DE102013017386A1 - Method of making electrical contacts with cadmium telluride (CdTe) surfaces for electrical components - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von elektrischen Kontakten mit Kadmiumtellurid(CdTe)-Oberflächen für elektrische Bauelemente, insbesondere Dünnschichtsolarzellen mit CdTe, wobei zumindest eine schrittweise Wärmebehandlung eines beschichteten Substrates erfolgt.The invention relates to a method for producing electrical contacts with cadmium telluride (CdTe) surfaces for electrical components, in particular thin-film solar cells with CdTe, wherein at least one stepwise heat treatment of a coated substrate takes place.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von elektrischen Kontakten mit Kadmiumtellurid(CdTe)-Oberflächen für elektrische Bauelemente.The invention relates to a method for producing electrical contacts with cadmium telluride (CdTe) surfaces for electrical components.

CdTe ist ein Halbleitermaterial, das kommerziell z. B. bei Dünnschichtsolarzellen und Infrarotdetektoren verwendet wird.CdTe is a semiconductor material that is commercially available for. B. is used in thin-film solar cells and infrared detectors.

CdTe ist ein Material mit direkter Bandlücke und aufgrund seiner physikalischen Eigenschaften besonders für den Einsatz in Dünnschichtsolarzellen geeignet.CdTe is a material with a direct band gap and, due to its physical properties, it is particularly suitable for use in thin-film solar cells.

Für die Herstellung von Dünnschichtsolarzellen wird eine CdTe-Schicht auf einem Trägermaterial abgeschieden. Die beiden Oberflächen der CdTe-Schicht werden mit zwei unterschiedlichen elektrischen Kontakten versehen. Die Herstellung eines dieser Kontakte wird für die Herstellung der Dünnschichtsolarzelle beschrieben.For the production of thin-film solar cells, a CdTe layer is deposited on a carrier material. The two surfaces of the CdTe layer are provided with two different electrical contacts. The preparation of one of these contacts is described for the production of the thin-film solar cell.

Dünnschichtsolarzellen werden kommerziell in Dünnschichtsolarmodulen verwendet. Dünnschichtsolarzellen werden insbesondere verwendet, um aus Sonnenlicht elektrischen Strom zu erzeugen.Thin-film solar cells are used commercially in thin-film solar modules. Thin-film solar cells are used in particular to generate electricity from sunlight.

Ein wesentliches Qualitätsmerkmal von Dünnschichtsolarzellen ist die Höhe des Anteils der Energie des Sonnenlichtes, der in elektrischen Strom umgewandelt wird.An important quality feature of thin-film solar cells is the amount of sunlight's share of the energy that is converted into electricity.

Dieser Wirkungsgrad liegt für kommerziell erhältliche Dünnschichtsolarmodule mit einer CdTe-Schicht bei ca. 12%–13%. Der maximale gemessene Wirkungsgrad für Dünnschichtsolarmodule mit einer CdTe-Schicht liegt bisher bei ca. 16%.This efficiency is approximately 12% -13% for commercially available thin-film solar modules with a CdTe layer. The maximum measured efficiency for thin-film solar modules with a CdTe layer is currently around 16%.

Der maximale gemessene Wirkungsgrad für Dünnschichtsolarzellen mit einer CdTe-Schicht liegt bei ca. 19%.The maximum measured efficiency for thin-film solar cells with a CdTe layer is approximately 19%.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zur Herstellung von elektrischen Kontakten mit zumindest einer CdTe-Oberfläche bereit zu stellen, welches die Herstellung von elektrischen Bauelementen, insbesondere Dünnschichtsolarzellen, mit einem verbesserten Wirkungsgrad oder bei gleichem Wirkungsgrad ein vereinfachtes Verfahren aufzuzeigen.The object of the invention is to provide a method for the production of electrical contacts with at least one CdTe surface, which show the production of electrical components, in particular thin-film solar cells, with improved efficiency or with the same efficiency a simplified method.

Die Aufgabe der Erfindung wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.The object of the invention is achieved by a method having the features of claim 1.

Die abhängigen Ansprüche 2 bis 9 enthalten vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung, ohne diese damit zu begrenzen.The dependent claims 2 to 9 contain advantageous embodiments of the invention, without limiting this.

Seit vielen Jahren wird in Forschungseinrichtungen und Firmen versucht, einen direkten ohmschen Kontakt mit CdTe-Oberflächen herzustellen. Das hier beschriebene Verfahren ermöglicht einen solchen Kontakt erstmals.For many years research institutions and companies have been trying to establish direct ohmic contact with CdTe surfaces. The method described here allows such a contact for the first time.

Erfindungswesentlich ist, dass die Dotiertschicht nicht direkt auf auf die CdTe Oberfläche abgeschieden wird.It is essential to the invention that the doped layer is not deposited directly onto the CdTe surface.

