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WO2013014181A1 - Thin-film solar cell - Google Patents

Thin-film solar cell Download PDF

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WO2013014181A1
WO2013014181A1 PCT/EP2012/064592 EP2012064592W WO2013014181A1 WO 2013014181 A1 WO2013014181 A1 WO 2013014181A1 EP 2012064592 W EP2012064592 W EP 2012064592W WO 2013014181 A1 WO2013014181 A1 WO 2013014181A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
layer
solar cell
thin
film solar
cell according
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Ceased
Application number
PCT/EP2012/064592
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Christian Wachtendorf
Jens Eberhardt
Nick HELMIS
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Robert Bosch GmbH filed Critical Robert Bosch GmbH
Publication of WO2013014181A1 publication Critical patent/WO2013014181A1/en
Anticipated expiration legal-status Critical
Ceased legal-status Critical Current

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    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10FINORGANIC SEMICONDUCTOR DEVICES SENSITIVE TO INFRARED RADIATION, LIGHT, ELECTROMAGNETIC RADIATION OF SHORTER WAVELENGTH OR CORPUSCULAR RADIATION
    • H10F77/00Constructional details of devices covered by this subclass
    • H10F77/20Electrodes
    • H10F77/244Electrodes made of transparent conductive layers, e.g. transparent conductive oxide [TCO] layers
    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10FINORGANIC SEMICONDUCTOR DEVICES SENSITIVE TO INFRARED RADIATION, LIGHT, ELECTROMAGNETIC RADIATION OF SHORTER WAVELENGTH OR CORPUSCULAR RADIATION
    • H10F77/00Constructional details of devices covered by this subclass
    • H10F77/10Semiconductor bodies
    • H10F77/16Material structures, e.g. crystalline structures, film structures or crystal plane orientations
    • H10F77/169Thin semiconductor films on metallic or insulating substrates
    • H10F77/1692Thin semiconductor films on metallic or insulating substrates the films including only Group IV materials
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/50Photovoltaic [PV] energy

