DE102009058344A1

DE102009058344A1 - Solar cell and solar module

Info

Publication number: DE102009058344A1
Application number: DE102009058344A
Authority: DE
Inventors: Jiri Dr. Springer
Original assignee: SUNFILM AG
Current assignee: Schueco Tf & Co Kg De GmbH
Priority date: 2009-11-20
Filing date: 2009-12-15
Publication date: 2011-05-26
Also published as: WO2011060985A3; WO2011060985A2

Abstract

Eine Solarzelle (1) umfasst mindestens eine p-dotierte Schicht (6), mindestens eine im Wesentlichen intrinsische Schicht (7) und mindestens eine n-dotierte Schicht (8; 16). Eine Schicht (12; 16) der Solarzelle weist einen Brechungsindex von kleiner 2 auf. Ein Solarmodul (20) umfasst eine Mehrzahl solcher Solarzellen (1).A solar cell (1) comprises at least one p-doped layer (6), at least one substantially intrinsic layer (7) and at least one n-doped layer (8; 16). A layer (12; 16) of the solar cell has a refractive index of less than 2. A solar module (20) comprises a plurality of such solar cells (1).

Description

Die Erfindung betrifft eine Solarzelle und ein Solarmodul mit einer Mehrzahl von solchen Solarzellen.The invention relates to a solar cell and a solar module with a plurality of such solar cells.

Um den Fotostrom eines mikrokristallinen Silizium-Absorbers in einer Tandem-Junction-Solarzelle zu erhöhen, müssen die Absorptionsverluste des in der Konstruktion gefangenen Lichts minimiert werden. Solche Verluste entstehen zum Beispiel, wenn Photonen in den dotierten p- oder n-Schichten der Zellenstruktur oder im Rückreflektor absorbiert werden. Für gewöhnlich umfassen Silizium-Tandem-Junction-Solarzellen mikrokristalline intrinsische Schichten. Durch eine Verwendung von dünneren intrinsischen Schichten können die Solarzellen wirtschaftlicher hergestellt werden (Einsparung von Prozess- und Reinigungsgas, Erhöhung der Verarbeitungsmenge). Dünnere intrinsischen Schichten haben eine Reduktion des Fotostroms zur Folge, da die optische Weglänge der Photonen und somit die Effektivität des Absorbers von der Dicke der intrinsischen Schicht abhängig ist. Um diesen Effekt zumindest teilweise auszugleichen, kann eine Lichtfalle implementiert werden, um so die optische Weglänge zu vergrößern. Die Lichtfalle erfordert einen möglichst gut reflektierenden Rückreflektor der Solarzelle. Herkömmlich besteht die Konstruktion eines Rückreflektors aus einer Zinkoxidschicht und einer Metallschicht direkt nach der letzten n-dotierten Siliziumschicht.To increase the photocurrent of a microcrystalline silicon absorber in a tandem junction solar cell, the absorption losses of the light trapped in the structure must be minimized. Such losses arise, for example, when photons are absorbed in the doped p or n layers of the cell structure or in the back reflector. Usually, silicon tandem junction solar cells include microcrystalline intrinsic layers. By using thinner intrinsic layers, the solar cells can be produced more economically (saving process and cleaning gas, increasing the amount of processing). Thinner intrinsic layers result in a reduction of the photocurrent, since the optical path length of the photons and thus the effectiveness of the absorber is dependent on the thickness of the intrinsic layer. In order to at least partially compensate for this effect, a light trap may be implemented so as to increase the optical path length. The light trap requires a reflecting reflector of the solar cell which reflects as well as possible. Conventionally, the construction of a back reflector consists of a zinc oxide layer and a metal layer directly after the last n-doped silicon layer.

Es ist wünschenswert, eine Solarzelle und ein Solarmodul anzugeben, die beziehungsweise das effektiv Strahlungsenergie in elektrische Energie umwandelt.It is desirable to provide a solar cell and a solar module that effectively convert radiant energy into electrical energy.

In einer Ausführungsform umfasst eine Solarzelle mindestens eine p-dotierte Schicht und mindestens eine im Wesentlichen intrinsische Schicht. Die Solarzelle umfasst mindestens eine n-dotierte Schicht. Eine Schicht der Solarzelle weist einen Brechungsindex von kleiner 2 auf.In one embodiment, a solar cell comprises at least one p-doped layer and at least one substantially intrinsic layer. The solar cell comprises at least one n-doped layer. One layer of the solar cell has a refractive index of less than 2.

Durch die Schicht, die einen Brechungsindex von kleiner 2 aufweist, kann eintreffende Strahlung während des Betriebs vergleichsweise gut gestreut werden, so dass sich der effektive Weg der Strahlung in der intrinsischen Schicht verlängert. Somit erhöht sich die Absorptionswahrscheinlichkeit und damit die Effektivität der Solarzelle.Through the layer having a refractive index of less than 2, incident radiation can be scattered comparatively well during operation, so that the effective path of the radiation in the intrinsic layer is prolonged. Thus, the absorption probability and thus the efficiency of the solar cell increases.

