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DE10237515A1 - Stapelförmiger photoelektrischer Wandler - Google Patents

Stapelförmiger photoelektrischer Wandler

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Publication number
DE10237515A1
DE10237515A1 DE10237515A DE10237515A DE10237515A1 DE 10237515 A1 DE10237515 A1 DE 10237515A1 DE 10237515 A DE10237515 A DE 10237515A DE 10237515 A DE10237515 A DE 10237515A DE 10237515 A1 DE10237515 A1 DE 10237515A1
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DE
Germany
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photoelectric conversion
stacked
conversion element
photoelectric
Prior art date
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Ceased
Application number
DE10237515A
Other languages
English (en)
Inventor
Yasue Nagano
Naoki Koide
Takanori Nakano
Mingju Yang
Yuji Komatsu
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.)
Sharp Corp
Original Assignee
Sharp Corp
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 Sharp Corp filed Critical Sharp Corp
Publication of DE10237515A1 publication Critical patent/DE10237515A1/de
Ceased legal-status Critical Current

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Abstract

Es wird eine stapelförmige fotoelektrische Wandlereinrichtung vorgeschlagen, welche aufweist mindestens zwei fotoelektrische Wandlerelementschichten, welche zwischen einer ersten Elektrodenschicht und einer Licht empfangenden zweiten Elektrodenschicht angeordnet sind. Es ist mindestens eine Zwischenschicht zwischen je zwei der mindestens zwei fotoelektrischen Wandlerelementschichten angeordnet, wobei die Zwischenschicht unebene Oberfläche auf der Lichtempfangsseite und auf der Lichtausgangsseite aufweist. Die unebene Oberfläche auf der Lichtausgangsseite besitzt einen größeren mittleren Höhenunterschied oder Niveauunterschied als die unebene Oberfläche auf der Lichtempfangsseite.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft einen stapelförmigen fotoelektrischen Wandler.
  • Die vorliegende Erfindung betrifft insbesondere eine stapelförmige fotoelektrische Wandlereinrichtung mit einer Mehrzahl fotoelektrischer Wandlerelementschichten. Die stapelförmige fotoelektrische Wandlereinrichtung kann auf effektive Art und Weise Licht eines breiteren Wellenlängenbereichs nutzbar machen. Die erfindungsgemäße Einrichtung ist daher besonders für stapelförmige Solarzellen oder dergleichen geeignet.
  • Durch Bezugnahme auf die prioritätsbegründende japanische Patentanmeldung Nr. 2001-255131 seien deren Inhalt und deren Offenbarung hier explizit mit aufgenommen. Im Folgenden werden die Begriffe Wandler und Wandlereinrichtung synonym verwendet. Das gleiche gilt für die Begriffe Zwischenschicht und intermediäre Schicht.
  • Heutzutage werden hauptsächlich Siliziumsolarzellen unter Verwendung kristallinen Siliziumsubstrats eingesetzt. Jedoch sind Dünnschichtsolarzellen mit einer dünnen Siliziumschicht, welche auf einer Glas- oder Metallplatte abgeschieden ist, in der Entwicklung begriffen und zwar mit der Zielsetzung, die Herstellungskosten und den Einsatz oder Aufwand an Siliziummaterialien zu reduzieren. Andererseits sind vom Standpunkt der strukturellen Eigenschaften der Einrichtungen stapelartige Solarzellen oder stapelförmige Solarzellen in der Entwicklung begriffen, um den fotoelektrischen Umwandlungswirkungsgrad zu verbessern und dadurch die Kosten in Bezug auf die erzeugte Leistungsabgabe zu senken.
  • Eine stapelförmige Solarzelle weist eine Mehrzahl fotoelektrischer Wandlerelementschichten auf (pn-Verbindungs- oder Übergangsschichten, welche der Einfachheit halber als fotoelektrische Wandlerelemente bezeichnet werden), welche stapelförmig angeordnet und elektrisch in Serie oder in Reihe miteinander verbunden sind. Gewöhnlich werden Halbleitermaterialien als fotoelektrische Umwandlungselemente oder fotoelektrische Wandlerelemente in absteigender Reihenfolge in Bezug auf die Halbleiterbandlücke (Eg) von der Lichtempfangsseite aus angeordnet. Diese Anordnung oder Struktur ermöglicht der stapelförmigen Solarzelle eine Lichtabsorption in einem breiteren Wellenlängenbereich von kürzeren Wellenlängen zu längeren Wellenlängen hin. Es wird eine Ausgangsspannung oder Ausgabespannung erreicht, die sich als Summe der Ausgänge oder Ausgangsspannungen der fotoelektrischen Elemente darstellt. Es wird dabei ein Strom oder Stromwert erreicht, welcher absinkt, so dass der Abfall oder Verlust in Bezug auf den Innenwiderstand stark reduziert ist.
  • Bei stapelförmigen oder stapelartigen Solarzellen passiert das einfallende Licht, zum Beispiel das Sonnenlicht, die übereinander gestapelten oder übereinander geschichteten fotoelektrischen Wandlerelemente, während es mit steigender Wellenlänge oder steigender Ordnung der Wellenlänge absorbiert wird. Daher sind das Strukturdesign und die Herstellungsschritte derartiger Elemente sehr kompliziert, jeweils im Vergleich zu Solarzellen mit nur einem Übergang oder mit so genannter Unijunction-Struktur. Insbesondere da die fotoelektrischen Wandlerelemente miteinander seriell verbunden sind, ist der während des Betriebs der stapelförmigen oder stapelartigen Solarzelle erzeugte elektrische Strom durch die Kurzschlussstromdichte desjenigen Teils der fotoelektrischen Wandlerelemente begrenzt oder limitiert, welcher den niedrigsten Strom generiert. Daher ist es vergleichsweise schwierig, einen hohen fotoelektrischen Umwandlungswirkungsgrad zu erreichen.
  • In diesem Zusammenhang schlägt die ungeprüfte japanische Patentveröffentlichung Nr. Hei 11 (1999)-214728 eine stapelförmige fotoelektrische Wandlereinrichtung vor, bei welcher ein texturierter Aufbau (das heißt eine unebene Oberfläche) verwendet wird. Dabei wird insbesondere eine dünne Siliziumschicht vom Tandemtyp (stapelartig oder stapelförmig) für die Bildung der fotoelektrischen Wandlereinrichtung verwendet und zwar mit einer ersten fotoelektrischen Wandlereinrichtung aus einer dünnen Siliziumschicht mit einem mikrokristallinem Siliziumsubstrat und einer zweiten fotoelektrischen Wandlereinheit aus einer dünnen amorphen Silizium- Germanium-Schicht (auf der Lichtempfangsseite), wobei die erste fotoelektrische Wandlereinheit eine texturierte Struktur aufweist, das heißt eine feine oder leichte Unebenheit auf der oberen Oberfläche davon. Diese fotoelektrische Wandlereinrichtung ist darauf gerichtet, sowohl die Kosten zu reduzieren als auch den Betrieb zu verbessern.
  • Gemäß diesem Stand der Technik kann erwartet werden, dass die feine Unebenheit der oberen Oberfläche der ersten fotoelektrischen Wandlereinheit einen so genannten optischen Confinementeffekt oder optischen Abgeschlossenheitseffekt mit sich bringt. Das heißt eine Steigerung der optischen Pfadlänge in der zweiten fotoelektrischen Wandlereinheit. Jedoch kann eine Grenzflächenreflexion nicht erwartet werden, weil die Brechungsindizes oder Refraktionsindizes der ersten und der zweiten fotoelektrischen Wandlereinheit sehr ähnlich oder sehr dicht zueinander benachbart sind. Daher wird Licht, welches auf die zweite fotoelektrische Wandlereinheit einfällt und durch diese passiert, ohne darin absorbiert zu werden, nicht an der Grenzfläche reflektiert und fällt somit auf die erste fotoelektrische Wandlereinheit und wird dort absorbiert. Dies ist problematisch, weil die Kurzschlussstromdichte der stapelförmigen oder stapelartigen Solarzelle begrenzt oder limitiert ist und zwar in Abhängigkeit vom Lichtabsorptionsvermögen der zweiten fotoelektrischen Wandlereinheit.
  • Das japanische Patent Nr. 2738557 offenbart eine mehrschichtige Solarzelle mit einer Zwischenschicht oder einer so genannten intermediären Schicht (selektive Reflexionsschicht), welche zwischen den fotoelektrischen Wandlerelementen angeordnet oder eingefügt ist. Die Stärke der Zwischenschicht wird derart geeignet gewählt, dass einfallendes Licht selektiv reflektiert wird oder gemäß der Wellenlängenanpassung mit den spektralen Empfindlichkeiten der fotoelektrischen Wandlerelemente hindurch passiert. Jedoch wird bei diesem Stand der Technik auf der Oberfläche der Zwischenschicht, welche zwischen den fotoelektrischen Wandlerschichten eingefügt ist, keine Unebenheit berücksichtigt. Daher kann nicht erwartet werden, dass die Kurzschlussstromdichte aufgrund einer Steigerung der optischen Pfadlänge oder optischen Weglänge bei diesem fotoelektrischen Wandlerelement gesteigert wird.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen stapelförmigen Wandler anzugeben, welcher verbesserte Charakteristika aufweist. Vorteilhafte Weiterbildungen der erfindungsgemäßen fotoelektrischen Wandlereinrichtung sind Gegenstand der jeweiligen abhängigen Unteransprüche.
  • Die Aufgabe wird gelöst durch einen stapelförmigen fotoelektrischen Wandler oder eine stapelförmige fotoelektrische Wandlereinrichtung erfindungsgemäß mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1. Insbesondere wird die Aufgabe durch Steigern der externen Stromdichte gelöst, wodurch sich eine besondere Eignung für eine oder als eine stapelförmige oder stapelartige Solarzelle ergibt.
