DE2639841A1 - Solarzelle und verfahren zu ihrer herstellung - Google Patents

Solarzelle und verfahren zu ihrer herstellung

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DE2639841A1 DE19762639841 DE2639841A DE2639841A1 DE 2639841 A1 DE2639841 A1 DE 2639841A1 DE 19762639841 DE19762639841 DE 19762639841 DE 2639841 A DE2639841 A DE 2639841A DE 2639841 A1 DE2639841 A1 DE 2639841A1
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Description

SIEMENS AKTIENGESELLSCHAFT , Unser Zeichen Berlin und München ^ VPA 76 P 7542 BRD
Solarzelle und Verfahren zu ihrer Herstellung
Die Erfindung bezieht sich auf eine Solarzelle, in deren Halbleiterkörper Zonen entgegengesetzter Dotierung einen pn-übergang bilden und jeweils mit einer Elektrode versehen sind. Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zur Herstellung einer solchen Solarzelle.
Solarzellen sind elektronische Halbleiterbauelemente, mit denen Sonnenlicht in elektrische Energie umgewandelt werden kann. Der Halbleiterkörper kann beispielsweise aus Silizium oder aus einer III-V-Verbindung wie Galliumarsenid bestehen und ist auf seiner der Strahlung zugewandten Vorderseite durch Diffusion mit einem großflächigen pn-übergang versehen. Als Elektroden zur Abnahme des an einem solchen Halbleiterkristall erzeugten Stromes dienen flächenhafte Metallkontakte auf der Rückseite und dünne metallische Kontaktstreifen auf der Vorderseite. Am pn-übergang wird im thermischen Gleichgewicht eine Diffusionsspannung erzeugt, deren Höhe durch die Störstellenkonzentration in den angrenzenden Zonen bestimmt wird. Sie bildet das innere Feld über der Raumladungszone der Grenzschicht. Treten nun Lichtquanten mit genügend großer Energie in einen solchen Halbleiter ein, so werden beiderseits des pn-Überganges zusätzlich Ladungsträgerpaare im Überschuß über das thermische Gleichgewicht erzeugt. Durch Diffusion bewegen sich dann die erzeugten Ladungsträger auf den pn-übergang zu und werden in dessen elektrischem Feld getrennt. Diese Separation bedeutet eine Reduzierung des
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inneren Potentials. Die Differenz zum Potential des thermischen Gleichgewichts erscheint als eine Fotospannung, wobei in einem an den Halbleiterkristall angelegten äußeren Laststromkreis dann ein Ladungsausgleich unter Abgabe von elektrischer Energie erfolgt. (
Solarzellen werden bekanntlich unter dem Gesichtspunkt gestaltet, daß möglichst viele Photonen in den Halbleiter eindringen können und daß die Zahl der den pn-Ubergang erreichenden Ladungsträger sowie die abgebbare Leistung möglichst groß werden. Die dem Licht zugewandte, im allgemeinen n-leitende Zone des Halbleiterkörpers, die weniger degradiert als eine p-leitende Zone, wird deshalb möglichst dünn gewählt, damit ein hoher Prozentsatz des in der sehr dünnen Halbleiterschicht absorbierten Lichtes zur Energieumwandlung beiträgt. Die Konversionslänge ist dann ungefähr gleich der Diffusionslänge. Ferner wird der Schichtwiderstand dieser η-leitenden Zone klein gewählt, damit nicht durch einen zu großen Serien- bzw. Innenstand der Wirkungsgrad der Solarzellen herabgesetzt wird. Außerdem wird zweckmäßig ein Ausgangsmaterial mit einem spezifischen Widerstand zwischen 1 und 10 Ohmcm gewählt. Die aus solchen Materialien hergestellten Zellen degradieren unter Korpuskularstrahlung nur wenig. Ferner ist dann die Lebensdauer der Minoritätsträger und somit die Diffusionslänge ausreichend groß, so daß ein erheblicher Anteil der erst weiter innen auf der der Lichteinstrahlrichtung abgewandten Seite des pn-Überganges absorbierten Lichtquanten Ladungsträger erzeugt, die den pn-Ubergang noch erreichen können.
