WO2022042803A2 - Solarzelle, solarmodul und verfahren zur herstellung einer solarzelle - Google Patents

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WO2022042803A2
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solar cell
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refractive index
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Axel Schwabedissen
Matthias Junghänel
Stefan Peters
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Hanwha Q Cells Gmbh
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    • Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
    • Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product

Definitions

  • the invention relates to a solar cell, a solar module and a method for producing a solar cell.
  • the invention relates to a solar cell with a rear layer stack, a solar module containing such a solar cell, and a method for producing such a solar cell.
  • a solar cell has a front side and a back side, each of which can have layer stacks.
  • the front is a side that faces the incident light during operation of the solar cell, while the back faces away from the incident light during operation.
  • DE 10 2018 108 158 A1 discloses a solar cell which has a rear layer stack which is arranged on a substrate of the solar cell and consists in this order of an AlOx layer, a first SiNx layer, a second SiNx layer, a SiOxNy layer and a third SiNx layer.
  • This back layer stack has a higher Jsc (short circuit current density) and a higher FF (fill factor) compared to a back layer stack of an AlOx layer and pure SiNx layers only.
  • Jsc short circuit current density
  • FF fill factor
  • the object is achieved by a solar cell having the features of patent claim 1 , a solar module having the features of patent claim 9 and a method having the features of patent claim 10 .
  • the invention relates to a solar cell with a rear layer stack, the rear layer stack having the following layer sequence: an AlOx layer, a first SiNx layer, a second SiNx layer, a SiOxNy layer, a third SiNx layer and at least one additional layer , which is selected from the group consisting of SiOxNy, SiOx, AlOx, AINx and AlF.
  • the passivation effect of the layer stack according to the invention is improved compared to the passivation effect of the layer stack known from DE 10 2018 108 158 A1.
  • the solar cell known from DE 10 2018 108 158 is provided with at least one further layer, which represents a dielectric layer.
  • the further layer is more compatible with a metal paste for producing a rear-side metallization because the metal paste and Furnace processes do not lead to a (partial) destruction of this rear side passivation or to direct contact of the metal paste with the substrate surface, ie an undesirable increase in that area of the substrate surface which forms a eutectic of paste and substrate materials.
  • SiNx and SiOxNy layers Due to the production process of SiNx and SiOxNy layers, for example in the PECVD method (plasma enhanced chemical vapor deposition method), hydrogen is stored during the deposition of the layers, i. H. the SiNx layer or SiOxNy layer is hydrogenated, which is illustrated by the designation SiNx:H layer or SiOxNy layer:H layer.
  • the hydrogen contained in such a layer passivates recombination centers at the SiNx/Si interface or SiOxNy interface and in the volume of the substrate. This has a positive effect on the efficiency of the solar cell.
  • the production of the rear layer stack according to the invention is possible in a PECVD system in a process without ventilation or system change. This can save costs. All layers of the rear side stack are preferably deposited in a tubular PECVD system with a boat as a substrate holder by means of a direct plasma. However, it is also possible to deposit the AlOx using "Atomic Layer Deposition" (ALD) or microwave remote plasma, and to deposit the SiNx and SiOxNy layers in a tubular PECVD system.
  • ALD Atomic Layer Deposition
  • the solar cell is preferably a mono- or multi-crystalline solar cell that has a silicon substrate.
  • the solar cell is preferably a PERC cell (PERC—passivated emitter and rear cell).
  • the layers of the layer stack on the back are arranged one on top of the other in the layer sequence specified above.
  • the layer stack on the back can have further layers which are arranged between or on top of the layers mentioned above.
  • the rear layer stack preferably represents a rear passivation layer stack of the solar cell aforementioned layers. It should be noted, however, that there may still be rear-side metallization on the back of the solar cell.
  • the AlOx layer is preferably arranged on a substrate of the solar cell.
  • the AlOx layer is preferably arranged directly on the substrate, i.e. without an additional intermediate layer.
  • an intermediate layer that is not additionally produced can be present between the AlOx layer and the substrate.
  • a SiOx layer having a layer thickness of 1 to 2 nm, for example may be present at an interface between the AlOx layer and a Si wafer as the substrate.
  • this layer is already present as a native oxide on the Si wafer before coating with the AlOx layer, or it forms during and/or after coating with the AlOx layer.
  • the first SiNx layer is arranged on a side of the AlOx layer remote from the substrate
  • the second SiNx layer is arranged on a side of the first SiNx layer remote from the substrate
  • the SiOxNy layer is arranged on a side remote from the substrate side of the second SiNx layer
  • the third SiNx layer is arranged on a side of the SiNxOy layer which is remote from the substrate and the at least one further layer is arranged on a side of the third SiNx layer which is remote from the substrate
  • the layers are preferably arranged directly one above the other, ie without intermediate layers.
  • the solar cell has the following structure on the back: AlOx layer/first SiNx layer/second SiNx layer/SiOxNy layer/third SiNx layer/the at least one further layer.
  • the at least one further layer is preferably a single layer or alternatively preferably formed from two layers.
  • the respective SiNx or SiOxNy layers can differ in their refractive index or have the same refractive index. They preferably have different refractive indices.
  • the at least one further layer has a refractive index that differs from the refractive index of the third SiNx layer.
  • the refractive index of the at least one further layer is preferably lower than the refractive index of the third SiNx layer. This achieves an improved (total) reflection on the back of the solar cell.
