DE102009026411A1

DE102009026411A1 - Method for individualizing thin-film solar cells, involves degrading transparent conductive oxide layer along parting line in removal zone during removal step in base product with help of laser beam

Info

Publication number: DE102009026411A1
Application number: DE102009026411A
Authority: DE
Inventors: Roland Mayerhofer
Original assignee: Carl Baasel Lasertechnik GmbH and Co KG
Current assignee: Carl Baasel Lasertechnik GmbH and Co KG
Priority date: 2009-05-20
Filing date: 2009-05-20
Publication date: 2010-11-25

Abstract

The method involves degrading a transparent conductive oxide layer (10) along a parting line (5) in a removal zone during a removal step in a base product with the help of a laser beam. The base product contains thin-film solar cells. The base product is cut with another laser beam along the parting line. A slit is arranged within the removal zone spaced from its lateral edges.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Vereinzeln von Dünnschichtsolarzellen.The The invention relates to a method for separating thin-film solar cells.

Dünnschichtsolarzellen, beispielsweise sogenannte CIGS oder CIS-Solarzellen enthalten als photonenabsorbierende Halbleiterschicht einen auf der Basis von Kupfer Cu, und Indium In oder Gallium Ga und Schwefel S oder Selen Se bestehenden p-dotierten Halbleiter, auf den über eine Zwischenschicht aus Cadmiumsulfid CdS oder Zinkoxid ZnO eine als TCO-Schicht bezeichnete mit Aluminium Al n-dotierte Zinkoxidschicht aufgebracht ist, die zugleich als Vorderseitenkontakt dient. Diese Funktionsschichten sind in Dünnschicht-Technologie über eine als Rückseitenkontaktdienende dünne Molybdänschicht auf einem großflächigen folienartigen Träger, beispielsweise aus Metall, Glas oder aus einem Polymer aufgebracht. Durch entsprechende Verarbeitung dieser Funktionsschichten werden auf dem Träger eine Vielzahl von nebeneinander angeordneten Solarzellen erzeugt, die nachträglich voneinander getrennt, d. h. vereinzelt werden müssen. Hauptsächlich bei CIGS-Solarzellen, die auf etwa 50 μm dicken Stahlfolien aufgebracht sind, besteht das Problem, dass die beim Vereinzeln entstehenden Solarzellen durch den Trennvorgang kurzgeschlossen werden können. Dies ist sowohl dann der Fall, wenn das Trennen mit einem Laserschneidverfahren erfolgt, bei dem das Schmelzgut mit einem Gasstrahl ausgetrieben wird, als auch beim Abtragen mit einem von einem gütegeschalteten Laser erzeugten Laserstrahl. Selbst bei einem mechanischen Schneiden kann die oberste leitfähige TCO-Schicht mit dem metallischen Substrat oder der Molybdänschicht verschmieren und dadurch einen Kurzschluss herbeiführen.Thin film solar cells, For example, so-called CIGS or CIS solar cells contain as photon-absorbing Semiconductor layer one based on copper Cu, and indium In or gallium Ga and sulfur S or selenium Se existing p-doped semiconductor, on the over an intermediate layer of cadmium sulfide CdS or zinc oxide ZnO one referred to as TCO layer with aluminum Al n-doped zinc oxide layer is applied, which also serves as front side contact. These Functional layers are in thin-film technology over a as backside contact servant thin molybdenum layer on a large sheet-like Carrier, for example, made of metal, glass or applied from a polymer. By appropriate processing of these functional layers are on the carrier produces a multiplicity of solar cells arranged side by side, the later separated from each other, d. H. must be isolated. Mainly at CIGS solar cells, which are applied to 50 μm thick steel foils are the problem that arise when singulating Solar cells can be short-circuited by the separation process. This is both the case when cutting with a laser cutting process takes place, in which the melt expelled with a gas jet as well as when worn with one of a Q-switched Laser generated laser beam. Even with a mechanical cutting can the top conductive TCO layer with the metallic substrate or the molybdenum layer smear and cause a short circuit.

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zu Grunde, ein Verfahren zum Vereinzeln von Dünnschichtsolarzellen mit einer als Vorderseitenkontakt dienenden TCO-Schicht anzugeben, bei dem die vorstehend genannten Probleme beseitigt sind.Of the The invention is therefore based on the object, a method for Separation of thin-film solar cells indicate with a front-contact TCO layer, in which the above-mentioned problems are eliminated.

