DE102013225669B4 - Process for producing a semi-finished product for thin-film solar cells - Google Patents
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Abstract
Verfahren zur Herstellung eines Halbzeugs für eine Dünnschicht-Solarzelle, aufweisend die Schritte:
a. Bereitstellen eines transparenten Substrates mit einer Frontkontaktschicht bzw. Frontkontaktschichtfolge,
b. Abflämmen der Frontkontaktschicht bzw. Frontkontaktschichtfolge mit einem oder mehreren Gasbrennern,
wobei eine Oberflächentemperatur der Frontkontaktschicht nach dem Abflämmen im Bereich von 80°C bis 220°C liegt, und
wobei der Schritt zum Abflämmen der Frontkontaktschicht bzw. Frontkontaktschichtfolge für die Dauer zwischen 2 s und 30 s ausgeführt wird, und
wobei eine Erhöhung der Oberflächentemperatur der Frontkontaktschicht bzw. Frontkontaktschichtfolge durch das Abflämmen maximal 200 Kelvin beträgt.Method for producing a semi-finished product for a thin-film solar cell, comprising the steps:
a. Providing a transparent substrate with a front contact layer or front contact layer sequence,
b. Flame-cutting of the front contact layer or front contact layer sequence with one or more gas burners,
wherein a surface temperature of the front contact layer after flaming is in the range of 80°C to 220°C, and
wherein the step of flaming the front contact layer or front contact layer sequence is carried out for a duration between 2 s and 30 s, and
whereby the increase in the surface temperature of the front contact layer or front contact layer sequence due to flaming is a maximum of 200 Kelvin.
Description
Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein verbessertes Verfahren zur Herstellung von Dünnschichtsolarzellen bzw. eines Halbzeugs dafür, wobei das Verfahren vorsieht, die Frontkontaktschicht vor dem nachfolgenden Aufbringen weiterer Schichten zu reinigen.The present invention relates to an improved method for producing thin-film solar cells or a semi-finished product therefor, wherein the method provides for cleaning the front contact layer before the subsequent application of further layers.
Bei der Herstellung von Dünnschichtsolarzellen nach dem Stand der Technik in Superstrat-Aufbau wird auf einem Substrat, üblicherweise Glas, eine transparente Frontkontaktschicht (bevorzugt TCO - transparent conductive oxide) aufgebracht. Auf dieser Frontkontaktschicht wird eine Window Layer-Schicht, bevorzugt aus reinem oder modifiziertem CdS (Kadmiumsulfid) abgeschieden, auf die nachfolgend die Absorberschicht, bevorzugt eine CdTe-Schicht (Kadmiumtellurid) abgeschieden wird. Abschließend erfolgt das Aufbringen der Rückkontaktschicht bzw. -schichtfolge.In the production of state-of-the-art thin-film solar cells in a superstrate structure, a transparent front contact layer (preferably TCO - transparent conductive oxide) is applied to a substrate, usually glass. A window layer, preferably made of pure or modified CdS (cadmium sulfide), is deposited on this front contact layer, onto which the absorber layer, preferably a CdTe layer (cadmium telluride), is subsequently deposited. Finally, the back contact layer or layer sequence is applied.
Das Aufbringen der CdS bzw. CdTe-Schicht erfolgt nach Verfahren aus dem Stand der Technik. Häufig eingesetzt ist dabei das CSS-Verfahren (close spaced sublimation), bei dem das Glassubstrat mit der vorbereiteten TCO-Frontkontaktschicht über einen Tiegel mit CdS bewegt wird. Dieser Tiegel ist beheizt und das aufzudampfende Material (CdS) verdampft (sublimiert) aus dem Tiegel und schlägt sich auf der Frontkontaktschicht des Substrates nieder, die auf einer niedrigeren Temperatur gehalten wird, als der Tiegel.The CdS or CdTe layer is applied using state-of-the-art processes. The CSS (close spaced sublimation) process is often used, in which the glass substrate with the prepared TCO front contact layer is moved over a crucible containing CdS. This crucible is heated and the material to be evaporated (CdS) evaporates (sublimates) from the crucible and deposits on the front contact layer of the substrate, which is kept at a lower temperature than the crucible.