  • the refractive index of the third SiNx layer is preferably in the range from 2.0 to 2.4 and the refractive index of the at least one further layer is less than 2.0 or in the range from 1.5 to 1.6, each measured according to DIN a wavelength of 632 nm.
  • a refractive index of the first SiNx layer is advantageously greater than a refractive index of a second SiNx layer.
  • the refractive index of the third SiNx layer is preferably smaller than the refractive index of the first SiNx layer. More preferably, the refractive index of the third SiNx layer is equal or substantially equal to the refractive index of the second SiNx layer.
  • a refractive index of the SiOxNy layer is advantageously smaller than a refractive index of the first, second and third SiNx layers.
  • the refractive index of the AlOx layer is preferably in the range from 1.55 to 1.65, the refractive index of the first SiNx layer in the range from 2.1 to 2.4, the refractive index of the second SiNx layer in the range of 1.9 to 2.1 and/or the refractive index of the SiOxNy layer in the range from 1.5 to 1.8.
  • Refractive indices mentioned in this application are each measured according to DIN at a wavelength of 632 nm.
  • a layer thickness of the at least one further layer is in the range of 10 to 60 nm or 20 to 50 nm.
  • a layer thickness of the AlOx layer is in the range of 5 to 20 nm.
  • a layer thickness of the first SiNx -layer is preferably in the range from 20 to 40 nm, while a layer thickness of the second SiNx layer is preferably in the range from 10 to 30 nm.
  • a layer thickness of the third SiNx layer is preferably in the range from 5 to 50 nm
  • the layer thickness of the SiOxNy layer is preferably in the range from 40 to 120 nm. In the range of these values, the solar cell exhibits high light coupling and a high passivation effect is achieved.
  • the at least one further layer is preferably a single AlOx layer.
  • the AlOx layer preferably has a refractive index in the range from 1.55 to 1.65.
  • the at least one further layer is preferably a double-layer system, of which one layer is an SiOxNy layer and the other layer is an AlOx layer.
  • the double layer system preferably consists of an AINx layer and an AlFx layer.
  • the at least one further layer is particularly preferably a single SiOxNy layer.
  • the advantage of the SiNxOy layer is that it is deposited during production of the solar cell after the third SiNx layer has been deposited by adding only one further process gas such as N2O or O2 to the process gases SiH4 and NH3 required for depositing the third SiNx layer can. As a result, the solar cell can be produced inexpensively.
  • a total layer thickness is in the range from 190 to 240 nm or 200 to 230 nm if the at least one layer consists of one layer.
  • the total layer thickness is preferably in the range from 220 to 320 nm or 230 to 280 nm if the at least one layer consists of two layers.
  • the solar cell can be a monofacial solar cell.
  • Monofacial solar cells can only utilize light incident on their front side, ie convert it into electrical energy.
  • the solar cell can be a bifacial solar cell.
  • a bifacial solar cell is a solar cell that can use incoming sunlight from two sides.
  • the bifacial solar cell can not only receive direct light from the front, but also direct or indirect light from the Recycle the back, the latter for example in the form of reflected sunlight.
  • a higher efficiency of the bifacial solar cell is achieved than with the monofacial solar cell.
  • light reflected from a bright house wall can be used from the back of the bifacial solar cell.
  • monofacial solar cells are cheaper in relation to bifacial solar cells.
  • the solar cell according to the invention is preferably a monofacial solar cell.
  • the invention also relates to a solar module that contains a solar cell according to one or more of the embodiments described above.
  • the efficiency of the solar module is increased by integrating the solar cell.
  • the solar module can be bifacial or monofacial. In the latter case, bifacial solar cells can also be arranged in a solar module, which is actually used for monofacial power generation.
  • a bifacial solar module has the property of using both light incident on the front and light incident on the back to generate electricity.
  • a transparent film or glass is used as the backside encapsulation element. In this way, light that goes unused through the module and reflected light from the environment on the back can be used.
  • a monofacial solar module has the property of only using light falling on the front to generate electricity.
  • a largely opaque rear encapsulation element is used, with a transmission of less than 2%>.
  • the solar module according to the invention is preferably a monofacial solar module.
  • the invention also relates to a method for producing a solar cell, the layer stack on the back being deposited on a substrate in a tubular PECVD system using a boat as the substrate holder.
  • All layers are preferably deposited in one and the same tube, one after the other optimized for the respective layer Plasma process is carried out in terms of process gases, process pressure, plasma power and process temperature.
  • the Rohr PECVD system several substrates are provided in one boat.
  • the boat for example a graphite boat, two substrates are arranged opposite each other and have a different polarity.
  • the boat has a plurality of support plates arranged parallel to one another for supporting the plurality of substrates during coating, the support plates being insulated from one another and being alternately connected to terminals of an AC voltage generator (not shown).
  • the carrier plates have a suitable holder (not shown) such as substrate pockets, holding pins or the like to hold the substrates, with the individual substrates being held in the holding device at a distance from one another so that gases can flow through all of them as uniformly as possible Gaps and the formation of a plasma between the substrates to ensure a uniform coating of the substrates is made possible.
  • FIG. 1 shows a partial cross-sectional view of a solar cell according to the invention
  • FIG. 2 shows a partial cross-sectional view of another solar cell according to the invention.
