DE112008000551T5

DE112008000551T5 - PV Modul und ein Verfahren zum Herstellen des PV Moduls

Info

Publication number: DE112008000551T5
Application number: DE112008000551T
Authority: DE
Inventors: Kaoru Tsukuba-shi Okaniwa; Takehiro Shimizu; Hiroaki Morikawa
Original assignee: Hitachi Chemical Co Ltd; Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp; Resonac Corp
Priority date: 2007-02-28
Filing date: 2008-02-26
Publication date: 2010-01-07
Also published as: US20090314343A1; JPWO2008105411A1; WO2008105411A1; TW200849616A; CN101657909A

Abstract

Photovoltaisches (PV) Zellmodul, das als Antwort auf einfallendes Licht (205) elektrische Energie erzeugt, wobei das Modul geschichtete Elemente aufweist, umfassend eine Vielzahl von Schichten mit Licht übertragenden Eigenschaften (Lichtübertragungsschichten), bei dem, startend von der Seite, von der das einfallende Licht eintritt, diese Vielzahl von Licht übertragenden Schichten eine erste Schicht (201), eine zweite Schicht (202), ... eine m-te (109) Schicht umfasst, und die jeweiligen Brechungsindizes der Vielzahl von Licht übertragenden Schichten ein erster Brechungsindex n₁, ein zweiter Brechungsindex n₂ ... ein m-ter Brechungsindex n_m sind, wobei n₁ ≤ n₂ ≤ ... ≤ n_m sind, und, zumindest eine Schicht aus den Licht übertragenden Schichten ein Lichteinfangfilm (300) ist, der eine strukturierte Gestalt (303) auf der Lichteinfallseite (205) aufweist, auf der das einfallende Licht eintritt, wobei der Brechungsindex dieses Films 1,6–2,4 ist.

Description

TECHNICHES GEBIET
Die vorliegende Erfindung betrifft ein photovoltaisches (PV) Modul und ein Verfahren zum Herstellen des PV Moduls, und insbesondere ein PV Modul, in welchem einfallendes Licht effizienter in das PV Modul geführt wird, was die Energieerzeugungseffizienz verbessert, und ein Verfahren zum Herstellen dieses PV Moduls.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Ein konventionelles PV Modul eines Siliziumkristalltyps wird nachfolgend in dem zitierten nicht-Patentdokument 1 beschrieben. Ein konventionelles PV Modul wird nun unter Bezugnahme auf die schematischen Darstellungen (Querschnittszeichnungen) aus 1 beschrieben. Dieses konventionelle PV Modul umfasst eine Solarzelle 100, ein Abdeckglas 201, einen Verkapselungsstoff 202, ein Tab 203 und einen Hinterfilm 204.
Einfallendes Licht 205 trifft das Abdeckglas 201, das auf der Einfallseite vorgesehen ist. Verstärktes, mit einem Einschlagwiderstand versehenes Glas kann als Abdeckglas 201 verwendet werden. Um einen starken Haftkontakt mit dem geschichteten Verkapselungsstoff 202 zu erreichen, wird eine Seite 201b des Abdeckglases 201 geprägt, um auf diesem eine unebene Gestalt zu erzeugen. Diese unebene Gestalt ist auf der inneren Oberfläche ausgebildet, d. h. auf der unteren Oberfläche des Abdeckglases 201 in 1, während die Oberfläche 201a des PV Moduls glatt ist.
Der Verkapselungsstoff 202 ist im Wesentlichen ein Harz, das hauptsächlich aus Ethylen-Vinyl-Azetatcopolymer besteht. Der Verkapselungsstoff 202 versiegelt die Solarzelle 100. Die Solarzelle 100 wandelt einfallendes Licht 205, das mittels des Abdeckglases 201 und des Verkapselungsstoffs 202 in diese eingeführt wird, in elektrische Energie um. Ein Multikristall-Siliziumsubstrat oder Einkristall-Siliziumsubstrat kann beispielsweise für die Solarzelle 100 verwendet werden. Ferner ist ein Hinterfilm 204 auf der Seite gegenüber der vorher genannten Einfallseite des Verkapselungsstoffs 202 ausgebildet.
Darüber hinaus ist im nachfolgend zitierten Patentdokument 1 ein PV Modul offenbart, das eine Mottenaugenkonfiguration gebraucht, wobei dabei ermöglicht wird, externes Licht aus verschiedenen Winkeln, umfassend Diagonalwinkeln, effektiv ohne Reflexionsverlust zu verwenden, wie sie in dem PV Modul aufgenommen ist. Eine andere Konfiguration, in der externes Licht effizient ohne Reflexionsverlust aufgenommen wird, ist in dem nachfolgend zitierten nicht-Patentdokument 2 offenbart, in dem ein transparenter Teil in einer konischen Gestalt, einer dreieckigen Pyramidengestalt oder einer viereckigen Pyramidengestalt ausgebildet ist.

Nicht-Patentdokument 1: Yoshihiro Hamakawa „Solar Generation" Latest Technology and Systems, CMC Co. Ltd. 2000.
Nicht-Patentdokument 2: Hiroshi Toyota, Antireflection Structured Surface, Optics volume 32 No. 8, Page 489, 2003.
Patentdokument 1: Offengelegtes japanisches Patentdokument Nr. 2005-101513 .

