WO2024099521A1 - Verfahren zur herstellung einer solarzelle - Google Patents

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WO2024099521A1
WO2024099521A1 PCT/DE2023/100843 DE2023100843W WO2024099521A1 WO 2024099521 A1 WO2024099521 A1 WO 2024099521A1 DE 2023100843 W DE2023100843 W DE 2023100843W WO 2024099521 A1 WO2024099521 A1 WO 2024099521A1
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WO
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solar cell
zone
cell precursor
coating
transport system
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PCT/DE2023/100843
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English (en)
French (fr)
Inventor
Lukas Kegelmann
Michael Schley
Ralf NIEMANN
Fabian Fertig
Sebastian BEHRENDS
Original Assignee
Hanwha Q Cells Gmbh
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Filing date
Publication date
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    • 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
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    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10K—ORGANIC ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES
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    • H10K30/50—Photovoltaic [PV] devices
    • H10K30/57—Photovoltaic [PV] devices comprising multiple junctions, e.g. tandem PV cells
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10K—ORGANIC ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES
    • H10K71/00—Manufacture or treatment specially adapted for the organic devices covered by this subclass

Definitions

  • the invention relates to a method for producing a solar cell.
  • the solar cell can be a single solar cell or a multiple solar cell, which is also referred to as a tandem solar cell.
  • a tandem solar cell has several solar cells, which are also referred to as sub-cells and are stacked on top of one another.
  • a distinction is made between mechanically stacked tandem solar cells, in which the sub-cells are manufactured separately from one another, and monolithic tandem solar cells, in which all sub-cells are built on the same substrate.
  • Solar cells are known that have a SAM (self-assembled monolayer).
  • SAM self-assembled monolayer
  • the SAM can currently only be realized on a laboratory scale and with low throughput.
  • the solar cell precursor is transported through various zones of a system using a horizontal transport system and treated with one-sided treatment steps.
  • the focus here is on the formation of the SAM on the solar cell precursor, which is part of the layer structure of the solar cell.
  • the process is a strict one-sided process.
  • the invention relates to a method for producing a solar cell with a self-organizing monolayer, comprising the following steps: a) preconditioning a solar cell precursor in a preconditioning zone, b) coating the preconditioned solar cell precursor with the self-organizing monolayer in a coating zone, wherein the solar cell precursor is transported successively through the preconditioning zone and the coating zone by means of a horizontal transport system, at least partially touching one side of the latter, and is preconditioned on one side in the preconditioning zone and then coated in the coating zone.
  • the method according to the invention enables the solar cell precursor to be coated with the SAM as a mass production process.
  • the applied SAM is part of the structure of the solar cell produced.
  • the method simplifies the entire process flow of coating the solar cell precursor with the SAM with upstream and, if necessary, downstream surface conditioning.
  • the preconditioning is essential to ensure good chemical bonding of the SAM molecules to the surface of the solar cell precursor to be coated.
  • the advantage of the method is easy scalability and the strict one-side treatment of the solar cell precursor.
  • the system designed to carry out the method is preferably an inline system that contains the horizontal transport system.
  • the zones are preferably designed as exchangeable and/or changeable system modules, each of which has an associated function.
  • the horizontal transport system is preferably designed to transport a large number of solar cell precursors one after the other and/or next to one another through the entire system.
  • System zones are preferably designed to carry out a full-surface treatment of the solar cell precursor on one side of the solar cell precursor. Its treatment is carried out exclusively on one side.
  • step a) comprises a pre-cleaning of the solar cell precursor, in which the solar cell precursor is transported through a pre-cleaning zone and pre-cleaned on one side.
  • the pre-cleaning preferably comprises washing the solar cell precursor on one side with ethanol. This achieves good preconditioning.
  • the solar cell precursor is preferably dried following the pre-cleaning in order to remove cleaning solution from the pre-cleaned solar cell precursor.
  • step a) preferably comprises a pretreatment of the solar cell precursor, in which the solar cell precursor is transported through a pretreatment zone and is pretreated on one side.
  • the pretreatment comprises a one-sided exposure of the Solar cell precursor to ozone, UV radiation, O2 and/or Nz plasma.
  • the pretreatment comprises a one-sided exposure of the solar cell precursor to ozone and/or UV radiation. This achieves good preconditioning.
  • the solar cell precursor is preconditioned in step a) by means of washing with ethanol, water or ethanol/water mixtures and ozone pretreatment. This also achieves good preconditioning.
  • the solar cell precursor is treated on one side in the treatment zones, in particular coated on one side in the coating zone. This does not exclude the possibility that chemicals or processes can inadvertently reach the side of the solar cell precursor that is not to be treated, in particular the side that is to be coated, e.g. via the transport rollers of the transport system.