Erfindungswesentlich ist weiterhin, dass mit einer Wärmebehandlung die Grenzfläche der Kontaktschicht mit der CdTe-Schicht erwärmt wird, im nachfolgenden zweiten Schritt eine Dotierschicht abgeschieden wird und im nachfolgenden dritten Schritt eine Wärmebehandlung auf Dotierschicht, Kontaktschicht, Grenzfläche der Kontaktschicht mit der CdTe-Schicht und CdTe-Schicht einwirkt.It is furthermore essential to the invention that the interface of the contact layer with the CdTe layer is heated with a heat treatment, a doping layer is deposited in the subsequent second step and in the following third step a heat treatment on doping layer, contact layer, interface of the contact layer with the CdTe layer and CdTe Layer acts.

Bei der letzten Wärmebehandlung erfolgt eine Diffusion der Atome der Dotierschicht durch die Kontaktschicht in die CdTe-Schicht. Die diffundierten Atome dotieren die CdTe-Schicht.In the last heat treatment, the atoms of the doping layer are diffused through the contact layer into the CdTe layer. The diffused atoms doped the CdTe layer.

Bei dem neuen erfindungsgemäßen Verfahren erfolgt eine Wärmehandlungen des Schichtstapels in zwei voneinander getrennten Schritten, wobei der Schichtstapel zumindest aus einem Substrat mit mehreren Beschichtungen besteht.In the new method according to the invention, a heat treatment of the layer stack takes place in two separate steps, wherein the layer stack consists of at least one substrate with a plurality of coatings.

Der erste Schritt der Wärmebehandlung wirkt nur auf Grenzfläche der Kontaktschicht mit der CdTe-Schicht und der zweite Schritt der Wärmebehandlung auf Dotierschicht, Kontaktschicht, Grenzfläche der Kontaktschicht mit der CdTe-Schciht und CdTe-Schicht.The first step of the heat treatment acts only on the interface of the contact layer with the CdTe layer and the second step of the heat treatment on the doping layer, contact layer, interface of the contact layer with the CdTe-Schciht and CdTe layer.

Als Kontaktschicht kann jedes leitfähige Material verwendet werden, wie z. B. Metalle oder leitfähige Oxyde, die insbesondere eine Diffusion der Atome der Dotierschicht zulassen.As the contact layer, any conductive material may be used, such as. As metals or conductive oxides, which in particular allow diffusion of the atoms of the doping layer.

Als Kontaktschicht kann jedes Material verwendet werden, dass den Wirkungsgrad der Dünnschichtsolarzelle nicht reduziert und eine Diffusion der Atome der Dotierschicht zulässt.Any material that does not reduce the efficiency of the thin-film solar cell and allows diffusion of the atoms of the doping layer can be used as the contact layer.

Als Dotierschicht kann jedes Material verwendet werden welches durch die Kontaktschicht diffundieren kann und eine elektronische Dotierung in der CdTe-Schicht verursacht.Any material that can diffuse through the contact layer and cause electronic doping in the CdTe layer can be used as the doping layer.

Als Leitschicht kann jedes Material verwendet werden, dass entweder deutlich langsamer durch die Kontaktschicht diffundiert als die Atome der Dotierschicht oder keine für die Eigenschaften der Solarzelle relevante Dotierung verursacht.As a conductive layer, any material can be used that either diffuses significantly slower through the contact layer than the atoms of the doping layer or causes no relevant for the properties of the solar cell doping.

Die Wärmebehandlungen können als separate Schritte nach der Schichtabscheidung erfolgen oder durch eine erhöhte Temperatur bei der Schichtabscheidung ersetzt werden.The heat treatments may take place as separate steps after the layer deposition or be replaced by an elevated temperature in the layer deposition.

Der hier beschriebene elektrische Kontakt wird aus historischen Gründen in der Literatur Rückkontakt genannt.The electrical contact described here is called back contact for historical reasons in the literature.

Die Erfindung vereinfacht den Herstellungsprozess für CdTe-Dünnschichtsolarzellen, verbessert den Rückkontakt bezüglich der elektrischen Eigenschaften wie Bandverbiegung und Durchlässigkeit für Elektronen und führt so zu einem besseren Wirkungsgrad und geringeren Produktionskosten.The invention simplifies the manufacturing process for CdTe thin film solar cells, improves the back contact in terms of electrical properties such as band bending and electron transmission, thus resulting in better efficiency and lower production costs.

Bei dem neuen Verfahren können die elektrischen Eigenschaften der Grenzfläche CdTe/Kontaktschicht und der Diffusion der Cu Atome in die CdTe Schicht unabhängig voneinander optimiert werden, so dass verglichen mit dem bieher bekannten Verfahren bessere Wirkungsgrade der Solarzellen erreicht werden.In the new method, the electrical properties of the interface CdTe / contact layer and the diffusion of the Cu atoms into the CdTe layer can be optimized independently of each other, so that better solar cell efficiencies are achieved compared to the prior art method.

Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren kann auf die nasschemische Behandlung der Oberfläche (101) im Gesamtprozess verzichtet werden. Anstelle von (101) steht nun die Wärmebehandlung (202) nach der Abscheidung der Leitschicht.With the method according to the invention, the wet-chemical treatment of the surface ( 101 ) are omitted in the overall process. Instead of ( 101 ) is now the heat treatment ( 202 ) after the deposition of the conductive layer.

Das neue Verfahren ist technisch weniger aufwendig und erzeugt bessere Ergebnisse.The new process is technically less expensive and produces better results.

Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren ist es erstmals möglich, auch Kupfer als Leitschicht (204) für einen Kontakt zu verwenden. Aufgrund der guten elektrischen Leitfähigkeit von Kupfer ist es somit möglich, einen Kontakt mit dünneren Schichten und somit geringerer Materialverbrauch und kürzerer Prozesszeit herzustellen.With the method according to the invention, it is also possible for the first time to use copper as a conductive layer ( 204 ) for a contact. Due to the good electrical conductivity of copper, it is thus possible to make contact with thinner layers and thus lower material consumption and shorter process time.

Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren ist es erstmals möglich, einen Kontakt mit einem beliebigen Material im Sinne der Erfindung als Kontaktschicht herzustellen, welches eine Wärmebehandlung benötigt, die bei einer höheren Temperatur oder für eine längere Zeit erfolgt als die Wärmebehandlung für die Diffusion des Cu in das CdTe.With the method according to the invention, it is possible for the first time to make contact with any material in the sense of the invention as a contact layer which requires a heat treatment which takes place at a higher temperature or for a longer time than the heat treatment for the diffusion of the Cu into the CdTe ,

Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren entfällt ein Parameter bei der Diffusion des Kupfers. Dieses Verfahren ist nicht empfindlich gegen die Cu-Schichtdicke. Bei bisher bekannten Verfahren ist die Schichtdicke des Kupfers (Cu) ein wesentlicher Optimierungsparameter. Die Prozessoptimierung bei dem neuen Verfahren ist somit einfacher und der Herstellungsprozess ist weniger empfindlich gegen Prozessschwankungen.With the method according to the invention eliminates a parameter in the diffusion of copper. This method is not sensitive to the Cu layer thickness. In previously known methods, the layer thickness of the copper (Cu) is a significant optimization parameter. The process optimization in the new process is thus simpler and the manufacturing process is less sensitive to process fluctuations.

Bei bekannten Verfahren wird bei der nasschemische Behandlung (101) ein Teil der CdTe-Schicht umgewandelt. Es entsteht z. B. durch Herauslösung von Cd eine tellurreiche Schicht. Diese ist Teil des Rückkontaktes und steht nicht mehr für die eigentliche Funktion der CdTe-Schicht zur Verfügung, nämlich der Erzeugung von Elektronen-Loch-Paaren.In known processes, the wet-chemical treatment ( 101 ) converted part of the CdTe layer. It arises z. For example, by dissolving Cd an tellurreiche layer. This is part of the back contact and is no longer available for the actual function of the CdTe layer, namely the generation of electron-hole pairs.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren hingegen können dünnere CdTe-Schichten verwendet werden, da kein Teil der Schicht für den Rückkontakt benötigt wird. Dies wiederum führt zu geringeren Produktionskosten.By contrast, thinner CdTe layers can be used in the method according to the invention since no part of the layer is required for the back contact. This in turn leads to lower production costs.

Bei bekannten Verfahren fördert die nasschemische Behandlung (101) der CdTe-Schicht die Bildung von elektrischen Kurzschlüssen in der der Solarzelle durch laterale Inhomogenität der CdTe-Schicht.In known processes, wet-chemical treatment ( 101 ) of the CdTe layer, the formation of electrical short circuits in the solar cell by lateral inhomogeneity of the CdTe layer.

Bei dem neuen Verfahren können dünnere CdTe-Schichten verwendet werden, da es keine elektronischen Kurzschlüsse durch laterale Inhomogenitäten erzeugt. Es können somit dünnere CdTe-Schichten verwendet werden. Dies wiederum zu vergleichsweise geringeren Produktionskosten führt.Thinner CdTe layers can be used in the new process as it does not generate electronic short circuits due to lateral inhomogeneities. Thinner CdTe layers can thus be used. This in turn leads to comparatively lower production costs.

Substrat im Sinne der Erfindung ist ein Material mit einer Dicke von 0,01 mm bis 1000 mm, dass insbesondere transparent für Sonnenlicht ist.Substrate in the context of the invention is a material with a thickness of 0.01 mm to 1000 mm, which is particularly transparent to sunlight.

Eine Schicht abscheiden im Sinne der Erfindung ist ein Verfahren bei dem aus einer flüssigen Lösung und/oder aus der Gasphase ein Material auf die Oberfläche des Substrates aufgebracht wird.A layer deposition in the context of the invention is a method in which a material from a liquid solution and / or from the gas phase, a material is applied to the surface of the substrate.

Diese Abscheidung aus der Gasphase kann unter Atmosphärendruck oder in Vakuum erfolgen. Im Vakuum kann die Zuführung des Materials über ein Gas, durch thermisches Verdampfen oder durch Zerstäubung erfolgen.This deposition from the gas phase can be carried out under atmospheric pressure or in vacuo. In vacuum, the supply of the material via a gas, by thermal evaporation or by atomization can take place.

Ein TCO-Schicht (TCO Transparent – Conductive – Oxid) im Sinne der Erfindung ist eine Schicht aus einem Material, dass elektrisch leitfähig und transparent für Sonnenlicht ist.A TCO layer (TCO transparent-conductive-oxide) in the sense of the invention is a layer of a material that is electrically conductive and transparent to sunlight.