Definitions

  • the invention relates to a thin-film solar cell comprising a carrier substrate, in particular a glass substrate, and a radiation-absorbing photoelectric active layer arranged on the carrier substrate, in particular of a semiconductor material or an organic material having a photovoltaic effect, and a conductive layer arranged between the carrier substrate and the active layer electrical connection of the active layer.
  • Thin-film solar modules are usually operated serially connected in a string. At least two modules are connected in series. This adds up the electrical potential of the interconnected modules during operation.
  • Transparent conductive layers are used to remove the generated photocurrent from the solar cell and are applied to the solar and optionally on the back of the absorbent material (hereinafter "active layer”) .
  • active layer the absorbent material
  • This also increases the series connection of the modules in the string electrical potential at the TCOs towards the environment (ground, stand, etc.) In the long term, high positive or negative voltages, also in connection with heat and humidity, can lead to damage to the solar cell and reduced power output.
  • the invention includes the idea to contrast the known solutions for reducing the adverse effects in the Leit Mrs Anlagen of thin-film solar cells an intrinsic solution that significantly improves the solar cell regardless of special measures in the module interconnection and assembly in their long-term behavior. It further includes the idea of providing a stabilizing or drift barrier layer at a suitable location and in a suitable embodiment, the provision of which may not be associated with new negative effects on the operating parameters and / or the long-term stability. Finally, the invention includes the idea of providing an amorphous or microcrystalline stabilization layer between the carrier substrate and the respective conductive layer, which unfolds its effect in an electric field.
  • the stabilization layer comprises an alloy of the elements silicon, oxygen, hydrogen and nitrogen.
  • silicon with a proportion between 20 and 70% by mass
  • oxygen with a proportion between 1 and 80% by mass
  • hydrogen with a proportion between 1 and 30% by mass
  • nitrogen in a proportion between 1 and 60 Mass%, where the sum the proportions is 100 mass%.
  • Stabilization layer as PVD (Physical Vapor Deposition) - or PECVD (Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition) layer executed.
  • the stabilization layer has a thickness in the range between 10 nm and 300 nm, more particularly between 40 nm and 120 nm.
  • the stabilization layer is formed in a technologically advantageous manner as a continuous layer, which is produced in a deposition step. In other embodiments, it comprises several sub-layers, which may differ with regard to the presence and content of certain elements (especially those mentioned above), in particular to advantageously realize additional functions (such as antireflection, passivation or diffusion barrier layer).
  • the carrier substrate is a sunlight-transparent front glass
  • the stabilization layer is arranged between the front glass and an antireflection layer or between an antireflection layer and the active layer.
  • the stabilization layer itself at the same time acts as an antireflection layer, as a result of which an additional antireflection layer may possibly even be omitted.
  • the stabilizing layer is transparent to sunlight, and specifically has a transmission coefficient of 80% or more in the wavelength range between 350 nm and 1200 nm.
  • the stabilization layer has a refractive index at 600 nm in the range between 1.5 and 2.5, more particularly in the range between 1.6 and 2.0.
  • Another embodiment is characterized in that the or an additional Liehe stabilization layer between a back glass or a back reflector layer (white color, foil, etc.) and a back-side conductive layer is provided on the active layer.
  • this backside occurs Placement of a stabilizing layer not on their transparency or other optical properties.
  • the stabilization layer stabilizes the subsequently applied TCO layer. Presumably, it prevents the drift of harmful substances to the glass TCO interface or into the TCO under the action of an electric field. Eventually, this will prevent the chemical reaction that affects the function of the TCO. This may in particular be related to the increased hydrogen content in the layer.
  • the mentioned resistance increases in the TCO do not occur when using the barrier according to the invention, and the solar module accordingly shows no power losses when positive voltages occur in relation to ground potential. If the layer as additional
  • Diffusion barrier and / or antireflection layer serves, it has an additional quality-enhancing.
  • FIG. 1 is a schematic cross-sectional view of the layer structure of a thin-film solar cell according to a first embodiment of the invention
  • FIG. 2 is a schematic cross-sectional view of the layer structure of a thin-film solar cell according to a second embodiment of the invention.
  • Fig. 3 is a schematic cross-sectional view of the layer structure of a thin-film solar cell according to a third embodiment of the invention.
  • FIG. 4 is a schematic cross-sectional view of the layer structure of a thin-film solar cell according to a fourth embodiment of the invention.
  • Fig. 1 shows a first layer structure, wherein - as in the other figures - serving as a carrier substrate transparent front glass 11 is shown as the lowermost layer of the solar cell 10.
  • a stabilization layer 13 is located between the carrier substrate 11 and a front-side conductive layer 15a, to which a silicon layer 17 as an active layer (which may comprise several partial layers) follows in the selected representation.
  • This is provided with a backside conductive layer (backside TCO) 15b, and then followed by a backside glass 19 as the rear end of the structure.
  • backside TCO backside conductive layer
  • a back reflector or a laminating film provided under the back glass 19 is not shown in the figure.
  • Fig. 2 The structure shown in Fig. 2 is substantially the same as that shown in Fig. 1, and so far reference numerals to Fig. 1 have been used, and the corresponding layers will not be described again here. The only difference is the additional presence of an antireflection layer 24 between the stabilization layer 23 and the front TCO 25a. In the embodiment according to FIG. 3, only the sequence of stabilization in comparison to FIG. 2 is shown. layer 33 and the antireflective layer 34 reversed; otherwise the structure is the same.
  • the solar cell 40 essentially has the same structure as the solar cell 10 according to FIG. 1, with the sole exception that a second stabilization layer 48 is provided between the rear TCO 45b and the rear-side glass 49 , which gives comparable effects to the backside TCO as in the other versions at the front TCO.
  • a second stabilization layer 48 is provided between the rear TCO 45b and the rear-side glass 49 , which gives comparable effects to the backside TCO as in the other versions at the front TCO.

Landscapes

  • Photovoltaic Devices (AREA)

Abstract

The invention relates to a thin-film solar cell (10, 20, 30, 40) comprising a carrier substrate (11, 21, 31, 41), particularly a glass substrate, and a radiation-absorbing photoelectric active layer (17, 27, 37, 47) arranged on the carrier substrate, said layer particularly consisting of a semiconductor material or an organic material having a photovoltaic effect, as well as a conductive layer (15a, 25a, 35a, 45a) arranged between the carrier substrate and the active layer, for electrical connection of the active layer, wherein an amorphous and/or microcrystalline stabilization layer (13, 23, 33, 43) is provided between the carrier substrate and the conductive layer in order to prevent an ion drift and/or diffusion out of the conductive layer at its interface with the carrier substrate when a DC voltage of over ±50 V with respect to ground is applied.

