DE102009041905B4 - Verfahren zur seriellen Verschaltung von Dünnschichtsolarzellen - Google Patents
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Abstract
Description
- Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Verschaltung von Dünnschichtsolarzellen zur Herstellung von Solarmodulen.
- Es ist bereits bekannt, Dünnschichtsolarzellen unterschiedlichen Aufbaus herzustellen. Sie können auf starre Träger, beispielsweise Glas, aber auch auf Folien, also dünne, flexible Träger aus Metall oder Polymer, abgeschieden werden. Der prinzipielle Aufbau einer Dünnschichtsolarzelle ist in
1 ), die metallische Rückkontaktschicht (2 ), der im Beispiel im Wesentlichen eine Molybdänschicht umfasst, die Absorberschicht aus zum Beispiel CIGS (3 ), eine Pufferschicht aus zum Beispiel Cadmiumsulfid (4 ), einen Tunnelkontakt aus zum Beispiel intrinsischem Zinkoxid und die transparente Vorderseitenelektrode, die aus einem transparenten oxidischen Leiter wie beispielsweise Indiumzinnoxid (ITO – indium tin oxide) oder aluminiumdotiertes Zinkoxid besteht. Der Tunnelkontakt und die Vorderseitenelektrode (auch als transparente Frontkontaktschicht bezeichnet) werden gemeinsam als eine Schicht dargestellt (5 ). Vorteilhaft zur Herstellung von Dünnschichtsolarzellen ist die kontinuierliche Prozessführung bei der Schichtabscheidung. - Es ist weiterhin bekannt eine serielle Verschaltung von Dünnschichtsolarzellen in Form einer monolithischen Integration zu erreichen. Verfahren hierfür sind z. B. in
US 5 593 901 A zu finden. Für eine monolithisch integrierte Verschaltung müssen, wie beschrieben beim Aufbau der Dünnschichtsolarzellen und deren Verschaltung alternierend Beschichtungs- und Strukturierungsschritte durchgeführt werden. Die Abscheidung der einzelnen Schichten der Dünnschichtsolarzelle wird also durch mehrere Strukturierungsschritte unterbrochen. -
WO 2007/044 555 A2 - Aus
US 6 690 041 B2 ist eine Variante zur Verschaltung von Dünnschichtsolarzellen bekannt, bei der zunächst ein erster Graben in ein Schichtpaket eingebracht wird, der nachfolgend verfüllt wird. Danach wird ein zweiter Graben eingebracht, der jedoch nicht so tief in das Schichtpaket eingebracht wird wie der erste Graben. Nachfolgend wird auf die gesamte Anordnung eine zusätzliche Schicht aufgetragen, wodurch der zweite Graben ebenfalls wieder verfüllt wird. Danach wird ein dritter Graben in das nunmehr mit der zusätzlichen Schicht ausgestattete Schichtpaket eingebracht, der bis zur selben Tiefe wie der dritte Graben geführt wird. Schließlich erfolgt nochmals ein partieller Auftrag einer weiteren Schicht. - Eine Verschaltung von Dünnschichtsolarzellen wird auch in
WO 2010/009 268 A2 - Um ein Unterbrechen der Abscheideprozesse zu vermeiden wird in
WO 2008/157807 A2 1 ), Rückkontaktschicht (2 ), photoaktiver Schicht (3 ), Pufferschichten (4 ) und transparenter Frontkontaktschicht (5 ). Dieses Schichtpaket wird nun, wie in5 ) vollständig auf, sodass die Pufferschichten (4 ) bzw. die Absorberschicht (3 ) sichtbar werden. Strukturierung B trennt alle Schichten oberhalb der Rückkontaktschicht (2 ) auf und legt diesen somit frei. Mit der Strukturierung C wird das komplette Schichtpaket inklusive der Rückkontaktschicht oberhalb des Substrates aufgetrennt. Um eine Reihenschaltung zwischen den durch die Strukturierung definierten Einzelsegmenten zu erreichen, muss eine Verbindung von der Rückkontaktschicht eines Segmentes zur Frontkontaktschicht eines folgenden Segmentes erreicht werden. Diese Verbindung wird beim Stand der Technik mittels einer elektrisch leitfähigen Polymerpaste erzeugt, welche in den strukturierten Graben B gefüllt wird (s. - Die bekannten technischen Lösungen haben eine Reihe von Nachteilen, die sich in zwei Aspekte unterteilen lassen.
