DE102013225669A1 - Process for producing a semifinished product for thin-film solar cells - Google Patents

Process for producing a semifinished product for thin-film solar cells Download PDF

Info

Publication number
DE102013225669A1
DE102013225669A1 DE102013225669.8A DE102013225669A DE102013225669A1 DE 102013225669 A1 DE102013225669 A1 DE 102013225669A1 DE 102013225669 A DE102013225669 A DE 102013225669A DE 102013225669 A1 DE102013225669 A1 DE 102013225669A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
contact layer
front contact
layer
tco
substrate
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.)
Pending
Application number
DE102013225669.8A
Other languages
German (de)
Inventor
Christian Drost
Shou Peng
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
China Triumph International Engineering Co Ltd
CTF Solar GmbH
Original Assignee
China Triumph International Engineering Co Ltd
CTF Solar GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by China Triumph International Engineering Co Ltd, CTF Solar GmbH filed Critical China Triumph International Engineering Co Ltd
Priority to DE102013225669.8A priority Critical patent/DE102013225669A1/en
Priority to CN201410095896.6A priority patent/CN104716231B/en
Priority to PCT/CN2014/093442 priority patent/WO2015085921A1/en
Publication of DE102013225669A1 publication Critical patent/DE102013225669A1/en
Pending legal-status Critical Current

Links

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
    • H01L31/18—Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment of these devices or of parts thereof
    • H01L31/1884—Manufacture of transparent electrodes, e.g. TCO, ITO
    • 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 potential barriers
    • 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 potential barriers the potential barriers being only of the PN heterojunction type
    • H01L31/073—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 potential barriers the potential barriers being only of the PN heterojunction type comprising only AIIBVI compound semiconductors, e.g. CdS/CdTe solar 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
    • 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
    • Y02E10/543—Solar cells from Group II-VI materials
    • 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

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Photovoltaic Devices (AREA)

Abstract

Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung eines Halbzeugs für eine Dünnschicht-Solarzelle, bei dem nach dem Bereitstellen eines transparenten Substrates mit einer Frontkontaktschicht ein Abflämmen der Frontkontaktschicht erfolgt, bei dem die Oberflächentemperatur der Frontkontaktschicht stets unterhalb der Erweichungstemperatur bleibt. Das Abflämmen erfolgt mit einem oder mehreren Gasbrennern.The present invention is a process for producing a semifinished product for a thin-film solar cell, wherein after providing a transparent substrate having a front contact layer, flattening of the front contact layer takes place, in which the surface temperature of the front contact layer always remains below the softening temperature. The Abflmmen takes place with one or more gas burners.

Description

Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein verbessertes Verfahren zur Herstellung von Dünnschichtsolarzellen bzw. eines Halbzeugs dafür, wobei das Verfahren vorsieht, die Frontkontaktschicht vor dem nachfolgenden Aufbringen weiterer Schichten zu reinigen.The present invention is an improved process for the production of thin-film solar cells or a semifinished product therefor, wherein the method provides to clean the front contact layer before the subsequent application of further layers.

Bei der Herstellung von Dünnschichtsolarzellen nach dem Stand der Technik in Superstrat-Aufbau wird auf einem Substrat, üblicherweise Glas, eine transparente Frontkontaktschicht (bevorzugt TCO – transparent conductive oxide) aufgebracht. Auf dieser Frontkontaktschicht wird eine Window Layer-Schicht, bevorzugt aus reinem oder modifiziertem CdS (Kadmiumsulfid) abgeschieden, auf die nachfolgend die Absorberschicht, bevorzugt eine CdTe-Schicht (Kadmiumtellurid) abgeschieden wird. Abschließend erfolgt das Aufbringen der Rückkontaktschicht bzw. -schichtfolge.In the production of thin-film solar cells according to the prior art in superstrate construction, a transparent front contact layer (preferably TCO-transparent conductive oxide) is applied to a substrate, usually glass. On this front contact layer, a window layer layer, preferably of pure or modified CdS (cadmium sulfide) is deposited, on which the absorber layer, preferably a CdTe layer (cadmium telluride), is subsequently deposited. Finally, the application of the back contact layer or layer sequence takes place.

Das Aufbringen der CdS bzw. CdTe-Schicht erfolgt nach Verfahren aus dem Stand der Technik. Häufig eingesetzt ist dabei das CSS-Verfahren (close spaced sublimation), bei dem das Glassubstrat mit der vorbereiteten TCO-Frontkontaktschicht über einen Tiegel mit CdS bewegt wird. Dieser Tiegel ist beheizt und das aufzudampfende Material (CdS) verdampft (sublimiert) aus dem Tiegel und schlägt sich auf der Frontkontaktschicht des Substrates nieder, die auf einer niedrigeren Temperatur gehalten wird, als der Tiegel.The application of the CdS or CdTe layer is carried out according to methods of the prior art. Frequently used is the CSS method (close spaced sublimation), in which the glass substrate with the prepared TCO front contact layer is moved over a crucible with CdS. This crucible is heated and the material to be evaporated (CdS) evaporates (sublimates) from the crucible and settles on the front contact layer of the substrate, which is maintained at a lower temperature than the crucible.