Description

Beschreibung Titel  Description title

Dünnschicht-Solarzelle Thin film solar cell

Die Erfindung betrifft eine Dünnschicht-Solarzelle mit einem Trägersubstrat, insbesondere Glassubstrat, und einer auf dem Trägersubstrat angeordneten Strahlungsabsorbierenden fotoelektrischen Wirkschicht, insbesondere aus einem Halbleitermaterial oder einem einen photovoltaischen Effekt aufweisenden orga- nischen Material, sowie einer zwischen dem Trägersubstrat und der Wirkschicht angeordneten Leitschicht zum elektrischen Anschluss der Wirkschicht. The invention relates to a thin-film solar cell comprising a carrier substrate, in particular a glass substrate, and a radiation-absorbing photoelectric active layer arranged on the carrier substrate, in particular of a semiconductor material or an organic material having a photovoltaic effect, and a conductive layer arranged between the carrier substrate and the active layer electrical connection of the active layer.

Stand der Technik Dünnschichtsolarmodule werden üblicherweise seriell in einem String verschaltet betrieben. Mindestens zwei Module sind dabei in Serie verbunden. Dadurch addiert sich das elektrische Potential der verschalteten Module im Betrieb. PRIOR ART Thin-film solar modules are usually operated serially connected in a string. At least two modules are connected in series. This adds up the electrical potential of the interconnected modules during operation.

Transparente leitfähige Schichten (TCO) dienen dazu den erzeugten Photostrom aus der Solarzelle abzuführen und sind auf der Sonnen- und ggf. auf der Rückseite des absorbierenden Materials (nachfolgend„Wirkschicht") aufgebracht. Entsprechend erhöht sich durch die Serienverschaltung der Module im String auch das elektrische Potential an den TCOs gegenüber der Umgebung (Erde, Aufstän- derung, o. a.). Langfristig können hohe positive oder negative Spannungen, auch in Zusammenhang mit Wärme und Feuchte, zu Schädigung an der Solarzelle und zu verminderter Leistungsausbeute führen. Transparent conductive layers (TCO) are used to remove the generated photocurrent from the solar cell and are applied to the solar and optionally on the back of the absorbent material (hereinafter "active layer") .This also increases the series connection of the modules in the string electrical potential at the TCOs towards the environment (ground, stand, etc.) In the long term, high positive or negative voltages, also in connection with heat and humidity, can lead to damage to the solar cell and reduced power output.

Die Literatur beschreibt z. B. Na + -lonen-Drift im Glas durch negative Spannung an die Grenzfläche zum ZnO (auch LPCVD-ZnO). In der Folge reagieren die trans- portierten Natriumionen unter dem Einfluss von H20 mit ZnO, wobei sich elementares Zn bildet, wodurch schließlich die optische und elektrische Qualität der Schicht herabgesetzt wird [CR. Osterwald et al., Solar Energy Materials & Solar Cells 79 (2003) 21—33], [K.W. Jansen et al. Thin Solid Films 423 (2003) 153— 160]. The literature describes z. B. Na + ion drift in the glass by negative voltage to the interface to ZnO (also LPCVD-ZnO). As a result, the transported sodium ions react with ZnO under the influence of H20, forming elemental Zn, which eventually reduces the optical and electrical quality of the layer [CR. Osterwald et al., Solar Energy Materials & Solar Cells 79 (2003) 21-33], [KW Jansen et al. Thin Solid Films 423 (2003) 153-160].

Bisherige Methoden zur Vermeidung der TCO-Schädigung an der Modulperipherie sind konstruktiv aufwändig und schwer in die Praxis überführbar, da häufig eine hohe Flexibilität bei den Aufständerungssystemen (z. B. Aufdachanlagen oder gebäudeintegrierte Systeme) gefordert ist. Previous methods for avoiding the TCO damage to the module periphery are structurally complex and difficult to put into practice, since a high degree of flexibility is often required in the uprising systems (eg on-roof systems or building-integrated systems).

Offenbarung der Erfindung Mit der Erfindung wird eine Dünnschicht-Solarzelle mit den Merkmalen desDISCLOSURE OF THE INVENTION The invention is a thin-film solar cell with the features of

Anspruchs 1 vorgeschlagen. Zweckmäßige Fortbildungen des Erfindungsgedankens sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche. Proposed claim 1. Advantageous developments of the inventive concept are the subject of the dependent claims.