Die genannte Aufgabe wird gemäß der Erfindung gelöst mit einem Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruches 1. Bei diesem Verfahren wird in einem Abtragsschritt in ein die Dünnschichtsolarzellen enthaltendes Substrat mit einem ersten Laserstrahl die TCO-Schicht entlang einer Trennlinie in einer die Trennlinie beidseitig umgebenden Zone abgetragen und in einem Trennschnitt wird das Substrat mit einem zweiten Laserstrahl entlang der Trennlinie geschnitten, wobei eine dabei entstehende Schneidfuge innerhalb der beim Abtragen entstehenden Zone beabstandet von deren Rändern angeordnet ist. Mit anderen Worten: Die Breite der abgetragenen Zone ist größer als die Breite der Trennfuge, so dass sich die Trennfuge innerhalb der abgetragenen Zone befindet.The said object is according to the invention solved with a method having the features of claim 1. Bei This method is in a Abtragsschritt in a thin-film solar cells containing substrate with a first laser beam, the TCO layer along a dividing line in a line surrounding the dividing line on both sides Zone removed and in a separating cut the substrate with a second laser beam cut along the dividing line, wherein a resulting kerf within the resulting during ablation zone spaced from their edges is arranged. In other words, the width of the removed zone is bigger than the width of the parting line, so that the parting line within the removed zone is located.

Durch diese Maßnahme ist sichergestellt, dass unabhängig davon, in welcher Reihenfolge die beiden Laserbearbeitungsverfahren stattfinden, ein Kurzschluss der beim Vereinzeln entstehenden Solarzellen vermieden ist.By This measure is ensured that independent in which order the two laser processing methods take place, a short circuit of the resulting solar cells during separation is avoided.

Der Schneidprozess kann dabei sowohl mit einem kontinuierlichen Laserstrahl als auch vorzugsweise mit einem gepulsten Laserstrahl durchgeführt werden. Das Abtragen erfolgt vorzugsweise mit einem gepulsten Laserstrahl, wobei sich dessen Puls dauer vom Mikro-Sekundenbereich bis in den Femto-Sekundenbereich erstrecken kann.Of the Cutting process can be done both with a continuous laser beam and preferably with a pulsed laser beam. The removal preferably takes place with a pulsed laser beam, where its pulse duration from the micro-second range to the Femtosecond range can extend.

Zur weiteren Erläuterung der Erfindung wird auf das Ausführungsbeispiel der Zeichnung verwiesen. Es zeigen:to further explanation The invention is based on the embodiment referred to the drawing. Show it:

1 ein Dünnschichtsolarzellen enthaltendes Substrat, während eines Abtragsschrittes in einem schematischen Querschnitt, 1 a thin-film solar cell-containing substrate, during a removal step in a schematic cross-section,

2 das Substrat nach erfolgtem Trennschritt ebenfalls in einem schematischen Querschnitt. 2 the substrate after the separation step also in a schematic cross section.

1 zeigt den typischen Schichtaufbau eines eine Vielzahl von GIGS-Dünnschichtsolarzellen enthaltenden großflächigen Ausgangsproduktes. Auf einer Trägerfolie 2, die aus Metall, Glas oder Polymer bestehen kann, ist als sogenannter Rückseitenkontakt eine Molybdänschicht 4 aufgebracht. Darauf befindet sich die sogenannte CIGS-Schicht 6, auf der eine Pufferschicht 8 aus Cadmiumsulfid angeordnet ist. Der Front oder Vorderseitenkontakt wird durch eine TCO-Schicht 10 gebildet, wobei der sich der pn-Übergang zwischen der TCO-Schicht 10 und der CIGS-Schicht 6 befindet. Mit einem ersten Laserstrahl L1 wird nun in einem Abtragsschritt die TCO-Schicht entlang einer senkrecht zur Zeichenebene verlaufenden Trennlinie 5 in einer die Trennlinie beidseitig umgebenden, eine Breite B aufweisenden Abtragszone 12 vollständig abgetragen, wobei zum Sicherstellen eines vollständigen Abtrages ein Aufschmelzen der CIGS-Schicht 6 im Bereich der Vorderseite akzeptiert werden kann. 1 shows the typical layer structure of a large number of GIGS thin-film solar cells containing large-sized starting material. On a carrier foil 2 , which may consist of metal, glass or polymer, is a so-called back contact a molybdenum layer 4 applied. On it is the so-called CIGS layer 6 on which a buffer layer 8th is arranged from cadmium sulfide. The front or front contact is through a TCO layer 10 formed, which is the pn junction between the TCO layer 10 and the CIGS layer 6 located. With a first laser beam L1, the TCO layer is now in a removal step along a perpendicular to the plane of separation line 5 in a dividing line on both sides surrounding, a width B having Abtragszone 12 completely eroded, to ensure a complete Abtrag a melting of the CIGS layer 6 can be accepted in the area of the front.

