DE102010056333A1 - Thin layer photovoltaic cell, has contact layer, absorber layer and buffer layer arranged on side of substrate, and rear protecting layer arranged on side of substrate and made of corrosion resistant material - Google Patents
Thin layer photovoltaic cell, has contact layer, absorber layer and buffer layer arranged on side of substrate, and rear protecting layer arranged on side of substrate and made of corrosion resistant material Download PDFInfo
- Publication number
- DE102010056333A1 DE102010056333A1 DE102010056333A DE102010056333A DE102010056333A1 DE 102010056333 A1 DE102010056333 A1 DE 102010056333A1 DE 102010056333 A DE102010056333 A DE 102010056333A DE 102010056333 A DE102010056333 A DE 102010056333A DE 102010056333 A1 DE102010056333 A1 DE 102010056333A1
- Authority
- DE
- Germany
- Prior art keywords
- layer
- substrate
- photovoltaic cell
- thin film
- film photovoltaic
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Withdrawn
Links
- 239000000758 substrate Substances 0.000 title claims abstract description 103
- 239000000463 material Substances 0.000 title claims abstract description 59
- 230000007797 corrosion Effects 0.000 title claims abstract description 33
- 238000005260 corrosion Methods 0.000 title claims abstract description 33
- 239000006096 absorbing agent Substances 0.000 title claims abstract description 9
- 238000000034 method Methods 0.000 claims abstract description 26
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 claims abstract description 16
- 229910001182 Mo alloy Inorganic materials 0.000 claims abstract description 15
- VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N Chromium Chemical compound [Cr] VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 13
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 9
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 9
- 229910052758 niobium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 8
- 229910052715 tantalum Inorganic materials 0.000 claims abstract description 8
- 229910052735 hafnium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 7
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 claims abstract description 7
- 229910052720 vanadium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 7
- 229910052726 zirconium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 7
- 239000010410 layer Substances 0.000 claims description 197
- 239000010409 thin film Substances 0.000 claims description 42
- 239000011241 protective layer Substances 0.000 claims description 39
- 239000011651 chromium Substances 0.000 claims description 24
- 229910052750 molybdenum Inorganic materials 0.000 claims description 19
- ZOKXTWBITQBERF-UHFFFAOYSA-N Molybdenum Chemical compound [Mo] ZOKXTWBITQBERF-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 17
- 239000011733 molybdenum Substances 0.000 claims description 17
- 238000005275 alloying Methods 0.000 claims description 16
- 229910052804 chromium Inorganic materials 0.000 claims description 14
- 238000000151 deposition Methods 0.000 claims description 9
- 230000001681 protective effect Effects 0.000 claims description 4
- 230000000737 periodic effect Effects 0.000 claims description 2
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 abstract description 11
- 239000000956 alloy Substances 0.000 abstract description 11
- 239000010936 titanium Substances 0.000 abstract description 7
- 239000010955 niobium Substances 0.000 abstract description 6
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N Titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract description 4
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract description 3
- GUCVJGMIXFAOAE-UHFFFAOYSA-N niobium atom Chemical compound [Nb] GUCVJGMIXFAOAE-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract description 2
- GUVRBAGPIYLISA-UHFFFAOYSA-N tantalum atom Chemical compound [Ta] GUVRBAGPIYLISA-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract description 2
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract 1
- QCWXUUIWCKQGHC-UHFFFAOYSA-N Zirconium Chemical compound [Zr] QCWXUUIWCKQGHC-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract 1
- VBJZVLUMGGDVMO-UHFFFAOYSA-N hafnium atom Chemical compound [Hf] VBJZVLUMGGDVMO-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract 1
- 239000010703 silicon Substances 0.000 abstract 1
- LEONUFNNVUYDNQ-UHFFFAOYSA-N vanadium atom Chemical compound [V] LEONUFNNVUYDNQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract 1
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 25
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 16
- 229910052980 cadmium sulfide Inorganic materials 0.000 description 14
- CJOBVZJTOIVNNF-UHFFFAOYSA-N cadmium sulfide Chemical compound [Cd]=S CJOBVZJTOIVNNF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 12
- 238000004544 sputter deposition Methods 0.000 description 10
- JZLMRQMUNCKZTP-UHFFFAOYSA-N molybdenum tantalum Chemical compound [Mo].[Ta] JZLMRQMUNCKZTP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 9
- 230000008569 process Effects 0.000 description 9
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 8
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 8
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 7
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 7
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 7
- XLOMVQKBTHCTTD-UHFFFAOYSA-N Zinc monoxide Chemical compound [Zn]=O XLOMVQKBTHCTTD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- KTSFMFGEAAANTF-UHFFFAOYSA-N [Cu].[Se].[Se].[In] Chemical compound [Cu].[Se].[Se].[In] KTSFMFGEAAANTF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- HVMJUDPAXRRVQO-UHFFFAOYSA-N copper indium Chemical compound [Cu].[In] HVMJUDPAXRRVQO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 239000010935 stainless steel Substances 0.000 description 6
- 229910001220 stainless steel Inorganic materials 0.000 description 6
- BWGNESOTFCXPMA-UHFFFAOYSA-N Dihydrogen disulfide Chemical compound SS BWGNESOTFCXPMA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 4
- 230000008021 deposition Effects 0.000 description 4
- 238000005137 deposition process Methods 0.000 description 4
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 4
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 3
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 3
- 239000011888 foil Substances 0.000 description 3
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 3
- 230000010354 integration Effects 0.000 description 3
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 description 3
- 239000011787 zinc oxide Substances 0.000 description 3
- WUPHOULIZUERAE-UHFFFAOYSA-N 3-(oxolan-2-yl)propanoic acid Chemical compound OC(=O)CCC1CCCO1 WUPHOULIZUERAE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- MARUHZGHZWCEQU-UHFFFAOYSA-N 5-phenyl-2h-tetrazole Chemical compound C1=CC=CC=C1C1=NNN=N1 MARUHZGHZWCEQU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N Silver Chemical compound [Ag] BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- PEAYFOINHAMYBE-UHFFFAOYSA-F [Se](=O)([O-])O[Se](=O)[O-].[Al+3].[In+3].[Cu+2].[Se](=O)([O-])O[Se](=O)[O-].[Se](=O)([O-])O[Se](=O)[O-].[Se](=O)([O-])O[Se](=O)[O-] Chemical compound [Se](=O)([O-])O[Se](=O)[O-].[Al+3].[In+3].[Cu+2].[Se](=O)([O-])O[Se](=O)[O-].[Se](=O)([O-])O[Se](=O)[O-].[Se](=O)([O-])O[Se](=O)[O-] PEAYFOINHAMYBE-UHFFFAOYSA-F 0.000 description 2
- QBRNAQQZTOGDLT-UHFFFAOYSA-L [Se](=O)([O-])O[Se](=O)[O-].[In+3].[Cu+2] Chemical compound [Se](=O)([O-])O[Se](=O)[O-].[In+3].[Cu+2] QBRNAQQZTOGDLT-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 2
- KNYGDGOJGQXAMH-UHFFFAOYSA-N aluminum copper indium(3+) selenium(2-) Chemical compound [Al+3].[Cu++].[Se--].[Se--].[In+3] KNYGDGOJGQXAMH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000005452 bending Methods 0.000 description 2
- 238000011161 development Methods 0.000 description 2
- ZZEMEJKDTZOXOI-UHFFFAOYSA-N digallium;selenium(2-) Chemical compound [Ga+3].[Ga+3].[Se-2].[Se-2].[Se-2] ZZEMEJKDTZOXOI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- 230000005684 electric field Effects 0.000 description 2
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 2
- 239000010408 film Substances 0.000 description 2
- 239000011229 interlayer Substances 0.000 description 2
- 231100000053 low toxicity Toxicity 0.000 description 2
- JKQOBWVOAYFWKG-UHFFFAOYSA-N molybdenum trioxide Chemical compound O=[Mo](=O)=O JKQOBWVOAYFWKG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000013082 photovoltaic technology Methods 0.000 description 2
