DE112008003144T5

DE112008003144T5 - Schichtstruktur von CIS Solarzelle, integrierte Struktur von CIS Dünnschichtsolarzelle sowie deren Herstellungsverfahren

Info

Publication number: DE112008003144T5
Application number: DE112008003144T
Authority: DE
Inventors: Hideki Hakuma; Katsuya Tabuchi; Yosuke Fujiwara; Katsumi Kushiya
Original assignee: Showa Shell Sekiyu KK
Current assignee: Solar Frontier KK
Priority date: 2007-11-30
Filing date: 2008-11-25
Publication date: 2010-10-14
Also published as: WO2009069582A1; US8691619B2; JP2009135337A; US20100267190A1

Abstract

Schichtstruktur einer CIS Dünnschichtsolarzelle, bei welcher eine rückseitige Kontaktschicht, eine p-dotierte CIS Lichtabsorptionsschicht, eine hochohmige Pufferschicht und eine n-dotierte transparente, leitende Schicht in dieser Reihe nach übereinander geschichtet sind, dadurch gekennzeichnet, dass die hochohmige Pufferschicht und die n-dotierte transparente, leitende Schicht aus einer Zinkoxid bestehenden Dünnschicht bestehen, dass die hochohmige Pufferschicht in direktem Kontakt mit der p-dotierten CIS Lichtabsorptionsschicht steht, und dass die hochohmige Pufferschicht einen spezifischen Widerstand von 500 Ωcm oder mehr aufweist.

Description

Technischer Anwendungsbereich
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Schichtstruktur von eine CIS Solarzelle sowie eine integrierte Struktur von einer CIS Dünnschichtsolarzelle sowie deren Herstellungsverfahren
Stand der Technik
Derzeit ist eine CIS Dünnschichtsolarzelle für weite Anwendungsbereiche einsetzbar gemacht worden. Bei der Herstellung dieser CIS Dünnschichtsolarzelle soll eine Dünnschichtsolarzelle mit einem hohen Wechselwirkungsgrad dadurch erhalten werden können, dass auf den aus Lichtabsorptionsschicht gebildeten CuInSe₂ Dünnschichten Kadmiumsulfidschichten (CdS) als hochohmige Pufferschicht angelegt werden, wobei wie im amerikanischen Patent (USP) Nr. 4,611,091 (Patentdokument 1) beschrieben, weist das Flüssigphasenwachstumsverfahren, bei dem von Lösungen CdS Dünnschichten chemisch gebildet werden, Wirkungen auf, Lichtabsorptionsdünnschicht und qualitativ hochwertige Heteroübergänge zu bilden, und darüber hinaus den Shunt-Widerstand zu erhöhen, dadurch, dass die CuInSe₂ Lichtabsorptionsdünnschichten in die Lösung eingelegt werden.
Weiterhin, im japanischen Patent (JP-P) Nr. 3,249,342 (Patentdokument 2) wird ein Herstellungsverfahren aufgezeigt, bei dem auf einer p-dotierten Lichtabsorptionsschicht aus einer Lösung chemisch gewachsene Sauerstoff, Schwefel und Hydroxylgruppen enthaltene Zinkmischkristalle, mit anderen Worten Zn (O, S, OH)x, als eine hochohmige Pufferschicht verwendet wird, so dass eine Dünnschichtsolarzelle mit einem bei Einsatz von CdS als Pufferschicht äquivalenten hohen Wechselwirkungsgrad erhalten werden kann.
Allerdings kommt es bei der herkömmlichen Erfindung, wie sie im amerikanischen Patent (USP) Nr. 4,611,091 (Patentdokument 1) beschrieben ist, zu dem Problem, dass bei der Ausbildung der als hochohmigen Pufferschicht zu verwendenden Kadmiumsulfidschicht (CdS) trotz Anstrengungen die Menge an hochgiftigen Cd enthaltender Ablösung minimal zu halten große Menge festen CdS und alkalischer Ablaugen gebildet werden, so dass die Kosten für die Entsorgung steigen und somit auch die Herstellungskosten für die CIS Dünnschichtsolarzelle höher werden.
Ferner, im japanischen Patent (JP-P) Nr. 3,249,342 (Patentdokument 2) wird ein Herstellungsverfahren aufgezeigt, das dafür wirksam ist, um die im Rahmen eines Herstellungsverfahrens für eine Dünnschichtsolarzelle mit hohem Wechselwirkungsgrad als unerlässlich angesehene CdS Pufferschicht auszuschließen, aber auch in diesem Fall hat dieses Verfahren den Nachteil, dass große Menge eines ZnO/ZnS Feststoffgemisches und alkalischer Ablaugen entsteht, so dass Kosten für die Entsorgung die Kosten für Herstellung einer Solarzelle erhöhen.
Weiterhin, da es sich bei dem Flüssigphasenwachstumsverfahren um eine chemische Gleichgewichtsreaktion handelt, ist es mit dem Nachteil behaftet, dass eine Schichtbildung durch eine stabile Reaktion an einem ganz bestimmten Punkt nicht erhalten werden kann.
Ferner bestand es ein Problem bei der Produktion, dass mit zunehmenden Umfang der Produktion, um das zur Erhaltung der Alkalinität der Lösung verwendete Ammoniak unschädlich zu machen, eine umfangreiche Reinigungsanlage für die Ablauge erforderlich wird.
Da bei dem Flüssigphasenwachstumsverfahren eine Inline Herstellung unmöglich ist, hat das Verfahren den Nachteil, dass die Produktionseffizienz reduziert wird.
Unter diesen Umständen wurde zur Schichtbildung für die hochohmigen Pufferschicht gewünscht, die Schichtbildung nicht durch einen naßchemischen Arbeitsschritt wie das Flüssigphasenwachstumsverfahren, sondern durch einen konsequent trockenen Arbeitsschritt, von Schichtbildung für die rückseitigen Kontaktschicht bis hin zur Schichtbildung für die Fensterschicht (transparente, elektrisch leitfähige Schicht) durchgeführt werden. Da die Entsorgung der hochgiftiges Cd enthaltenden Ablösungen enorme Kosten verursacht, war insbesondere ein Cd-freie Schichtbildungsverfahren dringend gewünscht.

Patentdokument 1: Amerikanisches Patent (USP) Nr. 4,611,091
Patentdokument 2: Japanisches Patent (JP-P) Nr. 3,249,342
Patentdokument 3: Japanische Offenlegungschrift (JP-A) Nr. 2006-332440

Beschreibung der Erfindung
Von der Erfindung zu Lösende Probleme
Unter Berücksichtigung dieser Umstände schlägt dieser Anmelder in der japanischen Offenlegungschrift (JP-A) Nr. 2006-332440 (Patentdokument 3) ein kontinuierliches Schichtbildungsverfahren vor, bei dem bei einer CIS Dünnshichtsolarzelle auf einer Lichtabsorptionsschicht eines auf einem mit einer metallischen rückseitigen Kontaktschicht und einer Lichtabsorptionsschicht in dieser Reihe nach einander angelegte Glassubstrat halbfertigen Solarzellträgermaterials eine hochohmige Pufferschicht und eine Fensterschicht in dieser Reihe nach kontiniuerlich aufgeschichtet werden, um mit Hilfe des MOCVD Verfahrens durch Schichtbildung für die hochohmigen Pufferschichten und Fensterschichten (transparente, elektrisch leitfähige Schichten) im Vergleich zur mit dem herkömmlichen Flüssigphasenwachstumsverfahren durchgeführten Schichtbildung gleichwertige Ausgangscharakteristiken zu erhalten, aber dabei war immer noch Raum für Verbesserungen.
Ferner, zur Lösung dieser Probleme wurde das ”atomic layer deposition” (ALD) Verfahren erdacht, welches es ermöglicht, gleiche Schichtdicken auf monoatomarem Niveau zu kontrollieren, und eine Schicht mit hoher Qualität sowie Deckfähigkeit bezüglich eines Hohenunterschiedes zu bilden.
Das als Herstellungsverfahren für Dünnschichten effektive ALD Verfahren erlaubt auf kleinen Flächen vergleichsweise hohe Wirkungsgrade zu erhalten, aber bei einer vergrößten Flächen für die Massenproduktion erforderliche Herstellung stellte sich immer noch ein ziemlich schwieriges Problem dar.
Außerdem ist bei dem ALD Verfahren die Geschwindigkeit der Schichtbildung extrem langsam, so dass das den Nachteil hatte, die Produktivität nachteilig zu beeinflussen.
Ein Zweck der vorliegenden Erfindung ist es, die oben beschriebenen Aufgaben und Probleme zu lösen und eine CIS Dünnschichtsolarzelle mit hoher Produktionseffizienz sowie ein Herstellungsverfahren anzubieten, bei welcher deren hochohmigen Pufferschichten in einer Reihe von Fertigungsstraßen ermöglicht werden, wobei auch die Entsorgung von Ablösungen und dergleichen überflüssig ist.
Die vorliegende Erfindung hat darüber hinaus auch die Aufgabe, eine Schichtstruktur anzubieten, die erlaubt die Stromsammelwiderstand Verluste der CIS Dünnschichtsolarzelle zu verringern und so den Wirkungsgrad zu verbessern.
Mittel zurm Lösen der Probleme
Um das oben beschriebene Ziel zu erreichen, ist eine Schichtstruktur einer CIS Dünnschichtsolarzelle nach einem Aspekt der vorliegenden Erfindung, bei welcher eine rückseitige Kontaktschicht, eine p-dotierte CIS Lichtabsorptionsschicht, eine hochohmige Pufferschicht und eine n-dotierte transparente, leitende Schicht in dieser Reihe nach übereinander geschichtet sind, ist dadurch gekennzeichnet, dass die hochohmige Pufferschicht und die n-dotierte transparente, leitende Schicht aus einer aus Zinkoxid bestehenden Dünnschicht bestehen, dass die hochohmige Pufferschicht in direktem Kontakt mit der p-dotierten CIS Lichtabsorptionsschicht steht, und dass die hochohmige Pufferschicht einen spezifischen Widerstand von 500 Ωcm oder mehr aufweist.