  • Erfindungsgemäß wird eine stapelförmige oder stapelartige fotoelektrische Wandlereinrichtung oder ein stapelförmiger oder stapelartiger fotoelektrischer Wandler geschaffen, welcher zumindest zwei fotoelektrische Wandlerelementschichten aufweist, welche zwischen einer ersten Elektrodenschicht und einer Licht empfangenden zweiten Elektrodenschicht angeordnet ist. Des Weiteren ist mindestens eine Zwischenschicht oder intermediäre Schicht, insbesondere sandwichartig oder schichtartig, zwischen zwei der mindestens zwei fotoelektrischen Wandlerelementschichten angeordnet. Dabei besitzt die intermediäre oder Zwischenschicht unebene Oberflächen auf einer Lichtempfangsseite und einer Lichtausgangsseite. Die unebene Oberfläche auf der Lichtausgangsseite besitzt eine mittlere oder gemittelte Höhendifferenz oder Niveaudifferenz, die größer oder stärker ist als die auf der Lichtempfangsseite.
  • Diese und weitere Zielsetzungen und Eigenschaften der vorliegenden Erfindung ergeben sich in größerem Detail und mit besserem Verständnis auf der Grundlage der nachfolgenden Beschreibung. Dabei ist zu berücksichtigen, dass die nachfolgende Detailbeschreibung bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung repräsentiert, die ausschließlich der Illustration dienen und die Erfindung nicht einschränken sollen. Verschiedene Abänderungen und Modifikationen sind dabei denkbar, ohne vom Erfindungsgedanken der vorliegenden Erfindung fortzuführen.
  • Nachfolgend wird die vorliegende Erfindung anhand einer schematischen Zeichnung auf der Grundlage bevorzugter Ausführungsformen näher erläutert.
  • Fig. 1 ist eine schematische Querschnittsansicht, welche eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen stapelförmigen fotoelektrischen Wandlereinrichtung darstellt (Beispiel 1).
  • Fig. 2 ist eine schematische Querschnittsansicht, welche eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen stapelförmigen fotoelektrischen Wandlereinrichtung darstellt (Beispiel 2).
  • Fig. 3 ist eine schematische Querschnittsansicht, welche einen stapelförmigen fotoelektrischen Wandler zeigt, der bei Vorexperimenten zum Austesten des stapelförmigen elektrischen Wandlers verwendet wurde.
  • Fig. 4 ist eine schematische Querschnittsansicht, welche einen stapelförmigen fotoelektrischen Wandler zeigt, der bei Vorexperimenten zum Austesten einer zweiten fotoelektrischen Wandlerelementschicht verwendet wurde.
  • Fig. 5 ist eine schematische Querschnittsansicht, welche einen stapelförmigen fotoelektrischen Wandler zeigt, der bei Vorexperimenten zum Austesten der fotoelektrischen Wandlereinrichtung verwendet wurde.
  • Fig. 6 ist eine schematische Querschnittsansicht, welche einen stapelförmigen fotoelektrischen Wandler zeigt, der bei Vorexperimenten zum Austesten einer zweiten fotoelektrischen Wandlerelementschicht verwendet wurde.
  • Zunächst wird unter Bezugnahme auf die Ergebnisse von Vorexperimenten, welche von den Erfindern der vorliegenden Erfindung durchgeführt wurden, ein Zusammenhang erläutert zwischen der unebenen Oberfläche der Zwischenschicht oder intermediären Schicht und der Kurzschlussstromdichte der dazu benachbarten fotoelektrischen Wandlerelementschicht.
  • Bei der nachfolgenden Beschreibung wird die fotoelektrische Wandlerelementschicht, welche benachbart ist zur ersten Elektrodenschichtseite der Zwischenschicht oder zu der Seite der Zwischenschicht, welche der ersten Elektrodenschicht benachbart ist, als erste fotoelektrische Wandlerelementschicht bezeichnet. Die fotoelektrische Wandlerelementschicht, welche benachbart ist zur zweiten Elektrodenschichtseite der Zwischenschicht oder zu der Seite der Zwischenschicht, welche der zweiten Elektrodenschicht benachbart ist, wird als zweite fotoelektrische Wandlerelementschicht bezeichnet.
  • Zwischen der ersten und zweiten fotoelektrischen Wandlerelementschicht ist die Zwischenschicht oder intermediäre Schicht mit einer unebenen Oberfläche auf der Lichtempfangsseite eingefügt. Dies ermöglicht eine Steigerung der Grenzflächenreflexion und der optischen Weglänge. Dadurch wird die Kurzschlussstromdichte der zweiten fotoelektrischen Wandlerelementschicht verbessert. Da jedoch Licht längerer Wellenlänge, welches von der ersten fotoelektrischen Wandlerelementschicht benötigt wird, auch an einer Grenzfläche zwischen der Zwischenschicht oder intermediären Schicht und der ersten fotoelektrischen Wandlerelementschicht reflektiert wird, tritt keine ausreichende Menge Licht in die erste fotoelektrische Wandlerelementschicht ein. Diese Tatsache wurde mittels Experimente bestätigt.
  • Es wurden stapelförmige oder stapelartige fotoelektrische Wandlereinrichtungen, wie diejenige, die in Fig. 3 gezeigt ist, hergestellt, indem jede der Einrichtungen mit einer unebenen Oberfläche mit unterschiedlicher mittlerer oder gemittelter Niveaudifferenz oder Höhendifferenz (Ry) auf der Lichtempfangsseite der Zwischenschicht ausgebildet wurde. Dann wurden jeweils die Kurzschlussstromdichten der stapelartigen oder stapelförmigen fotoelektrischen Wandlereinrichtungen gemessen. Auch wurden stapelartige oder stapelförmige fotoelektrische Wandlereinrichtungen, wie diejenigen, die in Fig. 4 dargestellt sind, hergestellt, und zwar unter Verwendung eines Siliziumsubstrats, und zwar anstelle der ersten fotoelektrischen Wandlerelementschicht. Jede der Einrichtungen erhielt eine unebene Oberfläche mit unterschiedlichen gemittelten oder mittleren Höhenunterschieden oder Niveaudifferenzen (Ry) auf der Lichtempfangsseite der Zwischenschicht oder intermediären Schicht. Es wurden dann die Kurzschlussstromdichten der zweiten fotoelektrischen Wandlerelementschichten gemessen. Die Ergebnisse sind in Tabelle 1 dargestellt.
  • Die gemittelte oder mittlere Höhendifferenz oder Niveaudifferenz, auf welche im Rahmen der Erfindung Bezug genommen wird, ist diejenige, welche in JIS B0601 definiert ist (maximale Höhe; kann als Ry oder Rmax bezeichnet werden). Das heißt, dass ein Wert in µm spezifiziert wird, welcher erhalten wird durch Extrahieren einer Referenzlänge oder Bezugslänge (gewöhnlich ausgewählt aus den Werten 0,08 mm, 0,25 mm, 0,8 mm, 2,5 mm, 8 mm und 25 mm) aus einer Rauhigkeitskurve (roughness curve) in Richtung auf eine Mittellinie oder gemittelte Linie und durch Messen eines Abstandes oder Intervalls zwischen einer Höchstwertlinie oder Peaklinie (peak line) und einer Niedrigstwertlinie (bottom line) in der extrahierten Bezugslänge oder Referenzlänge in Richtung der Tiefe oder Tiefenvergrößerung (depth magnification) der Rauhigkeitskurve.
  • Fig. 3 ist eine schematische Querschnittsansicht, welche eine stapelartige oder stapelförmige fotoelektrische Wandlereinrichtung zeigt, wie sie in Vorexperimenten für das Evaluieren oder Austesten der stapelartigen oder stapelförmigen fotoelektrischen Wandlereinrichtung verwendet wurde. Von der der Lichtempfangsseite gegenüberliegenden Seite aus sind übereinander stapelartige oder stapelförmig angeordnet eine erste Elektrodenschicht 31, eine erste fotoelektrische Wandlerelementschicht 32, eine Zwischenschicht oder intermediäre Schicht 33 mit einer unebenen Oberfläche auf der Lichtempfangsseite, eine zweite fotoelektrische Wandlerelementschicht 34, eine zweite Elektrodenschicht 35 und eine kammförmige oder kammartige Elektrode 36. Pfeile bezeichnen in dieser Figur Licht.
  • Fig. 4 ist eine schematische Querschnittsansicht, welche eine stapelartige oder stapelförmige fotoelektrische Wandlereinrichtung zeigt, wie sie in Vorexperimenten zum Evaluieren oder Austesten der zweiten fotoelektrischen Wandlerelementschicht verwendet wurde. Von der der Lichtempfangsseite gegenüberliegenden Seite sind in dieser Reihenfolge stapelartig oder stapelförmig übereinander angeordnet eine erste Elektrodenschicht 41, ein Siliziumsubstrat 48, eine Zwischenschicht oder intermediäre Schicht 43 mit einer unebenen Oberfläche auf der Lichtempfangsseite, eine zweite fotoelektrische Wandlerelementschicht 44, eine zweite Elektrodenschicht 45 sowie eine kammartige oder kammförmige Elektrode 46. Tabelle 1

  • Aus den in Tabelle 1 gezeigten Ergebnissen ergibt sich, dass die Kurzschlussstromdichte der zweiten fotoelektrischen Wandlerelementschicht durch Optimieren von Ry der unebenen Oberfläche auf der Lichtempfangsseite der intermediären oder Zwischenschicht verbessert wird, wogegen der entsprechende Wert der stapelförmigen oder stapelartigen fotoelektrischen Wandlereinrichtung nicht wie die zweite fotoelektrische Wandlerelementschicht verbessert wird. Das bedeutet, dass die Kurzschlussstromdichte der stapelartigen oder stapelförmigen fotoelektrischen Wandlereinrichtung durch den entsprechenden Wert der ersten fotoelektrischen Wandlerelementschicht limitiert oder begrenzt ist.
  • Es wurden dann Vorexperimente durchgeführt im Hinblick auf die stapelartigen oder stapelförmigen fotoelektrischen Wandlereinrichtungen, bei welchen die erste fotoelektrische Wandlerelementschicht eine unebene Oberfläche auf der Lichtempfangsseite aufweist, und zwar zum Zweck des Absenkens der Reflexion von Licht längerer Wellenlänge, wobei die intermediäre oder Zwischenschicht eingefügt ist.