Das nachfolgende Aufbringen der CdTe-Schicht erfolgt ebenfalls bevorzugt mit dem CSS-Verfahren.The subsequent application of the CdTe layer is also preferably carried out using the CSS process.
Abschließend wird der Rückkontakt, vorzugsweise als Schichtfolge, aufgebracht.Finally, the back contact is applied, preferably as a layer sequence.
Bei dem beschriebenen Verfahren und auch im Folgenden werden Temper- und Versiegelungsschritte nach dem Stand der Technik als bekannt vorausgesetzt und nicht näher erläutert. Auch das Aufbringen von Antireflexions- und Schutzschichten (bspw. Rückseitenlaminat oder -glas) wird vorausgesetzt.In the process described and also in the following, tempering and sealing steps are assumed to be known according to the state of the art and are not explained in more detail. The application of anti-reflection and protective layers (e.g. back laminate or glass) is also assumed.
Im großtechnischen Einsatz erfolgt die Aufbringung der Window- und Absorber-Schichten, meist, indem die Substrate mit der vorbereiteten Frontkontaktschicht (die vorzugsweise in Richtung der Tiegel zeigt) erhitzt und mit konstanter Geschwindigkeit über die Tiegel hinweggeführt werden, so dass sich CdS und CdTe-Schichten gleichmäßiger Dicke ausbilden. Der Prozess wird nach dem Stand der Technik in hintereinandergeschalteten, beheizten Vakuumkammern ausgeführt, durch die die Substrate auf einem Transportsystem aus Rollen oder Transportbändern, die die Substrate an ihrer seitlichen Kante stützen, bzw. in Carriern gelagert bewegt werden.In large-scale use, the window and absorber layers are usually applied by heating the substrates with the prepared front contact layer (which preferably faces the crucible) and moving them over the crucibles at a constant speed so that CdS and CdTe layers of uniform thickness are formed. The state of the art process is carried out in heated vacuum chambers connected in series, through which the substrates are moved on a transport system consisting of rollers or conveyor belts that support the substrates on their side edges, or stored in carriers.
Bei diesem Prozess wird angestrebt, die Window-Schicht möglichst dünn zu gestalten, um die Verschlechterung der optischen Eigenschaften der Solarzelle durch Lichtabsorption in dieser Schicht zu begrenzen. Gleichzeitig muss jedoch gewährleistet werden, dass die Window-Schicht (häufig CdS-Schicht) keine Fehlstellen (Löcher - pinholes) aufweist, durch die es zu Kurzschlüssen zwischen dem Frontkontakt und der nachfolgenden Absorberschicht (häufig CdTe-Schicht) kommen könnte. Nach dem Stand der Technik wird zur Erfüllung dieser beiden Anforderungen bei einer CdS-Window-Schicht eine CdS-Schichtdicke von 60 nm bis 200 nm bevorzugt.The aim of this process is to make the window layer as thin as possible in order to limit the deterioration of the optical properties of the solar cell due to light absorption in this layer. At the same time, however, it must be ensured that the window layer (often a CdS layer) does not have any defects (pinholes) that could cause short circuits between the front contact and the subsequent absorber layer (often a CdTe layer). According to the state of the art, a CdS layer thickness of 60 nm to 200 nm is preferred for a CdS window layer to meet these two requirements.
Nachteilig bei der Herstellung der Window-Schicht kann es sein, wenn die Frontkontaktschicht (bevorzugt TCO-Schicht) Verunreinigungen aufweist. Dies kann zu Defekten in der Frontkontaktschicht oder den darüber liegenden Schichten, insbesondere der Window-Schicht führen. Derartige Verunreinigungen sind häufig organische Stoffe, wie Fettrückstände oder Kunststoffrückstände wie bspw. Weichmacher aus dem Verpackungsmaterial vorgefertigter Glassubstrate mit TCO-Schicht.A disadvantage when producing the window layer can be if the front contact layer (preferably the TCO layer) contains contamination. This can lead to defects in the front contact layer or the layers above it, especially the window layer. Such contamination is often organic substances such as grease residues or plastic residues such as plasticizers from the packaging material of prefabricated glass substrates with a TCO layer.