Eine Schichtstruktur einer CIS Dünnschichtsolarzelle nach einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung, bei welcher eine rückseitige Kontaktschicht, eine p-dotierte CIS Lichtabsorptionsschicht, eine hochohmige Pufferschicht und eine n-dotierte transparente, leitende Schicht in dieser Reihe nach übereinander geschichtet sind, ist dadurch gekennzeichnet, dass die hochohmige Pufferschicht und die n-dotierte transparente, leitende Schicht aus einer aus n bestehende Dünnschicht bestehen, dass die hochohmigen Pufferschicht in direktem Kontakt mit der p-dotierten CIS Lichtabsorptionsschicht steht, und dass die hochohmige Pufferschicht eine Borkonzentration von 1 × 10¹⁹ Atome/cm³ oder weniger aufweist.
Eine Schichtstruktur einer CIS Dünnschichtsolarzelle nach einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung, bei welcher eine rückseitige Kontaktschicht, eine p-dotierte CIS Lichtabsorptionsschicht, eine hochohmige Pufferschicht und eine n-dotierte transparente, leitende Schicht in dieser Reihe nach übereinander geschichtet sind, die hochohmige Pufferschicht und die n-dotierte transparente, leitende Schicht aus einer aus Zinkoxid bestehenden Dünnschicht bestehen, ist dadurch gekennzeichnet, dass die hochohmige Pufferschicht in direktem Kontakt mit der p-dotierten CIS Lichtabsorptionsschicht steht und gleichzeitig von der p-dotierten CIS Lichtabsorptionsschicht in Richtung auf die transparente, leitende Schicht hin einzunehmender Gradient der Borkonzentration vorliegt.
Eine Schichtstruktur einer CIS Dünnschichtsolarzelle nach einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung, bei welcher eine rückseitige Kontaktschicht, eine p-dotierte CIS Lichtabsorptionsschicht, eine hochohmige Pufferschicht und eine n-dotierte transparente, leitende Schicht in dieser Reihe nach übereinander geschichtet sind, ist dadurch gekennzeichnet, dass die hochohmige Pufferschicht und die n-dotierte transparente, leitede Schicht aus einer aus Zinkoxid bestehenden Dünnschicht bestehen, dass die hochohmige Pufferschicht in direktem Kontakt mit der p-dotierten CIS Lichtabsorptionsschicht steht und gleichzeitig von der p-dotierten CIS Lichtabsorptionsschicht in Richtung auf die transparente, leitende Schicht hin ein abnehmender Gradient der Schwefelkonzentration vorliegt.
Eine Schichtstruktur einer CIS Dünnschichtsolarzelle nach einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung, bei welcher eine rückseitige Kontaktschicht, eine p-dotierte CIS Lichtabsorptionsschicht, eine hochohmige Pufferschicht und eine n-dotierte transparente, leitende Schicht in dieser Reihe nach übereinander geschichtet sind, dadurch gekennzeichnet, dass die hochohmige Pufferschicht und die n-dotierten transparente, leitende Schicht aus einer aus Zinkoxid bestehenden Dünnschicht bestehen, ist dadurch gekennzeichnet, dass die hochohmige Pufferschicht in direktem Kontakt mit der p-dotierten CIS Lichtabsorptionsschicht steht und gleichzeitig von der p-dotierten CIS Lichtabsorptionsschicht in Richtung auf die transparente, leitede Schicht hin ein zunehmender Gradient der Aluminiumkonzentration vorliegt.
Eine Schichtstruktur der CIS Dünnschichtsolarzelle nach einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung, bei welcher eine rückseitige Kontaktschicht, eine p-dotierte CIS Lichtabsorptionsschicht, eine hochohmige Pufferschicht und eine n-dotierte transparente, leitende Schicht in dieser Reihe nachübereinander geschichtet sind, ist dadurch gekennzeichnet, dass die hochohmige Pufferschicht und die n-dotierte transparente, leitende Schicht aus einer aus Zinkoxid bestehenden Dünnschicht bestehen, dass die hochohmige Pufferschicht in direktem Kontakt mit der p-dotierten CIS Lichtabsorptionsschicht steht und gleichzeitig von der p-dotierten CIS Lichtabsorptionsschicht in Richtung auf die transparente, leitende Schicht hin einzunehmender Gradient der Galliumkonzentration vorliegt.
Eine Schichtdicke der hochohmigen Pufferschicht kann 20 bis 300 nm betragen.
Im Kontaktbereich mit der p-dotierten CIS Lichtabsorptionsschicht kann eine Schwefelkonzentration der hochohmigen Pufferschicht 0,1 bis 10 mol% betragen.
Die n-dotierte transparente, leitende Schicht kann eine borhaltige Zinkoxiddünnschicht sein.
Die hochohmige Pufferschicht kann eine Aluminiumkonzentration von 1 × 10¹⁹ Atome/cm³ oder weniger aufweisen.
Die hochohmige Pufferschicht kann eine Galliumkonzentration von als 1 × 10¹⁹ Atome/cm³ oder weniger aufweisen.
Die hochohmige Pufferschicht kann mit dem MOCVD Verfahren gebildet werden.
Eine integrierte Struktur einer CIS Dünnschichtsolarzelle nach einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung ist eine integrierte Struktur einer durch die Schichtstruktur geschichtete integrierte Struktur einer CIS Dünnschichtsolarzelle, und dadurch gekennzeichnet, dass der rückseitige Kontakt und die n-dotierte transparente, leitende Schicht in einem Muster bildenden Teil, bei dem die p-dotierte CIS Lichtabsorptionsschicht gesondert ist, miteinander direkt verbunden sind.
Eine integrierte Struktur einer CIS Dünnschichtsolarzelle nach einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung, welche durch die Schichtstruktur geschichtet ist, ist dadurch gekennzeichnet, dass der rückseitige Kontakt und die n-dotierte transparente, leitende Schicht in einem Musterbildenden Teil, bei dem die p-dotierte CIS Lichtabsorptionsschicht gesondert ist, über die hochohmige Pufferschicht miteinander direkt verbunden sind, und dass das Produkt eines spezifischen Widerstands und einer Schichtdicke der hochohmigen Pufferschicht 1 × 10^–3 bis 1 × 10^–1 Ωcm² beträgt.
Eine integrierte Struktur einer CIS Dünnschichtsolarzelle nach einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass in einem Musterbildenden Teil, bei dem die p-dotierte CIS Lichtabsorptionsschicht gesondert ist, der rückseitige Kontakt und die n-dotierte transparente, leitende Schicht direkt miteinander verbunden sind, und dass zwischen dem rückseitigen Kontakt und der n-dotierten transparenten, leitenden Schicht, beziehungsweise zwischen der rückseitigen Kontaktschicht und der hochohmigen Pufferschicht eine durch Reaktion der rückseitige Kontaktschicht mit Selen und/oder Schwefel gebildete Schicht vorhanden sein kann.
Eine integrierte Struktur einer CIS Dünnschichtsolarzelle nach einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass in einem Musterbildendent Teil, bei dem die p-dotierten CIS Lichtabsorptionsschicht gesondert ist, und der rückseitige Kontakt und die n-dotierte transparente, leitende Schicht über die hochohmige Pufferschicht miteinander verbunden sind, und dass das Produkt eines spezifischen Widerstands und einer Schichtdicke der hochohmigen Pufferschicht 1 × 10^–3 bis 1 × 10^–1 Ωcm² beträgt, und dass zwischen dem rückseitigen Kontakt und der n-dotierten transparenten, leitenden Schicht, beziehungsweise zwischen der rückseitigen Kontaktschicht und der hochohmigen Pufferschicht eine durch Reaktion der rückseitigen Kontaktschicht mit Selen und/oder Schwefel gebildete Schicht vorhanden sein kann.
Eine integrierte Struktur einer CIS Dünnschichtsolarzelle nach einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass in einem Musterbildenden Teil, bei dem die p-dotierte CIS Lichtabsorptionsschicht gesondert ist, der rückseitige Kontakt und die n-dotierte transparente, leitende Schicht miteinander direkt verbunden sind, und dass in dem die Borkonzentration der n-dotierten transparenten, leitenden Schicht in einem mit dem rückseitigen Kontakt verbundenen Bereich 1 × 10²⁰ Atome/cm³ oder mehr betragen kann.
Eine integrierte Struktur einer CIS Dünnschichtsolarzelle nach einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass in einem Musterbildenden Teil, bei dem die p-dotierten CIS Lichtabsorptionsschicht gesondert ist, der rückseitige Kontakt und die n-dotierte transparente, leitende Schicht über die hochohmige Pufferschicht miteinander verbunden sind, und dass das Produkt eines spezifischen Widerstands und einer oben genannten hochohmigen Pufferschicht 1 × 10^–3 bis 1 × 10^–1 Ωcm² beträgt, und dass die Borkonzentration der n-dotierten transparenten, leitenden Schicht in einem mit dem rückseitigen Kontakt verbundenen Bereich 1 × 10²⁰ Atome/cm³ oder mehr betragen kann.
Eine integrierte Struktur einer CIS Dünnschichtsolarzelle nach einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung basierend ist dadurch gekennzeichnet, dass in einem Musterbildenden Teil, bei dem die p-dotierte CIS Lichtabsorptionsschicht gesondert ist, der rückseitige Kontakt und die n-dotierte transparente, leitende Schicht miteinander direkt verbunden sind, und dass die Aluminiumkonzentration der n-dotierten transparenten, leitenden Schicht in einem mit dem rückseitigen Kontakt verbundenen Bereich 1 × 10²⁰ Atome/cm³ oder mehr betragen kann.
Eine integrierte Struktur einer CIS Dünnschichtsolarzelle nach einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass in einem Musterbildenden Teil, bei dem die p-dotierten CIS Lichtabsorptionsschicht gesondert ist, der oben genannten rückseitige Kontakt und die n-dotierte transparente, leitende Schicht über die hochohmige Pufferschicht miteinander verbunden sind, und dass das Produkt des spezifischen Widerstands und der Shichtdicke der hochohmigen Pufferschicht 1 × 10^–3 bis 1 × 10^–1 Ωcm² beträgt und dass die Aluminiumkonzentration der n-dotierten transparenten, leitenden Schicht in einem mit dem rückseitigen Kontakt verbundenen Bereich 1 × 10²⁰ Atome/cm³ oder mehr betragen kann.