  • the solar cell precursor is coated over its entire surface on one side, on the side opposite the side that touches the transport system.
  • the solar cell precursor is dried after coating in order to remove a solvent from the coating material.
  • a coating material used in step b) for coating the solar cell precursor with the self-assembling monolayer is selected from the group consisting of: 2PACz ([2-(9H-carbazol-9-yl)ethyl]phosphonic acid), MeO-2PACz ([2-(3,6-dimethoxy-9H-carbazol-9-yl)ethyl]phosphonic acid), Me-4PACz ([4-(3,6-dimethyl-9H-carbazol-9-yl)butyl]phosphonic acid), Me-2PACz ([2-(3,6-dimethyl-9H-carbazol-9-yl)ethyl]phosphonic acid), Br-2PACz ([2-(3,6-dibromo-9H-carbazol-9-yl)ethyl]phosphonic acid).
  • step b) 2PACz is used in step b).
  • the self-organizing monolayer in the solar cell acts preferentially as a hole-conducting layer in a tandem solar cell.
  • step c) of thermally treating the solar cell precursor coated with the self-assembled monolayer is carried out in an annealing zone, wherein the solar cell precursor is transported through the annealing zone by means of the horizontal transport system, touching the transport system on one side, and is thermally treated. This allows solvent used in the coating to be removed.
  • a step d) of post-cleaning the solar cell precursor coated with the self-assembled monolayer can be carried out in a post-cleaning zone, wherein the solar cell precursor is transported through the post-cleaning zone by means of the horizontal transport system, touching the transport system on one side, and is post-cleaned on one side in the post-cleaning zone.
  • the post-cleaning preferably includes washing the solar cell precursor. This removes excess material that was used to coat the solar cell precursor.
  • step b) comprises a doctor blade coating, slot nozzle deposition and/or spray coating and/or droplet coating.
  • spray and/or slot nozzle systems and/or droplet strips are preferably used to achieve a one-sided coating.
  • the horizontal transport system has a plurality of transport rollers, wherein the transport rollers rotate in a direction of rotation so that a solar cell precursor resting on them is transported in the transport direction through the preconditioning zone, the coating zone and optionally the annealing zone and optionally the post-cleaning zone.
  • the solar cell to be produced is preferably a tandem solar cell.
  • the solar cell precursor comprises a lower sub-cell of the tandem solar cell, on which a recombination layer is arranged, which is preconditioned in step a) and coated in step b).
  • the lower sub-cell preferably has a silicon-based absorber.
  • the recombination layer is preferably designed as a TCO (transparent conductive oxide) layer, more preferably as an ITO (indium tin oxide) layer.
  • the lower subcell of the tandem solar cell has a layer structure in the specified order:
  • an absorber such as a silicon substrate in the form of a p-type or n-type Cz-Si substrate
  • the backside metallization has local contacts with the absorber through the backside passivation, wherein the recombination layer to be coated with the method according to the invention is arranged on the electrically conductive layer.
  • a perovskite absorber for example Cso,o5(MAo,83, FAo,i7)o,95Pb(lo,83, Bro,17)3, is deposited on the self-assembling monolayer following step b), optionally c) or d).
  • the method further comprises a loading step in which the solar cell precursor is loaded onto the horizontal transport system.
  • the loading step takes place before step a).
  • the method further comprises an unloading step in which the solar cell precursor is unloaded from the horizontal transport system.
  • the unloading step represents the last method step.
  • the method is preferably carried out in a system which is designed such that the transport system transports the solar cell precursor through the system during the complete execution of the method.
  • the transport system preferably transports a large number of solar cell precursors through the system next to one another and/or one after the other.
  • Fig. 1 is a cross-sectional view of a tandem solar cell that can be produced using the method according to the invention.
  • Fig. 2 shows a plant in which the method according to the invention is carried out.
  • Fig. 1 shows a cross-sectional view of a tandem solar cell that can be produced using the method according to the invention. It has the following structure in the order given:
  • a front side metallization 11 which comprises e.g. silver,
  • an electrically conductive layer 12 such as an ITO layer
  • buffer and electron conductor layer 13 such as a SnO layer
  • a passivation and hole blocking layer 14 such as a C60 layer
  • an absorber 15 e.g. a perovskite absorber such as Cso,o5(MAo,83, FAo,i7)o,95Pb(lo,83, Bro, 17)3,
  • hole-conducting layer 16 which represents the SAM or self-assembling monolayer, e.g. 2 PACz ([2-(9H-carbazol-9-yl)ethyl]phosphonic acid),
  • recombination layer 17 such as an ITO layer
  • the tandem solar cell has an upper subcell 1 with layers 11 to 17 and a lower subcell 2 with layers 22 to 25.
