DE2609051A1

DE2609051A1 - Solarzelle

Info

Publication number: DE2609051A1
Application number: DE19762609051
Authority: DE
Inventors: Vikram Lalitchandra Dalal; Henry Kressel
Original assignee: RCA Corp
Current assignee: RCA Corp
Priority date: 1975-03-07
Filing date: 1976-03-05
Publication date: 1976-09-16
Also published as: GB1529631A; US3988167A; FR2303384A1; CA1062799A; JPS5329588B2; FR2303384B1; JPS51113480A

Description

Dipl.-ing. H. Sauerland · Dr.-lny. R. König ■ Dipl.-Ing. K. Bergen Patentanwälte · 4ooo Düsseldorf 3D · Cecilienallee 76 · Telefon 43273a

·; r η π η c 1 ^· ^März ^b ι) 9 Üb I ^o

RCA Corporation, 30 Rockefeller Plaza, New York, N.Y. 10020 (V.St₀A₀)

"Solarzelle"

Die vorliegende Erfindung betrifft Solarzellen, die aus einem Halbleiterkörper in einer Minoritätsträger, die durch die Absorption von Sonnenenergie im Körper erzeugt werden, sammelnden Ausbildung und einer darauf vorgesehenen Einfallfläche, durch die die Strahlung eintritt, bestehen.

Ein Hauptproblem beim Einfangen und Ausnutzen von Sonnenenergie besteht in der Maximierung des Sammelns schwach absorbierter Sonnenstrahlung_β Die Sonnenstrahlung besteht aus Strahlung sowohl kurzer·als auch langer Wellenlängen. Der Absorptionskoeffizient eines Halbleitermaterials hängt von den verbotenen Bandabstandsbreiten des jeweiligen Halbleitermaterials ab. Bei den im aktiven Bereich einer Solarzelle verwendeten Halbleitermaterialien wird die Absorption des Teils des Sonnenspektrums mit größerer Wellenlänge gewöhnlich schwächer als der Kurzwellenbereich sein. Für die Einstellung auf diese schwache Absorption langwelliger Sonnenstrahlung war es notwendig, das Halbleitermaterial hinreichend dick zu machen, um Absorption sicherzustellen. Mit zunehmender Dicke des Halbleitermaterials steigen aber die Kosten der Solarzellen

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Ein weiteres Problem, das bei Solarzellen Berücksichtigung finden muß, besteht darin, daß die elektrischen Kontakte auf der Solarzelle so vorgesehen werden müssen, daß sie möglichst nicht die auf die Zelle auftreffende Sonnenstrahlung beeinträchtigen. Auf einen Kontakt auftreffende Sonnenstrahlung wird von der Zelle weg reflektiert, wodurch der Auffang- bzw. Sammelwirkungsgrad der Sonnenzelle verringert wird. Obwohl es wichtig ist, den Verlust an Strahlungseinfang zu verhindern, ist es gleichzeitig von besonderer Bedeutung, auf der Sonnenzelle elektrische Kontakte vorzusehen, die im Hinblick auf den irgendwo im aktiven Bereich der Zellen erzeugten Strom zweckdienlich angeordnet sind. Wenn nämlich ein elektrischer Kontakt nur entlang dem Außenumfang der Sonnenzelle vorgesehen ist, wird er zwar mit der auf die Zelle auftreffenden Sonnenstrahlung nicht kollidieren, jedoch wird der in der Sonnenzelle erzeugte Strom eine größere Distanz bis zum Kontakt zurückzulegen haben als der am Zellenumfang erzeugte Strom. Je weiter der Strom durch das Halbleitermaterial bis zum Kontakt wandern muß, umso stärker macht sich der Widerstand bemerkbar und um so niedriger ist somit der Wirkungsgrad der Energieumwandlung.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Sonnenzellen derart auszubilden, daß eine Maximierung des Strahlungseinfangs sowie der Umsetzung ohne Vergrößerung der Dicke der aktiven Bereiche möglich wird, wobei gleichzeitig Sorge dafür getragen wird, daß elektrische Kontakte nicht mit einfallender Sonnenstrahlung kollidieren, gleichwohl jedoch hinsichtlich des irgendwo im aktiven Bereich erzeugten Stroms zweckmäßig angeordnet sind. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch einen Metallfilm in elektrischem Kontakt mit der Einfallfläche, eine unterbrochene Oxidschicht auf einer Oberfläche des HaIb-

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leiterkörpers auf der der Einfallfläche gegenüberliegenden Seite mit bis zur Oberfläche durchreichenden Öffnungen, die in Form eines über die Oberfläche verteilten Musters angeordnet sind, und durch einen reflektierenden Kontakt auf der Oxidschicht und auf der Oberfläche in den musterförmigen Öffnungen.

