WO2010072462A1 - Photovoltaic element - Google Patents
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Definitions
- the invention relates to a photovoltaic element with a transparency region.
- Such transparency regions are suitable for being arranged on a rear side of the photovoltaic element facing away from the light incidence side between a photovoltaically active region and a reflective layer.
- the transparency region serves to improve the reflection properties of the reflective layer.
- the photovoltaic element may in particular be a solar cell.
- the transparency region can also be designed to remove currents generated in an active region of the photovoltaic element by charge carrier separation.
- the reflective layer is then formed as a contact layer.
- so-called transparent conductive oxides (TCO), for example zinc oxide (ZnO) are used as the base material for such transparency regions.
- TCO transparent conductive oxides
- ZnO zinc oxide
- the contact layer is preferably in the form of a full-area metallization in order to collect and forward the current removed by means of the transparency region This metallization regularly includes aluminum.
- the transparency region is doped to have a high conductivity.
- the entire range of transparency arranged between the active region and the metallization is highly doped, in the case of ZnO, for example, by means of aluminum doping.
- the doping of the entire transparency range results in that incident light is absorbed in the start transparency region. This decreases the transparency of the transparency region and the efficiency of the photovoltaic element is reduced.
- the invention is based on the recognition that the specific conductivity need not be increased in the entire transparency range, since the current flows substantially perpendicular to a transition surface between the active region and the transparency region. Therefore, it is sufficient to establish an optimum electrical connection between these two areas when the doping is concentrated on the intermediate area.
- a high lateral conductivity or transverse conductivity and good contact properties of the transparent layer are achieved in combination by high doping and thus sacrifice good transparency.
- the invention it is possible to maintain the good contact properties. However, this sacrifices the transverse conductivity of the transparency layer in favor of good transparency.
- the intermediate region has an increased doping and thereby an electrical contact between the active region and the
- the transparency region is doped lower to reduce absorption of the incident light due to the doping.
- incident light not only the visible spectrum is meant here. Rather, in particular, infrared light, for example in the wavelength range of 900 to 1200 nm, be of great importance.
- silicon has a low absorption, so that the incident radiation penetrates to the back of the photovoltaic element and must be reflected there. Especially at Infrared light, the absorption is greatly affected by the doping.
- the property "transparent" refers to materials that transmit at least a substantial portion of the light from a wavelength range suitable for the photovoltaic element.
- the intermediate region and / or the transparency region have a transparency for optical and / or infrared light of at least about 70%, 80%, 85%, 90% or 95%.
- these transparency values are measured at wavelengths of the incident light arranged in the spectral range usable for silicon.
- the above transparency values are for incident light of about 500 nm or 600 nm wavelength.
- dopants with which the intermediate region and the transparency region are doped may differ here. Furthermore, multiple dopants may be used in one of the regions or in both regions.
- dopant refers to that material in the transparency region or in the intermediate region which does not form the essential part of the respective region. However, the dopant influences the conductivity of the region by its presence.
- this is a heterojunction.
- This may be formed, for example, as a pip + -transition, with a p-doped crystalline region, an intrinsic amorphous surface for surface passivation and a p + -doped amorphous region.
- This is therefore a heterojunction with intrinsic thin film or HIT
- the photovoltaic element is produced by forming the active region, the intermediate region, the transparency region and optionally the heterojunction on a substrate.
- One possible method of manufacturing the photovoltaic element comprises sputtering a plurality of layers of different targets onto a substrate on which an active region is formed.
- other deposition methods can be used, for example a chemical and / or physical deposition from the gas phase (CVD - "chemical vapor deposition", PVD - "physical vapor deposition”).
- the intermediate region is formed from a same base material as the transparency region.
- the intermediate region base material and the transparency region base material are substantially the same. This is thus a photovoltaic element in which the intermediate region and the transparency region differ only by the doping and / or the doping density.
- Such a photovoltaic element can be produced by sputtering in that the intermediate region base material is present in one target as a base material with a doping and / or a doping density and the transparency region base material in another target as a base material with a further doping and / or doping density the sputtering from the two targets takes place one after the other.
- sputtering from a base material present in a target can be accomplished using a dopant gas that is differently concentrated, activated, and / or present in different deposition zones. The addition of the doping gas can also be varied over time.
- Further processes for the production of the intermediate region and the transparency region with the same base material and different doping include batch processes with different temporal doping gas quantities and / or inline processes with different levels of spatial doping Separation zones.
- the deposition on substrates arranged in packages takes place with time-varying doping gas quantities and / or densities, the substrates undergo different deposition zones in the deposition plant during an inline process.
- a thin layer of a dopant for example an aluminum layer, is first applied to the active region. Subsequently, the transparent conductive base material is undoped or applied with only slight doping to this layer. The dopant will then diffuse into the base material. This process can be assisted by means of energy supply, for example in a warm-up step.
- the intermediate region has a doping density 10 times higher than the transparency region, preferably a doping density 40 times higher, preferably a doping density 100 times higher.
- a doping density higher by a factor of 40 exists when the intermediate region has a doping density of about 2% and the transparency region has a doping density of about 0.05%.
- the transparency region base material is substantially undoped in the transparency region. As a result, the light absorption in the transparency region is minimized.
- Doping levels are present. For example, during sputtering a low doping may be necessary for the target to be sufficiently conductive. Process doping densities may range up to about 0.05%.
- the base material in the intermediate region is doped in such a way that a tunnel junction forms between the intermediate region and the photovoltaically active region.
- the intermediate region may be p- or n-doped.
- the region of the photovoltaically active region adjacent to the intermediate region has an opposite doping.
- the intermediate region has a doping density of about 0.5%, preferably about 1%, preferably about 2%. Higher doping densities may also be provided.
- metallization is provided on a side of the transparency region facing away from the intermediate region.
- the metallization serves to dissipate the current removed by means of the transparency region from the active region. It is preferably formed over the entire surface in order to provide lateral conductivity and to reflect the electromagnetic radiation impinging thereon back into the photovoltaically active region.
- a highly doped metallization junction is arranged between the transparency region and the metallization.
- the metallization is formed of aluminum.
- a metallization junction may be formed by driving aluminum atoms from the metallization into the transparency region base material.
- the photovoltaically active region is formed from silicon.
- the silicon may be at least partially amorphous or polycrystalline.
- the active region may comprise, for example, a layer sequence with a pn junction, a pin junction, and / or another transition suitable for converting electromagnetic radiation into electrical current.
- a Schottky junction is suitable.
- the intermediate region and / or the transparency region are made of indium tin oxide (ITO), of tin oxide (SnO), of zinc oxide (ZnO) and / or of another transparent conductive metal oxide (TCO). ) are formed.
- ITO indium tin oxide
- SnO tin oxide
- ZnO zinc oxide
- TCO transparent conductive metal oxide
- a region of the photovoltaically active region adjacent to the intermediate region or adjacent to the intermediate region is p-doped and the intermediate region and / or the transparency region are n-doped.
- the elements B, Al and / or Ga can be used as dopants for the p-doping of silicon.
- the region adjacent to the intermediate region is n-doped and the intermediate region and / or the transparency region are p-doped is also suitable, but the production of p-doped TCOs may be more difficult.
- the intermediate region and / or the transparency region are doped with aluminum, boron and / or another donor material.
- the base material used it is also possible to use other elements as donor material for doping the base material in the intermediate area and / or the transparency area.
- the intermediate region is formed as an intermediate layer and the transparency region as a transparency layer.
- the photovoltaic element at least partially layered or plate-shaped.
- the individual regions can form three-dimensional structures.
- the intermediate layer has a substantially smaller thickness than the
- the thickness of the intermediate layer may be, for example, in a range between 5 and 30 nm.