In einer Ausführungsform ist die Schicht, die einen Brechungsindex von kleiner 2 aufweist, der im Wesentlichen intrinsischen Schicht in Haupteinstrahlrichtung nachgeordnet. So kann Strahlung, die durch den p-i-n-Schichtenstapel der Solarzelle gelangt, ohne absorbiert zu werden, zurück in den p-i-n-Schichtstapel reflektiert werden und wird dabei möglichst gut gestreut.In one embodiment, the layer having a refractive index of less than 2 is disposed downstream of the substantially intrinsic layer in the main direction of irradiation. Thus, radiation that passes through the p-i-n layer stack of the solar cell without being absorbed can be reflected back into the p-i-n layer stack and thereby scattered as well as possible.

In einer Ausführungsform ist die n-dotierte Schicht der Solarzelle die Schicht, die einen Brechungsindex von kleiner 2 aufweist. In dieser Ausführungsform ist die Schicht, die einen Brechungsindex von kleiner 2 aufweist, n-dotiert. Dies führt beispielsweise zu einer Erhöhung der elektrischen Leitfähigkeit der Schicht, die einen Brechungsindex von kleiner von 2 aufweist.In one embodiment, the n-doped layer of the solar cell is the layer having a refractive index of less than 2. In this embodiment, the layer having a refractive index of less than 2 is n-doped. This leads, for example, to an increase in the electrical conductivity of the layer, which has a refractive index of less than 2.

In einem Ausführungsbeispiel ist die Schicht, die einen Brechungsindex von kleiner 2 aufweist, in Haupteinstrahlrichtung auf der n-dotierten Schicht angeordnet. Die Schicht, die einen Brechungsindex von kleiner 2 aufweist, ist in diesem Ausführungsbeispiel zusätzlich zu den herkömmlich in einer Dünnschichtsolarzelle vorhandenen Schichten als Teil des Rückreflektors angeordnet.In one embodiment, the layer having a refractive index of less than 2 is arranged in the main irradiation direction on the n-doped layer. The layer having a refractive index of less than 2 is arranged as part of the back reflector in this embodiment in addition to the layers conventionally present in a thin film solar cell.

Die Schicht, die einen Brechungsindex von kleiner 2 aufweist, ist in einer Ausführungsform zwischen der im Wesentlichen intrinsischen Schicht und einer elektrisch leitfähigen Rückkontaktschicht angeordnet. Die Schicht, die einen Brechungsindex von kleiner 2 aufweist, und die elektrisch leitfähige Rückkontaktschicht sind Teil eines Rückreflektors der Solarzelle, der sowohl eine elektrische Kontaktierung der Solarzelle ermöglicht als auch die Reflexion der Strahlung zurück in den p-i-n-Schichtstapel und die Streuung der Strahlung ermöglicht.The layer having a refractive index of less than 2 is disposed in one embodiment between the substantially intrinsic layer and an electrically conductive back contact layer. The layer, which has a refractive index of less than 2, and the electrically conductive back contact layer are part of a back reflector of the solar cell, which enables both an electrical contacting of the solar cell and the reflection of the radiation back into the p-i-n layer stack and allows the scattering of the radiation.

Die Schicht, die einen Brechungsindex kleiner 2 aufweist umfasst in Ausführungsbeispielen eines aus SiOx, SiNx, SiOxNy, SiCxOy und AlxOy.The layer having a refractive index of less than 2 comprises, in embodiments, one of SiOx, SiNx, SiOxNy, SiCxOy and AlxOy.

In einem Ausführungsbeispiel umfasst die Solarzelle in Haupteinstrahlrichtung ein transparentes Substrat, mindestens eine zweite p-dotierte Schicht, mindestens eine zweite im Wesentlichen intrinsische Schicht und mindestens eine zweite n-dotierte Schicht. Die zweite p-dotierte Schicht, die zweite im Wesentlichen intrinsische Schicht und die zweite n-dotierte Schicht sind zwischen dem Substrat und der mindestens einen p-dotierten Schicht angeordnet. So ist eine so genannte Tandem-Junction-Solarzelle angegeben, bei der zwei p-i-n-Schichtstapel in Haupteinstrahlrichtung übereinander angeordnet sind und elektrisch in Reihe hintereinander geschaltet sind.In one embodiment, the solar cell in the main direction of irradiation comprises a transparent substrate, at least one second p-doped layer, at least one second substantially intrinsic layer and at least one second n-doped layer. The second p-doped layer, the second substantially intrinsic layer and the second n-doped layer are arranged between the substrate and the at least one p-doped layer. Thus, a so-called tandem junction solar cell is indicated in which two p-i-n layer stacks are arranged one above the other in the main direction of radiation and are connected electrically in series one behind the other.

Ein Solarmodul umfasst eine Mehrzahl solcher Solarzellen, die elektrisch in Reihe gekoppelt sind. So kann eine höhere Spannung des elektrischen Stroms des Solarmoduls erreicht werden als bei einzelnen Solarzellen.A solar module comprises a plurality of such solar cells, which are electrically coupled in series. Thus, a higher voltage of the electric current of the solar module can be achieved than with individual solar cells.