Von dem auf eine Halbleiteroberfläche einer Solarzelle einfallenden Licht wird ein großer Anteil reflektiert, der beispielsweise bei einer ebenen Siliziumoberfläche bis zu 32 % betragen kann. Die bekannten Solarzellen sind deshalb im allgemeinen mit Schichten von geeigneter Dicke aus einem Material mit einem angepaßten Brechungsindex versehen, um die Reflexionsverluste auf einen vernachlässigbaren Betrag zu begrenzen (DT-OS 1 934 751).
Solarzellen enthalten im allgemeinen einen flachen Halbleiter-
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körper mit einer Dicke von einigen 100 /um, beispielsweise 350 /um, aus einkristallinem, p-leitendem Silizium, in dessen Oberseite eine dünne η-leitende Zone mit geringer Dicke von beispielsweise 0,3 /um eindiffundiert ist. Die Herstellung solcher Siliziurablättchen ist jedoch sehr aufwendig und kostspielig, so daß die Energiegewinnung mit entsprechenden/Zellen wesentlich teurer als andere Energiegewinnungsmethoden ist.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es deshalb, eine Solarzelle zu schaffen, die kostengünstiger produziert werden kann, und deren Wirkungsgrad gegenüber den bekannten Solarzellen weiter erhöht ist. · ·.
Diese Aufgabe wird für eine Solarzelle der eingangs genannten Art dadurch gelöst, daß ihr Halbleiterkörper aus auf einer Substratfläche aufgewachsenen Halbleiterwhiskern besteht.
Unter einem Whisker ist dabei ein Fadenkristall hoher Festigkeit von einigen /um Durchmesser und Längen bis zu einigen cm zu verstehen. Seine Struktur ist in der Regel einkristallin mit nahezu idealem Gitteraufbau.
Unter einem Substrat ist mindestens ein das Whiskerwachstum bzw. die Whisfcerkeimbildung begünstigendes Material zu verstehen, auf dessen einer Oberfläche in einem Reaktionsraum die Whisker gezüchtet werden können. Obwohl das Substrat in Teilchenform,
beispielsweise als Staub, Whiskerfragmente oder andere Materiali- ; en, vorliegen kann, sind bevorzugte Substrate hitzebeständige Materialien wie Aluminiumoxid oder -silikat, die üblicherweise in Blatt- oder Rohrform verwendet werden. Einzelheiten über Whisker-Züchtungsverfahren sind beispielsweise dem Bueh "Whisker Technology", New York 1970, Hrsg. A.P.Levitt, Verlag Wiley-Interscience zu entnehmen.
Die Vorteile der Solarzelle nach der Erfindung bestehen insbesondere darin, daß die für diese Zelle vorgesehenen Whisker einkristallin sind und somit einen hohen Wirkungsgrad der Zelle
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ermöglichen. Das große Verhältnis Oberfläche-zu-Volumen der Whisker, das zu einem besonders großflächigen pn-übergang der Zelle führt, bewirkt eine hohe Steigerung der Quantenausbeute im Vergleich zu einer ebenen Fläche. Darüber hinaus können solche Whisker nahezu reflexionsfrei die Strahlung absorbieren. Eine Antireflexionsschicht wie bei den bekannten Solarzellen ist deshalb nicht erforderlich. Da die Absorptionstiefe etwa gleich der Diffusionslänge der Ladungsträgerpaare in dem Whiskermaterial gewählt werden kann, ist damit eine Materialeinsparung bei Erhöhung der Quantenausbeute und des Wirkungsgrades verbunden. Ferner ist eine Fertigung der Solarzellen nach der Erfindung am Band durch eine Hintereinanderschaltung aller dafür vorzusehenden Prozesse möglich. Eine solche Fertigung ist verhältnismäßig kostengünstig.
Bei den bekannten Solarzellen dienen als Elektrode auf der Lichtseite des Halbleiterkörpers Fingerkontakte, die eine möglichst große Oberfläche für den Lichtdurchtritt freilassen (Deutsche Offenlegungsschrift 2 048 451). Solche Kontakte werden für die Solarzelle nach der Erfindung zweckmäßigerweise nicht verwendet, da mit diesen Kontakten die gesamte Oberfläche aller Whisker nicht erfaßt werden kann. Gemäß einer Weiterbildung der Solarzelle nach der Erfindung ist deshalb vorgesehen, daß die Oberflächen der Halbleiterwhisker mit einer Sdicht aus einem transparenten, elektrisch leitenden Material versehen sind. Geeignete Materialien sind beispielsweise mit Antimon dotiertes Zinnoxid SnO- (Sb) oder mit Zinn dotiertes Indiumoxid InJ^-, (Sn). . Ihre Durchlässigkeit im sichtbaren Bereich des Spektrums beträgt mehr als 80 %. Da bei den Whiskern keine Antireflexschichten erforderlich sind, ist eine Anwendung solcher transparenter Schichten möglich. Die Whisker können zumindest großenteils mit diesen Schichten überzogen werden, so daß ein entsprechend hoher Prozentsatz der an die Oberfläche gelangenden Ladungsträger erfaßt wird.
