WO2013117354A1 - Solarzelle und verfahren zu deren herstellung - Google Patents

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WO2013117354A1
WO2013117354A1 PCT/EP2013/050041 EP2013050041W WO2013117354A1 WO 2013117354 A1 WO2013117354 A1 WO 2013117354A1 EP 2013050041 W EP2013050041 W EP 2013050041W WO 2013117354 A1 WO2013117354 A1 WO 2013117354A1
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WO
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layer
solar cell
drying
transparent conductive
conductive layer
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PCT/EP2013/050041
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Steffen Polster
Stefan Doerne
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Robert Bosch Gmbh
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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
    • H01L31/02—Details
    • H01L31/0236—Special surface textures
    • H01L31/02366—Special surface textures of the substrate or of a layer on the substrate, e.g. textured ITO/glass substrate or superstrate, textured polymer layer on glass substrate
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    • H01L31/1884—Manufacture of transparent electrodes, e.g. TCO, ITO
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    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy

Definitions

  • the invention relates to a solar cell with a in use state facing the sunlight transparent conductive layer over a photoelectrically active layer. It further relates to a method for producing such a solar cell.
  • Layer thickness of the active material absorbed fraction of the radiation and ultimately increases the efficiency of the module.
  • FIG. 1A schematically shows the layer structure of a traditional thin-film solar cell 1 with incident light radiation denoted symbolically by arrows.
  • the solar cell 1 comprises a glass substrate 3, which in the
  • a state of use of the incident solar radiation faces, a transparent conductive layer 5 arranged thereon, a layer 7 of photoelectrically active material (for example a-Si) arranged thereon, and finally a rear-side reflector 9.
  • the interfaces between the individual layers are flat, and not absorbed part of the incident radiation is reflected back without significant scattering effects according to the law of reflection.
  • 1B shows a thin-film solar cell modified in the above-mentioned manner for increasing the yield, with basically the same layer structure comprising a glass substrate 3, a transparent conductive layer 5 ', a photoelectrically active layer 7' and a rear-side reflector 9 '.
  • the interface between the transparent conductive layer (front side metallization) and the photoelectrically active material is highly structured, whereby the desired scattering effects in the photoelectrically active material 7 'arise. Since the structure propagates to some extent through the layer thickness in the deposition of the photoelectrically active material on this structured interface, the boundary layer between the photoelectrically active material and the back reflector is also textured, and even the surface of the back reflector 9 '(and thus the back surface of the solar cell) still has an uncertain unevenness.
  • the preparation of the scattering layers is typically carried out by conditioning the transparent front contact based on the transparent conductive oxide (TCO - transparent conductive oxide).
  • TCO - transparent conductive oxide transparent conductive oxide
  • the conductive layer is deposited homogeneously and smoothly and a defined surface structure is produced by etching processes, which effects the scattering.
  • Another variant for generating scattering structures is the LP-CVD (low pressure chemical vapor deposition) process.
  • the transparent conductive layer grows with appropriate parameter selection in the form of pyramidal structures, which are used for the scattering.
  • the invention provides a solar cell with the features of claim 1 and a method for the production thereof with the features of claim 6.
  • Advantageous further developments of the inventive concept are the subject of the respective dependent claims.
  • the transparent conductive layer has at its interface with the photoelectrically active layer and / or in its interior at least one drying texture (i.e., for example, a drying texture) formed by drying a liquid primary layer
  • the core of the invention is therefore the generation of a scattering property in the course of the construction of a wet-chemically produced, transparent conductive layer (TCO) by material inhomogeneities or in particular the targeted expression of drying structures.
  • TCO transparent conductive layer
  • This drying texture is precisely adjustable by influencing confectionery effects. This makes it possible to change / optimize the optical light scattering in solar cells. This is very important for light trapping and increases solar cell efficiency.
  • the function separation additionally allows a local offset of the litter layer from the absorber TCO interface to the glass TCO interface. Such a spatial offset allows the further functional separation between light scattering and antireflection characteristics between TCO and absorber or the incorporation of an additional antireflection layer between TCO and absorber.
  • the wet-chemically generated structures are not sharp-edged and thus less lead to Defitinitiation in the absorber. It is furthermore advantageous that the scattering property is generated in the interior of the overall structure of the conductive layer and thus a smooth surface of the layer stack can be achieved.
  • the structure of the drying structure (height, width, length, structure density) can be adjusted in a targeted manner by influencing the convection and thus the light scattering behavior of the layer over a wide spectral range can be adjusted. This allows z. B. high Streuanteil (diffuse transmission) in the infrared spectral range and so a modified (optimized) solar cell structure.
  • Another advantage is that the wet-chemical application as well as the conditioning can take place in fast and favorable processes.
  • the transparent conductive layer has a multi-layer structure in which the surface of at least one partial layer lying in the interior of the multi-layer structure has a drying texture.
  • Layer with drying texture (litter layer) ideally applied to the substrate and with other wet-chemically produced metal oxide layers (eg, with Al-doped zinc oxide or transparent conductive layers, such as transparent and electrically conductive oxides is overcoated
  • This wet-chemical coating at least partially compensates for the unevenness of the drying texture and thus achieves a smooth surface of the layer stack, while retaining the scattering effect of the underlying layer with a drying structure.