  • Wie in Fig. 5 dargestellt sind, sind die fotoelektrischen Wandlereinrichtungen derart hergestellt oder ausgebildet, dass jede der Einrichtungen eine unebene Oberfläche mit unterschiedlichen mittleren oder gemittelten Höhendifferenzen oder Niveaudifferenzen (Ry) auf der Lichtempfangsseite der ersten fotoelektrischen Wandlerelementschicht aufweisen. Es wurden jeweils die Kurzschlussstromdichten der fotoelektrischen Wandlereinrichtungen oder fotoelektrischen Wandler gemessen. Andererseits sind, wie das in Fig. 6 dargestellt ist, die stapelförmigen oder stapelartigen fotoelektrischen Wandlereinrichtungen unter Verwendung eines Silikonsubstrats anstelle oder für die erste fotoelektrische Wandlerelementschicht ausgebildet oder hergestellt. Jede der Einrichtungen weist eine unebene Oberfläche mit unterschiedlicher gemittelter oder mittlerer Höhendifferenz oder Niveaudifferenz (Ry) auf der Lichtempfangsseite der Zwischenschicht oder intermediären Schicht auf. Es wurden jeweils die Kurzschlussstromdichten der zweiten fotoelektrischen Wandlerelementschicht gemessen. Die Ergebnisse sind in Tabelle 2 dargestellt.
  • Fig. 5 ist eine schematische Querschnittsansicht, welche einen stapelförmigen fotoelektrischen Wandler zeigt, wie er in Vorexperimenten zum Evaluieren oder Auswerten der fotoelektrischen Wandlereinrichtung verwendet wird. Von der der Lichtempfangsseite gegenüberliegenden Seite sind stapelförmig übereinander in dieser Reihenfolge angeordnet eine erste Elektrodenschicht 51, und eine erste fotoelektrische Wandlerelementschicht 52 mit einer unebenen Oberfläche auf der Lichtempfangsseite, eine intermediäre Schicht oder Zwischenschicht 53, eine zweite fotoelektrische Wandlerelementschicht 54, eine zweite Elektrodenschicht 55 sowie ein kammförmige Elektrode 56. Die Pfeile in dieser Figur bezeichnen das Licht. Die intermediäre Schicht oder Zwischenschicht 53 besitzt eine Stärke von 80 nm, ihre unebene Oberfläche ist nicht positiv auf der Lichtempfangsseite ausgebildet.
  • Fig. 6 ist eine schematische Querschnittsansicht, welche eine stapelförmige fotoelektrische Wandlereinrichtung zeigt, wie sie in Vorexperimenten zum Evaluieren und Auswerten der zweiten fotoelektrischen Wandlerelementschicht verwendet wird. Von der Lichtempfangsseite gegenüberliegenden Seite sind übereinander gestapelt in dieser Reihenfolge angeordnet eine erste Elektrodenschicht 61, ein Siliziumsubstrat 68 mit einer unebenen Oberfläche auf der Lichtempfangsseite, eine intermediäre oder Zwischenschicht 63 mit einer Stärke von 80 nm, eine zweite fotoelektrische Wandlerelementschicht 64, eine zweite Elektrode 65 sowie eine kammförmige Elektrode 66. Die Pfeile in der Figur bezeichnen das Licht. Die intermediäre oder Zwischenschicht 63 besitzt eine Stärke von 80 nm und sie hat eine unebene Oberfläche, welche nicht positiv auf der Lichtempfangsseite ausgebildet ist. Tabelle 2

  • Aus den in Tabelle 2 gezeigten Ergebnissen ergibt sich, dass Reflexion von Licht langer Wellenlängen reduziert wird durch Ausbilden der unebenen Oberfläche auf der Lichtempfangsseite der ersten fotoelektrischen Wandlerelementschicht. Dadurch wird der Anteil des Lichts erhöht, welches auf die erste fotoelektrische Wandlerelementschicht fällt, und es wird dadurch die Kurzschlussstromdichte der stapelförmigen fotoelektrischen Wandlereinrichtung verbessert. Da jedoch die Kurzschlussstromdichte der zweiten fotoelektrischen Wandlerelementschicht und diejenige der stapelförmigen fotoelektrischen Wandlereinrichtung im Wesentlichen dieselbe sind, ergibt sich, dass die Kurzschlussstromdichte der stapelförmigen fotoelektrischen Wandlereinrichtung limitiert oder beschränkt ist durch die zweite fotoelektrische Wandlerelementschicht.
  • Aus den Ergebnissen der Vorexperimente wird bestätigt, dass die Kurzschlussstromdichte der zweiten Wandlerelementschicht verbessert wird durch Einfügen der Zwischenschicht oder intermediären Schicht mit einer unebenen Oberfläche auf der Lichtempfangsseite zwischen der ersten und der zweiten fotoelektrischen Wandlerelementschicht. Des Weiteren wird die Kurzschlussstromdichte der ersten fotoelektrischen Wandlerelementschicht auch durch Vermindern der Reflexion des Lichts langer Wellenlängen durch Ausbilden der unebenen Oberfläche auf der Lichtempfangsseite der ersten fotoelektrischen Wandlerelementschicht verbessert.
  • Um die Kurzschlussstromdichte der stapelförmigen fotoelektrischen Wandlereinrichtung noch weiter zu verbessern, ist es notwendig, einen Ausgleich oder eine Balance zwischen den Kurzschlussstromdichten der stapelförmigen fotoelektrischen Wandlerelementschichten auf einem höheren Niveau auszubilden. Da die erste und die zweite fotoelektrische Wandlerelementschicht unterschiedliche Empfindlichkeiten in Bezug auf die Lichtwellenlängen aufweisen, ist es notwendig, dass die erste fotoelektrische Wandlerelementschicht und die zwischenschicht oder intermedläre Schicht unebene Oberflächen unterschiedlicher Größen oder unterschiedlicher mittlerer oder gemittelten Höhendifferenzen oder Niveaudifferenzen (Ry) auf der Lichtempfangsseite aufweisen, um einen guten fotoelektrischen Wandlungswirkungsgrad sowohl auf der ersten als auch auf der zweiten fotoelektrischen Wandlerelementchicht zu erreichen.
  • Unter diesen Umständen ergab sich für die Erfinder der vorliegenden Erfindung, dass die Kurzschlussstromdichte der stapelförmigen fotoelektrischen Wandlereinrichtung dadurch verbessert wird, dass eine unebene Oberfläche der Lichtempfangsseite der ersten fotoelektrischen Wandlerelementschicht ausgebildet wird und dass weiter eine unebene Oberfläche, welche feiner ist als diejenige der ersten fotoelektrischen Wandlerelementschicht, auf der Zwischenschicht oder intermediären Schicht ausgebildet wird. Damit ergab sich die vorliegende Erfindung.
  • Die stapelförmige fotoelektrische Wandlereinrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung weist auf mindestens zwei fotoelektrische Wandlerelementschichten, welche zwischen einer ersten Elektrodenschicht und einer Licht empfangenden zweiten Elektrodenschicht stapelförmig, schichtartig oder sandwichartig übereinander angeordnet sind. Ferner ist mindestens eine Zwischenschicht oder intermediäre Schicht zwischen zwei der mindestens zwei fotoelektrischen Wandlerelementschichten stapelförmig, schichtartig oder sandwichartig ausgebildet. Die intermediäre oder Zwischenschicht besitzt unebene Oberflächen auf einer Lichtempfangsseite und einer Lichtausgangsseite. Die unebene Oberfläche auf der Lichtausgangsseite besitzt eine größere mittlere oder gemittelte Höhendifferenz oder Niveaudifferenz als die Oberfläche auf der Lichteingangsseite oder Lichtempfangsseite. Dies bedeutet mit anderen Worten, dass die intermediäre Schicht oder Zwischenschicht, welche zwischen den fotoelektrischen Wandlerelementschichten stapelförmig, schichtartig oder sandwichartig angeordnet ist, und die fotoelektrische Wandlerelementschicht, welche der ersten Elektrodenschichtseite der intermediären oder Zwischenschicht benachbart ist, unebene Oberflächen auf der Lichtempfangsseite jeweils aufweisen, wobei die unebene Oberfläche der fotoelektrischen Wandlerelementschicht eine größere, mittlere oder gemittelte Höhendifferenz oder Niveaudifferenz aufweist als die unebene Oberfläche der intermediären oder Zwischenschicht.
  • Die mittlere oder gemittelte Höhendifferenz oder Niveaudifferenz der Erfindung ist dieselbe, wie sie oben definiert wurde. Die unebene Oberfläche kann irgendeine Gestalt oder Form aufweisen, zum Beispiel die eines Konus oder Kegels, einer Dreieckspyramide, einer quadratischen Pyramide oder die einer Kante, eines Streifens oder Grads (rib, ridge). Die Gestalt der unebenen Oberfläche ist nicht besonders eingeschränkt.
  • Die fotoelektrische Wandlerelementschicht, welche benachbart ist zur Lichtausgangsseite (die erste Elektrodenschichtseite) der intermediären oder Zwischenschicht weist vorzugsweise eine unebene Oberfläche mit einem Wert Ry im Bereich von 1 µm bis 100 pin (vorzugsweise ein 1 µm bis 10 µm) auf der Lichtempfangsseite auf. Dadurch wird die Reflexion von Licht langer Wellenlängen verhindert, und es wird die Kurzschlussstromdichte verbessert. Der Wert Ry besitzt einen großen Einfluss auf den Anti-Reflexionseffekt. Ein Wert für Ry kleiner als 1 µm wird nicht bevorzugt, weil der Antireflexionseffekt in Bezug auf das Licht langer Wellenlängen dann unzureichend wird. Andererseits ist auch ein Wert für Ry größer als 100 µm nicht gewünscht, weil dann mechanische und elektrische Probleme auf der zweiten fotoelektrischen Wandlerelementschicht auftreten und nur geringer Wirkungsgrad erzielt werden kann.