Diese lichtdurchlässigen, elektrisch leitenden Schichten, die als eine der beiden Elektroden der Solarzelle dienen, können
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vorteilhaft durch Kathodenzerstäubung (Sputtern), Bedampfen oder Ionenplattieren auf die Oberflächen der Halbleiterwhisker aufgebracht werden. Mit diesen Techniken läßt sich eine verhältnismäßig gleichmäßige Schichtdicke auf der gesamten Whiskeroberfläche, so insbesondere an den Spitzen der Whisker, erreichen.
Gemäß einer Weiterbildung der Solarzelle nach der Erfindung kann vorteilhaft das Substrat und/oder ein Träger, auf dem das Substrat aufgebracht ist, aus einem elektrisch gut leitenden Material bestehen. Das Substrat bzw. der Träger kann dann zugleich als Elektrode auf der der Strahlung abgewandten Seite der Solarzelle dienen.
Ferner kann vorteilhaft für Solarzellen mit Silizium-Halbleiterwhiskern als Substrat polykristallines Silizium vorgesehen sein. Auf diesem verhältnismäßig kostengünstigen Material lassen sich besonders defektfreie, einkristalline Whisker züchten.
Zum Züchten derHalbleiterwhisker einer Solarzelle nach der Erfindung kann vorteilhaft der sogenannte Vapor-Liquid-Solid-Mechanismus (VLS-Mechanismus) vorgesehen werden, der aus der Zeitschrift "Transactions of the Metallurgical Society of AIME", Band 233, Juni 1965, Seiten 1053 - 1064 bekannt ist. Gemäß diesem Kristallzüchtungsmechanismus wird das zu kristallisierende Material aus der Gasphase in einer vorbestimmten Menge eines auf dem Substrat aufgebrachten Metalls, in welchem das zu kristallisierende Material löslich ist und das als Agens bezeichnet wird, aufgenommen. Während der Abscheidung wird bei einer entsprechenden vorgegebenen Temperatur mit dem zu kristallisierenden Material eine Legierung gebildet, die sich bei weiterer Abscheidung dieses Materials sättigt. Ea kommt so zu einer Übersättigung und Ausscheidung des Materials auf dem Substrat und schließlich zum Wachstum der Whisker mit dem flüssigen Agens auf deren Spitzen.
Das Kristallwachstum ist dabei stark anisotrop, d.h. es erfolgt nahezu in einer Richtung senkrecht zur Substratoberfläche, weil
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ι. seiner Bestand-
die Aufnahme des kristallisierenden Materials bzw. teile aus der Gasphase bevorzugt an der freien Oberfläche der flüssigen Metallphase stattfindet, während die Abscheidung aus der flüssigen Metallphase nur an der Grenzfläche zwischen Tropfen und Substrat erfolgt.
Mit dem genannten Verfahren kann vorteilhaft eine große Fläche mit Whiskern versehen werden. Die Herstellung der Solarzellen nach der Erfindung ist dementsprechend kostengünstig.