  • FIG 3 shows a cross-sectional view of a tubular PECVD system in which a method for producing the solar cell is carried out.
  • FIG. 1 shows a partial cross-sectional view of a solar cell according to the invention. Only the rear layer stack of the solar cell is shown. The layer stack is applied to the back of a substrate (not shown) and has the following layer sequence:
  • a further layer 6 which is arranged on a side facing away from the substrate of the third SiNx layer 5, the further layer 6 being a SiNxOy layer.
  • the AlOx layer 1 has a refractive index of 1.60 and a layer thickness of 15 nm.
  • the first SiNx layer 2 has a refractive index in the range of 2.10 and a layer thickness in the range of 20 nm.
  • the second SiNx layer 3 has a refractive index of 2.02 and a layer thickness in the range of 20 nm.
  • the SiOxNy layer 4 has a refractive index of 1.60 and a layer thickness of 100 nm.
  • the third SiNx layer 5 has a refractive index in the range of 2.02 and a layer thickness in the range of 30 nm.
  • the further layer 6 has a refractive index of 1.60 and a layer thickness of 20 nm.
  • the total layer thickness of the layer stack on the back is 205 nm.
  • FIG. 2 shows a partial cross-sectional view of another solar cell according to the invention.
  • the solar cell shown in FIG. 2 corresponds to the solar cell shown in FIG. 1 with the difference that a further layer 7 is arranged on the further layer 6 .
  • the further layer 7 is an AlOx layer with a refractive index of 1.60 and a layer thickness of 30 nm.
  • the total layer thickness is 235 nm.
  • FIG. 3 shows a cross-sectional view of a tubular PECVD system in which a method for manufacturing the solar cell is carried out.
  • Several substrates 10 are provided in a boat 9 in the Rohr PECVD system 8 .
  • Boot 9 are each two substrates 10 arranged opposite and have a different polarity.
  • the boat 9 has a plurality of support plates 91 arranged parallel to one another for supporting the plurality of substrates 10 during coating, the support plates 91 being insulated from one another and being alternately connected to terminals of an AC voltage generator (not shown).
  • the carrier plates 91 have a suitable holder (not shown), such as substrate pockets, holding pins or the like, to hold the substrates 10, with the individual substrates 10 being held at a distance from one another in the holding device, so that the most uniform possible flow of Gases through all gaps and the formation of a plasma between the substrates 10 to ensure a uniform coating of the substrates 10 is made possible.
  • a suitable holder such as substrate pockets, holding pins or the like
  • the layer stack on the back is deposited with the following layer sequence on the substrates 10 in the Rohr PECVD system 8 with the boat 9 as the substrate holder: an AlOx layer, a first SiNx layer , a second SiNx layer, a SiOxNy layer, a third SiNx layer and the at least one further layer selected from the group consisting of SiOxNy, SiOx, AlOx, AINx and AlF.
  • These layers are applied one after the other in one and the same PECVD system 8 tube.
  • the gas connections of the pipe PECVD system 8 as well as ventilation and aeration feeds are not shown for the sake of clarity.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Solarzelle mit einem rückseitigen Schichtstapel, wobei der rückseitige Schichtstapel folgende Schichtfolge aufweist: eine AlOx- Schicht (1), eine erste SiNx-Schicht (2), eine zweite SiNx-Schicht (3), eine SiOxNy-Schicht (4), eine dritte SiNx-Schicht (5) und mindestens eine weitere Schicht (6, 7), die ausgewählt ist aus der Gruppe, bestehend aus SiOxNy, SiOx, AlOx, AINx und AlF. Weiterhin betrifft die Erfindung ein Solarmodul, das die Solarzelle enthält. Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung der Solarzelle, wobei der rückseitige Schichtstapel auf einem Substrat (10) in einer Rohr PECVD Anlage (8) mit einem Boot (9) als Substrathalter abgeschieden wird.

Description

Titel: Solarzelle, Solarmodul und Verfahren zur Herstellung einer Solarzelle
Beschreibung:
Die Erfindung betrifft eine Solarzelle, ein Solarmodul und ein Verfahren zur Herstellung einer Solarzelle. Insbesondere betrifft die Erfindung eine Solarzelle mit einem rückseitigen Schichtstapel, ein Solarmodul, das eine derartige Solarzelle enthält, sowie ein Verfahren zur Herstellung einer derartigen Solarzelle.
Eine Solarzelle weist eine Vorderseite und eine Rückseite auf, die jeweils Schichtstapel aufweisen können. Die Vorderseite ist eine Seite, die bei Betrieb der Solarzelle dem einfallenden Licht zugewandt ist, während die Rückseite bei Betrieb dem einfallenden Licht abgewandt ist.
Aus der DE 10 2018 108 158 A1 ist eine Solarzelle bekannt, die einen auf einem Substrat der Solarzelle angeordneten rückseitigen Schichtstapel aufweist, welcher in dieser Reihenfolge aus einer AlOx-Schicht, einer ersten SiNx- Schicht, einer zweiten SiNx-Schicht, einer SiOxNy-Schicht und einer dritten SiNx-Schicht besteht. Dieser rückseitige Schichtstapel hat eine höhere Jsc (Kurzschlussstromdichte) und einen höheren FF (Füllfaktor) gegenüber einem rückseitigen Schichtstapel aus einer AlOx-Schicht und Schichten lediglich aus reinem SiNx. Es besteht aber weiterhin ein Bedarf an einer Solarzelle mit einer optimierten Effizienz.