OFFENBARUNG DER ERFINDUNG
Von der Erfindung zu lösendes Problem
Im Fall des oben beschriebenen konventionellen PV Moduls tritt das Problem auf, dass ein signifikanter Unterschied in den jeweiligen Brechungsindizes der Solarzelle 100 und des Verkapselungsstoffs 202 der Lichtreflexion (des einfallenden Lichts 205) an den Grenzflächen entsteht, was heißt, dass das Licht ineffizient verwendet wird.
Ferner umfasst die Konfiguration der Solarzelle 100 durch Aufbringen eines Ätzprozesses normalerweise eine texturierte Struktur auf dem Siliziumsubstrat, um einen Lichteinfangeffekt zu erreichen. Jedoch ist die Leerlaufspannung V_oc größer, wenn die texturierte Struktur nicht ausgebildet ist, als wenn sie es ist. Das ist deshalb so, weil die Leerlaufspannung V_oc größer ist, wenn sie weniger abhängig von dem pn-Kontaktbereich ist, der an der Solarzelle 100 ausgebildet ist. D. h., im Fall des konventionellen hocheffizienten PV Moduls, aufgrund des Ausbildens einer texturierten Struktur, kompensiert und überschreitet die Steigerung des elektrischen Stroms die Verschlechterung in der Leerlaufspannung V_oc.
Unter Berücksichtigung des vorher genannten ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein PV Modul bereitzustellen, das eine verbesserte Energieeffizienz durch effizientere Lichtverwendung aufweist und ein Verfahren, um dieses PV Modul herzustellen.
Es ist ein weiteres Ziel der Erfindung ein PV Modul bereitzustellen, das das Problem der Verschlechterung der Leerlaufspannung V_oc vermeidet, und ein Verfahren zum Herstellen dieses PV Moduls.
Mittel zum Lösen der Probleme
Um das oben beschriebene Problem zu lösen, sieht das die vorliegende Erfindung betreffende PV Modul ein PV Modul vor, das elektrische Energie als Antwort auf einfallendes Licht erzeugt und geschichtete Elemente aufweist, umfassend eine Vielzahl von Lagen mit Licht übermittelnden Eigenschaften (lichtdurchlässige Schichten, in denen, beginnend an der Seite, von der das einfallende Licht eintritt), wobei diese Vielzahl von Licht übermittelnden Schichten eine erste Schicht, eine zweite Schicht ... eine m-te Schicht umfassen, und die jeweiligen Brechungsindizes dieser Vielzahl von Licht übermittelnden Schichten erste Brechungsindizes n₁, zweite Brechungsindizes n₂, ... m-te Brechungsindizes n_m sind, wobei n₁ ≤ n₂ ≤ ... n_m, wobei darüber hinaus zumindest eine Schicht aus den Licht übermittelnden Schichten eine Lichteinfangschicht ist, die auf der Einfallseite eine unebene Gestalt aufweist, an der das einfallende Licht eintritt, wobei deren Brechungsindizes 1,6–2,4 ist.
In diesem PV Modul ist der Wert der normalisierten Lichtabsorption „a” des Lichteinfangsfilms wie in dem folgenden mathematischen Ausdruck (1) gezeigt, vorzugsweise 0,1 oder weniger, wenn die Wellenlänge des einfallenden Lichts 400–1200 nm ist. [Mathematischer Ausdruck 1]
Hier ist T der Lichtdurchlassgrad und L ist die Durchschnittsdicke (μm) des Films.
Weiter ist es bevorzugt, dass zwischen dem Lichteinfallfilm, der über der Solarzelle ist, welche einfallendes Licht in elektrische Energie umwandelt, und der Solarzelle, eine antireflexive Schicht ausgebildet ist, die äquivalent zu einer der Lagen von den Lichtübermittlungsschichten ist, und dass der Brechungsindex dieses Lichteinfangfilms niedriger ist, als der Brechungsindex der antireflexiven Schicht an der Solarzelle.
Darüber hinaus ist es bevorzugt, dass durch Einstellen des Brechungsindex des Lichteinfangfilms und dem der antireflexiven Schicht die Effizienz der Lichtführung zur Solarzelle durch den Lichteinfangfilm verbessert wird.
Es ist bevorzugt, dass der Lichteinfangsfilm ein organisch-inorganischer Hybridverbindung ist, die Titanium Tetra Alkoxid umfasst.
Ferner ist es bevorzugt, dass die Solarzelle, die das einfallende Licht in elektrische Energie umwandelt, eine Solarzelle verwendet, die durch Aufweisen eines Siliziumsubstrats ausgebildet ist, das eine raue Oberfläche bereitstellt, die durch Schneiden in einem mechanischen Prozess ausgebildet ist, wobei das Substrat dann einem Ätzen unterworfen wird, um den Schaden, der auf der Oberfläche hauptsächlich durch die Durchführung des Schneidens verursacht wurde, zu entfernen, und wird nicht aktiv einem Prozess unterworfen, um auf ihr eine unebene Gestalt zu erzeugen.
Weiter ist bevorzugt, dass die Solarzelle, die das einfallende Licht in elektrische Energie umwandelt, eine Solarzelle verwendet, die durch Aufweisen eines Siliziumsubstrats ausgebildet ist, das durch Bereitstellen einer rauen Oberfläche ausgebildet ist, die durch Schneiden in einem mechanischen Prozess ausgebildet ist, wobei das Substrat dann einem Ätzen unterworfen wird, das eine wässrige Lösung verwendet, die 0,25 mol/l Alkalihydroxid umfasst, um den Schaden zu entfernen, der auf der Oberfläche hauptsächlich durch die Durchführung des Schneidens verursacht wurde, und wird nicht aktiv einem Prozess unterworfen, um eine unebene Gestalt auf ihr auszubilden.
Darüber hinaus ist es vorzugsweise, dass ein salpeterhaltiger Siliziumfilm, der aus Si, N und H besteht, wobei dessen Brechungsindex, der innerhalb des Bereichs von 1,8–2,7 liegt, für die antireflexive Schicht der Solarzelle verwendet wird.
Ferner ist bevorzugt, dass der Siliziumnitratfilm, der für die antireflexive Schicht verwendet wird, durch das Plasma-CVD Verfahren ausgebildet wird, das als Rohmaterial ein Verbundgas aus SiH₄ und NH₃ verwendet, unter Bedingungen, in denen das Fließverhältnis des SiH₄ und NH₃ Verbundgases 0,05–1,0 ist, der Druck in der Reaktionskammer 0,1–2 Torr ist, die Temperatur, wenn der Film ausgebildet wird, 300–550°C ist und die Frequenz für die Plasmaentladung nicht niedriger als 100 KHz ist.
Um die oben beschriebenen Probleme zu lösen, ist ein Verfahren zum Herstellen des PV Moduls gemäß der vorliegenden Erfindung ein Verfahren zum Herstellen eines PV Moduls, das elektrische Energie als Antwort auf einfallendes Licht erzeugt, indem es geschichtete Elemente aufweist, umfassend eine Vielzahl von Schichten mit Licht übertragenden Eigenschaften (Lichtübertragungsschichten), wobei das Verfahren die Schritte des Ausbildens einer Solarzelle durch Ausbilden von zumindest einer antireflexiven Schicht an einem Siliziumsubstrat zum Verhindern der Reflexion von einfallendem Licht, und Ausbilden von Elektroden an den vorderen und hinteren Oberflächen, Ausbilden eines Moduls durch Ausbilden eines Lichteinfangsfilms an der antireflexiven Schicht der Solarzelle, die durch einen Zellausbildungsprozess ausgebildet ist, der einfallendes Licht einfängt, dann Einkapseln der Solarzelle mit einem Verkapselungsstoff, während in dem Modulausbildungsschritt der Brechungsindex des Lichteinfangfilms geringer gemacht wird, als der Brechungsindex der antireflexiven Schicht und darüber hinaus größer als der Brechungsindex des Verkapselungsstoffs.
Ein wichtiger Punkt der vorliegenden Erfindung ist der Zusammenhang zwischen dem Brechungsindex von jeder jeweiligen Schicht. Durch Steuern der Brechungsindizes des inorganischen Films über der Zelle, wie einer Siliziumnitritschicht oder Titaniumoxidschicht, werden größere Effekte in der derzeitigen Erfindung erreicht, als in den Erfindung, die in Patentdokument 1 offenbart ist, in der die Aufgabe allein durch Steuern des Brechungsindex des Lichteinfangfilms gelöst wird.
Weil in der vorliegenden Erfindung der Lichteinfangfilm einen optischen Einengeffekt aufweist, ist es für die Zelle nicht notwendig, dass sie eine texturierte Struktur aufweist, wobei das Problem vermieden wird, dass sich die Leerlaufspannung V_oc verschlechtert.
Effekte der Erfindung
Die vorliegende Erfindung realisiert eine verbesserte Lichtverwendungsrate (Energieerzeugungseffizienz) in einem PV Modul und vermeidet Probleme der Verschlechterung in der offenen Leerlaufspannung V_oc.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist eine Querschnittszeichnung eines konventionellen PV Moduls;
2 ist eine Querschnittszeichnung der ersten Ausführungsform, um das PV Modul gemäß der vorliegenden Erfindung auszuführen;
3 ist eine Querschnittszeichnung des PV Moduls;
4 ist eine Querschnittszeichnung, die einen Zustand zeigt, in dem ein Gießfilm über einem Lichteinfangfilm aufgebracht ist;
5 ist eine Querschnittszeichnung, die eine Konfiguration zeigt, in der ein PV Modul einen Lichteinfangfilm aufweist, mit einem an ihm haftend aufgebrachten Gießfilm, der über der Solarzelle angeordnet ist;
6 zeigt eine Prozesssequenz zum Aufbringen des Lichteinfangsfilms an der Solarzelle;
7 zeigt die Schritte im Herstellungsprozess für die erste Ausführungsform einer Siliziumsolarzelle;
8 zeigt die Eigenschaften, wenn die Abhängigkeit der Reflexionsrate von der Wellenlänge aufgezeigt wird, sowohl bevor und nachdem ein Lichteinfangfilm auf die Multikristall-Siliziumsolarzelle aufgebracht wird;
9 zeigt die Schritte im Herstellungsprozess, in dem eine texturierte Struktur nicht an einem p-Typ Siliziumsubstrat ausgebildet wird, im Fall der zweiten Ausführungsform; und
10 ist ein Flussdiagramm, das das Verfahren des Ausbildens des Einfangfilms zeigt, das in der vierten Ausführungsform benötigt wird.

100: Solarzelle
101: p-Typ Siliziumsubstrat
102: Texturierte Struktur
103: n-Typ Schicht
104: antireflexive Schicht
201: Abdeckglas
202: Verkapselungsstoff
300: Lichteinfangfilm
301: Gießfilm
302: Lichteinfangfilmsitzteil
303: Lichteinfangfilmstrukturformteil
304: PET Film
305: Hochbrechungsindexharzverbindungsschicht in einem semi-gehärteten Zustand
306: PP Film

BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
Die beste Art zum Ausführen der Erfindung wird nun unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben. 2 ist eine Querschnittszeichnung eines PV Moduls, das ein Siliziumsubstrat als Material für eine Solarzelle verwendet.
Dieses PV Modul ist ein Modul, das elektrische Energie erzeugt, wenn einfallendes Licht 205, das von der Einfallseite mittels Durchlaufen einer Vielzahl von Licht übertragenden Schichten umfassend ein Abdeckglas 201, einen Verkapselungsstoff 202 und einen Lichteinfangfilm 300, in die Solarzelle 100 geführt wird. Die Licht übertragenden Schichten, die in diesem Fall die Konfiguration anzeigen, stellen ein konkretes Beispiel der Struktur bereit. Eine andere Konfiguration könnte beispielsweise das Vorsehen einer antireflexiven Schicht über dem Glas auf der Vorderseite des Abdeckglases 201 auf der Lichteinfallseite umfassen. Im Fall eines konventionellen PV Moduls ist jedoch eine antireflexive Schicht über dem Glas weder üblich, noch ist sie für die vorliegende Erfindung wesentlich.
3 ist eine Querschnittszeichnung des PV Moduls 100 im Detail. Wie in 3 gezeigt, wird der Lichteinfangfilm 300 auf der Einfallseite der Solarzelle 100 aufgebracht. Die Solarzelle 100 umfasst ein p-Typ Siliziumsubstrat 101, eine n-Typ Schicht 103, eine antireflexive Schicht 104, eine Frontoberflächenelektrode 107, eine hintere Oberflächenelektrode 108, eine p+Schicht 109 und den Lichteinfangfilm 300. Der Lichteinfangfilm 300 ist in Kontakt mit der antireflexiven Schicht 104.
Die Solarzelle 100 ist eine Siliziumkristallanordnungssolarzelle, die ein Multikristall-Siliziumsubstrat oder Einzelkristall-Siliziumsubstrat verwendet, die beispielsweise das p-Typ Siliziumsubstrat 101 mit einer Dicke von einigen Hundert μm verwenden. Die n-Typ Schicht 103 ist gleichmäßig an der Oberfläche des p-Typ Siliziumsubstrats 101 ausgebildet.
Die antireflexive Schicht 104 ist mit einer gleichmäßigen Dicke über der Oberfläche der n-Typ Schicht 103 ausgebildet. Die antireflexive Schicht 104 verhindert eine unnötige Reflexion von einfallendem Licht, das effizient durch den Lichteinfangfilm 300 eingefangen wird, und verwendet für dieses einen Siliziumnitritfilm, der einen Brechungsindex im Bereich von 1,8–2,7 aufweist, und der aus Silizium Si, Stickstoff N oder Wasserstoff H aufgebaut ist. Diese Schicht sollte eine Dicke von 70–90 nm aufweisen. Titaniumoxid kann für die antireflexive Schicht 104 verwendet werden.
Ein Klebstoff für eine Oberflächenelektrode ist über die antireflexive Schicht 104 ausgebildet, darüber hinaus ist die Oberflächenelektrode 107 an diesem Oberflächenelektrodenklebstoff ausgebildet.
Der Lichteinfangfilm 300 haftet über der antireflexiven Schicht 104 an. Wie oben beschrieben sind an einer Seite 300a des Lichteinfangfilms 300 eine Vielzahl von konischen Formen oder Multiwinkel-Pyramiden aus Mikrovorsprüngen oder Mikroaussparungen ausgebildet, die sich so verteilen, dass sie die Seite 300a gleichmäßig bedecken. Jede dieser Multiwinkel-Pyramiden ist von einer im Wesentlichen gleichen Gestalt. Die konischen Gestalten sind ebenfalls aus einer im Wesentlichen gleichen Gestalt. Die Seite 300a ist an einer Einfallseite ausgebildet (auf der das einfallende Licht 205 eintritt), während die gegenüberliegende Seite 300b der Einfallseite in Kontakt mit der antireflexiven Schicht 104 der Solarzelle 100 steht. Es ist ebenfalls angemessen, eine unebene Gestalt aufzuweisen, die ohne Unterbrechung zwischen diesen an der Oberfläche der Solarzelle 100 ausgebildet ist.
Der Lichteinfallfilm 300 weist einen Brechungsindex von 1,6–2,4 auf. Damit das Licht von externen Quellen (einfallendes Licht 205) aus einer Vielzahl von unterschiedlichen Winkeln aufgenommen werden kann, während der Reflexionsverlust minimiert wird, und das Licht effizient in die Solarzelle 100 geführt wird, sollte der Brechungsindex für den Lichteinfangfilm 300 höher als der des Verkapselungsstoffs 202 sein, darüber hinaus sollte er niedriger sein als der der antireflexiven Schicht 104 über der Solarzelle 100; daher sollte der Brechungsindex für den Lichteinfangfilm 300 im Bereich von 1,6–2,4 und weiter vorzugsweise 1,8–2,2 sein.
Bei Verwenden eines organisch-inorganischen Hybridverbunds umfassend Titanium Tetra Alkoxid wird ein Material für den Lichteinfangfilm 300 bereitgestellt, der einen hohen Brechungsindex aufweist. Der Lichteinfangfilm 300 wird ebenfalls optisch gehärtet und kann als ein filmförmiger Film ausgeführt werden, indem ein Basisfilm, wie PET oder ähnlichem, beispielsweise einem Gießprozesses unterzogen wird. Er wird dann durch Verwendung eines Trennfilms bedeckt, wie PP oder ähnlichem. Wenn die Solarzelle 100 laminiert ist, wird der Lichteinfangfilm 300 an der Solarzelle 100 geschichtet, nachdem der Trennfilm aus PP oder ähnlichem abgeschält wurde, wobei vor der Laminierung ein Vakuumlaminierungsprozess verwendet wird.
Die Vielzahl von konischen Gestalten oder Multi-Winkel-Pyramiden der Mikrovorsprünge oder Mikroaussparungen des Lichteinfangfilms 300, wie oben beschrieben, sind durch Verwendung eines Gießfilms ausgebildet, wie nachfolgend beschrieben. Kurz gesagt wird ein Gießfilm, der mit einer Vielzahl von Mikrovorsprüngen oder Aussparungen ausgebildet ist, die gleichmäßig über ihn und ohne Abstände zwischen sich verteilt sind, über den Lichteinfallfilm 300 gelegt, bevor ein Vakuumlaminierungsprozess ein weiteres Mal in einem Strukturreplikationsprozess verwendet wird. Danach wird der Gießfilm abgezogen und der Lichteinfangfilm 300 wird durch UV-Bestrahlung gehärtet. Es ist ebenfalls geeignet, einen Gießfilm auf den Lichteinfangfilm 300 zu schichten, ohne ihn zu entfernen.
Aluminiumpaste für die hintere Oberflächenseite wird an der Seite gegenüber der oben beschriebenen Einfallseite (Vorderseite) des p-Typ Siliziumsubstrats 101 ausgebildet, und die hintere Oberflächenseitenelektrode 108 ist auf diesem ausgebildet. Ferner ist eine BSF-Schicht (hinteres Oberflächenfeld (Back Surface Field)) 109, das eine verbesserte elektrische Energieerzeugungskapazität bereitstellt, durch die Reaktion des Aluminiums in der Aluminiumpaste an der hinteren Oberflächenseite mit dem Silizium an der hinteren Oberflächenseite ausgebildet, um eine p+Schicht auszubilden.
Das PV Modul, das in 2 gezeigt ist und das die Solarzelle 100, die in 3 gezeigt ist, verwendet, hat beispielsweise einen Verkapselungsstoff 202 als eine erste Schicht (der Brechungsindex des Abdeckglases 201 und der Verkapselungsstoff 202 werden als optisch äquivalent betrachtet), den Lichteinfangfilm 300 als eine zweite Schicht, die antireflexive Schicht 104 als eine dritte Schicht und die n-Typ Schicht 103 als eine vierte Schicht; und wenn die Brechungsindizes der Schichten als ein erster Brechungsindex n₁, ein zweiter Brechungsindex n₂, ein dritter Brechungsindex n₃ und ein vierter Brechungsindex n₄ ausgedrückt werden, ist die Beziehung n₁ ≤ n₂ ≤ n₃ ≤ n₄ erfüllt. Der Lichteinfangfilm 300 umfasst die zweite Schicht, die eine Schicht aus den Licht übermittelnden Schichten ist, weist auf sich eine unebene Gestalt, wie oben beschrieben an der Einfallseite 300a auf, in die das einfallende Licht 205 eintritt. Insbesondere ist der Lichteinfangfilm 300 ausgebildet, indem er eine Vielzahl von konischen Gestalten oder Multiwinkel-Pyramiden aus Mikrovorsprüngen oder Mikroaussparungen aufweist, die so verteilt sind, dass sie ihn gleichmäßig bedecken.
Darüber hinaus ist der Wert in dem Lichteinfangfilm 300, wie in dem mathematischen Ausdruck (2) gezeigt ist, der Wert einer normalisierten Lichtabsorption nicht größer als 0,1, wobei die Wellenlänge des einfallenden Lichts 400–1200 nm ist. [Mathematischer Ausdruck 2]
Hier ist T die Lichtdurchlassgrad und L die durchschnittliche Dicke des Films (μm).
Es wird nun die Produktion des PV Moduls betrachtet, die in den 2 und 3 gezeigt ist. Idealerweise ist die Verteilung der Brechungsindizes der jeweiligen Schichten so, dass die Brechungsindizes kontinuierlich höher werden, beginnend mit den flacheren Ebenen („flacher” meint hier die kleinen Nummern zwischen der ersten, zweiten, ... m-Nummern von der Einfallseite aus). Jedoch sind die antireflexive Schicht 104, die die dritte Schicht umfasst, und die n-Typ Schicht 103, die die vierte Schicht umfasst, im Zellausbildungsprozess zum Ausbilden der Solarzelle 100 ausgebildet. Die Schichten, die flacher als diese sind, das Abdeckglas 201, der Verkapselungsstoff 202 und der Lichteinfangfilm 300 (erste und zweite Schichten), sind im Modulausbidungsstatus ausgebildet. Aus diesem Grund ist es im Fall der konventionellen Technologie schwierig, eine sequentielle Brechungsindexverteilung über jedes Schichtelement zu erreichen.
In der vorliegenden Erfindung sind die Brechungsindizes der antireflexiven Schicht 104, die während des Zellausbildungsprozesses ausgebildet wird, und des Lichteinfangfilms 300, der während des Modulausbildungsprozesses ausgebildet wird, so eingestellt, um die optimale gegenseitige Balance zu erhalten. Grundsätzlich wird der Brechungsindex n₂ des Lichteinfangfilms 300 geringer als der Brechungsindex n₃ der antireflexiven Schicht ausgebildet. Während im Modulausbildungsprozess der Brechungsindex n₁ der Verkapselungsstoff 202 (erste Schicht) geringer als der Brechungsindex n₂ des Lichteinfangfilms 300 (zweite Schicht) ausgebildet wird, wird der obere Ausdruck n₁ ≤ n₂ ≤ n₃ ≤ n₄ realisiert.
Bezüglich des physikalischen Aufbaus realisiert die Mottenaugenstruktur fortwährende äquivalente Brechungsindizes. Wie jedoch durch Referenz auf nicht-Patentdokument 2 bewiesen ist, legt die dort benötigte Größe der feinen Pyramidenform fest, in welcher Reihenfolge die Lichtwellenlänge in das Modul geführt wird. Im Fall der vorliegenden Erfindung wird demgegenüber eine solch feine Form nicht benötigt, während die Formen von nicht weniger als 10 μm verwendet werden können, welche von normalen Bearbeitungsmatrizen aufgebracht werden können. Das geht, weil die vorliegende Erfindung optische Pfade und vielfache Reflexion verwendet, die durch Referenz auf geometrische Optik verstanden wird, anstatt dass eine fortlaufende äquivalente Brechungsindexverteilung benötigt wird.