Eine integrierte Struktur einer CIS Dünnschichtsolarzelle nach einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass in einem Musterbildenden Teil, bei dem die p-dotierte CIS Lichtabsorptionsschicht gesondert ist, der rückseitige Kontakt und die n-dotierte transparente, leitende Schicht direkt miteinander verbunden sind, und dass die Galliumkonzentration der n-dotierten transparenten, leitenden Schicht in einem mit dem rückseitigen Kontakt verbundenen Bereich 1 × 10²⁰ Atome/cm³ oder mehr betragen kann.
Eine integrierte Struktur einer CIS Dünnschichtsolarzelle nach einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass in einem Musterbildenden Teil, bei dem die p-dotierte CIS Lichtabsorptionsschicht gesondert ist, und der oben genannte rückseitige Kontakt und die n-dotierte transparente, leitende Schicht über die hochohmige Pufferschicht miteinander verbunden sind, und dass das Produkt des spezifischen Widerstands und der Shichtdicke der hochohmigen Pufferschicht 1 × 10^–3 bis 1 × 10^–1 Ωcm² beträgt, und dass die Galliumkonzentration der n-dotierten transparenten, leitenden Schicht in einem mit dem rückseitigen Kontakt verbundenen Bereich 1 × 10²⁰ Atome/cm³ oder mehr betragen kann.
Ein Herstellungsverfahren für eine CIS Dünnschichtsolarzelle nach einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass das Herstellungsverfahren einen Arbeitsschritt zum Anlegen eines rückseitigen Kontakts auf einem Substrat, einen Arbeitsschritt zur Schichtbildung für eine p-dotierte CIS Lichtabsorptionsschicht auf dem rückseitigen Kontakt, einen Arbeitsschritt zur direkten Schichtbildung für eine aus Zinkoxid bestehende Pufferschicht auf der p-dotierten CIS Lichtabsorptionsschicht, und einen Arbeitsschritt zur Schichtbildung für eine aus Zinkoxid bestehende n-dotierte transparente, leitende Schicht auf der hochohmigen Pufferschicht umfasst, dass der Arbeitsschritt zur Schichtbildung für die hochohmige Pufferschicht nach dem MOCVD Verfahren durchgeführt wird, und dass die Substrattemperatur bei dem Arbeitschritt zur Schichtbildung für die hochohmige Pufferschicht höher ist als die Substrattemperatur bei der Schichtbildung für die n-dotierte transparente, leitende Schicht.
Die Substrattemperatur bei der Schichtbildung für die Pufferschicht kann 190 bis 300°C oder höher sein.
Weiterhin, die n-dotierte transparente, leitende Schicht kann nach dem MOCVD Verfahren gebildet werden.
Ein anderes Herstellungsverfahren für eine CIS Dünnschichtsolarzelle nach der vorliegenden Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass das Herstellungsverfahren einen Arbeitsschritt zum Anlegen eines rückseitigen Kontakts auf einem Substrat, einen Arbeitsschritt zur Schichtbildung für eine p-dotierte CIS Lichtabsorptionsschicht auf dem rückseitigen Kontakte, einen Arbeitsschritt zur direkten Schichtbildung für eine aus Zinkoxid bestehende Pufferschicht auf der p-dotierten CIS Lichtabsorptionsschicht und einen Arbeitsschritt zur Schichtbildung für eine aus Zinkoxid bestehende n-dotierte transparente, elektrisch leitende Schicht auf der Pufferschicht, dass der Arbeitsschritt zur Schichtbildung der Pufferschicht und die n-dotierte transparente, elektrisch leitende Schicht nach dem MOCVD Verfahren durchgeführt wird, und dass das Molverhältnis der Ausgangsmaterialien ([O]/[Zn]) im Arbeitsschritt zur Schichtbildung für die Pufferschicht höher ist als das Molverhältnis der Ausgangsmaterialien ([O]/[Zn]) im Arbeitsschritt zur Schichtbildung für die n-dotierte transparente, leitende Schicht.
Das Molverhältnis der Ausgangsmaterialien ([O]/[Zn]) im Arbeitsschritt zur Schichtbildung für die Pufferschicht kann 2 oder größer sein.
Der Arbeitsschritt zur Schichtbildung für die Pufferschicht kann nach dem MOCVD Verfahren durchgeführt werden und die Geschwindigkeit der Schichtbildung für die Pufferschicht kann 15 nm/Minute oder mehr betragen.
Wirkungen der Erfindung
Nach der vorliegenden Erfindung kann die gesamte Fertigungsstraße mit trockenen Prozessschritten betrieben werden, so dass auf effiziente Weise Schichtbildung für hochohmige Pufferschichten durchgeführt werden können.
Weiterhin, da hier Schichtbildung für hochohmige Pufferschichten ohne ein Flüssigphasenwachstumsverfahren durchgeführt werden kann, werden Entsorgungswerke für Ablaugen überflüssig, die für die Entsorgung des bei der Herstellung hochohmiger Pufferschichten anfallenden Ammoniaks erforderlich ist, und somit wird darüber hinaus die Produktionseffizienz erhöht, so dass die Herstellungskosten gesenkt werden können.
Außerdem erlaubt im Vergleich mit dem ALD Verfahren als ein anderes trockenes Herstellungsverfahren dieses Verfahren die Bearbeitung größerer Flächen, und beschleunigt die Schichtbildung wesentlich und somit erhöht auch die Produktivität.
Ferner, durch eine Schichtstruktur nach der vorliegenden Erfindung können die Widerstandsverluste bei der Stromsammlung reduziert werden.
Optimale Ausführungsform für Die Erfindung
Hier wird die Schichtstruktur einer CIS Dünnschichtsolarzelle nach der vorliegenden Erfindung erläutert.
Wie in 1(a) dargestellt bildet eine CIS Dünnschichtsolarzelle 1 nach der vorliegenden Erfindung ein Element mit pn-dotierten Heteroübergängen mit einer Substratstruktur, bei welchem ein Glassubstrat 11, eine metallische rückseitige Kontaktschicht 12, eine p-dotierte CIS Lichtabsorptionsschicht (im Folgenden kurz „Lichtabsorptionsschicht” genannt) 13, eine hochohmige Pufferschicht 14 und eine n-dotierte Fensterschicht (im Folgenden kurz „Fensterschicht genannt”) 15, in dieser Reihe nach geschichtet sind.
Das Glassubstrat 11 stellt ein Trägermaterial dar, worauf die oben beschriebenen einzelnen Schichten geschichtet werden, wobei Glassubstrate wie zum Beispiel Flachglas, metallische Substrate wie zum Beispiel Edelstahlbleche, oder aber auch Harzsubstrate wie zum Beispiel Polyimidbeschichtung verwendet werden.
Die metallische rückseitige Kontaktschicht 12 ist ein auf dem Glassubstrat 11 gebildetes sehr korrosionsbeständiges Metall wie Mo oder Ti mit hohem Schmelzpunkt mit einer Dicke von 0,2 bis 2 μm, und wird auf diese Metalle gezielt mittels DC Sputterprozess als Schicht angelegt.
Die Lichtabsorptionsschicht 13 ist eine p-dotierte leitende Dünnschicht mit der I-III-VI₂ Chalkopyritstruktur mit einer Dicke von 1 bis 3 μm, und ist eine heterogene komplexe Halbleiter Dünnschicht wie zum Beispiel CuInSe₂, Cu(InGa)Se₂, Cu(InGa)(SSe)₂ und diegleichen. Als Lichtabsorptionsschicht 13 wird eine CIS Lichtabsorptionsschicht aus Selenverbindungen, eine CIS Lichtabsorptionsschicht aus Sulfidverbindungen sowie eine CIS Lichtabsorptionsschicht aus Kombinationen von Selen- und Sulfidverbindungen eingesetzt, wobei die CIS Lichtabsorptionsschicht aus Selenverbindungen aus CuInSe₂, Cu(InGa)Se₂ oder CuGaSe₂ besteht, die CIS Lichtabsorptionsschicht aus Sulfiden aus CuInS₂, Cu(InGa)S₂ oder CuGaS₂ besteht und die CIS Lichtabsorptionsschicht aus Kombinationen von Selen- und Sulfidverbindungen aus CuIn(SSe)₂, Cu(InGa)(SSe)₂, CuGa(SSe)₂ besteht. In Bezug auf Vorhandensein von Oberflächenschichten, es gibt als Oberflächenschicht CuIn(SSe)₂ aufweisendes CuInSe₂, als Oberflächenschicht CuIn(SSe)₂ aufweisendes Cu(InGa)Se₂, als eine Oberflächenschicht CuIn(SSe)₂ aufweisendes Cu(InGa)(SSe)₂, als eine Oberflächenschicht CuIn(SSe)₂ aufweisendes CuGaSe₂, als eine Oberflächenschicht Cu(InGa)(SSe)₂ aufweisendes Cu(InGa)Se₂, als eine Oberflächenschicht Cu(InGa)(SSe)₂ aufweisendes CuGaSe₂, als eine Oberflächenschicht CuGa(SSe)₂ aufweisendes Cu(InGa)Se₂ oder als eine Oberflächenschicht CuGa(SSe)₂ aufweisendes CuGaSe₂.
Es gibt zwei repräsentative Herstellungsverfahren für die Lichtabsorptionsschicht 13, nämlich einerseits das Selen/Sulfid Verfahren und andererseits das komplexe Simultandepositionsverfahren.
Bei dem Selen/Sulfid Verfahren werden auf der rückseitigen Kontaktschicht 12 eine Cu, In und Ga enthaltende Schichtstruktur oder eine metallische Schichtenvorstuffe (Cu/In, Cu/Ga, Cu-Ga Legierungen/In, Cu-Ga-In Legierungen und diegleichen) mittels Sputterverfahren oder Aufdampfen oder dergleichen ausgebildet und danach in einer selen- und/oder schwefelhaltigen Atmosphäre durch Hitze behandelt, wodurch für die Lichtabsorptionsschicht 13 Schicht gebildet werden kann.
