DE3206347A1

DE3206347A1 - Verfahren zur herstellung von cds-schichten fuer solarzellen

Info

Publication number: DE3206347A1
Application number: DE19823206347
Authority: DE
Inventors: Pieter Dipl.-Phys. 8441 Parkstetten Bracke; Rudolf Dipl.-Chem . Dr. 7307 Aichwald Munz; Fritz Dipl.-Phys. Dr. 7121 Hessigheim Troester; Rolf Dipl.-Chem. Dr. 7000 Stuttgart Zondler
Original assignee: Standard Elektrik Lorenz AG
Current assignee: Alcatel Lucent Deutschland AG
Priority date: 1982-02-22
Filing date: 1982-02-22
Publication date: 1983-09-01
Also published as: ES8402119A1; ES519974A0

Description

Verfahren zur Herstellung von
CdS-Schichten für Solarzellen Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von CdS-Schichten, die in Solarzellen eingebaut einen photovoltaischen Effekt zeigen.
Durch Solarzellen wird Sonnenlicht direkt in elektrische Energie umgewandelt. Der diesem Vorgang zugrundeliegende lichtelektrische Effekt ist bereits seit langer Zeit bekannt und wird als photovoltaischer Effekt bezeichnet. Im Rahmen der Entwicklung der Halbleitertechnologie haben vor allem Siliziumsolarzellen und Kadmiumsulfid/Kupfersulfid-Solarzellen an Bedeutung gewonnen.
Bei der Herstellung der CdS-Cu2S-Solarzelle ist man bisher im ersten Arbeitsschritt so vorgegangen, daß man auf ein Substrat CdS, z.B. in einer Vakuumglocke aufgedampft hat.
Desgleichen ist es bekannt, z.B. eine CdS-Schicht mittels Aufsprühen auf ein Substrat aufzubringen. Die Schichtdikke der CdS-Schicht beträgt dabei etwa 30 um, wobei die Substrattemperatur und die Art des Aufwachsens eine n-Dotierung von 17 cm -3 und eine genügend gute elektrische Leitfähigkeit gewährleisten. In einem kupferionen- haltigen Bad läßt man dann topotaktisch die Cu2S-Schicht aufwachsen. Die bisher angewandten Herstellungsverfahren der CdS-Schicht sind nicht als optimal anzusehen, da sie mit einem großen Materialverbrauch und erheblichen Energieaufwand verbunden sind; außerdem ist die herzustellende Substratgröße nach oben sehr begrenzt.
Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung von polykristallinen CdS-Schichten für Solarzellen anzugeben, bei dem die obengenannten Nachteile vermieden werden. Die erhaltene n-leitende CdS-Schicht kommt dabei sowohl für eine Kombination mit einer p-leitenden CuxS-Schicht als auch mit einer CuInSe2-Schicht oder jeden passenden p-Halbleiter in Frage.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß a) auf ein Substrat mittels Wechselstromelektrolyse aus einem ein Kadmiumsalz und schwefelhaltige Verbindungen enthaltenden Elektrolyten eine Kadmiumsulfidschicht abgeschieden wird; b) das Substrat mit der Kadmiumsulfidschicht aus der Elektrolytlösung herausgenommen und mittels eines Temperprozesses eine polykristalline Kadmiumsulfidschicht erzeugt wird.
Bei dieser Verfahrensweise wird der elektrolytische Vorgang in bekannter Weise so durchgeführt, daß die beiden Elektroden abwechselnd positiv und negativ geschaltet werden. Dadurch lagern sich nacheinander abwechselnd Cd2+-und 2--Teilchen an jeder Elektrode an, wodurch es zur Bildung eines CdS-Gitters kommt.
Als Substrat wird in der Praxis eine Glasplatte verwendet, auf die als transparente leitfähige Schicht eine Indium-Zinn-Oxid-Schicht aufgebracht ist. Der Elektrolyt enthält dabei in bevorzugter Weise als Kadmiumverbindung ein Kadmiumsulfat und als schwefelhaltige Verbindung ein Natriumthiosulfat. Für eine gleichmäßige Beschichtung des Substrates mit Kadmiumsulfid ist es dabei wesentlich, daß das Substrat bei der Wechselstromelektrolyse mit einer geringen Geschwindigkeit von 0,1 bis 10 mm/Sek. in den Elektrolyten eingetaucht wird.
Der anschließende Temperprozeß der Kadmiumsulfidschicht wird dann in einem Temperaturbereich von 1500C bis 4000C vorzugsweise von 2500C bis 3000C, durchgeführt. Die Schichtdicke der Kadmiumsulfidschichten liegt zwischen 3 pm und 20 um.
Für die Dauer dt des jeweiligen Potentialzustandes der zu beschichtenden Elektrode und für die Höhe der angelegten Spannung U besteht dabei ein einfacher Zusammenhang zur Teilchendichte n+ bzw. n der Ionen und deren Beweglichkeit p+ bzw. p##. Danach sind die Produkte U. dt und bzw. n##u zueinander reziprok proportional.
Bevorzugt sind dabei solche Parameterkombinationen, die eine homogene polykristalline Kadmiumsulfidschicht mit gleichmäßiger Schichtdicke bei guter Haftung erzeugen.
Derartige Schichten haben eine charakteristische Absorptionsbande bei der Wellenlänge 512 mm. Bei ca. 5 pm lassen sich dabei Transparenzen von 70% erreichen. Diese hohe Durchlässigkeit bringt es mit sich, daß wenn die erzeugte Kadmiumsulfidschicht zur Herstellung einer sogenannten "back-wall"-Zelle verwendet wird, der Wirkungsgrad einer solchen Solarzelle gegenüber dem Wirkungsgrad einer Schicht mit geringerer Durchlässigkeit erhöht ist.
So besitzen gesprühte Kadmiumsulfidschichten - von gleicher Schichtstärke - eine Transparenz von ca. 50%; der Wirkungsgrad einer auf elektrochemischem Wege hergestellten Kadmiumsulfidschicht ist dementsprechend etwa um 40% höher.
Die Erfindung soll anhand des nachfolgenden Ausführungsbeispiels noch näher erläutert werden: In einem Becherglas werden zur Herstellung der Cd-haltigen Lösung 3 g CdSo4, 8 g (NH4)2S04, und 34 g Wasser miteinander gemischt. Dieser wässrigen Lösung werden dann noch 50 ml Glyzerin zugemischt.
In einem zweiten Becherglas werden zur Herstellung der S-haltigen Lösung 10 g Na2S203, 5 g NaCl und 85 g Wasser miteinander vermischt.
Zur Herstellung des Elektrolyten werden dann die beiden Lösungen in einem Verhältnis von 1:3 miteinander gemischt.
In diesen Elektrolyten wird als Substrat eine ungef. 1 mm dicke Platte aus Flachglas, die mit einer transparenten leitfähigen Schicht aus Indium-Zinn-Oxid beschichtet ist, eingetaucht. Der Flächenwiderstand der Indium-Zinn-Oxid-Schicht beträgt etwa 10 Q. Anschließend wird bei 150 -900C, insbesondere 200 - 35 0C, eine Wechselstromelektrolyse durchgeführt. Die angelegte Wechselspannung ent- spricht einer asymetrischen Rechteckkurve mit Werten von +7,5 und -2,5 V, bei einer Frequenz von 0,5 Hz. Die Beschichtung auf der Flachglasplatte wurde durch langsames Eintauchen derselben in die Elektrolytlösung mit einer Senkgeschwindigkeit von 0,5 mm/Sek. erstellt.
Die Glasplatten mit dem abgeschiedenen Kadmiumsulfid werden zuerst durch Eintauchen in Demi-Wasser gewaschen und anschließea 0 bei 95 C getrocknet. Darauf werden die erhaltenen Kadmiumsulfidschichten bei 250 - 3000C einem Temperprozeß unterworfen. Die so hergestellten polykristallinen Kadmiumsulfidschichten weisen eine Schichtdicke von ca. 5 Vm auf.
Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, daß ein geringerer Verbrauch an Ausgangsmaterialien notwendig ist als bisher üblich. Desgleichen ist der Energieaufwand geringer als bei der bisherigen Herstellung von Kadmiumsulfidschichten. Zusätzlich ist bei der erfindungsgemäßen Verfahrensweise die Einstellung der Parameter bezüglich der optimalen elektrischen und optischen Eigenschaften der hergestellten Kadmiumsulfidschichten sehr einfach zu handhaben.