Verwendet werden dafür z. B. aluminiumdotiertes Zinkoxid, flourdotiertes Zinnoxid Kadmium-Zinnoxyd oder Indium-Zinnoxid.Be used for such. As aluminum doped zinc oxide, flour doped tin oxide cadmium tin oxide or indium tin oxide.

Eine Kontaktschicht im Sinne der Erfindung ist eine Schicht, die auf die CdTe-Schicht abgeschieden ist, oder auf der Oberfläche der CdTe-Schicht durch eine chemische Behandlung entsteht.A contact layer according to the invention is a layer deposited on the CdTe layer or formed on the surface of the CdTe layer by a chemical treatment.

Eine Dotierschicht im Sinne der Erfindung ist eine Schicht, die auf die Kontaktschicht abgeschieden ist, dessen Atome bei einer Wärmebehandlung durch die Kontaktschicht diffundieren können und eine Verbesserung der Solarzelleneigenschaften, z. B. durch Dotierung der CdTe-Schicht bewirken.A doping layer according to the invention is a layer which is deposited on the contact layer, the atoms of which can diffuse through the contact layer during a heat treatment and an improvement of the solar cell properties, for. B. effect by doping the CdTe layer.

Eine Leitschicht im Sinne der Erfindung ist eine elektrisch leitfähige Schicht, die den in der Dünnschichtsolarzelle erzeugten elektrischen Strom über die Fläche sammelt. Er werden z. B. eine Metallschicht oder ein TCO-Schicht. A conductive layer according to the invention is an electrically conductive layer which collects the electric current generated in the thin-film solar cell over the surface. He will z. B. a metal layer or a TCO layer.

Bei einer Wärmebehandlung im Sinne der Erfindung wird das Substrat in eine Umgebung gebracht, in der es seine Temperatur auf einen Wert zwischen 100°C und 800°C erhöht und in diesem Zustand für eine Zeit von 10 s bis 24 h verbleibt. Die Wärmebehandlung kann im Vakuum, unter einem Innertgas, wie z. B. Argon oder Stickstoff, oder unter Luft erfolgen.In a heat treatment according to the invention, the substrate is placed in an environment in which it raises its temperature to a value between 100 ° C and 800 ° C and remains in this state for a period of 10 seconds to 24 hours. The heat treatment can be carried out under vacuum, under an inert gas, such. As argon or nitrogen, or under air.

Zur Herstellung von Dünnschichtsolarzellen werden auf einem Substrat eine Folge von Schichten abgeschieden und Wärmebehandlungen in unterschiedlichen Atmosphären durchgeführt.For the production of thin-film solar cells, a sequence of layers are deposited on a substrate and heat treatments are carried out in different atmospheres.

Auf ein Substrat wird mindestens eine TCO-Schicht abgeschieden.At least one TCO layer is deposited on a substrate.

Auf die TCO-Schicht wird Kadmiumsulfid (CdS) abgeschieden mit einer Dicke zwischen 10 nm und 500 nm.Cadmium sulfide (CdS) is deposited on the TCO layer with a thickness between 10 nm and 500 nm.

Anschließend folgt eine Wärmebehandlung für eine Minute bis eine Stunde bei 350° bis 450°C in einer Atmosphäre aus einem Innertgas und Chlor. Das Chlor kann als Gas zugegeben werden oder als Kadmiumchlorid (CdCl), welches bei der Temperatur sublimiert und so auf die CdTe-Schicht einwirkt. Anschließend wird der Rückkontakt auf die CdTe-Schicht aufgebracht.Then followed by a heat treatment for one minute to one hour at 350 ° to 450 ° C in an atmosphere of an inert gas and chlorine. The chlorine can be added as a gas or as cadmium chloride (CdCl), which sublimes at the temperature to act on the CdTe layer. Subsequently, the back contact is applied to the CdTe layer.

Die Vorteile des neuen Verfahrens gegenüber dem Stand der Technik werden im Folgenden erklärt und mit Abbildungen illustriert:The advantages of the new method over the prior art are explained below and illustrated with illustrations:

1 zeigt das Flussdiagramm zur Herstellung der Solarzelle nach dem Stand der Technik. 1 shows the flowchart for the preparation of the solar cell according to the prior art.

Wie in 1 dargestellt, wird bei den bisher bekannten Verfahren zur Herstellung des elektrischen Kontaktes die CdTe-Oberfläche des Schichtstapels nasschemische behandelt (101).As in 1 In the previously known methods for producing the electrical contact, the CdTe surface of the layer stack is treated wet-chemically ( 101 ).

Es wird eine Dotierschicht abgeschieden (102).A doping layer is deposited ( 102 ).

Es folgt eine Wärmebehandlung (103).This is followed by a heat treatment ( 103 ).

Es wird eine Leitschicht abgeschieden (104).A conductive layer is deposited ( 104 ).

Die nasschemische Behandlung (101) erfolgt in üblicher Art und Weise z. B. durch das Einwirken einer Mischung von Salpetersäure und Phosphorsäure.Wet chemical treatment ( 101 ) takes place in the usual manner z. B. by the action of a mixture of nitric acid and phosphoric acid.

