DE102010052863A1 - Verfahren zur Herstellung eines Solarmoduls und ein Solarmodul - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Solarmoduls mit den Schritten: a) auf einem Substrat (1) wird eine erste elektrische Kontaktschicht (2) angeordnet, b) auf der ersten elektrischen Kontaktschicht (2) werden aktive Halbleiter-Schichten (3) angeordnet, c) auf den aktiven Halbleiter-Schichten (3) wird eine zweite elektrische Kontaktschicht (4) angeordnet, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen Schritt b) und Schritt c) ein nasschemischer Ätzschritt durchgeführt wird.

Description

  • Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung eines Solarmoduls und ein Solarmodul.
  • Stand der Technik
  • Ein bekanntes Verfahren zur Herstellung und gleichzeitigen Serienverschaltung von streifenförmigen photovoltaischen Elementen eines Solarmoduls ist in der 1 grob schematisch und im Querschnitt dargestellt.
  • Zunächst wird eine erste elektrische Kontaktschicht, z. B. eine transparente leitfähige Schicht 2, z. B. aus ZnO oder aus SnO2, auf ein transparentes Substrat 1 als Trägermaterial aufgebracht (siehe 1b). Als Substrat wird z. B. Glas oder Folie verwendet. Eine typische Prozesstemperatur für das Aufbringen einer ZnO Schicht mittels Sputterverfahren ist 300°C.
  • Anschließend werden die P1-Linien bei Raumtemperatur mittels Laser durch Ablation gebildet. Dabei werden parallel zueinander angeordnete erste Gräben 5 über die Länge des Moduls hergestellt (1c, 3).
  • Im Weiteren wird die Bezeichnung „über die Länge des Moduls” verwendet. Damit ist eine Strukturierung gemeint, die in der Tiefe der Blattebene der Figuren verläuft. Dabei werden die für Solarmodule charakteristischen Linien gebildet. In Aufsicht auf das fertige Solarmodul sind die Linien erkennbar.
  • Danach wird ein Absorberschichtsystem aus Halbleiter-Schichten 3 aufgebracht, z. B. eine a-Si/μc-Tandemsolarzelle (siehe 1d). Dabei werden die ersten Gräben 5 verfüllt. Eine typische Prozesstemperatur für das Aufbringen von Siliziumschichten mittels PECVD Verfahren beträgt 100–250°C.
  • Dann werden die P2-Linien wiederum durch Ablation gebildet. Parallel zu den ersten Gräben werden die zweiten Gräben 6 hergestellt, und zwar in 1 immer rechts von den ersten Gräben.
  • Im Anschluss daran wird eine zweite elektrische Kontaktschicht 4 als Rückkontakt auf die Halbleiter-Schichten 3 aufgebracht, z. B. ein ZnO/Ag-Kontakt, siehe 1f. Dabei werden die zweiten Gräben 6 verfüllt. Eine typische Prozesstemperatur für das Aufbringen eines ZnO/Ag Rückkontakts mittels Sputterverfahren ist die Raumtemperatur.
  • Anschließend wird wiederum mit einem Laser die P3 Linie hergestellt, siehe 1g. Dabei werden dritte Gräben 7 parallel und im Bild immer rechts von den ersten und zweiten Gräben gebildet. Es entstehen also jeweils gleich viele Gräben 5, 6 und 7. Damit ist die Serienverschaltung der Zelle A mit der Zelle B und die der Zelle B mit der Zelle C und so fort abgeschlossen.
  • Es ist bekannt, dass das Material ZnO in Säure oder in Lauge ätzbar ist. Die Ätzung erfolgt vor der Anordnung der Halbleiter-Schichten 3. Dabei wird die Oberfläche des ZnO 2 mit einem nasschemischen Ätzprozess, z. B. mit Salzsäure, aufgeraut und es werden Krater gebildet. Die Aufrauung der ZnO-Schicht ist wichtig, um eine bessere Lichteinkopplung und Lichtstreuung des eingefangenen Lichts in die Halbleiter-Schichten zurück zu gewährleisten.
  • Ein allgemeines Verfahren zur Herstellung eines flächigen Solarmoduls sieht vor, auf die Bildung von ersten, zweiten und dritten Gräben zu verzichten. Dann werden nacheinander auf dem Substrat ganzflächig die erste elektrische Kontaktschicht, sodann die Halbleiter-Schichten und hierauf die zweite elektrische Kontaktschicht übereinander angeordnet. Kontakte zur ersten elektrischen Kontaktschicht und zur zweiten elektrischen Kontaktschicht werden abschließend gebildet.
  • Die erste elektrische Kontaktschicht wird auch als erste Elektrode, und die zweite elektrische Kontaktschicht als zweite Elektrode bezeichnet.