Anhand in der Zeichnung dargestellter, bevorzugter Ausführungsbeispiele wird die Erfindung nachfolgend näher erläutert. Es zeigen:

Fi^₀ 1 ein erstes Ausführungsbeispiel einer Solarzelle, im Querschnitt;

Fig. 2 eine Draufsicht auf das Kontaktmuster und die erste Oxidschicht des in Figo 1 dargestellten Ausführungsbeispiels; und

Fig. 3 eine zweite Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Solarzelle im Querschnitt.

Gemäß Fig. 1 besteht ein erfindungsgemäßes Solarelement oder Solarzelle 10 aus einem Körper 12 aus Halbleitermaterial, wie Silizium, mit einem ersten Bereich 14 des p-Leitfähigkeitstyps, auf dem sich ein zweiter, n-leitender Bereich 16 befindet, so daß dazwischen ein pn-übergang geschaffen wird. Der Körper 12 stellt den aktiven Bereich der Solarzelle 10 dar.

Auf der dem pn-übergang 18 gegenüberliegenden Seite besitzt der zweite Bereich 16 eine Einfallfläche 20, auf die die in den Halbleiterkörper 12 gelangende Sonnenstrahlung auftrifft. Auf der Einfallfläche 20 befindet sich eine erste, nicht durchgehende Oxidschicht 22 eines gegenüber Sonnenstrahlung transparenten Oxidmaterials,

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beispielsweise aus Siliziumdioxid. Die erste Oxidschicht 22 ist insofern nicht durchgehend bzw. diskontinuierlich, als sie mit einer Vielzahl von sich bis zur Einfallfläche 20 durch die Schicht 22 erstreckenden Öffnungen 24 versehen ist₀ Die Öffnungen 24 sind als Muster oder Gitter über die gesamte Einfallfläche 20 verteilt. Die Verteilung der Öffnungen wird vorzugsweise in einem sogenannten periodischen Muster, beispielsweise einem Gittermuster ("Grid") vorgenommen. Wie aus Fig. 2 hervorgeht, hat die erste Oxidschicht 22 die Form eines Schachbrettmusters als Ergebnis der gitterartig verteilten Öffnungen 24, wobei eine Schar parallel mit Abstand zueinander angeordneter Spaltöffnungen 24 eine zweite Schar ebenfalls parallel mit Abstand zueinander angeordneter Öffnungen 24 unter einem Winkel von 90° schneidet. Es können jedoch auch andere Muster für die Öffnungen zur Schaffung einer unterbrochenen Oxidschicht 22 Anwendung finden. Die Öffnungen 24 haben eine sehr geringe Breite W. Die der Einfallfläche 20 gegenüberliegende Oberfläche der ersten Oxidschicht 22 ist mit 23 bezeichnet.

Die der Einfallfläche 20 abgewandte Oberfläche des ersten Bereichs 14 ist mit 26 bezeichnet. Auf dieser Oberfläche 26 befindet sich eine zweite, unterbrochene Oxidschicht 28, die mit bis zur Oberfläche 26 durchgehenden Öffnungen 30 versehen ist. Die Öffnungen 30 sind in einem Gittermuster angeordnet, das dem der Öffnungen 24 in der Oxidschicht 22 ähnlich ist, so daß die zweite Oxidschicht 28 ebenfalls ein Schachbrettmuster aufweist. Die Öffnungen 30 sind ebenso wie die Öffnungen 24 von sehr geringer Breite ¥. Die zweite Oxidschicht 28 besteht z.B. aus Siliziumdioxid.