Auch wird alternativ eine nasschemische Behandlung durchgeführt dessen Ziel es ist, Löcher in der CdTe-Oberfläche mit einem organischen Material zu verschließen. Diese Behandlung bewirkt gleichzeitig die gewünschte chemische Modifikation der CdTe-Oberfläche.Alternatively, a wet chemical treatment is carried out whose goal is to close holes in the CdTe surface with an organic material. This treatment simultaneously effects the desired chemical modification of the CdTe surface.

Auf die nasschemische Behandlung (101) kann verzichtet werden, aber nur wenn die Leitschicht aus Gold besteht.On the wet-chemical treatment ( 101 ) can be omitted, but only if the conductive layer consists of gold.

Alternativ kann die Wärmebehandlung (103) auch erst nach der Abscheidung der Leitschicht (104) erfolgen.Alternatively, the heat treatment ( 103 ) even after the deposition of the conductive layer ( 104 ) respectively.

Die Dotierschicht (102) besteht meist aus Kupfer oder Antimontellurid.The doping layer ( 102 ) is usually made of copper or antimony telluride.

Während der Wärmebehandlung (103) diffundieren die Atome der Dotierschicht durch die Kontaktschicht in die CdTe-Schicht, dotiert diese und ermöglicht die Bildung eines elektrischen Kontaktes mit der CdTe-Oberfläche.During the heat treatment ( 103 ) diffuse the atoms of the doping layer through the contact layer into the CdTe layer, doping it and allowing the formation of an electrical contact with the CdTe surface.

Die Dotierschicht kann sich bei der Wärmebehandlung (103) auflösen. Alle Atome der Schicht sind dann in die Kontaktschicht und in die Leitschicht diffundiert.The doping layer may be in the heat treatment ( 103 ) dissolve. All atoms of the layer are then diffused into the contact layer and into the conductive layer.

Bei diesem bekannten Herstellungsverfahren werden die physikalischen Eigenschaften des elektrischen Kontaktes durch die nasschemische Behandlung (101) und durch die Dotierung des CdTe mit Cu an der Grenzfläche bestimmt.In this known production method, the physical properties of the electrical contact by the wet-chemical treatment ( 101 ) and by the doping of the CdTe with Cu at the interface.

Die Diffusion der Atome der Dotierschicht muss durch die Wärmebehandlung genau eingestellt werden, damit der maximal mögliche Wirkungsgrad erreicht wird.The diffusion of the atoms of the doping layer must be precisely adjusted by the heat treatment, so that the maximum possible efficiency is achieved.

2 zeigt das Flussdiagramm zur Herstellung der Solarzelle gemäß dem neuen Verfahren. 2 shows the flowchart for the production of the solar cell according to the new method.

Wie in 2 dargestellt wird bei dem neuem Verfahren zur Herstellung des elektrischen Kontaktes auf die CdTe-Oberfläche des Schichtstapels eine Kontaktschicht abgeschieden (201).As in 2 In the new method for producing the electrical contact on the CdTe surface of the layer stack, a contact layer is deposited ( 201 ).

Es folgt eine erste Wärmebehandlung (202).This is followed by a first heat treatment ( 202 ).

Auf die Kontaktschicht wird eine Dotierschicht abgeschieden (203).A doping layer is deposited on the contact layer ( 203 ).

Auf die Dotierschicht wird eine Leitschicht abgeschieden (204).A conductive layer is deposited on the doping layer ( 204 ).

Es folgt eine zweite Wärmebehandlung (205).This is followed by a second heat treatment ( 205 ).

Bei dem neuen Verfahren erfolgt keine nasschemische Behandlung (101). Der Verzicht auf diesen Prozessschritt ist vorteilhaft, da er Löcher in der der CdTe erzeugen kann, die einen Kurzschluss zwischen den beiden Kontakten der Solarzelle verursachen. Diese Kurzschlüsse verringern den Wirkungsgrad der Solarzelle. Löcher in der CdTe-Schicht können Bereiche in der Schicht ohne Material sein oder Bereiche mit einem Material, dass nicht CdTe, sondern z. B. Cd oder Te ist. Wesentlich ist, dass der Bereich einen elektrischen Kurzschluss zwischen TCO und Kontaktschicht verursacht.In the new process, no wet chemical treatment ( 101 ). The waiver This process step is advantageous because it can create holes in the CdTe that cause a short circuit between the two contacts of the solar cell. These short circuits reduce the efficiency of the solar cell. Holes in the CdTe layer can be areas in the layer without material or areas with a material that is not CdTe but z. B. Cd or Te is. It is essential that the area causes an electrical short between TCO and contact layer.

Bei dem neuen Verfahren können dünnere CdTe-Schichten im Vergleich zum genannten Stand der Technik verwendet werden, da kein Teil der Schicht durch die nasschemische Behandlung (101) entfernt oder umgewandelt wird.In the new process, thinner CdTe layers can be used in comparison to the cited prior art since no part of the layer can be removed by the wet-chemical treatment ( 101 ) is removed or converted.