Zur Herstellung von Solarzellen nach der Erfindung mit Halbleiterwhiskern aus einer III-V-Verbindung oder aus einer ternären Legierung mit einer solchen Verbindung kann vorteilhaft als Agens der erste Partner dieser Verbindung bzw. Legierung verwendet werden. Solche Verbindungen können insbesondere die Gallium-Verbindungen Galliumarsenid (GaAs), Galliumphosphid (GaP) oder die ternäre Verbindung Galliumarsenidphophid (Ga(As. P)) sowie die Verbindungen Indiumphosphid (lnP),Cadmiumtellurid (CdTe), Aluminiumantimonid (AlSb) und Cadmiumsulfid (CdS) sein. Mit Kristallen aus diesen Materialien lassen sich Solarzellen herstellen, deren Wirkungsgrade höher als vergleichsweise der Wirkungsgrad der Solarzellen mit Siliziumhalbleiterwhiskern ist, da die Bandlücke dieser Materialien näher bei der für Solarzellen optimalen Bandlücke von etwa 1,5 eV liegt als die Bandlücke von Silizium. Da der erste Verbindungspartner dieser Verbindungen zugleich als Agens dienen kann, ist die Gefahr gering, daß in die Whiskerkristalle Fremdsubstanzen, die zu einer Verringerung des Wirkungsgrades der Solarzellen führen, eingebaut werden.
Zur weiteren Erläuterung der Erfindung und deren in den Unteransprüchen gekennzeichneten Weiterbildungen wird auf die Zeichnung Bezug genommen, in deren Figur schematisch eine Whiskersolarzelle gemäß der Erfindung veranschaulicht ist.
Die als Querschnitt nur teilweise in der Figur gezeigte Solarzelle enthält eine Substratfläche 2, auf der eine Vielzahl von ein-
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kristallinen Halbleiterwhiskern steht. In der Figur sind nur acht parallel nebeneinander angeordnete, gleichgroße Whisker 4 dargestellt. Ihre Höhen und ihre Durchmessern, die beispielsweise in der Größenordnung von 100 /um bzw. einigen /um liegen, können jedoch unterschiedlich sein. Darüber hinaus können die Whisker auch einen veränderlichen Querschnitt über ihre Höhe gesehen aufweisen.
Die Solarzelle ist bezüglich einer durch einzelne Pfeile 5 dargestellten einfallenden Sonnenlichtstrahlung so ausgerichtet, daß ihre Whisker 4 im wesentlichen entgegen der Einfallsrichtung dieser Strahlung gerichtet sind. Es wird so erreicht, daß die Strahlung praktisch vollständig von den Whiskern absorbiert werden kann.
Aufgrund der spektralen Zusammensetzung des Sonnenlichts müßte die optimale Bandlücke des für die Solarzelle verwendeten Whisker-Materials, in Elektronenvolt (eV) gemessen, bei ungefähr 1,5 eV liegen. Die Bandlücke des Silziums ist ungefähr 1,1 eV, so daß die von einer Silizium-Solarzelle hervorgerufene Ausgangsspannung entsprechend klein ist und der Wirkungsgrad der Energieumwandlung einer solchen Zelle in der Größenordnung von etwa 11 % liegt. Man ist deshalb bestrebt, für Solarzellen Materialien mit größeren Bandlücken zu verwenden. Solche Materialien sind beispielsweise bestimmte halbleitende III-V-Verbindungen oder auch ternäre Legierungen mit solchen Verbindungen. So hat z.B. Gallium-Arsenid eine Bandlücke von ungefähr 1,4 eV.
Die Züchtung der Whisker 4 auf dem Substrat 2 erfolgt vorteilhaft nach dem bekannten VLS-Mechanismus. Das entsprechende Verfahren ist beisptelswejiire für Si und insbesondere auch für GaAs, GaP, Ga(As1 p) anwendbar. Während im Falle des Siliziums als Agens Au, Pt, Pd ,.Ni, Cu oder Ag verwendet werden'?.kann, dient bei den genannten Gallium-Verbindungen vorteilhaft das Ga salbst als Agens. Weitere hochwirksame Verbindungen mit großen Bandlücken sind InP, CdTe, AlSb und CdS, auf die ebenfalls das VLS-Verfahren anwendbar 1st. Auch bei diesen Verbindungen ist ein Fremdmaterial-
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Agens nicht erforderlich, so daß als Agens der erste Verbindungspartner, d.h. In, Cd, Al bzw. Cd dienen kann. Ferner lassen sich mit dem bekannten Verfahren auch Ge-Whisker züchten, wobei Au ebenfalls als Agens verwendet wird. 5
Bei dem bekannten VLS-Verfahren sind die Wachstumsbedingungen der Whisker in einem dazu vorgesehenen Reaktionsraum stark von der Substrattemperatur abhängig. Ebenso starken Einfluß hat auch die Aufdampfrate oder der Grad der Übersättigung des Dampfes in dem Reaktionsraum. Der Whiskerdurchmesser hängt im wesentlichen von der Teilchengröße des Agensmaterials und der Temperatur ab. So führen steigende Temperaturen aufgrund besserer Benetzung der Substratfläche zu größeren Whiskerdurchmessern. Das Agensmaterial kann beispielsweise durch Masken an spezielle Punkte auf der Substratoberfläche aufgebracht oder auch in einfacher Weise auf dem Substrat aufgedampft werde». Während des Aufdampfens oder des Aufheizens des Substrates bilden sich dann kleine Tropfen auf der Substratoberfläche. Die Tropfengröße ist z.B. abhängig von der Schichtdicke des aufgedampften Materials.