In den Öffnungen 24 und auf der Einfallfläche 20 befindet sich

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ein Kontakt 32, der sich nur geringfügig auf der Oberfläche 23 der ersten Oxidschicht 22 erstreckt. Demzufolge nimmt der Kontakt 32 die Form der Öffnungen 24 an und bildet ein Gittermuster. Der Kontakt 32 besteht aus metallischem Material mit guten elektrischen Eigenschaften, wie Gold und Chrom. Gewöhnlich besteht der Kontakt 32 aus einer Chromschicht in Kontakt mit der Einfallfläche 20 des zweiten Bereichs 16 und einer Goldschicht auf der Chromschicht. Die Chromschicht wirkt als Benetzungsmittel und sorgt für gute Haftung des Kontakts 32 am zweiten Bereich 16. Da der Kontakt 32 sich nur sehr knapp auf der Oberfläche 23 erstreckt, hindert er darüber hinaus nur einen sehr geringen Anteil der Sonneneinstrahlung daran, auf die Einfallfläche 20 aufzutreffen.

Auf der gegenüberliegenden Oberfläche 26 befindet sich in den Öffnungen 30 und auf der zweiten Oxidschicht 28 ein reflektierender Kontakt 34. Der _t in den Öffnungen 30 befindliche Teil des reflektierenden Kontakts 34 nimmt die Form der Öffnungen 30 an, und zwar in typischer Form ein Gittermuster. Der reflektierende Kontakt 34 besteht aus metallischen Materialien, die sowohl gute elektrische Eigenschaften als auch ein gutes Reflexionsvermögen für Sonnenstrahlung besitzen, was für Gold und Chrom zutrifft» In bevorzugter Ausführungsform besteht der reflektierende Kontakt 34 aus einer Chromschicht sowohl auf der Oxidschicht 28 als auch dem ersten Bereich 14 in den Öffnungen 30 und einer Goldschicht auf der Chromschicht. Die Chromschicht wirkt als Benetzungsmittel, um für gute Haftung des reflektierenden Kontakts 34 zu sorgenο

Beim Betrieb der erfindungsgemäßen Solarzelle 10 trifft

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die durch die Pfeile 40 angedeutete Sonnenstrahlung zunächst an der Oberfläche 23 auf die Zelle 10. Die Strahlung tritt durch die erste Oxidschicht 22 und gelangt in den Halbleiterkörper 12. Wenn die den Halbleiterkörper 12 passierende Sonnenstrahlung durch den Körper 12 absorbiert wird, wird ein Elektronen-Lochpaar an der Stelle der Absorption erzeugt. Freie Elektronen, die in einem p-leitenden Bereich, wie dem ersten Bereich 14 erzeugt werden, und Defektelektronen bzw₀ Löcher, die in einem η-leitenden Bereich, wie dem zweiten Bereich 16 erzeugt werden, werden als Minoritätsträger in den jeweiligen Bereichen bezeichnet. Damit im Halbleiterkörper Strom erzeugt wird, müssen die Minoritätsträger den pn-übergang 18 erreichen. Die Diffusionslänge eines Minoritätsträgers ist die durchschnittliche Entfernung, die er wandern kann, bevor es zur Rekombination kommt. Daher ist in typischer Ausführung die Dicke sowohl des ersten als auch des zweiten Bereichs 14 bzw. 16 nicht größer als die Diffusionslänge der Minoritätsträger für das spezielle Halbleitermaterial des Halbleiterkörpers 12.

Je langer die Wellenlänge der Sonnenstrahlung ist, umso schwächer wird die Sonnenstrahlungs-Absorption durch das Halbleitermaterial des Körpers 12 sein. Das bedeutet, daß die Sonnenstrahlung mit größerer Wellenlänge, ungefähr 1 Mikron oder größer für Silizium, weiter durch einen Körper aus Halbleitermaterial wandern muß, um absorbiert zu werden, als Sonnenstrahlung von kürzerer Wellenlänge.

Der reflektierende Kontakt 34 bewirkt eine Verstärkung der Absorption von Sonnenstrahlung in der Solarzelle 10.

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Sonnenstrahlung, die weder in dem ersten Bereich 14 noch im zweiten Bereich 16 absorbiert wird, tritt durch die zweite Oxidschicht 28, die gegenüber Sonnenstrahlung transparent ist, wird dann jedoch beim Erreichen bzw_o Berühren des Kontaktes 34 in den Halbleiterkörper 12 zurückreflektiert, so daß es zu einem zweiten Durchtritt durch den Halbleiterkörper kommt. Somit besteht eine der Funktionen des reflektierenden Kontaktes 34 darin, nicht absorbierte Sonnenstrahlung in den Halbleiterkörper 12 zurückzureflektieren, so daß die Möglichkeit für eine Absorption verbessert wird.