  • Nachteilig weisen die Solarmodule nach dem Stand der Technik einen geringen Wirkungsgrad auf. Das beschriebene Verfahren zur Herstellung und gleichzeitigen Serienverschaltung der streifenförmigen Elemente dauert zudem zu lange, bzw. ist zu komplex, um Effizienz und Ausstoß wie von der Industrie gefordert zu genügen.
  • Aufgabe und Lösung der Erfindung
  • Aufgabe der Erfindung ist es, ein schnelles Verfahren zur Herstellung von Solarmodulen mit höherem Wirkungsgrad anzugeben. Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, ein entsprechendes Solarmodul mit hohem Wirkungsgrad bereit zu stellen.
  • Die Aufgabe wird durch ein Verfahren nach Anspruch 1 und durch das Modul gemäß dem Nebenanspruch gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den jeweils darauf rückbezogenen Ansprüchen.
  • Beschreibung der Erfindung
  • Das Verfahren zur Herstellung des Solarmoduls sieht die nachfolgenden Schritte vor:
    Auf einem Substrat wird ganzflächig eine erste Kontaktschicht angeordnet, und auf der ersten elektrischen Kontaktschicht werden ganzflächig die aktiven Halbleiterschichten angeordnet. Vorteilhaft werden dadurch nacheinander mindestens vier Schichten abgeschieden, ohne dass die Abscheidung von Schichten als solche unterbrochen wird. Alle Schichten werden vorzugsweise ganzflächig nacheinander angeordnet. Auf eine aufwändige Maskentechnologie zur streifenförmigen Strukturierung wird vorteilhaft verzichtet.
  • Als Substrat kommt insbesondere Glas, Kunststofffolie oder ein Metall mit einer isolierenden Schicht in Betracht.
  • Das Material der ersten elektrischen Kontaktschicht ist ätzbar. Ätzbar im Sinne der Erfindung bedeutet, dass das Material der ersten elektrischen Kontaktschicht auch seitlich, das heißt unter den Halbleiter-Schichten seitlich unterätzbar sein soll. Daneben weist das Material eine gute Leitfähigkeit auf. Hierfür kommen insbesondere, aber nicht ausschließlich, ZnO:Al, ZnO:B, Indiumzinnoxid (ITO) oder TiO2 sowie Legierungen, wie z. B.: ZnMgO, in Frage. Ferner können SnO2 oder Metalle eingesetzt werden. Mögliche Beschichtungsmethoden für die erste Kontaktschicht sind die dem Fachmann bekannten Verfahren, wie z. B. Sputtern, Aufdampfen und PECVD-Verfahren.
  • Als Halbleiter-Schichten sind alle Schichten zum Aufbau für insbesondere eine a-Si:H-μc-Si:H-Tandemsolarzelle oder eine andere Schichtenfolge, wie sie üblicherweise in der Solarzellenindustrie oder auch in der TFT-Technologie genutzt werden, denkbar. Insbesondere werden p-i-n- oder p-i-n-p-i-n-Schichten oder n-i-p- oder n-i-p-n-i-p-Schichtenreihenfolgen abgeschieden. Die Erfindung ist in diesem Sinne nicht eingeschränkt.
  • Mögliche Halbleiterschichtsysteme sind amorphes, mikrokristallines, polykristallines Silizium, Siliziumgermanium, Siliziumkohlenstoff, SiO2, Si3N4, SiOx, SiON, CdTe und CIGS. Es können auch p-i-n-Dioden aus a-Si oder μc-Si oder auch Tandemstrukturen aus a-Si/a-Si oder auch a-Si/μc-Si und den jeweiligen Legierungen des Siliziums mit Germanium oder Kohlenstoff übereinander angeordnet werden.
  • Auf den aktiven Halbleiter-Schichten wird sodann eine zweite elektrische Kontaktschicht ganzflächig angeordnet. Mögliche Beschichtungsmethoden für die zweite Kontaktschicht sind Sputtern, Aufdampfen und PECVD-Verfahren.
  • Die zweite elektrische Kontaktschicht besteht vorteilhaft aus einer Metallschicht oder einer Kombination aus einer transparenten leitfähigen Schicht mit einer Metallschicht. Auch können sehr dünne dielektrische Schichten zum Einsatz kommen.
  • Materialien sind: SiOx, ZnO:Al, ZnO:B, Indiumzinnoxid (ITO), SnO2, TiO2, ZnMgO, Ag, Al, Cr, Ni, und so weiter.
  • Das Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, dass nach der Anordnung der Halbleiter-Schichten und noch vor der Anordnung der zweiten Kontaktschicht ein nasschemischer Ätzschritt durchgeführt wird.
  • Vorteilhaft bewirkt der nasschemische Ätzschritt, dass freiliegendes leitfähiges Material der ersten elektrischen Kontaktschicht geätzt wird, so dass an diesen Orten kein ungewollter Kurzschluss nach Anordnung der zweiten elektrischen Kontaktschicht entsteht.