In dieser Art reduziert die vorliegende Erfindung Reflexionsverluste, die bei der Verkapselungsstoff/Zellgrenzschicht in konventioneller Technologie auftritt, wobei die optischen Schnittstellen aus der Modulschichtkonstruktion resultieren, die von den verwendeten Produktionsprozessen verlangt werden und es ermöglichen, eine größere Quantität an Licht in die Solarzelle 100 einzuführen. Dementsprechend ist der wichtigste Punkt der vorliegenden Erfindung, dass sie eine Konfiguration bereitstellt, die es ermöglicht, dass Licht effizienter in den pn-Verbindungsteil der Solarzelle 100 geführt wird, da der Lichteinfangfilm 300 einen höheren Brechungsindex aufweist als der Verkapselungsstoff 202. Grundsätzlich wird die Effizienz, mit der das Licht durch den Lichteinfangfilm 300 geführt wird, durch Einstellen der jeweiligen Brechungsindizes des Lichteinfangfilms 300 und der antireflexiven Schicht 104 über der Solarzelle 100 maximiert.
In anderen Worten erklärt, ist ein Punkt der vorliegenden Erfindung, dass die Struktur die Brechungsindizes durch Einstellen der Brechungsindizes des Lichteinfangfilms 300 und der antireflexiven Schicht 104 der Solarzelle 100 optimiert. Beispielsweise ist es nicht leicht den Brechungsindex des Schutzglases 201, das die äußerste Schicht bereitstellt (Einfallseite), des Verkapselungsstoffs 202, der die nächste Schicht darunter umfasst, oder der n-Typ Schicht 103, die auf der Innenseite der Solarzelle ist, oder der p-Typ Siliziumschicht 101 zu ändern. Die Tatsache jedoch, dass der Brechungsindex des Lichteinfangfilms 300 und der antireflexiven Schicht 104, die die Zwischenschichten umfassen, eingestellt werden können, bedeutet, dass die oben beschriebene Beziehung n₁ ≤ n₂ ≤ n₃ ≤ n₄ einfach realisiert werden kann.
In einfacheren Worten, weil die Brechungsindizes des Abdeckglases 201 und des Verkapselungsstoff 202 im Wesentlichen äquivalent sind, kann dies als optisches Äquivalent angenommen werden (Brechungsindex n₁). Wenn es dort ferner einen Brechungsindex n₂ des Lichteinfangfilms 300, einen Brechungsindex n₃ der antireflexiven Schicht 104 und einen Brechungsindex n₄ der n-Typ Schicht 103 gibt, ist der folgende mathematische Ausdruck gewünscht: n2 = √(n₁n₃) n3 = √(n₂n₄)
Mit eingesetzten konkreten Werten berechnet man n₁ ≈ 1,5, n₄ ≈ 3,4, so dass n₂ ≈ 1,97 und n₃ ≈ 2,59 ist.
Der verwendete Gießfilm um die Anordnung der Vielzahl von Mikrovorsprüngen und Aussparungen auszubilden, die über den Lichteinfangfilm 300 ohne Abstände zwischen sich verteilt sind, wird nun beschrieben. 4 zeigt den Zustand, in dem ein Gießfilm 301 über den Lichteinfangfilm 300 gelegt ist. Der Gießfilm 301 ist ein Film, der auf sich ausgebildet eine Vielzahl von Mikrovorsprüngen oder Aussparungen aufweist, die keine Abständen zwischen sich haben, und die sich so verbinden, dass sie perfekt den Vorsprüngen oder Aussparungen entsprechen, die an der Seite 300a des Lichteinfangfilms 300 ausgebildet sind, indem sie derart perfekt ohne Abstände ineinander beißen, wodurch sie einen Abdruck der Aussparungen oder Vorsprünge des Lichteinfangfilms 300 bereitstellen.
Das Herstellungsverfahren besteht aus dem Legen des Lichteinfangfilms 300 über den Gießfilm 301, und dann die Verwendung einer Vakuumlaminierung, um die Struktur zu replizieren. Als nächstes wird der Gießfilm 301 abgeschält und der Lichteinfangfilm 300 wird durch Bestrahlung mit UV-Licht gehärtet.
Betreffend 2 wurde der Gießfilm 301 abgenommen, wobei ihm eine Struktur des geschichteten Verkapselungsstoffs 202 gegeben wurde. Hier ist die unebene Gestalt des Lichteinfangfilms 300 in einem gut ausgefüllten Zustand ohne Abstände, so dass keine Abstände entstehen.
Es ist jedoch ebenfalls möglich auf das Entfernen des Gießfilms 301 zu verzichten und den Lichteinfangfilm mit dem angebrachten Gießfilm in dem an dem Lichteinfangfilm 300 geschichteten Zustand zu verwenden.
5 ist eine strukturelle Zeichnung, die eine Konfiguration zeigt, in der ein PV Modul einen Lichteinfangfilm 300 aufweist, mit einem haftenden Gießfilm 301 an ihm angebracht, der über der Solarzelle 100 angeordnet ist. Die Seite des Lichteinfangfilms 300 ist an der Seite der Solarzelle 100 geschichtet. Eine Oberfläche des Lichteinfangfilms 300 ahmt ohne Abstände zwischen diesen die unebene Gestalt an der vorderen Oberfläche der Solarzelle nach, und wird über der Solarzelle 100 verbunden so wie sie ist angeheftet, ohne Entfernen des Gießfilms 301, der für die Vorsprünge oder Aussparungen verwendet wird, an der anderen Oberfläche 300a des Lichteinfangfilms 300. Die äußere Sicht stellt eine glatte Erscheinung des Lichteinfangfilms mit dem angebrachten Gießfilm bereit. Der Gießfilm 301, der hier verwendet wird, weist auf sich ohne Abstände zwischen diesen ausgebildet eine Vielzahl von Mikrovorsprüngen oder Aussparungen auf, die sich verbinden (perfekt ohne Abstände ineinander beißend) entsprechend den Mikrovorsprüngen und Aussparungen an der Seite 300a mit den Mikrovorsprüngen und Aussparungen des Lichteinfangfilms 300, darüber hinaus ist der Brechungsindex des Gießfilms 301 kleiner als der Brechungsindex n₂ des Lichteinfangfilms 300.
Jede der Vielzahl von Mikrovorsprüngen und Aussparungen, die ohne Abstände zwischen diesen ausgebildet sind, so dass sie sich über eine Seite des Lichteinfallfilms 300 verteilen, ist in einer Form eines fein kreisrunden Kegels oder mehrwinkligen Pyramide ausgebildet. In der nicht-reflexiven Struktur, die in dem zitierten nicht-Patentdokument 2 oben offenbart ist, ist ein feinerer Scheitelwinkel vorteilhafter, aber im Fall der vorliegenden Erfindung ist der Lichteinfangfilm in einem Harz versiegelt und da er so positioniert ist, dass er die Solarzelle anstößt, ist diese von der Struktur im nicht-Patentdokument 2 unterscheidbar.
Um die effektive Richtung des aus mehreren Winkeln in die Solarzelle einfallenden Lichts zu erleichtern, ist je feiner der Scheitelwinkel, die Struktur desto effektiver, aber wo ein Reflexionsverlust an den Grenzflächen zwischen dem Lichteinfangfilm 300 und der Solarzelle 100 auftritt, kann das reflektierte Licht auf die Außenseite der Struktur austreten, wenn der Scheitelwinkel zu spitz ist. Um zu ermöglichen, dass das reflektierte Licht wieder durch den Lichteinfangfilm 300 reflektiert wird und problemlos in die Solarzelle 100 zurückkehrt, sollte der Scheitelwinkel idealerweise 90° sein. Ein 90° Scheitelwinkel ist in Bezug auf die Performance und die Herstellungspräzision am geeignetsten.
Gemäß dem zitierten nicht-Patentdokument 2 ist die Größe der Basislinie ein Wert, der durch Division der kürzesten verwendeten Wellenlänge durch den Brechungsindex des Materials erhalten wird. Wenn daher der Brechungsindex 2,0 ist, ist sie für das PV Modul etwa 175 nm. Das Erhalten der benötigten feinen Struktur ist jedoch in dem verwendeten Produktionsverfahren notwendig.
In der vorliegenden Erfindung jedoch wird diese sehr feine Struktur nicht benötigt. Wie in 4 gezeigt, kann der Lichteinfangfilm 300, der in der vorliegenden Erfindung verwendet wird, als zwischen dem Sitzteil 302 und dem strukturiert geformten Teil 303 geteilt betrachtet werden. Der Sitzteil 302 muss dick genug sein, eingebettet über der unebenen Form der Solarzelle 100 folgend, so dass die Dicke nicht die überschreiten kann, die die unebene Gestalt ausbildet. Normalerweise wird eine texturierte Struktur auf die vordere Oberfläche der Solarzelle 100 aufgebracht, wobei deren Tiefe 0–20 μm ist. Andererseits ist die Höhe der Vielzahl von Mikrovorsprüngen und Aussparungen essentiell ein Teil des Lichteinfangfilms 300, und so ausgebildet, dass sie regulär und ohne Abstände an dem Lichteinfangfilm 300 verteilt ausgebildet sind, wobei sie aufgrund der Anforderungen des Muttergießproduktionsverfahrens 1–100 μm sein sollten.
Der Lichteinfangfilm, der einen Brechungsindex von 1,6–2,4 aufweist, folgt der unebenen Ausbildung der Zelle, die oben beschrieben wurde. Weil die fein unebene Form des Lichteinfangfilms original überführt werden muss, ist es wichtig, dass sie aus einem Harzverbundmaterial in einem semi-gehärteten Zustand ist. In der vorliegenden Erfindung stellt ein organisch-inorganisches Hybridverbundmaterial den Lichteinfangfilm 300 bereit, der Titanium Tetra Alkoxid umfasst, wobei der hohe Brechungsindex realisiert wird und die Form einfach transferiert werden kann.
D. h., in einem semi-gehärteten Zustand wird der Lichteinfangfilm 300 auf die Solarzelle 100 vakuumlaminiert, und zu diesem Zeitpunkt ist er perfekt verteilt und eingebettet um die unebene Gestalt der Zelle abzudecken. Als nächstes wird der Trennfilm abgeschält und der Gießfilm 301 mit der feinen unebenen Form des Lichteinfangfilmoriginals wird wieder vakuumlaminiert, wenn die Form transferiert wird. Zu diesem Zeitpunkt ist es für den Gießfilm 301 geeignet, abgeschält zu werden oder aufgebracht zu bleiben, wenn der Härteprozess durchgeführt wird. Das Verfahren zum Härten der Harzkomposition kann umfassen, dass die Harzkomposition ursprünglich befähigt ist, einem Photohärteprozess oder einen thermischen Härteprozess ausgesetzt zu werden.
Die Prozeduren zum Aufbringen des Lichteinfangfilms 300 auf die Solarzelle 100 wird nun detailliert beschrieben. 6 zeigt die Prozesssequenz zum Aufbringen des Lichteinfangfilms 300 auf die Solarzelle 100. Ein Hochbrechungsindex-Harzverbund 305 im semi-gehärteten Zustand wird für den Lichteinfangfilm 300 verwendet.
Dieser Hochbrechungsindex-Harzverbund 305 im semi-gehärteten Zustand ist aus einem organisch-inorganischem Hybridmaterial, umfassend Titanium Tetra Alkoxid, das einen hohen Brechungsindex bereitstellen kann und fähig ist, einem Photohärteprozess unterworfen zu werden. Wie in 6a gezeigt, ist der Hochbrechungsindex-Harzverbund 305 zwischen dem PET-Film 304 und dem PP-Film (Trennfilm) 306 eingeschlossen. Im Wesentlichen umfasst der Herstellungsprozess das Erzeugen eines Films, der auf ein Substrat des PET-Films 304 aus PET oder ähnlichem aufgebracht wird, welcher dann durch Aufbringen eines Trennfilms 306 aus PP oder ähnlichem abgedeckt wird.
Dann, wie in 6b gezeigt, wird in einem Laminierungszustand des Lichteinfangfilms auf der Solarzelle 100, nachdem der Trennfilm 306 aus PP oder ähnlichem abgeschält wurde, die Anordnung des semi-gehärteten Hochbrechungsindex-Harzverbund 305 und dem PET-Film 304 auf der Solarzelle 100 platziert, bevor die Vakuumlaminierung durchgeführt wird.
Wie in den 6c und 6d gezeigt, weist der ausgebildete Gießfilm 301 eine Vielzahl von Mikrovorsprüngen und Aussparungen auf, so dass sie regulär und ohne auftretende Abstände verteilt sind, wird dann über dem semi-gehärteten Hochbrechungsindex-Harzverbund 305 platziert, bevor die Vakuumlaminierung einmal mehr verwendet wird, um die Form zu übertragen.