Die Erfindung schließt den Gedanken ein, den bekannten Lösungen zur Reduzie- rung der nachteiligen Effekte im Leitschichtbereich von Dünnschicht-Solarzellen eine intrinsische Lösung gegenüber zu stellen, die die Solarzelle unabhängig von besonderen Maßnahmen bei der Modul-Verschaltung und Montage in ihrem Langzeitverhalten wesentlich verbessert. Sie schließt weiterhin den Gedanken ein, hierzu an geeigneter Stelle und in geeigneter Ausführung eine Stabilisierungs- bzw. Driftbarriereschicht vorzusehen, wobei deren Vorsehen nicht mit neuen negativen Effekten auf die Betriebsparameter und/oder die Langzeitstabilität verbunden sein darf. Schließlich gehört zur Erfindung der Gedanke, zwischen dem Trägersubstrat und der jeweiligen Leitschicht eine amorphe oder mikrokristalline Stabilisierungsschicht vorzusehen, die ihre Wirkung in einem elektri- sehen Feld entfaltet. The invention includes the idea to contrast the known solutions for reducing the adverse effects in the Leitschichtbereich of thin-film solar cells an intrinsic solution that significantly improves the solar cell regardless of special measures in the module interconnection and assembly in their long-term behavior. It further includes the idea of providing a stabilizing or drift barrier layer at a suitable location and in a suitable embodiment, the provision of which may not be associated with new negative effects on the operating parameters and / or the long-term stability. Finally, the invention includes the idea of providing an amorphous or microcrystalline stabilization layer between the carrier substrate and the respective conductive layer, which unfolds its effect in an electric field.

In einer Ausführung der Erfindung umfasst die Stabilisierungsschicht eine Legierung aus den Elementen Silizium, Sauerstoff, Wasserstoff und Stickstoff. Insbesondere sind hierbei in der Stabilisierungsschicht Silizium mit einem Anteil zwischen 20 und 70 Masse-%, Sauerstoff mit einem Anteil zwischen 1 und 80 Masse-%, Wasserstoff mit einem Anteil zwischen 1 und 30 Masse-% und Stickstoff in einem Anteil zwischen 1 und 60 Masse-% enthalten, wobei die Summe der Anteile 100 Masse-% beträgt. In zweckmäßigen Ausgestaltungen ist dieIn one embodiment of the invention, the stabilization layer comprises an alloy of the elements silicon, oxygen, hydrogen and nitrogen. In particular, in this case in the stabilizing layer silicon with a proportion between 20 and 70% by mass, oxygen with a proportion between 1 and 80% by mass, hydrogen with a proportion between 1 and 30% by mass and nitrogen in a proportion between 1 and 60 Mass%, where the sum the proportions is 100 mass%. In appropriate embodiments, the

Stabilisierungsschicht als PVD (Physikal Vapor Deposition)- oder PECVD (Plasma- Enhanced Chemical Vapor Deposition)-Schicht ausgeführt. Stabilization layer as PVD (Physical Vapor Deposition) - or PECVD (Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition) layer executed.

In weiteren Ausgestaltungen hat die Stabilisierungsschicht eine Dicke im Bereich zwischen 10 nm und 300 nm, spezieller zwischen 40 nm und 120 nm. Die Stabilisierungsschicht ist in technologisch vorteilhafter Weise als zusammenhängende Schicht ausgebildet, die in einem Abscheidungsschritt erzeugt ist. In anderen Ausgestaltungen umfasst sie mehrere Teilschichten, wobei diese sich hinsichtlich des Vorhandenseins und des Gehaltes bestimmter Elemente (speziell der oben genannten) unterscheiden können, insbesondere um in vorteilhafter Weise zusätzliche Funktionen (etwa als Antireflex-, Passivierungs- oder Diffusionsbarriereschicht) zu realisieren. In further embodiments, the stabilization layer has a thickness in the range between 10 nm and 300 nm, more particularly between 40 nm and 120 nm. The stabilization layer is formed in a technologically advantageous manner as a continuous layer, which is produced in a deposition step. In other embodiments, it comprises several sub-layers, which may differ with regard to the presence and content of certain elements (especially those mentioned above), in particular to advantageously realize additional functions (such as antireflection, passivation or diffusion barrier layer).

In einer bevorzugten Ausführung der Erfindung ist das Trägersubstrat ein für Sonnenlicht transparentes Frontglas, und die Stabilisierungsschicht ist zwischen dem Frontglas und einer Antireflexschicht oder zwischen einer Antireflexschicht und der Wirkschicht angeordnet. In einer Abwandlung dieser Ausführung ist vorgesehen, dass die Stabilisierungsschicht selbst zugleich als Antireflexschicht wirkt, wodurch gegebenenfalls eine zusätzliche Antireflexschicht sogar entfallen kann. In a preferred embodiment of the invention, the carrier substrate is a sunlight-transparent front glass, and the stabilization layer is arranged between the front glass and an antireflection layer or between an antireflection layer and the active layer. In a modification of this embodiment, it is provided that the stabilization layer itself at the same time acts as an antireflection layer, as a result of which an additional antireflection layer may possibly even be omitted.