  • Im Rahmen der Erfindung wurde erkannt, dass in einer ersten nachteiligen Variante das Material der ersten elektrischen Kontaktschicht auch nach der Abscheidung der Halbleiter-Schichten aus den Halbleiter-Schichten herausragen und einen Kurzschluss verursachen kann, sobald es in Kontakt mit der zweiten elektrischen Kontaktschicht kommt.
  • Es wurde zudem erkannt, dass in einer zweiten nachteiligen Variante auch das Material der Halbleiter-Schichten selbst von der ersten elektrischen Kontaktschicht abplatzen kann, so dass Öffnungen bis hinab zur ersten elektrischen Kontaktschicht vorliegen, an denen nach der Abscheidung der zweiten elektrischen Kontaktschicht ungewollte Kurzschlüsse entstehen.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren verhindert vorteilhaft beide Varianten dieser Kurzschlüsse, indem vor der Anordnung der zweiten elektrischen Kontaktschicht das frei zugängliche Material der ersten Kontaktschicht weggeätzt wird.
  • An den Orten des Moduls, an denen Material der Halbleiter-Schichten abgeplatzt ist und das Material der ersten elektrischen Kontaktschicht auf diese Weise freiliegt, werden die Halbleiter-Schichten seitlich unterätzt und es entstehen Hohlräume unter den Halbleiter-Schichten (Variante 2). Vorteilhaft wird dadurch bewirkt, dass das anschließend angeordnete Material der zweiten elektrischen Kontaktschicht keinen Kurzschluss mit der ersten elektrischen Kontaktschicht ausbildet, da es an diesen Stellen keinen Kontakt mehr zur ersten elektrischen Kontaktschicht erhält.
  • Die aus den Halbleiter-Schichten herausragenden Spitzen des ersten elektrischen Kontakts werden gleichzeitig ebenfalls geätzt (Variante 1). Auch dadurch wird ein ungewollter Kurzschluss nach dem Anordnen der zweiten elektrischen Kontaktschicht verhindert.
  • Unabhängig von der Art des gewählten Herstellungsverfahrens wird während der Ätzung die Schichtenfolge aus Substrat, erster elektrischer Kontaktschicht und der Halbleiter-Schichten mit oder ohne Gräben in eine Ätzlösung eingebracht. Das Modul mit oder ohne streifenförmige Elemente kann dabei einfach in ein Bad mit der nasschemischen Ätzlösung eingetaucht werden. Ein Fachmann wird hierzu je nach dem Material des ersten elektrischen Kontakts eine geeignete Ätzlösung und Ätzdauer auswählen. Als Ätzlösung wird z. B. Salzsäure, Flusssäure, Kalilauge oder eine andere geeignete Lösung für die erste elektrische Kontaktschicht verwendet.
  • Die Schichtenfolge mit der ersten elektrischen Kontaktschicht kann z. B. für bis zu 260 Sekunden in eine 0,5%-ige (Gewichtsprozent) Salzsäurelösung eingetaucht werden.
  • Im Falle einer Säure liegt die Säurestärke vorteilhaft zwischen pH 0,1 und pH 1. Dann betragen die Ätzzeiten typsicherweise zwischen 10 und 500 Sekunden. Die Konzentration der Säure beträgt etwa 0,1–5 mol·l–1.
  • Die gewählte Säure sollte die Absorberschicht (z. B. Silizium) vorteilhaft nicht angreifen, also ätzen oder verändern und insbesondere nicht oxidieren. In diesem Fall soll nach der Oxidation zusätzlich Flusssäure als Ätzmedium eingesetzt werden. Flusssäure entfernt vorteilhaft eine etwaige SiO2-Schicht auf dem Silizium der Halbleiter-Schichten. Eine SiO2-Schicht auf Silizium entsteht schnell, z. B. wenn das Silizium der Halbleiter-Schichten an der Luft gelagert wird oder aber mit Salpetersäure oder Schwefelsäure als erfindungsgemäßen Schritt geätzt wird. Eine Flusssäureätzung kann daher einer Ätzung mit Schwefelsäure oder Salpetersäure nachfolgen.
  • Das Verfahren kann mit identischem Wirkmechanismus des Ätzschritts insbesondere eingesetzt werden bei der Herstellung und gleichzeitigen Serienverschaltung streifenförmiger Elemente zu einem Solarmodul. Auch dabei werden vorteilhaft zunächst der erste elektrische Kontakt und die Halbleiter-Schichten ganzflächig nacheinander angeordnet. Dadurch wird das Verfahren besonders schnell bzw. vereinfacht im Vergleich zum Stand der Technik.
  • Nach dem Aufbringen der Halbleiter-Schichten werden eine Mehrzahl parallel angeordneter erster Gräben durch eine erste P1-Strukturierung hergestellt, vorzugsweise durch eine Laserablation. Die Gräben verlaufen über die Länge des Moduls. Dabei ist in den ersten Gräben die Oberfläche der ersten elektrischen Kontaktschicht freigelegt. Die Gräben verlaufen im Querschnitt des Moduls durch die Halbleiter-Schichten hindurch.