Weitere Merkmale, Vorteile und Weiterbildungen ergeben sich aus den nachfolgenden in Verbindung mit den 1 bis 5 erläuterten Beispielen. Other features, advantages and developments will become apparent from the following in connection with the 1 to 5 explained examples.

Es zeigen:Show it:

1 eine schematische Darstellung einer Solarzelle gemäß einer Ausführungsform, 1 a schematic representation of a solar cell according to an embodiment,

2 eine schematische Darstellung einer Solarzelle gemäß einer Ausführungsform, 2 a schematic representation of a solar cell according to an embodiment,

3 eine schematische Darstellung einer Solarzelle gemäß einer Ausführungsform, 3 a schematic representation of a solar cell according to an embodiment,

4 eine schematische Darstellung einer Solarzelle gemäß einer Ausführungsform, und 4 a schematic representation of a solar cell according to an embodiment, and

5 eine schematische Darstellung eines Solarmoduls gemäß einer Ausführungsform. 5 a schematic representation of a solar module according to an embodiment.

Gleiche, gleichartige und gleichwirkende Elemente sind in den Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen.The same, similar and equivalent elements are provided in the figures with the same reference numerals.

1 zeigt eine Solarzelle 1. Die Solarzelle 1 umfasst ein Substrat 2, auf dem die weiteren Schichten der Solarzelle aufgebracht sind. In X-Richtung, die der Haupteinstrahlrichtung der in Betrieb auf die Solarzelle eintreffende Strahlung entspricht, ist auf dem Substrat 2 ein Frontkontakt 3 angeordnet. Auf dem Frontkontakt 3 ist ein erster p-i-n-Schichtstapel 4 und auf dem ersten p-i-n-Schichtstapel 4 ein zweiter p-i-n-Schichtstapel 5 angeordnet. In X-Richtung auf dem zweiten p-i-n-Schichtstapel ist ein Rückkontakt 9 angeordnet. 1 shows a solar cell 1 , The solar cell 1 includes a substrate 2 on which the further layers of the solar cell are applied. In the X-direction, which corresponds to the main irradiation direction of the incoming radiation to the solar cell, is on the substrate 2 a front contact 3 arranged. On the front contact 3 is a first pin layer stack 4 and on the first pin layer stack 4 a second pin layer stack 5 arranged. In the X direction on the second pin layer stack is a back contact 9 arranged.

Der Frontkontakt 3 und der Rückkontakt 9 dienen zur elektrischen Kontaktierung der beiden p-i-n-Schichtstapel 4 und 5 und sind eingerichtet während des Betriebs elektrischen Strom beziehungsweise elektrische Spannung aus den beiden p-i-n-Schichtstapeln 4 und 5 abzuführen.The front contact 3 and the back contact 9 serve for the electrical contacting of the two pin layer stacks 4 and 5 and are set up during operation electric current or electrical voltage from the two pin layer stacks 4 and 5 dissipate.

Das Substrat 2 ist insbesondere für Strahlung im sichtbaren Spektrum und im Infrarotbereich besonders durchlässig und weist eine Transparenz von größer als 80% in einem Wellenlängenbereich von 400 nm bis 1100 nm auf. Das Substrat umfasst beispielsweise Glas, insbesondere eisenarmes Flachglas, Silikatglas oder Walzglas. Insbesondere weist das System aus dem Substrat 2 und dem Frontkontakt 3 gemeinsam eine Transparenz von größer als 80% in einem Wellenlängenbereich von 400 nm bis 1100 nm auf.The substrate 2 is especially transparent for radiation in the visible spectrum and in the infrared range and has a transparency of greater than 80% in a wavelength range of 400 nm to 1100 nm. The substrate comprises, for example, glass, in particular low-iron flat glass, silicate glass or rolled glass. In particular, the system is out of the substrate 2 and the front contact 3 together have a transparency of greater than 80% in a wavelength range of 400 nm to 1100 nm.

Die Frontelektrode 3 umfasst ein transparentes leitfähiges Oxid (TCO), beispielsweise Zinkoxid oder Zinnoxid.The front electrode 3 comprises a transparent conductive oxide (TCO), for example zinc oxide or tin oxide.

Der erste p-i-n-Schichtstapel 4 weist eine p-dotierte Schicht 13 und darauf angeordnet eine im Wesentliche intrinsische Schicht 14, also undotierte Schicht, und darauf eine n-dotierte Schicht 15 auf. Die Schichten 13, 14 und 15 des ersten p-i-n-Schichtstapels 4 umfassen insbesondere optoelektronisch aktive Schichten aus amorphem Silizium. Der erste p-i-n-Schichtstapel 4 ist eingerichtet, die Energie der während des Betriebs einfallenden Strahlung zumindest teilweise in elektrische Energie umzuwandeln.The first pin layer stack 4 has a p-doped layer 13 and a substantially intrinsic layer disposed thereon 14 , so undoped layer, and thereon an n-doped layer 15 on. The layers 13 . 14 and 15 of the first pin layer stack 4 include in particular opto-electronically active layers of amorphous silicon. The first pin layer stack 4 is arranged to convert the energy of the incident during operation radiation at least partially into electrical energy.