Die Erfindung zeigt erstmals, dass die Wärmebehandlung (202) der Grenzfläche der Kontaktschicht mit der CdTe-Schicht bei höherer Temperatur oder für eine längere Zeit erfolgen muss als die Wärmebehandlung für die Diffusion der Dotierschicht.The invention shows for the first time that the heat treatment ( 202 ) the interface of the contact layer with the CdTe layer must be at a higher temperature or for a longer time than the heat treatment for the diffusion of the doping layer.

Die Erfindung wird nachfolgend an Ausführungsbeispielen näher erläutert, ohne damit alle Aspekte der Erfindung abschließend dargestellt zu haben.The invention is explained in more detail below with reference to exemplary embodiments, without having all aspects of the invention finally presented.

Im Ausführungsbeispiel wird als Substrat ein Kalknatronglas mit einer Dicke von ca. 1 mm verwendet.In the embodiment, a soda lime glass with a thickness of about 1 mm is used as the substrate.

Auf das Substrat wird als TCO-Schicht eine Indium-Zinn-Oxid-Schicht abgeschieden.An indium tin oxide layer is deposited on the substrate as the TCO layer.

Auf die TCO-Schicht wird Kadmiumtsulfid (CdS) abgeschieden. Hierfür wird das Substrat im Vakuum auf eine Temperatur von 300°C aufgeheizt. Es wird Argon (Ar) bis zu einem Prozessdruck von 6 × 10–3 mbar in die Prozesskammer eingelassen und eine 100 nm dicke CdS-Schicht mittels Kathodenzerstäubung in die Argon-Atmosphäre von 5 × 10–3 mbar abgeschieden. Als Kathode wird ein Target aus CdS mit einer Reinheit von 99,999% verwendet.Cadmium sulfide (CdS) is deposited on the TCO layer. For this purpose, the substrate is heated in vacuo to a temperature of 300 ° C. Argon (Ar) is admitted into the process chamber up to a process pressure of 6 × 10 -3 mbar and a 100 nm thick CdS layer is deposited by means of cathode sputtering into the argon atmosphere of 5 × 10 -3 mbar. The cathode used is a target of 99.999% pure CdS.

Auf die CdS-Schicht wird CdTe mit einer Dicke zwischen 10 nm und 10.000 nm abgeschieden. Hierfür wird das Substrat im Vakuum auf eine Temperatur von 300°C aufgeheizt. Es wird Argon (Ar) bis zu einem Prozessdruck von 6 × 10–3 mbar in die Prozesskammer eingelassen und eine 2000 nm dicke CdTe-Schicht mittels Kathodenzerstäubung in die Argon-Atmosphäre von 5 × 10–3 mbar abgeschieden. Als Kathode wird ein Target aus CdTe mit einer Reinheit von 99,999% verwendet.CdTe is deposited on the CdS layer at a thickness between 10 nm and 10,000 nm. For this purpose, the substrate is heated in vacuo to a temperature of 300 ° C. Argon (Ar) is admitted into the process chamber up to a process pressure of 6 × 10 -3 mbar and a 2000 nm thick CdTe layer is deposited by sputtering into the argon atmosphere of 5 × 10 -3 mbar. The cathode used is a target of 99.999% pure CdTe.

Im Ausführungsbeispiel folgt anschließend eine Wärmebehandlung für eine Stunde bei 410°C in einer Atmosphäre aus einem Innertgas und Chlor. Das Chlor wird als Kadmiumchlorid (CdCl) zugegeben, welches bei der Temperatur sublimiert und so auf die CdTe-Schicht einwirkt.In the embodiment, followed by a heat treatment for one hour at 410 ° C in an atmosphere of an inert gas and chlorine. The chlorine is added as cadmium chloride (CdCl), which sublimes at the temperature to act on the CdTe layer.

Auf den so entstandenen Schichtstapel auf dem Substrat, wird nachfolgend der elektrische Kontakt hergestellt.On the resulting layer stack on the substrate, the electrical contact is subsequently produced.

Hierfür wird eine Molybdänschicht als Kontaktschicht mittels Kathodenzerstäubung in Argon-Atmosphäre von 5 × 10–3 mbar abgeschieden (201) und anschießend bei 240°C für 20 Minuten wärmebehandelt (202).For this purpose, a molybdenum layer is deposited as a contact layer by means of cathode sputtering in an argon atmosphere of 5 × 10 -3 mbar ( 201 ) and then heat-treated at 240 ° C for 20 minutes ( 202 ).

Auf die Mo-Schicht wird eine Kupfer(Cu)-Schicht als Dotierschicht mittels Kathodenzerstäubung in Ar-Atmosphäre von 5 × 10–3 mbar abgeschieden (203).On the Mo layer, a copper (Cu) layer is deposited as a doping layer by means of cathode sputtering in an Ar atmosphere of 5 × 10 -3 mbar ( 203 ).

Auf die Cu-Schicht wird eine Aluminium(Al)-Schicht als Leitschicht mittels Kathodenzerstäubung in Ar-Atmosphäre von 5 × 10–3 mbar abgeschieden (204).On the Cu layer, an aluminum (Al) layer is deposited as a conductive layer by means of cathode sputtering in Ar atmosphere of 5 × 10 -3 mbar ( 204 ).