  • Die Gräben können auch bis auf die Oberfläche des Substrats durch die P1-Strukturierung gebildet werden, je nachdem welche Strukturierungsmethode bzw. Laserwellenlänge gewählt wird. Dies geschieht durch Entfernung der aktiven Halbleiter-Schichten und der ersten elektrischen Kontaktschicht, vorzugsweise in einem Schritt mittels eines Lasers. Die Gräben verlaufen dann im Querschnitt des Moduls betrachtet durch die Halbleiter-Schichten und durch die erste elektrische Kontaktschicht. Sodann erfolgt vor der P2-Strukturierung und der Anordnung der zweiten elektrischen Kontaktschicht vorteilhaft die erfindungsgemäße nasschemische Ätzung.
  • An den Orten des Moduls, an denen eine P1-Strukturierung vorgenommen wurde oder an denen Material der Halbleiter-Schichten abgeplatzt ist und das Material der ersten elektrischen Kontaktschicht auf diese Weise freiliegt, werden die Halbleiter-Schichten seitlich unterätzt und es entstehen Hohlräume HR unter den Halbleiter-Schichten (Variante 2). Vorteilhaft wird dadurch bewirkt, dass das anschließend angeordnete Material der zweiten elektrischen Kontaktschicht keinen Kurzschluss mit der ersten elektrischen Kontaktschicht ausbildet, da es keinen Kontakt mehr zur ersten elektrischen Kontaktschicht erhält. Die ersten Gräben verlaufen dadurch im Querschnitt betrachtet in ihrer lateralen Ausdehnung vergrößert und wachsen unterhalb der Halbleiter-Schichten, die durch den Ätzschritt nicht oder nur unwesentlich geätzt werden.
  • Die aus den Halbleiter-Schichten herausragenden Spitzen des ersten elektrischen Kontakts werden gleichzeitig ebenfalls weggeätzt (Variante 1). Im Weiteren Verlauf der Ätzung werden auch dadurch ungewollte Kurzschlüsse durch seitliches Unterätzen der Halbleiter-Schichten verhindert.
  • Die ersten Gräben sind durch die P1-Strukturierung beispielsweise etwa 50 bis 100 μm breit gewesen. Durch den erfindungsgemäßen Schritt des seitlichen Unterätzens werden sie beispielsweise um insgesamt etwa 2 bis 20 μm verbreitert.
  • Durch diese Maßnahme wird vorteilhaft Platz in den ersten Gräben für die nachfolgende Abscheidung der zweiten elektrischen Kontaktschicht geschaffen und ein Kontakt vermieden. Das Material der zweiten elektrischen Kontaktschicht darf an dem Ort der ersten Gräben keinen Kontakt zum Material der ersten elektrischen Kontaktschicht desselben streifenförmigen Elements erhalten, da ansonsten ein Kurzschluss entstehen würde.
  • Im Bereich der ersten Gräben wird durch das seitliche Unterätzen Material der ersten elektrischen Kontaktschicht unter den Halbleiter-Schichten entfernt. Dadurch stehen die Halbleiter-Schichten im Schnitt über. Gleichzeitig werden die ersten Gräben unter den Halbleiter-Schichten lateral verbreitert.
  • Je mehr die ersten Gräben unterhalb der Halbleiter-Schichten durch das seitliche Unterätzen und durch Abtrag der ersten elektrischen Kontaktschicht verbreitert werden, desto geringer ist die Gefahr eines unerwünschten Kurzschlusses durch Kontakt der zweiten zur ersten elektrischen Kontaktschicht desselben streifenförmigen Elements. Allerdings sollten die ersten Gräben unterhalb der Halbleiter-Schichten durch die Ätzung nicht zu breit ausgeführt werden, da dies zu mehr Totvolumen im Modul führt.
  • Nach dem seitlichen Unterätzen ist jedenfalls die Oberfläche des Substrats in den ersten Gräben freigelegt.
  • Es werden benachbart und seitlich versetzt zu den ersten Gräben der ersten P1-Strukturierung durch eine zweite P2-Strukturierung zweite Gräben gebildet. Alle zweiten Gräben werden parallel in derselben Ausrichtung zu den ersten Gräben gebildet, im Schnitt beispielweise rechts von den ersten Gräben. In den zweiten Gräben muss die Oberfläche der ersten elektrischen Kontaktschicht freigelegt sein, da hier die Serienverschaltung benachbarter Elemente erfolgt. Die zweiten Gräben werden vorzugsweise eng benachbart und parallel zu den ersten Gräben gebildet. Mit eng benachbart sind vorzugsweise wenige Mikrometer Abstand der parallelen ersten und zweiten Gräben zueinander umfasst.