  • the principle is transferable to a lying in the middle of the layer stack layer with drying structure.
  • the wet-chemically produced drying texture (which may still be partially leveled with further wet-chemical layers) is coated with a transparent conducting layer (TCOs) from other processes (eg AZO) sputtering or boron-doped zinc oxide from chemical vapor deposition
  • TCOs transparent conducting layer
  • AZO AZO sputtering
  • boron-doped zinc oxide from chemical vapor deposition
  • This mixture allows a functional separation of the properties of the electrical conductivity and the optical light scattering which are obtained in the case of etched TCOs from cathode sputtering and / or pyramidal TCO layers from the CVD.
  • optimized scattering behavior and electrically highly conductive, storage-stable and also thermally stable TCO layer structures can be achieved.
  • the surface of the photoelectrically active layer facing away from the interface with the transparent conductive layer is flat. This allows the formation of the subsequent layer structure without disturbing irregularities at the respective interfaces.
  • the interface of the TCO with the absorber is not flat but has a drying texture or irregularities attributable thereto.
  • a preferred embodiment from the present point of view is that of a thin film solar cell having an amorphous silicon type active layer.
  • a-Si layers are combined with one or more layers of microcrystalline silicon (pc-Si layers) in a layer stack.
  • pc-Si layers microcrystalline silicon
  • Another embodiment of the invention is that as a solar cell with organic absorber.
  • the invention can be used advantageously in all solar cell structures in which a transparent conductive material is provided as a front-side contact and the controlled generation of scattering effects is desirable.
  • the production of the transparent conductive layer according to the invention by means of wet-chemical processes takes place advantageously, but not necessarily, as a multilayer structure.
  • thin layers of the base material are applied, dried and optionally conditioned and this process is repeated until the desired layer properties (transparency, conductivity) are set.
  • the layers with drying texture need not be conductive: there is the embodiment of pure scattering function (eg, undoped zinc oxide), i. H.
  • the layer with drying texture does not contribute to the electrical conductivity.
  • the processing is carried out either from dissolved precursor chemicals of the functional substance or by applying a dispersion of particles of the
  • the layers are typically designed so that they have the highest possible transparency with good Conductivity - but also possible is the processing of layers with pure scattering function.
  • At least a portion of the primary layers are applied without formation of a drying texture and dried. More specifically, at least one primary layer without a drying texture is produced before and after the application and drying of a primer layer having a drying texture. From the current point of view, it may be useful to produce up to 20 partial layers without formation of a texture before and / or after formation of a partial layer with drying texture.
  • the scattering power of the TCO layer is advantageously generated in a controlled manner by a) properties of the solution / dispersion (especially wetting, evaporation behavior of the solvent or organic film constituents) in
  • Combination with the parameterization of the drying can be set such that drying textures are produced (vein structures, coffee ring structures, dewetting structures, grain / granularity), b) particles of the TCO material are dispersed in the otherwise soluble precursor chemistry for the transparent conductive layer, c) the structures produced according to (a) or (b) are carried out in a different material than the conductive layer matrix, in which case the use of materials having a refractive index which differs from that of the matrix material is advantageous, d) at least the litter layer of the stack is applied via a process in which a regular structure is predetermined, wherein the layer can be advantageously produced by a flexographic, gravure or pad printing, e) the application of the layers produced without drying texture is more advantageous Way with coating method for homogeneous layer production, in particular but not exclusively by means of spraying, printing, pouring, spinning or dipping process.
  • a drying texture of the wet-chemical deposited material class of undoped and / or doped metal oxides (zinc oxide, tin oxide, silica, titanium oxide, indium oxide, etc. and also mixed oxides such as zinc tin oxide, etc.). It is also possible to use conductive metal oxides, such as indium tin oxide (ITO), fluorine-doped tin oxide (FTO or aluminum and / or gallium-doped zinc oxide).
  • ITO indium tin oxide
  • FTO or aluminum and / or gallium-doped zinc oxide conductive metal oxides
  • the principle of the adjustable drying structure for light scattering can be based on organic materials for z. B. the OPV are transmitted. The variation in the visible spectral range set by standard methods relates to the amorphous thin-film silicon solar cell.
  • Scattering in the near infrared spectral range for microcrystalline silicon can not be represented by the standard methods.
  • Microcrystalline silicon solar cells are often used in combination with amorphous silicon as tandem cells, as their absorption spectra complement each other. Since a portion of the near infrared light is not used, the adjustment of scattering in the near infrared spectral range is currently one of two main development priorities for increasing efficiency in thin-film silicon tandem solar cells. Scattering structures from a wet-chemical process, as set forth in the invention, allow the scattering of infrared light by adjusting the feature size.
  • FIGS. 1A and 1B are schematic cross-sectional views of the basic structure of known thin-film solar cells
  • Fig. 2 shows an example of a drying texture of the transparent conductive layer (TCO) of an embodiment of the invention
  • Figs. 3A and 3B are schematic cross-sectional views of the basic structure of thin-film solar cells according to embodiments of the invention.