- the photovoltaic element is designed as a solar cell.
- the solar cell may be wafer-based or applied as a thin film on a substrate.
- Fig. 1 is a schematic not to scale sectional view of a
- Fig. 2 is a schematic not to scale sectional view of a
- Photovoltaic elements with a doped intermediate region arranged between the transparency region and a heterojunction
- FIG. 3 shows an embodiment of the photovoltaic element from FIG. 2, in which a metallization transition is inserted between the transparency region and metallization.
- FIGS. 1 to 3 show photovoltaic elements 1 of different design.
- the zigzag line at the upper edge of the structures shown here indicates that the photovoltaic element 1 continues upward.
- the photovoltaically active regions of the photovoltaic elements 1 which adjoin the top and which may comprise, for example, a pn junction and / or a heterostructure.
- the light incident sides of the solar cells are thus not shown in FIGS. 1 to 3.
- 1 shows schematically in a sectional view the layer structure of a contact region of a photovoltaic element 1 with a heterojunction 2 and a known contacting.
- the layered heterojunction 2 is covered by means of a transparency region 6, on which in turn a metallization 8 is applied.
- the photovoltaic element 1 may comprise a crystalline wafer. Alternatively, it may also be applied in the form of thin layers on a suitable substrate, for example glass.
- the heterojunction 2 comprises a three-layer structure of a p-doped crystalline silicon layer 21, an intrinsic amorphous silicon layer 22 and a p + -doped amorphous silicon layer 23.
- the zig-zag line at the upper edge of the crystalline silicon layer 21 may indicate, for example to the crystalline silicon layer 21, a further semiconductor layer connects, which with the crystalline
- Silicon layer 21 forms a photovoltaically active transition, for example, it may be a silicon wafer, which also serves as a substrate for the photovoltaic element 1.
- the active region not shown here, as well as the heterojunction 2 can be produced by conventional semiconductor methods.
- the photovoltaic element structure is not limited to the embodiment described here and also used by way of example below with a heterojunction in the contact region, but may also have other structures which are suitable for light conversion and contacting.
- Such structures can be constructed as (pure) semiconductor structures or as metal-semiconductor structures, for example with a Schottky junction. This applies to all photovoltaic elements listed here.
- the transparency region 6 of the photovoltaic element 1 comprises as
- Base material is the transparent conductive oxide (TCO) zinc oxide (ZnO) and is doped with aluminum.
- TCO transparent conductive oxide
- ZnO zinc oxide
- the usually heavy doping of the TCO serves to increase the conductivity of the transparency region 6.
- heavy doping has the disadvantage that, when passing through the photovoltaically active region, unabsorbed electromagnetic radiation, which is to be reflected back into the photovoltaically active region by means of a metallization 8, experiences a strong absorption.
- the photovoltaic element 1 shown in FIG. 2 comprises a heterojunction 2 which follows an active region (not shown, but only indicated by the zigzag line). Between the heterojunction 2 and the transparency region 6, an intermediate region 4 is provided.
- the intermediate region 4 as the intermediate region base material has the same base material as the transparency region 6, namely ZnO.
- the transparency region 6 in the embodiment illustrated in FIG. 2 is not doped or has only a very low doping.
- the intermediate region 4 has a relatively high aluminum doping. In other words, the doping of the TCO is concentrated to a substantial part or substantially completely on the intermediate region 4.
- a method for producing the intermediate region 4 and the transparency region 6 comprises the steps of applying an optionally very thin or ultrathin aluminum layer to the heterojunction 2 and then covering this aluminum layer with the ZnO.
- aluminum atoms diffuse from the aluminum layer into the ZnO and form a doped intermediate region 4, while the remaining part of the ZnO layer forms the transparency region 6.
- the ZnO of the intermediate layer 4 is n-doped, so that a tunnel junction is formed between the intermediate layer 4 and the p + -doped amorphous silicon layer 23 of the heterojunction 2.
- the aluminum and the base material ZnO other suitable combinations of substances can also be used.
- a metallization 8 is applied, which in the present case is formed from an aluminum layer. Again, the aluminum from the aluminum layer in a diffusion step in the ZnO layer of the transparency region 6 penetrate. As shown in FIG. 3, a metallization transition 9 can thereby be formed. Such a metallization transition 9 improves the electrical connection between the transparency region 6 and the metallization 8.
- the layer structure of intermediate region 4, transparency region 6 and metallization transition 9 can thus have emerged from a layer of a base material which is doped at its two opposite surfaces, either with the same dopant or with different dopants.
- the transparency region 6 can be formed from a transparency region base material, while the intermediate region 4 and / or the metallization transition 9 are formed from deviating materials and contain the same or different dopants.
- a possible alternative dopant is, for example, boron.
- the intermediate region 4 is n-doped and the region adjacent to the intermediate region 4 of the heterojunction 2, in this case of amorphous silicon, is p-doped.
- the doping type can also be reversed in such a way that the intermediate region 4 is p-doped, however, this can be technologically more difficult to implement.
- EWT structure emitter wrap-through structures
- HIT H IT heterojunction with intrinsic thin layers
- thin-film back-contacts in connection with amorphous or micromorphous semiconductors.
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Abstract
The invention relates to a photovoltaic element (1) having a photovoltaically active region, a transparent region (6) arranged on the photovoltaically active region and made of a transparent electrically conductive contact region base material for withdrawing a current photovoltaically generated in the photovoltaic active region, and an intermediate region (4) arranged between the photovoltaically active region and the transparent region (6) and made of a transparent electrically conductive intermediate region base material, wherein the intermediate region base material has a higher doping density in the intermediate region (4) than the transparent region base material in the transparent region (6).
Description
Titel: Title:
Photovoltaikelementphotovoltaic element
Beschreibung:Description:
Die Erfindung betrifft ein Photovoltaikelement mit einem Transparenzbereich.The invention relates to a photovoltaic element with a transparency region.
Derartige Transparenzbereiche eignen sich dafür, auf einer der Lichteinfallseite abgewandten Rückseite des Photovoltaikelements zwischen einem photovoltaisch aktiven Bereich und einer reflektierenden Schicht angeordnet zu werden. Der Transparenzbereich dient hierbei dazu, die Reflexionseigenschaften der reflektierenden Schicht zu verbessern. Bei dem Photovoltaikelement kann es sich insbesondere um eine Solarzelle handeln.Such transparency regions are suitable for being arranged on a rear side of the photovoltaic element facing away from the light incidence side between a photovoltaically active region and a reflective layer. The transparency region serves to improve the reflection properties of the reflective layer. The photovoltaic element may in particular be a solar cell.
Der Transparenzbereich kann zudem ausgelegt sein, in einem aktiven Bereich des Photovoltaikelements durch Ladungsträgertrennung erzeugte Ströme zu entnehmen. Die reflektierende Schicht ist dann als Kontaktschicht ausgebildet. In der Regel werden als Grundmaterial für derartige Transparenzbereiche sogenannte transparente leitfähige Oxide (TCO - „transparent conductive oxide") verwendet, beispielsweise Zinkoxid (ZnO). Die Kontaktschicht ist vorzugsweise als ganzflächige Metallisierung ausgebildet, um den mittels des Transparenzbereichs entnommenen Strom zu sammeln und weiterzuleiten. Diese Metallisierung umfasst regelmäßig Aluminium.The transparency region can also be designed to remove currents generated in an active region of the photovoltaic element by charge carrier separation. The reflective layer is then formed as a contact layer. As a rule, so-called transparent conductive oxides (TCO), for example zinc oxide (ZnO), are used as the base material for such transparency regions The contact layer is preferably in the form of a full-area metallization in order to collect and forward the current removed by means of the transparency region This metallization regularly includes aluminum.