Weiterhin, beim komplexen Simultandepositionsverfahren werden auf dem Glassubstrat 11, bei dem die auf mehr als 500°C erhitzte rückseitige Kontaktschicht 12 ausgebildet ist, Cu, In, Ga oder Se enthaltende Ausgangsmaterialien in geeigneter Kombination gemischt und gleichzeitig aufgedampft, wodurch für die Lichtabsorptionsschicht 13 Schicht gebildet werden kann.
Die Fensterschicht 15 ist ein n-dotierter, leitender, eine breite Bandlücke aufweisender, transparenter dabei aber auch niederohmiger Zinkoxid Dünnschicht mit einer Schichtdicke von 0,05 bis 2,5 μm.
Diese n-dotierte Fensterschicht 15 dotiert eines der Elemente aus der Gruppe III des Periodensystems, wie zum Beispiel Bor (B), Aluminium (Al) oder Gallium (Ga) oder deren Kombination als Dotiermittel.
Die hochohmige Pufferschicht 14 ist ein transparenter und hochohmiger (mehr als 5 × 10² Ωcm) Zinkoxid Dünnschicht.
Die hochohmige Pufferschicht 14 wird grundsätzlich als nicht-dotierte Schicht (die Ausgangsmaterialien enthalten keine Dotiermittel) gebildet, aber weist durch Autodotierung der Einsatzhaltenden Trägerplatte bei der Schichtbildung oder durch Wärmediffusion des nach dem Arbeitsschritt der Schichtbildung gebildeten transparente leitende, dotierte Schicht eine mit geringen Mengen an Verunreinigungen als Dotiermittel (Bor (B), Aluminium (Al) und Gallium (Ga)) enthaltende Struktur auf.
Die Konzentration dieser Verunreinigungen beträgt für Bor (B) 1 × 10¹⁹ Atome/cm³ oder weniger, für Aluminium (Al) ebenfalls 1 × 10¹⁹ Atome/cm³ oder weniger und für Gallium (Ga) auch 1 × 10¹⁹ Atome/cm³ oder weniger.
Außerdem, bei der hochohmigen Pufferschicht 14 sind Gradienten jeweils in der Bor-, Aluminium- und Galliumkonzentration so aufgebaut, dass sie von der Lichtabsorptionsschicht 13 aus in Richtung auf die Fensterschicht 15 zunehmen. Mit anderen Worten, die Bor-, Aluminium- und Galliumverunreinigungen und dergleichen in der hochohmigen Pufferschicht 14 sind so ausgebildet, dass die Konzentration von der Seite in Kontakt mit der Lichtabsorptionsschicht 13 in Richtung auf die Seite in Kontakt mit der Fensterschicht 15 allmählich zunimmt.
Ferner, die hochohmige Pufferschicht 14 kann als eine mit Schwefel (S) beigemengtem Mischkristallschicht ausgebildet sein. In diesem Fall, indem die Schwefelkonzentration in der Mischkristallschicht in dem Bereich von 0,1 bis 10 mol/% gehalten wird, kann der spezifische Widerstand der hochohmigen Pufferschicht 14 erhöht werden.
Die hochohmige Pufferschicht 14 kann auch eine von der Lichtabsorptionsschicht 13 aus in Richtung auf die Fensterschicht 15 allmählich abnehmendende Schwefelkonzentration aufweisen. Mit anderen Worten, die Schwefelkonzentration der hochohmigen Pufferschicht 14 nimmt von der Seite in Kontakt mit der Lichtabsorptionsschicht 13 in Richtung auf die Seite in Kontakt mit Fensterschicht 15 allmählich ab.
Im Folgenden wird das Verfahren zur Schichtbildung der hochohmigen Pufferschicht 14 der CIS Dünnschichtsolarzelle nach dem vorliegenden Ausführungsbeispiels beschrieben.
Bei der Schichtbildung der hochohmigen Pufferschicht herkömmlicher CIS Dünnschichtsolarzelle wurde wie in 1(b) dargestellt auf dem halbfertigen Solarzellträgermaterial, worauf die metallische rückseitige Kontaktschicht 12 und die Lichtabsorptionsschicht 13 in dieser Reihe nach auf dem Glassubstrat 11 angelegt sind, eine mit dem Flüssigphasenwachstumsverfahren hergestellte CBD Pufferschicht 110 und mit dem MOCVD Verfahren oder dem Sputterverfahren ausgebildete ZnO Pufferschicht 111 angelegt.
Diese CBD Pufferschicht 110 wird aus CdS, ZnS, Zn(O, S, OH)x oder dergleichen gebildet und die Schichtdicke liegt unter ca. 50 nm. Ferner, auch die herkömmliche ZnO Pufferschicht 111 wird als nicht-dotierter Schicht ausgebildet.
Bei der vorliegenden Erfindung wird wie in 1(a) gezeigt genau wie bei dem herkömmlichen Aufbau die Kontrolle von Leckströmen am pn-Übergang dadurch erreicht, die hochohmige Pufferschicht 14 mit dem hohen spezifischen Widerstand zu versorgen.
Bei der vorliegenden Erfindung wird zum Beispieldurch Kontrolle der Substrattemperatur, des Molverhältnisses der Ausgangsmaterialien ([O]/[Zn]), der Konzentration der als Dotierung verwendeten Verunreinigungen (B, Al, Ga) sowie der Schwefelkonzentration bei der Herstellung der hochohmigen Pufferschicht 14 die hochohmige Pufferschicht 14 mit hohem spezifischen Widerstand versorgt.
Weiterhin, indem diese hochohmige Pufferschicht 14 mit dem MOCVD Verfahren angelegt wird, kann der pn-Übergang ausgebildet werden, ohne dabei wie beim Sputterverfahren physikalische Beschädigungen hervorzurufen.
Im Folgenden wird das Herstellungsverfahren nach dem vorliegenden Ausführungsbeispiel im Einzelnen erläutert.
Wie in 2 dargestellt wird die Schichtbildung für die hochohmige Pufferschicht 14 innerhalb einer MOCVD Anlage zur Schichtbildung vorgenommen, bei der mehrere Vorwärmbehandlungen und die Schichtbildungsbehandlung als Inline Bauart angeschlossen sind.
In diesem Zusammenhang zeigt die 2 eine Anlage, bei der auf der die metallische rückseitige Kontaktschicht 12 und die Lichtabsorptionsschicht 13 in dieser Reihe nach auf dem Glassubstrat 11 gebildeten halbfertigen Solarzellträgermaterial A nach dem MOCVD Verfahren kontinuierlich die Schichten für die hochohmige Pufferschicht 14 und die Fensterschicht 15 übereinander geschichtet angelegt werden, wobei diese Anlage aus einem das halbfertige Solarzellträgermaterial A einführenden Substratbeschickungsteil 1, einer Vorwärmkammer 2 zur Vorwärmbehandlung des halbfertigen Solarzellträgermaterials A, einer auf der vorgewärmten halbfertigen Solarzellträgermaterial A eine Schicht für eine hochohmige Pufferschicht 14 bildenden Schichtbildungskammer 3 für hochohmige Pufferschicht, einer und Vakuumtrocken- und Vorwärmkammer 4 zur Trocknung und Vorwärmung des halbfertigen Solarzellträgermaterials A, bei dem für eine hochohmige Pufferschicht Schicht gebildet ist, einer auf der getrockneten und vorgewärmten halbfertigen Solarzellträgermaterial A einen Film für die Fensterschicht 15 bildenden Schichtbildungskammer 5 für Fensterschicht, einer das halbfertige Solarzellträgermaterial A kühlenden Kühlkammer 6, bei dem Schichten für die hochohmige Pufferschicht 14 und die Fensterschicht 15 gebildet sind, und schließlich einem das halbfertige Solarzellträgermaterial A, bei dem Schichten für die hochohmige Pufferschicht 14 und die Fensterschicht 15 gebildet sind, entnehmenden Substratausgangsteil 7 besteht.
Bei der einzelnen Arbeitsgänge bei dieser Anlage wird zunächst das halbfertige Solarzellträgermaterial A, bei dem auf dem Glassubstrat 11 Schichten für die metallische rückseitige Kontaktschicht 12 und die Lichtabsorptionsschicht 13 in dieser Reihe nach gebildet sind, über den Substratbeschickungsteil 1 in die Anlage eingeführt.
Anschließend wird das halbfertige Solarzellträgermaterial A A zur Vorwärmbehandlung in die Vorwärmkammer 2 transportiert und in dem auf einer Heizplatte HP liegenden Zustand mit einem Heizkörper H bis auf eine bestimmte Temperatur vorgewärmt.
Als nächstes wird das halbfertige Solarzellträgermaterial A in die Schichtbildungskammer 3 für hochohmige Pufferschicht transportiert und nach dem MOCVD Verfahren Schicht für die hochohmige Pufferschicht 14 gebildet.
Anschließend wird das halbfertige Solarzellträgermaterial A zur Vakuumtrocken- und Vorwärmkammer 4 transportiert, um dort Vakuumtrocken und Vorwärmen durchzuführen.
Anschließend wird das halbfertige Solarzellträgermaterial A zur Schichtbildungskammer 5 für Fensterschichten transportiert und dort nach dem MOCVD Verfahren für die Fensterschicht 15 eine Schicht bis zu einer vorbestimmten Schichtdicke gebildet.
Anschließend wird das halbfertige Solarzellträgermaterial A zur Kühlkammer 6 transportiert und nach dem Abkühlen aus dem Substratausgangsteil 7 entnommen. Auf diese Weise wird eine CIS Dünnschichtsolarzelle hergestellt, bei dem auf dem Glassubstrat 11 Schichten für die metallische rückseitige Kontaktschicht 12, die Lichtabsorptionsschicht 13, die hochohmige Pufferschicht 14 und die Fensterschicht 15 in dieser Reihe nach gebildet sind.