Die zweite Oxidschicht 28 trägt indirekt zu einer Verbesserung des Absorptionsgrades des Bauteils 10 für Sonnenstrahlung bei_o Wenn nämlich der reflektierende Kontakt 34 sich in innigem Kontakt mit dem ersten Bereich 14 anstelle der zweiten Oxidschicht 28 befinden würde, würde sich beim Anbringen des reflektierenden Kontakts 34 eine dünne Legierungsschicht zwischen dem reflektierenden Kontakt und dem Halbleitermaterial des ersten Bereichs 14 bilden«, Eine derartige Legierungsschicht absorbiert selbst gewöhnlich auf sie auftreffende Sonnenstrahlung, was zu einem Verlust der Sonnenstrahlung führen würde, die nicht innerhalb des Halbleitermaterials des Körpers 12 absorbiert wird. An den Stellen, wo sich die zweite Oxidschicht 28 zwischen dem ersten Bereich 14 und dem reflektierenden Kontakt 34 befindet, wird keine Sonnenstrahlung absorbierende Legierungsschicht gebildet. Daher wird die Legierungsschicht nur dort gebildet, wo der reflektierende Kontakt sich in den Öffnungen 30 und auf dem ersten Bereich 14 befindet, was nur für einen geringen Teil des ersten Bereichs 14 an der gegenüberliegenden Oberfläche 26 gilt.

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Sonnenstrahlung, die im Körper 12 während des ersten Durchtritts nicht absorbiert worden ist, kann während des zweiten Durchtritts absorbiert werden, d.h. nachdem sie vom reflektierenden Kontakt 34 zurückreflektiert worden ist₀ Die Einfallfläche 20 stellt eine Grenzfläche zwischen zwei verschiedenen Materialien dar, d.h. der Oxidschicht 22 und dem zweiten Bereich 16, und kann daher gemäß den bekannten Gesetzen der Optik teilweise reflektierend wirken sowohl für aus der Atmosphäre kommende Sonnenstrahlung 40 als auch für im Körper 12 nicht absorbierte Sonnenstrahlungο Wenn während des zweiten Durchtritts durch den Körper 12 die Sonnenstrahlung nicht absorbiert wird, kann ein Teil der nicht absorbierten Sonnenstrahlung, die auf die erste Oxidschicht 22 trifft, an der Einfallfläche 20 wiederum zurück in den Körper 12 reflektiert werden. Somit besteht für einen Teil der nicht absorbierten Sonnenstrahlung die Möglichkeit, mehr als zwei Durchtritte durch den Körper 12 in der Solarzelle 10 durchzuführen.

Bekanntermaßen ist die Oberflächen-Rekombinations-Geschwindigkeit an der freien Oberfläche eines Halbleiter-Körpers hoch. Um die Oberflächen-Rekombinations-Geschwindigkeit sowohl an der Einfallfläche 20 als auch der gegenüberliegenden Oberfläche 26 zu verringern, können beide, nämlich erste und zweite Oxidschicht 22 bzw. 28^derart vorgesehen werden, um als Stabilisierungsschichten zu wirken, beispielsweise dadurch, daß sie thermisch auf die Oberflächen 20 und 26 aufgewachsen werden„ Durch die Verringerung der Oberflächen-Rekombinations-Geschwindigkeit sowohl an der Einfallfläche 20 als auch an der gegenüberliegenden Oberfläche 26 wird die Möglichkeit verringert, daß sich Minoritätsträger an den Oberflächen 20 und 26 rekombinieren,

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wodurch der Wirkungsgrad der Solarzelle 10 vergrößert wird.

