AHN, Kun Ho (Heinrich-Budde-Str. 15, Leipzig, 04157, DE)
| Patentansprüche 1. Verfahren zur Herstellung einer transparenten Elektrode (110) auf einem Substrat (101), umfassend: - Bereitstellen des Substrats (101), - Abscheiden einer ersten transparenten elektrisch leitfähigen Schicht (111) auf das Substrat (101), - Abscheiden einer Metall-Oxid-Schicht (115) auf eine dem Substrat (101) abgewandte Oberfläche (114) der elektrisch leitfähigen Schicht (111), - Aufteilen der Metall-Oxid-Schicht (115) in eine Mehrzahl von Metallpartikeln (112) durch ein thermisches Dekomponieren, - Abscheiden einer zweiten transparenten elektrisch leitfähigen Schicht (113) auf die Metallpartikel (112) . 2. Verfahren zur Herstellung einer Fotovoltaikzelle (100), umfassend : - Bereitstellen eines Substrats (101), - Abscheiden einer ersten transparenten elektrisch leitfähigen Schicht (111) auf das Substrat (101), - Abscheiden einer Metall-Oxid-Schicht (115) auf eine dem Substrat (101) abgewandte Oberfläche (114) der elektrisch leitfähigen Schicht (111), - Aufteilen der Metall-Oxid-Schicht (115) in eine Mehrzahl von Metallpartikeln (112) durch ein thermisches Dekomponieren, - Abscheiden einer zweiten transparenten elektrisch leitfähigen Schicht (113) auf die Metallpartikel (112), - Aufbringen von Schichten (120, 130, 140) auf die zweite transparente elektrisch leitfähige Schicht (113) zum Fertigstellen der Fotovoltaikzelle. 3. Verfahren zur Herstellung einer Fotovoltaikzelle (100), umfassend : - Bereitstellen eines Substrats (101), - Abscheiden einer transparenten elektrisch leitfähigen Elektrode (110) auf das Substrat (101), - Aufbringen eines ersten fotoaktiven Schichtstapels (120) auf die transparente elektrisch leitfähige Elektrode (110), - Aufbringen einer ersten Zwischenschicht (151) auf den ersten fotoaktiven Schichtstapel (120), - Abscheiden einer Metall-Oxid-Schicht (115) auf eine dem Substrat (101) abgewandte Oberfläche der ersten Zwischenschicht (151), - Aufteilen der Metall-Oxid-Schicht (115) in eine Mehrzahl von Metallpartikeln (112) durch ein thermisches Dekomponieren, - Aufbringen einer zweiten Zwischenschicht (152) auf die Metallpartikel (112), - Aufbringen eines zweiten fotoaktiven Schichtstapels (160) auf die zweite Zwischenschicht (152) . 4. Verfahren zur Herstellung einer Fotovoltaikzelle (100), umfassend : - Bereitstellen eines Substrats (101), - Abscheiden einer transparenten elektrisch leitfähigen Elektrode (110) auf das Substrat (101), - Aufbringen eines fotoaktiven Schichtstapels (120) auf die transparente elektrisch leitfähige Elektrode (110), - Aufbringen einer ersten Rückreflektorschicht (131) auf den fotoaktiven Schichtstapel (120), - Abscheiden einer Metall-Oxid-Schicht (115) auf eine dem Substrat (101) abgewandte Oberfläche der ersten Rückreflektorschicht (131), - Aufteilen der Metall-Oxid-Schicht (115) in eine Mehrzahl von Metallpartikeln (112) durch ein thermisches Dekomponieren, - Aufbringen einer zweiten Rückreflektorschicht (132) auf die Metallpartikel (112) . 5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei dem die Metall-Oxid-Schicht (115) durch Sputtern abgeschieden wird. 6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bei dem die Metall-Oxid-Schicht (115) Silber, Gold und/oder Platin enthält . 7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei dem die Temperatur zum thermisches Dekomponieren kleiner oder gleich 500° Celsius ist. 8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, bei dem die Metall-Oxid-Schicht (115) so zerlegt wird, dass die Metallpartikel (122) einen durchschnittlichen Durchmesser von kleiner oder gleich 100 Nanometer aufweisen. 9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, bei dem während des Abscheidens der Metall-Oxid-Schicht (115) gasförmiger Sauerstoff zugeführt wird. 10. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei dem die Dicke (117) der zweiten transparenten elektrisch leitfähigen Schicht (113) kleiner oder gleich 50 Nanometer ist. 11. Verfahren nach Anspruch 4, bei dem die Dicke (133) der ersten Rückreflektorschicht (131) kleiner oder gleich 50 Nanometer ist. 12. Anordnung für eine Fotovoltaikzelle, umfassend: - ein Substrat (101), - eine transparente elektrisch leitfähige Elektrode (110) auf dem Substrat (101), die zwei transparente elektrisch leitfähige Teilschichten (111, 113) umfasst sowie einen flächig ausgedehnten Bereich zwischen den zwei Teilschichten (111, 113), der eine Mehrzahl von Metallpartikeln (112) aus einem Metall-Oxid umfasst. 13. Anordnung, umfassend: - ein Substrat (101), - eine transparente elektrisch leitfähige Elektrode (110) auf dem Substrat (101), die zwei transparente elektrisch leitfähige Teilschichten (111, 113) umfasst sowie einen flächig ausgedehnten Bereich zwischen den zwei Teilschichten (111, 113), der eine Mehrzahl von Metallpartikeln (112) aus einem Metall-Oxid umfasst, - einen fotoaktiven Schichtstapel (120) auf der elektrisch leitfähigen Elektrode (110) . 14. Anordnung, umfassend: - ein Substrat (101), - eine transparente elektrisch leitfähige Elektrode (110) auf dem Substrat (101), - einen ersten fotoaktiven Schichtstapel (120) auf der transparenten elektrisch leitfähigen Elektrode (110), - eine Zwischenschicht (150) auf dem fotoaktiven Schichtstapel (120), die zwei Teilschichten (151, 152) umfasst sowie einen flächig ausgedehnten Bereich zwischen den zwei Teilschichten (151, 152), der eine Mehrzahl von Metallpartikeln (112) aus einem Metall-Oxid umfasst, - einen zweiten fotoaktiven Schichtstapel (160) auf der Zwischensicht (150) . 15. Anordnung, umfassend: - ein Substrat (101), - eine transparente elektrisch leitfähige Elektrode (110) auf dem Substrat (101), - einen ersten fotoaktiven Schichtstapel (120) auf der elektrisch leitfähigen Elektrode (110), - eine Rückreflektorschicht (130) auf dem fotoaktiven Schichtstapel (120), die zwei Teilschichten (131, 132) umfasst sowie einen flächig ausgedehnten Bereich zwischen den zwei Teilschichten (131, 132), der eine Mehrzahl von Metallpartikeln (112) aus einem Metall-Oxid umfasst. 16. Anordnung nach einem der Ansprüche 12 bis 15, bei der die Metallpartikel (112) jeweils Silber, Gold und/oder Platin enthalten . 17. Anordnung nach einem der Ansprüche 13 bis 16, bei der die Dicke (117, 133) der dem fotoaktiven Schichtstapel (120, 160) zugewandten Teilschicht (113, 131) kleiner oder gleich 50 Nanometer ist. |
Verfahren zur Herstellung einer transparenten Elektrode, Verfahren zur Herstellung einer Fotovoltaikzelle sowie
Anordnung
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer transparenten Elektrode auf einem Substrat, insbesondere für eine Fotovoltaikzelle. Weiterhin betrifft die Erfindung
Verfahren zur Herstellung einer Fotovoltaikzelle. Die
Erfindung betrifft weiterhin eine Anordnung für eine
Fotovoltaikzelle sowie Anordnungen mit einer
Fotovoltaikzelle . Zur Nutzung der im Sonnenlicht enthaltenen Energie finden unter anderem Fotovoltaikmodule Anwendung, die auch als Solarmodule bezeichnet werden. Fotovoltaikmodule umfassen üblicherweise eine Mehrzahl von untereinander elektrisch gekoppelten Fotovoltaikzellen, die in Betrieb über den fotoelektrischen Effekt die im Licht enthaltene
Strahlungsenergie zumindest teilweise in elektrische Energie umwandeln .