  • FIG. 2 shows in plan view an example of a drying texture, as at the boundary layer of a transparent conductive front side metallization layer of a thin-film solar cell according to the invention with the absorber or may be present inside a multilayer TCO structure of a thin-film solar cell.
  • FIGS. 3A and 3B show, in schematic cross-sectional representations, the structure of two exemplary embodiments of the invention, wherein FIGS. 1A and 1B, respectively, designate identical or functionally identical parts with reference numerals that are based on those figures.
  • Fig. 3A shows a thin-film solar cell 11 having a glass substrate 13, a one-piece transparent conductive layer 15 having a textured interface to a photoelectrically active layer 17 disposed thereon and a rear side metallization 19 disposed thereon, the interface between the photoelectrically active layer 17 and the Rear side metallization 19 is flat.
  • FIG. 3B shows, as a modified embodiment, a thin-film solar cell 11 ', which differs from the embodiment according to FIG. 3A by a multilayer structure of the transparent conductive layer 15' and in that the interface between its surface and the photoelectrically active layer formed thereon 17 is even.
  • the transparent conductive layer 15 ' here consists of three sub-layers 15a, 15b and 15c, all of which are wet-chemically deposited and of which only the second sub-layer 15b has on its surface a drying texture (produced by suitable adjustment of the deposition and drying conditions).
  • the first wet-chemically deposited sub-layer can also have a drying texture, and on it can be deposited two successive sub-layers without drying texture, for leveling the multi-part conductive layer 15 '.
  • the hybrid structure may be superior in conductivity to a purely wet-chemical structure.
  • Such a hybrid construction can also be practiced in the embodiment according to FIG. 3A by applying to the individual wet-chemically deposited layer, optimized for optimum transparency, a TCO layer formed in a vacuum process to provide the required conductivity becomes.
  • a TCO layer formed in a vacuum process to provide the required conductivity becomes.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Solarzelle (11;11') mit einer im Gebrauchszustand dem Sonnenlicht zugewandten transparenten leitfähigen Schicht (15;15') über einer photoelektrisch aktiven Schicht (17), wobei die transparente leitfähige Schicht an ihrer Grenzfläche mit der photoelektrisch aktiven Schicht und/oder in ihrem Inneren mindestens eine durch Trocknen einer flüssigen Primärschicht ausgebildete, im sichtbaren und nahen Infrarot-Bereich lichtstreuend wirkende Trocknungs-Textur aufweist. Sie betrifft des Weiteren ein Verfahren zur Herstellung einer solchen Solarzelle.

Description

Solarzelle und Verfahren zu deren Herstellung
Die Erfindung betrifft eine Solarzelle mit einer im Gebrauchszustand dem Sonnenlicht zugewandten transparenten leitfähigen Schicht über einer photo- elektrisch aktiven Schicht. Sie betrifft des Weiteren ein Verfahren zur Herstellung einer solchen Solarzelle.
Stand der Technik Derzeit werden insbesondere in der Dünnschicht-Photovoltaik beim Aufbau von Solarmodulen auf Basis von amorphem Silizium (a-Si) gezielt Streuschichten (auch Haze-Schichten genannt) in den transparenten Fensterkontakt eingebaut, um die Weglänge des Lichts im photoelektrischen aktiven Material (Absorber) zu verlängern. Damit wird der in einer definierten
Schichtdicke des aktiven Materials absorbierte Anteil der Strahlung und letztendlich die Effizienz des Moduls erhöht.
Fig. 1A zeigt schematisch den Schichtaufbau einer traditionellen Dünnschicht-Solarzelle 1 mit symbolisch durch Pfeile bezeichneter einfallender Lichtstrahlung. Die Solarzelle 1 umfasst ein Glassubstrat 3, welches im
Gebrauchszustand der einfallenden Sonnenstrahlung zugewandt ist, eine hierauf angeordnete transparente leitfähige Schicht 5, eine hierauf angeordnete Schicht 7 aus photoelektrisch aktivem Material (beispielsweise a-Si) und schließlich einen Rückseitenreflektor 9. Die Grenzflächen zwischen den ein- zelnen Schichten sind eben, und der nicht absorbierte Teil der einfallenden Strahlung wird ohne wesentliche Streueffekte gemäß dem Reflexionsgesetz zurückreflektiert. Fig. 1B zeigt eine im oben erwähnten Sinne zur Erhöhung der Ausbeute modifizierte Dünnschicht-Solarzelle mit grundsätzlich gleichem Schichtaufbau aus einem Glassubstrat 3, einer transparenten leitfähigen Schicht 5', einer photoelektrisch aktiven Schicht 7' und einem Rückseitenreflektor 9'. Hier ist aber die Grenzfläche zwischen der transparenten leitfähigen Schicht (Vorderseiten-Metallisierung) und dem photoelektrisch aktiven Material stark strukturiert, wodurch die erwünschten Streueffekte im photoelektrisch aktiven Material 7' entstehen. Da es sich bei der Abscheidung des photoelektrisch aktiven Materials auf dieser strukturierten Grenzfläche die Struktur in gewis- sem Grade durch die Schichtdicke fortpflanzt, ist auch die Grenzschicht zwischen dem photoelektrisch aktiven Material und dem Rückseitenreflektor texturiert, und sogar die Oberfläche des Rückseitenreflektors 9' (und somit die rückseitige Oberfläche des Solarzelle) weist noch eine ungewisse Unebenheit auf.