  • Die zwischen den fotoelektrischen Wandlerelementschichten stapelförmig, schichtartig oder sandwichartig angeordnete Zwischenschicht oder intermediäre Schicht weist vorzugsweise eine unebene Oberfläche mit einem Wert Ry zwischen 0,1 µm und 0,7 µm (vorzugsweise zwischen 0,3 µm und 0,5 µm) auf der Lichtempfangsseite auf. Dadurch wird die optische Pfadlänge oder optische Weglänge in der zweiten fotoelektrischen Wandlerelementschicht gesteigert, wodurch die Kurzschlussstromdichte verbessert wird. Wenn der Wert Ry kleiner ist als 0,1 µm oder größer als 0,7 µm, kann ein derart starker Anstieg in der optischen Weglänge oder optischen Pfadlänge nicht erwartet werden. Da die zweite fotoelektrische Wandlerelementschicht direkt auf der unebenen Oberfläche der Zwischenschicht oder intermediären Schicht ausgebildet ist, werden ferner die mechanischen und elektrischen Charakteristika der Einrichtung auf einfache Art und Weise durch die unebene Oberfläche auf der intermediären oder Zwischenschicht beeinflusst, und zwar auf einfachere Art und Weise als bei der ersten fotoelektrischen Wandlerelementschicht. Des Weiteren entsteht auf einfache Art und Weise ein Kurzschluss, wenn der Wert Ry größer ist als 0,7 µm.
  • Die zur Lichtausgangsseite (erste Elektrodenschichtseite) der intermediären Schicht oder Zwischenschicht benachbarter fotoelektrischer Wandlerelementschicht weist vorzugsweise eine unebene Oberfläche auf, welche durch einen Ätzprozess auf der Lichtempfangsseite ausgebildet ist. Durch das Ätzen kann die unebene Oberfläche bei geringeren Kosten verglichen mit mechanischen oder physikalischen Techniken oder Methoden ausgebildet werden.
  • Die zwischen den fotoelektrischen Wandlerelementschichten stapelförmig, schichtartig oder sandwichartig angeordnete intermediäre oder Zwischenschicht weist vorzugsweise eine unebene Oberfläche auf der Lichtempfangsseite auf, welche mittels eines Ätzprozesses ausgebildet ist. Falls die intermediäre oder Zwischenschicht verdickt ausgebildet ist, kann die unebene Oberfläche auf einfachere Art und Weise ausgebildet werden. Eine dicke Zwischenschicht oder intermediäre Schicht absorbiert jedoch selbst mehr Licht, wodurch die Lichttransmittanz oder das Lichtdurchgangsvermögen reduziert wird. Durch Ätzen kann die unebene Oberfläche so ausgebildet werden, dass sie eine geeignete Form zum Erhöhen oder Steigern der optischen Weglänge oder optischen Pfadlänge in der zweiten fotoelektrischen Wandlerelementschicht aufweist, ohne die intermediäre oder Zwischenschicht zu verdicken oder zu verstärken.
  • Je mehr fotoelektrische Wandlerelementschichten die stapelförmige fotoelektrische Wandlereinrichtung aufweist, desto mehr kann gewöhnlich die Spannung des offenen Schaltkreises oder Leerlaufspannung (open-circuit voltage), welche die Summe der Spannungen der offenen Kreise der einzelnen fotoelektrischen Wandlerelementschichten ist, verbessert werden. Da jedoch der Kurzschlussstrom durch den niedrigsten Kurzschlussstromwert der fotoelektrischen Wandlerelementschichten begrenzt oder limitiert ist, kann eine wesentliche Verbesserung des Stromwertes nicht erwartet werden.
  • Um einen maximalen fotoelektrischen Wandlungswirkungsgrad zu erreichen, wird bevorzugt, zwei fotoelektrische Wandlerelementschichten auszubilden. Das heißt, die erste und die zweite fotoelektrische Wandlerelementschicht sind vorzugsweise in absteigender Anordnung einer Halbleiterbandlücke (Eg) von der Lichtempfangsseite aus angeordnet.
  • Entsprechend weist die erfindungsgemäße stapelförmige fotoelektrische Wandlereinrichtung ein Trägersubstrat, eine erste Elektrodenschicht, eine erste fotoelektrische Wandlerelementschicht, eine Zwischenschicht oder intermediäre Schicht, eine zweite fotoelektrische Wandlerelementschicht und eine Licht empfangende zweite Elektrodenschicht stapelförmig in dieser Reihenfolge auf. Alternativ weist die erfindungsgemäße stapelförmige fotoelektrische Wandlereinrichtung eine erste Elektrodenschicht, eine erste fotoelektrische Wandlerelementschicht, eine intermediäre oder Zwischenschicht, eine zweite fotoelektrische Wandlerelementschicht und eine Licht empfangende zweite Elektrodenschicht stapelförmig in dieser Reihenfolge auf. Dadurch können Substrate unterschiedlicher Naturen verwendet werden, und die stapelförmigen fotoelektrischen Wandlereinrichtungen mit höherer Flexibilität bei geringen Kosten hergestellt werden.
  • Bei der erfindungsgemäßen stapelförmigen fotoelektrischen Wandlereinrichtung wird die zur ersten Elektrodenschichtseite der Zwischenschicht oder intermediären Schicht benachbarte fotoelektrische Wandlerelementschicht bevorzugt aus einem kristallinen Siliziumsubstrat gebildet, und die zur zweiten Elektrodenschichtseite der intermediären oder zwischenschicht benachbarten fotoelektrischen Wandlerelementschicht wird vorzugsweise aus einem amorphem Silizium gebildet. Durch Verwendung dieser Siliziummaterialien, welche Massenherstellungsmaterialien für elektronische Komponenten oder Teile sind, können weitere Kostensenkungen erzielt werden.
  • Nachfolgend werden Ergebnisse der Vorexperimente der Erfinder im Zusammenhang mit der Beziehung der unebenen Oberflächen auf der Lichtempfangsseite der intermediären oder Zwischenschicht und der zur ersten Elektrodenseitenschicht der intermediären oder Zwischenschicht benachbarten fotoelektrischen Wandlerelementschicht mit der Kurzschlussstromdichte der damit verbundenen fotoelektrischen Wandlerelementschicht erläutert.
  • Insbesondere sind dabei die fotoelektrischen Wandlereinrichtungen in derselben Art und Weise hergestellt, wie die in den Fig. 3 und 4 gezeigten, außer, dass der Wert Ry der unebenen Oberfläche auf der Lichtempfangsseite der ersten fotoelektrischen Wandlerelementschicht variiert wurde.
  • Die Kurzschlussstromdichten der stapelförmigen fotoelektrischen Wandlereinrichtungen und der zweiten Wandlerelementschichten wurden gemessen. Die Ergebnisse dieser Messungen sind in Tabelle 3 gezeigt. Tabelle 3

  • Aus den in Tabelle 3 gezeigten Ergebnissen ergibt sich, dass die Kurzschlussstromdichte der stapelförmigen fotoelektrischen Wandlereinrichtung durch Ausbilden der unebenen Oberfläche der Lichtempfangsseite der ersten fotoelektrischen Wandlerelementschicht und ferner durch Ausbilden der unebenen Oberfläche, welche feiner ist als die der ersten fotoelektrischen Wandlerelementschicht, auf der Lichtempfangsseite der intermediären oder Zwischenschicht verbessert ist.
  • Nachfolgend wird die erfindungsgemäße stapelförmige fotoelektrische Wandlereinrichtung und das Verfahren zu deren Herstellung unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren, auf welche die Figuren nicht beschränkt ist, erläutert.
    • Ausführungsform 1
  • Fig. 1 ist eine schematische Querschnittansicht, welche ein Beispiel einer erfindungsgemäßen stapelförmigen fotoelektrischen Wandlereinrichtung zeigt. Von der der Lichtempfangsseite gegenüberliegenden Seite sind stapelförmig in dieser Reihenfolge übereinander angeordnet eine erste Elektrodenschicht 1, eine erste fotoelektrische Wandlerelementschicht 2, eine intermediäre oder Zwischenschicht 3, eine zweite fotoelektrische Wandlerelementschicht 4, eine zweite Elektrodenschicht 5 und eine kammartige Elektrode 6. Die erste fotoelektrische Wandlerelementschicht 2 und die Zwischenschicht oder intermediäre Schicht 3 besitzen unebene Oberflächen auf der Lichtempfangsseite. Pfeile in der Figur bezeichnen Licht.
  • Als Substrat für die erste fotoelektrische Wandlerelementschicht 2 ist ein Wandlersubstrat vorgesehen. Die erste fotoelektrische Wandlerelementschicht 2 ist auf diesem Substrat ausgebildet.
  • Als Halbleitersubstrat können verwendet werden ein kristallines Siliziumsubstrat, polykristallines Siliziumsubstrat und dergleichen. Unter diesen sind die einkristallinen Siliziumsubstrate besonders geeignet. Bevorzugt wird eine Orientierung des einkristallinen Siliziumsubstrats, welche nicht (111) entspricht, sondern (100). Der Leitungstyp oder Leitfähigkeitstyp kann entweder n oder p sein.
  • Vor dem Ausbilden der ersten fotoelektrischen Wandlerelementschicht 2 wird das Siliziumsubstrat bevorzugt gewaschen und geätzt. Zum Beispiel kann ein Halbleitersubstrat von etwa 450 µm Dicke einer RCA-Waschung unterzogen und dann mittels einer Lösung aus Fluorwasserstoffsäure/Salpetersäure (nitric acid) geätzt werden, bis die Schichtdicke oder Stärke auf etwa 350 µm reduziert ist.
  • Dann wird die unebene Oberfläche auf der Lichtempfangsseite des Halbleitersubstrats ausgebildet. Die Ausbildung der unebenen Oberfläche kann durchgeführt werden durch jegliche bekannte Technik, zum Beispiel durch Nassätzen unter Verwendung einer alkalischen Lösung, durch Trockenätzen mittels einer Plasmaentladung und dergleichen. Jedoch wird das Nassätzen bevorzugt, weil die unebene Oberfläche dann bei geringeren Kosten erzeugt werden kann.