Untersuchungen haben gezeigt, dass herkömmliche Wasch- bzw. Spülprozesse nicht geeignet sind, organische Verunreinigungen auf der TCO-Beschichtung der Substrate ausreichend zu entfernen.Studies have shown that conventional washing or rinsing processes are not suitable for adequately removing organic contaminants from the TCO coating of the substrates.
Die Problematik der Oberflächenverunreinigung von Substraten ist bekannt und wird im Stand der Technik mit verschiedenen Verfahren angegangen.The problem of surface contamination of substrates is known and is addressed in the state of the art using various methods.
Die
Die
In der
Die
Die
Die
In der
Die
Die beschriebenen Verfahren sind entweder apparativ bzw. energetisch sehr aufwendig oder sie lassen sich schlecht in den kontinuierlichen Durchlaufprozess der Solarzellenproduktion nach dem Stand der Technik integrieren.The processes described are either very complex in terms of equipment or energy, or they are difficult to integrate into the continuous flow process of solar cell production according to the state of the art.
Es ergibt sich die Aufgabenstellung, ein Reinigungsverfahren (auch als Ergänzung zu herkömmlichen Waschprozessen) für die TCO-beschichtete Oberfläche eines Glassubstrates vorzuschlagen, das leicht in bekannte Fertigungsprozesse zu integrieren ist und einen stabilen Reinigungserfolg gewährleistet.The task is to propose a cleaning process (also as a supplement to conventional washing processes) for the TCO-coated surface of a glass substrate that can be easily integrated into known manufacturing processes and ensures stable cleaning success.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabenstellung mit einem Verfahren nach Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Verfahrensweisen sind in den rückbezogenen Unteransprüchen aufgeführt.According to the invention, the object is achieved by a method according to claim 1. Advantageous procedures are listed in the dependent subclaims.
Das erfindungsgemäße Verfahren sieht vor, die TCO-Frontkontaktschicht bzw. TCO-Frontkontaktschichtfolge der Dünnschicht-Solarzelle abzuflämmen.The method according to the invention provides for flame-treating the TCO front contact layer or TCO front contact layer sequence of the thin-film solar cell.
Das Hauptziel des erfindungsgemäßen Verfahrens ist es, organische Verunreinigungen von der Oberfläche zu entfernen. Dies erfolgt, indem die Oberfläche mit einer Gasflamme behandelt wird. Dabei wird darauf abgezielt, die Oberfläche nicht bis zur Erweichungs- oder gar Schmelztemperatur des TCO oder des darunter angeordneten Substrates (bevorzugt Float-Glas) zu erhitzen. Dies wird gewährleistet, indem die Behandlung nur für einen kurzen Zeitraum vorgenommen wird. Untersuchungen haben ergeben, dass die Oberflächentemperatur der TCO-Oberfläche des Substrates nach dem Abflämmen im Bereich von ca. 80°C bis 220°C (Ausgangstemperatur: 20°C), besonders bevorzugt im Bereich von 80°C bis 150°C und ganz besonders bevorzugt im Bereich von 90°C und 120°C liegt. Die Erhöhung der Temperatur der Oberfläche der Frontkontaktschicht (TCO-Schicht) aufgrund des Abflämmens um maximal 200 K (Kelvin) reicht erfahrungsgemäß aus, um die anhaftenden Verunreinigungen auf der Frontkontaktschicht zu beseitigen. Bei Bedarf ist es jedoch möglich, die Erhöhung der Temperatur der Frontkontaktschicht höher zu wählen, so lange die Temperatur der Frontkontaktschicht bzw. des Substrates unterhalb der Erweichungstemperatur bleibt. Bevorzugt liegt die Temperaturerhöhung im Bereich von 60°C bis 130°C, besonders bevorzugt im Bereich von 70°C bis 100°C. In jedem Fall bleibt die Temperatur unterhalb der Erweichungstemperatur der TCO-Schicht oder des Substrates.The main aim of the method according to the invention is to remove organic contaminants from the surface. This is done by treating the surface with a gas flame. The aim is not to heat the surface to the softening or even melting temperature of the TCO or the substrate underneath (preferably float glass). This is ensured by only carrying out the treatment for a short period of time. Investigations have shown that the surface temperature of the TCO surface of the substrate after flaming is in the range of approx. 80°C to 220°C (initial temperature: 20°C), particularly preferably in the range of 80°C to 150°C and very particularly preferably in the range of 90°C and 120°C. Experience has shown that increasing the temperature of the surface of the front contact layer (TCO layer) due to flaming by a maximum of 200 K (Kelvin) is sufficient. in order to remove the contaminants adhering to the front contact layer. If necessary, however, it is possible to increase the temperature of the front contact layer higher, as long as the temperature of the front contact layer or the substrate remains below the softening temperature. The temperature increase is preferably in the range from 60°C to 130°C, particularly preferably in the range from 70°C to 100°C. In any case, the temperature remains below the softening temperature of the TCO layer or the substrate.