Das nachfolgende Aufbringen der CdTe-Schicht erfolgt ebenfalls bevorzugt mit dem CSS-Verfahren. The subsequent application of the CdTe layer is likewise preferably carried out using the CSS method.

Abschließend wird der Rückkontakt, vorzugsweise als Schichtfolge, aufgebracht. Finally, the back contact, preferably as a layer sequence applied.

Bei dem beschriebenen Verfahren und auch im Folgenden werden Temper- und Versiegelungsschritte nach dem Stand der Technik als bekannt vorausgesetzt und nicht näher erläutert. Auch das Aufbringen von Antireflexions- und Schutzschichten (bspw. Rückseitenlaminat oder -glas) wird vorausgesetzt.In the method described and also below tempering and sealing steps according to the prior art are assumed to be known and not explained in detail. Also, the application of anti-reflection and protective layers (for example, backside laminate or glass) is required.

Im großtechnischen Einsatz erfolgt die Aufbringung der Window- und Absorber-Schichten, meist, indem die Substrate mit der vorbereiteten Frontkontaktschicht (die vorzugsweise in Richtung der Tiegel zeigt) erhitzt und mit konstanter Geschwindigkeit über die Tiegel hinweggeführt werden, so dass sich CdS und CdTe-Schichten gleichmäßiger Dicke ausbilden. Der Prozess wird nach dem Stand der Technik in hintereinandergeschalteten, beheizten Vakuumkammern ausgeführt, durch die die Substrate auf einem Transportsystem aus Rollen oder Transportbändern, die die Substrate an ihrer seitlichen Kante stützen, bzw. in Carriern gelagert bewegt werden. In large-scale use, the application of the window and absorber layers takes place, usually by heating the substrates with the prepared front contact layer (which preferably points in the direction of the crucible) and passing them over the crucibles at a constant speed, so that CdS and CdTe are removed. Form layers of uniform thickness. The process is carried out in the prior art in series, heated vacuum chambers through which the substrates are moved on a transport system of rollers or conveyor belts that support the substrates on its lateral edge, or stored in carriers.

Bei diesem Prozess wird angestrebt, die Window-Schicht möglichst dünn zu gestalten, um die Verschlechterung der optischen Eigenschaften der Solarzelle durch Lichtabsorption in dieser Schicht zu begrenzen. Gleichzeitig muss jedoch gewährleistet werden, dass die Window-Schicht (häufig CdS-Schicht) keine Fehlstellen (Löcher – pinholes) aufweist, durch die es zu Kurzschlüssen zwischen dem Frontkontakt und der nachfolgenden Absorberschicht (häufig CdTe-Schicht) kommen könnte. Nach dem Stand der Technik wird zur Erfüllung dieser beiden Anforderungen bei einer CdS-Window-Schicht eine CdS-Schichtdicke von 60 nm bis 200 nm bevorzugt.In this process, the aim is to make the window layer as thin as possible in order to limit the deterioration of the optical properties of the solar cell due to light absorption in this layer. At the same time, however, it must be ensured that the window layer (often CdS layer) has no holes (pinholes pinholes), which could lead to short circuits between the front contact and the subsequent absorber layer (often CdTe layer). According to the state of the art, a CdS layer thickness of 60 nm to 200 nm is preferred for a CdS window layer in order to meet these two requirements.

Nachteilig bei der Herstellung der Window-Schicht kann es sein, wenn die Frontkontaktschicht (bevorzugt TCO-Schicht) Verunreinigungen aufweist. Dies kann zu Defekten in der Frontkontaktschicht oder den darüber liegenden Schichten, insbesondere der Window-Schicht führen. Derartige Verunreinigungen sind häufig organische Stoffe, wie Fettrückstände oder Kunststoffrückstände wie bspw. Weichmacher aus dem Verpackungsmaterial vorgefertigter Glassubstrate mit TCO-Schicht.A disadvantage in the production of the window layer may be when the front contact layer (preferably TCO layer) has impurities. This can lead to defects in the front contact layer or the overlying layers, in particular the window layer. Such impurities are often organic substances, such as fat residues or plastic residues such as. Plasticizers from the packaging material of prefabricated glass substrates with TCO layer.

Untersuchungen haben gezeigt, dass herkömmliche Wasch- bzw. Spülprozesse nicht geeignet sind, organische Verunreinigungen auf der TCO-Beschichtung der Substrate ausreichend zu entfernen.Studies have shown that conventional washing or rinsing processes are not suitable for sufficiently removing organic contaminants on the TCO coating of the substrates.

Die Problematik der Oberflächenverunreinigung von Substraten ist bekannt und wird im Stand der Technik mit verschiedenen Verfahren angegangen. The problem of surface contamination of substrates is known and is addressed in the prior art by various methods.