  • Insbesondere kann das Halbleitersubstrat in eine alkalische wässrige Lösung (welche einige % eines Alkalimetalls enthält, zum Beispiel Na und K), welche auf etwa 75°C bis 90°C aufgeheizt werden, eingetaucht werden, so dass die Oberfläche leicht aufgelöst oder angelöst wird. Dabei wird die Größe der Unebenheit durch Anpassen der Ätzbedingungen kontrollierbar, zum Beispiel durch Anpassen der Temperatur und der Zeit oder des Hinzufügens von etwa 0,1% bis 20% eines organischen Lösungsmittels, zum Beispiel von Isopropylalkohol (IPA) zur wässrigen alkalischen Lösung.
  • Zum Beispiel wird eine alkalische wässrige Lösung mit 2% Natriumhydroxid und mit 5% bis 10% IPA auf etwa 82°C aufgeheizt. Dann wird ein n-dotiertes einkristallines Siliziumsubstrat für etwa 30 Minuten dort eingetaucht. Dadurch wird eine unebene Oberfläche mit einem Wert Ry von etwa 10 µm auf der gesamten Lichtempfangsseite des ndotierten einkristallinen Siliziumsubstrats ausgebildet.
  • Auf der unebenen Oberfläche der Lichtempfangsseite des Halbleitersubstrats kann eine Halbleiterschicht vom p-Typ oder vom n-Typ ausgebildet werden, wenn der Leitfähigkeitstyp oder Leitungstyp des Halbleitersubstrats n oder p ist. Die Halbleiterschicht kann durch bekannte Techniken, zum Beispiel durch Gasdiffusion, durch Dotierungsinjektion mittels Ionenimplantation oder durch Abscheiden mittels plasmaverstärkter CVD, durchgeführt werden.
  • Das Halbleitersubstrat mit der unebenen Oberfläche auf der Lichtempfangsseite wird vorzugsweise einer RCA-Waschung vorab unterzogen, um alkalische Substanzen und organische Substanzen, welche dort angehaftet sein können, zu entfernen.
  • Insbesondere wird ein Halbleitersubstrat vom n-Typ auf 950°C bis 1000°C in einer Stickstoffatmosphäre in einem Ofen erhitzt. Es wird Bor über das Halbleitersubstrat vom n-Typ unter Verwendung von Bortribromid (BBr3) als Diffusionsquelle diffundiert, um eine Halbleiterschicht vom p-Typ im Bereich des Halbleitersubstrats vom n-Typ auszubilden.
  • Dann wird das Stickstoffgas durch Sauerstoffgas ersetzt, um eine Siliziumoxidschicht von 0,1 µm bis 0,2 µm Stärke im Bereich der Halbleiterschicht vom p-Typ auszubilden.
  • Dann wird eine Oberfläche des Halbleitersubstrats vom n- Typ mit einer Resistschicht abgedeckt. Die Siliziumoxidschicht und die Halbleiterschicht vom p-Typ auf der anderen Oberfläche werden durch Ätzen unter Verwendung einer Mischung aus Fluorwasserstoffsäure/Salpetersäure entfernt. Dann wird die Resistschicht entfernt. Unter Verwendung des durch die Resistschicht als Schutzschicht geschützten Siliziumoxidschicht wird Phosphor unter Verwendung von Phosphoryltrichlorids (POCl3) phosphordiffundiert, um eine Rückseitenfeldschicht (BSF) eines Halbleiters vom n+-Typ ausschließlich auf der ersten Elektrodenschichtseite des Halbleitersubstrats vom n-Typ auszubilden. Nach der Phosphordiffusion wird die Siliziumoxidschicht unter Verwendung von Fluorwasserstoffsäure entfernt. Dadurch wird die erste fotoelektrische Wandlerelementschicht 2 auf dem Halbleitersubstrat vom n-Typ ausgebildet.
  • Dann wird auf derjenigen Oberfläche des Halbleitersubstrats, welche der Oberfläche gegenüberliegt, auf welcher die erste fotoelektrische Wandlerelementschicht 2 ausgebildet ist, die erste Elektrodenschicht 1 ausgebildet. Das Material für die Elektrode ist nicht eingeschränkt und kann zum Beispiel Titan (Ti)/Palladium (Pd)/Silber (Ag) sein. Die Elektrode kann durch jede beliebige Technik ausgebildet werden, zum Beispiel durch Elektronenstrahlabscheidung, durch Sputtern, durch Flächenbedrucken, bei welchem eine Paste des Elektrodenmaterials (zum Beispiel Silber) aufgebracht wird. Die erste Elektrodenschicht besitzt eine Stärke von 500 bis 1000 nm.
  • Nachfolgend wird die intermedläre oder Zwischenschicht 3 auf der ersten fotoelektrischen Wandlerelementschicht 2 ausgebildet.
  • Die intermediäre oder Zwischenschicht 3 besteht vorzugsweise aus einem leitfähigen Oxidpunkt. Dadurch werden die elektrische Verbindung zwischen den ersten und zweiten fotoelektrischen Wandlerelementschichten und ein Füllfaktor der stapelförmigen fotoelektrischen Wandlereinrichtung verbessert. Zum Beispiel kann ein durchscheinendes leitfähiges Oxid zum Beispiel Zinkoxid, ITO (Indiumoxid mit einigen Gew.-% Zinn) und Zinnoxid (SnO2) verwendet werden. Diese Materialien sind bevorzugt, weil ihre Reflexionsindizes oberhalb von 2,0 liegen und weil sie eine optische Wirkung, zum Beispiel eine Grenzflächenreflexion besitzen. Obwohl eine Abhängigkeit vom Herstellungsverfahren besteht, besitzt Zinkoxid eine herausragende Widerstandsfähigkeit gegenüber Wasserstoffplasma und ist besonders bevorzugt, weil berücksichtigt werden muss, dass die intermediäre oder Zwischenschicht nach ihrer Ausbildung einem Wasserstoffplasma ausgesetzt werden muss.
  • Das leitfähige Oxid, insbesondere Zinkoxid, kann dotiert werden mit verschiedenen Dotierstoffen, zum Beispiel mit Gallium (Ga), Aluminium (Al), Bor (B), Indium (I), Scandium (Sc), Silizium (Si), Titan (Ti) oder Zirkon (Zr). Die Dotiermenge liegt vorzugsweise im Bereich zwischen 1 Gew.-% und 10 Gew.-%.
  • Die Stärke der Zwischenschicht oder intermediären Zwischenschicht beträgt 5 nm bis 500 nm, vorzugsweise 10 nm bis 100 nm. Die intermediäre Zwischenschicht mit einer Schichtstärke von weniger als 5 nm wird nicht bevorzugt, weil es schwierig ist, die Gleichmäßigkeit einer derartigen Schichtstärke zu gewährleisten, und weil der Wirkungsgrad sinkt. Andererseits wird auch eine intermediäre Zwischenschicht mit einer Schichtstärke von mehr als 500 nm nicht bevorzugt, weil die Lichtabsorption durch die intermediäre Zwischenschicht selbst ansteigt und weil die Menge des die erste fotoelektrische Wandlerelementschicht erreichenden Lichts dadurch vermindert wird.
  • Die intermediäre Zwischenschicht 3 kann durch jegliche bekannte Technik, zum Beispiel durch Sputtern oder Vakuumabscheiden, ausgebildet werden. Die Ausbildungsbedingungen werden geeignet gewählt.
  • Zum Beispiel wird das Halbleitersubstrat, welches mit der ersten fotoelektrischen Wandlerelementschicht 2 versehen ist, in eine Sputterapparatur eingebracht und auf 200°C aufgeheizt. Dann wird der Gesamtdruck der Apparatur auf 0,8 Pa eingestellt. Eine DC-Vorspannung von 500 V wird zwischen dem Substrat und einer Kathode (unter Verwendung von Zinkoxid, welches mit 5% Gallium dotiert ist, als Target) angelegt. Dadurch wird ein intermediäre oder Zwischenschicht von 500 nm Stärke ausgebildet.
  • Dann wird eine unebene Oberfläche auf der Lichtempfangsseite der intermediären oder Zwischenschicht 3 ausgebildet. Die unebene Oberfläche kann durch jegliche bekannte Technik ausgebildet werden, zum Beispiel durch Nassätzen unter Verwendung einer wässrigen Säurelösung oder durch Trockenätzung mittels Plasmaentladung. Jedoch wird das Nassätzen bevorzugt, weil die unebene Oberfläche dann mit geringeren Kosten erzeugt werden kann.
  • Zum Beispiel wird das mit der intermediären oder Zwischenschicht 3 versehene Halbleitersubstrat in eine wässrige Säurelösung mit 5 Gew.-% für etwa 150 Sekunden eingetaucht. Dadurch wird eine unebene Oberfläche mit einem Wert Ry von etwa 300 nm auf der gesamten Lichtempfangsseite der intermediären oder Zwischenschicht 3 ausgebildet. Dann wird auf der unebenen Oberfläche auf der Lichtempfangsseite der intermediären oder Zwischenschicht 3 die zweite fotoelektrische Wandlerelementschicht 4 ausgebildet. Material für die zweite fotoelektrische Wandlerelementschicht 4 kann zum Beispiel sein ein valenzkontrolliertes Siliziummaterial, zum Beispiel ein n-, i- oder p- Typ amorphen Siliziums oder mikrokristallines Silizium, wobei das amorphe Silizium besonders bevorzugt ist, da die verbotene Bandbreite für die Breite des verbotenen Bandes des amorphen Siliziums größer ist als die des kristallinen Siliziums, wird die Verwendung amorphen Siliziums für die fotoelektrische Wandlerelementschicht auf der Lichtempfangsseite (Fensterseite) der stapelförmigen oder stapelartigen Solarzelle bevorzugt. Die Stärke davon liegt bei etwa 100 nm bis 500 nm.
  • Die zweite fotoelektrische Wandlerelementschicht 4 kann durch jegliche bekannte Technik ausgebildet sein, zum Beispiel durch einen plasmageförderten CVD-Prozess unter Verwendung eines flachen CV-Geräts mit Plasmaverstärkung (flat-shaped plasma enhanced CVD apparatus).