Fotovoltaikzellen weisen eine oder mehrere pn-Übergänge auf. Diese werden jeweils aus einer p-Typ- und einer n-Typ-Schicht gebildet. Zwischen der p- und der n-Schicht kann eine i- Schicht angeordnet sein, also eine im Wesentlichen
intrinsische Schicht, die nicht dotiert oder im Vergleich zu der p- und der n-Schicht nur sehr gering dotiert ist. Die p- Schicht ist eine positiv dotierte Schicht, die n-Schicht eine negativ dotierte Schicht. Fotovoltaikzellen umfassen beispielsweise mikrokristalline Siliziumschichten, amorphe Siliziumschichten, polykristalline Siliziumschichten und/oder andere Halbleiter. Zur
elektrischen Kontaktierung der Halbleiterschichten werden in Fotovoltaikzellen transparente elektrisch leitfähige
Schichten (TCO, transparent conductive oxide) verwendet.
Durch eine strukturierte und aufgeraute Oberfläche dieser Kontaktschichten kann einfallendes Sonnenlicht an dieser Schicht gestreut werden und dadurch ein größerer Anteil der Strahlungsenergie in elektrische Energie umgewandelt werden. Dadurch wird die Effektivität der Fotovoltaikzelle erhöht.
Es ist wünschenswert, ein Verfahren zur Herstellung einer transparenten Elektrode auf einem transparenten Substrat anzugeben, die eine gute Effektivität einer Fotovoltaikzelle ermöglicht. Weiterhin ist es wünschenswert, Verfahren zur Herstellung einer Fotovoltaikzelle anzugeben, durch die
Fotovoltaikzellen mit einer guten Effektivität realisierbar sind. Weiterhin ist es wünschenswert, eine Anordnung für eine Fotovoltaikzelle anzugeben, die eine gute Effektivität einer Fotovoltaikzelle ermöglicht. Zudem ist es wünschenswert, Anordnungen mit einer Fotovoltaikzelle anzugeben, die eine gute Effektivität aufweisen.
Gemäß einer Aus führungs form der Erfindung umfasst ein
Verfahren zur Herstellung einer transparenten Elektrode auf einem Substrat ein Bereitstellen des Substrats. Eine erste transparente elektrisch leitfähige Schicht wird auf das
Substrat abgeschieden. Eine Metalloxidschicht wird auf eine dem Substrat abgewandte Oberfläche der elektrisch leitfähigen Schicht abgeschieden. Die Metalloxidschicht wird in einer Mehrzahl von Metallpartikeln aufgeteilt durch ein thermisches Dekomponieren. Auf die Metallpartikel wird eine zweite transparente elektrisch leitfähige Schicht abgeschieden.
Ein solches Substrat mit einer transparenten Elektrode, die Metallpartikel umfasst, ist insbesondere als Trägersubstrat mit Frontelektrode für Dünnschicht- beziehungsweise
Dünnfilmfotovoltaikzellen verwendbar. Die p-, i- und n- Schichten des fotoaktiven Schichtstapels der Fotovoltaikzelle werden dann nachfolgend auf die zweite elektrisch leitfähige Schicht abgeschieden. Gemäß Aspekten ist das Substrat
transparent, beispielsweise aus einem Glas. Gemäß weiteren Aspekten ist das Substrat opak, beispielsweise aus einem Blech. Insbesondere ist das Verfahren zur Herstellung der
transparenten Elektrode auf dem Substrat bei großflächigen Substraten von größer 1,4 m^, insbesondere größer 5,5 m^, beispielsweise 5,72 m^, anwendbar, sodass eine gleichmäßige Verteilung der Metallpartikel über die gesamte Fläche des Substrats realisierbar ist. Weiterhin ist durch das Verfahren eine Herstellung von in etwa gleich großen Metallpartikeln über die gesamte Fläche des Substrats möglich. Die
durchschnittliche Größe der Metallpartikel weist nur eine geringe Schwankung auf. Zudem ist es durch das Verfahren möglich, relativ kleine Metallpartikel herzustellen,
insbesondere weist die Mehrzahl von Metallpartikeln einen durchschnittlichen Durchmesser von weniger als 150 nm auf, insbesondere einen durchschnittlichen Durchmesser von weniger als 100 nm, beispielsweise weniger als 70 nm.
Gemäß weiteren Aspekten wird die Metalloxidschicht durch ein Sputtern abgeschieden. Die Metalloxidschicht wird also durch eine Kathodenzerstäubung ( Sputterdeposition) abgeschieden, bei der als Target ein Metall verwendet wird, sodass die Metalloxidschicht beispielsweise Silber, Gold und/oder Platin enthält . Die Temperatur während des thermischen Dekomponierens zum Aufteilen der Metalloxidschicht in die Mehrzahl von
Metallpartikeln beträgt gemäß weiteren Aspekten weniger oder gleich 500 °C. Insbesondere ist die Temperatur zum
thermischen Dekomponieren größer als 200 °C, insbesondere größer als 250 °C. Gemäß weiteren Aus führungs formen ist die Temperatur zum thermischen Dekomponieren größer als 300 °C und kleiner oder gleich 400 °C. Gemäß weiteren Aspekten ist die Temperatur zum thermischen Dekomponieren kleiner oder gleich 450 °C, beispielsweise kleiner oder gleich 380 °C, insbesondere kleiner oder gleich 350 °C.
