DE2715471A1

DE2715471A1 - Solarzelle

Info

Publication number: DE2715471A1
Application number: DE19772715471
Authority: DE
Inventors: Reimer Dipl Phys Dr Emeis
Original assignee: Siemens Corp
Current assignee: Siemens Corp
Priority date: 1977-04-06
Filing date: 1977-04-06
Publication date: 1978-10-19

Description

Solarzelle
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Solarzelle mit einer auf ein Substrat aufgedampften Halbleiterschicht, die mindestens einen pn-übergang aufweist, mit auf der Anoden- und Katodenseite angebrachten Elektroden.
Solche Solarzellen sind bereits beschrieben worden. Das Halbleitermaterial besteht aus im Hochvakuum aufgedampften Halbleiterschichten wie zum Beispiel Silicium oder Galliumarsenid (GaAs), Kupfersulfid (Cu2S), Indiumphosphid (InP) und anderen III-V-Verbindungen. Solarzellen aus diesen Materialien werden mit einem pn-übergang versehen, der durch gleichzeitiges Verdampfen von p- beziehungsweise n-dotierendem Material zustande kommt. Als Substrat wurde beispielsweise metallisiertes Glas verwendet.
Um einen möglichst guten Wirkungsgrad bei der Umwandlung der einfallenden Lichtstrahlung in Strom zu erreichen, muß der fotoempfindliche Bereich der Solarzelle möglichst viel der einfallenden Sonnenstrahlung absorbieren. Sollen beispielsweise 90 ,~ der einfallenden Strahlung absorbiert werden, benötigt man ftir Silicium eine Schichtdicke von etwa 100 /um, für Galliumarsenid 2 /um und für Kupfersulfid 0,5 /um.
Die der vorliegenden Erfindung zugrunde liegende Aufgabe besteht darin, einen hohen Wirkungsgrad der Solarzelle schon mit geringeren Schichtdicken zu erreichen. Damit läßt sich sowohl Halbleitermaterial sparen als auch die Aufdampfzeit verharzen.
Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß das Substrat auf der von der Halbleiterschicht bedeckten Seite eine reflektierende Oberfläche aufweist.
Das Substrat kann vorzugsweise eine hochglänzende Metallschicht sein. Zweckmäßigerweise wird als Substrat eine polierte Aluainiumschicht verwendet. Zur weiteren Erhöhung des Wirkungsgrade8 kann das Substrat Vertiefungen mit sich vertüngendem Querschnitt aufweisen. Die Vertiefungen können Wellungen oder auch Einprägungen sein.
Die Erfindung wird an Hand zweier Ausftlhrungsbeispiele in Verbindung mit den Figuren näher erläutert. Beide Figuren stellen Schnitte durch eine Solarzelle dar. Funktionsgleiche Teile sind mit gleichen Bezugszeichen versehen.
Die Solarzelle nach Fig. 1 weist ein Substrat 1 auf, das eine reflektierende Oberfläche 6 hat. Das Substrat kann zua Beispiel aus Aluminium bestehen, dessen Oberfläche hochglanzpoliert ist.
Das Substrat 1 kann auch aus anderen Metallen, zum Beispiel Rupfer bestehen, das mit einer reflektierenden Metallschicht, beispielsweise Silber, überzogen ist. Die reflektierende Oberflleh 6 muß nicht unbedingt spiegelnd sein, sie kann das Licht auch diffus reflektieren.
Auf das Substrat 1 wird eine Halbleiterschicht 2 autged ptt, die zum Beispiel aus Silicium besteht. Sie kann Jedoch auch ans einem der oben genannten anderen Halbleitermaterialien bestehen.
Die Halbleiterschicht 2 weist Zonen 3, 4 unterschiedlichen bitungstyps auf, wodurch ein pn-Ubergang 5 gebildet wird. flte Zone 3 ist beispielsweise p-dotiert und die Zone 4 n-dotlert. Die Halbleiterschicht 2 ist mit einer Katodenelektrode 7 und das Substrat mit einer Anodenelektrode 8 versehen. Die Katodenelektrode 7 ist der besseren übersichtlichkeit halber nur als kleine Fläche dargestellt, zur besseren Kontaktierung wird man die Halbleiterschicht 2 auf die bekannte Art mit einer netzförmigen Elektrode versehen, deren Fläche klein gegen die gesamte Fläche der Halbleiterschicht 2 ist.