In den letztgenannten Ausführungen ist insbesondere auch die Stabilisierungsschicht für Sonnenlicht transparent, und sie weist speziell einen Transmissionskoeffizienten von 80 % oder mehr im Wellenlängenbereich zwischen 350 nm und 1200 nm auf. In einer weiteren Ausgestaltung hat die Stabilisierungsschicht einen Brechungsindex bei 600 nm im Bereich zwischen 1,5 und 2,5, spezieller im Bereich zwischen 1,6 und 2,0. In the latter embodiments, in particular, the stabilizing layer is transparent to sunlight, and specifically has a transmission coefficient of 80% or more in the wavelength range between 350 nm and 1200 nm. In another embodiment, the stabilization layer has a refractive index at 600 nm in the range between 1.5 and 2.5, more particularly in the range between 1.6 and 2.0.

Eine andere Ausgestaltung zeichnet sich dadurch aus, dass die oder eine zusätz- liehe Stabilisierungsschicht zwischen einem Rückglas oder einer Rückseiten- Reflektorschicht (weiße Farbe, Folie u. ä.) und einer rückseitigen Leitschicht auf der Wirkschicht vorgesehen ist. Typischerweise kommt es bei dieser rückseitigen Platzierung einer Stabilisierungsschicht nicht auf deren Transparenz oder sonstige optische Eigenschaften an. Gleichwohl kann es technologisch vorteilhaft sein, sie an dieser Stelle einer Solarzelle mit im Wesentlichen den gleichen Eigenschaften und mit den gleichen Schritten wie eine entsprechende Schicht zwischen Frontglas und frontseitigem TCO auszubilden, speziell nach dem dritten Laserstrukturierungsschritt bei monolithisch integrierten Zellen. Another embodiment is characterized in that the or an additional Liehe stabilization layer between a back glass or a back reflector layer (white color, foil, etc.) and a back-side conductive layer is provided on the active layer. Typically, this backside occurs Placement of a stabilizing layer not on their transparency or other optical properties. However, it may be technologically advantageous to form them at this point of a solar cell having substantially the same properties and steps as a corresponding layer between front glass and front TCO, especially after the third laser structuring step in monolithically integrated cells.

Die Stabilisierungsschicht stabilisiert die nachfolgend aufgebrachte TCO-Schicht. Vermutlich verhindert sie den Drift von schädlichen Stoffen an die Glas-TCO- Grenzfläche oder in das TCO unter Einwirkung eines elektrischen Feldes. Even- tuell wird dadurch die chemische Reaktion, welche die Funktion des TCOs beeinträchtigt, verhindert. Dies kann insbesondere mit dem erhöhten Wasserstoffanteil in der Schicht zusammenhängen. Die erwähnten Widerstandserhöhungen im TCO treten bei Verwendung der erfindungsgemäßen Barriere nicht auf, und das Solarmodul zeigt dementsprechend keine Leistungsverluste beim Auftreten von positi- ven Spannungen gegenüber Erdpotenzial. Sofern die Schicht als zusätzlicheThe stabilization layer stabilizes the subsequently applied TCO layer. Presumably, it prevents the drift of harmful substances to the glass TCO interface or into the TCO under the action of an electric field. Eventually, this will prevent the chemical reaction that affects the function of the TCO. This may in particular be related to the increased hydrogen content in the layer. The mentioned resistance increases in the TCO do not occur when using the barrier according to the invention, and the solar module accordingly shows no power losses when positive voltages occur in relation to ground potential. If the layer as additional

Diffusionsbarriere und/oder Antireflexionsschicht dient, wirkt sie zusätzlich quali- tätssteigernd. Diffusion barrier and / or antireflection layer serves, it has an additional quality-enhancing.

In der Praxis ist eine Ausführung mit Silizium-Wirkschicht besonders bedeutsam, grundsätzlich möglich ist aber auch die Ausführung als Solarzelle vom CIGSIn practice, a version with a silicon active layer is particularly important, but in principle also possible is the design as a solar cell from the CIGS

(Cu(InGa)SeS)- oder CdTe-Typ oder als Bauelement der organischen Photovoltaik etc. Des Weiteren ist neben der aus derzeitiger Sicht besonders wichtigen Ausführung mit einer ZnO-basierten Leitschicht (TCO) auch die Ausführung mit Leitschichten auf Sn02-, TiO- oder anderer bekannter Basis möglich. (Cu (InGa) SeS) - or CdTe-type or as a component of organic photovoltaics etc. Furthermore, in addition to the currently most important version with a ZnO-based conductive layer (TCO) and the implementation with conductive layers on Sn0 2 -, TiO or other known base possible.