Die DE 10 2010 006 681 A1 beschreibt ein Verfahren, bei dem bei einer Tandem-Junction-Solarzelle im Substrat-Aufbau die TCO-Schicht, die hier vor dem Aufbringen einer Spiegelschicht und einer Substratschicht abgeschieden wurde, vor dem folgenden Abscheiden einer Spiegelschicht intensiv gereinigt wird. Auf diese Weise soll die Haftung der Spiegelschicht verbessert und eine Abscheidung sogar ohne Haftvermittlungsschicht möglich sein. Die Reinigung erfolgt mit ionengestützten Verfahren. Es werden Plasmareinigungsverfahren mit Edelgas oder einem O2 oder N-haltigen Gas beschrieben. Weiterhin sind Ionensputtern oder Ionenätzen genannt. Dieser zusätzliche Reinigungsprozess ist jedoch apparativ aufwendig.The DE 10 2010 006 681 A1 describes a method in which, in a tandem junction solar cell in the substrate structure, the TCO layer, which was deposited here before the application of a mirror layer and a substrate layer, is intensively cleaned before the subsequent deposition of a mirror layer. In this way, the adhesion of the mirror layer is to be improved and a deposition even without an adhesion-promoting layer possible. Purification is by ion-assisted methods. Plasma cleaning processes using inert gas or an O 2 or N-containing gas are described. Furthermore, ion sputtering or ion etching are mentioned. However, this additional purification process is expensive in terms of apparatus.

Die DE 194 16 446 A1 beschreibt ein Vorgehen, um das TCO-beschichtete Substrat für die Herstellung von auf amorphem Silizium beruhenden Solarzellen zu reinigen. Eingesetzt wird ebenfalls ein Plasmaverfahren. Das Plasmaverfahren beruht auf dem Einsatz von CO2 und sieht eine spezifische Energieführung während des Reinigungs- und nachfolgenden Abscheidungsprozesses vor.The DE 194 16 446 A1 describes a procedure to clean the TCO-coated substrate for the production of amorphous silicon-based solar cells. Also used is a plasma process. The plasma process is based on the use of CO 2 and provides a specific energy management during the cleaning and subsequent deposition process.

In der WO 2010/120902 A2 wird ein Reinigungsverfahren für die TCO-beschichtete Oberfläche eines Glassubstrates vorgeschlagen. Aufgabenstellung ist es insbesondere, die Metallionen auf der TCO-Schicht zu entfernen. Dafür ist es vorgesehen, ein Überätzen der TCO-Schicht, eingeschlossen in zwei Spülvorgänge mit deionisiertem Wasser, vorzunehmen. Als Ätzmittel kommt eine organische Säure zum Einsatz.In the WO 2010/120902 A2 For example, a cleaning method for the TCO-coated surface of a glass substrate is proposed. In particular, the task is to remove the metal ions on the TCO layer. For this purpose, it is intended to over-etch the TCO layer, included in two rinses with deionized water. The etchant used is an organic acid.

Die WO 2012/089611 A2 sieht vor, die Oberflächen von Papier oder Karton abzuflämmen, um die Adhäsionsfähigkeit der Oberfläche zu verbessern. Bei dem Verfahren wird die oberste Substratschicht oxidiert.The WO 2012/089611 A2 The plan is to flatten the surfaces of paper or board to improve the adhesion of the surface. In the process, the uppermost substrate layer is oxidized.

Die US 2010/0162761 A1 beschreibt ein Verfahren zum Abflämmen der Oberflächen von Glaskörpern, insbesondere von Flachglas. Die Flachglassubstrate für die LCD- oder Plasma-Panel-Produktion müssen sehr hohen Anforderungen hinsichtlich der Oberflächenrauigkeit genügen. Um den aufwendigen und mit hohen Verlusten behafteten Prozess des Polierens der Oberflächen zu umgehen, wird vorgeschlagen, die Oberfläche abzuflämmen. Dies erfolgt bis zu einem Maß, bei dem die oberste Glasschicht aufgeschmolzen wird und die Rauigkeiten nivelliert werden. The US 2010/0162761 A1 describes a method for flattening the surfaces of glass bodies, in particular flat glass. The flat glass substrates for LCD or plasma panel production must meet very high surface roughness requirements. In order to circumvent the complex and high-loss process of polishing the surfaces, it is proposed to flatten the surface. This is done to the extent that the topmost glass layer is melted and the roughness leveled.

Die beschriebenen Verfahren sind entweder apparativ bzw. energetisch sehr aufwendig oder sie lassen sich schlecht in den kontinuierlichen Durchlaufprozess der Solarzellenproduktion nach dem Stand der Technik integrieren.The processes described are either very expensive in terms of apparatus or energy or they can be poorly integrated into the continuous process of continuous solar cell production according to the prior art.

Es ergibt sich die Aufgabenstellung, ein Reinigungsverfahren (auch als Ergänzung zu herkömmlichen Waschprozessen) für die TCO-beschichtete Oberfläche eines Glassubstrates vorzuschlagen, das leicht in bekannte Fertigungsprozesse zu integrieren ist und einen stabilen Reinigungserfolg gewährleistet. The object is to propose a cleaning process (also as a supplement to conventional washing processes) for the TCO-coated surface of a glass substrate, which is easy to integrate into known manufacturing processes and ensures stable cleaning success.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabenstellung mit einem Verfahren nach Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Verfahrensweisen sind in den rückbezogenen Unteransprüchen aufgeführt.According to the task is achieved by a method according to claim 1. Advantageous procedures are listed in the dependent claims.