  • Insbesondere wird das Halbleitersubstrat mit der intermediären oder Zwischenschicht 3 mit der unebenen Oberfläche auf der Lichtempfangsseite in das CVD-Gerät (flat-shaped plasma enhanced CVD apparatus) eingebracht und erhitzt. Dann wird die Hochfrequenzenergie zwischen dem Substrat und der Kathode erzeugt, um ein Plasma zu erzeugen, wodurch eine dünne Schicht amorphen Siliziums ausgebildet wird. Die Betriebsbedingungen dafür werden geeignet gewählt. Details für diese Bedingungen sind in Tabelle 4 in Bezug auf das Beispiel 1 dargestellt.
  • Nachfolgend wird die zweite Elektrodenschicht 5 auf der zweiten fotoelektrischen Wandlerelementschicht 4 ausgebildet. Das Material für die Elektrode ist nicht besonders eingeschränkt, solange es nur transparent ist. Es kann zum Beispiel ITO verwendet werden. Die Elektrode kann durch jegliche bekannte Technik ausgebildet werden, zum Beispiel durch Elektronenstrahlabscheidung oder durch Sputtern. Die Bedingungen dafür werden geeignet eingestellt. Die Stärke der Schicht beträgt 50 nm bis 80 nm.
  • Zum Beispiel wird das mit der zweiten fotoelektrischen Wandlerelementschicht 4 versehene Halbleitersubstrat in eine Sputteranlage eingebracht und auf 220°C aufgeheizt. Dann werden Sauerstoff und Argon mit Flussraten von 1,4 scmm bzw. 250 sccm Gasdruck in die Anlage geleitet und auf 3,8 Pa eingestellt, wobei eine DC-Vorspannung von 450 Volt zwischen dem Substrat und der Kathode (ITO) angelegt wird. Dadurch wird eine zweite Elektrodenschicht von 5 nm bis 60 nm stärker ausgebildet.
  • Nachfolgend wird die kammförmige oder kammartige Elektrode 6 auf der zweiten Elektrodenschicht 5 ausgebildet. Das Material für die kammartige Elektrode 6 ist nicht besonders eingeschränkt. Jedoch wird die Verwendung eines Materials mit einem geringen elektrischen Widerstand bevorzugt, so dass der elektrische Strom besonders effektiv gesammelt werden kann. Es kann zum Beispiel Silber verwendet werden. Die kammartige Elektrode kann durch jegliche bekannte Technik ausgebildet werden, zum Beispiel durch Elektronenstrahlabscheidung oder durch Sputtern unter Verwendung einer Metallmaske. Die Betriebsbedingungen dafür werden geeignet gewählt. Die Stärke der Schicht beträgt etwa 500 nm bis 1000 nm.
  • Insbesondere wird das mit der zweiten Elektrodenschicht 5 versehene Halbleitersubstrat in eine Sputteranlage eingebracht, und zwar zusammen mit einer Metallmaske, welche auf dem Substrat angeordnet wird. Es wird auf 180°C aufgeheizt. Dann wird Sterlingsilber als Abscheidequelle mittels einer Elektronenstrahlbestrahlung geschmolzen, um Silber selektiv auf der zweiten Elektrodenschicht 5 abzuscheiden. Dadurch wird die kammartige Elektrode 6 mit einer Stärke von 500 nm ausgebildet. Auf diese Art und Weise wird die erfindungsgemäße stapelförmige fotoelektrische Wandlereinrichtung oder der stapelförmige fotoelektrische Wandler ausgebildet.
    • Ausführungsform 2
  • Fig. 2 ist eine schematische Querschnittsansicht, welche ein Beispiel einer erfindungsgemäßen stapelförmigen fotoelektrischen Wandlereinrichtung zeigt. Von der der Lichtempfangsseite gegenüberliegenden Seite aus sind übereinander gestapelt angeordnet in dieser Reihenfolge vorgesehen ein Trägersubstrat 27, eine erste Elektrodenschicht 21, eine erste fotoelektrische Wandlerelementschicht 22, eine intermediäre oder Zwischenschicht 23, eine zweite fotoelektrische Wandlerelementschicht 24, eine zweite Elektrodenschicht 25 und eine kammartige oder kammförmige Elektrode 26. Die erste fotoelektrische Wandlerelementschicht 22 und die intermediäre oder Zwischenschicht 22 besitzen unebene Oberflächen auf der Lichtempfangsseite. Pfeile in dieser Figur bezeichnen das Licht.
  • Das Trägersubstrat 27 kann zum Beispiel ein Glassubstrat (zum Beispiel durch Corning hergestellt, Nr. 7059), ein Metallsubstrat, ein keramisches Substrat, ein Siliziumsubstrat oder ein Schichtsubstrat sein. Ebenso sind möglich und erhältlich Substrate, die eine Metallschicht oder ein isolierendes Material darauf abgeschieden aufweisen.
  • Das Trägersubstrat 27 wird bevorzugt mit reinem Wasser gewaschen, bevor die erste Elektrodenschicht 21 ausgebildet wird.
  • Zu Beginn wird die erste Elektrodenschicht 21 auf dem Trägersubstrat 27 ausgebildet. Das Material für die erste Elektrodenschicht 21 ist nicht besonders eingeschränkt, und es können entweder ein Metall und ein leitfähiges Metalloxid als einfache Schicht oder als Multischicht verwendet werden. Zum Beispiel kann Silber (Ag)/Zinkoxid (ZnO) verwendet werden. Die Elektrodenschicht kann durch jede bekannte Technik ausgebildet werden, zum Beispiel durch Elektronenstrahlabscheidung, MOCVD, Sputtern oder Spraying mit einer Schichtdicke von etwa 300 nm bis 1000 nm, vorzugsweise mit einer Schichtdicke von 800 nm bis 1000 nm.
  • Zum Beispiel kann das Trägersubstrat 27 in eine Beschichtungsanlage eingebracht und dann auf 180°C aufgeheizt werden. Der Elektronenstrahl wird auf Sterlingsilber als Target gerichtet, um Silber mit einer Schichtdicke von 100 nm abzuscheiden. Ferner wird die Substrattemperatur auf 220°C angehoben. Es wird Sauerstoff mit einer Flussrate von 42 sccm zugeführt. Der Elektronenstrahl wird auf Zinkoxid als Target gerichtet, um Zinkoxid mit einer Schichtdicke von 50 nm abzuscheiden. Auf diese Weise wird die erste Elektrodenschicht 21 ausgebildet.
  • Auf der ersten Elektrodenschicht 21 wird die erste fotoelektrische Wandlerelementschicht 22 ausgebildet. Das Material der ersten fotoelektrischen Wandlerelementschicht 22 kann ein valenzkontrolliertes Siliziummaterial sein, zum Beispiel ein n-, ein i- oder p-Typ kristallines Silizium oder ein mikrokristallines Silizium. Unter diesem wird kristallines Silizium bevorzugt.
  • Die erste fotoelektrische Wandlerelementschicht 22 kann durch jegliche bekannte Techniken ausgebildet werden, zum Beispiel mittels plasmaverstärkter oder plasmageförderter CVD unter Verwendung eines plasmaverstärkenden oder plasmageförderten CVD-Geräts von flacher Gestalt (flat-shaped plasma enhanced CVD apparatus).
  • Insbesondere wird das mit der ersten Elektrodenschicht 21 versehene Trägersubstrat 27 im CVD-Gerät eingebracht und aufgeheizt. Dann wird Hochfrequenzenergie zwischen dem Substrat und der Kathode vorgesehen, um ein Plasma zu erzeugen und um dadurch dünne kristalline Siliziumschichten auszubilden. Die diesbezüglichen Betriebsbedingungen werden geeignet gewählt. Details in Bezug auf die Betriebsbedingungen sind der Tabelle 6 zu Beispiel 2 zu entnehmen.
  • Auf diese Weise wird die erste fotoelektrische Wandlerelementschicht mit einer unebenen Oberfläche mit einem Wert Ry von etwa 1 µm auf der Lichtempfangsseite ausgebildet.
  • Auf die gleiche Weise wie bei der Ausführungsform 1 wird die intermediäre oder Zwischenschicht 23 mit einer unebenen Oberfläche auf der Lichtempfangsseite ausgebildet. Es werden ferner die zweite fotoelektrische Wandlerelementschicht 24, die zweite Elektrodenschicht 25 und die: kammartige oder kammförmige Elektrode 26 ausgebildet, um eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen stapelförmigen oder stapelartigen fotoelektrischen Wandlereinrichtung auszubilden.
    • Beispiele
  • Nachfolgend wird die vorliegende Erfindung weiter im Detail auf der Grundlage von Vergleichsbeispielen und von Beispielen näher erläutert. Die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht darauf beschränkt.
    • Beispiel 1
  • Eine stapelartige oder stapelförmige Solarzelle mit einer stapelartigen oder stapelförmigen fotoelektrischen Wandlereinrichtung gemäß Fig. 1 wird gemäß der Erfindung hergestellt und evaluiert und ausgewertet. Fig. 1 ist eine schematische Querschnittsansicht, welche ein Beispiel einer stapelartigen oder stapelförmigen fotoelektrischen Wandlereinrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt, bei welcher von der der Lichtempfangsseite gegenüberliegenden Seite stapelartig in dieser Reihenfolge vorgesehen sind eine erste Elektrodenschicht 1, eine erste fotoelektrische Wandlerelementschicht 2, eine intermediäre oder Zwischenschicht 3, eine zweite fotoelektrische Wandlerelementschicht 4, eine zweite Elektrodenschicht 5 und eine kammartige oder kammförmige Elektrode 6. Die erste fotoelektrische Wandlerelementschicht 2 und die intermediäre oder Zwischenschicht 3 besitzen unebene Oberflächen auf der Lichtempfangsseite. Pfeile in dieser Figur bezeichnen das Licht.
  • Als Substrat für die erste fotoelektrische Wandlerelementschicht 2 ist eine (100)-orientierte einkristalline Siliziumsubstratschicht vom n-Typ (Schichtdicke etwa 450 µm) vorgesehen. Das Substrat wird einer RCA-Waschung ausgesetzt und unter Verwendung einer Mischlösung einer Fluorwasserstoffsäure/Salpetersäure geätzt, bis eine Schichtdicke erreicht wird, die auf 350 µm reduziert ist.