Die Herstellung der Streuschichten erfolgt typischer Weise durch Konditionierung des transparenten Frontkontakts auf Basis des transparenten Leitoxids (TCO - transparent conductive oxide). In einer ersten Ausführung wird die Leitschicht homogen und glatt abgeschieden und durch Ätzverfahren eine definierte Oberflächenstruktur erzeugt, welche die Streuung bewirkt. Eine weitere Variante zum Erzeugen von Streustrukturen ist der LP-CVD (low pressure chemical vapour deposition) Prozess. In diesem Fall wächst die transparente Leitschicht bei entsprechender Parameterwahl in Form von Pyramidenstrukturen, welche für die Streuung genutzt werden.
Die oben beschriebenen Strukturen werden jeweils mit zeit- und kostenintensiven Verfahren hergestellt. Zusätzlich weisen beide Strukturvarianten Kanten auf, welche in den darauf aufgebauten Absorbern zu Fehlstellen führen können. Somit wird der Vorteil der verbesserten Lichtausbeute mit dem Nachteil eines teuren Prozessschritts und einer prinzipiell unerwünschten Oberflächentextur der transparenten Leitschicht erkauft.
Aus der US 2009/0289235 AI ist es bekannt, TCO-Schichten aus Lösungen abzuscheiden, und es wird in dieser Druckschrift auch auf Sol-Gel-Verfahren und metallorganische Abscheidungsverfahren (MOD) hingewiesen. Mit Blick auf die Morphologie der erzeugten TCO-Schichten wird auch auf eine mögliche Porosität hingewiesen. Offenbarung der Erfindung
Mit der Erfindung wird eine Solarzelle mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie ein Verfahren zu deren Herstellung mit den Merkmalen des Anspruchs 6 bereitgestellt. Zweckmäßige Fortbildungen des Erfindungsgedankens sind Gegenstand der jeweiligen abhängigen Ansprüche.
Erfindungsgemäß weist die transparente leitfähige Schicht an ihrer Grenzfläche mit der photoelektrisch aktiven Schicht und/oder in ihrem Inneren mindestens eine durch Trocknen einer flüssigen Primärschicht ausgebildete Trocknungs-Textur (d. h. beispielsweise eine Trocknungs-Textur durch
Konvektionseffekte wie den Maragoni-Effekt oder die selektive Trocknung) auf. Kern der Erfindung ist mithin das Erzeugen einer Streuungseigenschaft im Verlauf des Aufbaus einer nasschemisch hergestellten, transparenten Leitschicht (TCO) durch Materialinhomogenitäten oder insbesondere das gezielte Ausprägen von Trocknungsstrukturen.
Diese Trocknungs-Textur ist über die Beeinflussung von Konfektionseffekten genau einstellbar. Damit lässt sich die optische Lichtstreuung in Solarzellen gezielt verändern/optimieren. Dies ist sehr wichtig bezüglich Light-Trapping und erhöht die Solarzell-Effizienz. Die Funktionstrennung erlaubt zusätzlich einen örtlichen Versatz der Streuschicht von der Absorber-TCO-Grenzfläche zur Glas-TCO-Grenzfläche hin. Ein solcher örtlicher Versatz erlaubt die weitere funktionale Trennung zwischen Lichtstreu- und Antireflexionscharakteristik zwischen TCO und Absorber bzw. den Einbau einer zusätzlichen Antire- flexionsschicht zwischen TCO und Absorber.
Vorteilhaft ist dabei, dass die nasschemisch erzeugten Strukturen nicht scharfkantig sind und somit weniger stark zur Defektinitiation im Absorber führen. Weiterhin vorteilhaft ist, dass die Streueigenschaft im Inneren des Gesamtaufbaus der Leitschicht erzeugt und damit eine glatte Oberfläche des Schichtstapels erreicht werden kann. Vorteilhaft ist weiterhin, dass die Trocknungsstrukturen in ihrer Strukturgröße (Höhe, Breite, Länge, Strukturdichte) gezielt durch Beeinflussung der Konvektion eingestellt und so das Lichtstreuverhalten der Schicht über einen weiten Spektralbereich angepasst werden können. Dies erlaubt z. B. hohen Streuanteil (diffuse Transmission) im infraroten Spektralbereich und so einen veränderten (optimierten) Solarzellenaufbau. Ein weiterer Vorteil ist, dass der nasschemische Auftrag sowie die Konditionierung in schnellen und günstigen Prozessen erfolgen können.