Bei dem oben genannten Arbeitsschritt zur Schichtbildung für die hochohmige Pufferschicht 14 zunächst in der Vorwärmkammer 2 als Vorraum für die Schichtbildungskammer 3 für hochohmige Pufferschicht ein Ventil V geöffnet und mit Hilfe einer Vakuumpumpe P mit mechanischem Kraftverstärker wird ein Vakuum erzeugt und die Kammer wird bis auf den vorgegebenen Temperaturbereich erhitzt. Unmittelbar nachdem die vorgegebene Temperatur erreicht wird, wird das halbfertige Solarzellträgermaterial A in die im vorgegebenen Temperaturbereich gehaltene Schichtbildungskammer 3 für die hochohmige Pufferschicht transportiert, und Schicht für die hochohmige Pufferschicht wird mit metallorganischen Verbindungen des Zinks Zn und reinem Wasser (H₂O) als Ausgangsmaterialien für die Schichtbildung gebildet.
Hier sind die metallorganischen Verbindungen Zinkdimethyl oder Zinkdiethyl, vorzugsweise Zinkdiethyl (DEZn), die in das Ventil eingefüllt wird, dann mit inerten Gasen wie zum Beispiel Helium, Argonals Trägergas werden Blasen gebildet, die in die Schichtbildungskammer 3 für hochohmige Pufferschichtgeleitet werden.
Weiterhin, zur Schichtbildung für die Fensterschicht 15 wird zunächst in der als Vorraum für die Schichtbildungskammer 5 für Fensterschichten dienenden Vakuumtrocken- und Vorwärmkammer 4 das Ventil V geöffnet und mit Hilfe der Vakuumpumpe P mit mechanischem Kraftverstärker ein Vakuum erzeugt und die Kammer wird bis auf den vorgegebenen Temperaturbereich erhitzt. Unmittelbar nachdem die vorgegebene Temperatur erreicht wird, wird das halbfertige Solarzellträgermaterial A in die im vorgegebenen Temperaturbereich gehaltene Schichtbildungskammer 5 für Fensterschicht transportiert und dann in dieser Schichtbildungskammer 5 für Fensterschichten wird mit Zinkdiethyl (DEZn) und reinem Wasser (H₂O) als Ausgangsmaterialien für die Schichtbildung eine Schicht für die Fensterschicht 15 dadurch gebildet, dass mit inertem Trägergas verdünntes Diborangas in das Rohr für die Ausgangsmaterialien eingefüllt wird, um das Bor aus dem Diboran zu dotieren.
Dieser Arbeitsschritt bei der oben genannten Inline Bauart steht im Zusammenhang mit der in der japanischen Offenlegungsschrift (JP-A) Nr. 2006-332440 (Anmeldung am 7. Dezember 2006) vom gleichen Anmelder wie die in der vorliegenden Anmeldung aufgezeigten Technik, wobei der in der japanischen Offenlegungsschrift (JP-A) Nr. 2006-332440 (Anmeldung am 7. Dezember 2006) offengelegte diesbezügliche Inhalt in dem in der vorliegenden Erfindung aufgezeigten Inhalt enthalten ist.
Weiterhin, 2 zeigt die Inline Schichtbildung der hochohmigen Pufferschicht 14 und der Fensterschicht 15, aber die vorliegende Erfindung ist nicht auf diese Form beschränkt und die Fensterschicht 15 kann auch nach Schichtbildung für die hochohmige Pufferschicht 14 und deren Freilegung gebildet werden.
3 zeigt die Beziehung zwischen der Substrattemperatur und dem spezifischen Widerstand bei der Schichtbildung für die hochohmige Pufferschicht 14.
Wie in 3 dargestellt wird bei der Schichtbildung für die hochohmige Pufferschicht 14 mit dem MOCVD Verfahren das Substrat auf eine Temperatur von 190°C oder mehr erhitzt, so dass ein spezifischer Widerstand der hochohmige Pufferschicht 14 5 × 10² Ωcm oder mehr erhalten werden kann.
Weiterhin, 4(a) zeigt die Beziehung zwischen dem Molverhältnis der Ausgangsmaterialien ([O]/[Zn]) und dem spezifischen Widerstand, während 4(b) die Beziehung zwischen dem Molverhältnis der Ausgangsmaterialien ([O]/[Zn]) und der Schichtbildungsgeschwindigkeit zeigt.
Der in 4 dargestelltee Graph zeigt die Änderungen im spezifischen Widerstand und der Schichtbildungsgeschwindigkeit der hochohmigen Pufferschicht 14 wenn durch Variation des Diethylzink (DEZn) das Molverhältnis ([O]/[Zn]) variiert wird, während der Gasstrom durch das H₂O konstant gehalten wird.
Bei dem in 4(a) gezeigten Graph P1 beträgt die Substrattemperatur 175°C, während im Graph P2 die Substrattemperatur 205°C beträgt. Aus diesen Graphen ist ersichtlich, dass durch die Einstellung des Molverhältnisses der Ausgangsmaterialien ([O]/[Zn]) auf 2 oder mehr bei einer Substrattemperatur von 205°C oder mehr ein spezifischer Widerstand der hochohmigen Pufferschicht 14 von 5 × 10² Ωcm oder mehr erzielt werden kann.
Wenn vorzugsweise die Substrattemperatur 200°C bis 250°C und das Molverhältnis der Ausgangsmaterialien ([O]/[Zn]) 2,5 oder mehr beträgt, kann ein spezifischer Widerstand der hochohmigen Pufferschicht 14 von 1 × 10³ Ωcm oder mehr erzielt werden.
Ferner, wie in 4(b) dargestellt, ist in einem weiten Bereich des Molverhältnisses der Ausgangsmaterialien ([O]/[Zn]) eine Schichtbildungsgeschwindigkeit von 15 nm/Minute gewährleistet, so dass wie im Folgenden noch erläutert die erforderliche Zeit zur Ausbildung einer geeigneten Schichtdicke von 50 bis 300 nm weniger als 20 Minuten beträgt, was zeigt, dass bei einem Vergleich mit dem Flüssigphasenwachstumsverfahren oder dem ALD Verfahren die Produktivität höher ist. Darüber hinaus ist es vorzugsweise auch möglich, die Zeit für die Schichtbildung weniger als 10 Minuten dadurch erhalten werden kann, eine Schichtbildungsgeschwindigkeit von 30 nm/Minute oder mehr zu halten.
Die 5 zeigt die Beziehung zwischen der Dicke der hochohmigen Pufferschicht 14 und dem Wechselwirkungsgrad. Wie in 5 gezeigt, kann bei einer Schichtdicke der hochohmigen Pufferschicht 14 von 20 bis 300 nm ein Wechselwirkungsgrad von 11% oder mehr erzielt werden. In dem noch weiter bevorzugten Bereich von 50 bis 200 nm kann ein Wechselwirkungsgrad von 11,5% oder mehr erzielt werden.
Nach Schichtbildung für die hochohmige Pufferschicht 14 wird mit dem MOCVD Verfahren und dem Sputterverfahren für die Fensterschicht 15 Schicht gebildet.
Im Arbeitsgang der Schichtbildung für die Fensterschicht 15 wird zur Einstellung des spezifischen Widerstands ein Element aus der dritten Gruppe des Periodensystems, wie zum Beispiel Bor (B), Aluminium (Al), Indium (In) oder Gallium (Ga) oder auch eine Kombination dieser Elemente als Dotiermittel verwendet.
Beim MOCVD Verfahren werden als Dotiermittel zur Einstellung des vorgenannten spezifischen Widerstands als hydrogenierte oder metallorganische Verbindungen hergestellte Gas oder flüchtigen (beziehungsweise mit hohem Dampfdruck). Flüssigkeiten verwendet, die dann jeweils mit Helium, Argon oder dergleichen inerten Gasen verdünnt und dann durch Mischung mit den Produktionsmaterialien tragenden Trägergasen dem Schichtbildungsschritt für die Fensterschicht (innerhalb der MOCVD Anlage) zugeführt.
Beim Sputterverfahren wird Schicht gebildet, indem die Zielsubstanz durch vorheriges Mischen mit dem Dotiermittel von der gewünschten Konzentration verwendet wird. Außerdem können wie beim MOCVD Verfahren hydrogenierte oder metallorganische Verbindungen mit Helium, Argon oder dergleichen inerten Gasen verdünnt und durch Mischung mit den Produktionsmaterialien tragenden Trägergasen vorgelegt.
Bei der Schichtbildung für die Fensterschicht 15 mit dem MOCVD Verfahren wird in einem dem Arbeitsschritt zur Fensterschicht Schichtbildung vorhergehenden Arbeitsschritt der Vorwärmung das Substrat im Vakuum bis auf einen Temperaturbereich von 140 bis 250°C, vorzugsweise 160 bis 190°C, erhitzt und unmittelbar nach Erreichen dieses Temperaturbereiches zum Arbeitsschritt der Schichtbildung für die Fensterschicht unter Einhaltung des Temperaturbereiches von 160 bis 190°C überführt, wo dann im Arbeitsschritt der Schichtbildung für die Fensterschicht Diborangas, das Diethylzink und reines Wasser als Ausgangsmaterialien für die Schichtbildung gemeinsam mit inertem Gas bis auf eine Konzentration von 1 bis 5 Vol% verdünnt ist, in die Rohrleitungen für Ausgangsmaterialien gefüllt, wo dann das Bor aus dem Diboran dotiert wird, so dass eine niedrigohmigen transplarente leitende ZnO Schicht gebildet wird, die einen Schichtwiderstand von 10 Ω/oder weniger, eine Durchlässigkeit von 85% oder mehr und eine Schichtdicke in dem Bereich von 0,5 bis 2,5 μm, vorzugsweise eine Schichtdicke von 1 bis 1,5 μm hat. Dieser Widerstandswert für die Schicht ist ein Richtwert, der so gewählt wurde, dass beim Aufbau der integrierte Struktur die Widerstände der Reihenschaltung keinen Einfluss ausüben, und bei Ausbildung eines gesonderten Anschlusses auf der Fensterschicht 15 bereitet auch ein Widerstand von 100 Ω/keine Probleme und in diesem Fall beträgt die Schichtdicke ca. 0,05 μm.