- 239000004033 plastic Substances 0.000 description 2
- 229910052709 silver Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000004332 silver Substances 0.000 description 2
- 238000001771 vacuum deposition Methods 0.000 description 2
- BUHVIAUBTBOHAG-FOYDDCNASA-N (2r,3r,4s,5r)-2-[6-[[2-(3,5-dimethoxyphenyl)-2-(2-methylphenyl)ethyl]amino]purin-9-yl]-5-(hydroxymethyl)oxolane-3,4-diol Chemical compound COC1=CC(OC)=CC(C(CNC=2C=3N=CN(C=3N=CN=2)[C@H]2[C@@H]([C@H](O)[C@@H](CO)O2)O)C=2C(=CC=CC=2)C)=C1 BUHVIAUBTBOHAG-FOYDDCNASA-N 0.000 description 1
- 229910001369 Brass Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910001374 Invar Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910015711 MoOx Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000004677 Nylon Substances 0.000 description 1
- 206010034719 Personality change Diseases 0.000 description 1
- 239000004642 Polyimide Substances 0.000 description 1
- 239000011358 absorbing material Substances 0.000 description 1
- 230000006978 adaptation Effects 0.000 description 1
- 230000002411 adverse Effects 0.000 description 1
- 229910002065 alloy metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000007507 annealing of glass Methods 0.000 description 1
- 239000005328 architectural glass Substances 0.000 description 1
- 239000010951 brass Substances 0.000 description 1
- 230000008859 change Effects 0.000 description 1
- 238000005234 chemical deposition Methods 0.000 description 1
- 238000000224 chemical solution deposition Methods 0.000 description 1
- 238000005229 chemical vapour deposition Methods 0.000 description 1
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 1
- 239000002131 composite material Substances 0.000 description 1
- 230000006835 compression Effects 0.000 description 1
- 238000007906 compression Methods 0.000 description 1
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 1
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 1
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 1
- 229910021419 crystalline silicon Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000013461 design Methods 0.000 description 1
- 230000006866 deterioration Effects 0.000 description 1
- 230000009977 dual effect Effects 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 238000005530 etching Methods 0.000 description 1
- -1 for example Substances 0.000 description 1
- 239000003574 free electron Substances 0.000 description 1
- 238000002513 implantation Methods 0.000 description 1
- 238000011065 in-situ storage Methods 0.000 description 1
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 1
- 239000012212 insulator Substances 0.000 description 1
- 229910000833 kovar Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000003475 lamination Methods 0.000 description 1
- 238000000608 laser ablation Methods 0.000 description 1
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 1
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 1
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 1
- 229920001778 nylon Polymers 0.000 description 1
- 238000004806 packaging method and process Methods 0.000 description 1
- 238000000059 patterning Methods 0.000 description 1
- 229920001721 polyimide Polymers 0.000 description 1
- 238000010248 power generation Methods 0.000 description 1
- 238000007639 printing Methods 0.000 description 1
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 1
- 239000005060 rubber Substances 0.000 description 1
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 description 1
- 239000002356 single layer Substances 0.000 description 1
- 238000009751 slip forming Methods 0.000 description 1
- 238000009718 spray deposition Methods 0.000 description 1
- 239000007858 starting material Substances 0.000 description 1
- 238000010025 steaming Methods 0.000 description 1
- 238000003860 storage Methods 0.000 description 1
- 230000001502 supplementing effect Effects 0.000 description 1
- 238000007736 thin film deposition technique Methods 0.000 description 1
- 238000000427 thin-film deposition Methods 0.000 description 1
- 230000009466 transformation Effects 0.000 description 1
- 238000007740 vapor deposition Methods 0.000 description 1
- 230000000007 visual effect Effects 0.000 description 1
- 238000004804 winding Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
- H01L31/04—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof adapted as photovoltaic [PV] conversion devices
- H01L31/06—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof adapted as photovoltaic [PV] conversion devices characterised by at least one potential-jump barrier or surface barrier
- H01L31/072—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof adapted as photovoltaic [PV] conversion devices characterised by at least one potential-jump barrier or surface barrier the potential barriers being only of the PN heterojunction type
- H01L31/0749—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof adapted as photovoltaic [PV] conversion devices characterised by at least one potential-jump barrier or surface barrier the potential barriers being only of the PN heterojunction type including a AIBIIICVI compound, e.g. CdS/CulnSe2 [CIS] heterojunction solar cells
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
- H01L31/0248—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by their semiconductor bodies
- H01L31/036—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by their semiconductor bodies characterised by their crystalline structure or particular orientation of the crystalline planes
- H01L31/0392—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by their semiconductor bodies characterised by their crystalline structure or particular orientation of the crystalline planes including thin films deposited on metallic or insulating substrates ; characterised by specific substrate materials or substrate features or by the presence of intermediate layers, e.g. barrier layers, on the substrate
- H01L31/03926—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by their semiconductor bodies characterised by their crystalline structure or particular orientation of the crystalline planes including thin films deposited on metallic or insulating substrates ; characterised by specific substrate materials or substrate features or by the presence of intermediate layers, e.g. barrier layers, on the substrate comprising a flexible substrate
- H01L31/03928—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by their semiconductor bodies characterised by their crystalline structure or particular orientation of the crystalline planes including thin films deposited on metallic or insulating substrates ; characterised by specific substrate materials or substrate features or by the presence of intermediate layers, e.g. barrier layers, on the substrate comprising a flexible substrate including AIBIIICVI compound, e.g. CIS, CIGS deposited on metal or polymer foils
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
- Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy
- Y02E10/541—CuInSe2 material PV cells
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
- Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
- Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product
Abstract
Description
Querverweis auf verbundene AnmeldungCross-reference to connected login
Diese Anmeldung beansprucht die Priorität der provisorischen US-Patentanmeldungen Nr. 61/284,923, eingereicht am 28. Dezember 2009, Nr. 61/351,245, eingereicht am 3. Juni 2010 und Nr. 61/425,641, eingereicht am 21. Dezember 2010, die alle durch diesen Verweis für alle Zwecke hier einfließen. Ebenso fließen durch diesen Verweis die folgenden Patente und Patentanmeldungen in ihrer Gesamtheit hier mit ein: Patent Nr. 7,194,197, Anmeldung Nr. 12/424,497, eingereicht am 15. April 2009 und Anmeldung Nr. 12/397,846, eingereicht am 4. März 2009.This application claims the benefit of US Provisional Patent Application No. 61 / 284,923, filed on Dec. 28, 2009, No. 61 / 351,245, filed on Jun. 3, 2010, and No. 61 / 425,641, filed on Dec. 21, 2010, the all incorporated by this reference for all purposes here. Also incorporated herein by reference are the following patents and patent applications in their entirety: Patent No. 7,194,197, Application No. 12 / 424,497, filed April 15, 2009, and Application No. 12 / 397,846, filed March 4, 2009.