Während des Abscheidens der Metalloxidschicht wird gemäß weiteren Aspekten Sauerstoff zugeführt. Durch den Anteil des Sauerstoffs in Bezug auf das Metall wird die Dichte der
Metalloxidschicht gesteuert. Durch den Anteil des Sauerstoffs in Bezug auf das Metall ist gemäß Aspekten die Größe der Metallpartikel steuerbar. So ist es möglich, Metallpartikel herzustellen, deren durchschnittlicher Durchmesser kleiner oder gleich 100 nm ist. Die Größe der Metallpartikel ist insbesondere abhängig von dem Verhältnis Sauerstoff zu
Metall. Die Größe der Metallpartikel ist zudem abhängig von der Temperatur beim thermischen Dekomponieren, wodurch die Metalloxidschicht in die Metallpartikel zerlegt wird. Gemäß weiteren Aspekten wird nachfolgend auf das thermische Dekomponieren, bevor die zweite transparente elektrisch leitfähige Schicht abgeschieden wird, ein so genannter
Glühprozess (englisch: annealing) durchgeführt, durch den die Größe der Metallpartikel weiterhin einstellbar ist. Die
Metallpartikel werden angewärmt und bei einer konstanten Temperatur gehalten und nachfolgend abgekühlt. Dadurch werden definierte vorgegebene Eigenschaften der Metallpartikel erreicht. Stoffeigenschaften der Metalloxidschicht werden verändert, sodass die Metallpartikel andere
Stoffeigenschaften als die ursprüngliche Metalloxidschicht aufweisen . Durch die Metallpartikel in der Elektrode wird im Betrieb
Licht, das auf das Substrat fällt und durch das Substrat zur Elektrode gelangt, in der Elektrode absorbiert. Insbesondere findet die Absorption an den Metallpartikeln statt. Durch die Absorption werden Plasmonen gebildet, wenn Licht auf die Metallpartikel trifft. Das eintreffende Licht regt Plasmonen auf den Metallpartikeln an.
Plasmonen werden die quantisierten Dichteschwankungen von Ladungsträgern in Halbleitern, Metallen und Isolatoren genannt. Plasmonen können auch als Elektronen angesehen werden, die relativ zu den positiven Ionen oszillieren. Die Elektronen oszillieren beispielsweise mit der Plasmafrequenz. Plasmonen sind die Quantisierung dieser Eigenfrequenz. Gemäß Aspekten übertragen die angeregten Plasmonen in Betrieb ihre Energie wieder auf den auf der Elektrode angeordneten fotoaktiven Schichtstapel. Dort wird die Energie in
elektrische Energie umgewandelt. Der Energieübertrag zwischen den Plasmonen und dem
fotoaktiven Schichtstapel ist auf mehrere Arten möglich.
Beispielsweise wird die Energie der Plasmonen wieder
abgestrahlt und radiativ auf den fotoaktiven Schichtstapel übertragen. Beispielsweise findet ein nicht-radiativer
Energieübertrag statt, insbesondere durch ein Einkoppeln von Wellenmoden von den Plasmonen in den fotoaktiven
Schichtstapel. Beispielsweise wird die Energie als so
genannte begrenzte Wellenmode (englisch: trapped waveguide mode) übertragen.
Gemäß weiteren Aspekten wird die Größe der Metallpartikel abhängig von dem fotoaktiven Schichtstapel vorgegeben, beispielsweise von dem Material des fotoaktiven
Schichtstapels und/oder dem Wellenlängenbereich der
Absorption des fotoaktiven Schichtstapels. Dadurch wird ein guter Energieübertrag möglich. Gemäß weiteren Aspekten wird das Material der Metallpartikel abhängig von dem fotoaktiven Schichtstapel vorgegeben, beispielsweise von dem Material des fotoaktiven
Schichtstapels und/oder dem Wellenlängenbereich der
Absorption des fotoaktiven Schichtstapels. Dadurch wird ein guter Energieübertrag möglich.
Wird das Substrat und die darauf angeordnete Elektrode für Fotovoltaikzellen verwendet, resultiert der Energieübertrag von den Plasmonen zu dem auf der Elektrode angeordneten fotoaktiven Schichtstapel in einem Fotostrom. Folglich ist der Fotostrom beziehungsweise die Effizienz der
Fotovoltaikzelle durch die Metallpartikel erhöht in Bezug auf herkömmliche Fotovoltaikzellen ohne Metallpartikel.
Insbesondere ist es durch die Metallpartikel möglich, auf eine Aufrauung der Elektrode zu verzichten, die herkömmlich zur Lichtstreuung verwendet wird, da die Metallpartikel für eine genügend hohe Ausbeute des eintreffenden Lichts sorgen. Gemäß weiteren Aspekten werden zur Herstellung einer
Fotovoltaikzelle weitere Schichten auf die zweite
transparente elektrisch leitfähige Schicht aufgebracht, insbesondere der fotoaktive Schichtstapel, eine
Rückreflektorschicht und/oder eine Rückelektrodenschicht.
Gemäß weiteren Aspekten wird die Metalloxidschicht alternativ oder zusätzlich zur Frontelektrode auf eine erste Teilschicht der Rückreflektorschicht abgeschieden, die auf dem
fotoaktiven Schichtstapel aufgebracht ist. Die
Metalloxidschicht wird durch ein thermisches Dekomponieren in eine Mehrzahl von Metallpartikeln aufgeteilt und eine zweite Teilschicht der Rückreflektorschicht aufgebracht. Somit sind die Metallpartikel in der Rückreflektorschicht angeordnet.
In so genannten Tandem-Junction-Fotovoltaikzellen, die zwei fotoaktive Schichtstapel mit jeweiligen p-i-n-Schichten aufweisen, wird gemäß weiteren Aspekten eine erste
Teilschicht einer Zwischenschicht auf den ersten fotoaktiven Schichtstapel abgeschieden, bevor der zweite fotoaktive
Schichtstapel abgeschieden wird. Eine Metalloxidschicht wird auf die erste Teilschicht der Zwischenschicht abgeschieden. Die Metalloxidschicht wird durch ein thermisches
Dekomponieren in eine Mehrzahl von Metallpartikel aufgeteilt und eine zweite Teilschicht der Zwischenschicht wird auf die Metallpartikel aufgebracht. Der zweite fotoaktive
Schichtstapel wird auf die Metallpartikel aufgebracht.