In einer Ausführung der Erfindung hat die transparente leitfähige Schicht einen Mehrschichtaufbau, bei dem die Oberfläche mindestens einer im Inneren des Mehrschichtaufbaus liegenden Teilschicht eine Trocknungs-Textur aufweist. Mit diesem Aufbau ist es möglich, an beliebigen Positionen inner- halb des gesamten Leitschicht-Aufbaus Streuung zu erzeugen, wobei die
Schicht mit Trocknungs-Textur (Streuschicht) idealerweise auf dem Substrat aufgetragen und mit weiteren nasschemisch hergestellten Metalloxid-Schichten (z. B. mit AI-dotiertem Zinkoxid oder transparenten Leitschichten, wie transparente und elektrische leitfähige Oxiden überschichtet wird. Durch diese nasschemische Überschichtung wird die Unebenheit der Trocknungs- Textur zumindest zum Teil ausgeglichen und so eine glatte Oberfläche des Schichtstapels erreicht, wobei die Streuwirkung der unten liegenden Schicht mit Trocknungsstruktur erhalten bleibt. Das Prinzip ist auf eine in der Mitte des Schichtstapels liegende Schicht mit Trocknungsstruktur übertragbar.
In einer weiteren, aus derzeitiger Sicht besonders vorteilhaften Ausführungsform wird die nasschemisch hergestellte Trocknungs-Textur (welche noch eventuell mit weiteren nasschemischen Schichten zum Teil eingeebnet wird) mit einer transparenten Leitschicht (TCOs) aus anderen Verfahren beschich- tet (z. B. AZO aus der Kathodenzerstäubung (Sputtern) oder Bor-dotiertes Zinkoxid aus der chemischen Gasphasenabscheidung. Diese Mischung erlaubt eine funktionale Trennung der Eigenschaften der elektrischen Leitfähigkeit und der optischen Lichtstreuung, die bei geätzten TCOs aus der Kathodenzerstäubung und/oder den pyramidalen TCO-Schichten aus dem CVD-Verfah- ren normalerweise gekoppelt vorliegen. Somit können ein optimiertes Streuverhalten und elektrisch sehr leitfähige, lagerstabile und auch thermisch stabile TCO-Schichtaufbauten erreicht werden.
Nach Obigem ist insbesondere vorgesehen, dass die der Grenzfläche mit der transparenten leitfähigen Schicht abgewandte Oberfläche der photoelektrisch aktiven Schicht eben ist. Dies ermöglicht die Ausbildung des nachfolgenden Schichtaufbaus ohne störende Unregelmäßigkeiten an den jeweiligen Grenzflächen. Im Rahmen der Erfindung liegen aber auch Strukturen, bei denen die Grenzfläche des TCO mit dem Absorber nicht eben ist, sondern eine Trocknungs-Textur oder hierauf zurückzuführende Unregelmäßigkeiten aufweist. Eine aus derzeitiger Sicht bevorzugte Ausführung ist diejenige als Dünnschicht-Solarzelle mit einer aktiven Schicht vom amorphen Silizium-Typ.
Hierzu zählen auch Mehrschicht-Aufbauten, bei denen eine oder mehrere a-Si-Schichten mit einer oder mehreren Schichten aus mikrokristallinem Silizium (pc-Si-Schichten) in einem Schichtstapel kombiniert sind. Eine weitere Ausführung der Erfindung ist diejenige als Solarzelle mit organischem Absorber. Grundsätzlich ist die Erfindung bei allen Solarzellaufbauten vorteilhaft einsetzbar, bei denen ein transparentes leitfähiges Material als Vorderseitenkontakt vorgesehen und die gesteuerte Erzeugung von Streueffekten wünschenswert ist.
Wesentliche Verfahrensaspekte der Erfindung ergeben sich ohne Weiteres aus den weiter oben erwähnten Vorrichtungsaspekten. Das Herstellen der erfindungsgemäßen transparenten Leitschicht mittels nasschemischer Prozes- se (Sprühen, Tauchen, Gießen, Drucken) erfolgt vorteilhafter Weise, aber nicht zwingend, als Mehrlagenaufbau. Dabei werden dünne Schichten des Basismaterials aufgetragen, getrocknet und gegebenenfalls konditioniert und dieser Vorgang so oft wiederholt, bis die gewünschten Schichteigenschaften (Transparenz, Leitfähigkeit) eingestellt sind. Die Schichten mit Trocknungs- Textur müssen nicht leitfähig sein: es gibt die Ausführungsform der reinen Streufunktion (z. B. aus undotiertem Zinkoxid), d. h. hier liefert die Schicht mit Trocknungstextur keinen Beitrag zur elektrischen Leitfähigkeit.
Die Prozessierung erfolgt entweder aus gelösten Vorläuferchemikalien des Funktionsstoffs oder durch Auftragen einer Dispersion von Partikeln des
Funktionsstoffs. Insbesondere vorteilhaft ist das Anwenden von Sol-Gel- und MOD(Metal Organic Decomposition)-Verfahren. Die Schichten sind typischer Weise dergestalt ausgelegt, dass sie möglichst hohe Transparenz bei guter Leitfähigkeit aufweisen - möglich ist aber auch die Prozessierung von Schichten mit reiner Streufunktion.