Zeichnungen drawings

Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Further advantages and advantageous embodiments of the invention

Gegenstände werden durch die Zeichnungen veranschaulicht und in der nachfol- genden Beschreibung erläutert. Dabei ist zu beachten, dass die Zeichnungen nur beschreibenden Charakter haben und nicht dazu gedacht sind, die Erfindung in irgendeiner Form einzuschränken. Es zeigen: Fig. 1 eine schematische Querschnittsdarstellung des Schichtaufbaus einer Dünnschicht-Solarzelle gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung, Objects are illustrated by the drawings and explained in the following description. It should be noted that the drawings have only descriptive character and are not intended to limit the invention in any way. Show it: 1 is a schematic cross-sectional view of the layer structure of a thin-film solar cell according to a first embodiment of the invention,

Fig. 2 eine schematische Querschnittsdarstellung des Schichtaufbaus einer Dünnschicht-Solarzelle gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung, 2 is a schematic cross-sectional view of the layer structure of a thin-film solar cell according to a second embodiment of the invention;

Fig. 3 eine schematische Querschnittsdarstellung des Schichtaufbaus einer Dünnschicht-Solarzelle gemäß einer dritten Ausführungsform der Erfindung und Fig. 3 is a schematic cross-sectional view of the layer structure of a thin-film solar cell according to a third embodiment of the invention and

Fig.4 eine schematische Querschnittsdarstellung des Schichtaufbaus einer Dünnschicht-Solarzelle gemäß einer vierten Ausführungsform der Erfindung. 4 is a schematic cross-sectional view of the layer structure of a thin-film solar cell according to a fourth embodiment of the invention.

Fig. 1 zeigt einen ersten Schichtaufbau, wobei - wie auch bei den anderen Figuren - ein als Trägersubstrat dienendes transparentes Frontglas 11 als unterste Schicht der Solarzelle 10 gezeigt ist. Hier befindet sich eine Stabilisierungsschicht 13 zwischen dem Trägersubstrat 11 und einer vorderseitigen Leitschicht 15a, auf die in der gewählten Darstellung eine Siliziumschicht 17 als Wirkschicht (die mehrere Teilschichten umfassen kann) folgt. Diese ist mit einer rückseitigen Leitschicht (Rückseiten-TCO) 15b versehen, und hierauf folgt als rückseitiger Abschluss des Aufbaus ein Rückseitenglas 19. (Ein ggfs. unter dem Rückseitenglas 19 vorgesehener Rückreflektor oder eine Laminierfolie ist in der Figur nicht dargestellt.) Fig. 1 shows a first layer structure, wherein - as in the other figures - serving as a carrier substrate transparent front glass 11 is shown as the lowermost layer of the solar cell 10. Here, a stabilization layer 13 is located between the carrier substrate 11 and a front-side conductive layer 15a, to which a silicon layer 17 as an active layer (which may comprise several partial layers) follows in the selected representation. This is provided with a backside conductive layer (backside TCO) 15b, and then followed by a backside glass 19 as the rear end of the structure. (A back reflector or a laminating film provided under the back glass 19 is not shown in the figure.)

Der in Fig. 2 gezeigte Aufbau stimmt weitgehend mit dem in Fig. 1 gezeigten überein, und insoweit wurden an Fig. 1 angelehnte Bezugsziffern verwendet, und die entsprechenden Schichten werden hier nicht nochmals beschrieben. Der ein- zige Unterschied besteht im zusätzlichen Vorhandensein einer Antireflexschicht 24 zwischen der Stabilisierungsschicht 23 und dem Front-TCO 25a. Bei der Ausführung nach Fig. 3 ist gegenüber Fig. 2 lediglich die Reihenfolge der Stabilisie- rungsschicht 33 und der Antireflexschicht 34 vertauscht; ansonsten ist der Aufbau der gleiche. The structure shown in Fig. 2 is substantially the same as that shown in Fig. 1, and so far reference numerals to Fig. 1 have been used, and the corresponding layers will not be described again here. The only difference is the additional presence of an antireflection layer 24 between the stabilization layer 23 and the front TCO 25a. In the embodiment according to FIG. 3, only the sequence of stabilization in comparison to FIG. 2 is shown. layer 33 and the antireflective layer 34 reversed; otherwise the structure is the same.