  • the subcell 1 has the perovskite-based absorber 15, while the subcell 2 has the silicon-based absorber 22.
  • Fig. 2 shows a system in which the method according to the invention is carried out.
  • the system has several zones, each designed to treat a solar cell precursor 60, and a horizontal transport system with transport rollers 40, which is arranged and designed to transport the solar cell precursor 60 lying on one side through the zones.
  • Several solar cell precursors are shown which are transported through the various zones of the system.
  • the system has a loading zone 30 in which the transport system is loaded with the solar cell precursor 60 so that it touches the transport system with one side.
  • the loading zone 30 is followed by a preconditioning zone.
  • the preconditioning zone has a precleaning zone 31 in which the solar cell precursor 60 is first precleaned on one side by means of a cleaning device 41, e.g. washed with ethanol, and then dried by means of a drying device 42, and/or a pretreatment zone 32 in which the solar cell precursor 60 is pretreated on one side, e.g. using ozone.
  • the pretreatment zone 32 is followed by a coating zone 33 in which the pretreated solar cell precursor 60 is coated on one side with a self-organizing monolayer 61 by means of a coating device 43. and optionally dried by means of a further drying device 42.
  • the coating zone 33 is followed by an optional annealing zone
  • the solar cell precursor 60 coated with the self-assembling monolayer 61 is thermally treated in a heat zone 39.
  • the optional annealing zone 34 is followed by an optional post-cleaning zone
  • the solar cell precursor 60 coated with the self-assembling monolayer 61 is cleaned using a cleaning device 41 and dried using a further drying device 42.
  • the optional post-cleaning zone 35 is followed by an optional drying zone
  • the optional drying zone 36 is followed by a discharge zone 37, in which the solar cell precursor 60 coated with the self-assembling monolayer 61 is discharged from the transport system.
  • the system can be used to carry out the method according to the invention for producing a solar cell 60 with a self-organizing monolayer 61, which comprises the following steps:
  • the solar cell precursor 60 coated with the self-organizing monolayer 61 can then be thermally treated and/or cleaned. In this way, for example, the hole conductor layer 16 of the tandem solar cell shown in Fig. 1 can be produced.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Solarzelle mit einer selbstorganisierenden Monoschicht (61), aufweisend folgende Schritte a) Vorkonditionieren eines Solarzellenpräkursors (60) in einer Vorkonditionierzone, b) Beschichten des vorkonditionierten Solarzellenpräkursors (60) mit der selbstorganisierenden Monoschicht (61) in einer Beschichtungszone (33), wobei der Solarzellenpräkursor (60) nacheinander durch die Vorkonditionierzone und die Beschichtungszone (33) mittels eines horizontalen Transportsystems dieses zumindest teilweise mit einer Seite berührend transportiert wird und dabei einseitig in der Vorkonditionierzone vorkonditioniert und anschließend in der Beschichtungszone (33) beschichtet wird.

Description

Titel: Verfahren zur Herstellung einer Solarzelle
Beschreibung:
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Solarzelle. Bei der Solarzelle kann es sich um eine Einfach-Solarzelle oder eine Mehrfach- Solarzelle handeln, die auch als Tandem-Solarzelle bezeichnet wird. Eine Tandem-Solarzelle weist mehrere Solarzellen auf, welche auch als Teilzellen bezeichnet werden und übereinandergestapelt sind. Dabei wird zwischen mechanisch gestapelten Tandem-Solarzellen, bei denen die Teilzellen voneinander getrennt hergestellt sind, und monolithischen Tandem-Solarzellen unterschieden, bei denen alle Teilzellen auf demselben Substrat aufgebaut sind.
Es sind Solarzellen bekannt, die eine SAM (self-assembled monolayer, selbstorganisierende Monoschicht) aufweisen. Die SAM ist jedoch bisher nur im Labormaßstab und mit geringem Durchsatz realisierbar. Es besteht aber ein Bedarf, eine Solarzelle mit einer SAM im industriellen Maßstab herzustellen.
Es ist eine Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zur Herstellung einer Solarzelle bereitzustellen, mit dem eine Solarzelle mit einer selbstorganisierenden Monoschicht im industriellen Maßstab herstellbar ist.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patenanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen und Modifikationen sind in den Unteransprüchen angegeben.