Auf der n-dotierten Schicht 15 des ersten p-i-n-Schichtstapels 4 ist der zweite p-i-n-Schichtstapel 5 angeordnet, der in X-Richtung zuerst eine p-dotierte Schicht 6, darauf eine im Wesentliche intrinsische Schicht 7 und darauf eine n-dotierte Schicht 8 aufweist. Der zweite p-i-n-Schichtstapel 5 ist optoelektrisch aktiv und umfasst insbesondere mikrokristallines Silizium. Der zweite p-i-n-Schichtstapel 5 ist eingerichtet, die Energie der während des Betriebs einfallenden Strahlung zumindest teilweise in elektrische Energie umzuwandeln.On the n-doped layer 15 of the first pin layer stack 4 is the second pin layer stack 5 arranged, the first in the X direction, a p-doped layer 6 , on it a substantially intrinsic layer 7 and on top of that an n-doped layer 8th having. The second pin layer stack 5 is optoelectrically active and in particular comprises microcrystalline silicon. The second pin layer stack 5 is arranged to convert the energy of the incident during operation radiation at least partially into electrical energy.

Die Solarzelle 1 weist zwei p-i-n-Übergänge auf, in denen jeweils Photonen der eintreffenden Strahlung unter Bildung von Elektron-Loch-Paaren absorbiert werden können. Durch diesen so genannten Tandem-Junktion-Aufbau der Solarzelle kann eine Verbreiterung des Absorptionsspektrums der Solarzelle 1 erreicht werden, da das amorphe und das mikrokristalline Silizium zueinander verschiedene Absorptionsspektren aufweisen.The solar cell 1 has two pin junctions, in each of which photons of the incident radiation can be absorbed to form electron-hole pairs. Through this so-called tandem-junction construction of the solar cell, a widening of the absorption spectrum of the solar cell 1 can be achieved because the amorphous and the microcrystalline silicon have mutually different absorption spectra.

Der Rückkontakt 9 weist im Ausführungsbeispiel der 1 in X-Richtung eine Schicht 12, die einen Brechungsindex von kleiner 2 aufweist, darauf eine Zinkoxidschicht 10 und darauf eine Metallschicht 11 auf.The back contact 9 has in the embodiment of 1 in the X direction a layer 12 having a refractive index of less than 2, thereon a zinc oxide layer 10 and on it a metal layer 11 on.

Durch den Rückkontakt 9 wird Strahlung möglichst vollständig wieder zurück Richtung dem zweiten p-i-n-Schichtstapel 5 reflektiert, die durch das Substrat 2, den ersten p-i-n-Schichtstapel 4 und daraufhin den zweiten p-i-n-Schichtstapel 5 gelangt ohne absorbiert zu werden. Die reflektierte Strahlung wird wegen der Schicht 12, die einen Brechungsindex von kleiner 2 aufweist, möglichst gut gestreut, um einen im Mittel längeren Weg der Strahlung in den beiden p-i-n-Schichtstapeln 4 und 5, insbesondere in den beiden intrinsischen Schichten 14 und 7, zu realisieren, so dass eine höhere Absorptionswahrscheinlichkeit und damit eine höhere Effektivität der Solarzelle erreicht wird.Through the back contact 9 radiation is as completely as possible back towards the second pin layer stack 5 reflected by the substrate 2 , the first pin layer stack 4 and then the second pin layer stack 5 gets absorbed without being absorbed. The reflected radiation is due to the layer 12 that have a refractive index of less 2 has scattered as well as possible, to a longer average path of the radiation in the two pin layer stacks 4 and 5 , especially in the two intrinsic layers 14 and 7 to realize, so that a higher absorption probability and thus a higher efficiency of the solar cell is achieved.

Über die Metallschicht 11 kann elektrische Spannung beziehungsweise elektrischer Strom während des Betriebs aus der Solarzelle abgeführt werden.Over the metal layer 11 electrical voltage or electric current can be dissipated during operation of the solar cell.