Erfindungsgemäß wird die TCO-beschichtete Oberfläche des Substrates mit einer oder mehreren Gasflammen abgeflämmt. Die Dauer der Flammeneinwirkung auf die Oberfläche liegt zwischen 2 s und 30 s und bevorzugt zwischen 3 s und 10 s. Hervorragende Ergebnisse wurden mit einem Abflämmen über ca. 5 s erzielt.According to the invention, the TCO-coated surface of the substrate is flamed with one or more gas flames. The duration of the flame exposure to the surface is between 2 s and 30 s and preferably between 3 s and 10 s. Excellent results were achieved with flamed treatment for approx. 5 s.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform schließt sich das Abflämmen unmittelbar an das Aufbringen der Frontkontaktschicht (bspw. durch Sputtern) oder an eine konventionelle nasschemische Reinigung an. In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform wird unmittelbar nach dem Abflämmen die CdS-Schicht auf der abgeflämmten Frontkontaktschicht aufgebracht. Weiterhin bevorzugt ist es, auf die abgeflämmte Frontkontaktschicht unmittelbar nach dem Abflämmen eine Haftvermittlungsschicht für die CdS-Schicht abzuscheiden.In a particularly preferred embodiment, the flaming immediately follows the application of the front contact layer (e.g. by sputtering) or a conventional wet-chemical cleaning. In a further preferred embodiment, the CdS layer is applied to the flaming front contact layer immediately after the flaming. It is also preferred to deposit an adhesion-promoting layer for the CdS layer on the flaming front contact layer immediately after the flaming.
Die Gasflammen werden vorzugsweise mit der Verbrennung handelsüblicher Brenngase, wie Propan oder Butan bzw. bevorzugt einem Propan/Butan-Gemisch (80%/20%) erzeugt. Die Verbrennungsführung ist so gestaltet, dass stabil eine blaue Flamme beibehalten wird. Dies erfolgt mit Methoden nach dem Stand der Technik, insbesondere der Düsengestaltung und der Luftzahlregelung. Durch die blaue Flamme (Vormischflamme) wird insbesondere vermieden, dass sich Rußpartikel oder unverbrannte Kohlenwasserstoffe auf der abgeflämmten Oberfläche niederschlagen. Die Temperatur im Bereich der Flammenspitze beträgt bevorzugt ca. 900°C bis 1000°C.The gas flames are preferably generated by burning commercially available fuel gases such as propane or butane or preferably a propane/butane mixture (80%/20%). The combustion process is designed in such a way that a stable blue flame is maintained. This is done using state-of-the-art methods, in particular the nozzle design and the air ratio control. The blue flame (premix flame) in particular prevents soot particles or unburned hydrocarbons from settling on the flamed surface. The temperature in the area of the flame tip is preferably approx. 900°C to 1000°C.
Im Ergebnis des erfindungsgemäßen Abflämmens wurde beobachtet, dass die TCO-Oberfläche des Substrates frei von vorher vorhandenen Verunreinigungen ist. Insbesondere wurde festgestellt, dass die Oberfläche sehr viel besser von Wasser benetzt wird, als dies vor der Behandlung der Fall war. Darüber hinaus ist die Haftung von Schichten, die auf die behandelte TCO-Oberfläche des Substrates aufgebracht werden, deutlich verbessert. Offenbar erfolgt eine Aktivierung der TCO-Oberfläche.As a result of the flaming according to the invention, it was observed that the TCO surface of the substrate is free of previously present contaminants. In particular, it was found that the surface is wetted much better by water than was the case before treatment. In addition, the adhesion of layers applied to the treated TCO surface of the substrate is significantly improved. The TCO surface is evidently activated.