  • Es wird, wiederum ganzflächig, eine zweite Kontaktschicht, z. B. Silber, Aluminium oder eine Kombination aus ZnO:Al und Silber bzw. Aluminium, auf den Halbleiter-Schichten und in die ersten und zweiten Gräben abgeschieden. In den zweiten Gräben erfolgt vorteilhaft der elektrische Kontakt zur Serienverschaltung benachbarter streifenförmiger photovoltaischer Elemente.
  • Im Gegensatz hierzu wird vorteilhaft durch den Ätzschritt der Kontakt der zweiten zur ersten elektrischen Kontaktschicht im Bereich der durch die P1-Strukturierung gebildeten ersten Gräben verhindert, da dort nur noch die Oberfläche des Substrats für die zweite elektrische Kontaktschicht zugänglich ist.
  • Die zweite elektrische Kontaktschicht darf an den unterätzten Gräben der P1-Strukturierung nicht elektrisch unterbrochen sein.
  • In den zweiten Gräben werden hingegen die gewünschten Kontakte zur Serienverschaltung der zweiten elektrischen Kontaktschicht eines ersten streifenförmigen Elements, z. B. eines Elements A, zu einer ersten elektrischen Kontaktschicht eines hierzu benachbarten zweiten streifenförmigen Elements, z. B. eines Elements B, und so fort gebildet.
  • Bei der Herstellung der zweiten Kontaktschicht sollte ein Verfahren gewählt werden, welches einen gerichteten Abscheidungsprozess darstellt Typische gerichtete Abscheidungsprozesse sind die sogenannten PVD (physical vapour deposition) Prozesse. Zu den PVD Verfahren zählen das Bogenentladungsverfahren (Arc-Verfahren), der Niedervoltbogen-Verdampfer (klassisches Balzers-Verfahren) sowie das Kathodenzerstäuben (Magnetronsputtern).
  • Eher ungerichtete Prozesse wie die sogenannten CVD (chemical vapour deposition) Verfahren oder auch Abscheidungen aus der Flüssigphase, zum Beispiel auch auf galvanischem Wege, eignen sich hingegen eher weniger, da es bei der Abscheidung auf diese Weise im Hohlraum zum Kontakt zwischen erster und zweiter Kontaktschicht kommen kann.
  • Für die großflächige Abscheidung des Rückkontakts (zweite Kontaktschicht) aus z. B. 80 nm Zinkoxid und anschließend 200 nm Silber (oder auch Aluminium) kommt in erster Linie das Magnetronsputtern zum Einsatz. Die Metallschichten werden alternativ auch mittels thermischen Verdampfens aufgebracht.
  • Es werden abschließend parallel und eng benachbart sowie seitlich versetzt zu den ersten und zu den zweiten Gräben jeweils dritte Gräben durch eine dritte P3-Strukturierung entsprechend der Anzahl der ersten und zweiten Gräben gebildet. Die dritten Gräben trennen die benachbarten streifenförmigen Elemente A, B, C und so weiter elektrisch voneinander. Die dritten Gräben werden wiederum alle in derselben Richtung, z. B. im Schnitt rechts von den ersten und den zweiten Gräben, gebildet.
  • Die ersten, zweiten und/oder dritten Graben zur Trennung der streifenförmigen Elemente werden insbesondere durch Laserablation hergestellt.
  • Die ersten Gräben werden durch Ablation der Halbleiter-Schichten erzeugt. Für den Laserprozess kommt z. B. ein Laser der Wellenlänge 532 nm zum Einsatz. Dieser Laser abladiert nur die Halbleiter-Schichten. Es ist auch denkbar, dass sowohl das Material der Halbleiter-Schichten als auch das der ersten elektrischen Kontaktschicht bei der P1-Strukturierung abladiert wird. Dann muss ein Laser mit 350 bzw. 1064 nm Wellenlänge verwendet werden.
  • Die zweiten Gräben werden durch Ablation der Halbleiter-Schichten erzeugt. Hierzu kommt in der Regel ein Laser der Wellenlänge 532 nm während der P2-Strukturierung zum Einsatz.
  • Die dritten Gräben werden typischerweise durch gleichzeitige Ablation der Halbleiter-Schichten und der zweiten elektrischen Kontaktschicht erzeugt. Hierzu kommt ebenfalls ein Laser der Wellenlänge 532 nm zum Einsatz.
  • Wenn für die Ablation bei der P1-Strukturierung ein Laser nur zur Entfernung der Halbleiter-Schichten verwendet wird, dann wird entsprechend die Oberfläche der ersten elektrischen Kontaktschicht freigelegt. Wenn zusätzlich in einem Schritt auch das Material der ersten elektrischen Kontaktschicht abladiert wird, dann wird die Oberfläche des Substrats freigelegt. Die Wahl des Lasers hängt also vom Material der zu entfernenden Schicht ab.
  • Alle Ablationsschritte können durch das Substrat hindurch erfolgen.