Die Schicht 12, die einen Brechungsindex von kleiner 2 aufweist, umfasst ein Material, das für einen Wellenlängenbereich um 700 nm einen Brechungsindex von kleiner 2, insbesondere 1,9 und insbesondere kleiner 1,8 beispielsweise 1,5 aufweist. Die Schicht 12, die einen Brechungsindex von kleiner 2 aufweist, umfasst insbesondere ein Material, das einen Brechungsindex aufweist, der kleiner als der Brechungsindex von Zinkoxid ist. Im Ausführungsbeispiel umfasst die Schicht 12 eines aus SiOx, SiNx, SiOxNy, SiCxOy und AlxOy. Mit diesen Materialien kann ein entsprechender Brechungsindex der Schicht 12 realisiert werden. Beispielsweise bei einer Schicht 12, die SiOxNy umfasst, kann der Brechungsindex abhängig vom Stickstoffgehalt vorgegeben werden. The layer 12 , which has a refractive index of less than 2, comprises a material which has a refractive index of less than 2, in particular 1.9 and in particular less than 1.8, for example, 1.5 for a wavelength range around 700 nm. The layer 12 , which has a refractive index of less than 2, particularly comprises a material having a refractive index smaller than the refractive index of zinc oxide. In the exemplary embodiment, the layer comprises 12 one of SiOx, SiNx, SiOxNy, SiCxOy and AlxOy. With these materials, a corresponding refractive index of the layer 12 will be realized. For example, in one shift 12 comprising SiOxNy, the refractive index can be specified depending on the nitrogen content.

Insbesondere weist die Schicht 12 einen in Bezug auf die in negativer X-Richtung benachbarte Schicht 8 möglichst kleinen Brechungsindex auf. Der Unterschied der Brechungsindizes der Schicht 12 und der Schicht 8 ist möglichst groß. Der Brechungsindex der Schicht 8, die Silizium umfasst, liegt etwa im Bereich zwischen 3,5 und 4 für eine Wellenlänge von etwa 700 Nanometer. Die Differenz zwischen den Brechungsindizes der Schicht 8 und der Schicht 12 ist größer als 1,5, insbesondere größer als 2.In particular, the layer has 12 a layer adjacent to the negative X direction 8th the smallest possible refractive index. The difference of the refractive indices of the layer 12 and the layer 8th is as big as possible. The refractive index of the layer 8th silicon comprising approximately in the range between 3.5 and 4 for a wavelength of about 700 nanometers. The difference between the refractive indices of the layer 8th and the layer 12 is greater than 1.5, in particular greater than 2.

Die Schicht 12 weist in X-Richtung eine Dicke 17 zwischen 10 Nanometer und 200 Nanometer, insbesondere zwischen 120 Nanometer und 200 Nanometer, auf.The layer 12 has a thickness in the X direction 17 between 10 nanometers and 200 nanometers, in particular between 120 nanometers and 200 nanometers.

Durch die Schicht 12, die einen im Bezug auf die angrenzende Schicht 8 möglichst kleinen Brechungsindex aufweist, wird die auf den Rückkontakt 9 aus der zweiten p-i-n-Schicht 5 auftreffende Strahlung besonders gut wieder in Richtung des zweiten p-i-n-Schichtstapels 5 reflektiert und dabei besonders gut gestreut. Wegen der besonders guten Reflektion und Streuung durch die Schicht 12 können die intrinsischen Schichten 7 und 14 in X-Richtung weniger dick ausgebildet werden und gleichzeitig die Effektivität der Solarzelle konstant gehalten werden im Vergleich zu Solarzellen ohne die Schicht 12.Through the layer 12 one with respect to the adjacent layer 8th As small refractive index, which is on the back contact 9 from the second pin layer 5 incident radiation particularly well again towards the second pin layer stack 5 reflected and very well scattered. Because of the particularly good reflection and scattering through the layer 12 can the intrinsic layers 7 and 14 In the X direction, they are made less thick and, at the same time, the efficiency of the solar cell is kept constant compared to solar cells without the layer 12 ,

2 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel der Solarzelle 1. Im Unterschied zu der Solarzelle, die in Bezug auf 1 erläutert wurde, weist die Solarzelle 1 gemäß der 2 keine Zinkoxidschicht 10 auf. Der Rückkontakt 9 der Solarzelle 1 gemäß die der 2, besteht aus der Schicht 12, die einen Brechungsindex von kleiner 2 aufweist sowie der Metallschicht 11. Die Schicht 12, die einen Brechungsindex von kleiner 2 aufweist, berührt die Metallschicht 11. Durch die Schicht 12 wird Strahlung besonders gut reflektiert und gestreut, so dass auf die Zinkoxidschicht 10 im Rückkontakt 9 verzichtet werden kann. So kann die Solarzelle schneller und damit kostengünstiger hergestellt werden. 2 shows a further embodiment of the solar cell 1 , Unlike the solar cell, in terms of 1 has been explained, assigns the solar cell 1 according to the 2 no zinc oxide layer 10 on. The back contact 9 the solar cell 1 according to the 2 , consists of the layer 12 having a refractive index of less than 2 and the metal layer 11 , The layer 12 , which has a refractive index of less than 2, contacts the metal layer 11 , Through the layer 12 Radiation is particularly well reflected and scattered, so that on the zinc oxide layer 10 in the back contact 9 can be waived. Thus, the solar cell can be made faster and therefore cheaper.