Anschließend erfolgt eine Wärmebehandlung (205) bei ca. 200°C für ca. 20 Minuten.Subsequently, a heat treatment ( 205 ) at about 200 ° C for about 20 minutes.

Alternativ zur Wärmebehandlung (202) kann auch die Abscheidung der Kontaktschicht (201) bei erhöhter Temperatur erfolgen. In einem Ausführungsbeispiel wurde die Kontaktschicht 40 min lang bei 240°C abgeschieden. Es wurden so vergleichbare Ergebnis erzieht wie bei einer Abscheidung ohne Heizung und anschließender Wärmebehandlung bei 240° und 40 min.Alternative to heat treatment ( 202 ), the deposition of the contact layer ( 201 ) at elevated temperature. In one embodiment, the contact layer was deposited for 40 minutes at 240 ° C. The result was comparable to that of a deposit without heating and subsequent heat treatment at 240 ° and 40 min.

Alternativ zur Wärmebehandlung (205) kann auch die Abscheidung der Dotierschicht (203) bei erhöhter Temperatur erfolgen. In einem weiten Ausführungsbeispiel wurde die Dotierschicht 20 min lang bei 200°C abgeschieden. Es wurden so vergleichbare Ergebnis erzieht wie bei einer Abscheidung ohne Heizung und anschließender Wärmebehandlung bei 200° und 20 min.Alternative to heat treatment ( 205 ), the deposition of the doping layer ( 203 ) at elevated temperature. In a broad embodiment, the doping layer became 20 deposited at 200 ° C for a long time. The result was comparable to that of a deposit without heating and subsequent heat treatment at 200 ° and 20 min.

Alternativ zur Wärmebehandlung (205) kann auch die Abscheidung der Leitschicht (204) bei erhöhter Temperatur erfolgen. In einem Ausführungsbeispiel wurde die Kontaktschicht 20 min lang bei 200°C abgeschieden. Es wurden so vergleichbare Ergebnis erzieht wie bei einer Abscheidung ohne Heizung und anschließender Wärmebehandlung bei 200°C und 20 min.Alternative to heat treatment ( 205 ), the deposition of the conductive layer ( 204 ) at elevated temperature. In one embodiment, the contact layer was deposited for 20 minutes at 200 ° C. The result was comparable to that of a deposit without heating and subsequent heat treatment at 200 ° C. and 20 minutes.

Alternativ kann auf die Abscheidung der Leitschicht (204) verzichtet werden wenn die Dotierschicht oder die Kontaktschicht ausreichend elektrisch leitfähig ist. In einem Ausführungsbeispiel wurde die Kontaktschicht 40 min lang bei 240°C abgeschieden. Darauf folgend wurde eine Doterischicht abgeschieden und einen Wärmebehandlung bei 200°C für 20 min durchgeführt. Eine danach abgeschiedene Leitschicht ergab keine Verbesserung im Wirkungsgrad.Alternatively, the deposition of the conductive layer ( 204 ) are omitted if the doping layer or the contact layer is sufficiently electrically conductive. In one embodiment, the contact layer 40 deposited at 240 ° C for a long time. Subsequently, a dopant layer was deposited and heat-treated at 200 ° C for 20 minutes. A subsequently deposited conductive layer gave no improvement in the efficiency.

3 zeigt die gemessen Strom-Spannungs-Kennlinien von Dünnschichtsolarzellen mit CdTe. Die Verbesserung für Solarzellen, die mit dem neuen Verfahren hergestellt wurden erkennt man an den Strom-Spannungs-Kennlinien. (301) ist ein typisches Beispiel einer Kennlinie von einer Solarzelle, die nach dem neuen Verfahren herstellt wurde. Die etwas schlechtere Kennlinie (302) ist ein typisches Beispiel für eine Solarzelle die nach dem neuen Verfahren hergestellt wurde, aber ohne Dotierschicht. Die noch schlechtere Kennlinie (303) ist ein typisches Beispiel für eine Kennlinie einer Solarzelle die ohne Dotierschicht und ohne Wärmebehandlung der Kontaktschicht hergestellt wurde. 3 shows the measured current-voltage characteristics of thin-film solar cells with CdTe. The improvement for solar cells, which were manufactured with the new procedure can be recognized by the current-voltage characteristics. ( 301 ) is a typical example of a characteristic of a solar cell manufactured according to the new method. The slightly worse characteristic ( 302 ) is a typical example of a solar cell produced by the new method but without a doping layer. The even worse characteristic ( 303 ) is a typical example of a characteristic of a solar cell produced without a doping layer and without heat treatment of the contact layer.