- Aspekt A:
- Alle 3 in
- In der Regel ist die Haftung der transparenten Frontkontaktschicht (
5 ) auf den Pufferschichten (4 ) bzw. auf der Absorberschicht (3 ) höher als die Haftung der Absorberschicht (3 ) auf der Rückkontaktschicht (2 ). Es ist somit technisch höchst anspruchsvoll z. B. mittels Reißnadel die transparente Frontkontaktschicht oberhalb der Pufferschichten zu entfernen. - Ähnlich problematisch ist die Entfernung der transparenten Frontkontaktschicht mittels Laserstrahlung. Wird z. B. ein Laser mit einer Wellenlänge von 532 nm verwendet, kann in die transparente Frontkontaktschicht nahezu keine Energie deponiert werden, da die transparenten Frontkontaktschichten bei diesen Wellenlängen in der Regel eine hohe Transmission aufweisen. Der Großteil der vom Laser eingestrahlten Energie wird dann in den Pufferschichten und in der Absorberschicht deponiert und führt dort z. B. zum Aufschmelzen dieser Schichten, was mit einer Funktionsstörung durch beispielsweise Kurzschlüsse in diesen Schichten verbunden ist.
- Um dieses Problem zu umgehen, könnten Laser mit geringerer Wellenlänge gewählt werden. Beispielsweise zeigen die gängigen transparenten Frontkontaktschichten bei einer Wellenlänge von 266 nm ein hohes Absorptionsvermögen, wodurch die von diesem Laser emittierte Strahlung gut in der transparenten Frontkontaktschicht deponiert werden kann. Diese kurzen Wellenlängen dieser Laser werden mittels „frequency conversion” aus Lasern mit größeren Wellenlängen erzeugt. Solch ein „frequency conversion” setzt kostenintensive optische Geräte mit zum Teil begrenzter Lebensdauer voraus. Zum anderen ist solch ein „frequency conversion” immer mit einer Verminderung der Laserintensitäten und somit einer Verringerung der Durchsätze im Rahmen einer Massenfertigung verbunden.
- Der Strukturierungsschritt A separiert die Frontkontaktschichten zweier benachbarter Segmente. Beim Stand der Technik sind die Puffer- und Absorberschichten nicht aufgetrennt. Bei den Absorberschichten handelt es sich in der Regel um Halbleitermaterialien, welche ebenfalls elektrisch leitfähig sind. Zwar sind in der Regel die Querleitfähigkeiten dieser Halbleiterschichten deutlich niedriger als die Querleitfähigkeiten der transparenten Frontkontaktschicht und der Rückkontaktschicht, aber dennoch nicht verschwindend gering. Erschwerend kommt hinzu, dass moderne Absorber-Halbleiterschichten zunehmend niederohmig ausgeführt werden, wodurch auch deren Querleitfähigkeit zunimmt. Offensichtlich liegt hier der Irrglaube vor, dass die Isolierung durch ein Auftrennen der transparenten Frontkontaktschicht ausreichend ist. Es ist aber durchaus möglich, dass trotz Auftrennen der transparenten Frontkontaktschicht nach wie vor eine elektrische Verbindung zwischen den transparenten Frontkontaktschichten zweier benachbarter Einzelsegmente über die Absorberschicht und die im strukturierten Graben B gefüllte elektrisch leitfähige Polymerpaste besteht (vgl.
- Aspekt B:
- Beim Stand der Technik wird zuerst die Strukturierung des Schichtpaketes und anschließend, wie oben beschrieben, die Verfüllung der erzeugten Gräben mittels elektrisch isolierender und elektrisch leitfähiger Polymerpasten vorgenommen. Sowohl die Positioniergenauigkeit beim Auftragen der elektrisch leitfähigen und elektrisch isolierenden Polymerpasten als auch das Verlaufen dieser Polymerpasten nach dem Auftragen machen es notwendig, beim Herstellen der Strukturierungen diese Aspekte bei der Festlegung der Abstände der Strukturierungsgräben zu berücksichtigen. Unter Beachtung aller Toleranzen werden die Abstände der einzelnen Strukturierungsschritte untereinander aus Sicht der Prozesssicherheit eher großer gewählt werden. Die Bereiche der Strukturierungen und die Verfüllungen dieser Gräben tragen nicht zur Erzeugung von Ladungsträgern bei. Somit wird beim Stand der Technik wertvolle aktive Solarzellfläche bei der Erzeugung der Ladungsträger verschenkt und damit der Wirkungsgrad der Solarzelle verringert.