  • Vor der Abscheidung der zweiten elektrischen Kontaktschicht können die ersten Gräben, welche nach der ersten P1-Strukturierung gebildet wurden, besonders vorteilhaft durch eine lokale Anordnung von Isolatormaterial verschlossen werden. Dadurch wird vorteilhaft bewirkt, dass die zweite elektrische Kontaktschicht nach ihrer Anordnung an den Orten der ersten Gräben nicht einbricht, da der Isolator die ersten Gräben isolierend verstopft. Die Architektur der streifenförmigen Elemente bleibt vorteilhaft auf diese Weise erhalten.
  • Der durch den erfindungsgemäßen Ätzschritt hergestellte seitliche Unterätz ist als Schutz vor einem Kontakt der zweiten zur ersten elektrischen Kontaktschicht gedacht. Der Verschluss mit dem Isolator bewirkt zudem vorteilhaft, dass die Oberfläche der Halbleiter-Schichten nicht durch die ersten Gräben der P1-Strukturierung lateral unterbrochen ist. Derartige Vertiefungen in den Halbleiter-Schichten könnten nach der Abscheidung der zweiten elektrischen Kontaktschicht nachteilig dazu führen, dass die zweite elektrische Kontaktschicht an diesen Stellen unterbrochen wird.
  • Alternativ kann die P1 Strukturierung vorteilhaft perforiert ausgeführt werden. Dies hat den Vorteil, dass ein „Abreißen” der zweiten Kontaktschicht an der unterätzten P1-Strukturierungslinie nicht zur elektrischen Auftrennung der zweiten elektrischen Kontaktschicht an der P1-Struktureirungslinie führt, da die Halbleiterschichten über dem P1-Graben Stege ausbilden.
  • Das erfindungsgemäße Modul, ob mit oder ohne streifenförmigen Elementen, ist nach dem erfindungsgemäßen Verfahren schnell hergestellt und weist unterätzte Halbleiterschichten auf. Es weist einen hohen Wirkungsgrad von 10% auf, da Kurzschlüsse nach den beiden möglichen Varianten durch das erfindungsgemäße Ätzen verhindert werden.
  • Das Modul kann im Falle einer Serienverhaltung eine Vielzahl an benachbarten streifenförmigen Elementen aufweisen. Jedes streifenförmige Element weist eine Schichtenfolge aus Substrat, einer ersten elektrischen Kontaktschicht auf dem Substrat, den aktiven Halbleiter-Schichten auf der ersten elektrischen Kontaktschicht und hierauf angeordneter zweiter elektrischer Kontaktschicht auf. Für die Serienverschaltung ist die zweite elektrische Kontaktschicht eines streifenförmigen Elements, z. B. Element A, bis auf die erste elektrische Kontaktschicht eines hierzu benachbarten streifenförmigen photovoltaischen Elements, z. B. Element B, angeordnet. Das Modul ist dadurch gekennzeichnet, dass unter den Halbleiter-Schichten durch seitlichen Unterätz gebildete Hohlräume in der ersten Kontaktschicht vorhanden sind, die dort einen Kontakt der ersten elektrischen Kontaktschicht zu der zweiten elektrischen Kontaktschicht verhindern und dennoch einen Ladungsträgertransport in der zweiten elektrischen Kontaktschicht über den P1-Graben hinweg ermöglichen. Hierfür können die Halbleiter-Schichten etwa um 1 bis 10 μm über der ersten elektrischen Kontaktschicht überstehen.
  • Spezieller Beschreibungsteil
  • Im Weiteren wird die Erfindung an Hand von Ausführungsbeispielen und der beigefügten Figuren näher beschrieben, ohne dass es hierdurch zur Einschränkung der Erfindung kommen soll.
  • Es zeigen:
  • 1: Herstellung und Serienverschaltung streifenförmiger photovoltaischer Elemente nach dem Stand der Technik.
  • 2: Erfindungsgemäßes Verfahren zur Herstellung und Serienverschaltung streifenförmiger photovoltaischer Elemente.
  • 3: Aufsicht auf ein Solarmodul zur Erläuterung der Länge und Breite des Moduls.
  • 4: Aufsicht auf die erste elektrische Kontaktschicht mit nadelförmigen (b) und kugelförmigen Ausformungen (a).
  • 5: Aufsicht auf die erste elektrische Kontaktschicht mit Verunreinigung auf der Oberfläche (a) und abgeplatzten Stellen (b).
  • 6: Allgemeine Darstellung von Kurzschlüssen der Variante 1 nach dem Stand der Technik.
  • 7: Allgemeine Darstellung von Kurzschlüssen der Variante 2 nach dem Stand der Technik.
  • 8: Allgemeine Darstellung der Verhinderung von Kurzschlüssen der Variante 1.
  • 9: Allgemeine Darstellung der Verhinderung von Kurzschlüssen der Variante 2.