Das erfindungsgemäße Verfahren sieht vor, die TCO-Frontkontaktschicht bzw. TCO-Frontkontaktschichtfolge der Dünnschicht-Solarzelle abzuflämmen.The method according to the invention provides for the TCO front contact layer or TCO front contact layer sequence of the thin-film solar cell to be ablated.

Das Hauptziel des erfindungsgemäßen Verfahrens ist es, organische Verunreinigungen von der Oberfläche zu entfernen. Dies erfolgt, indem die Oberfläche mit einer Gasflamme behandelt wird. Dabei wird darauf abgezielt, die Oberfläche nicht bis zur Erweichungs- oder gar Schmelztemperatur des TCO oder des darunter angeordneten Substrates (bevorzugt Float-Glas) zu erhitzen. Dies wird gewährleistet, indem die Behandlung nur für einen kurzen Zeitraum vorgenommen wird. Untersuchungen haben ergeben, dass die Oberflächentemperatur der TCO-Oberfläche des Substrates nach dem Abflämmen bevorzugt im Bereich von ca. 80°C bis 220°C (Ausgangstemperatur: 20°C), besonders bevorzugt im Bereich von 80°C bis 150°C und ganz besonders bevorzugt im Bereich von 90°C und 120°C liegt. Die Erhöhung der Temperatur der Oberfläche der Frontkontaktschicht (TCO-Schicht) aufgrund des Abflämmens um vorzugsweise maximal 200 K (Kelvin) reicht erfahrungsgemäß aus, um die anhaftenden Verunreinigungen auf der Frontkontaktschicht zu beseitigen. Bei Bedarf ist es jedoch möglich, die Erhöhung der Temperatur der Frontkontaktschicht höher zu wählen, so lange die Temperatur der Frontkontaktschicht bzw. des Substrates unterhalb der Erweichungstemperatur bleibt. Bevorzugt liegt die Temperaturerhöhung im Bereich von 60°C bis 130°C, besonders bevorzugt im Bereich von 70°C bis 100°C. In jedem Fall bleibt die Temperatur unterhalb der Erweichungstemperatur der TCO-Schicht oder des Substrates.The main objective of the process according to the invention is to remove organic contaminants from the surface. This is done by treating the surface with a gas flame. The aim is not to heat the surface to the softening or even melting temperature of the TCO or the underlying substrate (preferably float glass). This is guaranteed by making the treatment only for a short period of time. Investigations have shown that the surface temperature of the TCO surface of the substrate after flaming preferably in the range of about 80 ° C to 220 ° C (starting temperature: 20 ° C), more preferably in the range of 80 ° C to 150 ° C and most preferably in the range of 90 ° C and 120 ° C. The increase in the temperature of the surface of the front contact layer (TCO layer) due to the Abflämmens to preferably a maximum of 200 K (Kelvin) is sufficient from experience to eliminate the adhering contaminants on the front contact layer. If necessary, however, it is possible to choose to increase the temperature of the front contact layer higher, as long as the temperature of the front contact layer or of the substrate remains below the softening temperature. Preferably, the temperature increase is in the range of 60 ° C to 130 ° C, more preferably in the range of 70 ° C to 100 ° C. In any case, the temperature remains below the softening temperature of the TCO layer or the substrate.

Erfindungsgemäß wird die TCO-beschichtete Oberfläche des Substrates mit einer oder mehreren Gasflammen abgeflämmt. Die Dauer der Flammeneinwirkung auf die Oberfläche liegt bevorzugt zwischen 1 s und 60 s, besonders bevorzugt, zwischen 2 s und 30 s und ganz besonders bevorzugt zwischen 3 s und 10 s. Hervorragende Ergebnisse wurden mit einem Abflämmen über ca. 5 s erzielt.According to the TCO-coated surface of the substrate is flamed with one or more gas flames. The duration of the action of the flame on the surface is preferably between 1 s and 60 s, more preferably between 2 s and 30 s and most preferably between 3 s and 10 s. Excellent results were achieved with a burn off over approx. 5 s.

In einer besonders bevorzugten Ausführungsform schließt sich das Abflämmen unmittelbar an das Aufbringen der Frontkontaktschicht (bspw. durch Sputtern) oder an eine konventionelle nasschemische Reinigung an. In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform wird unmittelbar nach dem Abflämmen die CdS-Schicht auf der abgeflämmten Frontkontaktschicht aufgebracht. Weiterhin bevorzugt ist es, auf die abgeflämmte Frontkontaktschicht unmittelbar nach dem Abflämmen eine Haftvermittlungsschicht für die CdS-Schicht abzuscheiden. In a particularly preferred embodiment, the Abflämmen immediately follows the application of the front contact layer (eg. By sputtering) or to a conventional wet-chemical cleaning. In a further preferred embodiment, the CdS layer is applied to the flattened front contact layer immediately after flattening. It is further preferred to deposit an adhesion-promoting layer for the CdS layer on the flattened front contact layer immediately after flattening.