In dem Verfahren wird der Solarzellenpräkursor durch verschiedene Zonen einer Anlage mittels eines horizontalen Transportsystems transportiert und mit einseitigen Behandlungsschritten behandelt. Hierbei steht die Ausbildung der SAM auf dem Solarzellenpräkursor im Fokus, die Teil der Schichtstruktur der Solarzelle ist. Bei dem Verfahren handelt es sich um einen strikten Einseitenprozess. Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Solarzelle mit einer selbstorganisierenden Monoschicht, aufweisend folgende Schritte a) Vorkonditionieren eines Solarzellenpräkursors in einer Vorkonditionierzone, b) Beschichten des vorkonditionierten Solarzellenpräkursors mit der selbstorganisierenden Monoschicht in einer Beschichtungszone, wobei der Solarzellenpräkursor nacheinander durch die Vorkonditionierzone und die Beschichtungszone mittels eines horizontalen Transportsystems dieses zumindest teilweise mit einer Seite berührend transportiert wird und dabei einseitig in der Vorkonditionierzone vorkonditioniert und anschließend in der Beschichtungszone beschichtet wird.
Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht eine Beschichtung des Solarzellenpräkursors mit der SAM als eine Massenfertigung. Die aufgebrachte SAM ist Teil der Struktur der hergestellten Solarzelle. Mittels des Verfahrens kann nicht nur ein Solarzellenpräkursor beschichtet werden, sondern kann eine Vielzahl von Solarzellenpräkursoren nacheinander und/oder nebeneinander durch die verschiedenen Zonen der Anlage transportiert und beschichtet werden. Das Verfahren vereinfacht durch Integration mehrerer Prozessschritte in der Anlage den kompletten Prozessfluss der Beschichtung des Solarzellenpräkursors mit der SAM mit vorgelagerten und ggf. nachgelagerten Oberflächenkonditionierungen. Die Vorkonditionierung ist dabei essenziell, um eine gute chemische Bindung der SAM-Moleküle an der zu beschichtenden Oberfläche des Solarzellenpräkursors zu gewährleisten. Der Vorteil des Verfahrens ist eine einfache Skalierbarkeit und die strikte Einseitenbehandlung des Solarzellenpräkursors. Dadurch können sehr geringe Verbräuche, auch an einem SAM Präkursor, erreicht werden und alle Verfahrensschritte sind vorteilhaft in die Anlage integriert. Die Reihenfolge der Prozessschritte kann über die Konfiguration der Anlage angepasst werden. Dadurch ist es auch möglich, einzelne Prozessschritte wegzulassen oder zu ergänzen. Das Verfahren wird zur Herstellung einer Einfach-Solarzelle oder einer Mehrfach-Solarzelle verwendet. Die Einfach-Solarzelle ist als eine einzelne Solarzelle ausgebildet, während die Mehrfach-Solarzellen mehrere Teilzellen aufweisen. Bevorzugt ist das Verfahren zur Herstellung einer Vielzahl von Solarzellen mit einer selbstorganisierenden Monoschicht ausgebildet, wobei die Vielzahl von Solarzellpräkursoren hinter- und/oder nebeneinander durch die Vorkonditionierungszone und anschließend durch die Beschichtungszone mittels des horizontalen Transportsystems dieses zumindest teilweise mit einer Seite berührend transportiert wird.
Die Anlage, die zur Durchführung des Verfahrens ausgebildet ist, ist bevorzugt eine Inline-Anlage, die das horizontale Transportsystem enthält. Die Zonen sind bevorzugt als austausch- und/ oder veränderbare Anlagenmodule ausgebildet, die jeweils eine ihnen zugeordnete Funktion aufweisen. Das horizontale Transportsystem ist bevorzugt derart ausgebildet, eine Vielzahl von Solarzellenpräkursoren nacheinander und/oder nebeneinander durch die gesamte Anlage zu transportieren. Bevorzugt sind Anlagezonen ausgebildet, die eine vollflächige Behandlung des Solarzellenpräkursors auf einer Seite des Solarzellenpräkursors auszuführen. Seine Behandlung wird ausschließlich einseitig ausgeführt.
In einer bevorzugten Ausführungsform weist der Schritt a) eine Vorreinigung des Solarzellenpräkursors auf, in der der Solarzellenpräkursor durch eine Vorreinigungszone transportiert wird und einseitig vorgereinigt wird. Bevorzugt weist die Vorreinigung ein einseitiges Waschen des Solarzellenpräkursors mit Ethanol auf. Dadurch wird eine gute Vorkonditionierung realisiert. Bevorzugt wird der Solarzellenpräkursor im Anschluss an die Vorreinigung getrocknet, um Reinigungslösung von dem vorgereinigten Solarzellenpräkursor zu entfernen.