Um den Kontakt zwischen dem aktiven Bereich und dem Transparenzbereich zu verbessern, wird der Transparenzbereich derart dotiert, dass er eine hohe Leitfähigkeit aufweist. Üblicherweise wird hierzu der gesamte zwischen dem aktiven Bereich und der Metallisierung angeordnete Transparenzbereich hoch dotiert, im Falle des ZnO beispielsweise mittels Aluminium-Dotierung. Die Dotierung des gesamten Transparenzbereichs führt jedoch dazu, dass einfallendes Licht im Transparenzbereich Start absorbiert wird. Hierdurch sinkt
die Transparenz des Transparenzbereichs und der Wirkungsgrad des Photovoltaikelements wird vermindert.In order to improve the contact between the active region and the transparency region, the transparency region is doped to have a high conductivity. Usually, for this purpose, the entire range of transparency arranged between the active region and the metallization is highly doped, in the case of ZnO, for example, by means of aluminum doping. However, the doping of the entire transparency range results in that incident light is absorbed in the start transparency region. This decreases the transparency of the transparency region and the efficiency of the photovoltaic element is reduced.
Es ist daher Aufgabe der Erfindung, ein Photovoltaikelement mit einem verbesserten Wirkungsgrad bereitzustellen.It is therefore an object of the invention to provide a photovoltaic element with improved efficiency.
Die Aufgabe wird gemäß der Erfindung durch ein Photovoltaikelement mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.The object is achieved according to the invention by a photovoltaic element having the features of claim 1. Advantageous developments of the invention will become apparent from the dependent claims.
Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, dass der spezifische Leitwert nicht in dem gesamten Transparenzbereich erhöht sein muss, da der Strom im Wesentlichen senkrecht zu einer Übergangsfläche zwischen dem aktiven Bereich und dem Transparenzbereich fließt. Deshalb reicht es für das Herstellen einer optimalen elektrischen Verbindung zwischen diesen beiden Bereichen aus, wenn die Dotierung auf den Zwischenbereich konzentriert wird. Üblicherweise werden eine hohe laterale Leitfähigkeit beziehungsweise Querleitfähigkeit und gute Kontakteigenschaften der Transparenzschicht in Kombination durch hohe Dotierung erreicht und damit gute Transparenz geopfert. Mittels der Erfindung ist es möglich, die guten Kontakteigenschaften beizubehalten. Hierdurch wird jedoch die Querleitfähigkeit der Transparenzschicht zugunsten einer guten Transparenz geopfert.The invention is based on the recognition that the specific conductivity need not be increased in the entire transparency range, since the current flows substantially perpendicular to a transition surface between the active region and the transparency region. Therefore, it is sufficient to establish an optimum electrical connection between these two areas when the doping is concentrated on the intermediate area. Usually, a high lateral conductivity or transverse conductivity and good contact properties of the transparent layer are achieved in combination by high doping and thus sacrifice good transparency. By means of the invention it is possible to maintain the good contact properties. However, this sacrifices the transverse conductivity of the transparency layer in favor of good transparency.
Während also der Zwischenbereich eine erhöhte Dotierung aufweist und sich hierdurch ein elektrischer Kontakt zwischen dem aktiven Bereich und demThus, while the intermediate region has an increased doping and thereby an electrical contact between the active region and the
Zwischenbereich bilden kann, ist der Transparenzbereich niedriger dotiert, um eine Absorption des einfallenden Lichts aufgrund der Dotierung zu vermindern. Mit dem einfallenden Licht ist hierbei nicht lediglich das sichtbare Spektrum gemeint. Vielmehr kann insbesondere auch infrarotes Licht, beispielsweise in dem Wellenlängenbereich von 900 bis 1200 nm, von großer Bedeutung sein. Insbesondere in diesem Spektralbereich weist beispielsweise Silizium eine niedrige Absorption auf, so dass die einfallende Strahlung bis auf die Rückseite des Photovoltaikelementes dringt und dort reflektiert werden muss. Gerade bei
infrarotem Licht wird die Absorption stark durch die Dotierung beeinträchtigt. Dementsprechend bezieht sich die Eigenschaft „transparent" auf Materialien, die zumindest einen Wesentlichen Teil des Lichts aus einem für das Photovoltaikelement geeigneten Wellenlängenbereich durchlassen.Can form the intermediate region, the transparency region is doped lower to reduce absorption of the incident light due to the doping. With the incident light, not only the visible spectrum is meant here. Rather, in particular, infrared light, for example in the wavelength range of 900 to 1200 nm, be of great importance. In particular, in this spectral range, for example, silicon has a low absorption, so that the incident radiation penetrates to the back of the photovoltaic element and must be reflected there. Especially at Infrared light, the absorption is greatly affected by the doping. Accordingly, the property "transparent" refers to materials that transmit at least a substantial portion of the light from a wavelength range suitable for the photovoltaic element.
Insbesondere ist es bevorzugt, dass der Zwischenbereich und / oder der Transparenzbereich eine Transparenz für optisches und / oder infrarotes Licht von mindestens etwa 70%, 80%, 85%, 90% oder 95% aufweisen. Hierdurch ist die Transparenz quer zu einer Ebene gemeint, entlang der sich der Zwischenbereich beziehungsweise der Transparenzbereich ausbreitet. Vorteilhafterweise sind diese Transparenzwerte bei Wellenlängen des einfallenden Lichts gemessen, die im für Silizium nutzbaren Spektralbereich angeordnet sind. Beispielsweise gelten die obigen Transparenzwerte für einfallendes Licht von etwa 500nm oder 600nm Wellenlänge.In particular, it is preferred that the intermediate region and / or the transparency region have a transparency for optical and / or infrared light of at least about 70%, 80%, 85%, 90% or 95%. This means the transparency transverse to a plane along which the intermediate region or the transparency region propagates. Advantageously, these transparency values are measured at wavelengths of the incident light arranged in the spectral range usable for silicon. For example, the above transparency values are for incident light of about 500 nm or 600 nm wavelength.
Die Dotierstoffe, mit denen der Zwischenbereich und der Transparenzbereich dotiert sind, können sich hierbei unterscheiden. Ferner können mehrere Dotierstoffe in einem der Bereiche oder in beiden Bereichen verwendet werden. In diesem Zusammenhang wird als Dotierstoff jenes Material in dem Transparenz- bereich beziehungsweise in dem Zwischenbereich bezeichnet, welches nicht den Wesentlichen Teil des jeweiligen Bereiches bildet. Der Dotierstoff beeinflusst jedoch durch sein Vorhandensein die Leitfähigkeit des Bereichs.The dopants with which the intermediate region and the transparency region are doped may differ here. Furthermore, multiple dopants may be used in one of the regions or in both regions. In this context, the term "dopant" refers to that material in the transparency region or in the intermediate region which does not form the essential part of the respective region. However, the dopant influences the conductivity of the region by its presence.
Zwischen dem photovoltaisch aktiven Bereich und dem Transparenzbereich können weitere Bereiche eingefügt sein, die der Verbesserung derBetween the photovoltaic active area and the transparency area, further areas can be added to improve the
Kontaktierungseigenschaften des Photovoltaikelementes dienen.Contacting properties of the photovoltaic element serve.
Vorteilhafterweise handelt es sich herbei um einen HeteroÜbergang. Dieser kann beispielsweise als pip+-Übergang ausgebildet sein, mit einem p-dotierten kristallinen Bereich, einem intrinsischen amorphen Bereich zur Oberflächenpassivierung und einem p+-dotierten amorphen Bereich. Es handelt sich hier also um einen HeteroÜbergang mit intrinsischer Dünnschicht oder HITAdvantageously, this is a heterojunction. This may be formed, for example, as a pip + -transition, with a p-doped crystalline region, an intrinsic amorphous surface for surface passivation and a p + -doped amorphous region. This is therefore a heterojunction with intrinsic thin film or HIT
(„Heterojunction with Intrinsic Thin Layer").