Es ist also möglich, die Metallpartikel in zumindest eine der Schichten Frontelektrode, Zwischenschicht beziehungsweise Rückreflektorschicht einzubinden. Es ist auch möglich, die Metallpartikel in zwei der Schichten oder in alle der
genannten Schichten einzubinden. Bei so genannten Triplezellen, die drei fotoaktive Schichtstapel übereinander aufweisen, sind insbesondere zwei Zwischenschichten mit jeweiligen Metallpartikeln vorgesehen, die jeweils zwischen zwei der drei fotoaktiven Schichtstapeln angeordnet sind.
Gemäß weiteren Aspekten sind mehr als drei fotoaktive
Schichtstapel angeordnet. Die möglichen Positionierungen der Metallpartikel in Haupteinfallsrichtung des in Betrieb einfallenden Lichts sind vor dem ersten fotoaktiven
Schichtstapel, zwischen dem ersten und dem zweiten
fotoaktiven Schichtstapel, zwischen dem zweiten und dem dritten fotoaktiven Schichtstapel bis zu zwischen dem (n-1)- ten und dem n-ten fotoaktiven Schichtstapel sowie nach dem Il ¬ ten fotoaktiven Schichtstapel.
Die Metallpartikel sind jeweils von dem fotoaktiven
Schichtstapel durch eine dünne Schicht, die beispielsweise eine Dicke von kleiner oder gleich 50 nm aufweist, getrennt. So werden ein direkter Kontakt zwischen dem fotoaktivern Schichtstapel und den Metallpartikeln vermieden. Dadurch ist insbesondere ein guter Energieübertrag von den
Metallpartikeln beziehungsweise Plasmonen zu dem fotoaktiven Schichtstapel realisiert.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Weitere Vorteile, Merkmale und Weiterbildungen ergeben sich aus den nachfolgenden in Verbindung mit den Figuren 1 bis 8 erläuterten Beispielen.
Es zeigen: Figur 1 eine schematische Darstellung einer Schnittansicht einer optoelektronischen Anordnung gemäß einer Aus führungs form,
Figuren 2A und 2B eine schematische Darstellung des
Plasmoneneffekts ,
Figur 3 eine schematische Darstellung des Plasmoneneffekts,
Figur 4 ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens zur Herstellung einer Fotovoltaikzelle gemäß einer Ausführungsform,
Figur 5 eine schematische Darstellung einer Schnittansicht einer Anordnung zu einem Zeitpunkt der Herstellung,
Figur 6 eine schematische Darstellung einer Schnittansicht einer Anordnung gemäß einer Ausführungsform,
Figur 7 eine schematische Darstellung einer Schnittansicht einer Anordnung gemäß einer Ausführungsform, und
Figur 8 eine schematische Darstellung einer Schnittansicht einer Anordnung gemäß einer Aus führungs form.
Gleiche, gleichartige und gleich wirkende Elemente können in den Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen sein. Die dargestellten Schichten und Bereiche und deren
Größenverhältnisse zueinander sind grundsätzlich nicht als maßstabsgerecht anzusehen, vielmehr können einzelne Elemente, wie beispielsweise Schichten und Bereiche, zur besseren
Darstellbarkeit und/oder zum besseren Verständnis übertrieben dick oder groß dimensioniert dargestellt sein. Detaillierte Beschreibung von Aus führungs formen
Figur 1 zeigt eine schematische Darstellung einer
Schnittansicht einer Fotovoltaikzelle 100. Auf einer
Oberfläche 102 eines flächig ausgedehnten Substrats 101 ist eine ebenfalls flächig ausgedehnte transparente Elektrode 110 angeordnet. Die transparente elektrisch leitfähige Elektrode 110 ist schichtförmig in Hauptrichtung der während des
Betriebs einfallenden Strahlung auf dem Substrat 101
angeordnet. Die Hauptrichtung der während des Betriebs einfallenden Strahlung ist der X-Richtung der Figur 1
gleichgerichtet . Auf der transparenten elektrisch leitfähigen Elektrode 110 ist ein fotoaktiver Schichtstapel 120 angeordnet, der
eingerichtet ist durch den fotoelektrischen Effekt
Strahlungsenergie in elektrische Energie umzuwandeln. Auf dem fotoaktiven Schichtstapel 120 ist eine Rückreflektorschicht 130 angeordnet. Durch die Rückreflektorschicht 130 ist
Strahlung, die durch den fotoaktiven Schichtstapel 120 gelangt ohne in elektrische Energie umgewandelt zu werden, zurück in Richtung des fotoaktiven Schichtstapels 120
reflektierbar. Auf der Rückreflektorschicht 130 ist eine weitere Elektrode 140 angeordnet, die so genannte
Rückelektrode .
Das Substrat 101 ist gemäß Aus führungs formen für Sonnenlicht möglichst transparent. Insbesondere ist das Substrat 101 für Licht im sichtbaren Spektrum und im Infrarotbereich besonders durchlässig und weist eine Transparenz von größer als 85 % in einem Wellenlängenbereich von 400 nm bis 1200 nm auf. Das Substrat umfasst beispielsweise Glas, insbesondere eisenarmes Flachglas, Silikatglas oder Walzglas. Das Substrat 101 ist ausgebildet, den Schichtstapel, der auf dem Substrat 101 angeordnet ist, zu tragen. Der fotoelektrische Schichtstapel 120 umfasst gemäß
Aus führungs formen eine p-dotierte Schicht und eine n-dotierte Schicht sowie eine im Wesentlichen intrinsische Schicht, die zwischen der p-dotierten Schicht und der n-dotierten Schicht angeordnet ist. Der fotoaktive Schichtstapel ist flächig ausgedehnt. Gemäß Aus führungs formen ist die p-dotierte
Schicht in X-Richtung auf einer Oberfläche 116 der
transparenten Elektrode 110 angeordnet. Gemäß weiteren
Aus führungs formen ist die n-dotierte Schicht auf der
Oberfläche 116 angeordnet.
Die im Wesentlichen intrinsische Schicht ist undotiert beziehungsweise im Vergleich zu den angrenzenden p- beziehungsweise n-dotierten Schichten sehr gering dotiert. Die im Wesentlichen intrinsische Schicht ist eingerichtet, Licht zu absorbieren und fotoelektrisch umzuwandeln. Die im Wesentlichen intrinsische Schicht ist eingerichtet, Energie zu absorbieren und in elektrische Energie umzuwandeln. Die fotoelektrische Anordnung ist eingerichtet, insbesondere Licht in einem Wellenlängenbereich von 400 bis 1200 nm zu absorbieren.