Alternativ oder zusätzlich bevorzugt weist der Schritt a) eine Vorbehandlung des Solarzellenpräkursors auf, in der der Solarzellenpräkursor durch eine Vorbehandlungszone transportiert wird und einseitig vorbehandelt wird. Bevorzugt weist die Vorbehandlung eine einseitige Aussetzung des Solarzellenpräkursors zu Ozon, UV-Strahlung, O2- und/oder Nz-Plasma auf. Bevorzugt weist die Vorbehandlung eine einseitige Aussetzung des Solarzellenpräkursors zu Ozon und/oder UV-Strahlung auf. Dadurch wird eine gute Vorkonditionierung erreicht.
In einer bevorzugten Ausführungsform wird der Solarzellenpräkursor in dem Schritt a) mittels des Waschens mit Ethanol, Wasser oder Ethanol/Wasser Mischungen und der Ozon-Vorbehandlung vorkonditioniert. Dadurch wird weiterhin eine gute Vorkonditionierung erzielt.
Der Solarzellenpräkursor wird in den Behandlungszonen einseitig behandelt, insbesondere in der Beschichtungszone einseitig beschichtet. Dies schließt nicht aus, dass Chemikalien oder Prozesse unbeabsichtigt z.B. über die Transportrollen des Transportsystems auch die nicht zu behandelnde insbesondere beschichtende der Seite des Solarzellenpräkursors erreichen können.
Bevorzugt wird in dem Schritt b) der Solarzellenpräkursor vollflächig einseitig auf der Seite beschichtet, die zu der Seite gegenüberliegt, die das Transportsystem berührt. Bevorzugt wird der Solarzellenpräkursor im Anschluss an die Beschichtung getrocknet, um ein Lösungsmittel des Beschichtungsmaterials zu entfernen.
Bevorzugt ist ein in dem Schritt b) verwendetes Beschichtungsmaterial zur Beschichtung des Solarzellenpräkursors mit der selbstorganisierenden Monoschicht ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus: 2PACz ([2-(9H- Carbazol-9-yl)ethyl]phosphonsäure), MeO-2PACz ([2-(3,6-Dimethoxy-9H- carbazol-9-yl)ethyl]phosphonsäure), Me-4PACz ([4-(3,6-Dimethyl-9H-carbazol- 9-yl)butyl]phosphonsäure), Me-2PACz ([2-(3,6-Dimethyl-9H-carbazol-9- yl)ethyl]phosphonsäure), Br-2PACz ([2-(3,6-Dibromo-9H-carbazol-9- yl)ethyl]phosphonsäure). Bevorzugt wird in dem Schritt b) 2PACz verwendet. Die selbstorganisierende Monoschicht wirkt in der Solarzelle bevorzugt als Loch lei terschicht in einer Tandem-Solarzelle. In einer bevorzugten Ausführungsform wird im Anschluss an den Schritt b) ein Schritt c) thermisches Behandeln des mit der selbstorganisierenden Monoschicht beschichteten Solarzellenpräkursors in einer Annealingzone ausgeführt, wobei der Solarzellenpräkursor durch die Annealingzone mittels des horizontalen Transportsystems auf einer Seite das Transportsystem berührend transportiert und thermisch behandelt wird. Dadurch kann bei der Beschichtung verwendetes Lösungsmittel entfernt werden.
Zusätzlich kann im Anschluss an den Schritt b) oder c) ein Schritt d) Nachreinigen des mit der selbstorganisierenden Monoschicht beschichteten Solarzellenpräkursors in einer Nachreinigungszone durchgeführt werden, wobei der Solarzellenpräkursor durch die Nachreinigungszone mittels des horizontalen Transportsystems auf einer Seite das Transportsystem berührend transportiert wird und dabei einseitig in der Nachreinigungszone nachgereinigt wird. Das Nachreinigen umfasst bevorzugt ein Waschen des Solarzellenpräkursors. Dadurch wird überschüssiges Material entfernt, das zur Beschichtung des Solarzellenpräkursors verwendet wurde.
Bevorzugt weist der Schritt b) eine Rakelbeschichtung, Schlitzdüsenabscheidung und/oder Sprühbeschichtung und/oder Tropfenbeschichtung auf. In dem Schritt b) kommen bevorzugter Sprüh- und/oder Schlitzdüsensysteme und/oder Tropfleisten zum Einsatz, um eine einseitige Beschichtung zu realisieren.
In einer bevorzugten Ausführungsform weist das horizontale Transportsystem eine Vielzahl von Transportrollen auf, wobei sich die Transportrollen in eine Drehrichtung drehen, so dass ein auf ihnen aufliegender Solarzellenpräkursor in Transportrichtung durch die Vorkonditionierzone, die Beschichtungszone und ggf. die Annealingzone und ggf. die Nachreinigungszone transportiert wird.