- Es ist Aufgabe der Erfindung die Strukturierungen so zu gestalten, dass zum einen die Prozesse vereinfacht und damit preiswertere werden und zum anderen Kurzschlüsse an den Verbindungsstellen der Einzelsegmente vermieden werden (Aspekt A). Es ist weiterhin Aufgabe der Erfindung die durch die Verbindung der Einzelsegmente erzeugte inaktive Solarzellefläche auf ein Minimum zu reduzieren und damit den Wirkungsgrad der Solarzelle zu erhöhen (Aspekt B).
- Aspekt A:
- Die Aufgabe wird erfindungsgemäß derart gelöst, dass im Strukturierungsschritt A nicht nur die transparente Frontkontaktschicht, sondern alle über der metallischen Rückkontaktschicht liegenden Schichten durchstoßen werden (vgl.
3 ) vermieden. Die Verschaltung der einzelnen Solarzellensegmente erfolgt bekanntermaßen durch Verwendung einer elektrisch Leitfähigen Polymerpaste in dem strukturierten Graben B, wohingegen die strukturierten Gräben A und C mit einer elektrisch isolierenden Polymerpaste aufgefüllt werden. - Aspekt B:
- Zur Minimierung der inaktiven Flächen der Solarzelle wird eine Abänderung der Prozessabfolge erfindungsgemäß vorgeschlagen. Die Strukturierung A wird erst nach der Verfüllung der mit B und C strukturierten Gräben durchgeführt. Somit lässt sich z. B. unter Verwendung eines Kamerasystems die Kontur der in den Graben B gefüllten leitfähigen Polymerpaste erkennen. Dadurch lässt sich die Strukturierung A beliebig dicht an die Kante der elektrisch leitfähigen Polymerpaste setzen. Eine Verfüllung des strukturierten Grabens A mit einer elektrisch isolierenden Paste ist dann nicht mehr nötig. Mit dem in Aspekt B genannten Weg wird somit einerseits der Anteil inaktiver Flächen minimiert und zum anderen elektrisch isolierende Polymerpaste eingespart (vgl.
- Prozessabfolge für erfindungsgemäße serielle Verschaltung
- Aspekt A:
- Ausgangspunkt ist ein Substrat beschichtet mit den für eine Dünnschichtsolarzelle notwendigen Einzelschichten (vgl.
3 ,4 und5 vollständig auf, sodass Schicht2 sichtbar wird. Strukturierung C trennt die Schicht2 ,3 ,4 und5 vollständig auf, sodass das Substrat (1 ) sichtbar wird. Das Auftrennen der Schichten kann dabei z. B. mechanisch mit einer Reißnadel erfolgen. Es gilt hier die optimalen Parameter zum Abtragen der einzelnen Schichten zu finden. So können z. B. die Kraft der Nadel, die Verfahrgeschwindigkeit der Nadel, Radius der Nadelspitze oder Anzahl der Überfahrten der Nadel angepasst werden. Die Parameter für die Strukturierung A und B sind dabei so zu wählen, dass eine Beschädigung der Schicht2 vermieden wird aber dennoch ein vollständiges Entfernen der Schichten3 ,4 und5 gewährleistet wird. Die Parameter der Strukturierung C sind so zu wählen, dass ein vollständiges Auftrennen der Schicht2 gewährleistet wird ohne das das Substrat (1 ) in seiner Funktion beeinträchtigt wird. Idealerweise sollte bei der Strukturierung C das Substrat oberflächlich nicht abgetragen werden. Ein oberflächliches Abtragen des Substrates ist allerdings solange unproblematisch, solange die Stabilität des Substrates nicht beeinflusst wird. Die Freilegung der Gräben A, B und C kann erfindungsgemäß auch unter Verwendung eines Laserstrahls oder durch die Kombination von Lithographie und nasschemischer Ätzung bzw. vakuumbasierender Trocken-Ätztechniken erfolgen. Der Abstand der 3 Strukturierungen