Das erfindungsgemäße Abflämmen als zusätzliche Reinigung ist insbesondere dann geeignet, wenn die TCO- beschichteten Gläser (Substrate) großtechnisch gefertigt und geliefert wurden und vor der ersten Wäsche und Beschichtung mehr oder weniger lange gelagert werden. Während der Lagerung bilden sich auf den TCO-Gläsern Verunreinigungen, zu deren Beseitigung das erfindungsgemäße Verfahren vorteilhaft beitragen kann. Das Abflämmen ergänzt vorteilhaft die konventionellen nasschemischen Reinigungen (Glas-Wäsche) der TCO-beschichteten Substrate vor der Beschichtung mit CdS.The inventive flaming as an additional cleaning is particularly suitable when the TCO-coated glasses (substrates) were manufactured and delivered on a large scale and are stored for a more or less long period of time before the first washing and coating. During storage, impurities form on the TCO glasses, and the inventive method can advantageously help to remove them. Flaming advantageously supplements the conventional wet-chemical cleaning (glass washing) of the TCO-coated substrates before coating with CdS.
Das erfindungsgemäße Verfahren lässt sich sehr gut in die industrielle Fertigung von Dünnschicht-Solarzellen integrieren. Nach dem Aufbringen der TCO-Schicht auf das flache Glassubstrat (bzw. dem Bereitstellen des vorgefertigten TCO/Substrat-Halbzeugs) wird dieses mittels der in den Anlagen vorhandenen Transportsysteme (bspw. Rollen-Transportsysteme) in eine Brennkammer und kontinuierlich durch diese hindurch bewegt. Ist dabei beispielsweise die TCO-Schicht nach unten gerichtet, werden senkrecht zur Bewegungsrichtung eine oder mehrere Reihen von Gasbrennern angeordnet, die sich über die gesamte Breite des Substrates erstrecken und dieses von unten her abflämmen. Nachfolgend werden die Substrate vom Transportsystem weiter bewegt und dem Prozeßschritt zur Abscheidung des Window layers zugeführt, z.B. in die Vakuumkammern zur CSS-Abscheidung der CdS-Schicht und nachfolgend der CdTe-Schicht eingeschleust. Dieses Abflämmen von unten ist dann vorteilhaft, wenn, wie z.B. im Falle des CSS-Verfahrens, die Abscheidung von Window layer und Absorberschicht auch von unten erfolgen. Weiterhin vorteilhaft ist, dass so eine Drehung der Substrate nach dem Flämmen, vor dem Einschleusen in die Vakuumkammer zur CSS-Abscheidung, nicht notwendig ist. Jedoch ist es ebenso möglich, die TCO-Schicht von oben her abzuflämmen. Dies hat zudem den Vorteil, dass eventuelle Verbrennungsrückstände durch die nach oben aufsteigende Wärme mitgerissen und von der TCO-Oberfläche des Substrates weggeleitet werden. Selbstverständlich kann das Verfahren auch bei ruhendem Substrat und bewegten oder nur kurzzeitig eingeschalteten Brennern erfolgen.The method according to the invention can be easily integrated into the industrial production of thin-film solar cells. After the TCO layer has been applied to the flat glass substrate (or the prefabricated TCO/substrate semi-finished product has been provided), this is moved into a combustion chamber and continuously through it using the transport systems available in the systems (e.g. roller transport systems). If, for example, the TCO layer is facing downwards, one or more rows of gas burners are arranged perpendicular to the direction of movement, which extend across the entire width of the substrate and flame it from below. The substrates are then moved further by the transport system and fed to the process step for depositing the window layer, e.g. into the vacuum chambers for CSS deposition of the CdS layer and subsequently the CdTe layer. This flaming from below is advantageous when, as in the case of the CSS process, the window layer and absorber layer are also deposited from below. Another advantage is that it is not necessary to rotate the substrates after flaming, before they are introduced into the vacuum chamber for CSS deposition. However, it is also possible to flaming the TCO layer from above. This also has the advantage that any combustion residues are carried away by the heat rising upwards and are guided away from the TCO surface of the substrate. Of course, the process can also be carried out with the substrate at rest and the burners moving or only switched on for a short time.