Sowohl der Kontakt 32 als auch der reflektierende Kontakt 34 wirkt als elektrischer Kontakt zum zweiten Bereich 16 bzw. ersten Bereich 14. Wie erwähnt, sind die Öffnungen 24 und 30 sehr schmal, Breite W, und nehmen der Kontakt 32 und ein Teil des reflektierenden Kontakts 34 auf der gegenüberliegenden Oberfläche 26 die Form der Öffnungen 24 bzw. 30 an. Da der Kontakt 32 und ein Teil des reflektierenden Kontakts 34 in einem derartigen Muster vorgesehen sind, daß sie über die Einfallfläche 20 bzw« die gegenüberliegende Oberfläche 26 verteilt sind, befindet sich irgendwo im Körper 12 erzeugter Strom jeweils nahe einem Teil des Kontaktes, so daß elektrischer Widerstand beim Wandern aus dem Körper 12 nur gering ins Gewicht fällt. Zusätzlich zu dem auf diese Weise für den im Körper 12 erzeugten Strom geschaffenen einfachen, d.h. verlustarmen elektrischen Weg erlaubt die Form des Musters des Kontakts 32, daß der größte Teil des auf die Oberfläche 23 auftreffenden Lichts den Halbleiterkörper 12 erreicht, während die Form des reflektierenden Kontakts 34 dafür sorgt, daß der größte Teil der auf diesen Kontakt auftreffenden Sonnenstrahlung zurück in den Körper 12 reflektiert wird.

Das exakte Maß der Breite W jedes Gitterteils im Gittermuster des Kontakts 32 und des reflektierenden Kontakts 34 sowie ihr gegenseitiger Abstand sind eine Funktion des spezifischen Widerstandes des Halbleitermaterials des Körpers 12. Je größer der spezifische Widerstand des Halbleitermaterials ist, umso breiter wird W und umso geringer der gegenseitige Abstand sein, um einen Strompfad mit niedrigem Widerstand zu schaffen. In typischer Ausführungsform beträgt bei Silizium die Breite W jeder Gitter-

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öffnung des Gittermusters des Kontakts 32 und des reflektierenden Kontakts 34 ungefähr 0,05 mm, wobei jede Gitteröffnung von anderen sich in derselben Richtung erstreckenden ungefähr 2,5 mm Abstand besitzt.

Zur Herstellung der erfindungsgemäßen Solarzelle kann ein den ersten und zweiten Bereich 14 und 16 enthaltendes Halbleiterscheibchen in bekannter Weise durch Epitaxieoder Diffusions-Verfahren hergestellt werden. Die Dicke des ersten Bereichs 14 wird auf die ungefähre Diffusionslänge eines freien Elektrons im Halbleitermaterial des ersten Bereichs 14 abgestimmt, während die Dicke des zweiten Bereichs 16 auf ungefähr die Diffusionslänge eines Lochs bzw. Defektelektrons im Halbleitermaterial des zweiten Bereichs 16 angepaßt wird. Nachdem das flache Scheibchen hergestellt worden ist, wird eine Oxidschicht auf dem Scheibchen thermisch gewachsen. Die Oxidschicht wird dann an den Seitenflächen des flachen Scheibchens weggeätzt, so daß nur die erste und zweite Oxidschicht 22 bzw. 34 verbleiben. Als nächstes werden in den Oxidschichten die Öffnungen 24 und 30 gebildet, wozu bekannte Maskier- und Fotoresist-Techniken dienen. Danach wird der reflektierende Kontakt 34 hergestellt, wozu zunächst durch Vakuumverdampfen eine 100 S. dicke Chromschicht auf dem ersten Bereich 14 in den Öffnungen 30 und auf der zweiten Oxidschicht 28 niedergeschlagen werden. Danach wird eine Goldschicht durch Vakuumverdampfen auf der Chromschicht unter Füllung der Öffnungen 30 niedergeschlagen. Der Kontakt 32 wird dadurch hergestellt, daß zunächst eine Chrom- und dann eine Goldschicht auf dem zweiten Bereich 16 in den Öffnungen 24 und auf der ersten Oxidschicht 22 niedergeschlagen werden, wie dies zur Bildung des reflektierenden Kontakts 34 durchgeführt wurde. Schließlich

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werden mit Hilfe bekannter Fotoresist-Technologie die auf der ersten Oxidschicht 22 niedergeschlagenen Chrom- und Goldschichten weggeätzt, so daß nur noch der die Öffnungen 24 einnehmende Kontakt 32 verbleibt.