Hier wird die Schichtbildung für die Fensterschicht 15 bei einer niedrigeren Temperatur durchgeführt als die Substrattemperatur bei der Schichtbildung für die hochohmigen Pufferschicht 14. Mit anderen Worten, bei der Schichtbildung für die hochohmigen Pufferschicht 14 ist die Substrattemperatur höher als die Substrattemperatur bei der Schichtbildung für die Fensterschicht 15. Durch diese Art der Regulierung der Temperatur kann erreicht werden, dass die in die hochohmige Pufferschicht 14 diffundierende Borkonzentration 1 × 10¹⁹ Atome/cm³ oder weniger wird, die Aluminiumkonzentration 1 × 10¹⁹ Atome/cm³ oder weniger wird, und die Galliumkonzentration 1 × 10¹⁹ Atome/cm³ oder weniger wird.
Weiterhin, bei der Schichtbildung für die Fensterschicht 15 wird die Schichtbildung bei einem geringeren Flussrate als das Molverhältnis der Ausgangsmaterialien ([O]/[Zn]) bei der Schichtbildung für die hochohmige Pufferschicht 14. Mit anderen Worten, das Molverhältnis der Ausgangsmaterialien ([O]/[Zn]) bei der Schichtbildung für die hochohmigen Pufferschicht 14 wird größer gewählt als das Molverhältnis der Ausgangsmaterialien ([O]/[Zn]) bei der Schichtbildung für die Fensterschicht 15. Durch diese Art der Regulierung des Molverhältnisses der Ausgangsmaterialien ([O]/[Zn]) kann erreicht werden, dass die in die hochohmige Pufferschicht 14 diffundierende Borkonzentration 1 × 10¹⁹ Atome/cm³ oder weniger wird, die Aluminiumkonzentration 1 × 10¹⁹ Atome/cm³ oder weniger wird, und die Galliumkonzentration ebenfalls 1 × 10¹⁹ Atome/cm³ oder weniger wird.
Im Folgenden wird ein Beispiel der integrierten Struktur entsprechend der oben beschriebenen Schichtbildung für die hochohmige Pufferschicht erläutert. 6 zeigt ein Beispiel einer herkömmlichen integrierten Struktur, während 7 und 8 die integrierte Struktur nach der vorliegenden Erfindung zeigen.
auf dem Subtrat 11 mit der in 6 dargestellten herkömmlichen integrierten Struktur ist ein Muster einer rückseitige Kontaktschicht 12 ausgebildet und darauf werden dann Schichten für die Lichtabsorptionsschicht 13 sowie die CBD Pufferschicht 110 gebildet, wobei mit einer mechanischen Ritzvorrichtung oder einer Laserritzvorrichtung ein Muster 2 gebildet und darauf mit dem MOCVD Verfahren Schicht für die ZnO Pufferschicht 111 gebildet wird.
Nach dem Anfertigen des Musters 2 wird, da Schicht für die ZnO Pufferschicht 111 bereits gebildet worden ist, kommt in dem Bereich des Musters 2 die Fensterschicht 15 über die ZnO Pufferschicht 111 in Kontakt mit der rückseitigen Kontaktschicht 12, wodurch es dann in diesem hochohmigen Bereich zu Widerstandsverlusten bei der Stromsammlung kommt.
7 zeigt die integrierten Struktur nach der vorliegenden Erfindung, wobei zunächst auf dem Substrat 11 die rückseitige Kontaktschicht 12 gebildet wird und dann mit einer Laserritzvorrichtung die rückseitigen Kontaktschicht 12 nach dem vorherbestimmten Muster (Muster 1) gebildet und auf dieser rückseitigen Kontaktschicht 12 Schicht für die Lichtabsorptionschicht 13 gebildet wird.
Anschließend wird auf den Bedingungen für das oben beschriebene Ausführungsbeispiel basierend mit dem MOCVD Verfahren auf der Lichtabsorptionsschicht 13 Schicht für die hochohmige Pufferschicht 14 gebildet.
In dem Zustand, in dem Schicht für diese hochohmige Pufferschicht 14 gebildet ist, wird dann mit einer mechanischen Ritzvorrichtung oder einer Laserritzvorrichtung das Muster 2 gebildet.
In dem Zustand, in dem Schicht für das Muster 2 fertig gebildet ist, wird dann mittels MOCVD Verfahren oder Sputterverfahren Schicht für die Fensterschicht 15 gebildet.
In dem gemusterten Abschnitt beträgt unter den jeweiligen Bedingungen in dem Bereich, in dem die Fensterschicht 15 und die rückseitige Kontaktschicht 12 in Kontakt stehen, die Borkonzentration 1 × 10²⁰ Atome/cm³ oder mehr, die Alluminiumkonzentration mehr als 1 × 10²⁰ Atome/cm³ oder mehr, und die Galliumkonzentration 1 × 10²⁰ Atome/cm³ oder mehr.
Abschließend wird mit einer mechanischen Ritzvorrichtung oder einer Laserritzvorrichtung das Muster 3 gebildet.
Weiterhin, 9 zeigt die Beziehung zwischen der Schichtdicke der hochohmigen Pufferschicht 14 und dem Wechselwirkungsgrad. Q1 in 9 repräsentiert den Wechselwirkungsgrad bei einer herkömmlichen integrierten Struktur, während Q2 den Wechselwirkungsgrad nach dem vorliegenden Ausführungsbeispiel darstellt. Wie in 9 gezeigt, wenn der Wechselwirkungsgrad der hochohmigen Pufferschicht 14 größer als 300 nm wird, nimmt die Schichtdicke der Wechselwirkungsgrad für herkömmliche integrierte Struktur von 6 extrem stark ab.
Andererseits, bei der in 7 gezeigten integerierte Struktur nach der vorliegende Erfindung gibt es hier die Wirkung, dass der Wechselwirkungsgrad auch bei einer Schichtdicke von 300 nm oder mehr nicht extrem abnimmt.
Bei der integrierten Struktur nach der vorliegenden Erfindung wird nach Ausbildung der hochohmigen Pufferschicht 14 und Oberflächenstrukturierung für das Muster 2 durchgeführt, so dass der direkte Kontakt zwischen der Fensterschicht 15 und der rückseitigen Kontaktschicht 2 hergestellt werden kann. Auf diese Weise wird erreicht, dass der bei Kontakt der herkömmlichen Fensterschicht 15 über die ZnO Pufferschicht 111 mit dem rückseitigen Kontaktschichten 12 auftretende Widerstandsverlust bei der Stromsammlung vermieden werden können.
Weiterhin, indem die Konzentration der Verunreinigungen der Dotierung der Fensterschicht in diesem Kontaktbereich größer als ein bestimmter Wert gewählt wird, kann der Kontaktwiderstand ausreichend weit gesenkt werden.
8 zeigt die integrierte Struktur nach der vorliegenden Erfindung, wobei zunächst auf dem Substrat 11 die rückseitige Kontaktschicht 12 gebildet wird, dann mit einer Laserritzvorrichtung die rückseitige Kontaktschicht 12 nach dem vorbestimmten Muster (Muster 1) gebildet wird, und auf dieser rückseitigen Kontaktschicht 12 Schicht für die Lichtabsorptionschicht 13 gebildet wird.
Zu dem Zeitpunkt, dass Schicht für diese Lichtabsorptionsschicht 13 gebildet wird, wird dann mit einer mechanischen Ritzvorrichtung oder einer Laserritzvorrichtung das Muster 2 gebildet.
In dem Zustand, in dem dieses Muster 2 fertig ausgebildet ist, wird unter den oben beschriebenen Bedingungen mit dem MOCVD Verfahren auf der Lichtabsorptionsschicht 13 Schicht für die hochohmige Pufferschicht 14 gebildet. Weiterhin wird dann mit dem MOCVD Verfahren oder dem Sputterverfahren Schicht für die Fensterschicht 15 gebildet.
Abschließend wird mit einer mechanischen Ritzvorrichtung oder einer Laserritzvorrichtung das Muster 3 gebildet.
Da beim Schichtaufbau nach der vorliegenden Erfindung nach Ausbildung des Musters 2 die hochohmige Pufferschicht 14 gebildet wird, erhält der Musterbildende Teil die gleiche Struktur wie bei der herkömmlichen Strukturen erhalten. Dieser hochohmige Bereich führt zwar zu Widerstandsverlusten, aber indem der spezifische Widerstand und die Schichtdicke der hochohmige Pufferschicht 14 in einem vorgegebenen Bereich gehalten werden, können diese Verluste so gering gehalten werden, dass es kein Problem mehr darstellt. Mit anderen Worten, das Produkt aus dem spezifischen Widerstand und der Schichtdicke in dem Bereich von 1 × 10^–3 bis 1 × 10^–1 Ωcm² liegt.
Weiterhin, 10 zeigt die Beziehung zwischen dem Produkt aus dem spezifischen Widerstand und der Schichtdicke der hochohmigen Pufferschicht 14 und dem Wechselwirkungsgrad. Wenn das Produkt aus dem spezifischen Widerstand und der Schichtdicke größer wird als 1 × 10^–1 Ωcm² kommt es zu Widerstandsverlusten, so dass der Wechselwirkungsgrad abnimmt. Andererseits, bei einem kleineren Wert als 1 × 10^–3 Ωcm² können Lecks am pn-Übergang nicht ausreichend kontrolliert werden, so dass es zu einem Absinken des Wechselwirkungsgrades kommt. Mehr bevorzugt liegt der Bereich von 5 × 10^–3 bis 5 × 10^–2 Ωcm².
Außerdem, in dem Kontaktbereich des Musters 2, das heißt zwischen der rückseitigen Kontaktschicht 12 und der hochohmigen Pufferschicht 14 oder zwischen der rückseitigen Kontaktschicht 12 und der Fensterschicht 15 wird durch die bei der Schichtbildung für die lichtabsorbierende Schicht auftretende Reaktion mit Selen und/oder Schwefel gebildete MoSe₂ Schicht oder dergleichen vorgegeben, so dass dieses bei Bildung des Musters 2 mit Hilfe einer mechanischen Ritzvorrichtung als Festschmiermittel dienen kann.
Kurze Erläuterung der Figuren
[1] (a) Schichtstruktur von CIS Dünnschichtsolarzelle nach dem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. (b) Eine Schichtstruktur herkömmlicher CIS Dünnschichtsolarzelle.
[2] Schematische Darstellung der Arbeitsschritte zur Schichtbildung für eine Pufferschicht und eine Fensterschicht.