4 zeigt die Verbesserung im Wirkungsgrad für Solarzellen, die mit dem neuen Verfahren hergestellt wurden. (401) ist ein typisches Beispiel eines Wirkungsgrades von einer Solarzelle, die nach dem neuen Verfahren herstellt wurde. Der etwas schlechtere Wirkungsgrad (402) ist ein typisches Beispiel für eine Solarzelle die nach dem neuen Verfahren hergestellt wurde, aber ohne Dotierschicht. Der noch schlechtere Wirkungsgrad (403) ist ein typisches Beispiel für eine Solarzelle die ohne Dotierschicht und ohne Wärmebehandlung der Kontaktschicht hergestellt wurde. 4 shows the improvement in efficiency for solar cells produced by the new method. ( 401 ) is a typical example of efficiency of a solar cell manufactured according to the new method. The slightly worse efficiency ( 402 ) is a typical example of a solar cell produced by the new method but without a doping layer. The even worse efficiency ( 403 ) is a typical example of a solar cell produced without a doping layer and without heat treatment of the contact layer.

5 zeigt die gemessenen Kennlinien bei einer Optimierung von Prozessschritt (205). Ohne Wärmebehandlung wurde die Kennlinie (503) gemessen. Nach einer Wärmebehandlung für 10 Minuten bei 200°C wurde die Kennlinie (502) gemessen. Nach einer weiteren Wärmebehandlung für 10 Minuten bei 200°C, wurde die Kennlinie (501) gemessen. 5 shows the measured characteristics in an optimization of process step ( 205 ). Without heat treatment the characteristic curve ( 503 ). After a heat treatment for 10 minutes at 200 ° C., the characteristic curve ( 502 ). After another heat treatment for 10 minutes at 200 ° C, the characteristic curve ( 501 ).

6 zeigt die gemessenen Wirkungsgrade bei einer Optimierung von Prozessschritt (205). Ohne Wärmebehandlung wurde der Wirkungsgrad (603) gemessen. Nach einer Wärmebehandlung für 10 Minuten bei 200°C wurde der Wirkungsgrad (602) gemessen. Nach einer weiteren Wärmebehandlung für 10 Minuten bei 200°C, wurde der Wirkungsgrad (601) gemessen. 6 shows the measured efficiencies in an optimization of process step ( 205 ). Without heat treatment, the efficiency ( 603 ). After a heat treatment for 10 minutes at 200 ° C, the efficiency ( 602 ). After another heat treatment for 10 minutes at 200 ° C, the efficiency ( 601 ).

Claims (9)

Verfahren zur Herstellung von elektrischen Kontakten von elektrischen Bauelementen, insbesondere Dünnschichtsolarzellen mit CdTe, wobei zumindest eine schrittweise Wärmebehandlung eines beschichteten Substrates erfolgt, dadurch gekennzeichnet, dass mit dem ersten Schritt (202) die Grenzfläche der Kontaktschicht mit der CdTe-Schicht erwärmt wird und im nachfolgenden zweiten Schritt (203) eine Dotierschicht auf die Kontaktschicht aufgebracht wird und im nachfolgenden dritten Schritt eine Wärmebehandlung (205) der Dotierschicht, der Kontaktschicht und der CdTe-Schicht erfolgt.Method for producing electrical contacts of electrical components, in particular thin-film solar cells with CdTe, wherein at least one stepwise heat treatment of a coated substrate takes place, characterized in that the first step ( 202 ) the interface of the contact layer with the CdTe layer is heated and in the subsequent second step ( 203 ) a doping layer is applied to the contact layer and in the subsequent third step a heat treatment ( 205 ) of the doping layer, the contact layer and the CdTe layer. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Atome der Dotierschicht durch die Kontaktschicht in die CdTe-Schicht diffundieren und die CdTe-Schicht dotieren.A method according to claim 1, characterized in that the atoms of the doping layer diffuse through the contact layer into the CdTe layer and doping the CdTe layer. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontaktschicht aus mehreren Schichten mit unterschiedlichen elektronischen und optischen Eigenschaften besteht.A method according to claim 1, characterized in that the contact layer consists of several layers with different electronic and optical properties. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass auf die Dotierschicht noch mindestens eine Leitschicht aufgebracht wird.A method according to claim 1, characterized in that at least one conductive layer is applied to the doping layer. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass auf die Dotierschicht noch eine Leitschicht aufgebracht wird und die Kontaktschicht elektrisch isolierend ist.A method according to claim 1, characterized in that on the doping layer still a conductive layer is applied and the contact layer is electrically insulating. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontaktschicht aus einem elektrisch leitfähigen Material, wie z. B. einem Metall oder TCO, wie z. B. Mo, ZnO, ZnO:Al, ITO, SnO, SnO:F, besteht.A method according to claim 1, characterized in that the contact layer of an electrically conductive material, such. As a metal or TCO, such as. Mo, ZnO, ZnO: Al, ITO, SnO, SnO: F. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Dotierschicht vorzugsweise aus Cu oder Sb besteht.A method according to claim 1, characterized in that the doping layer is preferably made of Cu or Sb. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Wärmebehandlung (202) durch Abscheidung der Kontaktschicht bei erhöhter Temperatur erfolgt.Method according to claim 1, characterized in that the first heat treatment ( 202 ) is carried out by deposition of the contact layer at elevated temperature. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Wärmebehandlung (205) durch Abscheidung der Leitschicht bei erhöhter Temperatur erfolgt.Method according to claim 1, characterized in that the second heat treatment ( 205 ) is carried out by deposition of the conductive layer at elevated temperature.
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