Die Gasflammen werden vorzugsweise mit der Verbrennung handelsüblicher Brenngase, wie Propan oder Butan bzw. bevorzugt einem Propan/Butan-Gemisch (80%/20%) erzeugt. Die Verbrennungsführung ist so gestaltet, dass stabil eine blaue Flamme beibehalten wird. Dies erfolgt mit Methoden nach dem Stand der Technik, insbesondere der Düsengestaltung und der Luftzahlregelung. Durch die blaue Flamme (Vormischflamme) wird insbesondere vermieden, dass sich Rußpartikel oder unverbrannte Kohlenwasserstoffe auf der abgeflämmten Oberfläche niederschlagen. Die Temperatur im Bereich der Flammenspitze beträgt bevorzugt ca. 900°C bis 1000°C.The gas flames are preferably produced by combustion of commercial fuel gases, such as propane or butane or preferably a propane / butane mixture (80% / 20%). The combustion guide is designed to stably maintain a blue flame. This is done with methods according to the prior art, in particular the nozzle design and the Luftzahlregelung. The blue flame (premix flame) in particular prevents soot particles or unburned hydrocarbons from precipitating on the flattened surface. The temperature in the range the flame tip is preferably about 900 ° C to 1000 ° C.

Im Ergebnis des erfindungsgemäßen Abflämmens wurde beobachtet, dass die TCO-Oberfläche des Substrates frei von vorher vorhandenen Verunreinigungen ist. Insbesondere wurde festgestellt, dass die Oberfläche sehr viel besser von Wasser benetzt wird, als dies vor der Behandlung der Fall war. Darüber hinaus ist die Haftung von Schichten, die auf die behandelte TCO-Oberfläche des Substrates aufgebracht werden, deutlich verbessert. Offenbar erfolgt eine Aktivierung der TCO-Oberfläche.As a result of the flaming invention, it has been observed that the TCO surface of the substrate is free from any pre-existing contaminants. In particular, it has been found that the surface is much better wetted by water than was the case before treatment. In addition, the adhesion of layers applied to the treated TCO surface of the substrate is significantly improved. Apparently, an activation of the TCO surface occurs.

Das erfindungsgemäße Abflämmen als zusätzliche Reinigung ist insbesondere dann geeignet, wenn die TCO- beschichteten Gläser (Substrate) großtechnisch gefertigt und geliefert wurden und vor der ersten Wäsche und Beschichtung mehr oder weniger lange gelagert werden. Während der Lagerung bilden sich auf den TCO-Gläsern Verunreinigungen, zu deren Beseitigung das erfindungsgemäße Verfahren vorteilhaft beitragen kann. Das Abflämmen ergänzt vorteilhaft die konventionellen nasschemischen Reinigungen (Glas-Wäsche) der TCO-beschichteten Substrate vor der Beschichtung mit CdS.The Abflämmen invention as additional cleaning is particularly suitable if the TCO-coated glasses (substrates) were manufactured and delivered on an industrial scale and stored for more or less long before the first wash and coating. During storage, impurities are formed on the TCO glasses, for the removal of which the process according to the invention can advantageously contribute. Flushing advantageously complements the conventional wet chemical cleanings (glass wash) of the TCO-coated substrates prior to coating with CdS.

Das erfindungsgemäße Verfahren lässt sich sehr gut in die industrielle Fertigung von Dünnschicht-Solarzellen integrieren. Nach dem Aufbringen der TCO-Schicht auf das flache Glassubstrat (bzw. dem Bereitstellen des vorgefertigten TCO/Substrat-Halbzeugs) wird dieses mittels der in den Anlagen vorhandenen Transportsysteme (bspw. Rollen-Transportsysteme) in eine Brennkammer und kontinuierlich durch diese hindurch bewegt. Ist dabei beispielsweise die TCO-Schicht nach unten gerichtet, werden senkrecht zur Bewegungsrichtung eine oder mehrere Reihen von Gasbrennern angeordnet, die sich über die gesamte Breite des Substrates erstrecken und dieses von unten her abflämmen. Nachfolgend werden die Substrate vom Transportsystem weiter bewegt und dem Prozeßschritt zur Abscheidung des Window layers zugeführt, z.B. in die Vakuumkammern zur CSS-Abscheidung der CdS-Schicht und nachfolgend der CdTe-Schicht eingeschleust. Dieses Abflämmen von unten ist dann vorteilhaft, wenn, wie z.B. im Falle des CSS-Verfahrens, die Abscheidung von Window layer und Absorberschicht auch von unten erfolgen. Weiterhin vorteilhaft ist, dass so eine Drehung der Substrate nach dem Flämmen, vor dem Einschleusen in die Vakuumkammer zur CSS-Abscheidung, nicht notwendig ist. Jedoch ist es ebenso möglich, die TCO-Schicht von oben her abzuflämmen. Dies hat zudem den Vorteil, dass eventuelle Verbrennungsrückstände durch die nach oben aufsteigende Wärme mitgerissen und von der TCO-Oberfläche des Substrates weggeleitet werden. Selbstverständlich kann das Verfahren auch bei ruhendem Substrat und bewegten oder nur kurzzeitig eingeschalteten Brennern erfolgen.The inventive method can be very well integrated into the industrial production of thin-film solar cells. After applying the TCO layer to the flat glass substrate (or providing the prefabricated TCO / substrate semifinished product), it is moved by means of the transport systems present in the systems (for example roller transport systems) into a combustion chamber and continuously therethrough. If, for example, the TCO layer is directed downwards, one or more rows of gas burners are arranged perpendicular to the direction of movement and extend over the entire width of the substrate and abrade the same from below. Subsequently, the substrates are further moved by the transport system and fed to the process step for deposition of the window layer, e.g. introduced into the vacuum chambers for CSS deposition of the CdS layer and subsequently the CdTe layer. This flattening from below is advantageous when, e.g. in the case of the CSS method, the deposition of window layer and absorber layer also take place from below. It is also advantageous that a rotation of the substrates after scarfing, prior to introduction into the vacuum chamber for CSS deposition, is not necessary. However, it is also possible to refill the TCO layer from above. This also has the advantage that any combustion residues are entrained by the upward rising heat and away from the TCO surface of the substrate. Of course, the method can also be done with a stationary substrate and moving or only briefly switched burners.

