschichtaufbau nach der mikrokristallinen Silizium oder der amorphen Silizium Abscheidung erfolgt. 6. The method according to claim 5, characterized in that the intermediate layer structure after the microcrystalline silicon or the amorphous silicon deposition takes place.
7. Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Teilzellen aus amorphem Silizium a-Si, vorzugsweise als a-Si/a-Si-Tandembeschichtung, ausgebildet werden, wobei die Zwischenschicht (Z) nach der ersten Teilzelle aufgebracht wird. 7. The method according to claim 3 or 4, characterized in that the sub-cells of amorphous silicon a-Si, preferably as a-Si / a-Si tandem coating, are formed, wherein the intermediate layer (Z) is applied after the first subcell.
8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Schichtaufbau, insbesondere der Teilzellen (2, 4), in einer gemeinsamen Beschichtungs-kammer erfolgt. 8. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the layer structure, in particular of the sub-cells (2, 4), takes place in a common coating chamber.
9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Schichten, insbesondere der Teilzellen (2, 4), monolithisch übereinander geschichtet werden. 9. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that layers, in particular of the sub-cells (2, 4) are monolithically stacked.
10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine Schicht mittels eines PECVD-Verfahrens (Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition) abgeschieden wird. 10. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that at least one layer by means of a PECVD process (plasma enhanced chemical vapor deposition) is deposited.
1 1 . Solarzelle mit einem mehrschichtigen Aufbau, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen zumindest zwei Schichten des Schichtaufbaus mindestens eine Verunreinigungen verhindernde Zwischenschicht (Z) vorhanden ist. 1 1. Solar cell with a multilayer structure, characterized in that between at least two layers of the layer structure at least one impurity-preventing intermediate layer (Z) is present.
12. Solarzelle nach Anspruch 1 1 , ausgebildet als Stapelsolarzelle, insbesondere Tandemsolarzelle, mit zumindest zwei photoaktiven Teilzellen (2, 4), dadurch gekennzeichnet, dass zwischen den Teilzellen (2, 4) zumindest eine nicht photoaktive Zwischenschicht (Z) angeordnet ist. 12. Solar cell according to claim 1 1, designed as a stacked solar cell, in particular tandem solar cell, with at least two photoactive sub-cells (2, 4), characterized in that between the sub-cells (2, 4) at least one non-photoactive intermediate layer (Z) is arranged.
13. Solarzelle nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Teilzellen (2, 4) jeweils eine p-Schicht (p1 , p2), eine intrinsische i-Schicht (i1 , i2) und eine, vorzugsweise mit Phosphor dotierte, n-Schicht (n1 , n2) aufweisen, wobei die Zwischenschicht (Z) nach der n-Schicht (n1 ) der ersten Teilzelle (2) angeordnet ist. 13. Solar cell according to claim 12, characterized in that the sub-cells (2, 4) each have a p-layer (p1, p2), an intrinsic i-layer (i1, i2) and an, preferably phosphorus-doped, n-layer (n1, n2), wherein the Intermediate layer (Z) after the n-layer (n1) of the first subcell (2) is arranged.
14. Solarzelle nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine Teilzelle mikrokristallinem Silizium μο-Si und mindestens eine Teilzelle amorphes Silizium a-Si aufweist. 14. Solar cell according to claim 12 or 13, characterized in that at least one subcell microcrystalline silicon μο-Si and at least one sub-cell amorphous silicon has a-Si.
15. Solarzelle nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Teilzellen amorphes Silizium a-Si, vorzugsweise als a-Si/a-Si- Tandembeschichtung, aufweisen, wobei die Zwischenschicht (Z) nach der ersten Teilzelle angeordnet ist. 15. Solar cell according to claim 12 or 13, characterized in that the sub-cells have amorphous silicon a-Si, preferably as a-Si / a-Si tandem coating, wherein the intermediate layer (Z) is arranged after the first subcell.
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