Die herzustellende Solarzelle ist bevorzugt eine Tandem-Solarzelle. In einer bevorzugten Ausführungsform weist der Solarzellenpräkursor eine untere Teilzelle der Tandem-Solarzelle auf, auf der eine Rekombinationsschicht angeordnet ist, die in dem Schritt a) vorkonditioniert und in dem Schritt b) beschichtet wird.
Bevorzugt weist die untere Teilzelle einen Absorber auf Siliziumbasis auf. Die Rekombinationsschicht ist bevorzugt als TCO- (transparent conductive oxide, transparente leitfähige Oxid-) Schicht bevorzugter als ITO- (indium tin oxide, Indiumzinnoxid-) Schicht ausgebildet.
Bevorzugt weist die untere Teilzelle der Tandem-Solarzelle einen Schichtaufbau in der angegebenen Reihenfolge auf:
- eine elektrisch leitfähige Schicht,
- einen Absorber wie ein Silizium -Substrat in Form eines p-Typ oder n-Typ Cz-Si-Substrats,
- eine Rückseitenpassivierung,
- eine Rückseitenmetallisierung, wobei die Rückseitenmetallisierung lokale Kontakte durch die Rückseitenpassivierung mit dem Absorber auf weist, wobei die zu mit dem erfindungsgemäßen Verfahren zu beschichtende Rekombinationsschicht auf der elektrisch leitfähigen Schicht angeordnet ist.
Bevorzugt wird auf der selbstorganisierenden Monoschicht im Anschluss an den Schritt b), ggf. c) oder d) ein Perowskit-Absorber beispielsweise Cso,o5(MAo,83, FAo,i7)o,95Pb(lo,83, Bro, 17)3 abgeschieden.
Bevorzugt weist das Verfahren weiterhin einen Beladeschritt auf, in dem der Solarzellenpräkursor auf das horizontale Transortsystem geladen wird. Der Beladeschritt findet vor dem Schritt a) statt. Bevorzugt weist das Verfahren weiterhin einen Entladeschritt auf, in dem der Solarzellenpräkursor von dem horizontalen Transortsystem entladen wird. Der Entladeschritt stellt den letzten Verfahrensschritt dar. Das Verfahren wird bevorzugt in einer Anlage durchgeführt, die derart ausgebildet ist, dass das Transportsystem den Solarzellenpräkursor während der vollständigen Ausführung des Verfahrens durch die Anlage transportiert. Bevorzugt transportiert das Transportsystem nebeneinander und/oder nacheinander eine Vielzahl von Solarzellenpräkursoren durch die Anlage.
Weitere Vorteile und Eigenschaften des Verfahrens werden anhand von nachfolgend beschriebenen bevorzugten Ausführungsformen erläutert. Die Figuren sind jedoch nicht maßstabsgerecht gezeichnet, sondern rein schematisch und beispielhaft zu verstehen.
Es zeigen:
Fig. 1 eine Querschnittsansicht einer Tandem-Solarzelle, die mit dem erfindungsgemäßen Verfahren herstellbar ist, und
Fig. 2 eine Anlage, in der das erfindungsgemäße Verfahren ausgeführt wird.
Fig. 1 zeigt eine Querschnittsansicht einer Tandem-Solarzelle, die mit dem erfindungsgemäßen Verfahren herstellbar ist. Sie weist folgenden Aufbau in der angegebenen Reihenfolge auf:
- eine Frontseitenmetallisierung 11 , die z.B. Silber aufweist,
- eine elektrisch leitfähige Schicht 12 wie eine ITO-Schicht,
- eine Puffer- und Elektronen leiterschicht 13 wie eine SnO-Schicht,
- eine Passivier- und Löcherblockierschicht 14 wie eine C60-Schicht,
- einen Absorber 15, z.B. einen Perowskit-Absorber wie Cso,o5(MAo,83, FAo,i7)o,95Pb(lo,83, Bro, 17)3,
- eine Lochleiter-Schicht 16, die die SAM bzw. selbstorganisierende Monoschicht darstellt, z.B. 2 PACz ([2-(9H-Carbazol-9- yl)ethyl]phosphonsäure),
- eine Rekombinationsschicht 17 wie eine ITO-Schicht,
- eine weitere elektrisch leitfähige Schicht 21 , - einen weiteren Absorber 22 wie ein Silizium-Substrat in Form eines p- Typ oder n-Typ Cz-Si-Substrats,
- eine Rückseitenpassivierung 23,
- eine Rückseitenmetallisierung 24, wobei die Rückseitenmetallisierung 24 lokale Kontakte 25 durch die Rückseitenpassivierung 23 mit dem weiteren Absorber 22 aufweist.