- A -("Heterojunction with intrinsic thin layer"). - A -
Das Photovoltaikelement wird hergestellt, indem der aktive Bereich, der Zwischenbereich, der Transparenzbereich und gegebenenfalls der HeteroÜbergang auf einem Substrat gebildet werden. Ein mögliches Herstellungsverfahren für das Photovoltaikelement umfasst ein Sputtern mehrerer Schichten aus unterschiedlichen Targets auf ein Substrat, auf dem ein aktiver Bereich gebildet ist. Alternativ oder kumulativ können andere Depositionsverfahren eingesetzt werden, beispielsweise ein chemisches und / oder physikalisches Abscheiden aus der Gasphase (CVD - „chemical vapor deposition", PVD - „physical vapor deposition").The photovoltaic element is produced by forming the active region, the intermediate region, the transparency region and optionally the heterojunction on a substrate. One possible method of manufacturing the photovoltaic element comprises sputtering a plurality of layers of different targets onto a substrate on which an active region is formed. Alternatively or cumulatively, other deposition methods can be used, for example a chemical and / or physical deposition from the gas phase (CVD - "chemical vapor deposition", PVD - "physical vapor deposition").
Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass der Zwischenbereich aus einem gleichen Grundmaterial gebildet ist, wie der Transparenzbereich. Mit anderen Worten, das Zwischenbereich-Grundmaterial und das Transparenzbereich-Grundmaterial sind im Wesentlichen gleich. Hierbei handelt es sich somit um ein Photovoltaikelement, bei dem sich der Zwischenbereich und der Transparenzbereich lediglich durch die Dotierung und / oder die Dotierungsdichte unterscheiden.In a preferred embodiment it is provided that the intermediate region is formed from a same base material as the transparency region. In other words, the intermediate region base material and the transparency region base material are substantially the same. This is thus a photovoltaic element in which the intermediate region and the transparency region differ only by the doping and / or the doping density.
Ein derartiges Photovoltaikelement kann mittels Sputtern hergestellt werden, indem das Zwischenbereich-Grundmaterial in einem Target als Grundmaterial mit einer Dotierung und / oder einer Dotierungsdichte und das Transparenzbereich-Grundmaterial in einem weiteren Target als Grundmaterial mit einer weiteren Dotierung und / oder einer weiteren Dotierungsdichte vorliegt und das Sputtern aus den beiden Targets nacheinander erfolgt. Alternativ kann ein Sputtern aus einem in einem Target vorliegenden Grundmaterial unter Verwendung eines Dotiergases erfolgen, welches in unterschiedlichen Abscheidungszonen unterschiedlich stark konzentriert, aktiviert und / oder vorhanden ist. Die Zugabe des Dotiergases kann ferner zeitlich variiert werden.Such a photovoltaic element can be produced by sputtering in that the intermediate region base material is present in one target as a base material with a doping and / or a doping density and the transparency region base material in another target as a base material with a further doping and / or doping density the sputtering from the two targets takes place one after the other. Alternatively, sputtering from a base material present in a target can be accomplished using a dopant gas that is differently concentrated, activated, and / or present in different deposition zones. The addition of the doping gas can also be varied over time.
Weitere Prozesse zur Herstellung des Zwischenbereiches und des Transparenzbereiches mit gleichem Grundmaterial und unterschiedlicher Dotierung umfassen Batchprozesse mit unterschiedlichen zeitlichen Dotiergasmengen und / oder Inlineprozesse mit unterschiedlich stark dotierenden räumlichen
Abscheidungszonen. Während also bei einem Batchprozess das Abscheiden auf paketweise angeordneten Substraten bei zeitlich variierenden Dotiergasmengen und / oder -dichten erfolgt, durchlaufen die Substrate bei einem Inlineprozess unterschiedliche Abscheidungszonen in der Depositionsanlage.Further processes for the production of the intermediate region and the transparency region with the same base material and different doping include batch processes with different temporal doping gas quantities and / or inline processes with different levels of spatial doping Separation zones. Thus, in a batch process, the deposition on substrates arranged in packages takes place with time-varying doping gas quantities and / or densities, the substrates undergo different deposition zones in the deposition plant during an inline process.
Bei einem alternativen Verfahren zur Herstellung des Photovoltaikelements wird zunächst eine dünne Schicht eines Dotierstoffes, beispielsweise eine Aluminiumschicht, auf den aktiven Bereich aufgebracht. Anschließend wird auf diese Schicht das transparente leitende Grundmaterial undotiert oder mit nur geringer Dotierung aufgebracht. Der Dotierstoff wird anschließend in das Grundmaterial eindiffundieren. Dieser Vorgang kann mittels Energiezufuhr unterstützt werden, beispielsweise in einem Aufwärmschritt.In an alternative method for producing the photovoltaic element, a thin layer of a dopant, for example an aluminum layer, is first applied to the active region. Subsequently, the transparent conductive base material is undoped or applied with only slight doping to this layer. The dopant will then diffuse into the base material. This process can be assisted by means of energy supply, for example in a warm-up step.
In einer vorteilhaften Weiterbildung ist vorgesehen, dass der Zwischenbereich eine 10-fach höhere Dotierungsdichte aufweist, als der Transparenzbereich, vorzugsweise eine 40-fach höhere Dotierungsdichte, bevorzugt eine 100-fach höhere Dotierungsdichte. Eine um den Faktor 40 höhere Dotierungsdichte liegt beispielsweise vor, wenn der Zwischenbereich eine Dotierungsdichte von etwa 2% und der Transparenzbereich eine Dotierungsdichte von etwa 0,05% aufweisen.In an advantageous development, it is provided that the intermediate region has a doping density 10 times higher than the transparency region, preferably a doping density 40 times higher, preferably a doping density 100 times higher. For example, a doping density higher by a factor of 40 exists when the intermediate region has a doping density of about 2% and the transparency region has a doping density of about 0.05%.
Gemäß einer zweckmäßigen Ausgestaltung ist vorgesehen, dass das Transparenzbereich-Grundmaterial in dem Transparenzbereich im Wesentlichen undotiert ist. Hierdurch wird die Lichtabsorption in dem Transparenzbereich minimiert. Hierbei können jedoch prozessbedingteAccording to an expedient embodiment, it is provided that the transparency region base material is substantially undoped in the transparency region. As a result, the light absorption in the transparency region is minimized. Here, however, process-related
Dotierungslevels vorliegen. Beispielsweise kann beim Sputtern eine geringe Dotierung notwendig sein, damit das Target ausreichend leitfähig ist. Prozessbedingte Dotierungsdichten können in einem Bereich von bis zu etwa 0,05% liegen.Doping levels are present. For example, during sputtering a low doping may be necessary for the target to be sufficiently conductive. Process doping densities may range up to about 0.05%.