eines Segmentes untereinander wird im wesentlichen durch die Positioniergenauigkeit beim Befüllen der strukturierten Gräben und dem Verlaufen der elektrisch leitfähigen und elektrisch isolierenden Polymerpasten bestimmt und sollte hinsichtlich Minimierung der solarinaktiven Flächen optimiert werden. - Im Anschluss an die Strukturierungen A bis C erfolgt die Verfüllung der erzeugten Gräben mittels elektrisch isolierender Polymerpaste (Graben A und C) und elektrisch leitfähiger Polymerpaste (Graben B). Für die Verfüllung der Gräben kann ein Dispenser entweder mit druckbeaufschlagter Kartusche oder einem Dispenser mit Spindelventil oder einem Dispenser mit einem Jetventil eingesetzt werden, wobei letzteres System höhere Durchsätze im Rahmen einer Massenfertigung gewährleistet. Erfinderisch kann jedoch ebenso eine Siebdrucktechnologie oder Artverwandte Technologien eingesetzt werden. Die elektrisch isolierende Polymerpaste verfüllt dabei die Gräben A und C (vgl.
- Im Anschluss wird die elektrisch leitfähige Paste in Graben B und über Graben C hinaus aufgetragen (vgl.
- Beispiel für Aspekt A:
- Das Beispiel wird anhand der
- Anwendung der Prozessabfolge zum Bau einer 5 cm × 5 cm großen Einheit aus untereinander verschalteten Dünnschichtsolarzellen. Es soll erwähnt werden, dass die Größe der verschalteten Dünnschichtsolarzellen beispielhaft ist; erfindungsgemäß können beliebige Größen Anwendung finden.
- Ausgangspunkt ist eine 15–75 μm dicke Polyimidfolie als Substrat (
1 ). Diese wird mittels Magnetron-Sputtern ganzflächig etwa 0,2 bis 2 μm dick beispielhaft mit Molybdän beschichtet. Diese Molybdänschicht dient als Rückkontaktschicht (2 ) der Solarzelle. Es können jedoch auch verschiedene Metalle oder Metallschichten als Rückkontaktschicht dienen. Auf dieser Molybdänschicht werden anschließend die Elements Kupfer, Indium, Gallium und Selen mittels Koverdampfung im Vakuum abgeschieden. Es können jedoch auch andere bekannte Technologien zur Abscheidung der CIGS-Schicht verwendet werden. Dazu gehören u. a. sequentielle Abscheidung, galvanische Abscheidung, Drucktechnologien oder ionenstrahlunterstützte Abscheidung. Auf dieser etwa 1 bis 2 μm dicken Cu(In,Ga)Se2-Schicht (Absorberschicht, photoaktive Schicht (3 )) wird dann eine dünne (10 bis 100 nm) Cadmiumsulfidschicht nasschemisch aufgetragen. Die CdS Schicht kann auch durch einen Vakuumbasierende Technologie dargestellt werden. Ebenso ist es erfinderisch mögliche Cd-freie Pufferschichten zu verwenden. Auf der Pufferschicht folgt ein dünne (10 bis 100 nm) intrinsische Zinkoxidschicht (i-ZnO) aufgetragen mittels RF-Sputtern (4 ). Als Abschluss wird dann eine etwa 0,5 bis 3 μm dicke mit Aluminium dotierte Zinkoxidschicht (Al:ZnO) aufgesputtert. Die i-ZnO Schicht und die Al:ZnO Schicht werden zur Vereinfachung gemeinsam als Frontkontaktschicht (5 ) dargestellt. Die Al:ZnO Schicht kann auch aus ITO bestehen. Die Darstellung der einzelnen Schichten kann sowohl in einem Batch-Prozess als auch in einem kontinuierlichen Prozess (beispielsweise Rolle-zu-Rolle) abgeschieden werden. - Das mit den oben genannten Beschichtungen versehene Polyimidband wird beispielhaft auf eine Größe von 5 cm × 5 cm zurechtgeschnitten und ist nun Ausgangspunkt für die Strukturierung der Schichten und die anschließende Reihenverschaltung (vgl.