Gemäß weiteren Aus führungs formen ist das Substrat 101 opak, also im Wesentlichen nicht Durchlässig für Licht in einem Wellenlängenbereich von 400 nm bis 1200 nm. Die
Schichtenfolge gemäß Aus führungs formen ist opakes Substrat, darauf angeordnet eine optionale elektrische
Isolationsschicht, darauf angeordnet optional die
Rückreflektorschicht, darauf angeordnet optional der metallischer Rückkontakt, darauf angeordnet die elektrisch leitfähige Schicht mit Metallpartikeln, darauf angeordnet der fotoaktive Schichtstapel 120, darauf angeordnet die
elektrisch leitfähige Schicht 110 mit Metallpartikeln. Gemäß weiteren Aus führungs formen ist ein weiterer fotoaktiver
Schichtstapel 160 (Figur 7) zwischen der elektrisch
leitfähigen Schicht 130 und der elektrisch leitfähigen
Schicht 110 angeordnet. Insbesondere sind drei oder mehr fotoaktive Schichtstapel zwischen der elektrisch leitfähigen Schicht 130 und der elektrisch leitfähigen Schicht 110 angeordnet .
In X-Richtung ist auf dem fotoaktiven Schichtstapel 120 die Rückreflektorschicht 130 und darauf die Rückelektrode 140 angeordnet, die eingerichtet ist, Strom beziehungsweise
Spannung aus dem fotoaktiven Schichtstapel 120 abzuführen. Gemäß weiteren Aspekten ist mindestens der weitere fotoaktive Schichtstapel 160 (Figur 7) zwischen der Elektrode 110 und der Rückreflektorschicht 130 beziehungsweise der Elektrode 140 angeordnet.
Die transparente elektrisch leitfähige Schicht 110 umfasst beispielsweise Zinkoxid. Gemäß weiteren Aus führungs formen umfasst die transparente Elektrode 110 ein anderes
transparentes elektrisch leitfähiges Oxid, beispielsweise ITO oder Sn02. Die transparente elektrisch leitfähige Schicht 110 weist eine gute optische Transmissivität sowie eine gute elektrische Leitfähigkeit auf. Der fotoaktive Schichtstapel 120 umfasst insbesondere
Silizium, beispielsweise mikrokristallines Silizium und/oder amorphes Silizium. Die Fotovoltaikzelle 100 ist als so genannte Dünnfilm- beziehungsweise Dünnschichtsolarzelle ausgeführt. Die Schichten der Fotovoltaikzelle 100 weisen eine Dicke in X-Richtung im Bereich von wenigen 10 nm bis einigen Mikrometern auf. Üblicherweise werden die fotoaktiven Schichten zusammen mit den Elektroden und gegebenenfalls der Reflexionsschicht großflächig auf das Substrat 101
aufgebracht. Mit Hilfe von einem oder mehreren
Strukturierungsschritten wird eine Mehrzahl von einzelnen streifenförmigen Solarzellen gebildet, die elektrisch in Serie verschaltet sind. Die Breite der streifenförmigen
Solarzellen, auch Zellstreifen genannt, liegt im Bereich von Millimetern bis Zentimetern. So sind Solarmodule mit einer Mehrzahl von Fotovoltaikzellen 100 ausgebildet. Auf die äußeren Zellstreifen werden üblicherweise Stromabnehmer aufgebracht, über die das Dünnschichtsolarmodul angeschlossen wird und die erzeugte elektrische Leistung abgeführt werden kann .
Die dem Substrat abgewandte Oberfläche 116 der transparenten Elektrode 110 weist gemäß Aus führungs formen eine möglichst homogen ausgebildete raue Textur auf, sodass die Oberfläche 116 ein gutes Streuvermögen für das einfallende Licht in einem Wellenlängenbereich von 400 nm bis 1200 nm aufweist. Dadurch kann die Effektivität des fotoaktiven Schichtstapels 120 erhöht werden, da der Weg der einfallenden Strahlung durch den fotoaktiven Schichtstapel 120 im Mittel verlängert wird, das einfallende Licht besser in den fotoaktiven
Schichtstapel 120 eingekoppelt wird und eine höhere
Absorptionswahrscheinlichkeit der einfallenden Strahlung erreicht wird.
Gemäß weiteren Aus führungs formen ist die Oberfläche 116 der transparenten Elektrode 110 glatt ausgebildet. Auf die raue Texturierung der Oberfläche 116 wird in diesen Aus führungs formen verzichtet. Wie nachfolgend näher erläutert wird, ist es erfindungsgemäß dennoch möglich, eine hohe
Absorptionswahrscheinlichkeit der eintreffenden Strahlung in dem fotoaktiven Schichtstapel 120 und damit eine hohe
Effektivität zu ermöglichen.
Die transparente Elektrode weist eine Mehrzahl von
Metallpartikeln 112 auf. Die Metallpartikel 112 sind entlang der Oberfläche 116 angeordnet. Die Metallpartikel 112 weisen einen Abstand zu dem fotoelektrischen Schichtstapel 120 auf und haben keinen direkten Kontakt zu dem fotoaktiven
Schichtstapel 120. Zwischen den Metallpartikeln 112 und dem fotoaktiven Schichtstapel 120 ist eine transparente
elektrisch leitfähige Teilschicht 113 der transparenten
Elektrode 110 angeordnet. Die transparente elektrisch
leitfähige Teilschicht 113 weist eine Dicke 117 (Figur 6) in X-Richtung von weniger als 50 nm auf, insbesondere ist die Dicke 117 kleiner oder gleich 40 nm, beispielsweise kleiner oder gleich 35 nm.
Zwischen den Metallpartikeln 112 und dem Substrat 101 ist eine transparente elektrisch leitfähige Teilschicht 111 der Elektrode 110 ausgebildet. Die Metallpartikel 112 sind von Material der elektrisch leitfähigen Schicht 110 umgeben. Die elektrisch leitfähige Teilschicht 111 und die elektrisch leitfähige Teilschicht 113 weisen jeweils ein transparentes elektrisch leitfähiges Oxid auf und umschließen gemeinsam die Metallpartikel 112. Die Hauptausbreitungsrichtung des flächig ausgedehnten
Bereichs, in dem die Metallpartikel 112 angeordnet sind, ist im Wesentlichen gleichgerichtet zu der flächigen Ausdehnung der Oberfläche 102 und der Oberfläche 116. Die Metallpartikel 112 sind im Wesentlichen kugelförmig. Sie können auch eine andere Form aufweisen, beispielsweise scheibenförmig. Die Metallpartikel 112 weisen einen
durchschnittlichen Durchmesser von kleiner oder gleich 100 nm auf. Die jeweilige Größe der Metallpartikel ist jeweils kleiner oder gleich 120 nm im Querschnitt, beispielsweise kleiner oder gleich 80 nm, insbesondere kleiner oder gleich 70 nm. Die Metallpartikel 112 sind so an der Elektrode 110 angeordnet, dass sie näher an der Oberfläche 116 und damit näher an dem fotoaktiven Schichtstapel 120 angeordnet sind als an der Oberfläche 102 und damit dem Substrat 101. Die Metallpartikel 112 umfassen jeweils beispielsweise Silber. In weiteren Aus führungs formen umfassen die Metallpartikel jeweils Gold. Gemäß weiteren Aspekten umfassen die
Metallpartikel 112 jeweils Platin.