Hintergrundbackground
Das Gebiet der Photovoltaik betrifft allgemein mehrschichtige Materialien, die Sonnenlicht direkt in Gleichstrom umwandeln. Der Grundmechanismus für diese Umwandlung ist der photovoltaische (oder photoelektrische) Effekt, der erstmals 1839 von Antoine-César Becquerel beobachtet und 1905 erstmals korrekt von Einstein in einer wegweisenden wissenschaftlichen Abhandlung beschrieben wurde, für die er einen Nobelpreis für Physik erhalten hat. In den Vereinigten Staaten sind photovoltaische (PV) Vorrichtungen allgemein bekannt als Solarzellen oder PV-Zellen. Solarzellen sind typischerweise als eine zusammenwirkende Schichtanordnung von p-Halbleitern und n-Halbleitern konstruiert, wobei das n-Halbleitermaterial (auf einer „Seite” der Schichtanordnung) ein Übermaß an Elektronen aufweist und das p-Halbleitermaterial (auf der anderen „Seite” der Schichtanordnung) ein Übermaß an Löchern aufweist, von denen jedes die Abwesenheit eines Elektrons darstellt. Nahe der p-n-Kontaktstelle zwischen den zwei Materialien bewegen sich Valenzelektronen von der n-Schicht in benachbarte Löcher in der p-Schicht, wodurch ein kleines elektrisches Ungleichgewicht innerhalb der Solarzelle erzeugt wird. Dies resultiert in einem elektrischen Feld in der Umgebung der metallurgischen Kontaktstelle, welche die elektronische p-n-Kontaktstelle bildet.The field of photovoltaics generally relates to multilayer materials that convert sunlight directly into direct current. The basic mechanism for this transformation is the photovoltaic (or photoelectric) effect first observed in 1839 by Antoine-César Becquerel and first described in 1905 by Einstein in a groundbreaking scientific paper for which he was awarded a Nobel Prize in Physics. In the United States, photovoltaic (PV) devices are well known as solar cells or PV cells. Solar cells are typically constructed as a co-acting stack of p-type semiconductors and n-type semiconductors, where the n-type semiconductor material (on one "side" of the layered assembly) has an excess of electrons and the p-type semiconductor material (on the other "side" of the layered structure) ) has an excess of holes, each representing the absence of an electron. Near the p-n junction between the two materials, valence electrons move from the n-layer into adjacent holes in the p-layer, creating a small electrical imbalance within the solar cell. This results in an electric field in the vicinity of the metallurgical contact, which forms the electronic p-n junction.
Wenn ein einfallendes Photon ein Elektron in der Zelle in dem Leitungsband erregt, löst sich das erregte Elektron von den Atomen des Halbleiters, wodurch ein freies Elektron-/Lochpaar erzeugt wird. Da, wie oben beschrieben, die p-n-Kontaktstelle ein elektrisches Feld in der Umgebung der Kontaktstelle erzeugt, neigen Elektron-/Lochpaare, die auf diese Weise in der Nähe der Kontaktstelle erzeugt wurden, dazu, sich abzutrennen und von der Kontaktstelle weg zu bewegen, wobei sich das Elektron zur Elektrode auf der n-Seite bewegt und das Loch sich zur Elektrode auf der p-Seite der Kontaktstelle bewegt. Dies erzeugt insgesamt ein Ladungsungleichgewicht in der Zelle, so dass sich die Elektronen, wenn ein externer leitender Pfad zwischen den zwei Seiten der Zelle bereitgestellt wird, von der n-Seite zurück zur p-Seite entlang des externen Pfades bewegen, wodurch ein elektrischer Strom erzeugt wird. In der Praxis können Elektronen von der Oberfläche oder nahe der Oberfläche der n-Seite durch ein Leitgitter gesammelt werden, das einen Bereich der Oberfläche bedeckt, während einfallenden Photonen weiterhin ausreichend Zugang in die Zelle ermöglicht wird.When an incident photon excites an electron in the cell in the conduction band, the excited electron detaches from the atoms of the semiconductor, creating a free electron / hole pair. As described above, since the pn pad generates an electric field in the vicinity of the pad, electron / hole pairs thus created near the pad tend to separate and move away from the pad, the electron moves to the n-side electrode and the hole moves to the electrode on the p-side of the pad. This altogether creates a charge imbalance in the cell such that when an external conductive path is provided between the two sides of the cell, the electrons move from the n-side back to the p-side along the external path, thereby generating an electrical current becomes. In practice, electrons can be collected from the surface or near the surface of the n-side through a baffle that covers a portion of the surface, while still allowing incidental photons sufficient access into the cell.
Solch ein photovoltaischer Aufbau bildet eine funktionsfähige PV-Vorrichtung, wenn geeignet angeordnete elektrische Kontakte enthalten sind und die Zelle (oder eine Reihe von Zellen) in einem geschlossenen elektrischen Schaltkreis integriert ist. Als Einzelvorrichtung ist eine einzelne herkömmliche Solarzelle nicht ausreichend, um die meisten Anwendungen mit Strom zu versorgen. Deshalb werden Solarzellen üblicherweise in PV-Modulen oder „Reihen” angeordnet, indem die Vorderseite der einen Zelle mit der Hinterseite einer weiteren Zelle verbunden wird, wodurch die Spannungen der einzelnen Zellen zusammen in einer elektrischen Reihenschaltung aufaddiert werden. Typischerweise wird eine sehr große Anzahl von Zellen in Reihe verbunden, um eine nutzbare Spannung zu erzielen. Der daraus entstehende Gleichstrom kann dann durch einen Inverter eingespeist werden, wobei er zu einem Wechselstrom mit geeigneter Frequenz transformiert wird, die so ausgewählt wird, dass sie zu der Frequenz eines Wechselstroms, der von einem herkömmlichen Energieversorgungsnetz geliefert wird, passt. In den Vereinigten Staaten liegt diese Frequenz bei 60 Hertz (Hz), und in den meisten anderen Ländern wird Wechselstrom mit 50 Hz oder 60 Hz bereitgestellt.Such a photovoltaic structure forms a functional PV device when suitably arranged electrical contacts are included and the cell (or a series of cells) is integrated in a closed electrical circuit. As a stand-alone device, a single conventional solar cell is not sufficient to power most applications. Therefore, solar cells are usually arranged in PV modules or "rows" by connecting the front of one cell to the back of another cell, thereby adding up the voltages of the individual cells together in an electrical series connection. Typically, a very large number of cells are connected in series to achieve a useful voltage. The resulting direct current may then be fed through an inverter, where it is transformed into an alternating current of suitable frequency, which is selected to match the frequency of an alternating current supplied by a conventional power grid. In the United States, this frequency is 60 hertz (Hz), and in most other countries alternating current is provided at 50 Hz or 60 Hz.
Eine besondere Art von Solarzelle, die für kommerzielle Zwecke entwickelt wurde, ist eine „Dünnschicht”-PV-Zelle. Im Vergleich zu anderen Arten von PV-Zellen, wie z. B. kristalline Silizium-PV-Zellen, benötigen Dünnschicht-PV-Zellen weniger lichtabsorbierendes Material, um eine funktionsfähige Zelle zu bilden und können somit die Herstellungskosten verringern. Auf Dünnschicht basierende PV-Zellen sind auch kostensgünstiger, da sie bereits früher entwickelte Abscheidungstechniken für die Elektrodenschichten einsetzen, die in der Industrie für schützende, dekorative und funktionale Beschichtungen weit verbreitet genutzt werden. Bekannte Beispiele für kostengünstige, kommerzielle Dünnschicht-Produkte umfassen wasserundurchlässige Beschichtungen auf Lebensmittelverpackungen auf Polymerbasis, dekorative Beschichtungen auf Bauglas, Wärmekontrollbeschichtungen mit geringem Emissionsgrad auf Glas im Wohnbereich und Handel, und Beschichtungen gegen Zerkratzen und zur Entspiegelung auf Brillengläsern. Die Übernahme oder Anpassung von Techniken, die in diesen anderen Gebieten entwickelt wurden, ermöglichte eine Verringerung der Entwicklungskosten für Dünnschicht-Abscheidungstechniken für PV-Zellen.One particular type of solar cell that has been developed for commercial use is a "thin film" PV cell. Compared to other types of PV cells, such as. Crystalline silicon PV cells, thin-film PV cells require less light-absorbing material to form a viable cell and thus can reduce manufacturing costs. Thin-film based PV cells are also more cost effective as they employ previously developed electrode layer deposition techniques that are widely used in the industry for protective, decorative and functional coatings. Known examples of low-cost, commercial thin-film products include water-impermeable coatings on polymer-based food packaging, decorative coatings on architectural glass, Low emissivity thermal control coatings on residential and commercial glass, and anti-scratch and anti-reflection coatings on eyeglass lenses. The adoption or adaptation of techniques developed in these other areas has allowed a reduction in the development costs of thin-film deposition techniques for PV cells.