Die Tandem-Solarzelle weist eine obere Teilzelle 1 mit den Schichten 11 bis 17 und eine untere Teilzelle 2 mit den Schichten 22 bis 25 auf. Die Teilzelle 1 weist den Absorber 15 auf Perowskitbasis auf, während die Teilzelle 2 den Absorber 22 auf Siliziumbasis aufweist.
Fig. 2 zeigt eine Anlage, in der das erfindungsgemäße Verfahren ausgeführt wird. Zur Durchführung des Verfahrens weist die Anlage mehrere Zonen, die zum Behandeln jeweils eines Solarzellenpräkursors 60 ausgelegt sind, und ein horizontales Transportsystem mit Transportrollen 40 auf, das derart angeordnet und ausgebildet ist, den Solarzellenpräkursor 60 auf einer Seite liegend durch die Zonen zu transportieren. Es sind mehrere Solarzellenpräkursoren gezeigt, die durch die verschiedenen Zonen der Anlage transportiert werden. Die Anlage weist eine Beladezone 30 auf, in der das Transportsystem mit dem Solarzellenpräkursor 60 beladen wird, so dass er das Transportsystem mit einer Seite berührt. An die Beladezone 30 schließt sich eine Vorkonditionierzone an. Die Vorkonditionierzone weist eine Vorreinigungszone 31 , in der der Solarzellenpräkursor 60 mittels einer Reinigungseinrichtung 41 zuerst einseitig vorgereinigt, z.B. mit Ethanol, gewaschen und anschließend mittels einer Trockeneinrichtung 42 getrocknet wird, und/oder eine Vorbehandlungszone 32 auf, in der der Solarzellenpräkursor 60 z.B. unter Verwendung von Ozon einseitig vorbehandelt wird.
An die Vorbehandlungszone 32 schließt sich eine Beschichtungszone 33 an, in der der vorbehandelte Solarzellenpräkursor 60 mit einer selbstorganisierenden Monoschicht 61 mittels einer Beschichtungseinrichtung 43 einseitig beschichtet und optional mittels wird einer weiteren Trockenvorrichtung 42 getrocknet wird. An die Beschichtungszone 33 schließt sich eine optionale Annealingzone
34 an, in der der mit der selbstorganisierenden Monoschicht 61 beschichtete Solarzellenpräkursor 60 in einer Wärmezone 39 thermisch behandelt wird. An die optionale Annealingzone 34 schließt sich eine optionale Nachreinigungszone
35 an, in der der mit der selbstorganisierenden Monoschicht 61 beschichtete Solarzellenpräkursor 60 unter Verwendung einer Reinigungseinrichtung 41 nachgereinigt und einer weiteren Trockeneinrichtung 42 getrocknet wird. An die optionale Nachreinigungszone 35 schließt sich eine optionale Trockenzone
36 an, in der der der mit der selbstorganisierenden Monoschicht 61 beschichtete Solarzellenpräkursor 60 getrocknet wird. An die optionale Trockenzone 36 schließt sich eine Entladezone 37 an, in der der mit der selbstorganisierenden Monoschicht 61 beschichtete Solarzellenpräkursor 60 von dem Transportsystem entladen wird.
Mit der Anlage kann das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung einer Solarzelle 60 mit einer selbstorganisierenden Monoschicht 61 , durchgeführt werden, das folgende Schritte aufweist:
Einen Schritt a) Vorkonditionieren eines Solarzellenpräkursors 60 in der Vorkonditionierzone d.h. in der Vorreinigungszone 31 und/oder der Vorbehandlungszone 32 und einen Schritt b) Beschichten des vorkonditionierten Solarzellenpräkursors 60 mit einer selbstorganisierenden Monoschicht 61 in der Beschichtungszone 33, wobei der Solarzellenpräkursor 60 nacheinander durch die Vorkonditionierzone und die Beschichtungszone 33 mittels des horizontalen Transportsystems dieses zumindest teilweise mit einer Seite berührend transportiert wird und dabei auf der von dem Transportsystem abgewandten Seite einseitig in der Vorkonditionierzone vorkonditioniert und anschließend in der Beschichtungszone 33 einseitig beschichtet wird. Anschließend kann der mit der selbstorganisierenden Monoschicht 61 beschichtete Solarzellenpräkursor 60 thermisch behandelt und/oder nachgereinigt werden. Auf diese Weise kann z.B. die Lochleiterschicht 16 der in Fig. 1 gezeigten Tandem-Solarzelle hergestellt werden. Bezugszeichenliste:
T Transportrichtung
1 obere Teilzelle
11 Frontseiten-Metallisierung
12 elektrisch leitfähige Schicht
13 Pufferschicht
14 Elektronenleiterschicht
15 Absorber
16 Lochleiter- Schicht
17 Rekombinationsschicht
2 untere Teilzelle
21 weitere elektrisch leitende Schicht
22 weiterer Absorber
23 Rückseiten-Passivierung
24 Rückseiten-Metallisierung
25 lokaler Kontakt