Bevorzugterweise ist vorgesehen, dass das Grundmaterial in dem Zwischenbereich derart dotiert ist, dass sich zwischen dem Zwischenbereich und dem photovoltaisch aktiven Bereich ein Tunnelübergang bildet. Hierzu
kann der Zwischenbereich p- oder n-dotiert sein. Der an den Zwischenbereich grenzende Bereich des photovoltaisch aktiven Bereichs weist eine entgegen gesetzte Dotierung auf. Um einen Tunnelübergang zu bilden, können sowohl die Dotierdichte in dem Zwischenbereich als auch die räumlichen Abmessungen des Zwischenbereichs eingestellt werden, beispielsweise eine Schichtdicke bei schichtf örmigen Zwischenbereichen .Preferably, it is provided that the base material in the intermediate region is doped in such a way that a tunnel junction forms between the intermediate region and the photovoltaically active region. For this For example, the intermediate region may be p- or n-doped. The region of the photovoltaically active region adjacent to the intermediate region has an opposite doping. In order to form a tunnel junction, it is possible to set both the doping density in the intermediate region and the spatial dimensions of the intermediate region, for example a layer thickness in the case of layered intermediate regions.
Bei einer zweckmäßigen Ausführungsform ist vorgesehen, dass der Zwischenbereich eine Dotierungsdichte von etwa 0,5% aufweist, vorzugsweise von etwa 1%, bevorzugt von etwa 2%. Höhere Dotierungsdichten können auch vorgesehen sein.In an expedient embodiment, it is provided that the intermediate region has a doping density of about 0.5%, preferably about 1%, preferably about 2%. Higher doping densities may also be provided.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung ist vorgesehen, dass auf einer dem Zwischenbereich abgewandten Seite des Transparenzbereichs eine Metallisierung vorgesehen ist. Die Metallisierung dient dazu, den mittels des Transparenzbereichs aus dem aktiven Bereich entnommenen Strom abzuführen. Sie ist vorzugsweise ganzflächig ausgebildet, um eine laterale Leitfähigkeit bereitzustellen und die hierauf auftreffende elektromagnetische Strahlung zurück in den photovoltaisch aktiven Bereich zu reflektieren.In an advantageous embodiment, it is provided that metallization is provided on a side of the transparency region facing away from the intermediate region. The metallization serves to dissipate the current removed by means of the transparency region from the active region. It is preferably formed over the entire surface in order to provide lateral conductivity and to reflect the electromagnetic radiation impinging thereon back into the photovoltaically active region.
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass zwischen dem Transparenzbereich und der Metallisierung ein hochdotierter Metallisierungsübergang angeordnet ist. Durch geeignete Auswahl elektrischer und / oder geometrischer Parameter des Metallisierungsübergangs können die elektrischen Verbindungseigenschaften zwischen dem Transparenzbereich und der Metallisierung eingestellt werden.According to a preferred embodiment, it is provided that a highly doped metallization junction is arranged between the transparency region and the metallization. By suitable selection of electrical and / or geometrical parameters of the metallization transition, the electrical connection properties between the transparency region and the metallization can be adjusted.
Vorteilhafterweise ist vorgesehen, dass die Metallisierung aus Aluminium gebildet ist. In diesem Fall kann ein Metallisierungsübergang dadurch gebildet werden, dass Aluminiumatome aus der Metallisierung in das Transparenzbereich-Grundmaterial getrieben werden.
Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung ist vorgesehen, dass der photovoltaisch aktive Bereich aus Silizium gebildet ist. Das Silizium kann hierbei zumindest teilweise amorph oder polykristallin sein. Der aktive Bereich kann beispielsweise eine Schichtfolge mit einem pn-Übergang, einem pin- Übergang, und / oder einem anderen zur Umwandlung elektromagnetischer Strahlung in elektrischen Strom geeigneten Übergang umfassen. Hierzu ist beispielsweise auch ein Schottky-Übergang geeignet.Advantageously, it is provided that the metallization is formed of aluminum. In this case, a metallization junction may be formed by driving aluminum atoms from the metallization into the transparency region base material. According to a preferred embodiment, it is provided that the photovoltaically active region is formed from silicon. The silicon may be at least partially amorphous or polycrystalline. The active region may comprise, for example, a layer sequence with a pn junction, a pin junction, and / or another transition suitable for converting electromagnetic radiation into electrical current. For this purpose, for example, a Schottky junction is suitable.
Bevorzugterweise ist vorgesehen, dass der Zwischenbereich und / oder der Transparenzbereich aus Indium-Zinn-Oxid (ITO), aus Zinnoxid (SnO), aus Zinkoxid (ZnO) und / oder aus einem weiteren transparenten leitfähigen Metalloxid (TCO - „transparent conductive oxide") gebildet sind.Preferably, it is provided that the intermediate region and / or the transparency region are made of indium tin oxide (ITO), of tin oxide (SnO), of zinc oxide (ZnO) and / or of another transparent conductive metal oxide (TCO). ) are formed.
In einer zweckmäßigen Weiterbildung ist vorgesehen, dass ein dem Zwischenbereich benachbarter oder am Zwischenbereich angrenzender Bereich des photovoltaisch aktiven Bereichs p-dotiert ist und der Zwischenbereich und / oder der Transparenzbereich n-dotiert sind. Für die p-Dotierung von Silizium können beispielsweise die Elemente B, Al und / oder Ga als Dotierstoffe verwendet werden. Der umgekehrte Fall, bei dem der dem Zwischenbereich benachbarte Bereich n-dotiert ist und der Zwischenbereich und / oder der Transparenzbereich p-dotiert sind, ist auch geeignet, wobei jedoch die Herstellung p-dotierter TCOs schwieriger sein kann.In an expedient refinement, it is provided that a region of the photovoltaically active region adjacent to the intermediate region or adjacent to the intermediate region is p-doped and the intermediate region and / or the transparency region are n-doped. For example, the elements B, Al and / or Ga can be used as dopants for the p-doping of silicon. The converse case in which the region adjacent to the intermediate region is n-doped and the intermediate region and / or the transparency region are p-doped is also suitable, but the production of p-doped TCOs may be more difficult.
Zweckmäßigerweise ist vorgesehen, dass der Zwischenbereich und / oder der Transparenzbereich mit Aluminium, Bor und / oder einem weiteren Donator- Material dotiert sind. Je nach verwendetem Grundmaterial können auch andere Elemente als Donator-Material zu Dotierung des Grundmaterials in dem Zwischenbereich und / oder dem Transparenzbereich verwendet werden.Appropriately, it is provided that the intermediate region and / or the transparency region are doped with aluminum, boron and / or another donor material. Depending on the base material used, it is also possible to use other elements as donor material for doping the base material in the intermediate area and / or the transparency area.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung ist vorgesehen, dass der Zwischenbereich als eine Zwischenschicht und der Transparenzbereich als eine Transparenzschicht gebildet sind. In diesem Fall ist das Photovoltaikelement
zumindest teilweise schichtförmig oder plattenförmig aufgebaut. Alternativ können die einzelnen Bereiche dreidimensionale Strukturen bilden.In an advantageous embodiment, it is provided that the intermediate region is formed as an intermediate layer and the transparency region as a transparency layer. In this case, the photovoltaic element at least partially layered or plate-shaped. Alternatively, the individual regions can form three-dimensional structures.
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass die Zwischenschicht eine wesentlich kleinere Dicke aufweist, als dieAccording to a preferred embodiment, it is provided that the intermediate layer has a substantially smaller thickness than the
Transparenzschicht. Die Dicke der Zwischenschicht kann beispielsweise in einem Bereich zwischen 5 und 30 nm liegen.Transparency layer. The thickness of the intermediate layer may be, for example, in a range between 5 and 30 nm.