Weiterhin haben Dünnschichtzellen Wirkungsgrade nahe 20% erreicht, was den Wirkungsgraden der höchst effizienten kristallinen Zellen gleichkommt oder diese übersteigt. Insbesondere das Halbleitermaterial Kupfer-Indium-Gallium-Diselenit (CIGS) ist stabil, hat eine geringe Toxizität und ist tatsächlich dünnschichtig, da es eine Dicke von weniger als 2 Mikrometer in einer funktionsfähigen PV-Zelle benötigt. Somit scheint CIGS bis heute das größte Potential für hochleistungsfähige, kostengünstige Dünnschicht-PV-Produkte, und somit für die Eroberung großer Stromerzeugungsmärkte, aufzuweisen. Weitere Halbleitervarianten für die Dünnfilm-PV-Technologie umfassen Kupfer-Indium-Diselenit, Kupfer-Indium-Disulfit, Kupfer-Indium-Aluminium-Diselenit und Cadmium-Tellurid.Furthermore, thin-film cells have achieved efficiencies close to 20%, which equals or exceeds the efficiencies of the most efficient crystalline cells. In particular, the semiconductor material copper-indium-gallium-diselenite (CIGS) is stable, has low toxicity, and is actually thin-layered, requiring less than 2 microns of thickness in a functional PV cell. Thus, CIGS still appears to have the greatest potential for high-performance, low-cost thin-film PV products, and thus for the conquest of large power generation markets. Other semiconductor variants for thin film PV technology include copper indium diselenite, copper indium disulfide, copper indium aluminum diselenite, and cadmium telluride.
Dünnschicht-PV-Zellen, die entweder feste oder flexible Substrate nutzen, umfassen im Allgemeinen eine leitfähige Schicht, die als die untere Elektrode einer Zelle, angeordnet zwischen dem zugrundeliegenden Substrat und dem aktiven PV-Material, dient. Wenn Zellen mittels monolithischer Integrationstechniken verbunden werden (d. h. wenn die elektrischen Verbindungen zwischen den Zellen in situ auf dem durchgehenden Substrat erzeugt werden), wird der sogenannte P2-Musterungsschritt verwendet, um das durchgehend ausgebildete PV-Material in Zellen für eine nachfolgende Verbindung zu teilen.Thin-film PV cells that use either solid or flexible substrates generally include a conductive layer that serves as the bottom electrode of a cell disposed between the underlying substrate and the active PV material. When cells are connected by monolithic integration techniques (i.e., when the electrical connections between the cells are generated in situ on the continuous substrate), the so-called P2 patterning step is used to divide the continuously formed PV material into cells for subsequent connection.
ZusammenfassungSummary
Eine Dünnschicht-Photovoltaikzelle umfasst ein Trägersubstrat; eine Kontaktschicht, die angrenzend an eine erste Seite des Substrats angeordnet ist; eine p-Halbleiterschicht, die auf der ersten Seite des Substrats angeordnet ist; eine n-Halbleiterschicht, die auf der ersten Seite des Substrats angeordnet ist, und eine rückseitige Kontaktschutzschichtstruktur, die angrenzend an eine zweite Seite des Substrats angeordnet ist, wobei die rückseitige Kontaktschutzschichtstruktur ein korrosionsbeständiges Material umfassen kann. In manchen Ausführungsbeispielen umfasst die rückseitige Schicht zumindest eine erste Schicht und eine zweite Schicht. Zusätzlich und/oder alternativ kann die rückseitige Schicht eine Molybdänlegierung umfassen, wobei die Molybdänlegierung einen Legierungspartner, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Ti, Zr, Hf, V, Nb, Ta, Al und Si, umfassen kann.A thin-film photovoltaic cell comprises a carrier substrate; a contact layer disposed adjacent a first side of the substrate; a p-type semiconductor layer disposed on the first side of the substrate; an n-type semiconductor layer disposed on the first side of the substrate and a backside contact protection layer pattern disposed adjacent to a second side of the substrate, wherein the backside contact protection layer pattern may comprise a corrosion resistant material. In some embodiments, the backside layer comprises at least a first layer and a second layer. Additionally and / or alternatively, the backside layer may comprise a molybdenum alloy, wherein the molybdenum alloy may comprise an alloying partner selected from the group consisting of Ti, Zr, Hf, V, Nb, Ta, Al, and Si.
Ein Verfahren zur Herstellung einer flexiblen Dünnschicht-Photovoltaikstruktur (PV-Struktur) umfasst die Schritte: Bereitstellen eines Trägersubstrats; Aufbringen einer Schicht einer Photovoltaikschichtstruktur auf einer ersten Seite des Substrats; und Aufbringen einer rückseitigen Schutzschichtstruktur auf einer zweiten Seite des Substrats, wobei die rückseitige Schutzschichtstruktur ein korrosionsbeständiges Material umfasst. In manchen Ausführungsbeispielen umfasst das Aufbringen der rückseitigen Schutzschichtstruktur ein Aufbringen von zumindest zwei Schichten und/oder das Aufbringen einer rückseitigen Schutzschichtstruktur umfasst ein Aufbringen einer ersten Schicht und einer zweiten Schicht mit einem Dickeverhältnis von 1:2, wobei die erste Schicht Chrom umfasst und die zweite Schicht Molybdän umfasst. Zusätzlich und/oder alternativ kann das Aufbringen einer rückseitigen Schutzschichtstruktur ein Aufbringen einer Molybdänlegierungsschicht umfassen, wobei die Molybdänlegierung einen Legierungspartner, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Ti, Zr, Hf, V, Nb, Ta, Al und Si, umfasst.A method of manufacturing a flexible thin film photovoltaic (PV) structure comprises the steps of: providing a carrier substrate; Depositing a layer of a photovoltaic layer structure on a first side of the substrate; and applying a backside protective layer structure on a second side of the substrate, the backside protective layer structure comprising a corrosion resistant material. In some embodiments, applying the backside protective layer structure comprises applying at least two layers and / or applying a backside protective layer structure comprises applying a first layer and a second layer having a thickness ratio of 1: 2, wherein the first layer comprises chromium and the second Layer comprises molybdenum. Additionally and / or alternatively, the application of a backside protective layer structure may comprise depositing a molybdenum alloy layer, wherein the molybdenum alloy comprises an alloying partner selected from the group consisting of Ti, Zr, Hf, V, Nb, Ta, Al, and Si.