  • Erstes Ausführungsbeispiel – Herstellung und Serienverschaltung eines Solarmoduls
  • Ein 10 × 10 cm2 großes Glassubstrat 1 (Corning, Eagle XG) wird mittels Kathodenzerstäubung („Sputtern”) mit aluminiumdotiertem Zinkoxid (ZnO:Al) 2 beschichtet, welches der Solarzelle als Frontelektrode dient, siehe die 2a und 2b. Das Substrat 1 wird mit Ausnahme des Rands ganzflächig mit der ersten elektrischen Kontaktschicht 2 beschichtet.
  • Die erste elektrische Kontaktschicht 2 wird auf Corning Eagle XG Glas mit folgenden Sputterbedingungen abgeschieden. Die Anregungsfrequenz beträgt 13,56 MHz in einer Depositionsanlage VISS 300 von Von Ardenne Anlagentechnik (VAAT). Ein keramisches Target mit 1% (wt) Aluminiumoxidgehalt (Al2O3) in ZnO wurde gewählt. Die Substrattemperatur beträgt 300°C bei einer Entladungsleistung von 1,5 kW. Der Argon Depositionsdruck beträgt 0,1 Pa. Die Schichtdicke der Schicht 2 nach der Abscheidung beträgt etwa 800 nm.
  • Nach Abkühlen des beschichteten Substrats auf Raumtemperatur wird die Schichtenfolge mit der ersten elektrischen Kontaktschicht 2 für 30–50 Sekunden in verdünnter Salzsäure (0,5% wt) geätzt. Dieser Ätzschritt dient der aus dem Stand der Technik bekannten Aufrauung der Schicht 2 und ist nicht der erfindungsgemäße Ätzschritt. Nach der Texturierung beträgt die Schichtdicke etwa 650 nm. Die Ätzung wurde bei 25°C ausgeführt.
  • Anschließend werden ganzflächig die Halbleiter-Schichten 3, hier eine Tandemsolarzelle, welche auf amorphem und mikrokrsitallinem Silizium basiert, mittels PECVD aufgebracht (1c). Insgesamt werden dabei sechs Schichten 3 nacheinander abgeschieden. Zusammen mit der ersten elektrischen Kontaktschicht 2 werden somit insgesamt sieben Schichten ganzflächig auf dem Substrat abgeschieden.
  • Sodann werden mit einem Laser der Wellenlänge 532 nm die ersten Gräben durch die P1-Strukturierung von der Substratseite her abladiert. Dadurch werden acht parallel angeordnete ersten Gräben 5 über die Länge des Moduls gebildet (2d, 3). Der laterale Abstand der ersten Gräben 5 zueinander beträgt etwa 1 cm.
  • Danach wird das zu fertigende Solarmodul dem erfindungsgemäßen Ätzverfahren für 260 Sekunden in 0,5%-iger Salzsäure unterzogen. Die Schichtenfolge wird hierzu in ein Salzsäurebad getaucht. Dieser Schritt führt zum seitlichen Unterätzen der Halbleiter-Schichten 3. Die ersten Gräben 5 werden lateral, also seitlich, unter den Halbleiter-Schichten verbreitert, so dass Überhänge 8 der Halbleiter-Schichten über der ersten elektrischen Kontaktschicht 2 entstehen. Die Halbleiter-Schichten 3 werden dabei nicht geätzt. Der Schritt ist in 2e gezeigt. Der Doppelpfeil im Graben zeigt die Bildung des seitlichen Unterätz durch Abtrag des Materials der ersten elektrischen Kontaktschicht 2 an. Dabei entstehen Hohlräume HR unterhalb der Halbleiter-Schichten.
  • Anschließend werden mit einem Laser mit 532 nm Wellenlänge die zweiten Gräben 6 durch die P2-Strukturierung im Silizium der Halbleiter-Schichten 3 abladiert, siehe 2f. Dadurch entstehen, eng benachbart und jeweils rechts von den ersten Gräben 5 versetzt, zweite Gräben 6 entsprechend der Anzahl der ersten Gräben 5. Wiederum wird von der Substratseite abladiert.
  • Danach wird der ZnO:Al/Ag Rückkontakt als zweite elektrische Kontaktschicht 4 ganzflächig mittels Sputterverfahren aufgebracht (2g). Durch den vorangegangenen seitlichen Unterätz in 2e erfolgt vorteilhaft kein Kontakt mehr zur ersten Kontaktschicht 2 in den ersten Gräben 5 und der Rückkontakt 4 ist im Bereich der ersten Gräben 5 elektrisch nicht unterbrochen. Der Doppelpfeil in den ersten Gräben in 2g zeigt den Abstand des Materials der zweiten elektrischen Kontaktschicht 4 zu dem der ersten elektrischen Kontaktschicht 2 an.
  • Hingegen werden die Kontakte zur Serienverschaltung in den zweiten Gräben 6 ausgebildet. Dabei wird die zweite elektrische Kontaktschicht 4 der Zelle A mit der ersten elektrischen Kontaktschicht 2 der Zelle B in Serie geschaltet (4A → 2B). Die Schicht 4 der Zelle B wird mit der Schicht 2 der Zelle C kontaktiert. Dieses Vorgehen wiederholt sich über die Breite B des Moduls (3).