In einer Ausführung des vorgeschlagenen Verfahrens wird mindestens ein Teil der Primärschichten ohne Ausbildung einer Trocknungs-Textur aufgetragen und getrocknet. Spezieller wird vor und nach dem Auftragen und Trocknen einer Primärschicht mit Trocknungs-Textur jeweils mindestens eine Primärschicht ohne Trocknungs-Textur erzeugt. Aus derzeitiger Sicht kann es dabei sinnvoll sein, jeweils bis zu 20 Teilschichten ohne Ausbildung einer Textur vor und/oder nach Ausbildung einer Teilschicht mit Trocknungs-Textur zu erzeugen.
Das Streuvermögen der TCO-Schicht wird in vorteilhafter Weise gesteuert erzeugt, indem a) Eigenschaften der Lösung/Dispersion (speziell Benetzung, Abdampfverhalten des/der Lösemittel bzw. von organischen Film-Bestandteilen) in
Kombination mit der Parametrierung der Trocknung dergestalt eingestellt werden, dass Trocknungs-Texturen erzeugt werden (Aderstrukturen, Kaffeeringstrukturen, Entnetzungs strukturen, Körnung/Granularität), b) Partikel des TCO-Materials in der sonst löslichen Vorläuferchemie für die transparente Leitschicht dispergiert werden, c) die gemäß (a) oder (b) hergestellten Strukturen in einem anderen Material als dem der Leitschicht-Matrix ausgeführt werden, wobei in diesem Fall der Einsatz von Materialien mit einem Brechungsindex vorteilhaft ist, der sich von dem des Matrixmaterials unterscheidet, d) zumindest die Streuschicht des Stapels über einen Prozess aufgetragen wird, in welchem eine regelmäßige Struktur vorgegeben wird, wobei die Schicht vorteilhaft über einen Flexo-, Tief- oder Tampondruck hergestellt werden kann, e) der Auftrag der ohne Trocknungs-Textur erzeugten Schichten vorteilhafter Weise mit Beschichtungsverfahren für homogene Schichtherstellung, insbesondere aber nicht ausschließlich mittels Sprüh-, Druck-, Gieß-, Schleuder- oder Tauchverfahren erfolgt. f) Insbesondere vorteilhaft ist eine Trocknungs-Textur aus der nasschemische abgeschiedenen Materialklasse der undotierten und/oder dotierten Metalloxide (Zinkoxid, Zinnoxid, Siliziumoxid, Titanoxid, Indiumoxid usw. und auch Mischoxide wie Zinkzinnoxid usw.). Es können auch leitfähige Metalloxide, wie Indiumzinnoxid (ITO), Fluor-dotiertes Zinnoxid (FTO oder Aluminium und/oder Gallium-dotiertes Zinkoxid) verwendet werden. Das Prinzip der einstellbaren Trocknungsstruktur zur Lichtstreuung kann auf organische Materialien für z. B. die OPV übertragen werden. Die über Standardverfahren eingestellte Streuung im sichtbaren Spektralbereich betrifft die amorphe Dünnschichtsilizium-Solarzelle. Streuung im nahen infraroten Spektralbereich für mikrokristallines Silizium (pc-Si, mit im Vergleich zu amorphem Silizium anderen Absorptionsbereich im Roten bis Infraroten) kann bisher über die Standardverfahren nicht dargestellt werden. Mikrokristalline Silizium-Solarzellen werden oft in Kombination mit amorphem Silizium als Tandemzellen eingesetzt, da sich deren Absorptionsspektren ergänzen. Da ein Anteil des nahen infraroten Lichtes nicht genutzt wird, ist die Einstellung von Streuung im nahen infraroten Spektralbereich aktuell einer von zwei Hauptentwicklungsschwerpunkten zur Effizienzsteigerung in der Dünnschichtsilizium-Tandemsolarzellen. Streustrukturen aus einem nasschemischen Verfahren, wie sie in der Erfindung dargelegt werden, erlauben die Streuung infraroten Lichtes durch Anpassung der Strukturgröße. Zeichnungen
Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Gegenstände werden durch die Zeichnungen veranschaulicht und in der nachfolgenden Beschreibung erläutert. Dabei ist zu beachten, dass die Zeichnungen nur beschreibenden Charakter haben und nicht dazu gedacht sind, die Erfindung in irgendeiner Form einzuschränken. Es zeigen:
Fig. 1 A und 1B schematische Querschnittsdarstellungen des Grundaufbaus bekannter Dünnschicht-Solarzellen,
Fig. 2 ein Beispiel einer Trocknungs-Textur der transparenten leitfähigen Schicht (TCO) einer Ausführung der Erfindung und Fig. 3A und 3B schematische Querschnittsdarstellungen des Grundaufbaus von Dünnschicht-Solarzellen gemäß Ausführungen der Erfindung.
Ausführungsformen der Erfindung
Fig. 2 zeigt in Draufsicht ein Beispiel einer Trocknungs-Textur, wie sie an ι Grenzschicht einer transparenten leitfähigen Vorderseiten-Metallisierungsschicht einer erfindungsgemäßen Dünnschicht-Solarzelle mit dem Absorber oder im Inneren eines mehrschichtigen TCO-Aufbaus einer Dünnschicht- Solarzelle vorliegen kann.