Ein zusätzlicher Aspekt der vorliegenden Offenbarung ist auf ein Verfahren zur Herstellung eines länglichen, flexiblen Streifens aus Photovoltaikmaterial (PV-Material) gerichtet, das umfasst: Bereitstellen eines länglichen, flexiblen Streifenträgersubstrats, Anordnen des Substrats, in zeitlicher Abfolge, in verschiedenen, selbstisolierten Verarbeitungskammern, und innerhalb jeder Kammer, Durchführen verschiedener, zeitlich aufeinanderfolgender Unterschichten-Erzeugungsvorgänge, die zusammen zu der Herstellung eines länglichen, in Rollenform vorliegenden, flexiblen Streifens auf PV-Material führen. Der PV-Materialstreifen kann auf einer ersten Seite eine mehrschichtige Dünnschicht-PV-Zellenschichtstruktur und auf einer zweiten Seite eine rückseitige Schutzschichtstruktur umfassen, wobei die rückseitige Schutzschichtstruktur ein korrosionsbeständiges Material umfasst. Die rückseitige Schutzschichtstruktur kann ein erste Schicht mit Chrom und eine zweite Schicht mit Molybdän umfassen. Zusätzlich und/oder alternativ kann die rückseitige Schutzschichtstruktur eine Molybdänlegierungsschicht umfassen, wobei die Molybdänlegierung einen Legierungspartner, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Ti, Zr, Hf, V, Nb, Ta, Al und Si, umfasst.An additional aspect of the present disclosure is directed to a method of making an elongate flexible strip of photovoltaic (PV) material, comprising: providing an elongated, flexible strip carrier substrate, placing the substrate in sequence, in various self-isolated processing chambers, and within each chamber, performing various sequential sub-layer forming operations that together result in the production of an elongate, roll-form, flexible strip of PV material. The PV material strip may comprise a multi-layer thin film PV cell layer structure on a first side and a backside protective layer structure on a second side, the backside protective layer structure comprising a corrosion resistant material. The backside protective layer structure may include a first layer of chromium and a second layer of molybdenum. Additionally and / or alternatively, the backside protective layer structure may comprise a molybdenum alloy layer, wherein the molybdenum alloy comprises an alloying partner selected from the group consisting of Ti, Zr, Hf, V, Nb, Ta, Al, and Si.
Die Vorteile der vorliegenden Offenbarung werden nach Berücksichtigung der Zeichnungen und der genauen Beschreibung besser verstanden werden.The advantages of the present disclosure will be better understood after considering the drawings and the detailed description.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen Brief description of the drawings
Genaue BeschreibungPrecise description
PV-Zellen können anfällig für schädigende Umweltbedingungen sein, zum Beispiel während der Aufbringung einer PV-Absorberschicht durch Aufdampfen, während eines Integritätstests bei feuchter Wärme, oder aufgrund von Wärme, Feuchtigkeit und/oder Nässe in der Umgebung, welche ein Trägersubstrat von der Rückseite nach dem Einbau der PV-Zelle oder des PV-Moduls angreifen können. Molybdänbeschichtungen oder -schichten, die auf jeder Seite eines Trägersubstrats angeordnet sind, können anfällig für Korrosion sein, nachdem sie eine Zeit lang Wärme und Feuchtigkeit ausgesetzt sind. Eine Dünnschicht-PV-Zelle gemäß der vorliegenden Offenbarung umfasst einen verbesserten Korrosionsschutz gegenüber einem Substrat, das nur eine Molybdänschicht allein aufweist.PV cells may be susceptible to adverse environmental conditions, for example, during deposition of a PV absorber layer by vapor deposition, during a wet heat integrity test, or due to heat, moisture, and / or moisture in the environment, which may be a carrier substrate from the backside can attack the installation of the PV cell or the PV module. Molybdenum coatings or layers disposed on either side of a carrier substrate may be susceptible to corrosion after being exposed to heat and moisture for a period of time. A thin film PV cell according to the present disclosure includes improved corrosion protection over a substrate having only one molybdenum layer alone.
Zusätzlich und/oder alternativ kann eine Dünnschicht-PV-Zelle gemäß der vorliegenden Offenbarung ein Trägersubstrat mit einer Photovoltaikschichtstruktur, die auf einer ersten Seite des Substrats angeordnet ist, und einer rückseitigen Schutzschichtstruktur, die angrenzend an eine zweite Seite des Substrats angeordnet ist, umfassen, wobei die rückseitige Schutzschichtstruktur die Korrosionsbeständigkeit des Substrats verbessert und/oder das Substrat vor schädigenden Umweltbedingungen schützt. Gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Offenbarung kann eine rückseitige Schutzschichtstruktur ein korrosionsbeständiges Material umfassen, wie eine Mo-X-Legierung. Zusätzlich und/oder alternativ kann eine PV-Zelle gemäß der vorliegenden Offenbarung eine rückseitige Schutzschichtstruktur mit mehr als einer Schicht umfassen, auch als Doppelschicht bezeichnet, wobei eine oder mehrere der Schichten ein korrosionsbeständiges Material, zum Beispiel Chrom (Cr), umfasst/umfassen.Additionally and / or alternatively, a thin film PV cell according to the present disclosure may include a support substrate having a photovoltaic layer structure disposed on a first side of the substrate and a backside protective layer structure disposed adjacent a second side of the substrate, wherein the backside protective layer structure improves the corrosion resistance of the substrate and / or protects the substrate from damaging environmental conditions. According to an embodiment of the present disclosure, a backside protective layer structure may include a corrosion resistant material, such as a Mo-X alloy. Additionally and / or alternatively, a PV cell according to the present disclosure may comprise a backside protective layer structure having more than one layer, also referred to as a double layer, wherein one or more of the layers comprises a corrosion resistant material, for example, chromium (Cr).
Eine PV-Zelle gemäß der vorliegenden Offenbarung kann hergestellt werden, indem man mit einem Substrat beginnt, und dann aufeinanderfolgend mehrere dünne Schichten aus verschiedenen Materialien auf das Substrat abscheidet. Wenn das Substrat flexibel ist, kann diese Anordnung durch eine Rollenverarbeitung erzielt werden, wobei das Substrat sich von einer Ausgaberolle zu einer Aufnahmerolle bewegt, wobei es durch eine Reihe von Abscheidungsbereichen zwischen den zwei Rollen verläuft. Ungeachtet dessen, ob das PV-Material in einem Rollenverarbeitungsprozess oder durch eine andere Technik hergestellt wurde, wird das Material dann zu Zellen jeder beliebigen Größe geschnitten und nachfolgend miteinander verbunden. Alternativ können verschiedene Schichten aus dem abgeschiedenen Material geätzt oder anderweitig während der Herstellung geteilt werden. Zusätzliche Einzelheiten in Bezug auf die Zusammensetzung und Herstellung von Dünnschicht-PV-Zellen einer Art, die für eine Verwendung mit den hierin offenbarten Verfahren und Vorrichtungen geeignet ist, sind zum Beispiel im
Ein ausgedehnter, flacher Bereich eines länglichen Streifens aus einem dünnen, flexiblen Substratmaterial
Eine Bezugnahme auf das Substratstreifenmaterial
Neun getrennte, einzelne Verarbeitungskammern
Die Verarbeitung beginnt mit einer blanken Starterrolle, oder einem Streifen, aus einem länglichen, flexiblen Dünnschicht-Substratmaterial, das von der Ausgaberolle
Eine belastungskonforme Metallzwischenschicht, zum Beispiel Ni-V, die ausgewählt wurde, um Wärmeausdehnungseigenschaften zwischen denen des Substrats und der nachfolgend aufgetragenen Schichten aufzuweisen, kann optional als die erste Schicht, die auf dem Substrat abgeschieden wird, verwendet werden. Dieser Schritt ist in
Innerhalb der Kammer
Die Schicht
Die rückseitige Kontaktschicht
Das aus der Kammer
In der Kammer
Nach der Abscheidung von Mo, CIGS und CdS läuft der Streifen weiter durch eine Abfolge von Vorgängen
Direkt nach dem ersten Einritzvorgang wird ein zweiter selektiver Einritzvorgang durchgeführt, um die CdS- und CIGS-Schichten zu entfernen, aber das Molybdän wird in den wie abgeschiedenen Zuständen intakt gelassen. Dieses selektive Einritzen bildet einen Durchgang oder Kanal, der später mit leitfähigen Oxid gefüllt wird.Immediately after the first scoring operation, a second selective scoring operation is performed to remove the CdS and CIGS layers, but the molybdenum is left intact in the as-deposited states. This selective scoring forms a passage or channel which is later filled with conductive oxide.