Es ist eine Aufgabe der Erfindung eine Solarzelle und ein Solarmodul sowie ein Herstellungsverfahren für eine Solarzelle bereitzustellen, bei denen die Solarzelle eine optimierte Effizienz aufweist.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch eine Solarzelle mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 , ein Solarmodul mit den Merkmalen des Patentanspruchs 9 und ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 10 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen und Modifikationen sind in den Unteransprüchen angegeben.
Die Erfindung betrifft eine Solarzelle mit einem rückseitigen Schichtstapel, wobei der rückseitige Schichtstapel folgende Schichtfolge aufweist: eine AlOx- Schicht, eine erste SiNx-Schicht, eine zweite SiNx-Schicht, eine SiOxNy-Schicht, eine dritte SiNx-Schicht und mindestens eine weitere Schicht, die ausgewählt ist aus der Gruppe, bestehend aus SiOxNy, SiOx, AlOx, AINx und AlF.
Die Passivierwirkung des erfindungsgemäßen Schichtstapels gegenüber der Passivierwirkung des aus der DE 10 2018 108 158 A1 bekannten Schichtstapels ist verbessert. So kann ein Voc-Gewinn (Voc = open-circuit Voltage bzw. Leerlaufspannung) der erfindungsgemäßen Solarzelle im Vergleich zu der Solarzelle gemäß DE 10 2018 108 158 A1 bis zu ca. 1 mV betragen. Um die dritte SiNx-Schicht mit einer rückseitigen Paste wie beispielsweise einer Aluminium-Siebdruckpaste zur Erzeugung einer Rückseitenmetallisierung der Solarzelle während ihrer Herstellung weiterhin bezüglich der Optik und auch im Hinblick auf mögliches „Metall-Pinning“, d.h. unerwünschter direkter Kontakt der Paste durch den Schichtstapel hindurch mit einem Substrat der Solarzelle, zu optimieren, wird die aus der DE 10 2018 108 158 bekannte Solarzelle mit mindestens einer weiteren Schicht versehen, die eine dielektrische Schicht darstellt.
Ein Wirkungsgradgewinn von bis zu 0,12 % konnte beobachtet werden. Voc und/oder Jsc werden verbessert. Ohne an diese Theorie gebunden zu sein, wird angenommen, dass die Ursache hierfür sowohl eine verbesserte Reflexion im infraroten Spektralbereich, d.h. bei Wellenlängen im Bereich von 900 - 1200 nm, bei gleichzeitiger Reduktion des „Metal-Pinning“ also der effektiven Metallisierung der Substratoberfläche liegt. Ein Grund für den verbesserten Wirkungsgrad dürfte daher die verbesserte Ausnutzung des Lichtes im infraroten Spektralbereich bei Betrieb der Solarzelle sein. Zugleich wird angenommen, dass die weitere Schicht mit einer Metallpaste zur Erzeugung einer Rückseiten-Metallisierung kompatibler ist, weil die Metallpaste und Feuerofenprozesse nicht zu einer (teilweisen) Zerstörung dieser Rückseitenpassivierung bzw. zu einen direkten Kontakt der Metallpaste mit der Substratoberfläche also einer unerwünschten Erhöhung derjenigen Fläche der Substratoberfläche führt, die ein Eutektikum aus Pasten- und Substratmaterialien ausbildet.
Bedingt durch den Herstellungsprozess von SiNx- und SiOxNy-Schichten beispielsweise im PECVD-Verfahren (plasma enhanced chemical vapor deposition-Verfahren) wird bei der Abscheidung der Schichten Wasserstoff eingelagert, d. h. die SiNx-Schicht bzw. SiOxNy-Schicht wird hydrogenisiert, was durch die Bezeichnung SiNx:H-Schicht bzw. SiOxNy-Schicht: H-Schicht verdeutlicht wird. Der in einer derartigen Schicht enthaltene Wasserstoff passiviert Rekombinationszentren an der SiNx/Si-Grenzfläche bzw. SiOxNy- Grenzfläche und im Volumen des Substrats. Hierdurch wird der Wirkungsgrad der Solarzelle positiv beeinflusst.
Die Herstellung des erfindungsgemäßen rückseitigen Schichtstapels ist in einer PECVD-Anlage in einem Prozess ohne Belüftung oder Anlagenwechsel möglich. Dadurch können Kosten gespart werden. Bevorzugt werden alle Schichten des Rückseitenstapels in einer Rohr-PECVD Anlage mit einem Boot als Substrathalter mittels eines direkten Plasmas abgeschieden. Es ist aber auch möglich, das AlOx mittels „Atomic-Layer-Deposition“ (ALD) oder Mikrowellen - Remote-Plasma abzuscheiden, und die SiNx- und SiOxNy-Schichten in einer Rohr-PECVD Anlage abzuscheiden. Die Solarzelle ist bevorzugt eine mono- oder multikristalline Solarzelle, die ein Siliziumsubstrat aufweist. Bevorzugt ist die Solarzelle eine PERC-Zelle (PERC - Passivated Emitter and Rear Cell).