Die Halbleiterschicht 2 wird mittels bekannter Verdampfungsverfahren im Hochvakuum zum Beispiel mittels Elektronenstrahles auf das Substrat 1 aufgedampft. In einer normalen Vakuum-Bedampfungsanlage kann bei einem Druck von etwa 6,5 . 10 4 Pa (etwa 5 . 10 6 Torr), einer Beschleunigungsspannung für den Elektronenstrahl von 8 kV und einem Strahlstrom von etwa 0,5 A eine Aufdampfrate für Silicium von 0,25 /um/min erzielt werden. Die Halbleiterschicht 2 kann beispielsweise 50 /um betragen. Nimmt man einen geringeren Wirkungsgrad in Kauf, reicht unter Umständen eine Dicke von bereits 10 /um aus. Eine Steigerung über 100 #um erscheint Jedoch nicht sinnvoll, da sich bei größerer Dicke der Wirkungsgrad nicht mehr wesentlich steigern läßt. Mit dem Halbleitermaterial wird gleichzeitig n- beziehungsweise pdotierendes Material wie zum Beispiel Phosphor und Bor verdampft, dessen Atome in das aufgedampfte Halbleitermaterial eingebaut werden.
Das einfallende Licht, das durch Pfeile angedeutet ist, fällt auf die Oberfläche der Halbleiterschicht 2 und dringt in die Halbleiterschicht 2 ein. Im Inneren der Halbleiterschicht 2 werden Ladungsträgerpaare erzeugt, die auf Grund der sich aufbauenden Diffusionsspannung nach außen getrieben werden, wobei mit der oben angegebenen Leitf#ihigkeit der Zonen 3, 4 die angegebene Polarität an der Solarzelle entsteht. Das einfallende Licht durchdringt die Halbleiterschicht 2 und wird an der reflektierenden Oberfläche 6 des Substrates 1 reflektiert. Dadurch durchläuft das Licht die Halbleiterschicht 2 abgeschwächt ein zweites Mal und erzeugt dabei wieder - entsprechend weniger - Ladungsträgerpaare, die zusätzlich als Fotostrom zur VerfUgung stehen.
Zur weiteren Erhöhung des Wirkungsgrades kann die Oberfläche der Halbleiterschicht 2 mit einem von optischen Geräten her bekannten reflexmindernden überzug versehen sein.
Eine weitere Erhdhung des Wirkungsgrades läßt sich durch eine Anordnung nach Fig. 2 erreichen. Hier ist das Substrat 1 mit sich verJUngenden Vertiefungen 9 versehen. Diese Vertiefungen können beispielsweise dadurch hergestellt werden, daß das Substrat, das aus Aluminium bestehen kann, gefaltet wird. Es kann Jedoch auch mit rillenförmigen Einprägungen versehen sein. Die Rillen können auch beispielsweise durch spanabhebende Veriormwr hergestellt werden. Es ist auch möglich, statt der Rillen runde oder quadratische Einprägungen, das heißt in sich geschlossene Vertiefungen, vorzusehen.
Das durch einen Pfeil symbolisierte Licht fällt auf die Halbleiterschicht 2, durchdringt diese, wird von der reflektierender Oberfläche 6 des Substrates 1 reflektiert und wird wieder abgestrahlt. Das abgestrahlte Licht fällt nun erneut an einer der ursprünglichen Einstrahlstelle gegenüberliegenden Stelle auf diz Halbleiterschicht 2 auf, dringt in die Halbleiterschicht ein, wird reflektiert und tritt wieder aus der Halbleiterschicht aus und so weiter. Durch diese Anordnung läßt sich also das noch aui der Halbleiterschicht 2 austretende Licht wieder ausnutzen und der Wirkungsgrad der Solarzelle wird damit erhöht.
6 Patentansprüche 2 Figuren L e e r s e i t e

Claims

Patentansprüche 6 Solarzelle mit einer auf ein Substrat aufgedampften Halbleiterschicht, die mindestens einen pn-Ubergang aufweist, mit auf der Anoden- und Katouenseite angebrachten Elektroden, d a -d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß das Substrat (1) auf der von der Halbleiterschicht (2) bedeckten Seite eine reflektierende Oberfläche (6) aufweist.
2. Solarzelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Substrat (1) eine hochglänzende Metallschicht ist.
3. Solarzelle nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Substrat (1) eine polierte Aluminiumschicht ist.
4. Solarzelle nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Substrat (1) Vertiefungen (9) mit sich ver#tkL-gendem Querschnitt aufweist.
5. Solarzelle nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Vertiefungen (9) Wellungen sind.
6. Solarzelle nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Vertiefungen (9) Einprägungen sind.