- Die 5 cm × 5 cm große beschichte Polyimidfolie wird wie in
3 ,4 und5 werden die Bearbeitungsparameter der Reißnadel (wie z. B. Radius der Nadelspitze, Anpresskraft der Nadelspitze, Verfahrgeschwindigkeit der Spitze und Anzahl der Überfahrten der Spitze) so angepasst dass die Schichten3 ,4 und5 vollständig entlang der Strukturierungslinie entfernt werden ohne die Schicht2 dabei zu zerstören. Die Länge der Strukturierungslinie beträgt in diesem Fall 5 cm (Länge des beschichteten Substrates). Die Breite der Linie wird im Wesentlichen durch den Radius der Nadelspitze bestimmt. In dem Beispiel lag die Linienbreite bei 70 μm; andere typische Linienbreiten liegen bei etwa 10 bis 100 μm. Nachdem die erste Strukturierung A abgeschlossen ist, erfolgt die Strukturierung B. Diese liegt parallel zur Strukturierung A um etwa 300 μm versetzt. Die Versetzung kann jedoch auch bei 50–500 μm liegen. Da Strukturierung A und B technologisch identisch sind, erfolgt die Strukturierung B nach dem Schema der Strukturierung A. Nach Abschluss der Strukturierung B erfolgt die Strukturierung C. Diese erfolgt parallel zur Strukturierung B um 300 μm versetzt. Die Versetzung kann jedoch auch bei 50–500 μm liegen. - Strukturierung C wird in dem dargestellten Beispiel mittels Reißnadel durchgeführt. Abweichend zu den Strukturierungen A und B wurden die Parameter so angepasst, dass zusätzlich zu den Schichten
3 ,4 und5 auch die Schicht2 durchtrennt wird. - Ist Strukturierungsschritt C beendet, werden die soeben beschriebenen Strukturierungsschritte A, B und C wiederholt, wobei diese nächste Strukturierungsgruppe parallel zur ersten Gruppe beispielhaft um etwa 7 mm versetzt durchgeführt wird. Die dritte Strukturierungsgruppe wird dann wiederum um 7 mm gegenüber der zweiten Gruppe versetzt und so weiter. Insgesamt werden 6 Gruppen mit je 3 Strukturierungslinien gesetzt (vgl.
- Nach Abschluss aller Strukturierungslinien erfolgt die Verfüllung der erzeugten Gräben. Zunächst werden die Gräben A und C mit einer elektrisch isolierenden Polymerpaste unter Zuhilfenahme eines computergesteuerten Dispensers auf einem x-y-z Tisch verfüllt (vgl.
- Nach dem Aushärten der isolierenden Paste kann die Verfüllung aller Gräben B mit einer elektrisch leitfähigen Paste unter Zuhilfenahme eines Dispensers erfolgen (vgl.
- Aspekt B:
- Abweichend zur Prozessabfolge in Aspekt A, werden zunächst im Schichtpaket (vgl.
- Beispiel für Aspekt B:
- Das Beispiel wird anhand der
- Anwendung der Prozessabfolge zum Bau einer beispielhaft 5 cm × 5 cm großen Einheit aus untereinander verschalteten Dünnschichtsolarzellen.
- Ausgangspunkt ist der in der Beispielbeschreibung zu Aspekt A erläuterte Schichtaufbau und Schichtherstellung.