Die im Betrieb eintreffende Strahlung R trifft auf die
Metallpartikel 112. Die eintreffenden Strahlung wird an den Metallpartikeln 112 modifiziert und daraufhin Energie aus der Strahlung auf den fotoaktiven Schichtstapel 120 übertragen. Durch die Modifikation der eintreffenden Strahlung R an den Metallpartikeln 112 wird der durchschnittliche Weg der
Strahlung durch den fotoaktiven Schichtstapel 120 erhöht und damit wird eine Erhöhung der Effektivität der Solarzelle erreicht, da die Absorptionswahrscheinlichkeit steigt.
Beispielsweise wird die eintreffende Strahlung R an den
Metallpartikeln 112 durch den Plasmoneffekt modifiziert.
Figur 2A zeigt schematisch die eintreffende Strahlung R, die jeweils örtlich begrenzte Oberflächenplasmonen auf den
Metallpartikel 112 anregt. Die Anregung verursacht ein Feld E, das zum Zeitpunkt t unterschiedlich ist im Vergleich zum Zeitpunkt t + At . Die Absorption der Strahlung R führt zur Ausbildung von Plasmonen. Die Energie der Plasmonen wird in den fotoaktiven Schichtstapel 120 übertragen und dort in elektrische Energie umgewandelt. Dadurch wird die
Effektivität in Betrieb erhöht, da ein größerer Anteil der eintreffenden Strahlung R in elektrische Energie umgewandelt wird als herkömmlich. Die Absorptionswahrscheinlichkeit ist im Vergleich zu herkömmlichen Fotovoltaikzellen durch die Anordnung der Metallpartikel 112 und den daraus
resultierenden Plasmoneffekt erhöht.
Figur 2B zeigt eine Form der nicht-radiativen
Energieübertragung. Die eintreffende Strahlung R regt
beispielsweise eine Oberflächenplasmonenresonanz an den
Metallpartikeln 112 an. Diese Resonanz und damit die Energie des Plasmons wird nachfolgend als begrenzte Wellenmode M in auf den fotoaktiven Schichtstapel übertragen. Diese wird wiederum in dem fotoaktiven Schichtstapel 120 in elektrische Energie umgewandelt. Somit wird durch die Metallpartikel 112 ein höherer Anteil der eintreffenden Strahlung R in
elektrische Energie umgewandelt als ohne Metallpartikel 112.
Figur 3A zeigt eine Nahfeldverteilung von Metallpartikeln 112 aus Silber mit einer niedrigen Dichte.
Figur 3B zeigt eine Nahfeldverteilung der Metallpartikel 112 aus Silber mit einer hohen Dichte von Metallpartikeln 112. Figur 4 zeigt schematisch einen Ablauf eines Verfahrens zur Herstellung einer Fotovoltaikzelle gemäß Aus führungs formen . In Schritt 201 wird das Substrat 101 bereitgestellt und die elektrisch leitfähige transparente Teilschicht 111 auf das Substrat 101 abgeschieden. Gemäß Aus führungs formen wird eine raue Oberfläche der
Teilschicht 111 ausgebildet. Gemäß weiteren Aus führungs formen wird eine möglichst flache und gleichmäßig ebene Oberfläche 114 (Figur 5) der Teilschicht 111 ausgebildet. Nachfolgend wird in Schritt 202 auf die Oberfläche 114 der Teilschicht 111 eine Metalloxidschicht 115 (Figur 5)
abgeschieden. Die Metalloxidschicht 115 wird durch ein
Sputterdepositionsverfahren abgeschieden. So ist ein
gleichmäßiges Abscheiden der Metalloxidschicht auch auf großen Flächen von beispielsweise über 5 Quadratmetern möglich. Die Metalloxidschicht 115 umfasst gemäß
Aus führungs formen zumindest eines aus Gold, Silber und
Platin. Im Schritt 202 wird gemäß Aus führungs formen während dem
Abscheiden der Metalloxidschicht 115 gasförmiger Sauerstoff in die Abscheidekämmer eingeführt. Mittels der Menge an zugeführten Sauerstoff ist die Metalldichte pro Fläche der Metalloxidschicht 115 steuerbar. Zudem wird in Schritt 202 die Dicke in X-Richtung der Schicht 115 gemäß Vorgaben gesteuert. Die Metalldichte und die Dicke werden in Schritt 202 so gesteuert, dass die Metallpartikel 102, die
nachfolgend in Schritt 203 ausgebildet werden, einen
durchschnittlichen Durchmesser von kleiner oder gleich 100 nm aufweisen.
In Schritt 203 wird eine thermische Dekomposition (englisch: thermal decomposition) durchgeführt. Gemäß weiteren Aspekten wird in Schritt 203 ein Glühverfahren (englisch: annealing) durchgeführt. Die Metalloxidschicht 115 wird in Schritt 203 erhitzt und wieder abgekühlt. In Schritt 203 wird die
Metalloxidschicht 115 in die Mehrzahl von Metallpartikeln 112 aufgeteilt. In Schritt 203 zerfällt die Metalloxidschicht 115 in die Mehrzahl von Metallpartikeln 112. Die Metallpartikel werden aus der Metalloxidschicht 115 gebildet. Das Aufteilen der Metalloxidschicht 115 und das Ausbilden der
Metallpartikel 112 findet bei einer Temperatur von kleiner oder gleich 500 °C statt. Das Aufteilen der Metalloxidschicht 115 findet bei einer Temperatur statt, sodass der
durchschnittliche Durchmesser der Metallpartikel 112 kleiner oder gleich 100 nm beträgt. Nachfolgend wird in Schritt 204 die transparente elektrisch leitfähige Schicht 113 abgeschieden. Insbesondere wird die Schicht 113 mittels Sputterdeposition abgeschieden. Die
Schicht 113 wird so abgeschieden, dass sie die Metallpartikel 112 abdeckt. Die Oberfläche 116 (Figur 6) der Schicht 113 ist beabstandet zu den Metallpartikeln 112, sodass die
Metallpartikel 112 nicht nach außerhalb der Elektrode 110 reichen. Die Metallpartikel 112 haben keinen Kontakt zu der Oberfläche 116. Nachfolgend wird in Schritt 205 der fotoaktive Schichtstapel 120 auf die Oberfläche 116 abgeschieden, insbesondere mittels plasmaunterstützter chemischer Gasphasenabscheidung (PECVD) .