Der Gießfilm 301 wird dann abgeschält und der Lichteinfangfilm 300 wird durch Bestrahlung mit UV-Licht gehärtet. In dieser Art, wenn der Formübertragungsprozess komplett ist, kann der semi-gehärtete Hochbrechungsindex-Harzverbund 305 entweder durch ein Photo- oder einen thermischen Härteprozess gehärtet werden. Es ist angemessen für den Gießfilm 301 in diesem Zustand zu bleiben und zwischen dem Abdeckglas 201, dem Verkapselungsstoff 202 und dem hinteren Film 204 eingefangen zu sein, wenn das Modul ausgebildet wird.
6e zeigt einen Zustand, in dem der Gießfilm 301 abgeschält wurde, nach dem Zustand, der in 6d gezeigt ist. Nachdem der Gießfilm 301 entfernt ist, kann das Modul durch Zwischenlegen der Anordnung zwischen das Abdeckglas 201, dem Verkapselungsstoff 202 und dem hinteren Film 204 ausgebildet werden.
Zu dieser Zeit, wenn die texturierte Zellstruktur eine Tiefe von 10 μm aufweist und die Tiefe der unebenen Gestalt des Gießfilms 10 μm groß gemacht ist, muss der Lichteinfangfilm (semi-gehärteter Hochbrechungsindexfilm) vor der Laminierung zumindest 20 μm dick sein. Der Sitzteil 302 des Lichteinfangfilms 300 sollte 10 μm dick sein, der strukturierte Teil 303 10 μm dick. Für die vorliegende Erfindung gibt es keine aktive Ausbildung einer texturierten Struktur, aber im Zustand des Schneidens von einem Siliziumbarren wird leicht eine unebene Gestalt auf der Oberfläche belassen, an der die Dimensionen des Sitzteils 302 denen der unebenen Gestalt entsprechen müssen.
Das organisch-inorganische Hybridmaterial für den semi-gehärteten Hochbrechungsindex-Harzverbund 305, der als Lichteinfallfilm 300 verwendet wird, wird nun beschrieben.
Um den hohen Brechungsindex in der vorliegenden Erfindung zu erhalten, wird das Sol-Gel-Verfahren für das organisch-inorganische Hybridmaterial verwendet. Das hier benötigte Verbundmaterial zum Aufbringen des Sol-Gel-Verfahrens ist ein Metall-Alkoxid, ausgedrückt als (R¹)_nM-(OR²)_m
In der vorliegenden Erfindung wird zumindest etwas Titanium Tetra Alkoxid verwendet, das durch Ti-(OR)₄ ausgedrückt wird.
Ein Metall, das diesem entspricht, erlaubt M aus Zn, Al, Si, Sb, Be, Cd, Cr, Sn, Cu, Ga, Mn, Fe, Mo, V, W und Ce ausgewählt zu werden. R, R¹ und R² der Kohlenstoffnummern 1–10 weisen multiple Verbindungen mit M auf, aber es ist ebenfalls angemessen, dass jeder aus demselben oder einem unterschiedlichen Material ist. n ist eine ganze Zahl nicht kleiner als 0, und m ist eine ganze Zahl nicht kleiner als 1, so dass n + m das Äquivalent zur Valenz von M sind. Das metallische Alkoxid, das verwendet wird, um das organisch-inorganische Hybridmaterial durch das Sol-Gel-Verfahren zu erhalten, kann nur aus einem Typ sein, oder auch aus einer Vielzahl von Typen.
Um das organisch-inorganische Hybridmaterial, das das Sol-Gel-Verfahren verwendet, zu erhalten, wird ein Metallalkoxid, Wasser und ein Säure-(oder ein Alkali-)Katalysator einer Harzverbundlösung hinzugefügt. Dies wird dann auf ein Substrat aufgebracht, wobei ein Solvent dann durch Erhitzen verdampft wird. In Abhängigkeit der Reaktivität des ausgewählten Metallalkoxids kann jedoch Wasser und/oder ein Säure-(oder ein Alkali-)Katalysator benötigt werden oder nicht benötigt werden. Ferner hängt die aufgebrachte Hitzetemperatur von der Reaktivität des Metallalkoxids ab. Im Fall eines hoch-reaktiven Metallalkoxids wie Ti oder ähnlichem, werden Wasser oder ein Katalysator nicht benötigt, und die Heiztemperatur kann 100°C sein. Für die vorliegende Erfindung wird eine dreidimensionale Struktur (-M-O-) zum Bereitstellen eines ausreichend hohen Brechungsindex nicht benötigt. Speziell im Fall des Titaniumoxids erzeugt die dreidimensionale Struktur einen Halbleiter, der als Photokatalysator verwendet wird. Jedoch, da die dreidimensionale Struktur eine Verschlechterung des Photoeffekts bewirkt, neigt die dreidimensionale Struktur dazu gebrochen zu werden, weshalb es effektiv ist, andere Metallalkoxide in Verbindung mit dieser zu verwenden.
Der Gießfilm 301 (der Gießfilm, der die unebene Gestalt des Lichteinfangfilms bereitstellt) kann erzeugt werden durch Verwendung des Verfahrens, in der japanischen offengelegten Anmeldung Nr. 2002-225133 offenbart ist. Ein konkretes Beispiel dieses Verfahrens wird nachfolgend beschrieben.
Ausführungsform 1 wird nun beschrieben.
AUSFÜHRUNGSFORM 1
Die Solarzelle, die für die vorliegende Erfindung verwendet wird, kann effektiv sein, wenn irgendeine gewöhnlich produzierte Solarzelle verwendet wird, aber die Struktur der Solarzelle 100 ermöglicht es, eine größere Effizienz als PV Modul in der vorliegenden Erfindung zu realisieren, das mit einer erhöhten Effizienz arbeitet und ein Verfahren zum Erzeugen dieses Moduls wird nun beschrieben.
7 zeigt eine Sequenz von Prozessschritten a–f, welche die Hauptschritte im Produktionsprozess sind, in einer schematischen Darstellung, die den Querschnitt einer Siliziumsolarzelle zeigt. 7f zeigt eine komplette Solarzelle 100. In 7 ist 101 das p-Typ Siliziumsubstrat, 102 die texturierte Struktur, 103 die n-Typ Schicht, 104 die antireflexive Schicht, 105 die vordere Oberflächenelektrodensilberpaste, 106 die hintere Oberflächenelektrodenaluminiumpaste, 107 die vordere Oberflächenelektrode, 108 die hintere Oberflächenelektrode und 109 ist die p+Schicht. Diese p+Schicht ist ein BSF (hinteres Oberflächenfeld (Back Surface Field)), das die elektrische Energieerzeugungskapazität verbessert, wenn die Elektroden gesintert sind.
Die Herstellungsschritte für die Solarzelle, wie sie in 7 dargestellt sind, wird nun beschrieben. Die Art der Solarzellen, die in der großen Anzahl durch Massenproduktionstechniken erzeugt werden, sind der Siliziumkristallsolarzellen, die Multikristall-Siliziumsubstrat oder ein Einkristall-Siliziumsubstrat verwenden, wobei die Vielzahl ein p-Typ Siliziumsubstrat verwendet, das mehrere hundert μm dick ist. Die folgende Erklärung verwendet ein Beispiel eines p-Typ Siliziumkristallsubstrats.
7a zeigt das p-Typ Siliziiumsubstrat 101. Wie in 7b gezeigt ist, nachdem 10–20 μm Dicke der beschädigten Schicht der Siliziumoberfläche, die auftritt, wenn ein Schnitt aus einem Barren erzeugt wird, durch Verwendung von 3–20 Gew.-% Natronlauge oder Karbonätznatron entfernt wird, wird anisotropisches Ätzen in einer Lösung aufgebracht, in der IPA (Isopropylalkohol) hinzugefügt wird zur ähnlichen niedrig Alkalikonzentrationslösung, um die Siliziumfläche freizulegen, wodurch eine texturierte Struktur 102 ausgebildet wird.
Generell wird in einer Solarzelle durch Ausbilden einer texturierten Struktur an der vorderen Oberflächenseite eine höhere Effizienz erreicht, wie beispielsweise in dem japanischen Patent Nr. 3602323 offenbart ist.
Dann, in 7c, wird die n-Typ Schicht 103 gleichmäßig auf die vordere Oberfläche durch einen Prozess von 20–30 Minuten bei einer Temperatur von 800–900°C in einer Atmosphäre ausgebildet, die aus einem Verbundgas von Phosphoroxychlorid (POCl3), Stickstoff und Sauerstoff besteht. Bevorzugte elektrische Eigenschaften für die Solarzelle werden erhalten, wenn der Blattwiderstand der n-Typ Schicht 103, die gleichmäßig auf der Siliziumoberfläche ausgebildet ist, innerhalb eines Bereichs von 30–80 Ω/mm² ist. Zu dieser Zeit wird die n-Typ Schicht 103 über die gesamte Oberfläche des Substrats ausgebildet, so dass sie von der hinteren Oberflächenseite der n-Typ Schicht 103 entfernt werden muss. Um daher die n-Typ Schicht auf der Licht empfangenden Oberflächenseite zu schützen, beispielsweise nachdem eine Hochpolymerwiderstandspaste durch ein Oberflächendruckverfahren (screen printing method) aufgebracht und getrocknet wird, ist die n-Typ Schicht auf den Siliziumoberflächen ausgebildet, wo sie nicht benötigt wird, so wie beispielsweise auf der hinteren Siliziumoberfläche, und wird durch Eintauchen für ein paar Minuten in eine Lösung von 20 Gew.-% Potassiumhydroxid entfernt, wobei der Widerstand durch eine organische Lösung entfernt wird.
In 7d wird die antireflexive Schicht 104, ein Siliziumnitridfilm, in einer gleichmäßigen Dicke über die Oberfläche der n-Typ Schicht 103 ausgebildet. Für einen Siliziumnitridfilm wird beispielsweise das Plasma CVD Verfahren verwendet, das als Rohmaterial ein Verbundgas von SiH₄ und NH₃ verwendet. Unter Bedingungen, in denen das Flussverhältnis von dem SiH₄ und NH₃ Verbundgas 0,05–1,0 ist, der Druck in der Reaktionskammer 0,1–2 Torr ist, die Temperatur beim Ausbilden der Schicht 300–550°C ist und die Frequenz für die Plasmaentladung nicht weniger als 100 kHz ist, ist der optimale Bereich für den Brechungsindex der antireflexiven Schicht 1,8–2,7, während die Filmdicke 70–90 nm ist.
Als nächstes wird in 7e die vordere Oberflächenelektrodenpaste 105 durch Verwendung eines Oberflächendruckverfahrens aufgebracht und getrocknet. Hier ist die vordere Oberflächenelektrodenpaste 105 an der antireflexiven Schicht 104 ausgebildet. Als nächstes wird ebenso wie für die vordere Oberflächenseite eine hintere Oberflächenseitenaluminiumpaste 106 oberflächengedruckt und ebenfalls über der hinteren Oberfläche getrocknet.
Dann, wie in 7f, haben wir die Solarzelle mit den gesinterten Elektroden in einem kompletten Zustand. Wenn sie für mehrere Minuten zwischen 600–900°C gesintert werden, gibt es an der vorderen Oberflächenseite ein Schmelzen der antireflexiven Schicht, die ein Isolationsfilm ist, durch das Glasmaterial, das in der Oberflächensilberpaste enthalten ist. Darüber hinaus, da Teile der Siliziumoberfläche schmelzen, bildet das Silbermaterial Kontakte zum Silizium aus und wird gehärtet, wobei es die Ausbildung von elektrischen Kontakten ermöglicht. Es ist dieses Phänomen, das die Leitfähigkeit zwischen der Oberflächensilberelektrode und dem Silizium aufrechterhält. Andererseits, auf der hinteren Oberflächenseite, reagiert das Aluminium in der Aluminiumpaste mit dem hinteren Oberflächenseitensilizium und die p+Schicht wird ausgebildet, die die BSF-Schicht ausbildet, die die elektrische Energieerzeugungseigenschaft verbessert.
Der Lichteinfangfilm wird über der Solarzelle in diesem Zustand durch das oben beschriebene Verfahren aufgebracht.
8 zeigt die auftretenden Charakteristiken, wenn die Reflexions-Wellenlängenabhängigkeit untersucht wird, bevor und nachdem ein Lichteinfangfilm auf die Multikristall-Siliziumsolarzelle aufgebracht wird. Tabelle 1 zeigt die Eigenschaften I–V einer Multikristall-Siliziumsolarzelle vor und nach dem Aufbringen eines Lichteinfangfilms, wenn eine texturierte Struktur ausgebildet ist und wenn sie nicht ausgebildet ist. Durch Aufbringen des Lichteinfangfilms wird die Kurzschlussstromdichte (J_sc) von 32,22 mA/cm² auf 32,78 mA/cm² erhöht.
[Tabelle 1]