Beim beschriebenen Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Solarzelle 10 ist der erste Bereich 14 p-leitend und der zweite Bereich 16 η-leitend, jedoch liegt es im Rahmen der Erfindung, daß die Leitfähigkeiten der ersten und zweiten Bereiche demgegenüber umgekehrt sein können. Weiterhin brauchen die Öffnungen 24 und 30 nicht in einem Gittermuster angeordnet zu sein. Die Öffnungen 24 und und damit der Kontakt 32 und der auf dem ersten Bereich 14 befindliche reflektierende Kontakt 34 können in irgendeinem Muster vorgesehen werden, das eine Verteilung über die Oberflächen 20 und 26 bewirkt, wie beispielsweise als konzentrische Kreise, vom Zentrum des Bauteils 10 sich strahlenförmig ausdehnend, und durch einen gemeinsamen Kontakt miteinander verbunden. Das Muster des Kontakts 32 und des reflektierenden Kontakts 34 kann über die Oberflächen 20 bzw. 26 periodisch verlaufen,.

Vorzugsweise sind bei der erfindungsgemäßen Solarzelle die Musterteile des Kontakts 32 und des reflektierenden Kontakts 34 so bemessen bzw. ausgerichtet, daß die Verluste an möglicherweise zu absorbierender Sonnenstrahlung auf ein Minimum reduziert werden. Der Kontakt 32 verhindert das Sonnenlicht, das zuerst auf ihn fällt, daran, daß es in den Halbleiterkörper 12 gelangt. Im Körper 12 nicht absorbierte Sonnenstrahlung, die auf den Musterteil der reflektierenden Kontaktschicht 34 an der gegenüberliegenden Oberfläche 26 trifft, wird höchstwahrscheinlich nicht in den Körper 12 zurückreflektiert. Wie bereits erwähnt, kann durch Metall auf

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einer Halbleiterschicht eine Legierungszwischenschicht gebildet werden, die selbst einfallende Strahlung absorbiert. Obwohl die zuerst den Kontakt 32 treffende Sonnenstrahlung daran gehindert wird, in den Körper 12 einzutreten, wird somit dennoch dieser Verlust durch die Bemessung und Ausrichtung der Muster minimal gehalten, da die Möglichkeit, daß nicht absorbierte Strahlung in den Körper 12 zurückreflektiert wird, sehr gering ist, wenn solche Strahlung auf den Musterteil des reflektierenden Kontakts 34 trifft. Folglich führt die erfindungsgemäße Ausrichtung der beiden Muster aufeinander, nämlich fluchtend wie dargestellt, dazu, daß der Bereich des Bauteils 10 minimal gehalten wird, aus der Sicht einfallender Sonnenstrahlung, der ungewünschte Eigenschaften besitzt.

Obwohl aus der vorstehenden Beschreibung hinsichtlich der Form der Muster der beiden Kontakte 32 und 34 hervorgeht, daß diese in derselben Weise ausgebildet sein sollen, sei hier betont, daß es sich insoweit um eine Vorzugsausführung handelt, im Rahmen der Erfindung jedoch durchaus auch die Möglichkeit besteht, die Kontakte in unterschiedlichem Muster auszubilden.

In Fig. 3 ist ein zweites Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Sonnenzelle 110 dargestellt, Bei dieser Sonnenzelle 110 befindet sich ein Metallfilm 111 auf einer Oberfläche eines Halbleiterkörpers 114 unter Bildung einer dazwischenliegenden Grenzfläche 115° Der Metallfilm besitzt eine der Grenzfläche 115 gegenüberliegende Oberfläche 117. Die Oberfläche 117 ist die Fläche, auf die auf den Metallfilm 111 auftreffende Sonnenstrahlung einfällt. Der Halbleiterkörper 114 ist der aktive Bereich des Bauteils 110. Der Metallfilm 111 ist so dünn, daß er teilweise transparent gegenüber Sonnenstrahlung 140 ist; der Halbleiterkörper 114 besteht typischerweise aus

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einem Halbleitermaterial, wie Silizium mit n-Leitfähigkeit. Der Metallfilm 111 besteht vorzugsweise aus einem Metall, das einen Oberflächen-Sperrschicht-Übergang bildet, wie Gold oder Platin.