Die Schichten des rückseitigen Schichtstapels sind in der vorstehend angegebenen Schichtfolge übereinanderliegend angeordnet. Der rückseitige Schichtstapel kann weitere Schichten aufweisen, die zwischen oder auf den vorstehend genannten Schichten angeordnet sind. Bevorzugt stellt der rückseitige Schichtstapel ein rückseitiger Passivier-Schichtstapel der Solarzelle dar. Der rückseitige Passivier-Schichtstapel besteht bevorzugt aus den vorstehend genannten Schichten. Hierbei ist aber zu beachten, dass auf der Rückseite der Solarzelle weiterhin eine Rückseitenmetallisierung vorliegen kann.
Die AlOx-Schicht ist bevorzugt auf einem Substrat der Solarzelle angeordnet. Bevorzugt ist die AlOx-Schicht direkt auf dem Substrat angeordnet d.h. ohne zusätzlich erzeugte Zwischenschicht. Es kann jedoch eine nicht zusätzlich erzeugte Zwischenschicht zwischen der AlOx-Schicht und dem Substrat vorhanden sein. Beispielsweise kann eine SiOx Schicht beispielsweise mit einer Schichtdicke von 1 bis 2 nm an einer Grenzfläche zwischen der AlOx Schicht und einem Si-Wafer als das Substrat vorhanden sein. Beispielsweise ist diese Schicht als natives Oxid bereits auf dem Si-Wafer vor Beschichtung mit der AlOx-Schicht vorhanden, oder diese bildet sich bei und/oder nach der Beschichtung mit der AlOx-Schicht aus.
Die erste SiNx-Schicht ist auf einer von dem Substrat abgewandten Seite der AlOx-Schicht angeordnet, die zweite SiNx-Schicht ist auf einer von dem Substrat abgewandten Seite der ersten SiNx-Schicht angeordnet, die SiOxNy- Schicht ist auf einer von dem Substrat abgewandten Seite der zweiten SiNx- Schicht angeordnet, die dritte SiNx-Schicht ist auf einer von dem Substrat abgewandten Seite der SiNxOy-Schicht angeordnet und die mindestens eine weitere Schicht ist auf einer von dem Substrat abgewandten Seite der dritten SiNx-Schicht angeordnet, wobei die Schichten bevorzugt direkt übereinander angeordnet sind d.h. ohne Zwischenschichten. In dieser Ausführungsform weist die Solarzelle rückseitig folgenden Aufbau auf: AlOx-Schicht/erste SiNx- Schicht/zweite SiNx-Schicht/SiOxNy-Schicht/dritte SiNx-Schicht/die mindestens eine weitere Schicht. Die mindestens eine weitere Schicht ist bevorzugt eine einzige Schicht oder alternativ bevorzugt aus zwei Schichten gebildet.
Die jeweiligen SiNx bzw. SiOxNy Schichten können sich in ihrem Brechungsindex unterscheiden oder einen gleichen Brechungsindex aufweisen. Bevorzugt weisen sie unterschiedliche Brechungsindices auf. In einer bevorzugten Ausführungsform weist die mindestens eine weitere Schicht einen Brechungsindex auf, der zu dem Brechungsindex der dritten SiNx- Schicht verschieden ist. Bevorzugt ist der Brechungsindex der mindestens einen weiteren Schicht kleiner als der Brechungsindex der dritten SiNx-Schicht. Dadurch wird eine verbesserte (Total-) reflexion an der Rückseite der Solarzelle erreicht. Bevorzugt liegt der Brechungsindex der dritten SiNx-Schicht im Bereich von 2,0 bis 2,4 und ist der Brechungsindex der mindestens einen weiteren Schicht kleiner als 2,0 oder im Bereich von 1 ,5 bis 1 ,6, jeweils gemessen nach DIN bei einer Wellenlänge von 632 nm.
Vorteilhafterweise ist ein Brechungsindex der ersten SiNx-Schicht größer als ein Brechungsindex einer zweiten SiNx-Schicht. Der Brechungsindex der dritten SiNx-Schicht ist bevorzugt kleiner als der Brechungsindex der ersten SiNx- Schicht. Bevorzugter ist der Brechungsindex der dritten SiNx-Schicht gleich oder im Wesentlichen gleich zu dem Brechungsindex der zweiten SiNx-Schicht. Vorteilhafterweise ist ein Brechungsindex der SiOxNy-Schicht kleiner als ein Brechungsindex der ersten, zweiten und dritten SiNx-Schicht.
Bevorzugt liegt der Brechungsindex der AlOx-Schicht im Bereich von 1 ,55 bis 1 ,65, der Brechungsindex der ersten SiNx-Schicht im Bereich von 2,1 bis 2,4, der Brechungsindex der zweiten SiNx-Schicht im Bereich von 1 ,9 bis 2,1 und/oder der Brechungsindex der SiOxNy-Schicht im Bereich von 1 ,5 bis 1 ,8. In dieser Anmeldung genannte Brechungsindizes sind jeweils gemessen nach DIN bei einer Wellenlänge von 632 nm.