Vergleich von Eigenschaften I–V von Multikristall-Siliziumsolarzellen vor und nach dem Aufbringen eines Lichteinfangfilms, wenn eine texturierte Struktur ausgebildet wird und wenn sie nicht ausgebildet ist.

Multikristall-Siliziumzelle	Lichteinfangfilm	V_oc	J_sc	FF	E_ff
Multikristall-Siliziumzelle	Lichteinfangfilm	[v]	[mA/cm²]	[–]	[%]
Texturierte Struktur ausgebildet	Vor-Aufbringen	0,604	32,22	0,777	15,13
Texturierte Struktur ausgebildet	Nach-Aufbringen	0,605	32,78	0,778	15,43
Texturierte Struktur nicht ausgebildet	Vor-Aufbringen	0,608	31,94	0,776	15,07
Texturierte Struktur nicht ausgebildet	Nach-Aufbringen	0,610	32,76	0,778	15,55

Wie in 8 gezeigt, wenn der Lichteinfangfilm aufgebracht wird, sinkt die Reflexivität wesentlich, das Licht, das innerhalb der Solarzelle absorbiert wird, steigt und es gibt eine Steigerung im elektrischen Strom, wie durch die Eigenschaften I–V ausgedrückt wird. Die Leerlaufspannung (V_oc) scheint aufgrund der Steigerung des Stroms ebenfalls etwas zu steigen. Die Umwandlungseffizienz (E_ff) verbessert sich um 0,3%. Dementsprechend ist belegt, dass das Aufbringen des Lichteinfangfilms 300 auf die Solarzelle 100 in einer verminderten Reflexivität und eine verbesserte Umwandlungseffizienz im PV Modul resultiert.
AUSFÜHRUNGSFORM 2
Der effizienteste Aufbau zwischen den Strukturen, in denen ein Lichteinfangfilm nicht auf die Solarzelle aufgebracht wird, sind diese, in denen die Reflexion durch Ausbilden einer texturierten Struktur auf der vorderen Oberflächenseite reduziert wird. Die Beschreibung aus Ausführungsform 1 zeigt die Effekte vom Aufbringen des Lichteinfangfilms an der Solarzellenstruktur, welche im Wesentlichen mit hoher Effizienz arbeiten.
Nun, in der Beschreibung von Ausführungsform 2, wird angenommen, dass ein Lichteinfangfilm aufgebracht ist und beschrieben, wie eine noch hocheffizientere Solarzelle erhalten wird.
9 zeigt die Schritte a–f des Herstellungsprozesses, in dem eine texturierte Struktur nicht an einem p-Typ Siliziumsubstrat 101 ausgebildet ist. 9f zeigt den fertigen Zustand der Solarzelle 100.
9a zeigt das p-Typ Siliziumsubstrat 101. Als nächster Schritt, in 9b gezeigt, wird 10–20 μm Dicke der beschädigten Schicht aus der Siliziumoberfläche, die in einem Schnitt aus einem Gussbarren gemacht wird, durch Verwendung von 3–20 Gew.-% Ätznatron oder Karbonätznatron entfernt. Eine etwas unebene Gestalt ist an der Oberfläche vorhanden, jedoch ist sie immer noch glatter als wenn eine texturierte Struktur ausgebildet würde.
Dann, in 9c, in derselben Weise wie in Bezug auf 8c beschrieben, wird die n-Typ Schicht 103 in einer gleichmäßigen Dicke an der vorderen Oberfläche durch einen Prozess in 20–30 Minuten bei 800–900°C in einer Gasatmosphäre ausgebildet, die aus einem Verbundgas von Phosphoroxychlorid (POCl3), Stickstoff und Sauerstoff besteht. Zu dieser Zeit wird die n-Typ Schicht 103 über die gesamte Oberfläche des Substrats ausgebildet, so dass von der hinteren Oberflächenseite die n-Typ Schicht 103 entfernt werden muss.
Dann, in 9d, in derselben Weise wie in Bezug auf 7d beschrieben, wird die antireflexive Schicht 104 aus einem Siliziumnitridfilm in einer gleichmäßigen Dicke an der n-Typ Schicht 103 ausgebildet. Als nächstes, in 9e, in derselben Weise wie in Bezug auf 7e beschrieben, wird die vordere Oberflächenelektrodenpaste 105 durch Verwendung eines Oberflächendruckverfahrens aufgebracht und getrocknet. Hier wird die vordere Oberflächenelektrodenpaste 105 an der antireflexiven Schicht 104 ausgebildet. Als nächstes wird in derselben Art wie die vordere Oberflächenseite, eine hintere Oberflächenaluminiumpaste 106 auf die Oberfläche gedruckt und über der hinteren Fläche ebenfalls getrocknet.
Dann hat man in 9f, in derselben Weise wie unter Bezug auf die Beschreibung von 7f angewendet, die Solarzelle in einem fertigen Zustand, mit den auf sie gesinterten Elektroden. Wenn sie für mehrere Minuten zwischen 600–900°C gesintert werden, gibt es ein Schmelzen an der vorderen Oberflächenseite der antireflexiven Schicht, die ein Isolator ist, durch das Glasmaterial, das in der Oberflächensilberpaste enthalten ist. Darüber hinaus, wenn ein Teil der Siliziumoberfläche schmilzt, bildet das Silbermaterial leitende Teile mit dem Silizium aus, wobei das Ausbilden von einem elektrischen Kontakt ermöglicht wird. Es ist dieses Phänomen, das die Leitfähigkeit zwischen der Oberflächensilberelektrode und dem Silizium aufrechterhält. Andererseits, an der hinteren Oberflächenseite, reagiert das Aluminium in der Aluminiumpaste mit dem Silizium auf der hinteren Oberflächenseite und die p+Schicht wird ausgebildet, die die BSF-Schicht ausbildet, und die elektrische Energieerzeugungskapazität verbessert. Wenn ein Lichteinfangfilm über der Solarzelle in diesem Zustand aufgebracht wird, durch Verwendung des oben beschriebenen Verfahrens, wird die Solarzelle mit einer im Wesentlichen glatten Form fertiggestellt, die keine texturierte Struktur aufweist.
Tabelle 2 zeigt einen Vergleich der Ergebnisse, die für die Eigenschaften I–V erhalten werden, wenn ein Multikristall-Siliziumsubstrat verwendet wird, ohne einen Lichteinfangfilm, wenn eine texturierte Struktur ausgebildet wird und wenn sie nicht ausgebildet wird.
[Tabelle 2]

Vergleich der Eigenschaften I–V einer Multikristall-Siliziumsolarzelle, wenn eine texturierte Struktur ausgebildet ist und wenn sie nicht ausgebildet ist.

Multikristall-Siliziumzelle	Zelle	V_oc	J_sc	FF	E_ff
Multikristall-Siliziumzelle	Nr.	[V]	[mA/cm²]	[–]	[%]
Texturierte Struktur ausgebildet	1	0,605	32,16	0,778	15,13
	2	0,605	32,29	0,776	15,17
	3	0,603	32,16	0,779	15,11
	4	0,603	32,23	0,775	15,06
	5	0,604	32,22	0,777	15,13
	Durchschnittswert	0,604	32,21	0,777	15,12
Texturierte Struktur nicht ausgebildet	1	0,608	31,70	0,779	15,01
	2	0,609	31,67	0,775	14,95
	3	0,608	31,72	0,777	14,99
	4	0,608	31,77	0,776	14,99
	5	0,608	31,94	0,776	15,07
	Durchschnittswert	0,608	31,76	0,777	15.00