Fig. 3A und 3B zeigen in schematischen Querschnittsdarstellungen den Auf- bau von zwei Ausführungsbeispielen der Erfindung, wobei zu Fig. 1A bzw. 1B gleiche oder funktionsgleiche Teile mit an jene Figuren angelehnten Bezugsziffern bezeichnet sind. Fig. 3A zeigt eine Dünnschicht-Solarzelle 11 mit einem Glassubstrat 13, einer einteiligen transparenten leitfähigen Schicht 15 mit texturierter Grenzfläche zu einer darauf angeordneten photoelektrisch aktiven Schicht 17 und einer auf dieser angeordneten Rückseitenmetallisierung 19, wobei die Grenzfläche zwischen der photoelektrisch aktiven Schicht 17 und der Rückseitenmetallisierung 19 eben ist.
Fig. 3B zeigt als abgewandelte Ausführung eine Dünnschicht-Solarzelle 11', die sich von der Ausführung nach Fig. 3A durch einen mehrschichtigen Aufbau der transparenten leitfähigen Schicht 15' sowie dadurch unterscheidet, dass die Grenzfläche zwischen deren Oberfläche und der darauf ausgebildeten photoelektrisch aktiven Schicht 17 eben ist. Die transparente leitfähige Schicht 15' besteht hier aus drei Teilschichten 15a, 15b und 15c, die sämtlich nasschemisch abgeschieden sind und von denen nur die zweite Teilschicht 15b auf ihrer Oberfläche eine (durch geeignete Einstellung der Abscheide- und Trocknungsbedingungen erzeugte) Trocknungs-Textur aufweist. In Abwandlung dieses Aufbaus kann auch die erste nasschemisch abgeschiedene Teilschicht eine Trocknungs-Textur aufweisen, und auf sie können zwei aufeinanderfolgende Teilschichten ohne Trocknungs-Textur, zur Einebnung der mehrteiligen leitfähigen Schicht 15', abgeschieden sein.
Möglich sind auch Kombinationen der nasschemisch erzeugten Streustruktur mit einer vakkumprozessierten Leitschicht (rüber und/oder unter ersterer) berücksichtigen. Der Hybrid-Aufbau kann hinsichtlich Leitfähigkeit einem rein nasschemischen Aufbau überlegen sein.
Ein solcher Hybrid-Aufbau kann auch bei der Ausführung nach Fig. 3A prakti- ziert werden, indem auf die einzelne nasschemisch abgeschiedene Schicht, die im Hinblick auf optimale Transparenz optimiert ist, zur Bereitstellung der erforderlichen Leitfähigkeit eine in einem Vakuumverfahren ausgebildete TCO-Schicht aufgetragen wird. Im Rahmen fachmännischen Handelns ergeben sich weitere Ausgestaltungen und Ausführungsformen des hier nur beispielhaft beschriebenen Verfahrens.

Claims

Ansprüche
1. Solarzelle ( 11 ; 11 ') mit einer im Gebrauchszustand dem Sonnenlicht zugewandten transparenten leitfähigen Schicht (15;15') über einer photoelektrisch aktiven Schicht (17), wobei die transparente leitfähige Schicht an ihrer Grenzfläche mit der photoelektrisch aktiven Schicht und/oder in ihrem Inneren mindestens eine durch Trocknen einer flüssigen Primärschicht ausgebildete, im sichtbaren und nahen
Infrarot-Bereich lichtstreuend wirkende Trocknungs-Textur aufweist.
2. Solarzelle nach Anspruch 1,
wobei die transparente leitfähige Schicht (15') einen Mehrschichtaufbau hat, bei dem die Oberfläche mindestens einer im Inneren des Mehrschichtaufbaus liegenden Teilschicht (15b) eine Trocknungs- Textur aufweist.
3. Solarzelle nach Anspruch 2,
wobei der Mehrschichtaufbau Teilschichten mit unterschiedlicher Leitfähigkeit und/oder unterschiedlicher Transparenz umfasst.
4. Solarzelle nach einem der vorangehenden Ansprüche, ausgebildet als Dünnschicht-Solarzelle mit einer aktiven Schicht (17) vom amorphen Silizium-Typ.
5. Solarzelle nach einem der vorangehenden Ansprüche, ausgebildet als Solarzelle mit organischem Absorber.
6. Solarzelle nach einem der vorangehenden Ansprüche,
wobei die der Grenzfläche mit der transparenten leitfähigen Schicht (15;15') abgewandte Oberfläche der photoelektrisch aktiven Schicht (17) eben ist.
7. Verfahren zur Herstellung einer Solarzelle nach einem der vorangehenden Ansprüche, mit den Schritten:
- Bereitstellen eines Trägers,
- nasschemisches Auftragen mindestens einer Primärschicht der transparenten leitfähigen Schicht,
- Trocknen der Primärschicht oder sukzessives Trocknen jeweils einer Primärschicht nach deren Auftragen,
- Aufbringen und Prozessieren des Materials der photoelektrisch
aktiven Schicht auf die transparente leitfähige Schicht und
- Komplettieren der Solarzelle durch Aufbringen und Prozessieren weiterer Schichten, mindestens einer Rückseiten-Leitschicht.