Nach dem Abflämmen der TCO-Schicht des Substrates kann die Weiterverarbeitung mit Verfahren nach dem Stand der Technik bis zur fertigen Solarzelle erfolgen. So können bspw. die CdTe-Schicht und die Rückkontaktschichtfolge nach bekannten Verfahren aufgebracht werden. Auch Variationen und zusätzliche Schichten oberhalb der Schicht aus reinem oder modifiziertem CdS sind möglich und werden nicht durch den Einsatz des erfindungsgemäßen Verfahrens beeinflusst. Untersuchungen haben vielmehr ergeben, dass die Haftung der CdS-Schicht auf der Frontkontaktschicht deutlich verbessert ist.After the TCO layer of the substrate has been flamed off, further processing can be carried out using state-of-the-art methods until the solar cell is finished. For example, the CdTe layer and the back contact layer sequence can be applied using known methods. Variations and additional layers above the layer of pure or modified CdS are also possible and are not influenced by the use of the method according to the invention. In fact, studies have shown that the adhesion The adhesion of the CdS layer on the front contact layer is significantly improved.
Ausführungsbeispielembodiment
Ein Substrat mit den Abmessungen 1600 mm x 1200 mm x 3,2 mm wird mit einer Schicht aus Indium-Zinn-Oxid (ITO) einer Dicke von 250 nm als transparenter Frontkontaktschicht beschichtet.A substrate with dimensions of 1600 mm x 1200 mm x 3.2 mm is coated with a layer of indium tin oxide (ITO) with a thickness of 250 nm as a transparent front contact layer.
Anschließend wird das Substrat auf einer Rollentransportvorrichtung mit der nach unten gerichteten Frontkontaktschicht in eine Brennkammer hineintransportiert. Das Substrat bewegt sich mit einer kontinuierlichen Geschwindigkeit von 1,5 m/min durch die Brennkammer und passiert in der Mitte der Brennkammer eine Reihe von Gasflammen, die sich über die volle Breite des Substrates und senkrecht zur Bewegungsrichtung erstreckt. In den Gasflammen wird eine Mischung aus Propan und Butan im Verhältnis 80:20 verbrannt. Die Verbrennungsführung gewährleistet, dass die Flammenfarbe Blau bleibt und keine Rußpartikel oder Ähnliches entstehen. Die Substrate treten mit einer Oberflächentemperatur von 21°C in die Brennkammer ein. Sie werden im Inneren der Brennkammer den Gasflammen für ca. 5 s ausgesetzt. Die Oberflächentemperatur nach dem Flämmen beträgt 105°C. Nach dem Flämmen werden die Substrate in die nachfolgenden Behandlungskammern transportiert. Dort wird nunmehr, im CSS-Verfahren, die CdS-Schicht aufgebracht. Die erreichte Schichtdicke des CdS beträgt 60 nm. Anschließend wird im CSS-Verfahren die CdTe-Schicht mit einer Dicke von 5000 nm aufgebracht. Danach erfolgt die Aufbringung der Rückkontaktschicht bzw. -schichten mit Verfahren nach dem Stand der Technik. Die Rückkontaktschicht besteht hier aus einer Schichtfolge von Anpassungsschicht und eigentlicher Kontaktschicht. Hier wird eine Anpassungsschicht aus Te (50 nm) durch NP-Ätzen der CdTe Schicht ausgebildet, auf die nachfolgend die Mo-Schicht (250 nm) als eigentliche Kontaktschicht abgeschieden wird.The substrate is then transported into a combustion chamber on a roller conveyor with the front contact layer facing downwards. The substrate moves through the combustion chamber at a continuous speed of 1.5 m/min and passes a row of gas flames in the middle of the combustion chamber that extend across the full width of the substrate and perpendicular to the direction of movement. A mixture of propane and butane in a ratio of 80:20 is burned in the gas flames. The combustion process ensures that the flame color remains blue and that no soot particles or similar are created. The substrates enter the combustion chamber with a surface temperature of 21°C. They are exposed to the gas flames inside the combustion chamber for approx. 5 s. The surface temperature after flaming is 105°C. After flaming, the substrates are transported to the subsequent treatment chambers. The CdS layer is then applied there using the CSS process. The achieved layer thickness of the CdS is 60 nm. The CdTe layer is then applied with a thickness of 5000 nm using the CSS process. The back contact layer or layers are then applied using state-of-the-art processes. The back contact layer here consists of a layer sequence of an adaptation layer and the actual contact layer. Here, an adaptation layer made of Te (50 nm) is formed by NP etching of the CdTe layer, onto which the Mo layer (250 nm) is subsequently deposited as the actual contact layer.