[3] Graph für die Beziehung zwischen einer Substrattemperatur und einem spezifischen Widerstand.
[4] (a) Graph für die Beziehung zwischen dem Molverhältnis ([O]/[Zn]) von Ausgangsmaterialien und dem spezifischen Widerstand. (b) Ein Graph für die Beziehung zwischen dem Molverhältnis ([O]/[Zn]) von Ausgangsmaterialien und der Schichtbildungsgeschwindigkeit.
[5] Graph für die Beziehung zwischen einer Schichtdicke der Pufferschicht und einem Wechselwirkungsgrad.
[6] Herkömmliche Schichtstruktur.
[7] Ein Beispiel der Schichtstruktur nach der vorliegenden Erfindung.
[8] Ein Beispiel der Schichtstruktur nach der vorliegenden Erfindung.
[9] Graph für die Beziehung zwischen der Schichtdicke und dem Wechselwirkungsgrad.
[10] Graph für die Beziehung zwischen dem Produkt aus dem spezifischen Widerstand und der Schichtdicke und dem Wechselwirkungsgrad.

1: Substratbeschickungsteil
2: Vorwärmkammer
3: Schichtbildungskammer für hochohmige Pufferschicht
4: Vakuumtrocken- und Vorwärmkammer
5: Schichtbildungskammer für Fensterschichten
6: Kühlkammer
7: Substratausgangsteil
A: halbfertiges Solarzellträgermaterial
H: Heizkörper
HP: Heizplatte
P: Vakuumpumpe mit mechanischem Kraftverstärker
V: Ventil
11: Glassubstrat
12: rückseitige Kontaktschicht
13: Lichtabsorptionsschicht
14: hochohmige Pufferschicht
15: Fensterschicht
110: CBD Pufferschicht
111: ZnO Pufferschicht

Zusammenfassung:
[Probleme]
Die vorliegende Erfindung hat eine Aufgabe, eine hohe Produktionseffizienz bei der Herstellung von CIS Dünnschichtsolarzellen sowie ein Herstellungsverfahren anzubieten, bei welcher deren hochohmigen Pufferschichten in einer Reihe von Fertigungsstraßen ermöglicht werden, wobei auch die Entsorgung von Ablösungen und dergleichen überflüssig ist.
[Mittel zum Lösen der Probleme]
Bei den CIS Dünnschichtsolarzellen mit Schichtstruktur werden eine rückseitige Kontaktschicht, eine p-dotierte CIS Lichtabsorptionsschicht, eine hochohmige Pufferschicht und eine n-dotierte transparente, leitende Schicht in dieser Reihe übereinander geschichtet sind, ist dadurch gekennzeichnet, dass die hochohmige Pufferschicht und die n-dotierte transparente, leitende Schicht aus einer aus Zinkoxid bestehenden Dünnschicht bestehen, dass die hochohmige Pufferschicht in direktem Kontakt mit der oben der p-dotierten CIS Lichtabsorptionsschicht in steht, und dass die hochohmige Pufferschicht einen spezifischen Widerstand von 500 Ω/cm oder mehr aufweist.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- US 4611091 [0002, 0004, 0009]
- JP 3249342 [0003, 0005, 0009]
- JP 2006-332440 A [0009, 0010]
- JP 2006-332440 [0082, 0082]

Claims

Schichtstruktur einer CIS Dünnschichtsolarzelle, bei welcher eine rückseitige Kontaktschicht, eine p-dotierte CIS Lichtabsorptionsschicht, eine hochohmige Pufferschicht und eine n-dotierte transparente, leitende Schicht in dieser Reihe nach übereinander geschichtet sind, dadurch gekennzeichnet, dass die hochohmige Pufferschicht und die n-dotierte transparente, leitende Schicht aus einer Zinkoxid bestehenden Dünnschicht bestehen, dass die hochohmige Pufferschicht in direktem Kontakt mit der p-dotierten CIS Lichtabsorptionsschicht steht, und dass die hochohmige Pufferschicht einen spezifischen Widerstand von 500 Ωcm oder mehr aufweist.
Schichtstruktur einer CIS Dünnschichtsolarzelle, bei welcher eine rückseitige Kontaktschicht, eine p-dotierte CIS Lichtabsorptionsschicht, eine hochohmige Pufferschicht und eine n-dotierte transparente, leitende Schicht in dieser Reihe nach übereinander geschichtet sind, dadurch gekennzeichnet, dass die hochohmige Pufferschicht und die n-dotierte transparente, leitende Schicht aus einer aus Zinkoxid bestehenden Dünnschicht bestehen, dass die hochohmige Pufferschicht in direktem Kontakt mit der p-dotierten CIS Lichtabsorptionsschicht steht, und dass die hochohmige Pufferschicht eine Borkonzentration von 1 × 10¹⁹ Atome/cm³ oder weniger aufweist.
Schichtstruktur einer CIS Dünnschichtsolarzelle, bei welcher eine rückseitige Kontaktschicht, eine p-dotierte CIS Lichtabsorptionsschicht, eine hochohmige Pufferschicht und eine n-dotierte transparente, elektrisch leitende Schicht in dieser Reihe nach übereinander geschichtet sind, die hochohmige Pufferschicht und die n-dotierte transparente, leitende Schicht aus einer aus Zinkoxid bestehenden Dünnschicht bestehen, dadurch gekennzeichnet, dass die hochohmige Pufferschicht in direktem Kontakt mit der p-dotierten CIS Lichtabsorptionsschicht steht und gleichzeitig von der p-dotierten CIS Lichtabsorptionsschicht aus in Richtung auf die transparente, leitende Schicht hin ein zunehmender Gradient der Borkonzentration vorliegt.
Schichtstruktur einer CIS Dünnschichtsolarzelle, bei welcher eine rückseitige Kontaktschicht, eine p-dotierte CIS Lichtabsorptionsschicht, eine hochohmige Pufferschicht und eine n-dotierte transparente, leitende Schicht in dieser Reihe nach übereinander geschichtet sind, dadurch gekennzeichnet, dass die hochohmige Pufferschicht und die n-dotierte transparente, leitende Schicht aus einer aus Zinkoxid bestehenden Dünnchicht bestehen, dass die hochohmige Pufferschicht in direktem Kontakt mit der p-dotierten CIS Lichtabsorptionsschicht steht und gleichzeitig von der p-dotierten CIS Lichtabsorptionsschicht aus in Richtung auf die transparente, leitende Schicht hin ein abnehmender Gradient der Schwefelkonzentration vorliegt.
Schichtstruktur einer CIS Dünnschichtsolarzelle, bei welcher eine rückseitige Kontaktschicht, eine p-dotierte CIS Lichtabsorptionsschicht, eine hochohmige Pufferschicht und eine n-dotierte transparente, leitende Schicht in dieser Reihe nach übereinander geschichtet sind, dadurch gekennzeichnet, dass die hochohmige Pufferschicht und die n-dotierte transparente, leitende Schicht aus einer aus Zinkoxid bestehenden Dünnschicht bestehen, dass die hochohmige Pufferschicht in direktem Kontakt mit der p-dotierten CIS Lichtabsorptionsschicht steht und gleichzeitig von der p-dotierten CIS Lichtabsorptionsschicht aus in Richtung auf die transparente, leitende Schicht hin einzunehmender Gradient der Aluminiumkonzentration vorliegt.
Schichtstruktur einer CIS Dünnschichtsolarzelle, bei welcher eine rückseitige Kontaktschicht, eine p-dotierte CIS Lichtabsorptionsschicht, eine hochohmige Pufferschicht und eine n-dotierte transparente, elektrisch leitfähige Schicht in dieser Reihe nach übereinander geschichtet sind, dadurch gekennzeichnet, dass die hochohmige Pufferschicht und die n-dotierte transparente, leitende Schicht aus einer aus Zinkoxid bestehenden Dünnschicht bestehen, dass die hochohmige Pufferschicht in direktem Kontakt mit der p-dotierten CIS Lichtabsorptionsschicht steht und gleichzeitig von der p-dotierten CIS Lichtabsorptionsschicht aus in Richtung auf die transparente, elektrisch leitfähige Schicht hin ein zunehmender Gradient der Galliumkonzentration vorliegt.
Schichtstruktur einer CIS Dünnschichtsolarzelle nach einem der Ansprüche 1 bis 6, bei welcher eine Schichtdicke der hochohmigen Pufferschicht 20 nm bis 300 nm beträgt.
Schichtstruktur einer CIS Dünnschichtsolarzelle nach einem der Ansprüche 1 bis 6, bei welcher im Kontaktbereich mit der p-dotierten CIS Lichtabsorptionsschicht die Schwefelkonzentration der hochohmigen Pufferschicht 0,1 bis 10 mol% beträgt.
Schichtstruktur einer CIS Dünnschichtsolarzelle nach einem der Ansprüche 1 bis 6, bei welcher die n-dotierte transparente, leitende Schicht eine borhaltige Zinkoxidschicht ist.
Schichtstruktur einer CIS Dünnschichtsolarzelle nach einem der Ansprüche 1 bis 6, bei welcher die hochohmige Pufferschicht eine Aluminiumkonzentration von 1 × 10¹⁹ Atome/cm³ oder weniger aufweist.
Schichtstruktur einer CIS Dünnschichtsolarzelle nach einem der Ansprüche 1 bis 6, bei welcher die hochohmige Pufferschicht eine Galliumkonzentration von 1 × 10¹⁹ Atome/cm³ oder weniger aufweist.
Schichtstruktur einer CIS Dünnschichtsolarzelle nach den Ansprüchen 1 bis 6, bei welcher die hochohmige Pufferschicht mit dem MOCVD Verfahren gebildet ist.
Integrierte Struktur einer CIS Dünnschichtsolarzelle, welche durch die Schichtstruktur nach den Ansprüchen 1 bis 6 geschichtet ist, dadurch gekennzeichnet, dass in einem musterbildenden Teil, bei dem die p-dotierte CIS Lichtabsorptionsschicht gesondert ist, der rückseitige Kontakt und die n-dotierte transparente, leitende Schicht miteinander verbunden sind.