- Das mit den oben genannten Beschichtungen versehene Polyimidband wird beispielhaft auf eine Größe von 5 cm × 5 cm zurechtgeschnitten und ist nun Ausgangspunkt für die Strukturierung der Schichten und die anschließende Reihenverschaltung. Die 5 cm × 5 cm große beschichte Polyimidfolie wird wie in
3 ,4 und5 werden die Bearbeitungsparameter der Reißnadel (wie z. B. Radius der Nadelspitze, Anpresskraft der Nadelspitze, Verfahrgeschwindigkeit der Spitze und Anzahl der Überfahrten der Spitze) so angepasst dass die Schichten3 ,4 und5 vollständig entlang der Strukturierungslinie entfernt werden ohne die Schicht2 dabei zu zerstören. Die Länge der Strukturierungslinie beträgt in diesem Fall 5 cm (Länge des beschichteten Substrates). Die Breite der Linie wird im Wesentlichen durch den Radius der Nadelspitze bestimmt. In diesem Beispiel lag die Linienbreite bei 70 μm; andere typische Linienbreiten liegen bei etwa 10 bis 100 μm. - Nach Abschluss der Strukturierung B erfolgt die Strukturierung C. Diese erfolgt parallel zur Strukturierung B um 300 μm versetzt. Die Versetzung kann jedoch auch bei 50–500 μm liegen. Strukturierung C wird beispielhaft ebenfalls mittels Reißnadel durchgeführt. Abweichend zur Strukturierung B wurden die Parameter nun so angepasst, dass zusätzlich zu den Schichten
3 ,4 und5 auch die Schicht2 durchtrennt wird. - Ist Strukturierungsschritt C beendet, werden die soeben beschriebenen Strukturierungsschritte B und C wiederholt, wobei diese nächste Strukturierungsgruppe parallel zur ersten Gruppe um etwa 7,5 mm versetzt durchgeführt wird. Die dritte Strukturierungsgruppe wird dann wiederum um 7 mm gegenüber der zweiten Gruppe versetzt und so weiter. Insgesamt werden 6 Gruppen mit je 2 Strukturierungslinien gesetzt (vgl.
- Nach Abschluss aller Strukturierungslinien erfolgt die Verfüllung der erzeugten Gräben.
- Zunächst werden die Gräben C mit einer elektrisch isolierenden Polymerpaste unter Zuhilfenahme eines computergesteuerten Dispensers auf einem x-y-z Tisch verfüllt (vgl.
- Nach dem Aushärten der isolierenden Paste kann die Verfüllung aller Gräben B mit einer elektrisch leitfähigen Paste unter Zuhilfenahme eines Dispensers erfolgen (vgl.
- Ist die elektrisch leitfähige Paste ausgehärtet, kann die Strukturierung A erfolgen. Strukturierung A wird dabei links (
- Abwandlungen zur erfindungsgemäßen Prozessabfolge
- Alle Strukturierungen können auch mittels Laser oder photolithographisch in Kombination mit einer Ätztechnologie (nasschemisch oder vakuum-basierende Trockenätzverfahren) erfolgen. Ebenso ist eine Kombination aller genannten Methoden möglich.
- Generell können Schichtpakete mit der erfindungsgemäßen Methode verschaltet werden, die sich sowohl auf starren als auch auf flexiblen Substraten befinden Das Substrat kann dabei elektrisch isolierend oder elektrisch leitend sein.
- Im Falle eines elektrisch leitfähigen Substrates (z. B. Metallfolie) muss auf diesem Substrat eine elektrisch isolierende Schicht (also zwischen Substrat (
1 ) und Rückkontaktschicht (2 )) aufgetragen werden um eine Kurzschluss der Einzelsegmente über deren Rückkontaktschichten zu vermeiden, was zu einer erheblichen Beeinträchtigung der Funktion der späteren Verschaltung führen würde. Die Parameter der Strukturierung C können hier so gewählt werden, dass die elektrisch isolierende Schicht abgetragen wird oder auf dem Substrat verbleibt, entscheidend ist, dass die Rückkontaktschicht vollständig durchtrennt wird. - Das Verfüllen der Graben A und C mit elektrisch isolierender Polymerpaste kann auch durch eine Beschichtung mit einem elektrisch isolierenden Material (z. B. SiOx) mittels Vakuumabscheidung oder galvanischer Abscheidung ersetzt werden.
- Das Verfüllen des Grabens B mit elektrisch leitfähiger Polymerpaste kann auch durch Beschichtung mit einem elektrisch leitfähigen Material (z. B. Silber) mittels Vakuumabscheidung oder galvanischer Abscheidung ersetzt werden.
- Generell ist es auch möglich, zum Verfüllen der Gräben A, B und C die Verfahren zum Auftragen einer Polymerpaste mit den Methoden der Vakuumabscheidung und der galvanischen Abscheidung zu kombinieren.