In einer zweckmäßigen Ausführungsform ist das Photovoltaikelement als eine Solarzelle ausgebildet. Die Solarzelle kann waferbasiert oder als Dünnschicht auf einem Substrat aufgebracht sein.In an expedient embodiment, the photovoltaic element is designed as a solar cell. The solar cell may be wafer-based or applied as a thin film on a substrate.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Figuren erläutert. Hierbei zeigen:The invention will be explained below with reference to embodiments with reference to the figures. Hereby show:
Fig. 1 eine schematische nicht maßstabsgerechte Schnittansicht einesFig. 1 is a schematic not to scale sectional view of a
Photovoltaikelements mit einem dotierten Transparenzbereich;Photovoltaic elements with a doped transparency region;
Fig. 2 eine schematische nicht maßstabsgerechte Schnittansicht einesFig. 2 is a schematic not to scale sectional view of a
Photovoltaikelements mit einem zwischen Transparenzbereich und einem HeteroÜbergang angeordneten, dotierten Zwischenbereich; undPhotovoltaic elements with a doped intermediate region arranged between the transparency region and a heterojunction; and
Fig. 3 eine Ausführung des Photovoltaikelements aus der Fig. 2, bei dem zwischen Transparenzbereich und Metallisierung ein Metallisierungsübergang eingefügt ist.FIG. 3 shows an embodiment of the photovoltaic element from FIG. 2, in which a metallization transition is inserted between the transparency region and metallization.
In den Fig. 1 bis 3 sind Photovoltaikelemente 1 unterschiedlicher Gestaltung gezeigt. Die Zickzacklinie am oberen Rand der hier dargestellten Strukturen deutet an, dass sich das Photovoltaikelement 1 nach oben hin fortsetzt. In den Fig. 1 bis 3 nicht dargestellt, sind die sich nach oben hin anschließenden photovoltaisch aktiven Bereiche der Photovoltaikelemente 1 , die beispielsweise einen pn-Übergang und / oder eine Heterostruktur umfassen können. Die Lichteinfallseiten der Solarzellen sind also in den Fig. 1 bis 3 nicht dargestellt.
Die Fig. 1 zeigt schematisch in einer Schnittansicht den Schichtaufbau eines Kontaktbereiches eines Photovoltaikelements 1 mit einem HeteroÜbergang 2 und einer bekannten Kontaktierung. Hierbei ist der schichtweise aufgebaute HeteroÜbergang 2 mittels eines Transparenzbereichs 6 bedeckt, auf dem wiederum eine Metallisierung 8 aufgetragen ist. Das Photovoltaikelement 1 kann einen kristallinen Wafer umfassen. Alternativ kann es auch in Form von Dünnschichten auf einem geeigneten Substrat, beispielsweise Glas, aufgebracht sein.FIGS. 1 to 3 show photovoltaic elements 1 of different design. The zigzag line at the upper edge of the structures shown here indicates that the photovoltaic element 1 continues upward. Not shown in FIGS. 1 to 3 are the photovoltaically active regions of the photovoltaic elements 1 which adjoin the top and which may comprise, for example, a pn junction and / or a heterostructure. The light incident sides of the solar cells are thus not shown in FIGS. 1 to 3. 1 shows schematically in a sectional view the layer structure of a contact region of a photovoltaic element 1 with a heterojunction 2 and a known contacting. Here, the layered heterojunction 2 is covered by means of a transparency region 6, on which in turn a metallization 8 is applied. The photovoltaic element 1 may comprise a crystalline wafer. Alternatively, it may also be applied in the form of thin layers on a suitable substrate, for example glass.
Der HeteroÜbergang 2 umfasst einen dreischichtigen Aufbau aus einer p- dotierten kristallinen Siliziumschicht 21 , einer intrinsischen amorphen Siliziumschicht 22 und einer p+-dotierten amorphen Siliziumschicht 23. Die Zick-Zack-Linie am oberen Rand der kristallinen Siliziumschicht 21 kann beispielsweise andeuten, dass sich an die kristalline Siliziumschicht 21 eine weitere Halbleiterschicht anschließt, welche mit der kristallinenThe heterojunction 2 comprises a three-layer structure of a p-doped crystalline silicon layer 21, an intrinsic amorphous silicon layer 22 and a p + -doped amorphous silicon layer 23. The zig-zag line at the upper edge of the crystalline silicon layer 21 may indicate, for example to the crystalline silicon layer 21, a further semiconductor layer connects, which with the crystalline
Siliziumschicht 21 einen photovoltaisch aktiven Übergang bildet, beispielsweise kann es sich um einen Silizium-Wafer handeln, der gleichzeitig als Substrat für das Photovoltaikelement 1 dient.Silicon layer 21 forms a photovoltaically active transition, for example, it may be a silicon wafer, which also serves as a substrate for the photovoltaic element 1.
Der hier nicht dargestellte aktive Bereich sowie der HeteroÜbergang 2 sind mit herkömmlichen Halbleiterverfahren herstellbar. Der Photovoltaikelement- Aufbau ist nicht auf die hier beschriebene und auch im Folgenden beispielhaft verwendete Ausführung mit einem HeteroÜbergang im Kontaktbereich beschränkt, sondern kann auch andere Strukturen aufweisen, die zur Lichtumwandlung und Kontaktierung geeignet sind. Derartige Strukturen können als (reine) Halbleiterstrukturen oder auch als Metall-Halbleiter- Strukturen aufgebaut sein, beispielsweise mit einem Schottky-Übergang. Dies gilt für alle hierin aufgeführten Photovoltaikelemente.The active region, not shown here, as well as the heterojunction 2 can be produced by conventional semiconductor methods. The photovoltaic element structure is not limited to the embodiment described here and also used by way of example below with a heterojunction in the contact region, but may also have other structures which are suitable for light conversion and contacting. Such structures can be constructed as (pure) semiconductor structures or as metal-semiconductor structures, for example with a Schottky junction. This applies to all photovoltaic elements listed here.
Der Transparenzbereich 6 des Photovoltaikelements 1 umfasst alsThe transparency region 6 of the photovoltaic element 1 comprises as
Grundmaterial das transparente leitfähige Oxid (TCO) Zinkoxid (ZnO) und ist mit Aluminium dotiert. Die gewöhnlich starke Dotierung des TCO dient hierbei dazu, die Leitfähigkeit des Transparenzbereiches 6 zu erhöhen. Eine derartige
starke Dotierung hat jedoch den Nachteil, dass beim Durchgang durch den photovoltaisch aktiven Bereich nicht absorbierte elektromagnetische Strahlung, die mittels einer Metallisierung 8 in den photovoltaisch aktiven Bereich zurückreflektiert werden soll eine starke Absorption erfährt.Base material is the transparent conductive oxide (TCO) zinc oxide (ZnO) and is doped with aluminum. The usually heavy doping of the TCO serves to increase the conductivity of the transparency region 6. Such However, heavy doping has the disadvantage that, when passing through the photovoltaically active region, unabsorbed electromagnetic radiation, which is to be reflected back into the photovoltaically active region by means of a metallization 8, experiences a strong absorption.
Das in der Fig. 2 dargestellte Photovoltaikelement 1 umfasst einen HeteroÜbergang 2, der einem (nicht dargestellten, sondern nur durch die Zickzacklinie angedeuteten) aktiven Bereich folgt. Zwischen dem HeteroÜbergang 2 und dem Transparenzbereich 6 ist ein Zwischenbereich 4 vorgesehen. Im vorliegenden Fall weist der Zwischenbereich 4 als Zwischenbereich- Grundmaterial das gleiche Grundmaterial auf, wie der Transparenzbereich 6, nämlich ZnO. Im Gegensatz zu dem Transparenzbereich 6 in der Ausführungsform der Fig. 1 ist der Transparenzbereich 6 in der in Fig. 2 dargestellten Ausführungsform nicht dotiert oder nur sehr gering dotiert. Dagegen weist der Zwischenbereich 4 eine verhältnismäßig hohe Aluminium-Dotierung auf. Mit anderen Worten, die Dotierung des TCO ist zu einem wesentlichen Teil oder im Wesentlichen vollständig auf den Zwischenbereich 4 konzentriert.The photovoltaic element 1 shown in FIG. 2 comprises a heterojunction 2 which follows an active region (not shown, but only indicated by the zigzag line). Between the heterojunction 2 and the transparency region 6, an intermediate region 4 is provided. In the present case, the intermediate region 4 as the intermediate region base material has the same base material as the transparency region 6, namely ZnO. In contrast to the transparency region 6 in the embodiment of FIG. 1, the transparency region 6 in the embodiment illustrated in FIG. 2 is not doped or has only a very low doping. In contrast, the intermediate region 4 has a relatively high aluminum doping. In other words, the doping of the TCO is concentrated to a substantial part or substantially completely on the intermediate region 4.