In einer bevorzugten Ausführungsform liegt eine Schichtdicke der mindestens einen weiteren Schicht jeweils im Bereich von 10 bis 60 nm oder 20 bis 50 nm. In einer bevorzugten Ausführungsform liegt eine Schichtdicke der AlOx-Schicht im Bereich von 5 bis 20 nm. Eine Schichtdicke der ersten SiNx-Schicht liegt bevorzugt im Bereich von 20 bis 40 nm, während eine Schichtdicke der zweiten SiNx-Schicht bevorzugt im Bereich von 10 bis 30 nm liegt. Eine Schichtdicke der dritten SiNx-Schicht liegt bevorzugt im Bereich von 5 bis 50 nm. Eine Schichtdicke der SiOxNy-Schicht liegt bevorzugt im Bereich von 40 bis 120 nm. Im Bereich dieser Werte weist die Solarzelle eine hohe Lichteinkopplung auf und es wird eine hohe Passivierwirkung erzielt.
Bevorzugt ist die mindestens eine weitere Schicht eine einzige AlOx-Schicht. Bevorzugt weist die AlOx-Schicht einen Brechungsindex im Bereich von 1 ,55 bis 1 ,65 auf. Alternativ bevorzugt ist die mindestens eine weitere Schicht ein Doppel-Schichtsystem, von denen eine Schicht eine SiOxNy-Schicht und die andere Schicht eine AlOx-Schicht ist. Alternativ bevorzugt besteht das Doppel- Schichtsystem aus einer AINx-Schicht und einer AlFx-Schicht.
Besonders bevorzugt ist die mindestens eine weitere Schicht eine einzige SiOxNy-Schicht. Der Vorteil der SiNxOy-Schicht ist, dass sie bei der Herstellung der Solarzelle nach der Abscheidung der dritten SiNx-Schicht durch Zufügen nur eines weiteren Prozessgases wie z.B. N2O oder O2 zu den zur Abscheidung der dritten SiNx-Schicht benötigten Prozessgase SiH4 und NH3 abgeschieden werden kann. Dadurch ist die Solarzelle kostengünstig herstellbar.
In einer bevorzugten Ausführungsform liegt eine Gesamt-Schichtdicke im Bereich von 190 bis 240 nm oder 200 bis 230 nm, wenn die mindestens eine Schicht aus einer Schicht besteht. Bevorzugt liegt die Gesamt-Schichtdicke im Bereich von 220 bis 320 nm oder 230 bis 280 nm, wenn die mindestens eine Schicht aus zwei Schichten besteht. Durch diese Ausgestaltungen werden sowohl bei Lichteinfall von der Vorderseite als auch bei Lichteinfall von der Rückseite eine höhere Leerlaufspannung und ein höherer Wirkungsgrad erzielt.
Bei der Solarzelle kann es sich um eine Monofazial-Solarzelle handeln. Monofazial-Solarzellen können nur auf ihre Vorderseite einfallendes Licht verwerten d.h. in elektrische Energie umwandeln. Alternativ kann es sich bei der Solarzelle um eine Bifazial-Solarzelle handeln. Eine Bifazial-Solarzelle ist eine Solarzelle, die einfallendes Sonnenlicht von zwei Seiten ausnutzen kann. Die Bifazial-Solarzelle kann nicht nur einen direkten Lichteinfall über die Vorderseite, sondern auch einen direkten oder indirekten Lichteinfall über die Rückseite verwerten, letzteres beispielsweise in Form reflektierten Sonnenlichts. Hierdurch wird ein höherer Wirkungsgrad der Bifazial-Solarzelle erzielt als bei der Monofazial-Solarzelle. So kann zum Beispiel ein von einer hellen Hauswand zurückgeworfenes Licht von der Rückseite der Bifazial- Solarzelle genutzt werden. Monofazial-Solarzellen sind im Hinblick auf Bifazial- Solarzellen jedoch kostengünstiger. Bevorzugt ist die erfindungsgemäße Solarzelle eine Monofazial-Solarzelle.
Die Erfindung betrifft ferner ein Solarmodul, das eine Solarzelle gemäß einer oder mehreren der vorstehend beschriebenen Ausführungsformen enthält. Die Effizienz des Solarmoduls ist durch Integration der Solarzelle gesteigert. Das Solarmodul kann bifazial oder monofazial ausgebildet sein. Im letzteren Fall können auch Bifazial-Solarzellen in einem Solarmodul angeordnet werden, welches eigentlich für monofaziale Stromgewinnung eingesetzt wird.
Ein bifaziales Solarmodul besitzt die Eigenschaft, sowohl auf die Vorderseite einfallendes Licht als auch auf die Rückseite einfallendes Licht zur Stromerzeugung zu nutzen. Bei dem bifazialen Solarmodul wird eine transparente Folie oder Glas als Rückseitenverkapselungselement verwendet. So kann Licht, dass ungenutzt durch das Modul geht und reflektiertes Licht aus der Umgebung auf der Rückseite genutzt werden. Ein monofaziales Solarmodul besitzt die Eigenschaft, nur auf die Vorderseite einfallendes Licht zur Stromerzeugung zu nutzen. Bei einem monofazialen Solarmodul wird ein weitgehend lichtundurchlässiges Rückseitenverkapselungselement verwendet, mit einer Transmission von weniger als 2 %>. Bevorzugt ist das erfindungsgemäße Solarmodul ein Monofazial-Solarmodul.
Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zur Herstellung einer Solarzelle, wobei der rückseitige Schichtstapel auf einem Substrat in einer Rohr PECVD Anlage mit einem Boot als Substrathalter abgeschieden wird.
Alle Schichten werden bevorzugt in ein- und demselben Rohr abgeschieden, wobei zeitlich nacheinander ein für die jeweilige Schicht optimierter Plasmaprozess im Hinblick auf Prozessgase, Prozessdruck, Plasmaleistung und Prozesstemperatur durchgeführt wird.