  • Dann wird auf der Lichtempfangsseite des einkristallinen Siliziumsubstrats vom n-Typ mittels Nassätzung unter Verwendung einer alkalischen Lösung eine unebene Oberfläche ausgebildet. Es wird dabei insbesondere eine wässrige alkalische Lösung mit etwa 2% Natriumhydroxid verwendet, welche auf 80°C bis 85°C aufgeheizt ist. Das einkristalline Siliziumsubstrat vom n-Typ wird darin für 30 Minuten eingetaucht. Dadurch wird auf der Lichtempfangsseite des einkristallinen Siliziumsubstrats vom n-Typ eine unebene Oberfläche mit einem Wert Ry von etwa 10 µm ausgebildet.
  • Dann wird eine RCA-Waschung ausgeführt, um alkalische und organische Substanzen, welche an der Oberfläche des Halbleitersubstrats vom n-Typ anhaften, zu entfernen. Es wird dann eine Halbleiterschicht vom p-Typ mittels Gasdiffusion ausgebildet. Insbesondere wird dabei das Halbleitersubstrat vom n-Typ auf 950°C bis 1000°C in einem Ofen in einer Stickstoffgasatmosphäre aufgeheizt. Dann wird Bor über das Halbleitersubstrat vom n-Typ unter Verwendung von Bortribromid (BBr3) als Diffusionsquelle diffundiert, um eine Halbleiterschicht vom p-Typ im Bereich des Halbleitersubstrats vom n-Typ auszubilden.
  • Nachfolgend wird eine Oberfläche des Halbleitersubstrats vom n-Typ mit einer Resistschicht abgedeckt, um die Siliziumoxidschicht und die Halbleiterschicht vom p-Typ auf der anderen Oberfläche durch Ätzen unter Verwendung einer Mischlösung aus Fluorwasserstoffsäure/Salpetersäure zu entfernen. Dann wird die Resistschicht unter Verwendung eines Resiststrippers oder Resistablösers entfernt. Ferner wird unter Verwendung der Siliziumoxidschicht, welche mittels der Resistschicht als Schutzschicht geschützt ist, Phosphor unter Verwendung von Phosphoroxidtrichlorid (POCl3) diffundiert, um eine Rückseitenfeldschicht (back surface field layer: BSF) auszubilden, welche gebildet wird von einem Halbleiter vom n+-Typ und zwar ausschließlich auf der ersten Elektrodenschichtseite des Halbleitersubstrats vom n-Typ. Nach der Phosphordiffusion wird die Siliziumoxidschicht unter Verwendung von Fluorwasserstoffsäure entfernt. Dadurch wird die zweite fotoelektrische Wandlerelementschicht 2 auf dem Halbleitersubstrat vom n- Typ ausgebildet.
  • Dann wird die erste Elektrodenschicht 1 aus Titan (Ti)/Palladium (Pd)/Silber (Ag) mittels Elektronenstrahlabscheidung auf dem Halbleitersubstrat vom n-Typ ausgebildet.
  • Nachfolgend wird die intermediäre oder Zwischenschicht 3 aus Zinkoxid mit Gallium (Ga) mittels Sputtern ausgebildet. Insbesondere wird dabei das mit der ersten fotoelektrischen Wandlerelementschicht 2 versehene Halbleitersubstrat vom n-Typ in einer Sputteranlage platziert und auf 200°C aufgeheizt. Dann wird der Gesamtdruck in dem Gerät auf 0,8 Pa eingestellt. Es wird eine DC-Vorspannung von 500 V zwischen dem Substrat und der Kathode (unter Verwendung von Zinkoxid mit 5% Gallium als Target) angelegt. Dadurch wird die intermediäre oder Zwischenschicht mit einer Schichtstärke von etwa 500 nm ausgebildet.
  • Dann wird auf der Lichtempfangsseite der intermediären oder Zwischenschicht 3 mittels Nassätzung eine unebene Oberfläche ausgebildet. Dabei wird insbesondere das mit der intermediären oder Zwischenschicht 3 versehene Halbleitersubstrat vom n-Typ in eine wässrige Säurelösung mit 0,5 Gew.-% für etwa 150 Sekunden eingetaucht. Dadurch wird auf der gesamten Lichtempfangsseite der intermediären oder Zwischenschicht 3 eine unebene Oberfläche mit einem Wert Ry von etwa 300 nm ausgebildet.
  • Nachfolgend werden dann amorphe Siliziumschichten mit den Leitfähigkeittypen oder Leitungstypen n, i und p in Abfolge auf der intermediären oder Zwischenschicht 3 durch plasmaverstärktes CVD ausgebildet, um eine zweite fotoelektrische Wandlerelementschicht 4 auszubilden. Insbesondere wird dabei das mit der intermediären Zwischenschicht 3 mit der unebenen Oberfläche auf der Lichtempfangsseite versehene einkristalline Siliziumsubstrat vom n-Typ in einer plasmaverstärkten oder plasmaverstärkenden CVD- Anlage von flacher Gestalt (flat-shaped plasma enhanced CVD-apparatus) platziert und dort unter den in Tabelle 4 beschriebenen Bedingungen aufgeheizt. Dann wird Hochfrequenzenergie zwischen dem Substrat und der Kathode angelegt, um ein Plasma zu erzeugen und dadurch die dünnen amorphen Siliziumschichten auszubilden. Tabelle 4

  • Dann wird die zweite Elektrodenschicht 5 auf der zweiten fotoelektrischen Wandlerelementschicht 4 durch Sputtern ausgebildet. Insbesondere wird dabei das mit der zweiten fotoelektrischen Wandlerelementschicht 4 versehene Halbleitersubstrat in eine Sputteranlage eingebracht und auf 220°C aufgeheizt. Dann werden Sauerstoff und Argon mit Flussraten von 1,4 sccm bzw. 250 sccm zugeführt, wobei der Gasdruck in der Apparatur auf 3,8 Pa eingestellt und eine DC-Vorspannung von 450 V zwischen dem Substrat und der Kathode (ITO) angelegt wird. Dadurch wird die zweite Elektrodenschicht 5 mit einer Schichtdicke von 60 nm ausgebildet.
  • Nachfolgend wird die kammartige oder kammförmige Elektrode 6 auf der zweiten Elektrodenschicht 5 mittels Elektronenstrahlabscheidung unter Verwendung einer Metallmaske ausgebildet. Insbesondere wird dabei das mit der zweiten Elektrodenschicht 5 versehene Halbleitersubstrat vom n-Typ in eine Sputteranlage zusammen mit einer Metallmaske, welche auf dem Substrat angeordnet ist, eingebracht und auf 180°C aufgeheizt. Dann wird Sterlingsilber als Abscheidungsquelle mittels Elektronenstrahlbestrahlung geschmolzen, um Silber selektiv auf die zweite Elektrodenschicht 5 aufzubringen. Dadurch wird die kammartige oder kammförmige Elektrode 6 mit einer Schichtdicke von 500 nm ausgebildet.
  • Zu einer stapelartigen oder stapelförmigen Solarzelle mit der so ausgebildeten oder hergestellten stapelförmigen oder stapelartigen fotoelektrischen Wandlereinrichtung wird Pseudolicht (pseudo-light) mit AM 1,5 und 100 mW/cm zugeführt, um den Wandlungswirkungsgrad in Bezug auf die optische Energie zu messen. Die so erhaltenen Ergebnisse sind in Tabelle 5 gezeigt.
    • Vergleichsbeispiel 1
  • Es wird eine stapelartige oder stapelförmige Solarzelle mit einer stapelartigen oder stapelförmigen fotoelektrischen Wandlereinrichtung in derselben Art und Weise hergestellt und ausgebildet, wie beim Beispiel 1, außer dass die unebene Oberfläche nicht auf der Lichtempfangsseite der ersten fotoelektrischen Wandlerelementschicht ausgebildet wird, sondern ausschließlich auf der Lichtempfangsseite der intermediären oder Zwischenschicht. Es wird dann der Wandlungswirkungsgrad in Bezug auf die optische Energie gemessen. Die Messergebnisse sind in Tabelle 5 gezeigt.
    • Vergleichsbeispiel 2
  • Eine stapelartige oder stapelförmige Solarzelle mit einer stapelartigen oder stapelförmigen fotoelektrischen Wandlereinrichtung wird ausgebildet in derselben Art und Weise wie beim Beispiel 1, außer dass die unebene Oberfläche ausschließlich auf der Lichtempfangsseite der ersten fotoelektrischen Wandlerelementschicht ausgebildet wird und dass die Oberfläche der intermediären oder Zwischenschicht auf der Lichtempfangsseite eben oder flach ausgebildet wird. Dann wurde der Umwandlungswirkungsgrad in Bezug auf die optische Energie gemessen. Die erhaltenen Ergebnisse sind in Tabelle 5 gezeigt. Tabelle 5

  • Die in Tabelle 5 gezeigten Ergebnisse verdeutlichen, dass eine höhere Kurzschlussstromdichte erreicht werden kann durch Ausbilden der unebenen Oberflächen auf der Lichtempfangsseite der ersten fotoelektrischen Wandlerelementschicht und der intermediären oder Zwischenschicht.
  • Die stapelartige oder stapelförmige Substratzelle des Beispiels 1 weist zwei fotoelektrische Wandlerelementschichten auf. Es kann jedoch erwartet werden, dass die stapelartige oder stapelförmige Solarzelle mit weiteren fotoelektrischen Wandlerelementschichten den gleichen Effekt zeigt.
    • Beispiel 2
  • Es wird einen stapelartige oder stapelförmige Solarzelle mit einer erfindungsgemäßen stapelartigen oder stapelförmigen elektrischen Wandlereinrichtung gemäß Fig. 2 ausgebildet, hergestellt und ausgewertet oder evaluiert. Fig. 2 ist eine schematische Querschnittsansicht, welche ein erfindungsgemäßes Beispiel einer stapelartigen oder stapelförmigen fotoelektrischen Wandlereinrichtung zeigt, bei welcher von der der Lichtempfangsseite gegenüberliegenden Seite in dieser Reihenfolge stapelartig oder stapelförmig übereinander angeordnet sind, ein Trägersubstrat 27, eine erste Elektrodenschicht 21, eine erste fotoelektrische Wandlerelementschicht 22, eine intermediäre oder Zwischenschicht 23, eine zweite fotoelektrische Wandlerelementschicht 24, eine zweite Elektrodenschicht 25 sowie eine kammartige oder kammförmige Elektrode 26. Die erste fotoelektrische Wandlerelementschicht 22 und die intermediäre Zwischenschicht 23 besitzen unebene Oberflächen auf der Lichtempfangsseite. Pfeile in dieser Figur bezeichnen das Licht.