Bei der Ausführung nach Fig. 4 weist die Solarzelle 40 im Wesentlichen den gleichen Aufbau wie die Solarzelle 10 nach Fig. 1 auf, mit der einzigen Ausnah- me, dass zwischen dem rückseitigen TCO 45b und dem rückseitigen Glas 49 eine zweite Stabilisierungsschicht 48 vorgesehen ist, die hinsichtlich des rückseitigen TCO vergleichbare Wirkungen wie in den übrigen Ausführungen beim frontseitigen TCO erbringt. Nachfolgend werden zwei Ausführungsbeispiele für spezielle Schichtzusammensetzungen unter Bezugnahme auf jeweils ein spezielles Herstellungsverfahren der Stabilisierungsschicht angegeben. In the embodiment according to FIG. 4, the solar cell 40 essentially has the same structure as the solar cell 10 according to FIG. 1, with the sole exception that a second stabilization layer 48 is provided between the rear TCO 45b and the rear-side glass 49 , which gives comparable effects to the backside TCO as in the other versions at the front TCO. Hereinafter, two embodiments of specific layer compositions will be given with reference to each one specific manufacturing method of the stabilizing layer.

Ausführungsbeispiel 1 Embodiment 1

Abscheidung in PECVD-Reaktor mit Zusammensetzung entsprechend der folgenden Gasflüsse und Plasmaleistung Deposition in PECVD reactor with composition corresponding to the following gas flows and plasma power

Figure imgf000008_0001
Figure imgf000008_0001

Ausführungsbeispiel 2 Embodiment 2

Abscheidung in PECVD-Reaktor mit Zusammensetzung entsprechend der folg den Gasflüsse und Plasmaleistung Deposition in PECVD reactor with composition corresponding to the gas flows and plasma power

SiH4 C02 H2 (sccm) P (W) Zeit (s) Dicke Brech. (sccm) (sccm) (nm) indexSiH 4 C0 2 H 2 (sccm) P (W) Time (s) Thickness Break. (sccm) (sccm) (nm) index

530 3743 4000 200 1300 = 130 1,77 Im Rahmen fachmännischen Handelns ergeben sich weitere Ausgestaltungen und Ausführungsformen des hier nur beispielhaft beschriebenen Verfahrens und der Vorrichtung. 530 3743 4000 200 1300 = 130 1.77 Within the scope of expert action, further refinements and embodiments of the method and apparatus described here by way of example only arise.