Nach dem Abflämmen der TCO-Schicht des Substrates kann die Weiterverarbeitung mit Verfahren nach dem Stand der Technik bis zur fertigen Solarzelle erfolgen. So können bspw. die CdTe-Schicht und die Rückkontaktschichtfolge nach bekannten Verfahren aufgebracht werden. Auch Variationen und zusätzliche Schichten oberhalb der Schicht aus reinem oder modifiziertem CdS sind möglich und werden nicht durch den Einsatz des erfindungsgemäßen Verfahrens beeinflusst. Untersuchungen haben vielmehr ergeben, dass die Haftung der CdS-Schicht auf der Frontkontaktschicht deutlich verbessert ist.After flattening the TCO layer of the substrate, the further processing can be carried out by methods according to the prior art to the finished solar cell. Thus, for example, the CdTe layer and the back contact layer sequence can be applied by known methods. Variations and additional layers above the layer of pure or modified CdS are also possible and are not influenced by the use of the method according to the invention. Investigations have rather shown that the adhesion of the CdS layer on the front contact layer is significantly improved.

Ausführungsbeispielembodiment

Ein Substrat mit den Abmessungen 1600 mm x 1200 mm x 3,2 mm wird mit einer Schicht aus Indium-Zinn-Oxid (ITO) einer Dicke von 250 nm als transparenter Frontkontaktschicht beschichtet.A substrate measuring 1600 mm × 1200 mm × 3.2 mm is coated with a layer of indium-tin oxide (ITO) having a thickness of 250 nm as a transparent front contact layer.

Anschließend wird das Substrat auf einer Rollentransportvorrichtung mit der nach unten gerichteten Frontkontaktschicht in eine Brennkammer hineintransportiert. Das Substrat bewegt sich mit einer kontinuierlichen Geschwindigkeit von 1,5 m/min durch die Brennkammer und passiert in der Mitte der Brennkammer eine Reihe von Gasflammen, die sich über die volle Breite des Substrates und senkrecht zur Bewegungsrichtung erstreckt. In den Gasflammen wird eine Mischung aus Propan und Butan im Verhältnis 80:20 verbrannt. Die Verbrennungsführung gewährleistet, dass die Flammenfarbe Blau bleibt und keine Rußpartikel oder Ähnliches entstehen. Die Substrate treten mit einer Oberflächentemperatur von 21°C in die Brennkammer ein. Sie werden im Inneren der Brennkammer den Gasflammen für ca. 5 s ausgesetzt. Die Oberflächentemperatur nach dem Flämmen beträgt 105°C. Nach dem Flämmen werden die Substrate in die nachfolgenden Behandlungskammern transportiert. Dort wird nunmehr, im CSS-Verfahren, die CdS-Schicht aufgebracht. Die erreichte Schichtdicke des CdS beträgt 60 nm. Anschließend wird im CSS-Verfahren die CdTe-Schicht mit einer Dicke von 5000 nm aufgebracht. Danach erfolgt die Aufbringung der Rückkontaktschicht bzw. -schichten mit Verfahren nach dem Stand der Technik. Die Rückkontaktschicht besteht hier aus einer Schichtfolge von Anpassungsschicht und eigentlicher Kontaktschicht. Hier wird eine Anpassungsschicht aus Te (50 nm) durch NP-Ätzen der CdTe Schicht ausgebildet, auf die nachfolgend die Mo-Schicht (250 nm) als eigentliche Kontaktschicht abgeschieden wird.Subsequently, the substrate is transported on a roller transport device with the downwardly directed front contact layer into a combustion chamber. The substrate moves through the combustion chamber at a continuous rate of 1.5 m / min and passes through a series of gas flames in the center of the combustion chamber, which extends across the full width of the substrate and perpendicular to the direction of movement. In the gas flames, a mixture of propane and butane in the ratio 80:20 is burned. The combustion management ensures that the flame color remains blue and no soot particles or the like arise. The substrates enter the combustion chamber with a surface temperature of 21 ° C. They are exposed inside the combustion chamber to the gas flames for about 5 s. The surface temperature after flaming is 105 ° C. After scarfing, the substrates are transported to the subsequent treatment chambers. There is now, in the CSS process, the CdS layer applied. The achieved layer thickness of the CdS is 60 nm. Subsequently, the CdTe layer with a thickness of 5000 nm is applied in the CSS process. Thereafter, the application of the back contact layer or layers with methods according to the prior art. The back contact layer here consists of a layer sequence of matching layer and actual contact layer. Here, a matching layer of Te (50 nm) is formed by NP etching of the CdTe layer on which the Mo layer (250 nm) is subsequently deposited as the actual contact layer.