- Die Strukturierungsschritte A, B und C können prinzipiell so dicht gesetzt werden, das zwischen den strukturierten Gräben keine Schichtpakete mehr vorhanden sind (vgl.
- Ebenfalls ist es auch hier möglich, einen weiteren Produktionsschritt zu Verfüllungen mit elektrisch isolierender Polymerpaste wegzulassen (vgl.
- Die Verfüllung der Gräben mit elektrisch isolierender und elektrisch leitfähiger Paste kann außer mit einem Dispenser auch mittels Siebdruck, Schablonendruck, Ink-Jet oder Aufsprüh-Verfahren (unter der Verwendung von Masken) durchgeführt werden. Generell ist auch eine Kombination der einzelnen genannten Verfahren denkbar.
- Neben elektrisch isolierenden und elektrisch leitfähigen Pasten auf Polymerbasis können auch Pastensysteme auf der Basis von Silikon oder Acrylat verwendet werden.
- Zusätzlich zur Verfüllung der Strukturierung B mit elektrisch leitfähiger Polymerpaste kann diese z. B. in Form von einzelnen Kontaktfingern weiter auf die aktive Solarzellfläche aufgetragen werden um somit die Leitfähigkeit der Frontkontaktschicht zu unterstützen, wodurch die Abstände der Einzelsegmente untereinander vergrößert werden können und somit nach einer Optimierung aus Serienwiderstandsverlusten und Abschattung solaraktiver Flächen ein Maximum an solaraktiver Fläche erreicht werden kann (vgl.
- Das erfindungsgemäße Verfahren lässt sich prinzipiell auf jeden Typ der Dünnschichtsolarzellen auf flexiblem Substrat anwenden. Folgende Typen dienen als Beispiel
- • Kupfer-Indium-Gallium-Diselenid, Kupfer-Indium-Diselenid, Kupfer-Gallium-Diselenid (bzw. Selen substituiert durch Schwefel)
- • Amorphes Silizium
- • Cadmium-Tellurid
- • Mikrokristallines Silizium
- • Gallium-Arsenid
- Bezugszeichenliste
-
- 1
- Substrat, Träger
- 2
- Rückkontakt (z. B. metallische Schicht)
- 3
- photoaktive Schicht, Absorberschicht
- 4
- Pufferschichten
- 5
- Tunnelkontakt und transparente Vorderseitenelektrode (z. B. elektrisch leitfähiges Oxid)
- 6
- elektrisch isolierende Schicht (z. B. elektrisch isolierende Polymerpaste)
- 7
- elektrisch leitfähige Schicht (z. B. Polymerpaste gefüllt mit metallischen Partikeln)
- 8
- Kontaktfinger
Claims (13)
- Verfahren zur seriellen Verschaltung von Dünnschichtsolarzellen, diese bestehend aus einem starren oder flexiblen Substrat und einem Schichtpaket, dieses bestehend aus Rückkontaktschicht, Absorberschicht, Pufferschichten und transparenter Frontkontaktschicht, durch Einbringen von drei Gräben in dieses Schichtpaket und dem Herstellen eines elektrischen Kontaktes, wobei in das auf dem Substrat aufgebrachte Schichtpaket zunächst ein erster Graben (A), danach ein zweiter Graben (B) und nachfolgend ein dritter Graben (C) strukturiert werden, wobei der erste Graben (A) und und der zweite Graben (B) in das Schichtpaket bis zum Rückkontakt eingebracht werden und der dritte Graben (C) bis zum Substrat geführt wird, wobei nach Abschluss aller Strukturierungen zumindest der dritte Graben (C) mit einer elektrisch isolierenden Polymerpaste verfüllt wird und wobei nach dem Aushärten der isolierenden Polymerpaste eine Verfüllung des zweiten Grabens (B) mit einer elektrisch leitfähigen Paste erfolgt.
- Verfahren zur seriellen Verschaltung von Dünnschichtsolarzellen nach Anspruch 1, wobei zur Strukturierung des Schichtpaketes der Dünnschichtsolarzelle bezüglich des ersten Grabens (A) und des zweiten Grabens (B) dieselben Parametersätze verwendet werden.
- Verfahren zur seriellen Verschaltung von Dünnschichtsolarzellen nach Anspruch 1, wobei die Strukturierung mit einer Reißnadel oder mit Laserstrahlen oder photolithographisch erfolgt.