Um zu verhindern, dass das leitfähige Oxid in der oberen Kontaktschicht in die erste Ritze, Mo/CIGS/CdS, eingefüllt wird und dadurch angrenzende geteilte Mo-Bereiche wieder verbindet, muss die Ritze mit einem Isolator aufgefüllt werden. Vorzugsweise wird dies mittels einer UV-härtenden Tinte erreicht, die im Vorgang
Wenn die optionale, elektrisch isolierende, Intrinsic-Zinkoxid i-ZnO-Schicht verwendet wird, dann wird diese in der Verarbeitungskammer
Eine obere Kontaktschicht in der Form einer transparenten Überschicht
Wenn eine isolierende i-ZnO-Schicht, wie die Schicht
Allgemein können Dünnschicht-PV-Zellen gemäß der vorliegenden Offenbarung auf festen oder flexiblen Substraten basieren. Feste Glassubstrate sind relativ billig, haben im allgemeinen einen Wärmeausdehnungskoeffizienten, der relativ genau zu dem CIGS oder anderen Absorberschichten passt, und ermöglichen die Anwendung von Vakuumabscheidungssystemen. Wenn man jedoch die Technologieoptionen, die während des Abscheidungsprozesses anwendbar sind, vergleicht, weisen feste Substrate verschiedene Nachteile bei der Verarbeitung auf, wie die Notwendigkeit einer erheblichen Aufstellfläche für Verarbeitungsgeräte und Materiallagerung, teures und spezialisiertes Gerät für die einheitliche Erwärmung von Glas auf erhöhte Temperaturen bis oder nahe der Glas-Glühtemperatur, ein hohes Potential eines Bruchs des Substrats mit den daraus resultierenden Produktionsverlusten, und eine höhere Wärmeleistung mit den daraus resultierenden höheren Stromkosten für die Erwärmung des Glases. Außerdem erfordern feste Substrate erhöhte Versandkosten aufgrund des Gewichts und der Empfindlichkeit des Glases. Dadurch ist die Verwendung von Glassubstraten für die Abscheidung von dünnen Schichten nicht die beste Wahl für die kostengünstige, großflächige, ertragreiche, kommerzielle Herstellung von mehrschichtigen, funktionalen Dünnschichtmaterialien, wie bei der Photovoltaik.Generally, thin film PV cells according to the present disclosure may be based on solid or flexible substrates. Solid glass substrates are relatively inexpensive, generally have a coefficient of thermal expansion that fits relatively precisely to the CIGS or other absorber layers, and allow the use of vacuum deposition systems. However, comparing the technology options that are applicable during the deposition process, solid substrates have several disadvantages in processing, such as the need for a significant footprint for processing equipment and storage, expensive and specialized equipment for uniform heating of glass to elevated temperatures up to or near the glass annealing temperature, a high potential of breakage of the substrate with the resulting production losses, and a higher heat output with the consequent higher power costs for the heating of the glass. In addition, solid substrates require increased shipping costs due to the weight and sensitivity of the glass. Thus, the use of glass substrates for the deposition of thin films is not the best choice for the low-cost, large-scale, high-yield, commercial production of multilayer, functional thin-film materials, such as photovoltaics.
Geeignete flexible Substratmaterialen umfassen zum Beispiel ein Hochtemperaturpolymer wie Polyimid, oder eine flexible Metallfolie (Edelstahlfolie, Titanfolie, Aluminiumfolie oder andere) oder dünnes Metall, wie Edelstahl, Aluminium oder Titan u. a. Zum Beispiel kann ein Substrat mit einem flexiblen Edelstahl eine Dicke in der Größenordnung von 0,025 mm (25 Mikrometer) aufweisen, während alle anderen Schichten der Zelle eine kombinierte Dicke in der Größenordnung von 0,002 mm (2 Mikrometer) oder weniger aufweisen können. Im Falle der flexiblen Substrate kann die Herstellung der PV-Zellen mittels Rollenverarbeitung durchgeführt werden. Neben der Möglichkeit, eine Rollenverarbeitung durchzuführen, können flexible Substrate bestimmte Vorteile gegenüber festen Substraten aufweisen. Zum Beispiel ermöglicht die Rollenverarbeitung von dünnen, flexiblen Substraten die Verwendung von kompakten, kostengünstigeren Vakuumsystemen und von nicht-spezialisierten Geräten, die bereits für andere Dünnschicht-Industrieanwendungen entwickelt wurden. Außerdem haben flexible Substratmaterialen von Natur aus eine geringere Wärmekapazität als Glas, so dass die Energiemenge, die zum Erhöhen der Temperatur erforderlich ist, minimiert wird. Flexible Substrate bieten außerdem eine relativ hohe Toleranz gegenüber schnellem Erwärmen und Abkühlen und großen Wärmegefällen, was zu einer geringen Wahrscheinlichkeit eines Bruchs oder eines Ausfalls während der Verarbeitung führt.Suitable flexible substrate materials include, for example, a high temperature polymer such as polyimide, or a flexible metal foil (stainless steel foil, titanium foil, aluminum foil or others) or thin metal such as stainless steel, aluminum or titanium, and the like. a. For example, a flexible stainless steel substrate may have a thickness of the order of 0.025 mm (25 microns), while all other layers of the cell may have a combined thickness of the order of 0.002 mm (2 microns) or less. In the case of the flexible substrates, the production of the PV cells can be carried out by means of roll processing. In addition to being able to perform roll processing, flexible substrates may have certain advantages over solid substrates. For example, roll processing of thin, flexible substrates allows the use of compact, lower-cost vacuum systems and non-specialized equipment already developed for other thin-film industrial applications. In addition, flexible substrate materials inherently have a lower heat capacity than glass so that the amount of energy required to raise the temperature is minimized. Flexible substrates also offer a relatively high tolerance to rapid heating and cooling and large thermal gradients, resulting in a low likelihood of breakage or failure during processing.
Weiterhin können die entstandenen ungeschichteten Zellen oder Zellenreihen, sobald die aktiven PV-Materialen auf den flexiblen Substratmaterialen abgeschieden sind, für eine Schichtung und/oder Montage zu flexiblen oder festen Solarmodulen zu einer anderen Fabrik transportiert werden. Diese strategische Option verringert die Transportkosten (z. B. leichte flexible Substrate im Gegensatz zu Glas) und ermöglicht außerdem den Aufbau von Partnerfirmen zur Fertigstellung und für den Vertrieb von PV-Modulen in der ganzen Welt. Ungeachtet der möglichen Vorteile bei der Verwendung von flexiblen Substraten für Dünnschicht-PV-Zellen bezieht sich die vorliegende Offenbarung auf die Verbesserung der Korrosionsbeständigkeit von PV-Zellen auf der Grundlage von flexiblen wie auch festen Substraten.Furthermore, once the active PV materials are deposited on the flexible substrate materials, the resulting uncoated cells or cell rows may be transported to another factory for lamination and / or assembly into flexible or solid solar modules. This strategic option reduces transportation costs (such as lightweight flexible substrates as opposed to glass) and also enables the development of partner companies to complete and distribute PV modules around the world. Notwithstanding the potential benefits of using flexible substrates for thin film PV cells, the present disclosure relates to improving the corrosion resistance of PV cells based on flexible as well as solid substrates.