Claims

Ansprüche claims Dünnschicht-Solarzelle (10;20;30;40) mit einem Trägersubstrat Thin-film solar cell (10; 20; 30; 40) with a carrier substrate (11;21;31;41), insbesondere Glassubstrat, und einer auf dem Trägersubstrat angeordneten Strahlungsabsorbierenden fotoelektrischen Wirkschicht (17;27;37;47), insbesondere aus einem Halbleitermaterial oder einem einen photovoltaischen Effekt aufweisenden organischen Material, sowie einer zwischen dem Trägersubstrat und der Wirkschicht angeordneten Leitschicht (15a;25a;35a;45a) zum elektrischen Anschluss der Wirkschicht, wobei zwischen dem Trägersubstrat und der Leitschicht eine amorphe und/oder mikrokristalline Stabilisierungsschicht (13;23;33;43) zur Verhinderung einer Ionendrift und/oder Diffusion aus der Leitschicht an deren Grenzfläche zum Trägersubstrat bei Anliegen einer Gleichspannung von über ± 50 V gegen Masse vorgesehen ist. 2. Dünnschicht-Solarzelle nach Anspruch 1,  (11; 21; 31; 41), in particular glass substrate, and a radiation-absorbing photoelectric active layer (17; 27; 37; 47) arranged on the carrier substrate, in particular of a semiconductor material or an organic material having a photovoltaic effect, and one between the carrier substrate and the active layer arranged conductive layer (15a; 25a; 35a; 45a) for electrically connecting the active layer, wherein between the carrier substrate and the conductive layer, an amorphous and / or microcrystalline stabilization layer (13; 23; 33; 43) for preventing ion drift and / or Diffusion from the conductive layer is provided at the interface with the carrier substrate when applying a DC voltage of about ± 50 V to ground. 2. Thin-film solar cell according to claim 1, wobei die Stabilisierungsschicht (13;23;33;43) eine Legierung aus den Elementen Silizium, Sauerstoff, Wasserstoff und Stickstoff umfasst.  wherein the stabilizing layer (13; 23; 33; 43) comprises an alloy of the elements silicon, oxygen, hydrogen and nitrogen. Dünnschicht-Solarzelle nach Anspruch 2, Thin-film solar cell according to claim 2, wobei in der Stabilisierungsschicht (13;23;33;43) Silizium mit einem Anteil zwischen 20 und 70 Masse-%, Sauerstoff mit einem Anteil zwischen 1 und 80 Masse-%, Wasserstoff mit einem Anteil zwischen 1 und 30 Masse-% und optional Stickstoff in einem Anteil zwischen 1 und 60 Masse-% enthalten ist, wobei die Summe der Anteile 100 Masse-% beträgt.  wherein in the stabilizing layer (13; 23; 33; 43) silicon in a proportion of between 20 and 70% by mass, oxygen in a proportion between 1 and 80% by mass, hydrogen in a proportion between 1 and 30% by mass and optionally Nitrogen is contained in a proportion between 1 and 60% by mass, wherein the sum of the shares 100% by mass. Dünnschicht-Solarzelle nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Stabilisierungsschicht (13;23;33;43) als PVD- oder PECVD- Schicht ausgeführt ist. Thin-film solar cell according to one of the preceding claims, wherein the stabilization layer (13; 23; 33; 43) is designed as a PVD or PECVD layer. 5. Dünnschicht-Solarzelle nach einem der vorangehenden Ansprüche, 5. Thin-film solar cell according to one of the preceding claims, wobei die Stabilisierungsschicht (13;23;33;43) eine Dicke im Bereich zwischen 10 nm und 300 nm, spezieller zwischen 40 nm und 120 nm, aufweist. wherein the stabilizing layer (13; 23; 33; 43) has a thickness in the range between 10 nm and 300 nm, more particularly between 40 nm and 120 nm. 6. Dünnschicht-Solarzelle nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Stabilisierungsschicht (13;23;33;43) mehrere Teilschichten umfasst. A thin film solar cell according to any one of the preceding claims, wherein the stabilizing layer (13; 23; 33; 43) comprises a plurality of sublayers. 7. Dünnschicht-Solarzelle nach einem der vorangehenden Ansprüche, 7. Thin-film solar cell according to one of the preceding claims, wobei das Trägersubstrat ein für Sonnenlicht transparentes Frontglas (21;31) und die Stabilisierungsschicht (23;33) zwischen dem Frontglas (21) und einer Antireflexschicht (24) oder zwischen einer Antireflexschicht (34) und der Wirkschicht (37) angeordnet ist.  wherein the support substrate is a sunlight-transparent front glass (21; 31) and the stabilization layer (23; 33) is arranged between the front glass (21) and an antireflection layer (24) or between an antireflective layer (34) and the active layer (37). 8. Dünnschicht-Solarzelle nach einem Ansprüche 1 bis 6, 8. Thin-film solar cell according to one claims 1 to 6, wobei das Trägersubstrat ein für Sonnenlicht transparentes Frontglas ist und die Stabilisierungsschicht zugleich als Antireflexschicht wirkt.  wherein the carrier substrate is transparent to sunlight front glass and the stabilizing layer also acts as an antireflection layer. 9. Dünnschicht-Solarzelle nach einem Anspruch 7 oder 8, 9. Thin-film solar cell according to claim 7 or 8, wobei die Stabilisierungsschicht (13;23;33;43) für Sonnenlicht transparent ist und insbesondere einen Transmissionskoeffizienten von 80 % oder mehr im Wellenlängenbereich zwischen 350 nm und 1200 nm aufweist.  wherein the stabilizing layer (13; 23; 33; 43) is transparent to sunlight and in particular has a transmission coefficient of 80% or more in the wavelength range between 350 nm and 1200 nm. 10. Dünnschicht-Solarzelle nach einem Anspruch 7 oder 9, 10. Thin-film solar cell according to claim 7 or 9, wobei die Stabilisierungsschicht (13;23;33;43) einen Brechungsindex bei 600 nm im Bereich zwischen 1,5 und 2,5, spezieller im Bereich zwischen 1,6 und 2,0, aufweist.  wherein the stabilizing layer (13; 23; 33; 43) has a refractive index at 600 nm in the range between 1.5 and 2.5, more particularly in the range between 1.6 and 2.0. 11. Dünnschicht-Solarzelle nach einem der vorangehenden Ansprüche, 11. Thin-film solar cell according to one of the preceding claims, wobei die oder eine zusätzliche Stabilisierungsschicht (48) zwischen einem Rückglas (49) und einer rückseitigen Leitschicht (45b) auf der Wirkschicht (47) vorgesehen ist.  wherein the or an additional stabilization layer (48) is provided between a back glass (49) and a backside conductive layer (45b) on the active layer (47). 12. Dünnschicht-Solarzelle nach einem der vorangehenden Ansprüche, 12. Thin-film solar cell according to one of the preceding claims, wobei die Wirkschicht (17;27;37;47) eine Siliziumschicht umfasst.  wherein the active layer (17; 27; 37; 47) comprises a silicon layer.
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