In der Rohr PECVD Anlage werden mehrere Substrate in einem Boot bereitgestellt. In dem Boot beispielsweise einem Graphitboot sind jeweils zwei Substrate gegenüberliegend angeordnet und weisen eine unterschiedliche Polarität auf. Das Boot weist mehrere parallel zueinander angeordnete Trägerplatten zum Tragen der mehreren Substrate während des Beschichtens auf, wobei die Trägerplatten gegeneinander isoliert wechselweise mit Anschlüssen eines Wechselspannungsgenerators (nicht gezeigt) verbunden sind. Die Trägerplatten weisen eine geeignete Halterung (nicht gezeigt) wie beispielsweise Substrattaschen, Haltestifte oder dgl. auf, um die Substrate zu halten, wobei die einzelnen Substrate in der Haltevorrichtung in einem Abstand zueinander gehalten sind, so dass ein möglichst gleichmäßiges Durchströmen von Gasen durch sämtliche Zwischenräume und die Ausbildung eines Plasmas zwischen den Substraten zur Sicherstellung einer gleichmäßigen Beschichtung der Substrate ermöglicht wird.
Weitere Eigenschaften und Vorteile der Erfindung werden im Zusammenhang mit den Figuren gezeigt und nachfolgend exemplarisch beschrieben. Es zeigen schematisch und nicht maßstabsgetreu:
Fig. 1 eine Teil-Querschnittsansicht einer erfindungsgemäßen Solarzelle;
Fig. 2 eine Teil-Querschnittsansicht einer weiteren erfindungsgemäßen Solarzelle; und
Fig. 3 eine Querschnittsansicht einer Rohr PECVD Anlage, in der ein Verfahren zur Herstellung der Solarzelle durchgeführt wird.
Fig. 1 zeigt eine Teil-Querschnittsansicht einer erfindungsgemäßen Solarzelle. Von der Solarzelle ist lediglich der rückseitige Schichtstapel gezeigt. Der Schichtstapel ist rückseitig auf ein Substrat (nicht gezeigt) aufgebracht und weist folgende Schichtfolge auf:
- eine AlOx-Schicht 1 , die auf dem Substrat (nicht gezeigt) angeordnet ist, - eine erste SiNx-Schicht 2, die auf einer vom Substrat abgewandten Seite der AlOx-Schicht 1 angeordnet ist,
- eine zweite SiNx-Schicht 3, die auf einer vom Substrat abgewandten Seite der ersten SiNx-Schicht 2 angeordnet ist,
- eine SiOxNy-Schicht 4, die auf einer vom Substrat abgewandten Seite der dritten SiNx-Schicht angeordnet ist,
- eine dritte SiNx-Schicht 5, die auf einer von dem Substrat abgewandten Seite der SiOxNy-Schicht 4 angeordnet ist, und
- eine weitere Schicht 6, die auf einer vom Substrat abgewandten Seite der dritten SiNx-Schicht 5 angeordnet ist, wobei die weitere Schicht 6 eine SiNxOy-Schicht ist.
Die AlOx-Schicht 1 weist einen Brechungsindex von 1 ,60 und eine Schichtdicke von 15 nm auf. Die erste SiNx-Schicht 2 weist einen Brechungsindex im Bereich von 2,10 und eine Schichtdicke im Bereich von 20 nm auf. Die zweite SiNx- Schicht 3 weist einen Brechungsindex von 2,02 und eine Schichtdicke im Bereich von 20 nm auf. Die SiOxNy-Schicht 4 weist einen Brechungsindex von 1 ,60 und eine Schichtdicke von 100 nm auf. Die dritte SiNx-Schicht 5 weist einen Brechungsindex im Bereich von 2,02 und eine Schichtdicke im Bereich von 30 nm auf. Die weitere Schicht 6 weist einen Brechungsindex von 1 ,60 und eine Schichtdicke von 20 nm auf. Die Gesamtschichtdicke des rückseitigen Schichtstapels beträgt 205 nm.
Fig. 2 zeigt eine Teil-Querschnittsansicht einer weiteren erfindungsgemäßen Solarzelle. Die in Fig. 2 gezeigte Solarzelle entspricht der in Fig. 1 gezeigten Solarzelle mit dem Unterschied, dass auf der weiteren Schicht 6 eine weitere Schicht 7 angeordnet ist. Die weitere Schicht 7 ist eine AlOx-Schicht mit einem Brechungsindex von 1 ,60 und einer Schichtdicke von 30 nm. Die Gesamtschichtdicke beträgt 235 nm.
Fig. 3 zeigt eine Querschnittsansicht eine Rohr PECVD Anlage, in der ein Verfahren zur Herstellung der Solarzelle durchgeführt wird. In der Rohr PECVD Anlage 8 werden mehrere Substrate 10 in einem Boot 9 bereitgestellt. In dem Boot 9 sind jeweils zwei Substrate 10 gegenüberliegend angeordnet und weisen eine unterschiedliche Polarität auf. Das Boot 9 weist mehrere parallel zueinander angeordnete Trägerplatten 91 zum Tragen der mehreren Substrate 10 während des Beschichtens auf, wobei die Trägerplatten 91 gegeneinander isoliert wechselweise mit Anschlüssen eines Wechselspannungsgenerators (nicht gezeigt) verbunden sind. Die Trägerplatten 91 weisen eine geeignete Halterung (nicht gezeigt) wie beispielsweise Substrattaschen, Haltestifte oder dgl. auf, um die Substrate 10 zu halten, wobei die einzelnen Substrate 10 in der Haltevorrichtung in einem Abstand zueinander gehalten sind, so dass ein möglichst gleichmäßiges Durchströmen von Gasen durch sämtliche Zwischenräume und die Ausbildung eines Plasmas zwischen den Substraten 10 zur Sicherstellung einer gleichmäßigen Beschichtung der Substrate 10 ermöglicht wird.