Abschließend erfolgen die weiteren Verarbeitungsschritte nach dem Stand der Technik.Finally, the further processing steps are carried out according to the state of the art.
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Citations (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE19516446A1 (en) | 1995-05-04 | 1996-11-07 | Siemens Solar Gmbh | Prodn. of semiconductor constructional element used for solar cell |
| US20070031593A1 (en) | 2005-08-02 | 2007-02-08 | Alexey Krasnov | Method of thermally tempering coated article with transparent conductive oxide (TCO) coating using flame(s) in tempering furnace adjacent TCO to burn off oxygen and product made using same |
| CN101236872A (en) | 2008-01-23 | 2008-08-06 | 武汉大学 | Preparation method of field emission cathode carbon nanotube emission array |
| US20100071810A1 (en) | 2007-01-05 | 2010-03-25 | Saint-Gobain Glass France | Method for depositing a thin layer and product thus obtained |
| US20100162761A1 (en) | 2008-12-30 | 2010-07-01 | Stephen Carney | Flame polishing of flat glass |
| WO2010120902A2 (en) | 2009-04-16 | 2010-10-21 | Applied Materials, Inc. | Process to remove metal contamination on tco |
| DE102010006681A1 (en) | 2010-02-03 | 2011-08-04 | Sunfilm AG, 01900 | Photovoltaic cell, photovoltaic module, method for producing a photovoltaic cell and a photovoltaic module |
| US20110311732A1 (en) | 2009-03-11 | 2011-12-22 | Saint-Gobain Glass France | Thin film deposition method |
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Family Cites Families (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5026431A (en) * | 1986-06-09 | 1991-06-25 | Skolnik Industries, Inc. | Process of koshering containers |
| SG96665A1 (en) * | 2001-11-21 | 2003-06-16 | Environmental Technology Inst | An apparatus and method for cleaning glass substrates using a cool hydrogen flame |
| CN101571603A (en) * | 2009-06-02 | 2009-11-04 | 中国科学院上海光学精密机械研究所 | Method for preparing micro-optical elements on quartz glass substrate using femtosecond laser |
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Patent Citations (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE19516446A1 (en) | 1995-05-04 | 1996-11-07 | Siemens Solar Gmbh | Prodn. of semiconductor constructional element used for solar cell |
| US20070031593A1 (en) | 2005-08-02 | 2007-02-08 | Alexey Krasnov | Method of thermally tempering coated article with transparent conductive oxide (TCO) coating using flame(s) in tempering furnace adjacent TCO to burn off oxygen and product made using same |
| US20100071810A1 (en) | 2007-01-05 | 2010-03-25 | Saint-Gobain Glass France | Method for depositing a thin layer and product thus obtained |
| CN101236872A (en) | 2008-01-23 | 2008-08-06 | 武汉大学 | Preparation method of field emission cathode carbon nanotube emission array |
| US20100162761A1 (en) | 2008-12-30 | 2010-07-01 | Stephen Carney | Flame polishing of flat glass |
| US20110311732A1 (en) | 2009-03-11 | 2011-12-22 | Saint-Gobain Glass France | Thin film deposition method |
| WO2010120902A2 (en) | 2009-04-16 | 2010-10-21 | Applied Materials, Inc. | Process to remove metal contamination on tco |
| DE102010006681A1 (en) | 2010-02-03 | 2011-08-04 | Sunfilm AG, 01900 | Photovoltaic cell, photovoltaic module, method for producing a photovoltaic cell and a photovoltaic module |
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