Eine Photovoltaik-Schichtstruktur gemäß der vorliegenden Offenbarung kann aufeinanderfolgende Schichten umfassen, einschließlich zumindest einer Kontaktschicht, die angrenzend an eine erste Seite des Substrats angeordnet ist, einer p-Halbleiterschicht, die auf der ersten Seite des Substrats angeordnet ist, und/oder einer n-Halbleiterschicht, die auf der ersten Seite des Substrats angeordnet ist. Die Photovoltaik-Schichtstruktur kann auf das Substrat einer PV-Zelle in einzelnen Verarbeitungskammern mittels verschiedener Prozesse, wie Sputtern, Bedampfung, Vakuumabscheidung und/oder Drucken, abgeschieden werden. Die genaue Dicke jeder Schicht hängt von der genauen Auswahl der Materialen und dem bestimmten Aufbringungsprozess, der für das Ausbilden jeder Schicht gewählt wurde, ab. Weitere Einzelheiten bezüglich dieser Schichten, einschließlich möglicher bestimmter Schichtmaterialien, Schichtdicken und geeigneter Aufbringungsprozesse für jede Schicht sind z. B. im
Insbesondere das Halbleitermaterial Kupfer-Indium-Gallium-Diselenit (CIGS) ist stabil, hat eine geringe Toxizität und ist tatsächlich dünnschichtig, da es eine Dicke von weniger als 2 Mikrometer in einer funktionsfähigen PV-Zelle benötigt. Weitere Halbleitervarianten für die Dünnfilm-PV-Technologie umfassen Kupfer-Indium-Diselenit, Kupfer-Indium-Disulfit, Kupfer-Indium-Aluminium-Diselenit und Cadmium-Tellurid.In particular, the semiconductor material copper-indium-gallium-diselenite (CIGS) is stable, has low toxicity, and is actually thin-layered, requiring less than 2 microns of thickness in a functional PV cell. Other semiconductor variants for thin film PV technology include copper indium diselenite, copper indium disulfide, copper indium aluminum diselenite, and cadmium telluride.
Eine aktive PV-Schicht
Die Verbindung zwischen der oberen Elektrode
Unter erneuter Bezugnahme auf
Die Photovoltaik-Schichtstruktur, die auf der ersten Seite des Substrats abgeschieden wird, kann eine oder mehrere rückseitige Kontaktschichten
Wie vorher beschrieben, kann eine PV-Zelle mit einer rückseitigen Schutzschicht, die angrenzend an die zweite Seite des Substrats abgeschieden wird, ein korrosionsbeständiges Material umfassen und kann einen Korrosionsschutz für die PV-Zelle bieten. Gemäß der vorliegenden Offenbarung umfasst die PV-Zelle
Die Schicht
Die Legierung kann so ausgewählt werden, dass sie einen geringen gesamten Leitungswiderstand aufweist, so dass die Erhöhung des elektrischen Leitungswiderstandes aufgrund der Legierungsbildung auf einem Minimum gehalten wird, indem eine geringe Menge des Legierungselements ausgewählt wird. Zum Beispiel kann der Anteil des Legierungselements (d. h. die Atomkonzentration) so gewählt werden, dass er unter 25% liegt, oder sogar unter 10%. Die Mo-X-Legierung kann durch jede beliebige Art von Dünnschicht-Abscheidungsprozessen gebildet werden, wie Sputtern, Bedampfung, chemische Gasphasenabscheidung, Laserablation, chemische Lösungsabscheidung, Sprühabscheidung, Dünnschicht-Reaktionsprozesse, Implantieren eines Legierungspartners oder andere kombinierte Verfahren für die Dünnschichtherstellung.The alloy may be selected to have a small total line resistance, so that the increase in electrical line resistance due to alloying is kept to a minimum by selecting a small amount of the alloying element. For example, the amount of alloying element (i.e., atomic concentration) may be chosen to be below 25%, or even below 10%. The Mo-X alloy can be formed by any type of thin film deposition process, such as sputtering, sputtering, chemical vapor deposition, laser ablation, chemical solution deposition, spray deposition, thin film reaction processes, implantation of an alloying partner, or other combined thin film fabrication processes.
Die Rückseite des Substrats kann relativ leicht korrodieren, wenn sie Feuchtigkeit ausgesetzt ist, falls sie mit einer einzelnen rückseitigen Schicht beschichtet ist, die nur aus reinem Mo besteht. Eine rückseitige Schutzschicht, die auf der zweiten Seite des Substrats gemäß der vorliegenden Offenbarung abgeschieden ist, kann eine verbesserte Korrosionsbeständigkeit gegenüber einer rückseitigen Schicht nur aus Mo und damit einen besseren Schutz für die zweite Seite des Substrats bieten.
Als ein weiterer Hinweis für die Korrosionsbeständigkeit von Mo-X-Legierungen vergleicht die nachfolgende Tabelle das optische Erscheinungsbild der gesputterten Proben von Mo und MoTa nach verschiedenen Verweildauern bei feuchter Wärme (DH) gemäß den Aspekten der vorliegenden Offenbarung.
Wie aus einem Vergleich der
Zusätzlich und/oder alternativ kann eine Dünnschicht-PV-Zelle gemäß der vorliegenden Offenbarung, allgemein mit
Die Photovoltaik-Schichtstruktur
Eine Schutzschichtstruktur mit zwei Schichten kann eine Dicke im Bereich von ca. 70 nm bis 1300 nm aufweisen, wobei eine erste Schicht, z. B. eine Cr-Schicht, eine Dicke im Bereich von ca. 20 nm bis 300 nm, und eine zweite Schicht, wie z. B. eine Mo-Schicht, eine Dicke im Bereich von ca. 50 nm bis 1000 nm aufweisen können.A protective layer structure having two layers may have a thickness in the range of about 70 nm to 1300 nm, wherein a first layer, for. B. a Cr layer, a thickness in the range of about 20 nm to 300 nm, and a second layer, such as. B. a Mo layer, a thickness in the range of about 50 nm to 1000 nm may have.
Die rückseitige Kontaktschicht kann im Allgemeinen eine Dicke im Bereich von ca. 220 nm bis 1300 nm aufweisen, wobei eine Chromschicht eine Dicke im Bereich von ca. 20 nm bis 300 nm und eine Molybdänschicht eine Dicke in einem Bereich von ca. 200 nm bis 1000 nm aufweisen können. Die Sputterleistungen können zwischen 5,5 kW und 8,5 kW liegen und/oder die Arbeitsdrücke können zwischen 4 mT bis 8 mT liegen. Zum Beispiel kann eine zweite Schicht mit Mo bei 7,5 kW und einem Arbeitsdruck von 6 mTorr gesputtert werden.The back contact layer may generally have a thickness in the range of about 220 nm to 1300 nm, wherein a chromium layer has a thickness in the range of about 20 nm to 300 nm and a molybdenum layer has a thickness in a range of about 200 nm to 1000 nm. The sputtering powers can be between 5.5 kW and 8.5 kW and / or the working pressures can be between 4 mT and 8 mT. For example, a second layer can be sputtered with Mo at 7.5 kW and a working pressure of 6 mTorr.