In dem Verfahren zur Herstellung d in Fig. 1 oder 2 gezeigten Solarzelle wird der rückseitige Schichtstapel mit folgender Schichtfolge jeweils auf den Substraten 10 in der Rohr PECVD Anlage 8 mit dem Boot 9 als Substrathalter abgeschieden: eine AlOx-Schicht, eine erste SiNx-Schicht, eine zweite SiNx- Schicht, eine SiOxNy-Schicht, eine dritte SiNx-Schicht und die mindestens eine weitere Schicht, die ausgewählt ist aus der Gruppe, bestehend aus SiOxNy, SiOx, AlOx, AINx und AlF. Diese Schichten werden nacheinander in ein- und demselben Rohr PECVD Anlage 8 aufgebracht. Die Gasanschlüsse der Rohr PECVD Anlage 8 sowie Entlüftungs- und Belüftungszuführungen sind der Übersichtlichkeit halber nicht gezeigt.
Bezugszeichenliste:
1 AlOx-Schicht
2 erste SiNx-Schicht
3 zweite SiNx-Schicht
4 SiOxNy- Schicht
5 dritte SiNx-Schicht
6 weitere Schicht
7 weitere Schicht
8 Rohr PECVD-Anlage
9 Boot
91 Trägerplatte
10 Substrat

Claims

Patentansprüche:
1 . Solarzelle mit einem rückseitigen Schichtstapel, dadurch gekennzeichnet, dass der rückseitige Schichtstapel folgende Schichtfolge aufweist: eine AlOx- Schicht (1 ), eine erste SiNx-Schicht (2), eine zweite SiNx-Schicht (3), eine SiOxNy-Schicht (4), eine dritte SiNx-Schicht (5) und mindestens eine weitere Schicht (6, 7), die ausgewählt ist aus der Gruppe, bestehend aus SiOxNy, SiOx, AlOx, AINx und AlF.
2. Solarzelle nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine weitere Schicht (6, 7) einen Brechungsindex aufweist, der zu dem Brechungsindex der dritten SiNx-Schicht (5) verschieden ist.
3. Solarzelle nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Brechungsindex der mindestens einen weiteren Schicht (6, 7) kleiner als der Brechungsindex der drittem SiNx-Schicht (5) ist.
4. Solarzelle nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Brechungsindex der dritten SiNx-Schicht (5) im Bereich von 2,0 bis 2,4 liegt und der Brechungsindex der mindestens einen weiteren Schicht (6, 7) kleiner als 2,0 ist oder im Bereich von 1 ,5 bis 2,0 liegt, gemessen nach DIN bei einer Wellenlänge von 632 nm.
5. Solarzelle nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Brechungsindex der AlOx-Schicht (1 ) im Bereich von 1 ,55 bis 1 ,65 liegt, ein Brechungsindex der ersten SiNx-Schicht (2) im Bereich von 2, 1 bis 2,4 liegt, ein Brechungsindex der zweiten SiNx-Schicht (3) im Bereich von 1 ,9 bis 2,1 liegt und/oder ein Brechungsindex der SiOxNy-Schicht (4) im Bereich von 1 ,5 bis 1 ,8 liegt, gemessen nach DIN bei einer Wellenlänge von 632 nm.
6. Solarzelle nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Schichtdicke der mindestens einen weiteren Schicht (6, 7) jeweils im Bereich von 10 bis 60 nm oder 15 bis 40 nm liegt.
7. Solarzelle nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine weitere Schicht (6, 7) eine SiOxNy- Schicht ist oder dass die mindestens eine weitere Schicht (6, 7) eine AlOx- Schicht ist oder dass die mindestens eine weitere Schicht (6, 7) eine SiOxNy- Schicht und eine AlOx-Schicht ist oder dass die mindestens eine weitere Schicht (6, 7) eine AINx-Schicht und eine AlFx-Schicht ist.
8. Solarzelle nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Gesamt-Schichtdicke des rückseitigen Schichtstapels im Bereich von 190 bis 240 nm oder 200 bis 230 nm liegt, wenn die mindestens eine Schicht (6, 7) aus einer Schicht besteht, und/oder dass eine Gesamt- Schichtdicke des rückseitigen Schichtstapels im Bereich von 220 bis 320 nm oder 230 bis 280 nm liegt, wenn die mindestens eine Schicht (6, 7) aus zwei Schichten besteht.
9. Solarmodul, enthaltend mindestens eine Solarzelle nach einem der vorangehenden Ansprüche.
10. Verfahren zur Herstellung einer Solarzelle nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der rückseitige Schichtstapel auf einem Substrat (10) in einer Rohr PECVD Anlage (8) mit einem Boot (9) als Substrathalter abgeschieden wird.
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