3 Anlage
30 Beladezone
31 Vorreinigungszone
32 Vorbehandlungszone
33 Beschichtungszone
34 Annealingzone
35 Nachreinigungszone
36 T rockenzone
37 Entladezone
39 Wärmezone
40 Transportrollen
41 Reinigungseinrichtung
42 Trockeneinrichtung
43 Beschichtungseinrichtung
60 Solarzellenpräkursor
61 selbstorganisierende Monoschicht

Claims

Patentansprüche:
1 . Verfahren zur Herstellung einer Solarzelle mit einer selbstorganisierenden Monoschicht (61 ), aufweisend folgende Schritte a) Vorkonditionieren eines Solarzellenpräkursors (60) in einer Vorkonditionierzone, b) Beschichten des vorkonditionierten Solarzellenpräkursors (60) mit der selbstorganisierenden Monoschicht (61 ) in einer Beschichtungszone (33), wobei der Solarzellenpräkursor (60) nacheinander durch die Vorkonditionierzone und die Beschichtungszone (33) mittels eines horizontalen Transportsystems dieses zumindest teilweise mit einer Seite berührend transportiert wird und dabei einseitig in der Vorkonditionierzone vorkonditioniert und anschließend in der Beschichtungszone (33) beschichtet wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt a) eine Vorreinigung des Solarzellenpräkursors (60), in der der Solarzellenpräkursor (60) durch eine Vorreinigungszone (31 ) transportiert wird und einseitig vorgereinigt wird, und/oder eine Vorbehandlung des Solarzellenpräkursors (60) aufweist, in der der Solarzellenpräkursor (60) durch eine Vorbehandlungszone (32) transportiert wird und einseitig vorbehandelt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorreinigung ein einseitiges Waschen des Solarzellenpräkursors (60) mit Ethanol aufweist und/oder die Vorbehandlung eine einseitige Aussetzung des Solarzellenpräkursors (60) zu Ozon, UV-Strahlung, O2- und/oder N2- Plasma aufweist.
4. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im Anschluss an den Schritt b) ein Schritt c) thermisches Behandeln des mit der selbstorganisierenden Monoschicht (61 ) beschichteten Solarzellenpräkursors (60) in einer Annealingzone
(34) durchgeführt wird, wobei der Solarzellenpräkursor (60) durch die Annealingzone (34) mittels des horizontalen Transportsystems auf einer Seite das Transportsystem berührend transportiert und thermisch behandelt wird. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Schritt d) Nachreinigen des mit der selbstorganisierenden Monoschicht (61 ) beschichteten Solarzellenpräkursors (60) in einer Nachreinigungszone (35) durchgeführt wird, wobei der Solarzellenpräkursor (60) durch die Nachreinigungszone
(35) mittels des horizontalen Transportsystems auf einer Seite das Transportsystem berührend transportiert wird und dabei einseitig in der Nachreinigungszone (35) nachgereinigt wird. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Solarzellenpräkursor (60) auf seiner von dem Transportsystem abgewandten Seite behandelt wird. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt b) eine Rakelbeschichtung, Schlitzdüsenabscheidung und/oder Sprühbeschichtung und/oder Tropfenbeschichtung aufweist. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das horizontale Transportsystem eine Vielzahl von Transportrollen (40) aufweist, wobei sich die Transportrollen (40) in eine Drehrichtung drehen, so dass ein auf ihnen aufliegender Solarzellenpräkursor (60) in eine Transportrichtung (T) durch die Vorkonditionierzone, die Beschichtungszone (33) und ggf. die Annealingzone (34) und ggf. die Nachreinigungszone (35) transportiert wird. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Solarzellenpräkursor (60) eine untere Teilzelle (2) der als Tandem-Solarzelle herzustellenden Solarzelle aufweist, auf der eine Rekombinationsschicht (17) angeordnet ist, die in dem Schritt a) vorkonditioniert und in dem Schritt b) beschichtet wird, wobei die untere Teilzelle (2) bevorzugt einen Absorber (22) auf Siliziumbasis aufweist und/oder die Rekombinationsschicht (17) bevorzugt als TCO- Schicht bevorzugter ITO-Schicht ausgebildet ist. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es in einer Anlage durchgeführt wird, die derart ausgebildet ist, dass das Transportsystem den Solarzellenpräkursor (60) während der vollständigen Ausführung des Verfahrens durch die Anlage transportiert.
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