Ein Verfahren zur Herstellung des Zwischenbereichs 4 und des Transparenzbereichs 6 umfasst die Schritte, eine gegebenenfalls sehr dünne oder ultradünne Aluminiumschicht auf den HeteroÜbergang 2 aufzutragen und diese Aluminiumschicht anschließend mit dem ZnO zu bedecken. In einem anschließenden Diffusionsschritt, beispielsweise mit unterstützender Wärmebehandlung, diffundieren Aluminiumatome aus der Aluminiumschicht in den ZnO hinein und bilden einen dotierten Zwischenbereich 4, während der übrigbleibende Teil der ZnO-Schicht den Transparenzbereich 6 bildet. Bei diesem Verfahren ist es möglich, den Zwischenbereich 4 und den Transparenzbereich 6 als eine zusammenhängende Schicht herzustellen, der einen höher dotierten Zwischenbereich 4 und einen niedriger dotierten oder im Wesentlichen undotierten Transparenzbereich 6 umfasst.A method for producing the intermediate region 4 and the transparency region 6 comprises the steps of applying an optionally very thin or ultrathin aluminum layer to the heterojunction 2 and then covering this aluminum layer with the ZnO. In a subsequent diffusion step, for example with assisting heat treatment, aluminum atoms diffuse from the aluminum layer into the ZnO and form a doped intermediate region 4, while the remaining part of the ZnO layer forms the transparency region 6. In this method, it is possible to produce the intermediate region 4 and the transparency region 6 as a coherent layer comprising a higher doped intermediate region 4 and a lower doped or substantially undoped transparency region 6.
Eine Abschätzung für eine vorteilhafte Schichtdicke der dünnen Aluminiumschicht ergibt die folgende Rechnung: Um auf eine Dotierungsdichte
von 0,5%-2% in einer 5-30 nm dicken Zwischenschicht zu kommen, würde theoretisch eine Schicht von 0,025-0,6 nm ausreichen. Dies entspricht Bruchteilen einer bis etwa zwei ganzen Monolagen von Al- Atomen.An estimate for an advantageous layer thickness of the thin aluminum layer gives the following calculation: In order to a doping density from 0.5% -2% in a 5-30 nm thick intermediate layer would theoretically suffice a layer of 0.025-0.6 nm. This corresponds to fractions of one to about two whole monolayers of Al atoms.
Aufgrund der Dotierung ist das ZnO der Zwischenschicht 4 n-dotiert, so dass sich zwischen der Zwischenschicht 4 und der p+-dotierten amorphen Siliziumschicht 23 des HeteroÜbergangs 2 ein Tunnelkontakt bildet. Anstelle des Aluminiums und des Grundmaterials ZnO können auch andere geeignete Stoff kombinationen eingesetzt werden.Due to the doping, the ZnO of the intermediate layer 4 is n-doped, so that a tunnel junction is formed between the intermediate layer 4 and the p + -doped amorphous silicon layer 23 of the heterojunction 2. Instead of the aluminum and the base material ZnO, other suitable combinations of substances can also be used.
Auf dem Transparenzbereich 6 ist eine Metallisierung 8 aufgebracht, die vorliegend aus einer Aluminiumschicht gebildet ist. Auch hierbei kann das Aluminium aus der Aluminiumschicht in einem Diffusionsschritt in die ZnO- Schicht des Transparenzbereiches 6 eindringen. Wie in der Fig. 3 dargestellt, kann hierdurch ein Metallisierungsübergang 9 gebildet werden. Ein derartiger Metallisierungsübergang 9 verbessert die elektrische Verbindung zwischen dem Transparenzbereich 6 und der Metallisierung 8.On the transparency region 6, a metallization 8 is applied, which in the present case is formed from an aluminum layer. Again, the aluminum from the aluminum layer in a diffusion step in the ZnO layer of the transparency region 6 penetrate. As shown in FIG. 3, a metallization transition 9 can thereby be formed. Such a metallization transition 9 improves the electrical connection between the transparency region 6 and the metallization 8.
Wie vorangehend erläutert, kann somit die Schichtstruktur aus Zwischen- bereich 4, Transparenzbereich 6 und Metallisierungsübergang 9 aus einer Schicht eines Grundmaterials hervorgegangen sein, die an ihren zwei gegenüberliegenden Flächen dotiert ist, entweder mit dem gleichen Dotierstoff oder mit unterschiedlichen Dotierstoffen. Alternativ kann der Transparenzbereich 6 aus einem Transparenzbereich-Grundmaterial gebildet sein, während der Zwischenbereich 4 und / oder der Metallisierungsübergang 9 aus hiervon abweichenden Materialien gebildet sind und gleiche oder unterschiedliche Dotierstoffe enthalten. Ein möglicher alternativer Dotierstoff ist beispielsweise Bor.As explained above, the layer structure of intermediate region 4, transparency region 6 and metallization transition 9 can thus have emerged from a layer of a base material which is doped at its two opposite surfaces, either with the same dopant or with different dopants. Alternatively, the transparency region 6 can be formed from a transparency region base material, while the intermediate region 4 and / or the metallization transition 9 are formed from deviating materials and contain the same or different dopants. A possible alternative dopant is, for example, boron.
Bei den bisher beschriebenen Ausführungsformen ist der Zwischenbereich 4 n-dotiert und der dem Zwischenbereich 4 benachbarte Bereich 23 des HeteroÜbergangs 2, vorliegend aus amorphem Silizium, ist p-dotiert. Alternativ
kann die Dotierungsart auch umgekehrt so vorliegen, dass der Zwischenbereich 4 p-dotiert ist, was jedoch technologisch schwieriger zu realisieren sein kann.In the previously described embodiments, the intermediate region 4 is n-doped and the region adjacent to the intermediate region 4 of the heterojunction 2, in this case of amorphous silicon, is p-doped. alternative If the doping type can also be reversed in such a way that the intermediate region 4 is p-doped, however, this can be technologically more difficult to implement.
Die hier beschriebenen Ausführungsformen können sowohl bei beidseitig als auch bei allen rückkontaktierten Photovoltaikelementen eingesetzt werden. Diese umfassen beispielsweise Emitter-Wrap-Through-Strukturen (EWT- Struktur), H IT- Rückkontaktstrukturen (HIT - Heterojunction with Intrinsic Thin Layer, HeteroÜbergang mit intrinsischer Dünnschicht) und Dünnschichtrück- kontakte in Zusammenhang mit amorphen oder mikromorphen Halbleitern.
The embodiments described here can be used both on both sides as well as on all back contacted photovoltaic elements. These include, for example, emitter wrap-through structures (EWT structure), H IT heterojunction with intrinsic thin layers (HIT) and thin-film back-contacts in connection with amorphous or micromorphous semiconductors.