3 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel der Solarzelle 1 wie in Bezug auf 1 und 2 erläutert. Im Unterschied zu den Ausführungsbeispielen gemäß der 1 und 2 weist die Solarzelle 1 gemäß 3 eine Schicht 16, die einen Brechungsindex von kleiner 2 aufweist, statt der Schichten 12 und 8 auf. 3 shows a further embodiment of the solar cell 1 as for 1 and 2 explained. In contrast to the embodiments according to the 1 and 2 assigns the solar cell 1 according to 3 a layer 16 having a refractive index of less than 2 instead of the layers 12 and 8th on.

Die Schicht 16 umfasst im Wesentlichen die gleichen Eigenschaften und kann aus den gleichen Materialien gebildet sein wie die Schicht 12 der 1 und 2. Zusätzlich dazu ist die Schicht 16 n-dotiert. Beispielsweise ist die Schicht 16 mit Phosphor dotiert, um einen Elektronenüberschuss in der Schicht 16 zu erzeugen. Durch die n-dotierte Schicht 16 kann auf die n-dotierte Schicht 8 des zweiten p-i-n-Schichtstapels 5 verzichtet werden, da die Schicht 16 ausreicht, um ein Triftfeld zwischen der p-dotierten Schicht 6 und der n-dotierten Schicht 16 zu realisieren. Der zweite p-i-n-Schichtstapel 5 umfasst in X-Richtung zuerst die p-dotierte Schicht 6, darauf die intrinsische Schicht 7 und darauf die Schicht 16, die einen Brechungsindex von kleiner 2 aufweist. Die n-dotierte Schicht 16 umfasst vergleichbar zu der Schicht 12 eines aus SiOx, SiNx, SiOxNy, SiCxOy und AlxOy. Durch die n-Dotierung der Schicht 16 wird zudem die elektrische Leitfähigkeit der Schicht 16 erhöht.The layer 16 has substantially the same properties and may be formed of the same materials as the layer 12 of the 1 and 2 , In addition, the layer is 16 n-doped. For example, the layer 16 doped with phosphorus to provide an excess of electrons in the layer 16 to create. Through the n-doped layer 16 can on the n-doped layer 8th of the second pin layer stack 5 be waived since the layer 16 sufficient to form a drift field between the p-doped layer 6 and the n-doped layer 16 to realize. The second pin layer stack 5 includes in the X direction first the p-doped layer 6 , on it the intrinsic layer 7 and on it the layer 16 having a refractive index of less than 2. The n-doped layer 16 includes comparable to the layer 12 one of SiOx, SiNx, SiOxNy, SiCxOy and AlxOy. By the n-doping of the layer 16 In addition, the electrical conductivity of the layer 16 elevated.

Die Schicht 16 weist in X-Richtung eine Dicke 18 zwischen 10 Nanometer und 50 Nanometer, insbesondere zwischen 20 Nanometer und 25 Nanometer, auf.The layer 16 has a thickness in the X direction 18 between 10 nanometers and 50 nanometers, in particular between 20 nanometers and 25 nanometers.

Die n-dotierte Schicht 16 weist im Bezug auf die in negativer X-Richtung angrenzende Schicht 7 einen möglichst kleinen Brechungsindex auf. Dadurch wird Strahlung, die in Betrieb nicht in dem ersten oder dem zweiten p-i-n-Schichtstapel 4 oder 5 absorbiert wird, möglichst gut reflektiert und gestreut, vergleichbar wie in Bezug auf die Schicht 12 der 1 und 2 erläutert. Der Rückkontakt 9 umfasst in X-Richtung zuerst die Schicht 16, darauf die Zinkoxidschicht 10 und darauf die Metallschicht 11.The n-doped layer 16 with respect to the layer adjacent in the negative X direction 7 the smallest possible refractive index. This will cause radiation not in operation in the first or second pin layer stack 4 or 5 is absorbed, reflected and scattered as well as possible, comparable to the layer 12 of the 1 and 2 explained. The back contact 9 includes in the X direction first the layer 16 , then the zinc oxide layer 10 and then the metal layer 11 ,

4 zeigt eine weitere Ausführungsform der Solarzelle 1 wie in Verbindung mit 3 erläutert. Im Unterschied zu der Solarzelle gemäß der 3 weist die Solarzelle 1 gemäß 4 keine Zinkoxidschicht 10 auf. Der Rückkontakt 9 der 4 besteht aus der Schicht 16 und der Metallschicht 11. Die Schicht 16, die einen Brechungsindex von kleiner 2 aufweist, berührt die Metallschicht 11. Der zweite p-i-n-Schichtstapel 5 umfasst in X-Richtung zuerst die p-dotierte Schicht 6, darauf die intrinsische Schicht 7 und darauf die Schicht 16, die einen Brechungsindex von kleiner 2 aufweist. Der Rückkontakt 9 umfasst in X-Richtung zuerst die Schicht 16 und darauf die Metallschicht 11. 4 shows a further embodiment of the solar cell 1 as in connection with 3 explained. In contrast to the solar cell according to the 3 assigns the solar cell 1 according to 4 no zinc oxide layer 10 on. The back contact 9 of the 4 consists of the layer 16 and the metal layer 11 , The layer 16 , which has a refractive index of less than 2, contacts the metal layer 11 , The second pin layer stack 5 includes in the X direction first the p-doped layer 6 , on it the intrinsic layer 7 and on it the layer 16 having a refractive index of less than 2. The back contact 9 includes in the X direction first the layer 16 and then the metal layer 11 ,