Abschließend erfolgen die weiteren Verarbeitungsschritte nach dem Stand der Technik.Finally, the further processing steps take place according to the prior art.

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

  • DE 102010006681 A1 [0012] DE 102010006681 A1 [0012]
  • DE 19416446 A1 [0013] DE 19416446 A1 [0013]
  • WO 2010/120902 A2 [0014] WO 2010/120902 A2 [0014]
  • WO 2012/089611 A2 [0015] WO 2012/089611 A2 [0015]
  • US 2010/0162761 A1 [0016] US 2010/0162761 A1 [0016]

Claims (6)

Verfahren zur Herstellung eines Halbzeugs für eine Dünnschicht-Solarzelle, aufweisend die Schritte: a. Bereitstellen eines transparenten Substrates mit einer Frontkontaktschicht bzw. Frontkontaktschichtfolge, b. Abflämmen der Frontkontaktschicht bzw. Frontkontaktschichtfolge, dadurch gekennzeichnet, dass das Abflämmen mit einem oder mehreren Gasbrennern erfolgt, wobei die Oberflächentemperatur der Frontkontaktschicht stets unterhalb der Erweichungstemperatur der Frontkontaktschicht bzw. Frontkontaktschichtfolge und des Substrates bleibt. A process for producing a semifinished product for a thin-film solar cell, comprising the steps of: a. Providing a transparent substrate having a front contact layer or front contact layer sequence, b. Flattening of the front contact layer or front contact layer sequence, characterized in that the Abflämmen done with one or more gas burners, wherein the surface temperature of the front contact layer always below the softening temperature of the front contact layer or front contact layer sequence and the substrate remains. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Erhöhung der Oberflächentemperatur der Frontkontaktschicht bzw. Frontkontaktschichtfolge durch das Abflämmen maximal 200 Kelvin beträgt.A method according to claim 1, characterized in that the increase in the surface temperature of the front contact layer or front contact layer sequence by Abflämmen is a maximum of 200 Kelvin. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Abflämmen unmittelbar nach dem Aufbringen der TCO-Frontkontaktschicht bzw. -schichtfolge erfolgt.A method according to claim 1 or 2, characterized in that the Abflämmen takes place immediately after the application of the TCO front contact layer or layer sequence. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Abflämmen unmittelbar vor dem Auftrag der nachfolgenden Window-Schicht erfolgt.A method according to claim 1 or 2, characterized in that the Abflämmen takes place immediately before the order of the subsequent window layer. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Abflämmen mit einem oder mehreren Gasbrennern erfolgt, die mit blauer Vormischflamme betrieben werden. Method according to one of the preceding claims, characterized in that the Abflämmen done with one or more gas burners, which are operated with blue premix flame. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Substrat kontinuierlich durch eine Brennkammer transportiert wird, in der das Abflämmen erfolgt. Method according to one of the preceding claims, characterized in that the substrate is transported continuously through a combustion chamber in which the Abflmmen takes place.
DE102013225669.8A 2013-12-11 2013-12-11 Process for producing a semifinished product for thin-film solar cells Pending DE102013225669A1 (en)

Priority Applications (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102013225669.8A DE102013225669A1 (en) 2013-12-11 2013-12-11 Process for producing a semifinished product for thin-film solar cells
CN201410095896.6A CN104716231B (en) 2013-12-11 2014-03-14 For manufacturing the process of semi-finished for thin-layer solar cell
PCT/CN2014/093442 WO2015085921A1 (en) 2013-12-11 2014-12-10 Method for manufacturing thin-film solar cell semi-finished product

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102013225669.8A DE102013225669A1 (en) 2013-12-11 2013-12-11 Process for producing a semifinished product for thin-film solar cells

Publications (1)

Publication Number Publication Date
DE102013225669A1 true DE102013225669A1 (en) 2015-06-11

Family

ID=53185306

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE102013225669.8A Pending DE102013225669A1 (en) 2013-12-11 2013-12-11 Process for producing a semifinished product for thin-film solar cells

Country Status (3)

Country Link
CN (1) CN104716231B (en)
DE (1) DE102013225669A1 (en)
WO (1) WO2015085921A1 (en)