  • Als Trägersubstrat 27 wurde ein Glassubstrat (hergestellt durch Corning, Nr. 7059) verwendet und mittels reinem Wasser gewaschen.
  • Dann wurden Silber und Zinkoxid (ZnO) auf das Trägersubstrat 27 aufeinander folgend mittels Elektronenstrahlabscheidung aufgebracht, um die erste Elektrodenschicht 21 auszubilden. Dabei wurde insbesondere das Trägersubstrat 27 in einer Abscheidungsanlage eingebracht und auf 180°C aufgeheizt. Dann wurde ein Elektronenstrahl auf Sterlingsilber als Target gerichtet, um Silber in einer Stärke von 100 nm abzuscheiden. Nachfolgend wurde dann die Substrattemperatur auf 220°C angehoben. Dann wurde Sauerstoff mit einer Flussrate von 42 sccm zugeführt. Der Elektronenstrahl wurde auf Zinkoxid als Target gerichtet, um Zinkoxid mit einer Schichtdicke von 50 nm abzuscheiden. Auf diese Art und Weise wurde die erste Elektrodenschicht 21 ausgebildet.
  • Nachfolgend wurden dann kristalline Siliziumschichten mit den Leitungstypen oder Leitfähigkeitstypen n, i und p aufeinander folgend auf der ersten Elektrodenschicht 21 mittels plasmaverstärkter CVD abgeschieden, um die erste fotoelektrische Wandlerelementschicht 22 auszubilden. Dabei wurde insbesondere das mit der ersten Elektrodenschicht 21 versehene Substrat 27 in einer plasmaverstärkten oder plasmaverstärkenden CVD-Apparatur von flacher Gestalt (flat-shaped plasma enhanced CVD apparatus) eingebracht. Unter den in Tabelle 6 beschriebenen Bedingungen wurde dann aufgeheizt. Nachfolgend wurde dann Hochfrequenzenergie zwischen dem Substrat und der Kathode ausgebildet, um ein Plasma zu erzeugen. Dadurch werden die dünnen kristallinen Siliziumschichten ausgebildet. Auf diese Art und Weise wird die erste fotoelektrische Wandlerelementschicht 22 mit einer unebenen Oberfläche mit einem Wert Ry von etwa 1 µm auf der Lichtempfangsseite erhalten. Tabelle 6

  • Nachfolgend wurden die intermediäre oder Zwischenschicht 23 mit einer unebenen Oberfläche auf der Lichtempfangsseite, die zweite fotoelektrische Wandlerelementschicht 24, die zweite Elektrodenschicht 25, sowie die kammartige oder kammförmige Elektrode 26, wie beim Beispiel 1 ausgebildet, um die erfindungsgemäße stapelartige oder stapelförmige fotoelektrische Wandlereinrichtung zu erhalten.
  • In dieser stapelartigen oder stapelförmigen Solarzelle mit der so hergestellten stapelartigen oder stapelförmigen fotoelektrischen Wandlereinrichtung wird Pseudolicht mit AM 1,5 und 100 mW/cm zugeführt, um den Wandlungswirkungsgrad im Hinblick auf die optische Energie zu messen. Die erhaltenen Messergebnisse sind in Tabelle 7 gezeigt.
    • Vergleichsbeispiel 3
  • Es wird eine stapelartige oder stapelförmige Solarzelle mit einer stapelartigen oder stapelförmigen fotoelektrischen Wandlereinrichtung wie beim Beispiel 2 ausgebildet, außer dass die unebene Oberfläche nicht auf der Lichtempfangsseite der ersten fotoelektrischen Wandlerelementschicht ausgebildet wird, sondern ausschließlich auf der Lichtempfangsseite der intermediären oder Zwischenschicht. Der Umwandlungswirkungsgrad in Bezug auf die optische Energie wurde gemessen. Die erhaltenen Ergebnisse sind in Tabelle 7 dargestellt.
    • Vergleichsbeispiel 4
  • Es wird eine stapelartige oder stapelförmige Solarzelle mit einer stapelartigen oder stapelförmigen fotoelektrischen Wandlereinrichtung wie beim Beispiel 2 hergestellt, außer dass die unebene Oberfläche ausschließlich auf der Lichtempfangsseite der ersten fotoelektrischen Wandlerelementschicht ausgebildet wird und dass die Oberfläche der intermediären oder Zwischenschicht auf der Lichtempfangsseite eben oder flach ausgebildet wird. Dann wird der Umwandlungswirkungsgrad in Bezug auf die optische Energie gemessen. Die erhaltenen Messergebnisse sind in Tabelle 7 dargestellt. Tabelle 7

  • Die in Tabelle 7 gezeigten Ergebnisse zeigen dass eine höherer Kurzschlussstromdichte erhalten werden kann durch Ausbilden der unebenen Oberflächen auf der Lichtempfangsseite der ersten fotoelektrischen Wandlerelementschicht und der intermediären oder Zwischenschicht.
  • Die stapelartige oder stapelförmige Solarzelle aus Beispiel 2 weist zwei fotoelektrische Wandlerelementschichten auf. Jedoch kann erwartet werden, dass eine stapelartige oder stapelförmige Solarzelle mit weiteren fotoelektrischen Wandlerelementschichten dieselben Eigenschaften oder Wirkungen aufweist.
  • Gemäß der erfindungsgemäßen stapelartigen oder stapelförmigen fotoelektrischen Wandlereinrichtung oder des stapelartigen oder stapelförmigen elektrischen Wandlers weist die intermediäre oder Zwischenschicht unebene Oberflächen auf der Lichtempfangsseite und der Lichtausgangsseite auf, wobei die unebene Oberfläche auf der Lichtausgangsseite eine größere gemittelte oder mittlere Höhendifferenz oder Niveaudifferenz aufweist als die unebene Oberfläche der Lichtempfangsseite.
  • Dies bedeutet mit anderen Worten, dass die erste fotoelektrische Wandlerelementschicht eine unebene Oberfläche auf der Lichtempfangsseite aufweist und dass die intermediäre oder Zwischenschicht ebenfalls eine unebene Oberfläche auf der Lichtempfangsseite aufweist, welche einen kleineren Wert Ry (gemittelte oder mittlere Höhendifferenz oder Niveaudifferenz) aufweist als die erste fotoelektrische Wandlerelementschicht. Daher steigt die externe Stromdichte an, und die pro Flächeneinheit erzeugte Energiemenge steigt ebenfalls an. Dies führt zu einer Kostenreduktion bei der Energieerzeugung.

Claims (10)

1. Stapelförmiger fotoelektrischer Wandler mit:
mindestens zwei fotoelektrischen Wandlerelementschichten, welche zwischen einer ersten Elektrodenschicht und einer Licht empfangenden zweiten Elektrodenschicht angeordnet sind,
mit mindestens einer Zwischenschicht, welche zwischen zwei der mindestens zwei fotoelektrischen Wandlerelementschichten angeordnet ist,
wobei die Zwischenschicht unebene Oberflächen auf einer Lichtempfangsseite und auf einer Lichtausgangsseite aufweist und
wobei die unebene Oberfläche auf der Lichtausgangsseite einen größeren oder stärkeren mittleren Höhenunterschied oder Niveauunterschied aufweist als die Oberfläche der Lichtempfangsseite.
2. Fotoelektrische Wandlereinrichtung nach Anspruch 1, bei welcher die der Lichtausgangsseite der Zwischenschicht benachbarte fotoelektrische Wandelelementschicht eine unebene Oberfläche aufweist mit einer mittleren Höhendifferenz oder Niveaudifferenz von 1 bis 100 µm auf der Lichtempfangsseite.
3. Fotoelektrische Wandlereinrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, bei welcher die zur Lichtausgangsseite der Zwischenschicht benachbarte fotoelektrische Wandlerelementschicht eine unebene Oberfläche aufweist, welche durch Ätzen auf der Lichtempfangsseite ausgebildet ist.
4. Fotoelektrische Wandlereinrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei welcher die Zwischenschicht eine unebene Oberfläche aufweist mit einer mittleren Höhendifferenz oder Niveaudifferenz von 0,1 bis 0,7 µm auf der Lichtempfangsseite.
5. Fotoelektrische Wandlereinrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei welcher die Zwischenschicht eine unebene Oberfläche aufweist, welche durch Ätzen auf der Lichtempfangsseite ausgebildet ist.
6. Fotoelektrische Wandlereinrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei welcher die Zwischenschicht aus einem leitfähigen Oxid gebildet ist.
7. Fotoelektrische Wandlereinrichtung nach Anspruch 6, bei welcher das leitfähige Oxid Zinkoxid ist.
8. Fotoelektrische Wandlereinrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, welche aufweist:
ein Trägersubstrat,
eine erste Elektrodenschicht,
eine fotoelektrische Wandlerelementschicht,
eine Zwischenschicht,
eine zweite fotoelektrische Wandlerelementschicht und
eine Licht empfangende zweite Elektrodenschicht, welche alle in dieser Reihenfolge übereinander gestapelt angeordnet sind.
9. Fotoelektrische Wandlereinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, welche aufweist:
eine erste Elektrodenschicht,
eine erste fotoelektrische Wandlerelementschicht,
eine Zwischenschicht,
eine zweite fotoelektrische Wandlerelementschicht und
eine Licht empfangende zweite Elektrodenschicht,
welche alle in dieser Reihenfolge übereinander gestapelt angeordnet sind.
10. Fotoelektrische Wandlereinrichtung nach einem der Ansprüche 8 oder 9,
bei welcher die erste fotoelektrische Wandlerelementschicht aus einem kristallinen Siliziumsubstrat gebildet ist und
bei welcher die zweite fotoelektrische Wandlerelementschicht aus einem amorphen Siliziumsubstrat gebildet ist.
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