Mit dem bekannten Verfahren lassen sich Whiskerdichten von beispielsweise 10 /cm erreichen. Dies entspricht einer mittleren Whiskerdistanz von 100 /um bei einer.rechtwinkligen Anordnung.
Als Material für das Substrat 2 sind alle das Whiskerwachstum bzw. die Whiskerkeimbildung begünstigenden Stoffe geeignet. So können beispielsweise zur Züchtung von Silizium-Whiskern ein- oder auch polykristalline Silizium-Substrate vorgesehen werden.
Wie in der Figur dargestellt ist, sind solche|elektrisch nichtleitendenSubstrate vorteilhaft auf einem elektrisch leitenden Trägerkörper 6 aufgebracht, der zugleich als Elektrode dienen kann. Vorteilhaft können auch elektrisch leitende Metallbänder als Substratkörper und zugleich Elektrode vorgesehen werden.
Im Falle einer Siliziumwhiskerzüchtung kann ein solches Band beispielsweise aus einem kohlenstofffreien Stahl bestehen.
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~'*~--. 76P7542BRD Eine Dotierung der nach dem VLS-Verfahren gezüchteten Whisker läßt sich gemäß bekannter Techniken ausführen. So kann beispielsweise eine p-Dotierung von Silizium-Whiskern nach deren Züchtung oder gegebenenfalls auch während ihrer Züchtung mit Bor oder Aluminium erfolgen. Daran anschließend wird zur Ausbildung einer η-leitenden Rand zone 8 an der Oberfläche dieser nunmehr p-leitenden Whisker eine Dotierung entgegengesetzten Typs vorgenommen/beispielsweise durch '■ Eindiffusion von Phosphor aus der Gasphase in die Oberfläche bis zu einer Tiefe, die etwa der Diffusionslänge entspricht. Die verbleibenden p-leitenden Schichten der Whisker sind in der Figur mit 9 bezeichnet. Der zwischen den n- und p-leitenden Zonen 8 und 9 ausgebildete pnübergang ist in der Figur durch eine gestrichelte Linie 10 angedeutet. Die Tiefenlage dieses pn-überganges 10 läßt sich in bekannter Weise durch die Diffusionsbedingungen, beispielsweise durch die Diffusionszeit, die Diffusionstemperatur oder den Gasstrom einstellen.
Obwohl von einer η-Dotierung der oberflächenriahen Randzone 8 und einer p-Dotierung der darunterliegenden Zone 9 ausgegangen ist, kann in bekannter Weise ebensogut die Dotierung der beiden Zonen auch umgekehrt erfolgen.
Zur Ausbildung einer dem einfallenden Licht zugewandten Elektrode der Solarzelle nach der Erfindung ist die Oberfläche der Whisker 4 mit einer Schicht 12 aus einem lichtdurchlässigen Material. Überzogen, das zugleich elektrisch leitend ist. Vorteilhaft werden solche Materialien vorgesehen* die nur einen geringen Bruchteil der Energie der eingefallenen Strahlung absorbieren. Solche Materialien sind beispielsweise mit Antimon dotiertes Zinn SnO2(Sb) oder auch mit Zinn dotiertes Indiumoxid In2O,(Sn). Geeignete Techniken zum Aufbringen dieser Schichten sind z.B. das sogenannte Kathodenzerstäubungsverfahren (Sputtern), das in der Zeitschrift »Vakuumtechnik11, 24.Hg., 1975, Heft 1, Seiten 1 bis 11 beschrieben ist. Die Schichten können auch aufgedampft oder mittels Ionnenplattieren aufgebracht werden, wobei die Materialien verdampft werden, der Dampf durch eine Plasmaentladung
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teilweise ionisiert und der ionisierte Anteil im Dampf auf elektrostatischem Wege mit dem neutralen Dampf abgeschieden wird.