Bezugszeichenliste:LIST OF REFERENCE NUMBERS
1 Photovoltaikelement1 photovoltaic element
2 HeteroÜbergang2 hetero transition
21 p-dotierte kristalline Siliziumschicht21 p-doped crystalline silicon layer
22 intrinsische amorphe Siliziumschicht22 intrinsic amorphous silicon layer
23 p+-dotierte amorphe Siliziumschicht23 p + -doped amorphous silicon layer
4 Zwischenbereich4 intermediate area
6 Transparenzbereich6 Transparency area
8 Metallisierung8 metallization
9 Metallisierungsübergang
9 metallization transition
Claims
1. Photovoltaikelement (1 ) mit einem photovoltaisch aktiven Bereich, einem auf dem photovoltaisch aktiven Bereich angeordneten Transparenzbereich (6) aus einem transparenten elektrisch leitfähigen Transparenzbereich- Grundmaterial zum Entnehmen eines in dem photovoltaisch aktiven Bereich photovoltaisch erzeugten Stromes und einem zwischen dem photovoltaisch aktiven Bereich und dem Transparenzbereich (6) angeordneten Zwischenbereich (4), welcher aus einem transparenten elektrisch leitfähigen Zwischenbereich-Grundmaterial gebildet ist,A photovoltaic element (1) having a photovoltaically active region, a transparency region (6) arranged on the photovoltaically active region and comprising a transparent electrically conductive transparency region base material for removing a photovoltaically generated current in the photovoltaically active region and a photovoltaically active region between the photovoltaically active region intermediate region (4) arranged in the transparent region (6), which is formed from a transparent electrically conductive intermediate region base material,
dadurch gekennzeichnet,characterized,
dass das Zwischenbereich-Grundmaterial in dem Zwischenbereich (4) eine höhere Dotierungsdichte aufweist, als das Transparenzbereich- Grundmaterial in dem Transparenzbereich (6).the intermediate region base material in the intermediate region (4) has a higher doping density than the transparency region base material in the transparency region (6).
2. Photovoltaikelement (1 ) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Zwischenbereich (4) und / oder der Transparenzbereich (6) eine Transparenz für optisches und / oder infrarotes Licht von mindestens etwa 70%, 80%, 85%, 90% oder 95% aufweisen.2. Photovoltaic element (1) according to claim 1, characterized in that the intermediate region (4) and / or the transparency region (6) has a transparency for optical and / or infrared light of at least approximately 70%, 80%, 85%, 90%. or 95%.
3. Photovoltaikelement (1 ) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Zwischenbereich (4) aus einem gleichen Grundmaterial gebildet ist, wie der Transparenzbereich (6).3. photovoltaic element (1) according to claim 1 or 2, characterized in that the intermediate region (4) is formed of a same base material, such as the transparency region (6).
4. Photovoltaikelement (1 ) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Zwischenbereich (4) eine 10-fach höhere, vorzugsweise eine 40-fach höhere, bevorzugt eine 100-fach höhere, Dotierungsdichte aufweist, als der Transparenzbereich (6). 4. photovoltaic element (1) according to any one of the preceding claims, characterized in that the intermediate region (4) has a 10-fold higher, preferably a 40-fold higher, preferably a 100-fold higher doping density than the transparency region (6) ,
5. Photovoltaikelement (1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Transparenzbereich-Grundmaterial in dem Transparenzbereich (6) im Wesentlichen undotiert ist.5. photovoltaic element (1) according to one of claims 1 to 3, characterized in that the transparency region base material in the transparency region (6) is substantially undoped.
6. Photovoltaikelement (1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Grundmaterial in dem Zwischenbereich (4) derart dotiert ist, dass sich zwischen dem Zwischenbereich (4) und dem photovoltaisch aktiven Bereich ein Tunnelübergang bildet.6. photovoltaic element (1) according to one of claims 1 to 3, characterized in that the base material in the intermediate region (4) is doped such that forms a tunnel junction between the intermediate region (4) and the photovoltaic active region.
7. Photovoltaikelement (1 ) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Zwischenbereich (4) eine Dotierungsdichte von etwa 0,5%, vorzugsweise von etwa 1%, bevorzugt von etwa 2% aufweist.7. Photovoltaic element (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the intermediate region (4) has a doping density of about 0.5%, preferably of about 1%, preferably of about 2%.
8. Photovoltaikelement (1 ) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass auf einer dem Zwischenbereich (4) abgewandten Seite des Transparenzbereichs (6) eine Metallisierung (8) vorgesehen ist.8. photovoltaic element (1) according to any one of the preceding claims, characterized in that on a said intermediate region (4) facing away from the transparency region (6) a metallization (8) is provided.
9. Photovoltaikelement (1 ) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Transparenzbereich (6) und der Metallisierung (8) ein hochdotierter Metallisierungsübergang (9) angeordnet ist.9. photovoltaic element (1) according to claim 8, characterized in that between the transparency region (6) and the metallization (8) a highly doped metallization junction (9) is arranged.
10. Photovoltaikelement (1 ) nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Metallisierung (8) aus Aluminium gebildet ist.10. photovoltaic element (1) according to claim 8 or 9, characterized in that the metallization (8) is formed of aluminum.
11. Photovoltaikelement (1 ) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der photovoltaisch aktive Bereich aus Silizium gebildet ist.11. Photovoltaic element (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the photovoltaically active region is formed from silicon.
12. Photovoltaikelement (1 ) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Zwischenbereich (4) und / oder der Transparenzbereich (6) aus Indium-Zinn-Oxid (ITO), aus SnO, aus ZnO und / oder aus einem weiteren transparenten leitfähigen Metalloxid gebildet sind.12. Photovoltaic element (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the intermediate region (4) and / or the transparency region (6) of indium-tin-oxide (ITO), of SnO, of ZnO and / or formed from a further transparent conductive metal oxide.
13. Photovoltaikelement (1 ) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein dem Zwischenbereich (4) benachbarter oder am Zwischenbereich (4) angrenzender Bereich des photovoltaisch aktiven Bereichs p-dotiert ist und der Zwischenbereich (4) und / oder der Transparenzbereich (6) n-dotiert sind.13. Photovoltaic element (1) according to one of the preceding claims, characterized in that an intermediate region (4) adjacent or at the intermediate region (4) adjacent region of the photovoltaically active region is p-doped and the intermediate region (4) and / or the transparency region (6) are n-doped.
14. Photovoltaikelement (1 ) nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Zwischenbereich (4) und / oder der Transparenzbereich (6) mit Aluminium, Bor und / oder einem weiteren Donator-Material dotiert sind.14. Photovoltaic element (1) according to claim 13, characterized in that the intermediate region (4) and / or the transparency region (6) are doped with aluminum, boron and / or another donor material.
15. Photovoltaikelement (1 ) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Zwischenbereich (4) als eine Zwischenschicht (4) und der Transparenzbereich (6) als eine Transparenzschicht (6) gebildet sind.15. Photovoltaic element (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the intermediate region (4) as an intermediate layer (4) and the transparency region (6) as a transparency layer (6) are formed.
16. Photovoltaikelement (1 ) nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Zwischenschicht (4) eine wesentlich kleinere Dicke aufweist, als die Transparenzschicht (6).16. Photovoltaic element (1) according to claim 15, characterized in that the intermediate layer (4) has a substantially smaller thickness than the transparency layer (6).
17. Photovoltaikelement (1 ) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Photovoltaikelement (1 ) als eine Solarzelle ausgebildet ist.17. Photovoltaic element (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the photovoltaic element (1) is designed as a solar cell.
18. Photovoltaikelement (1 ) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Zwischenschicht (4) und dem photovoltaisch aktiven Bereich ein HeteroÜbergang (2) gebildet ist. 18. Photovoltaic element (1) according to one of the preceding claims, characterized in that a heterojunction (2) is formed between the intermediate layer (4) and the photovoltaically active region.
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