Tabelle 2 zeigt die Resultate, die für die Leerlaufspannung V_oc, die elektrische Stromdichte J_sc, FF und E_ff für fünf Zellen gemessen wurden, die eine texturierte Struktur ausgebildet haben und fünf Zellen, die keine texturierte Struktur ausgebildet aufweisen.
Wie in Tabelle 2 gezeigt, wenn es keinen aufgebrachten Lichteinfangfilm gibt und die texturierte Struktur ausgebildet ist, ist J_sc größer, während V_oc klein ist. J_sc ist größer, wenn es eine texturierte Struktur gibt. Wie oben beschrieben ist dies so, weil im Vergleich zum Fall, in dem eine texturierte Struktur nicht ausgebildet ist, die Reflexivität niedriger ist und mehr Licht absorbiert werden kann. Andererseits ist V_oc größer, wenn die texturierte Struktur nicht ausgebildet ist, als wenn sie es ist. V_oc ist abhängig vom pn Kontaktbereich, der an der Solarzelle ausgebildet ist, und steigt, wenn dieser Bereich sinkt. Wenn die texturierte Struktur nicht ausgebildet ist, ist dieser Bereich kleiner und V_oc steigt. D. h., wie in Tabelle 1 gezeigt ist, in der hocheffizienten Solarzelle des Standes der Technik kompensiert und überschreitet die Steigerung im elektrischen Strom, die aus der Ausbildung einer texturierten Struktur resultiert, die Verringerung in V_oc.
Hier, wenn der Lichteinfangfilm verwendet wird, wird die Antireflexionseffizienz durch den Film verbessert, weshalb dieses als Struktur für die Solarzelle der optimale Aufbau ohne Verwenden einer Lichteinfangstruktur ist. D. h., wie in Tabelle 1 gezeigt, resultiert das nicht aktive Ausbilden einer texturierten Struktur in einem größeren V_oc, als wenn eine texturierte Struktur ausgebildet wird. Wie vorhergehend beschrieben, ist hier das Prinzip, dass wenn die unebene Gestalt reduziert wird, dann eine Reduktion in dem pn Kontaktbereich auftritt.
Tabelle 1 zeigt die Eigenschaften I–V vor und nach dem Aufbringen eines Lichteinfangfilms, wenn eine texturierte Struktur nicht ausgebildet ist. Die Kurzschlussstromdichte J_sc steigt, die offene Stromkreisspannung V_oc überschreitet die Steigerung der Kurzschlussstromdichte J. Aufgrund dieser Effekte des Lichteinfangfilms ist jedoch die Kurzschlussstromdichte J_sc im Wesentlichen äquivalent zu dem Zustand, in dem eine texturierte Struktur ausgebildet ist und ein Lichteinfangfilm aufgebracht ist. Das Ergebnis ist, dass wenn der Lichteinfangfilm aufgebracht ist und die texturierte Struktur nicht ausgebildet ist, die Umwandlungseffizienz eines gesteigerten V_oc verbessert wird im Vergleich zum Fall, in dem die texturierte Struktur ausgebildet ist.
AUSFÜHRUNGSFORM 3
Ausführungsform 2 betrifft den Fall, in dem ein Multikristall-Siliziumsubstrat verwendet wird, aber die erhaltenen Ergebnisse durch Verwenden eines einzelnen Kristall-Siliziumsubstrats, in das eine Spiegeloberfläche eingeschliffen wird, wenn eine texturierte Struktur ausgebildet wird und wenn sie nicht ausgebildet wird, müssen ebenfalls bestätigt werden. Im Fall eines Multikristall-Siliziumsubstrats bleibt etwas der unebenen Gestalt beim Alkali-Ätzen übrig, wenn die beschädigte Schicht, die aus dem Abschneiden resultiert, entfernt wird, aber wenn ein Einzelkristall-Siliziumsubstrat mit einer Spiegeloberflächenausführung verwendet wird, wird es einer Spiegeloberfläche ermöglicht, als Substratoberfläche angesehen zu werden. Wenn die Spiegeloberflächenausführung verwendet wird, ist es möglich, eine im Wesentlichen ideale unebene Gestaltungsstruktur auszubilden, wenn eine texturierte Form erzeugt wird. Im Vergleich zu dem Fall, in dem ein Multikristall-Siliziumsubstrat verwendet wird, kann, wenn ein Lichteinfangfilm verwendet wird, der Unterschied hier zwischen dem Aufweisen einer texturierten Struktur, die ausgebildet ist oder nicht ausgebildet ist, dementsprechend sehr einfach bestimmt werden. Schritte zum Herstellen der Solarzelle gemäß der Ausführungsform 3 sind dieselben, wie die, die mit Bezug auf Ausführungsform 1 und Ausführungsform 2 angewendet werden, wobei der Unterschied in dieser dritten Ausführungsform ist, dass ein Einzelkristall-Siliziumsubstrat als Substrat verwendet wird.
Tabelle 3 zeigt einen Vergleich der Eigenschaften I–V für eine Einzelkristall-Siliziumsolarzelle, wenn eine texturierte Struktur ausgebildet ist und wenn sie nicht ausgebildet ist.
[Tabelle 3]

Vergleich der Eigenschaften I–V einer Einzelkristall-Siliziumsolarzelle, wenn eine texturierte Struktur ausgebildet ist und wenn sie nicht ausgebildet ist.

Einzelkristall-Siliziumzelle	Zelle	V_oc	J_sc	FF	E_ff
Einzelkristall-Siliziumzelle	Nr.	[V]	[mA/cm²]	[–]	[%]
Texturierte Struktur ausgebildet	1	0,613	37,05	0,774	17,59
Texturierte Struktur nicht ausgebildet	1	0,621	34,29	0,785	16,72

In derselben Weise wie es für die Konfiguration, die ein Multikristall-Siliziumzellsubstrat verwendet, offensichtlich ist, sieht man beim Vergleich des Falls, in dem eine texturierte Struktur ausgebildet ist, und dem Fall, in dem keine texturierte Struktur ausgebildet ist, dass V_oc niedriger ist, J_sc wesentlich steigt, was eine Verminderung von V_oc unterstützt, so dass eine höhere Effizienz realisiert wird.
Ferner beschreibt Tabelle 4 die Ergebnisse, wenn der Lichteinfangfilm ausgebildet ist.
[Tabelle 4]

Vergleich der Eigenschaften I–V einer Einzelkristall-Siliziumsolarzelle, vor und nach dem Aufbringen eines Lichteinfangfilms, wenn eine texturierte Struktur ausgebildet ist und wenn sie nicht ausgebildet ist.

Einzelkristall-Siliziumzelle	Lichteinfangfilm	V_oc	J_sc	FF	E_ff
Einzelkristall-Siliziumzelle	Lichteinfangfilm	[V]	[mA/cm²]	[–]	[%]
Texturierte Struktur	Vor-Aufbringen	0,613	37,05	0,774	17,59
ausgebildet	Nach-Aufbringen	0,615	37,23	0,775	17,74
Texturierte Struktur nicht	Vor-Aufbringen	0,621	34,29	0,785	16,72
ausgebildet	Nach-Aufbringen	0,624	37,18	0,783	18,17

Hier ist J_sc ebenfalls in derselben Weise, wie in der Multikristall-Siliziumsolarzelle, Wesentlichen das Gleiche, unabhängig ob die texturierte Struktur ausgebildet oder nicht ausgebildet ist, und es kann bestätigt werden, dass wenn die texturierte Struktur nicht ausgebildet wird, V_oc höher ist und auf dieses Maß eine größere Effizienz realisiert ist.
AUSFÜHRUNGSSFORM 4
10 ist ein Flussdiagramm, das ein Verfahren zum Ausbilden des Lichteinfangfilms zeigt. Das Verfahren des Ausbildens des Lichteinfangfilms umfasst mehrere Schritte. Dieses Verfahren zum Aufbringen des Lichteinfangfilms wird nun unter Bezugnahme auf 10 beschrieben.
Als erstes wird im Schritt S1 ein photosensitiver Harzverbund für den Gießfilm vorbereitet. Ein Bindeharz (Komponente A) bestehend aus Hitaloid HA7885 (von Hitachi Chemical Co. Ltd.) von 50 Gewichtsanteilen; Kreusverbundmonomer (Komponente B) Francryl FA-321M (von Hitachi Chemical Co. Ltd.) von 50 Gewichtsanteilen; und ein Photoinitiator (Komponente C) von 3,0 Gewichtsanteilen, der durch IRGACURE184 (von Ciba Specialty Chemicals) bereitgestellt wird. Diese sind in einer organischen Lösung, Methylethylketon, aufgelöst, um einen Lack zu erzeugen (einen photosensitiven Harzverbund). Dieser Lack wird verwendet, um einen Film von etwa 5000 Å an einem Siliziumwafer auszubilden, wobei dessen Brechungsindex etwa 1,48 ist, wenn unter Verwendung eines Ellipsometers gemessen wird.
Als nächstes, in Schritt S2, wird der Gießfilm erzeugt. 1–2 Tropfen des photosensitiven Harzverbunds, der oben beschrieben ist, werden auf eine Matrize getropft, die einen effektiven Bereich von 155 mm aufweist, eine Basislinie von 20 μm und eine Höhe von 10 μm, in der eine Vielzahl von viereckigen Pyramiden ohne Abstände zwischen diesen ausgebildet werden. Über diese wird ein 50 μm dicker Polethylenterephthalat (PET) Film platziert (A-4300 von Toyobo Co. Ltd.), der derart herstellt wurde, dass eine Haftung an beiden Oberflächen ermöglicht ist. Eine Walze wird dann verwendet, um alle Blasen zu entfernen, wodurch diese daran gehindert werden, dass sie sich zwischen der Harzflüssigkeit und dem PET ausbilden, bevor das UV-Licht verwendet wird, um die PET-Seite zu bestrahlen. Das Abschälen des PET-Films von der Matrize erzeugt einen konkaven, viereckigen Pyramidengießfilm.
Dann, in Schritt S3, wird der Hochbrechungsindex-Harzverbund für den Lichteinfangfilm vorbereitet. Nachdem Luftgas in einen Reaktor eingeführt wird, der einen Mischer, einen Temperaturmessfühler, Kühlrohre und Lufteinlassrohre bereitstellt, werden Polycarbonatdiol (der Produktname PNOC-2000, das durchschnittliche Nummermolekulargewicht ist etwa 2000, von Kuraray Co. Ltd.) 4000 Teile (Hydroxylgruppe: 4,0 Äquivalentmenge), umfassend 1, 9-Nonanediol, 2-methyl-1, 8-octanediol und Diphenylcarbonat; 2-hydroxyethylacrylat: 115 Teile (Hydroxylgruppe: 1,0 Äquivalenzmenge); hydroquinonmonomethylether (von Wako Pure Chemical Industries Ltd.) 0,5 Teile; Dibutylindilaurate (Produktname L101, von Tokyo Fine Chemical Co. Ltd.) 5,0 Teile; und Toluene, 4000 Teile zugeführt. Die Temperatur wird auf 70°C erhöht und dann für 30 Minuten bei 70–75°C gehalten. Eine Flüssigkeitsmischung, bestehend aus 4, 4'-dicyclohexylmethylendiisocyanat (Produktname: Desmodur W, von Sumika Bayer Urethane Co. Ltd.) 650 Teile (Isocyanatgruppe: 5,0 Äquivalenzmenge) und Toluen, 300 Teile, wird gleichförmig über 3 Stunden bei 70–75°C eingetropft, und diese reagieren, bis durch Verwendung von IR-Messungen bestätigt ist, dass Isocyanat nicht länger vorhanden ist, an welchem Punkt die Reaktion gestoppt wird. Zu diesem wird dann Igarcure-184 (von Ciba-Geigy) 30 Teile hinzugefügt, Titaniumtetra-i-propoxid 8000 Teile, FA-712HM, von Hitachi Chemical Co. Ltd., 1600 Teile, PET-3 von Dai-ichi Kogyo Seiyaku Co. Ltd., 3200 Teile und Diethanolamin, 300 Teile. Das Ganze wird dann verrührt und miteinander aufgelöst, um einen Urethan-UV-härtenden Harzverbund zu erhalten.
In Schritt S4 wird der Lichteinfangfilm (halbgehärtet) erzeugt. Bei Verwendung einer Auftragsvorrichtung wird der Hochbrechungsindex-Urethan-UV-Härtende-Harzverbund für den Lichteinfangfilm über dem PET-Film (das Substrat) aufgebracht. Dies wird durch einen Heißluftkonventionstrockner bei 80–100°C durchgeführt und für etwa 10 Minuten getrocknet, um einen semi-gehärteten Film zu erhalten. Über den aufgebrachten Film wird ein Trennfilm platziert, der durch einen PP-Film bereitgestellt ist, um die semi-gehärtete Filmschicht zu schützen.
In Schritt S5 wird die strukturierte Gestalt des Lichteinfangsfilms ausgebildet. Nachdem der Trennfilm vom Lichteinfangfilm abgeschält ist, wird der Lichteinfangfilm über der Solarzelle platziert und unter Verwendung einer Vakuumlaminierung laminiert. Dann wird das PET, das das Substrat des Films in einem halbharten Zustand bereitstellt, abgeschält und die strukturierte Gestaltoberfläche des oben beschriebenen Gießfilms wird in den im halbgehärteten Zustand vorhandenen Film gepresst, bevor das Ganze wiederum die Vakuumlaminierung durchläuft, wobei die feine strukturierte Gestalt auf den semi-gehärteten Film übertragen wird. Die Anordnung wird durch Verwenden einer Belichtungsvorrichtung dann einer optischen Bestrahlung unterworfen, wobei der Film gehärtet wird, so dass er zum Lichteinfallfilm wird. Die Vakuumlaminierung, die verwendet wurde, ist von Meiki Co. Ltd., und die Bedingungen der Laminierung und der Formübertragung benötigen 75°C, mit einem Druck von 0,4 MPa, der für 45 Sekunden aufgebracht wird. Die Belichtungseinheit war eine Hochdruckmercurydampflampe, wobei die Belichtungsbedingungen 1000 mJ/cm² betragen.
Zusammenfassung
Es ist ein photovoltaisches (PV) Modul vorgesehen, durch welches die elektrische Energieerzeugungseffizienz durch Verbesserung der Lichtverwendungsrate verbessert werden kann. Eine Verkapselungsstoff (202) ist als eine erste Schicht vorgesehen (ein Abdeckglas (201) und eine Verkapselungsstoff (202) werden als optisch äquivalent angesehen, da deren Brechungsindizes im Wesentlichen dieselben sind), ein Lichteinfangfilm (300) ist eine zweite Schicht, eine antireflexive Schicht (104) ist eine dritte Schicht und eine n-Typ Schicht (103) ist eine vierte Schicht. Wenn die Brechungsindizes der Schichten als erster Brechungsindex (n₁), zweiter Brechungsindex (n₂), dritter Brechungsindex (n₃) und vierter Brechungsindex (n₄) ausgedrückt werden, wird die Beziehung n₁ ≤ n₂ ≤ n₃ ≤ n₄ erfüllt. Der Lichteinfangfilm (300) der zweiten Schicht, d. h. eine Schicht aus den Licht übertragenden Schichten, weist an der Lichteinfallseite (300a) eine strukturierte Gestalt auf, an der das Licht (205) eintritt.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- JP 2005-101513 [0005]
- JP 2002-225133 [0078]
- JP 3602323 [0084]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