10 Patentansprüche
1 Figur
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Claims (10)

  1. Patentansprüche
    Solarzelle., in deren Halbleiterkörper Zonen entgegengesetzter dotierung einen pn-übergang bilden und Jeweils mit einer Elektrode versehen sind, dadurch gekennzeichnet, daß der Halbleiterkörper aus auf einer Substratfläche (2) aufgewachsenen, einkristallirien Halbleiterwhiskern".(4) besteht.
  2. 2. Solarzelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberflächen der HalbleiterwMsker (4) mit einer Schicht (12) aus einem transparenten, elektrisch leitenden Material versehen sind.
  3. 3. Solarzelle nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Material für die Schicht (12) mit Antimon dotiertes Zinnoxid oder mit Zinn dotiertes Indiumoxid vorgesehen ist.
  4. 4. Solarzelle nach einem der Ansprüche 1 bis 3 mit Silizium-Halblei terwhiskern, dadurch gekennzeichnet, daß das Substrat (2) eine auf einem Träger (6) aufgebrachte Silizium-Schicht ist,
  5. 5. Solarzelle nach einem der Ansprüche 1 bis 4 mit Silizium-Halbleiterwhiskern, dadurch gekennzeichnet, daß als Substrat (2) polykristallines Silizium vorgesehen ist.
  6. 6. Solarzelle nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Substrat (-2) und/oder der Träger (6), auf dem das Substrat aufgebracht ist, aus einem elektrisch gut-leitenden Material besteht.
  7. 7. Verfahren zur Herstellung von Solarzellen nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Halbleiterwhisker nach dem Vapor-Liquid-Solid-Verfahren (VLS--Verfahren) gezüchtet werden.
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  8. 8. Verfahren nach Anspruch 7 mit Halbleiterwhiskern aus einer
    Ill-V-Verbindung oder einer ternären Legierung mit den Partnern einer IH-V-Verbindung, dadurch gekennzeichnet, daß als Agens der erste Partner dieser Verbindung bzw. Legierung verwendet wird.
  9. 9. Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß die gezüchteten, noch undotierten Whisker zunächst p- oder n-dotiert und daran anschließend im oberflächennahen Bereich bis zu einer Tiefe, die etwa der Diffusionslänge entspricht, n- bzw. p-dotiert werden.
  10. 10. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß auf den Oberflächen der Halbleiterwhisker elektrisch leitende Schichten durch Sputtern, Bedampfen oder Ionenplattieren aufgebracht werden.
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DE2639841A DE2639841C3 (de) 1976-09-03 1976-09-03 Solarzelle und Verfahren zu ihrer Herstellung
US05/827,026 US4099986A (en) 1976-09-03 1977-08-23 Solar cell comprising semiconductive whiskers
GB36073/77A GB1529139A (en) 1976-09-03 1977-08-26 Photovoltaic cell and a method of manufacturing such a cell
JP10413077A JPS5331987A (en) 1976-09-03 1977-08-30 Solar battery and method of producing same
CA285,904A CA1090455A (en) 1976-09-03 1977-08-31 Solar cell and method for the manufacture thereof
FR7726459A FR2363898A1 (fr) 1976-09-03 1977-08-31 Pile solaire et procede pour la fabrication de celle-ci
US05/894,145 US4155781A (en) 1976-09-03 1978-04-06 Method of manufacturing solar cells, utilizing single-crystal whisker growth

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DE2639841A1 true DE2639841A1 (de) 1978-04-20
DE2639841B2 DE2639841B2 (de) 1980-02-14
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JP (1) JPS5331987A (de)
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DE (1) DE2639841C3 (de)
FR (1) FR2363898A1 (de)
GB (1) GB1529139A (de)