Auch wenn die genaue Dicke jeder Schicht einer Dünnschicht-PV-Zelle von der genauen Auswahl der Materialien und dem bestimmten Aufbringungsprozess, der für die Ausbildung jeder Schicht gewählt wird, abhängt, sind beispielhafte Materialien, Dicken und Verfahren zur Aufbringung jeder Schicht, die oben für die PV-Zelle
Dementsprechend kann eine Cr/Mo-Doppelschicht, die als eine rückseitige Schutzschichtbeschichtung aufgebracht wird, eine größere Korrosionsbeständigkeit für die Rückseite des Substrats bieten als eine reine Mo-Rückschicht. Korrosionstests von Substratelementen, die mit rückseitigen Cr/Mo-Schutzdoppelschichten mit verschiedenen Dicken beschichtet sind, stützen diese Rückschluss.Accordingly, a Cr / Mo bilayer applied as a backside protective layer coating can provide greater corrosion resistance to the back side of the substrate than a pure Mo back layer. Corrosion testing of substrate elements coated with back Cr / Mo protective bilayers of various thicknesses support this inference.
Die verschiedenen strukturellen Bauteile, die hier offenbart wurden, können aus jedem geeigneten Material oder einer Kombination aus Materialien aufgebaut sein, z. B. Metall, Kunststoff, Nylon, Kunststoff, Gummi oder andere Materialien mit ausreichender struktureller Festigkeit, um den während der Nutzung auftretenden Belastungen zu widerstehen. Materialien können auf Grundlage von Haltbarkeit, Flexibilität, Gewicht und/oder ästhetischen Qualitäten ausgewählt werden.The various structural components disclosed herein may be constructed of any suitable material or combination of materials, e.g. As metal, plastic, nylon, plastic, rubber or other materials with sufficient structural strength to withstand the stresses occurring during use. Materials can be selected based on durability, flexibility, weight, and / or aesthetic qualities.
Es wird davon ausgegangen, dass die nachfolgenden Ansprüche insbesondere bestimmte Kombinationen und Unterkombinationen darlegen, die auf eine der offenbarten Erfindungen gerichtet, neu und nicht offensichtlich sind. Erfindungen, die in anderen Kombinationen und Unterkombinationen von Merkmalen, Funktionen, Elementen und/oder Eigenschaften enthalten sind, können durch Ergänzung der vorliegenden Ansprüche oder Darlegung von neuen Ansprüchen in dieser oder einer verwandten Anmeldung beansprucht werden. Solche geänderten oder neuen Ansprüche, ob auf eine andere Erfindung oder die gleiche Erfindung gerichtet, und ob unterschiedlich, breiter, enger oder gleich hinsichtlich des Umfangs der ursprünglichen Ansprüche, werden ebenfalls als innerhalb des Gegenstandes der Erfindungen der vorliegenden Offenbarung betrachtet.It is believed that the following claims set forth, in particular, certain combinations and sub-combinations that are directed to one of the disclosed inventions, are novel and not obvious. Inventions found in other combinations and subcombinations of characteristics, Functions, elements and / or properties may be claimed by supplementing the present claims or presenting new claims in this or a related application. Such modified or novel claims, whether directed to another invention or the same invention, and whether different, broader, narrower, equal to or more limited in scope of the original claims, are also considered within the scope of the inventions of the present disclosure.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.This list of the documents listed by the applicant has been generated automatically and is included solely for the better information of the reader. The list is not part of the German patent or utility model application. The DPMA assumes no liability for any errors or omissions.
Zitierte PatentliteraturCited patent literature
- US 7194197 [0019, 0042] US 7194197 [0019, 0042]
Claims (19)
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
US28492309P | 2009-12-28 | 2009-12-28 | |
US61/284,923 | 2009-12-28 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE102010056333A1 true DE102010056333A1 (en) | 2011-07-28 |
Family
ID=44315707
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE102010056333A Withdrawn DE102010056333A1 (en) | 2009-12-28 | 2010-12-27 | Thin layer photovoltaic cell, has contact layer, absorber layer and buffer layer arranged on side of substrate, and rear protecting layer arranged on side of substrate and made of corrosion resistant material |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE102010056333A1 (en) |
Citations (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US7194197B1 (en) | 2000-03-16 | 2007-03-20 | Global Solar Energy, Inc. | Nozzle-based, vapor-phase, plume delivery structure for use in production of thin-film deposition layer |
-
2010
- 2010-12-27 DE DE102010056333A patent/DE102010056333A1/en not_active Withdrawn
Patent Citations (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US7194197B1 (en) | 2000-03-16 | 2007-03-20 | Global Solar Energy, Inc. | Nozzle-based, vapor-phase, plume delivery structure for use in production of thin-film deposition layer |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
DE69730337T2 (en) | PHOTOVOLTAIC FILM AND METHOD FOR THE PRODUCTION THEREOF | |
EP0715358B2 (en) | Process for fabricating a solar cell with a chalcopyrite absorbing layer and solar cell so produced | |
DE4205733C2 (en) | Semiconductor device | |
DE69910751T2 (en) | METHOD FOR PRODUCING A SOLAR CELL CONTAINING A DYE | |
DE212009000025U1 (en) | Thin film solar cell sequence | |
WO1993015527A1 (en) | Integrated-circuit stacked-cell solar module | |
DE19921515A1 (en) | Thin-film solar cell based on the Ia / IIIb / VIa compound semiconductors and process for their production | |
DE3709153A1 (en) | MULTILAYER THIN FILM SOLAR CELL | |
DE102007032283A1 (en) | Thin-film solar cell module and method for its production | |
DE112017001811B4 (en) | Three-layer semiconductor stacks for forming structural features on solar cells | |
DE10113782A1 (en) | Solar cell comprises a first insulating layer formed on the main plane of a conducting base, a second insulating layer formed a second main plane of the base, and a light absorption layer arranged on the first insulating layer | |
DE112012006610T5 (en) | Solar cell, solar cell module and method for manufacturing a solar cell | |
EP2834852A1 (en) | Multi-layer back electrode for a photovoltaic thin-film solar cell, use of the same for producing thin-film solar cells and modules, photovoltaic thin-film solar cells and modules containing the multi-layer back electrode and method for the production thereof | |
DE19821221A1 (en) | Solar cell | |
DE102013104232A1 (en) | solar cell | |
DE102021201746A1 (en) | Perovskite-based multi-junction solar cell and method for its manufacture | |
DE112009002356T5 (en) | Thin film solar cells series | |
US20120006398A1 (en) | Protective back contact layer for solar cells | |
WO2011009860A2 (en) | Thin-layer solar module having improved interconnection of solar cells and method for the production thereof | |
DE19917758C2 (en) | Process for the production of a CuInSe2 (CIS) solar cell | |
DE112017004982B4 (en) | Solar cells with differentiated p-type and n-type region architectures | |
EP2671258B1 (en) | Multi-solar cell, and method for producing such a multi-solar cell | |
DE102012201284B4 (en) | Method for producing a photovoltaic solar cell | |
DE102010056333A1 (en) | Thin layer photovoltaic cell, has contact layer, absorber layer and buffer layer arranged on side of substrate, and rear protecting layer arranged on side of substrate and made of corrosion resistant material | |
EP0798786B1 (en) | Solar cell with a chalcopyrite absorbing layer |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
R082 | Change of representative |
Representative=s name: HOEFER & PARTNER, DE |
|
R119 | Application deemed withdrawn, or ip right lapsed, due to non-payment of renewal fee | ||
R081 | Change of applicant/patentee |
Owner name: HANERGY HI-TECH POWER (HK) LTD., HK Free format text: FORMER OWNER: GLOBAL SOLAR ENERGY, INC., TUCSON, ARIZ., US Effective date: 20140613 |
|
R082 | Change of representative |
Representative=s name: HOEFER & PARTNER, DE Effective date: 20140613 |
|
R119 | Application deemed withdrawn, or ip right lapsed, due to non-payment of renewal fee |
Effective date: 20140701 |