Die Schicht 16 in der Ausführungsform gemäß der 4 weist in einem Ausführungsbeispiel in einem der Schicht 7 zugewandten Bereich, der in X-Richtung eine Dicke von etwa 10 Nanometer bis 20 Nanometer aufweist, eine stärkere Dotierung auf, als in dem übrigen der Metallschicht 11 zugewandten Bereich der Schicht 16. Der übrige der Metallschicht 11 zugewandte Bereich der Schicht 16 ist bezüglich einer möglichst guten elektrischen Leitfähigkeit ausgebildet. Die Schicht 16 weist in diesem Ausführungsbeispiel in X-Richtung eine Dicke zwischen 10 Nanometer und 200 Nanometer, insbesondere zwischen 100 Nanometer und 200 Nanometer, auf.The layer 16 in the embodiment according to the 4 In one embodiment, in one of the layers 7 facing region, which has a thickness of about 10 nanometers to 20 nanometers in the X direction, a stronger doping, than in the rest of the metal layer 11 facing area of the layer 16 , The rest of the metal layer 11 facing area of the layer 16 is designed with regard to the best possible electrical conductivity. The layer 16 In this embodiment, in the X-direction has a thickness between 10 nanometers and 200 nanometers, in particular between 100 nanometers and 200 nanometers.

In den Ausführungsbeispielen der Solarzelle 1 gemäß den 3 und 4 ist die Schicht 16 sowohl Teil des zweiten p-i-n-Schichtstapels 5 als auch des Rückkontakts 9. Die Schicht 16 dient sowohl dazu in dem p-i-n-Schichtstapel 5 ein Triftfeld zu erzeugen als auch dazu nicht absorbierte Strahlung zurück in den zweiten p-i-n-Schichtstapel 5 und den ersten p-i-n-Schichtstapel 4 zu reflektieren und dabei zu streuen.In the embodiments of the solar cell 1 according to the 3 and 4 is the layer 16 both part of the second pin layer stack 5 as well as the back contact 9 , The layer 16 serves both in the pin layer stack 5 to generate a drift field as well as unabsorbed radiation back into the second pin layer stack 5 and the first pin layer stack 4 to reflect and to scatter.

Alternativ oder zusätzlich kann eine Solarzelle, die die Schicht 12 beziehungsweise 16 aufweist, die einen Brechungsindex von kleiner 2 aufweist, auch nur einen oder mehr als die zwei gezeigten p-i-n-Schichtstapel aufweisen sowie auch anstelle der p-i-n-Struktur beispielsweise eine n-i-p-Struktur oder eine andere für Solarzellen geeignete Schichtenfolge aufweisen.Alternatively or additionally, a solar cell containing the layer 12 respectively 16 which has a refractive index of less than 2, also have only one or more than the two pin layer stacks shown, and also have, instead of the pin structure, for example a nip structure or another layer sequence suitable for solar cells.

5 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines Solarmoduls 20. Das Solarmodul 20 weist eine Mehrzahl 21 von Solarzellen 1 auf, wie in Zusammenhang mit den 1 bis 4 erläutert. Das Solarmodul weist insbesondere eine Fläche von etwa 1,8 m² bis etwa 5,7 m² auf, kann aber auch kleiner sein, beispielsweise 0,5 m² groß oder größer als 5,7 m². 5 shows an embodiment of a solar module 20 , The solar module 20 has a plurality 21 of solar cells 1 on, as related to the 1 to 4 explained. In particular, the solar module has an area of about 1.8 m ² to about 5.7 m ² , but may also be smaller, for example 0.5 m ² or larger than 5.7 m ² .

Während des Betriebs des Solarmoduls 20 fällt Strahlung, beispielsweise Sonnenlicht, von außen durch das Substrat 2 und die Frontelektrode 3 zuerst auf den optoelektronisch aktiven Schichtstapel 4 und daraufhin auf den optoelektronisch aktiven Schichtstapel 5 und kann unter Erzeugung eines Photostroms absorbiert werden. Die Mehrzahl von Solarzellen 1 der Solarzelle 20 sind mit einander elektrisch in Reihe verschaltet. Die Solarzellen 1 weisen jeweils eine Breite quer zur Längsrichtung zwischen 7 mm und 20 mm auf, insbesondere etwa 10 mm.During operation of the solar module 20 radiation, such as sunlight, falls from the outside through the substrate 2 and the front electrode 3 first on the opto-electronically active layer stack 4 and then to the opto-electronically active layer stack 5 and can be absorbed to generate a photocurrent. The majority of solar cells 1 the solar cell 20 are electrically connected in series with each other. The solar cells 1 each have a width transverse to the longitudinal direction between 7 mm and 20 mm, in particular about 10 mm.