Gemäß 2 wird das Ausgangsprodukt in einem Trennschritt mit einem zweiten Laserstrahl L2 entlang der Trennlinie 5 durchgeschnitten, wobei die Breite b der dabei entstehenden Trennfuge 14 kleiner ist als die Breite B der Zone 12. Die Trennfuge 14 ist innerhalb der Abtragszone 12 angeordnet, wobei sie derart in die Zone 12 mündet, dass zwischen ihren seitlichen Rändern und den seitlichen Rändern 16 der Abtragszone 12 ein Abstand Δ liegt, der ausreicht, um einen Kurzschluss zwischen der Molybdänschicht 4 und dem TCO-Frontseitenkontakt 10 zu verhindern.According to 2 the starting product is in a separation step with a second laser beam L2 along the parting line 5 cut through, the width b of the resulting parting line 14 smaller than the width B of the zone 12 , The parting line 14 is within the erosion zone 12 arranged, thus being in the zone 12 flows out that between its lateral edges and the lateral edges 16 the erosion zone 12 a distance Δ is sufficient to cause a short circuit between the molybdenum layer 4 and the TCO front-end contact 10 to prevent.

In 1 und 2 ist eine Prozessreihenfolge dargestellt, bei der in einem ersten Schritt der Abtrag der TCO-Schicht 10 erfolgt und in einem zweiten Schritt das Ausgangsprodukt durchgeschnitten wird. Grundsätzlich kann aber die Reihenfolge umgekehrt werden, in dem in einem ersten Schritt die Trennfuge eingebracht wird, zu deren beiden Seiten die an die Trennfuge angrenzende TCO-Schicht 10 entfernt wird. Beide Prozesse können grundsätzlich auch mit zueinander koaxialen oder nahe nebeneinander angeordneten Laserstrahlen L1 und L2 erfolgen, die mit derselben Fokussieroptik fokussiert werden. Dabei können beide Prozesse räumlich zueinander versetzt, aber eng benachbart gleichzeitig stattfinden.In 1 and 2 is shown a process sequence in which in a first step, the removal of the TCO layer 10 takes place and in a second step, the starting material is cut through. In principle, however, the order can be reversed, in which the parting line is introduced in a first step, to the two sides of which adjoins the parting line TCO layer 10 Will get removed. In principle, both processes can also be carried out with laser beams L1 and L2 which are coaxial with one another or are arranged close to one another and which are focused with the same focusing optics. Both processes can be spatially offset from each other, but close to each other at the same time.

Das erfindungsgemäße Verfahren ist nicht auf CiGS- oder CIS-Solarzellen beschränkt, sondern auch für Dünnschichtsolarzellen geeignet, die aus anderen Halbleitermaterialen, beispielsweise Cadmiumtellurid CdTe oder amorphes Silizium Si aufgebaut sind und bei denen als Frontkontakt eine leitfähige TCO-Schicht aufgebracht ist.The inventive method is not on CiGS or CIS solar cells limited, for .... As well thin Film solar Cells suitable, from other semiconductor materials, such as cadmium telluride CdTe or amorphous silicon Si are constructed and where as Front contact applied a conductive TCO layer is.

Claims

Verfahren zum Vereinzeln von Dünnschichtsolarzellen mit einer als Vorderseitenkontakt dienenden TCO-Schicht (10), bei dem in einem Abtragsschritt in ein die Dünnschichtsolarzellen enthaltendes Ausgangsprodukt mit einem ersten Laserstrahl (L1) die TCO-Schicht (10) entlang einer Trennlinie (5) in einer die Trennlinie (5) beidseitig umgebenden Abtragszone (12) abgetragen wird, und bei dem in einem Trennschritt das Ausgangsprodukt mit einem zweiten Laserstrahl (L2) entlang der Trennlinie (5) geschnitten wird, wobei eine dabei entstehende Trennfuge (14) innerhalb der beim Abtragen entstehenden Abtragszone beabstandet von deren seitlichen Rändern angeordnet ist.Method for separating thin-film solar cells with a front-contact TCO layer ( 10 ), in which in a removal step in a the thin-film solar cell-containing starting material with a first laser beam (L1), the TCO layer ( 10 ) along a dividing line ( 5 ) in a the dividing line ( 5 ) on both sides surrounding Abtragszone ( 12 ) is removed, and in which in a separation step, the starting product with a second laser beam (L2) along the dividing line ( 5 ) is cut, with a resulting parting line ( 14 ) is arranged spaced apart from the lateral edges thereof within the removal zone formed during the removal.

Verfahren nach Anspruch 1, bei dem der erste Laserstrahl gepulst ist.The method of claim 1, wherein the first laser beam is pulsed.

Verfahren nach Anspruch 2, bei dem der zweite Laserstrahl gepulst ist, wobei die Pulsdauer des ersten Laserstrahls kleiner ist als die Pulsdauer des zweiten Laserstrahls.The method of claim 2, wherein the second laser beam is pulsed, wherein the pulse duration of the first laser beam is smaller is the pulse duration of the second laser beam.