Figur 5 zeigt eine schematische Darstellung des Substrats 101 mit der Schicht 111 und der Schicht 115 gemäß einer
Aus führungs form nach dem Verfahrensschritt 202 der Figur 4. Auf der dem Substrat 101 abgewandten Oberfläche 114 der ersten transparenten elektrisch leitfähigen Schicht 111 ist die flächig ausgedehnte Metalloxidschicht 115 aufgebracht. Die Metalloxidschicht 115 ist so aufgebracht, dass sie durch ein thermisches Dekomponieren, insbesondere durch ein
Aufheizen und Abkühlen, in die Metallpartikel 112 zerfällt, die einen durchschnittlichen Durchmesser von kleiner oder gleich 100 nm aufweisen. Figur 6 zeigt eine schematische Darstellung einer
Schnittansicht des Substrats 101 mit der Schicht 111 und der Schicht 113 sowie den Metallpartikeln 112 nach dem
Verfahrensschritt 204 der Figur 4. Die Metallpartikel 112 sind aus der Metalloxidschicht 115 gebildet und von der zweiten transparenten elektrisch leitfähigen Schicht 113 bedeckt. Die Schicht 113 bedeckt die Metallpartikel 112 so, dass die Schicht 113 in X-Richtung die Dicke 117 von etwa 50 nm aufweist. Die Anordnung der Figur 6 umfasst das Substrat 101 und die
Elektrode 110 mit den Metallpartikeln 112. Auf die Anordnung der Figur 6, insbesondere auf die Oberfläche 116, kann nachfolgend der fotoaktive Schichtstapel 120 abgeschieden werden .
Die Oberfläche 114 der Figur 5 und die Oberfläche 116 der Figur 6 sind glatt und möglichst eben über die gesamte flächige Ausdehnung der Schichten 111 beziehungsweise 113 dargestellt. Gemäß weiteren Aus führungs formen sind die
Oberflächen jeweils rau texturiert. Die Schicht 111 ist in X- Richtung dicker als die Schicht 113, sodass der flächig ausgedehnte Bereich, in dem die Metallpartikel 120 angeordnet sind, näher an der Oberfläche 116 angeordnet ist, als an der Oberfläche 102 des Substrats 101.
Figur 7 zeigt eine schematische Darstellung einer
Schnittansicht einer Tandem-Junction-Fotovoltaikzelle, die zwei fotoaktive Schichtstapel 120 und 160 in X-Richtung gestapelt aufweist.
Auf einer Oberfläche 121 des fotoaktiven Schichtstapels 120, die dem Substrat abgewandt ist, ist eine Zwischenschicht 150 angeordnet. Der zweite fotoaktive Schichtstapel 160 ist auf einer dem fotoaktiven Schichtstapel 120 abgewandten
Oberfläche der Zwischenschicht 150 angeordnet. Die
Zwischenschicht 150 ist in X-Richtung zwischen den beiden fotoaktiven Schichtstapeln 120 und 160 angeordnet.
Die Zwischenschicht 150 umfasst eine erste Teilschicht 151, die an den fotoaktiven Schichtstapel 120 angrenzt. Eine zweite Teilschicht 152 der Zwischenschicht 150 grenzt an den zweiten fotoaktiven Schichtstapel 160 an. Die Zwischenschicht 150 umfasst insbesondere eines aus dotiertem SiOx, SiCO, SiNx, SiCxOy, SiCxOyNz, ZnO, ITO und Sn02.
Gemäß Aus führungs formen ist auf dem zweiten fotoaktiven
Schichtstapel 160 die Rückreflektorschicht 130 angeordnet.
Gemäß Aus führungs formen ist auf dem zweiten fotoaktiven
Schichtstapel 160 eine weitere Zwischenschicht angeordnet, die in ihrer Funktion der Zwischenschicht 150 entspricht. Auf der weiteren Zwischenschicht ist ein weiterer fotoaktiver Schichtstapel angeordnet, so dass eine so genannte Triple- Zelle ausgebildet ist. Gemäß Aspekten absorbieren die beiden fotoaktiven Schichtstapeln 120 und 160 jeweils in unterschiedlichen
Wellenlängenbereichen besonders gut, so dass insgesamt in einem breiten Wellenlängenbereich besonders gut absorbiert wird. Die Zwischenschicht 150 ist in Aus führungs formen halb durchlässig, was insbesondere durch die Anordnung von
Metallpartikeln 112 in der Zwischenschicht 150 ermöglicht ist. Die Zwischenschicht 150 reflektiert Strahlung des
Wellenlängenbereichs, der besonders gut im fotoaktiven
Schichtstapel 120 absorbiert wird, zurück in den fotoaktiven Schichtstapel 120. Die Zwischenschicht 150 ist transparent für Strahlung des Wellenlängenbereichs, der besonders gut im fotoaktiven Schichtstapel 160 absorbiert wird. Die Zwischenschicht 150 umfasst eine Mehrzahl von
Metallpartikeln 112. Die Metallpartikel 112 sind in einem flächig ausgedehnten Bereich entlang der Oberfläche 121 zwischen den beiden fotoaktiven Schichtstapeln 120 und 160 angeordnet. Die Metallpartikel 112 entsprechen in Form und Funktion den Ausführungen der Figuren 1 bis 6.
Bei der Herstellung wird nachfolgend auf das Abscheiden des fotoaktiven Schichtstapels 120 die Teilschicht 151 auf die Oberfläche 121 abgeschieden. Daraufhin wird die
Metalloxidschicht 115 auf die Teilschicht 151 abgeschieden und mittels Aufheizen und Abkühlen bei Temperaturen von unter 500 °C in Metallpartikel 112 zerlegt. Daraufhin wird die zweite Teilschicht 152 abgeschieden. Auf die Teilschicht 152 wird dann der zweite fotoaktive Schichtstapel 160
abgeschieden.
Die Metallpartikel 112 werden von den Teilschichten 151 und 152 abgedeckt, sodass sie nicht in direktem Kontakt zu den fotoaktiven Schichtstapeln 120 und 160 stehen. So wird eine ungewollte elektrische Verbindung der beiden fotoaktiven Schichtstapel 120 und 160 durch die Metallpartikel 112 vermieden. Zudem ist so ein guter Energieübertrag von der Zwischenschicht zu den fotoaktiven Schichtstapeln 120 und 160 ermöglicht. Das Material und die Größe der Metallpartikel 112 in der Zwischenschicht 150 wird insbesondere in Abhängigkeit von den Materialien und den Wellenlängenbereichen der
Absorption der beiden fotoaktiven Schichtstapel 120 und 160 vorgegeben.