- Verfahren zur seriellen Verschaltung von Dünnschichtsolarzellen nach Anspruch 1, wobei für die elektrisch isolierende Polymerpaste und für die elektrisch leitfähige Paste Pastensysteme auf Polymerbasis oder auf Basis von Silikon oder auf Basis von Acrylat eingesetzt werden.
- Verfahren zur seriellen Verschaltung von Dünnschichtsolarzellen nach Anspruch 1, wobei zum Verfüllen der erzeugten Gräben mit elektrisch leitfähiger Paste oder elektrisch isolierender Polymerpaste ein Dispenser mit druckbeaufschlagter Kartusche oder mit Spindelventil oder mit Jetventil eingesetzt wird.
- Verfahren zur seriellen Verschaltung von Dünnschichtsolarzellen nach Anspruch 1, wobei das Verfüllen der Gräben mittels Siebdruck oder Schablonendruck oder Ink-Jet oder Aufsprühverfahren unter Verwendung einer Maske vorgenommen wird.
- Verfahren zur seriellen Verschaltung von Dünnschichtsolarzellen nach Anspruch 1, wobei eine isolierende Wirkung eines Grabens auch durch Vakuumabscheidung oder galvanische Abscheidung eines elektrisch isolierenden Materials erreicht wird.
- Verfahren zur seriellen Verschaltung von Dünnschichtsolarzellen nach Anspruch 1, 6 und 7, wobei zwei Methoden zur Einbringung einer isolierenden Schicht in die zwei zu verfüllenden Gräben kombiniert werden, indem der erste Graben (A) mit Pastenauftrag mittels Dispenser und der dritte Graben (C) mit SiOx mittels Vakuumabscheidung behandelt werden.
- Verfahren zur seriellen Verschaltung von Dünnschichtsolarzellen nach Anspruch 1, wobei die elektrische Verbindung im Graben, welche die Rückkontaktschicht eines Segmentes mit der Frontkontaktschicht eines folgenden Segmentes verbindet, durch eine Vakuumabscheidung oder eine galvanische Abscheidung eines elektrisch leitfähigen Materials erreicht wird.
- Verfahren zur seriellen Verschaltung von Dünnschichtsolarzellen nach Anspruch 1, wobei die elektrisch leitfähige Paste so weit über die nicht leitfähige Verfüllung des dritten Grabens (C) hinausreicht, dass eine elektrische Kontaktierung der Frontkontaktschicht möglich ist.
- Verfahren zur seriellen Verschaltung von Dünnschichtsolarzellen nach Anspruch 1, wobei die elektrisch leitfähige Paste als Kontaktfinger auf die aktive Solarzellenfläche aufgetragen wird.
- Verfahren zur seriellen Verschaltung von Dünnschichtsolarzellen nach Anspruch 11, wobei die Kontaktfinger aus einem anderen leitfähigen Material als die elektrische leitfähige Polymerpaste bestehen.
- Verfahren zur seriellen Verschaltung von Dünnschichtsolarzellen, diese bestehend aus einem starren oder flexiblen Substrat und einem Schichtpaket, dieses bestehend aus Rückkontaktschicht, Absorberschicht, Pufferschichten und transparenter Frontkontaktschicht, durch Einbringen von drei Gräben in dieses Schichtpaket und dem Herstellen eines elektrischen Kontaktes, wobei in das auf dem Substrat aufgebrachte Schichtpaket zunächst ein erster Graben (B) und danach ein zweiter Graben (C) strukturiert werden, wobei der erste Graben (B) in das Schichtpaket bis zum Rückkontakt eingebracht und der zweite Graben (C) bis zum Substrat geführt wird, wobei nach Abschluss dieser beiden Strukturierungen der zweite Graben (C) mit einer elektrisch isolierenden Polymerpaste verfüllt wird, wobei nach dem Aushärten der isolierenden Polymerpaste der erste Graben (B) mit einer elektrisch leitfähigen Paste derart verfüllt wird, dass über seine Verfüllung hinaus der zweite Graben (C) überdeckt wird und wobei anschließend der dritte Graben (A) in das Schichtpaket bis zum Rückkontakt eingebracht wird.
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