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20100162761A1 (en) 2008-12-30 2010-07-01 Stephen Carney Flame polishing of flat glass
WO2010120902A2 (en) 2009-04-16 2010-10-21 Applied Materials, Inc. Process to remove metal contamination on tco
DE102010006681A1 (en) 2010-02-03 2011-08-04 Sunfilm AG, 01900 Method for manufacturing tandem-junction photovoltaic cell of photovoltaic module to convert radiation energy in light into electrical power, involves exposing area of oxide layer to cleaning process that increases mirror layer adhesion
WO2012089611A2 (en) 2010-12-29 2012-07-05 Tetra Laval Holdings & Finance S.A. Flame treatment of a substrate

Family Cites Families (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5026431A (en) * 1986-06-09 1991-06-25 Skolnik Industries, Inc. Process of koshering containers
SG96665A1 (en) * 2001-11-21 2003-06-16 Environmental Technology Inst An apparatus and method for cleaning glass substrates using a cool hydrogen flame
US7744955B2 (en) * 2005-08-02 2010-06-29 Guardian Industries Corp. Method of thermally tempering coated article with transparent conductive oxide (TCO) coating using flame(s) in tempering furnace adjacent TCO to burn off oxygen and product made using same
CN101571603A (en) * 2009-06-02 2009-11-04 中国科学院上海光学精密机械研究所 Method for preparing micro optical element on quartz glass substrate by applying femto-second laser
JP5720671B2 (en) * 2010-03-17 2015-05-20 コニカミノルタ株式会社 Organic electronic device and manufacturing method thereof
WO2012106214A2 (en) * 2011-02-03 2012-08-09 Applied Materials, Inc. Plasma treatment of tco layers for silicon thin film photovoltaic devices
CN103030827B (en) * 2012-12-31 2014-06-18 厦门建霖工业有限公司 Method of increasing binding force between vacuum coating and plastic part base material at low temperature

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20100162761A1 (en) 2008-12-30 2010-07-01 Stephen Carney Flame polishing of flat glass
WO2010120902A2 (en) 2009-04-16 2010-10-21 Applied Materials, Inc. Process to remove metal contamination on tco
DE102010006681A1 (en) 2010-02-03 2011-08-04 Sunfilm AG, 01900 Method for manufacturing tandem-junction photovoltaic cell of photovoltaic module to convert radiation energy in light into electrical power, involves exposing area of oxide layer to cleaning process that increases mirror layer adhesion
WO2012089611A2 (en) 2010-12-29 2012-07-05 Tetra Laval Holdings & Finance S.A. Flame treatment of a substrate

Also Published As

Publication number Publication date
CN104716231A (en) 2015-06-17
WO2015085921A1 (en) 2015-06-18
CN104716231B (en) 2018-08-17

Similar Documents

Publication Publication Date Title
WO2015049205A1 (en) Device and method for the continuous production of porous silicon layers
EP2678461B1 (en) Method and device for coating substrates
DE102006047472A1 (en) Procedure for the surface treatment of laminar substrates, comprises separating thin function layers from the substrates made of different materials, and carrying out thermal finishing treatment of separated layers on the substrate
DE102005007825A1 (en) Process for producing a reflection-reducing coating
DE102012103243A1 (en) Method for temporally varying the laser intensity during scoring of a photovoltaic device
DE102013206598B4 (en) Vacuum coating system
DE602005003328T2 (en) CARBON-BASED DIRT PROTECTION COATINGS FOR GLASS SURFACES
DE112010003607T5 (en) PHOVOLTAIK BACK CONTACT
DE102011080202A1 (en) Apparatus and method for producing thin films
WO2021191285A9 (en) Method and system for the production of a starting material for a silicon solar cell with passivated contacts
DE102013225669A1 (en) Process for producing a semifinished product for thin-film solar cells
DE112009002580T5 (en) Texture-developing liquid for transparent conductive film mainly composed of zinc oxide, and process for producing transparent conductive film having recesses and protrusions
DE102008009337B4 (en) Process for producing a transparent conductive layer
DE102018113251B4 (en) Method for manufacturing a CdTe solar cell
DE102009026197B4 (en) Optically transparent glass pane and its use
EP2212927B1 (en) Method and device for coating a carrier for thin-film solar cells
EP3411513B1 (en) Method for depositing a cdte layer on a substrate
DE102010060297A1 (en) Method for removing contamination from a reactor
DE102011005760B4 (en) Process for the preparation and treatment of an optically scattering TCO layer on a substrate
DE102014225862B4 (en) Process for forming a gradient thin film by spray pyrolysis
DE102010013038B4 (en) Method for producing a photovoltaic cell
DE2342045C3 (en)
WO2019034574A1 (en) Method for producing ultra-thin layers on substrates
DE102010028277B4 (en) Method and device for producing a glass pane coated with a semiconductor material and solar cell or solar module obtainable by the process
DE102014208029A1 (en) Additional temperature treatment step for thin-film solar cells

Legal Events

Date Code Title Description
R012 Request for examination validly filed
R016 Response to examination communication
R016 Response to examination communication
R016 Response to examination communication