Auf einer der Grenzfläche 115 gegenüberliegenden Oberfläche 126 des Halbleiterkörpers 114 befindet sich eine unterbrochene Oxidschicht 128 mit Öffnungen 130, und zwar in derselben Art wie die erste Oxidschicht 28 und die Öffnungen 30 des ersten Ausführungsbeispiels„ Auf der Oxidschicht 128 und dem Halbleiterkörper 114 im Bereich der Öffnungen 130 befindet sich ein reflektierender Kontakt 134, der dem reflektierenden Kontakt 34 des ersten Ausführungsbeispiels der Erfindung entspricht. Das Muster der Öffnungen 130 und somit der Teil des reflektierenden Kontakts 134, der den Halbleiterkörper 114 berührt, kann irgendein Muster besitzen, das eine kontaktierende Verteilung über den Halbleiterkörper 114 ergibt, wie dies im Zusammenhang mit der Solarzelle 10 beschrieben wurde.

In der Halbleitertechnik ist es bekannt, daß ein Metallfilm auf einem Halbleiterkörper vorgesehen werden kann mit dem Resultat, daß ein gleichrichtender Metall-Halbleiter-Oberflächensperrschichtübergang entsteht. Solch eine Sperrschicht an der Grenzfläche eines Metallfilms mit einem Halbleiterkörper wird Schottky-Sperrschicht genannt. Der Halbleiterkörper besteht typischerweise aus einem Halbleitermaterial wie Silizium, Germanium oder einer Halbleiterverbindung der III-V-Gruppe. Die zweite Ausführungsform der Erfindung zielt darauf ab, an der Grenzfläche 115 eine Schottky-Sperrschicht vorzusehen, die sich in den Halbleiterkörper 114 erstreckt.

Während des Betriebs des zweiten erfindungsgemäßen Aus-

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führungsbeispiels wird ein Teil der die Einfallfläche oder Oberfläche 117 treffenden Sonnenstrahllang durch den teilweise transparenten Metallfilm 111 treten und in den Halbleiterkörper 114 gelangen. Im Halbleiterkörper 114 wird ein Teil der Sonnenstrahlung unter Bildung von Elektronen-Loch-Paaren absorbiert. Entsprechend der Leitfähigkeit des Halbleiterkörpers 114 werden Löcher oder Elektronen mit ausreichender Energie, die zur Schottky-Sperrschicht wandern, diese überschreiten und Strom erzeugen.

Die im Halbleiterkörper 114 nicht absorbierte Sonnenstrahlung gelangt an den reflektierenden Kontakt 134, von dem sie in den Halbleiterkörper 114 zurückreflektiert wird. Wenn diese in den Halbleiterkörper 114 zurückreflektierte Strahlung dann noch nicht absorbiert wird, trifft sie auf den teilweise transparenten Metallfilm 111. Da der Metallfilm 111 nur teilweise transparent für Sonnenstrahlung ist, wird nur ein Teil der auf ihn treffenden Sonnenstrahlung wieder zurück in den Halbleiterkörper 114 reflektiert. Somit besteht die Möglichkeit, daß nicht absorbierte Sonnenstrahlung mehr als zweimal den Halbleiterkörper 114 der Sonnenzelle 110 passiert.

Der reflektierende Kontakt 134 stellt einen elektrischen Kontakt dar, der über den Halbleiterkörper 114 verteilt ist, um für den darin erzeugten Strom einen Weg mit geringem Widerstand aus dem Halbleiterkörper 114 zu schaffen. Da der teilweise transparente Metallfilm 111 ununterbrochen auf dem Halbleiterkörper 114 vorgesehen ist, kann er sogar für den erzeugten Strom einen Weg niedrigeren Widerstandes darstellen als der reflektierende Kontakt 134, was von dem spezifischen Widerstand des verwendeten Metalls und der Dicke des teilweise transparenten Metallfilms 111 abhängt.