- Yoshihiro Hamakawa „Solar Generation” Latest Technology and Systems, CMC Co. Ltd. 2000 [0005]
- Hiroshi Toyota, Antireflection Structured Surface, Optics volume 32 No. 8, Page 489, 2003 [0005]

Claims

Photovoltaisches (PV) Zellmodul, das als Antwort auf einfallendes Licht (205) elektrische Energie erzeugt, wobei das Modul geschichtete Elemente aufweist, umfassend eine Vielzahl von Schichten mit Licht übertragenden Eigenschaften (Lichtübertragungsschichten), bei dem, startend von der Seite, von der das einfallende Licht eintritt, diese Vielzahl von Licht übertragenden Schichten eine erste Schicht (201), eine zweite Schicht (202), ... eine m-te (109) Schicht umfasst, und die jeweiligen Brechungsindizes der Vielzahl von Licht übertragenden Schichten ein erster Brechungsindex n₁, ein zweiter Brechungsindex n₂ ... ein m-ter Brechungsindex n_m sind, wobei n₁ ≤ n₂ ≤ ... ≤ n_m sind, und, zumindest eine Schicht aus den Licht übertragenden Schichten ein Lichteinfangfilm (300) ist, der eine strukturierte Gestalt (303) auf der Lichteinfallseite (205) aufweist, auf der das einfallende Licht eintritt, wobei der Brechungsindex dieses Films 1,6–2,4 ist.
PV Modul gemäß Anspruch 1, bei dem der Wert der normalisierten Absorption des Lichteinfangfilms, wie in dem folgenden mathematischen Ausdruck (3) gezeigt, vorzugsweise 0,1 oder weniger ist, wenn die Wellenlänge des einfallenden Lichts 400–1200 nm ist, [Mathematischer Ausdruck 3]
wobei T die Lichtdurchlassgrad und L die Durchschnittsdicke (μm) des Films ist.
PV Modul nach Anspruch 1 oder 2, bei dem zwischen dem Lichteinfangfilm (300), der über der Solarzelle (100) liegt, die einfallendes Licht in elektrische Energie umwandelt, und der Solarzelle (100) eine antireflexive Schicht (104) ausgebildet ist, die äquivalent zu einer der Schichten aus den Licht übertragenden Schichten ist, und der Brechungsindex des Lichteinfangfilms (300) kleiner ist als der Brechungsindex der antireflexiven Schicht (104) an der Solarzelle (100) ist.
PV Modul nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei dem durch Einstellen des Brechungsindex des Lichteinfangfilms und dem der antireflexiven Schicht (104) die Effizienz der Lichtführung zur Solarzelle (100) durch den Lichteinfangfilm (300) verbessert ist.
PV Modul nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei dem ein Gießfilm (101), dessen Lichteinfallseite (auf der das einfallende Licht eintritt), eine strukturierte Schicht (301) aufweist, über dem Lichteinfangfilm (300) platziert ist, und der Brechungsindex des Gießfilms (301) kleiner ist als der Brechungsindex des Lichteinfangfilms (300).
PV Modul nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bei dem der Lichteinfangfilm ein organisch-inorganischer Hybridverbund ist, der Titaniumtetraalkoxid umfasst.
PV Modul nach einem der Ansprüche 1 bis 6, bei dem Solarzelle (100), die einfallendes Licht in elektrische Energie umwandelt, eine Solarzelle verwendet, die durch Aufweisen eines Siliziumsubstrats ausgebildet ist, das eine raue Oberfläche bereitstellt, die durch Schneiden in einem mechanischen Prozess ausgebildet ist, wobei das Substrat dann einem Ätzen unterworfen wird, um den an der Oberfläche hauptsächlich durch Durchführung des Schneidens entstandenen Schaden zu entfernen, und nicht aktiv einem Prozess unterworfen wird, um eine unebene Gestalt auf diesem auszubilden.
PV Modul nach einem der Ansprüche 1 bis 7, bei dem die Solarzelle (100), die einfallendes Licht in elektrische Energie umwandelt, eine Solarzelle verwendet, die durch Aufweisen eines Siliziumsubstrats ausgebildet ist, das eine raue Oberfläche bereitstellt, die durch Schneiden in einem mechanischen Prozess ausgebildet ist, wobei das Substrat dann einem Ätzen unterworfen wird, das eine wässrige Lösung umfassend 0,25 mol/l Akalihydroxid umfasst, um den an der Oberfläche erhaltenen Schaden zu entfernen, der hauptsächlich dadurch erhalten wurde, dass das Schneiden durchgeführt wurde, und nicht aktiv einem Verfahren unterworfen wird, eine unebene Gestalt auf diesem auszubilden.
PV Modul nach Anspruch 3, bei dem eine Siliziumnitridschicht bestehend aus Si, N und H, deren Brechungsindex innerhalb des Bereichs von 1,8–2,7 ist, für die antireflexive Schicht (104) der Solarzelle (100) verwendet wird.
PV Modul nach Anspruch 9, bei dem die Siliziumnitridschicht, die für die antireflexive Schicht (104) verwendet wird, durch ein Plasma-CVD Verfahren ausgebildet ist, das als Rohmaterial ein Verbundgas von SiH₄ und NH₃ verwendet, und unter Bedingungen ausgebildet ist, in denen das Volumenverhältnis des NH₃/SiH₄ Verbundgases 0,05–1,0 ist, der Druck in der Reaktionskammer 0,1–2 Torr ist, die Temperatur beim Ausbilden des Films 300–550°C ist und die Frequenz für die Plasmaentladung nicht weniger als 100 kHz ist.
Verfahren zum Herstellen eines photovoltaischen (PV) Moduls, das geschichtete Elemente aufweist, umfassend eine Vielzahl von Schichten mit Licht übertragenden Eigenschaften (Lichtübertragungsschichten), das elektrische Energie als Antwort auf einfallendes Licht erzeugt, umfassen die Schritte: Ausbilden einer Solarzelle (100) durch Ausbilden von zumindest einer antireflexiven Schicht (104) an einem Siliziumsubstrat für das Verhindern der Reflexion von einfallendem Licht, und von Elektroden (107) an der vorderen und hinteren Oberfläche; Ausbilden eines Moduls durch Ausbilden eines Lichteinfangfilms (300), der einfallendes Licht einfängt, an der antireflexiven Schicht (104) der Solarzelle (100), die durch den Zellausbildungsprozess ausgebildet ist, und dann das Einkapseln der Solarzelle in einer Verkapselungsstoff (202); bei der im Modulausbildungsschritt der Brechungsindex des Lichteinfangfilms (300) geringer gefertigt wird, als der Brechungsindex der antireflexiven Schicht (104), und größer als der Brechungsindex der Einkapslung (202).