Figur 8 zeigt eine schematische Darstellung einer
Schnittansicht einer Fotovoltaikzelle mit dem Substrat 101 gemäß weiteren Aus führungs formen . Die Rückreflektorschicht 130 weist eine erste Teilschicht 131 auf, die auf der
Oberfläche 121 des fotoaktiven Schichtstapels 120 angeordnet ist und an diesem angrenzt. Die Rückreflektorschicht 130 weist eine zweite Teilschicht 132 auf, die von dem
fotoaktiven Schichtstapel 120 abgewandt ist. Die erste
Teilschicht 131 und die zweite Teilschicht 132 schließen eine Mehrzahl von Metallpartikeln 112 ein. Der flächig ausgedehnte Bereich, in dem die Metallpartikel 112 angeordnet sind, verläuft im Wesentlichen entlang der Oberfläche 121. Eine Dicke 133 der Teilschicht 131 zwischen der Oberfläche 121 und den Metallpartikeln 112 ist kleiner oder gleich 50 nm.
Durch die Metallpartikel 112 in der Rückreflektorschicht 130 wird Strahlung, die ohne absorbiert zu werden durch den fotoaktiven Schichtstapel 120 bis zu der Rückreflektorschicht 130 gelangt, zurück in Richtung des fotoaktiven
Schichtstapels 120 geleitet, sodass die Strahlung dann absorbiert werden kann. Gemäß weiteren Aspekten sind die Mehrzahl von Metallpartikel 112 sowohl in der Frontelektrode 110 angeordnet als auch im Rückreflektor 130. Gemäß wiederum weiteren Aus führungs formen bei Tandem-Junction-Zellen, wie beispielsweise in Figur 7 dargestellt, sind die Metallpartikel 112 sowohl in der
Zwischenschicht 150 als auch in der Frontelektrode 110 angeordnet. Gemäß wiederum weiteren Aus führungs formen sind die Metallpartikel 112 auch bei Tandem-Junction-Zellen in der Frontelektrode 110 und in der Rückelektrode 130 angeordnet. Die Metallpartikel sind gemäß Aus führungs formen bei Tandem- Junction-Solarzellen auch ohne Zwischenschicht in der
Frontelektrode und/oder der Rückelektrode angeordnet.
Die Metallpartikel 112 sind gemäß Aus führungs formen in X- Richtung vor dem dem Substrat 101 nächstliegenden fotoaktiven Schichtstapel 120 angeordnet. Alternativ oder zusätzlich sind die Metallpartikel 112 gemäß Aus führungs formen jeweils zwischen zwei unmittelbar benachbarten fotoaktiven
Schichtstapeln angeordnet. Alternativ oder zusätzlich sind die Metallpartikel 112 gemäß Aus führungs formen nach dem dem Substrat 101 abgewandt angeordneten fotoaktiven
Schichtstapeln angeordnet. Die Metallpartikel 112 sind gemäß Aus führungs formen jeweils vor und/oder nach jedem der
fotoaktiven Schichtstapel angeordnet.
Insbesondere wird die durchschnittliche Größe und/oder das Material der Metallpartikel 112 abhängig von der Schicht, in der die Metallpartikel angeordnet sind, vorgegeben.
Beispielsweise ist die durchschnittliche Größe und/oder das Material der Metallpartikel 112 für die Elektrode 110 anders vorgegeben als die durchschnittliche Größe und/oder das Material der Metallpartikel 112 für die Rückreflektorschicht 130. Beispielsweise ist die durchschnittliche Größe und/oder das Material der Metallpartikel 112 für die Elektrode 110 und/oder die Rückreflektorschicht 130 anders vorgegeben als die durchschnittliche Größe und/oder das Material der
Metallpartikel 112 für die Zwischenschicht 150.
In Aus führungs formen werden in Tanden-Junction-Zellen die Metallpartikel 112 so ausgebildet, dass Strahlung des
Wellenlängenbereichs, der besonders gut im fotoaktiven
Schichtstapel 120 absorbiert wird, zurück in den fotoaktiven Schichtstapel 120 reflektiert wird und Strahlung des
Wellenlängenbereichs, der besonders gut im fotoaktiven
Schichtstapel 160 absorbiert wird, nicht reflektiert wird. Auch eine Absorption der Strahlung des Wellenlängenbereichs, der besonders gut im fotoaktiven Schichtstapel 120 absorbiert wird, und eine anschließende nicht-radiative Übertragung zurück in den fotoaktiven Schichtstapel 120 ist möglich.
Gemäß weiteren Aspekten werden in Tanden-Junction-Zellen die Metallpartikel 112 so ausgebildet, dass Strahlung des
Wellenlängenbereichs, der besonders gut im fotoaktiven
Schichtstapel 160 absorbiert wird, in der Zwischenschicht 150 Plasmonen anregt, deren Energie in den fotoaktiven
Schichtstapel 160 übertragen wird. Durch das Anordnen der Metallpartikel 112 in der
Fotovoltaikzelle 110 wird die Absorptionswahrscheinlichkeit der eintreffenden Strahlung und damit die Effektivität der Solarzelle erhöht. Dadurch kann die Dicke des fotoaktiven Schichtstapels 120 beziehungsweise des Schichtstapels 160, insbesondere die Dicke der im Wesentlichen intrinsischen Schicht, verringert werden, wodurch insbesondere die
Herstellungskosten reduziert werden. Durch das Aufbringen der Metalloxidschicht 115 mittels Sputterdeposition können die Metallpartikel auch bei großflächigen Fotovoltaikmodulen mit einer Größe von mehr als 5 m^, insbesondere mehr als 5,7 m^, verwendet werden, da sie auch bei diesen großflächigen
Solarmodulen gleichmäßig über die gesamte Fläche des
Solarmoduls beziehungsweise der Zellen des Solarmoduls verteilt sind. Zudem kann der Sputterdepositionsprozess und das nachfolgende Aufheizen und Abkühlen einfach in bereits bestehende Herstellungsprozesse in Filmsolarzellen
eingegliedert werden.
Durch den Einsatz der Metallpartikel 112 ist es möglich, auf die Strukturierung der Elektroden beziehungsweise der
Zwischenschicht zu verzichten, da auch ohne die Texturierung eine hohe Absorptionswahrscheinlichkeit erzielt wird. Dadurch kann die Spannung der Solarzellen erhöht werden, da ohne die Oberflächentexturierung bei gesputtert/geätztem Zinkoxid ein geringerer Serienwiderstand auftritt. Zudem ist es gemäß Aus führungs formen durch die Anordnung der Metallpartikel 112 in der Rückreflektorschicht 130 möglich, auf die zusätzliche Rückelektrode 140 zu verzichten.