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Zur Herstellung der Solarzelle 110 wird ein Halbleiterscheibcheii von einem Block, z.B. aus Silizium, geschnitten. Nach dem Reinigen, Läppen und Polieren des Scheibchens zur Bildung des Halbleiterkörpers 114 wird auf eine Oberfläche des Halbleiterkörpers 114 eine dünne Metallschicht aus beispielsweise Gold oder Platin durch Vakuumverdampfen aufgebracht, um den teilweise transparenten Metallfilm 111 zu bilden. Der Metallfilm 111 ist ungefähr 100 Ä dick, so daß sichergestellt ist, daß er gegenüber Sonnenstrahlung die gewünschte Transparenz besitzt. Die Solarzelle 110 wird dadurch komplettiert, daß die Oxidschicht 128 und der reflektierende Kontakt 134 auf der dem teilweise transparenten Metallfilm 111 gegenüberliegenden Oberfläche des Halbleiterkörpers 114 vorgesehen wird, wie dies bei der Beschreibung der Herstellung des ersten Ausführungsbeispiels der Erfindung erläutert wurde.

Die Solarzelle! 10 und 110 besitzen insbesondere die Vorteile, daß nicht absorbierte Sonnenstrahlung mindestens zweimal durch den aktiven Bereich treten kann, und daß die elektrischen Kontakte für den im aktiven Bereich erzeugten Strom Pfade niedrigen Widerstandes aus diesem Bereich schaffen.

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Claims

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RCA Corporation, 30 Rockefeller Plaza, New York, N.Y. 10020 (V.St.A.)

Patentansprüche;

. 1.,' Solarzelle, bestehend aus einem Halbleiterkörper in einer Minoritätsträger, die durch die Absorption von Sonnenenergie im Körper erzeugt werden, sammelnden Ausbildung und einer darauf vorgesehenen Einfallfläche, durch die die Strahlung eintritt, gekennzeichnet durch einen Metallfilm in elektrischem Kontakt mit der Einfallfläche (20), eine unterbrochene Oxidschicht (28) auf einer Oberfläche (26) des Halbleiterkörpers (12) auf der der Einfallfläche (20) gegenüberliegenden Seite mit bis zur Oberfläche (26) durchreichenden Öffnungen (30), die in Form eines über die Oberfläche (26) verteilten Musters angeordnet sind, und durch einen reflektierenden Kontakt (34) auf der Oxidschicht (28) und auf der Oberfläche (26) in den musterförmigen Öffnungen (30).
2. Solarzelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß der Halbleiterkörper (12) einen ersten Bereich (14) eines Leitfähigkeitstyps und einen zweiten Bereich (16) eines gegenüber dem ersten Bereich entgegengesetzten Leitfähigkeitstyps mit einem dazwischen befindlichen pn-übergang (18) aufweist.
3. Solarzelle nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch eine unterbrochene Oxidschicht (22) auf der Einfallfläche (20) mit bis zur Einfallfläche (20) durchgehenden Öffnungen (24), die in Form eines über die Einfallfläche (20) verteilten Musters an-

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geordnet sind, und durch einen Kontakt (32) auf der Einfallfläche (20) in den musterförmigen Öffnungen (24).
4. Solarzelle nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 "bis

3, dadurch gekennzeichnet , daß die Öffnungen der Oxidschicht (28) auf der gegenüberliegenden Oberfläche (26) und der Oxidschicht (22) auf der Einfallfläche (20) im selben Muster ausgebildet und zueinander ausgerichtet bzw. fluchtend sind.
5. Solarzelle nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis

4, dadurch gekennzeichnet , daß das Muster der Öffnungen in beiden Oxidschichten gitterförmig (Grid) ist.
6. Solarzelle nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis

5, dadurch gekennzeichnet , daß das Muster der Öffnungen in beiden Oxidschichten periodisch ist.
7. Solarzelle nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis

6, dadurch gekennzeichnet , daß der erste Bereich (14) p-leitend und der zweite Bereich (16) η-leitend ist.
8. Solarzelle nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis

7, dadurch gekennzeichnet, daß die Oxidschichten (22, 28) aus Siliziumdioxid bestehen.
9. Solarzelle nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis

8, dadurch gekennzeichnet , daß sowohl der Kontakt (32) als auch der reflektierende Kontakt (34) aus Chrom und Gold bestehen.

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10. Solarzelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß der Metallfilm (111) einen Teil der Minoritätsträger sammelnden Ausbildung darstellt, teilweise transparent gegen Sonnenstrahlung ist und einen gleichrichtenden Oberflächen-Sperrschicht-Übergang mit dem Körper (114) bildet, der einen Leitfähigkeitstyp besitzt.
11. Solarzelle nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet , daß der teilweise transparente Metallfilm (11) ungefähr 100 & dick ist.

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