Das Solarmodul 20 ist ein Dünnschichtsolarmodul, deren photoaktive Schichten der Solarzellen 1 eine Dicke im Bereich von wenigen zehn Nanometern bis einigen Mikrometern aufweisen. Üblicherweise werden die photoaktiven Schichten zusammen mit Kontakt- und ggf. Reflexionsschichten großflächig auf ein Substrat, beispielsweise eine Glasscheibe, aufgebracht. Mit Hilfe von einem oder mehreren Strukturierungsschritten wird eine Mehrzahl von einzelnen streifenförmigen Solarzellen gebildet, die elektrisch in Reihe hintereinandergeschaltet sind.The solar module 20 is a thin-film solar module whose photoactive layers are the solar cells 1 have a thickness in the range of a few tens of nanometers to a few micrometers. Usually, the photoactive layers are applied over a large area to a substrate, for example a glass pane, together with contact and optionally reflection layers. With the aid of one or more structuring steps, a plurality of individual strip-shaped solar cells are formed, which are connected in series electrically in series.

Die Erfindung ist nicht durch die Beschreibung anhand der Ausführungsbeispiele auf diese beschränkt. Vielmehr umfasst die Erfindung jedes neue Merkmal sowie jede Kombination von Merkmalen, was insbesondere jede Kombination von Merkmalen in den Patentansprüchen beinhaltet, auch wenn dieses Merkmal oder diese Kombination selbst nicht explizit in den Patentansprüchen oder Ausführungsbeispielen angegeben ist.The invention is not limited by the description based on the embodiments of these. Rather, the invention encompasses any novel feature as well as any combination of features, including in particular any combination of features in the claims, even if this feature or combination itself is not explicitly stated in the claims or exemplary embodiments.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11: Solarzellesolar cell
22: Substratsubstratum
33: Frontkontaktfront contact
44: p-i-n-Schichtstapelp-i-n-layer stack
55: p-i-n-Schichtstapelp-i-n-layer stack
66: p-dotierte Schichtp-doped layer
77: intrinsische Schichtintrinsic layer
88th: n-dotierte Schichtn-doped layer
99: Rückkontaktback contact
1010: Zinkoxid-SchichtZinc oxide layer
1111: Metallschichtmetal layer
1212: Schicht mit Brechungsindex kleiner 2Layer with refractive index less than 2
1313: p-dotierte Schichtp-doped layer
1414: intrinsische Schichtintrinsic layer
1515: n-dotierte Schichtn-doped layer
1616: Schicht mit Brechungsindex kleiner 2Layer with refractive index less than 2
1717: Dickethickness
1818: Dickethickness
2020: Solarmodulsolar module
2121: Mehrzahl von SolarzellenPlurality of solar cells

Claims

Solar cell, comprising: - at least one p-doped layer ( 6 ), - at least one substantially intrinsic layer ( 7 ), - at least one n-doped layer ( 8th ; 16 ), wherein - a layer ( 12 ; 16 ) of the solar cell has a refractive index of less than 2.

A solar cell according to claim 1, wherein the layer ( 12 ; 16 ), which has a refractive index of less than 2, of the essentially intrinsic layer ( 7 ) is arranged downstream in the main direction of radiation.

Solar cell according to Claim 1 or 2, in which the n-doped layer ( 16 ) the layer ( 16 ), which has a refractive index of less than 2.

A solar cell according to claim 1 or 2, wherein the layer ( 12 ), which has a refractive index of less 2, in the main direction of irradiation on the n-doped layer (FIG. 8th ) is arranged.

Solar cell according to one of Claims 1 to 4, in which the layer ( 12 : 16 ), which has a refractive index of less than 2, is electrically conductive.

Solar cell according to one of claims 1 to 5, comprising an electrically conductive back contact layer ( 11 ) in the main direction of irradiation over the substantially intrinsic layer (FIG. 7 ), wherein the layer ( 12 ; 16 ), which has a refractive index of less than 2, between the electrically conductive back contact layer ( 11 ) and the substantially intrinsic layer ( 7 ) is arranged.

Solar cell according to one of Claims 1 to 6, in which the layer ( 12 ; 16 ), which has a refractive index of less than 2, has a refractive index of less than 1.9, in particular less than 1.8.

Solar cell according to one of claims 1 to 7, wherein the layer ( 12 ; 16 ) having a refractive index less than 2, one of SiOx, SiNx, SiOxNy, SiCxOy and AlxOy.

Solar cell according to one of claims 1 to 8, comprising in the main direction of irradiation - a transparent substrate ( 2 ), - at least one second p-doped layer ( 13 ), - at least one second substantially intrinsic layer ( 14 ), - at least one second n-doped layer ( 15 ), wherein the second p-doped layer ( 13 ), the second essentially intrinsic layer ( 14 ) and the second n-doped layer ( 15 ) between the substrate ( 2 ) and the at least one p-doped layer ( 6 ) are arranged.

Solar module, comprising a plurality ( 21 ) of solar cells ( 1 ) according to one of claims 1 to 9, which are electrically coupled in series.