Families Citing this family (51)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4252865A (en) * 1978-05-24 1981-02-24 National Patent Development Corporation Highly solar-energy absorbing device and method of making the same
US4187126A (en) * 1978-07-28 1980-02-05 Conoco, Inc. Growth-orientation of crystals by raster scanning electron beam
JPS608574B2 (ja) * 1978-08-12 1985-03-04 大阪大学長 イオン源用半導体エミツタ−
US4268711A (en) * 1979-04-26 1981-05-19 Optical Coating Laboratory, Inc. Method and apparatus for forming films from vapors using a contained plasma source
US4352948A (en) * 1979-09-07 1982-10-05 Massachusetts Institute Of Technology High-intensity solid-state solar-cell device
US5767559A (en) * 1991-05-24 1998-06-16 Fuji Xerox Co., Ltd. Thin film type photoelectric conversion device
JP2697474B2 (ja) * 1992-04-30 1998-01-14 松下電器産業株式会社 微細構造の製造方法
JP2787550B2 (ja) * 1994-11-10 1998-08-20 仗祐 中田 球状結晶の製造方法
KR100294057B1 (ko) * 1995-08-22 2001-09-17 모리시타 요이찌 실리콘 구조체층을 포함하는 반도체 장치, 그 층의 제조방법 및 제조장치와 그 층을 이용한 태양전지
US6147372A (en) * 1999-02-08 2000-11-14 Taiwan Semiconductor Manufacturing Company Layout of an image sensor for increasing photon induced current
AUPR174800A0 (en) * 2000-11-29 2000-12-21 Australian National University, The Semiconductor processing
US6882051B2 (en) * 2001-03-30 2005-04-19 The Regents Of The University Of California Nanowires, nanostructures and devices fabricated therefrom
US20040154656A1 (en) * 2003-02-10 2004-08-12 Science & Technology Corporation @ Unm Nuclear radiation fueled power cells
EP1866972A4 (de) * 2005-03-01 2017-05-03 Georgia Tech Research Corporation Dreidimensionale photovoltaische vorrichtung mit mehreren verbindungen
US20060207647A1 (en) * 2005-03-16 2006-09-21 General Electric Company High efficiency inorganic nanorod-enhanced photovoltaic devices
DE102005029162B4 (de) * 2005-06-23 2012-12-27 Wilfried von Ammon Solarzelle mit einer Whisker-Struktur und Verfahren zu deren Hestellung
JP5324222B2 (ja) * 2005-08-22 2013-10-23 キュー・ワン・ナノシステムズ・インコーポレイテッド ナノ構造およびそれを実施する光起電力セル
JP5925861B2 (ja) * 2005-08-24 2016-05-25 ザ トラスティーズ オブ ボストン カレッジＴｈｅ Ｔｒｕｓｔｅｅｓ Ｏｆ Ｂｏｓｔｏｎ Ｃｏｌｌｅｇｅ ナノスケール共金属構造を用いて光を操作するための装置および方法
US20070295399A1 (en) * 2005-12-16 2007-12-27 Bp Corporation North America Inc. Back-Contact Photovoltaic Cells
US20070137692A1 (en) * 2005-12-16 2007-06-21 Bp Corporation North America Inc. Back-Contact Photovoltaic Cells
US20080008844A1 (en) * 2006-06-05 2008-01-10 Martin Bettge Method for growing arrays of aligned nanostructures on surfaces
WO2008057629A2 (en) * 2006-06-05 2008-05-15 The Board Of Trustees Of The University Of Illinois Photovoltaic and photosensing devices based on arrays of aligned nanostructures
US8039834B2 (en) * 2006-06-13 2011-10-18 Georgia Tech Research Corporation Nanogenerator comprising piezoelectric semiconducting nanostructures and Schottky conductive contacts
JP2008028118A (ja) * 2006-07-20 2008-02-07 Honda Motor Co Ltd 多接合型太陽電池の製造方法
US7893348B2 (en) * 2006-08-25 2011-02-22 General Electric Company Nanowires in thin-film silicon solar cells
EP1892769A2 (de) * 2006-08-25 2008-02-27 General Electric Company Nanodraht-Photovoltaikgeräte mit konformem Einzelübergang
US7977568B2 (en) * 2007-01-11 2011-07-12 General Electric Company Multilayered film-nanowire composite, bifacial, and tandem solar cells
US20090179523A1 (en) * 2007-06-08 2009-07-16 Georgia Tech Research Corporation Self-activated nanoscale piezoelectric motion sensor
DE102007051603A1 (de) * 2007-10-23 2009-04-30 Mannesmann Fuchs Rohr Gmbh Anlage zur Umwandlung von Solarenergie in elektrische Energie