Integrierte Struktur einer CIS Dünnschichtsolarzelle, welche durch die Schichtstruktur nach den Ansprüchen 1 bis 6 geschichtet ist, dadurch gekennzeichnet, dass in einem musterbildenden Teil, bei dem die p-dotierte CIS Lichtabsorptionsschicht gesondert ist, der rückseitige Kontakt und die n-dotierte transparente, leitende Schicht über die hochohmige Pufferschicht miteinander direkt verbunden sind, und dass das Produkt eines spezifischen Widerstands und einer Schichtdicke der hochohmigen Pufferschicht 1 × 10^–3 bis 1 × 10^–1 Ωcm² beträgt.
Integrierte Struktur einer CIS Dünnschichtsolarzelle, welche durch die Schichtstruktur nach den Ansprüchen 1 bis 6 geschichtet ist, dadurch gekennzeichnet, dass in einem musterbildenden Teil, bei dem die p-dotierte CIS Lichtabsorptionsschicht gesondert ist, der rückseitige Kontakt und die n-dotierte transparente, leitende Schicht direkt verbunden sind, und dass zwischen dem rückseitigen Kontakt und der n-dotierten transparenten, leitenden Schicht beziehungsweise zwischen dem rückseitigen Kontakt und der hochohmigen Pufferschicht eine durch Reaktion der rückseitigen Kontaktschicht mit Selen und/oder Schwefel gebildete Schicht vorhanden ist.
Integrierte Struktur einer CIS Dünnschichtsolarzelle, welche durch die Schichtstruktur nach den Ansprüchen 1 bis 6 geschichtet ist, dadurch gekennzeichnet, dass in einem musterbildenden Teil, bei dem die p-dotierte CIS Lichtabsorptionsschicht gesondert ist, und dass der rückseitige Kontakt und die n-dotierte transparente, leitende Schicht über die hochohmige Pufferschicht verbunden sind, dass das Produkt eines spezifischen Widerstands und einer Schichtdicke der hochohmige Pufferschicht 1 × 10^–3 bis 1 × 10^–1 Ωcm² beträgt, und dass zwischen dem rückseitigen Kontakt und der n-dotierten transparenten, leitenden Schicht, beziehungsweise dem rückseitigen Kontakt und der hochohmigen Pufferschicht eine durch Reaktion der rückseitigen Kontaktschicht mit Selen und/oder Schwefel gebildete Schicht vorhanden sein kann.
Integrierte Struktur der CIS Dünnschichtsolarzelle, welche durch die Schichtstruktur nach den Ansprüchen 1 bis 6 geschichtet ist, dadurch gekennzeichnet, dass in einem musterbildenden Teil, bei dem die p-dotierte CIS Lichtabsorptionsschicht gesondert ist, und dass der rückseitige Kontakt und die n-dotierte transparente, leitende Schicht direkt verbunden sind, und dass in einem mit dem rückseitigen Kontakt verbundenen Bereich die Borkonzentration der n-dotierten transparenten, leitenden Schicht 1 × 10²⁰ Atome/cm³ oder mehr beträgt.
Integrierte Struktur einer CIS Dünnschichtsolarzelle, welche durch die Schichtstruktur nach den Ansprüchen 1 bis 6 geschichtet ist, dadurch gekennzeichnet, dass in einem musterbildenden Teil, bei dem die p-dotierte CIS Lichtabsorptionsschicht gesondert ist, und der rückseitige Kontakt und die n-dotierte transparente, leitende Schicht über die hochohmige Pufferschicht verbunden sind, dass das Produkt eines spezifischen Widerstands und einer Schichtdicke der hochohmige Pufferschicht 1 × 10^–3 bis 1 × 10^–1 Ωcm² beträgt, und dass die Borkonzentration der n-dotierten transparenten, leitenden Schicht in einem mit dem rückseitigen Kontakt verbundenen Bereich 1 × 10²⁰ Atome/cm³ oder mehr beträgt.
Integrierte Struktur einer CIS Dünnschichtsolarzelle, welche durch die Schichtstruktur nach den Ansprüchen 1 bis 6 geschichtet ist, dadurch gekennzeichnet, dass in einem musterbildenden Teil, bei dem die p-dotierte CIS Lichtabsorptionsschicht gesondert ist, dass der rückseitige Kontakt und die n-dotierte transparente, leitende Schicht direkt verbunden sind, dass die Aluminiumkonzentration der n-dotierten transparenten, leitenden Schicht in einem mit dem rückseitigen Kontakt verbundenen Bereich 1 × 10²⁰ Atome/cm³ oder mehr beträgt.
Integrierte Struktur einer CIS Dünnschichtsolarzelle, welche durch die Schichtstruktur nach den Ansprüchen 1 bis 6 geschichtet ist, dadurch gekennzeichnet, dass in einem musterbildenden Teil, bei dem die p-dotierte CIS Lichtabsorptionsschicht gesondert ist, und dass der rückseitige Kontakt und die n-dotierte transparente, leitende Schicht über die hochohmige Pufferschicht miteinander verbunden sind, dass das Produkt eines spezifischen Widerstands und einer Schichtdicke der hochohmigen Pufferschicht 1 × 10^–3 bis 1 × 10^–1 Ωcm² beträgt, und dass die Aluminiumkonzentration der n-dotierten transparenten, leitenden Schicht in einem mit dem rückseitigen Kontakt verbundenen Bereich 1 × 10²⁰ Atome/cm³ oder mehr beträgt.
Integrierte Struktur einer CIS Dünnschichtsolarzelle, welche durch die Schichtstruktur nach den Ansprüchen 1 bis 6 geschichtet ist, dadurch gekennzeichnet, dass in einem musterbildenden Teil, bei dem die p-dotierte CIS Lichtabsorptionsschicht gesondert ist, dass der rückseitige Kontakt und die n-dotierte transparente, leitende Schicht direkt miteinander verbunden sind, und dass die Galliumkonzentration der n-dotierten transparenten, leitenden Schicht in einem mit dem rückseitigen Kontakt verbundenen Bereich 1 × 10²⁰ Atome/cm³ oder mehr beträgt.
Integrierte Struktur einer CIS Dünnschichtsolarzelle, welche durch die Schichtstruktur nach den Ansprüchen 1 bis 6 geschichtet ist, dadurch gekennzeichnet, dass in einem musterbildenden Teil, bei dem die p-dotierte CIS Lichtabsorptionsschicht gesondert ist, dass der rückseitige Kontakt und die n-dotierte transparente, leitende Schicht über die hochohmige Pufferschicht verbunden sind, und dass das Produkt eines spezifischen Widerstands und einer Schichtdicke der hochohmigen Pufferschicht 1 × 10^–3 bis 1 × 10^–1 Ωcm² beträgt, und dass die Galliumkonzentration der n-dotierten transparenten, leitenden Schicht in einem mit dem rückseitigen Kontakt verbundenen Bereich 1 × 10²⁰ Atome/cm³ oder mehr beträgt.
Herstellungsverfahren für eine CIS Dünnschichtsolarzelle, dadurch gekennzeichnet, dass das Herstellungsverfahren einen Arbeitsschritt zum Anlegen eines rückseitigen Kontaktes auf einem Substrat, einen Arbeitsschritt zur Schichtbildung für eine p-dotierte CIS Lichtabsorptionsschicht auf einem rückseitigen Kontakt, einen Arbeitsschritt zur direkten Schichtbildung für eine aus Zinkoxid bestehende hochohmige Pufferschicht auf der p-dotierten CIS Lichtabsorptionsschicht, und einen Arbeitschritt zur Schichtbildung für eine aus Zinkoxid bestehende n-dotierte transparente, leitende Schicht auf der hochohmigen Pufferschicht umfasst, und dass der Arbeitsschritt zur Schichtbildung für die hochohmige Pufferschicht nach dem MOCVD Verfahren durchgeführt wird, und dass die Substrattemperatur beim Herstellungsschritt zur Schichtbildung für die hochohmige Pufferschicht höher ist als die Substrattemperatur bei der Schichtbildung für die n-dotierte transparente, leitende Schicht.
Herstellungsverfahren für eine CIS Dünnschichtsolarzelle nach Anspruch 23, bei welcher die Substrattemperatur bei der Schichtbildung für die Pufferschicht 190 bis 300°C oder höher ist.
Herstellungsverfahren für eine CIS Dünnschichtsolarzelle nach Anspruch 23, bei welcher die n-dotierte transparente, leitende Schicht nach dem MOCVD Verfahren gebildet wird.
Herstellungsverfahren für eine CIS Dünnschichtsolarzelle, dadurch gekennzeichnet, dass das Herstellungsverfahren einen Arbeitsschritt zum Anlegen eines rückseitigen Kontakts auf einem Substrat, einen Arbeitsschritt zur Schichtbildung für eine p-dotierte CIS Lichtabsorptionsschicht auf einem rückseitigen Kontakt, einen Arbeitsschritt zur direkten Schichtbildung für eine aus Zinkoxid bestehende Pufferschicht auf der p-dotierten CIS Lichtabsorptionsschicht, und einen Arbeitschritt zur Schichtbildung für eine aus Zinkoxid bestehende n-dotierte transparente, leitende Schicht auf der Pufferschicht umfasst, und dass der Arbeitsschritt zur Schichtbildung für die Pufferschicht und die n-dotierte transparente, leitende Schicht nach dem MOCVD Verfahren durchgeführt wird, und dass das Molverhältnis der Ausgangsmaterialien ([O]/[Zn]) im Arbeitsschritt zur Schichtbildung für die hochohmige Pufferschicht höher ist als das Molverhältnis der Ausgangsmaterialien ([O]/[Zn]) im Arbeitsschritt zur Schichtbildung für die n-dotierte transparente, leitende Schicht.
Herstellungsverfahren für eine CIS Dünnschichtsolarzelle nach Anspruch 26, bei welcher das Molverhältnis der Ausgangsmaterialien ([O]/[Zn]) im Arbeitsschritt zur Bildung für die Pufferschicht 2 oder größer ist.
Herstellungsverfahren für eine CIS Dünnschichtsolarzelle nach Anspruch 23, bei welcher die Geschwindigkeit der Schichtbildung für die Pufferschicht 15 nm/Minute oder mehr beträgt.