Claims

Patentansprüche W Verfahren zur Herstellung von Kadmiumsulfidschichten, die in Solarzellen eingebaut einen photovoltaischen Effekt zeigen, d a d u r c h g e k e n n z e i c h -n e t , daß a) auf ein Substrat mittels Wechselstromelektrolyse aus einem ein Kadmiumsalz und schwefelhaltige Verbindungen enthaltenden Elektrolyten eine Kadmiumsulfidschicht abgeschieden wird; b) das Substrat mit der Kadmiumsulfidschicht aus der Elektrolytlösung herausgenommen und mittels eines Temperprozesses eine polykristalline Kadmiumsulfidschicht erzeugt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Substrat eine Glasplatte verwendet wird, auf die als transparente leitfähige Schicht Indium-Zinn-Oxid aufgebracht ist.
3. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Elektrolyt als Kadmiumverbindung Kadmiumsulfat enthält.
4) Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Elektrolyt als schwefelhaltige Verbindung Natriumthiosulfat enthält.
5) Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Substrat während der Wechselstromelektrolyse mit einer Geschwindigkeit von 0,1 bis 10 mm/Sek. in den Elektrolyten eingesenkt wird.
6) Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Wechselstromelektrolyse bei einer Temperatur von 150 bis 900 durchgeführt wird.
7) Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Wechselstromelektrolyse bei einer Temperatur von 200 bis 350C durchgeführt wird.
8) Verfahren nach einem der. Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Temperprozeß in einem Temperaturbereich von 1500 bis 4000C durchgeführt wird.
9) Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , d a ß der Temperprozeß in einem Temperaturbereich von 2500 bis 3000C durchgeführt wird.