US8592675B2 (en) * 2008-02-29 2013-11-26 International Business Machines Corporation Photovoltaic devices with enhanced efficiencies using high-aspect-ratio nanostructures
CN101960611B (zh) * 2008-02-29 2013-01-23 国际商业机器公司 具有高纵横比纳米结构的光伏装置
US8022601B2 (en) * 2008-03-17 2011-09-20 Georgia Tech Research Corporation Piezoelectric-coated carbon nanotube generators
US8143143B2 (en) 2008-04-14 2012-03-27 Bandgap Engineering Inc. Process for fabricating nanowire arrays
US20100326503A1 (en) * 2008-05-08 2010-12-30 Georgia Tech Research Corporation Fiber Optic Solar Nanogenerator Cells
US7705523B2 (en) * 2008-05-27 2010-04-27 Georgia Tech Research Corporation Hybrid solar nanogenerator cells
US8294141B2 (en) * 2008-07-07 2012-10-23 Georgia Tech Research Corporation Super sensitive UV detector using polymer functionalized nanobelts
JP2010028092A (ja) * 2008-07-16 2010-02-04 Honda Motor Co Ltd ナノワイヤ太陽電池及びその製造方法
US20100012190A1 (en) * 2008-07-16 2010-01-21 Hajime Goto Nanowire photovoltaic cells and manufacture method thereof
US8211735B2 (en) * 2009-06-08 2012-07-03 International Business Machines Corporation Nano/microwire solar cell fabricated by nano/microsphere lithography
US9202954B2 (en) * 2010-03-03 2015-12-01 Q1 Nanosystems Corporation Nanostructure and photovoltaic cell implementing same
JP2012023342A (ja) * 2010-06-18 2012-02-02 Semiconductor Energy Lab Co Ltd 光電変換装置及びその作製方法
WO2011158722A1 (en) 2010-06-18 2011-12-22 Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. Photoelectric conversion device and manufacturing method thereof
US9076909B2 (en) 2010-06-18 2015-07-07 Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. Photoelectric conversion device and method for manufacturing the same
JP2012023343A (ja) * 2010-06-18 2012-02-02 Semiconductor Energy Lab Co Ltd 光電変換装置及びその作製方法
JP5792523B2 (ja) * 2010-06-18 2015-10-14 株式会社半導体エネルギー研究所 光電変換装置の作製方法
CN102054890B (zh) * 2010-10-29 2013-01-02 中国科学院半导体研究所 一种单晶薄膜异质结太阳电池及其制备方法
JP5920758B2 (ja) * 2011-03-02 2016-05-18 本田技研工業株式会社 ナノワイヤ太陽電池
US20130220406A1 (en) * 2012-02-27 2013-08-29 Sharp Kabushiki Kaisha Vertical junction solar cell structure and method
US9082911B2 (en) 2013-01-28 2015-07-14 Q1 Nanosystems Corporation Three-dimensional metamaterial device with photovoltaic bristles
US9954126B2 (en) 2013-03-14 2018-04-24 Q1 Nanosystems Corporation Three-dimensional photovoltaic devices including cavity-containing cores and methods of manufacture
US20140264998A1 (en) 2013-03-14 2014-09-18 Q1 Nanosystems Corporation Methods for manufacturing three-dimensional metamaterial devices with photovoltaic bristles

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
BE624959A (de) * 1961-11-20
US3233111A (en) * 1962-05-31 1966-02-01 Union Carbide Corp Silicon whisker photocell with short response time
US3278337A (en) * 1962-08-24 1966-10-11 Int Rectifier Corp Device for converting radiant energy into electrical energy
US3418170A (en) * 1964-09-09 1968-12-24 Air Force Usa Solar cell panels from nonuniform dendrites
US3984256A (en) * 1975-04-25 1976-10-05 Nasa Photovoltaic cell array
US3985579A (en) * 1975-11-26 1976-10-12 The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Air Force Rib and channel vertical multijunction solar cell

Also Published As

Publication number Publication date
FR2363898B1 (de) 1980-07-11
GB1529139A (en) 1978-10-18
DE2639841B2 (de) 1980-02-14
FR2363898A1 (fr) 1978-03-31
CA1090455A (en) 1980-11-25
JPS5331987A (en) 1978-03-25
US4099986A (en) 1978-07-11
DE2639841C3 (de) 1980-10-23

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