8. Verfahren nach Anspruch 7,
wobei das nasschemische Auftragen mindestens einer Primärschicht der transparenten leitfähigen Schicht als Sol-Gel-Prozess ausgestaltet ist.
9. Verfahren nach Anspruch 7 oder 8,
wobei das nasschemische Auftragen mindestens einer Primärschicht der transparenten leitfähigen Schicht als MOD-Prozess ausgestaltet ist.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 9,
wobei mindestens ein Teil der Primärschichten nasschemisch aufgetragen und ohne Ausbildung einer Trocknungs-Textur getrocknet, oder in einem Vakuumprozess erzeugt wird.
11. Verfahren nach Anspruch 10,
wobei vor und nach dem Auftragen und Trocknen einer Primärschicht mit Trocknungs-Textur jeweils mindestens eine Primärschicht ohne Trocknungs-Textur erzeugt wird.
12. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 11,
wobei das Auftragen der oder einer Primärschicht, die eine Trocknungs-Textur ausbildet, mittels eines struktur-vorprägenden Auftragsverfahrens, insbesondere Flexo-, Tief- oder Tampondruck, erfolgt.
13. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 12,
wobei das Auftragen der oder einer Primärschicht, die ohne Trocknungs-Textur erzeugt wird, mittels eines Beschichtungsverfahrens für homogene Schichtherstellung, insbesondere mittels eines Sprüh-, Gieß-, Rakel- oder Schleuderverfahrens, oder mittels eines Plasmasprühverfahrens erfolgt.
14. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 13,
wobei mindestens eine Primärschicht als hochgradig leitfähige Schicht und mindestens eine weitere Primärschicht als hochgradig transparente Schicht, mit geringerer Leitfähigkeit, gebildet wird.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103646998A (zh) * 2013-12-16 2014-03-19 陕西师范大学 增强硅薄膜太阳电池光吸收的织构横向错位方法

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5981934A (en) * 1996-09-12 1999-11-09 Canon Kabushiki Kaisha Photovoltaic element having a transparent conductive layer with specified fractal dimension and fractal property
US20090289235A1 (en) 2007-06-22 2009-11-26 General Electric Company Solution process for transparent conductive oxide coatings
EP2312642A1 (de) * 2008-08-05 2011-04-20 Asahi Glass Company Limited Transparentes leitfähiges foliensubstrat und solarzelle mit dem substrat
WO2011051952A2 (en) * 2009-11-02 2011-05-05 Yissum Research Development Company Of The Hebrew University Of Jerusalem, Ltd. Transparent conductive coatings for optoelectronic and electronic devices
US20110163403A1 (en) * 2009-12-04 2011-07-07 Cambrios Technologies Corporation Nanostructure-based transparent conductors having increased haze and devices comprising the same
WO2011161632A1 (fr) * 2010-06-23 2011-12-29 Commissariat A L'energie Atomique Et Aux Energies Alternatives Substrat comprenant une couche d'oxyde transparent conducteur et son procede de fabrication
US20120015147A1 (en) * 2010-07-14 2012-01-19 Maa Jer-Shen Solution Process for Fabricating a Textured Transparent Conductive Oxide (TCO)

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5981934A (en) * 1996-09-12 1999-11-09 Canon Kabushiki Kaisha Photovoltaic element having a transparent conductive layer with specified fractal dimension and fractal property
US20090289235A1 (en) 2007-06-22 2009-11-26 General Electric Company Solution process for transparent conductive oxide coatings
EP2312642A1 (de) * 2008-08-05 2011-04-20 Asahi Glass Company Limited Transparentes leitfähiges foliensubstrat und solarzelle mit dem substrat
WO2011051952A2 (en) * 2009-11-02 2011-05-05 Yissum Research Development Company Of The Hebrew University Of Jerusalem, Ltd. Transparent conductive coatings for optoelectronic and electronic devices
US20110163403A1 (en) * 2009-12-04 2011-07-07 Cambrios Technologies Corporation Nanostructure-based transparent conductors having increased haze and devices comprising the same
WO2011161632A1 (fr) * 2010-06-23 2011-12-29 Commissariat A L'energie Atomique Et Aux Energies Alternatives Substrat comprenant une couche d'oxyde transparent conducteur et son procede de fabrication
US20120015147A1 (en) * 2010-07-14 2012-01-19 Maa Jer-Shen Solution Process for Fabricating a Textured Transparent Conductive Oxide (TCO)

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
ARKADY GARBAR ET AL: "71.4L: Late-News Paper: Self Assembled Transparent Conductive Coatingsfor Flat Panel Displays", SID 2006, 2006 SID INTERNATIONAL SYMPOSIUM, SOCIETY FOR INFORMATION DISPLAY, vol. XXXVII, 24 May 2005 (2005-05-24), pages 1987 - 1989, XP007012890, ISSN: 0006-966X *

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103646998A (zh) * 2013-12-16 2014-03-19 陕西师范大学 增强硅薄膜太阳电池光吸收的织构横向错位方法
CN103646998B (zh) * 2013-12-16 2016-08-17 陕西师范大学 增强硅薄膜太阳电池光吸收的织构横向错位方法

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