  • Anschließend werden mit einem Laser der Wellenlänge 532 nm die dritten Gräben 7 durch die P3-Strukturierung abladiert, so dass dritte Gräben 7 entsprechend der Anzahl der ersten und zweiten Gräben 5, 6 gebildet werden. Alle drei Laserschnitte werden demnach mit einem 532 nm Laser ausgeführt.
  • Der äußere Rand des Moduls wird sodann definiert. Hierzu wurde ein 1064 nm Laser verwendet.
  • Alternativ kann dieser Schnitt mit einem 532 nm Laserschnitt in Silizium nach dem Aufbringen der Halbleiterschichten zusammen mit dem Schreiben der ersten Gräben und vor dem erfindungsgemäßen Ätzschritt ersetzt werden.
  • Die Maße und Abstände der Gräben sind wie folgt. Durch die Laserablation sind die lateralen Abmessungen aller ersten, zweiten und dritten Gräben 5, 6 und 7 jeweils 80 μm breit. Der zusätzliche Überhang der Halbleiter-Schichten 3 an Bezugszeichen 8 ist etwa 10 μm breit.
  • In der 2h ist durch die gepunkteten vertikalen Linien, die über die gesamte Höhe der Schichtenfolge verlaufen, im Schnitt die Zelle A, B und C angegeben. Die kurzen vertikalen Linien an den Stellen P1, P2 und P3 zeigen die Stellen der Bildung der Gräben 5, 6 und 7 an.
  • Der Wirkungsgrad des auf diese Weise hergestellten Moduls mit einer Gesamtfläche von 64 cm2 beträgt 9,7%, der Füllfaktor beträgt 66%, die Kurzschlussstromdichte 10,4 mA/cm2 (bzw. der Kurzschlussstrom beträgt 83,5 mA/cm2) und die offene Klemmenspannung beträgt 11,3 V, also im Mittel 1,41 V je Streifen.
  • 3 zeigt in Aufsicht und schematisch das Modul. Länge L und Breite B sind angegeben. Je 8 vertikale Linien trennen die insgesamt 9 streifenförmigen photovoltaischen Elemente voneinander. Im linken Teil der 3 ist eine Ausschnittvergrößerung im Bereich der Zellen A, B und C gezeigt. In der Ausschnittvergrößerung entspricht die senkrechte Linie zur Trennung der Zelle A von der Zelle B sowie die senkrechte Linie zur Trennung der Zelle B von der Zelle C der schematischen Darstellung der drei Gräben 5 bis 7 in der 2.
  • Zweites Ausführungsbeispiel – Allgemeines Verfahren zur Herstellung eines Solarmoduls
  • Die 4a und 4b zeigen Rastertunnel-mikroskopische Aufnahmen der ersten elektrischen Kontaktschicht aus ZnO in der Aufsicht. Deutlich erkennbar sind die Ausformungen 49, die in 4b nadelförmig und in 4a pilzförmig sind. Diese sind auch nach der Anordnung der Halbleiter-Schichten frei zugänglich für das Material der zweiten elektrischen Kontaktschicht und bilden die Variante 1 an Kurzschlüssen aus.
  • Die 5a zeigt ebenfalls eine Rastertunnel-mikroskopische Aufnahme der ersten elektrischen Kontaktschicht in der Aufsicht. Eine Verunreinigung auf der ersten elektrischen Kontaktschicht ist durch den Pfeil angezeigt. Derartige Verunreinigungen können durch Partikel, wie z. B. Staub oder durch Material der Pulverbildung in der Depositionskammer, vor oder auch während der Herstellung des Halbleiterschichtsystems auf die Oberfläche der ersten Kontaktschicht gelangen. Bei der Anordnung der Halbleiter-Schichten auf der ersten elektrischen Kontaktschicht können die Halbleiter-Schichten an diesen Stellen abplatzen.
  • Die 5b zeigt ebenfalls eine Rastertunnel-mikroskopische Aufnahme der ersten elektrischen Kontaktschicht in der Aufsicht. Der Pfeil markiert eine Stelle, an der die erste elektrische Kontaktschicht nicht gleichmäßig abgeschieden wurde. Hier kann ein nicht perfekter Beschichtungsprozess beim Aufbringen des Halbleiterschichtsystems zu kleinen Löchern, sogenannten „pinholes”, in selbigem führen. Hier führt also eine nicht vollständige Bedeckung der Oberfläche der ersten Kontaktschicht durch das Halbleiterschichtsystem zur Ausbildung eines lokalen Kurzschlusses nach der Anordnung der zweiten elektrischen Kontaktschicht.
  • Derartige Unregelmäßigkeiten wie die in der 5a und 5b gezeigt, können zu Kurzschlüssen der Variante 2 führen. Bei der nachfolgenden Anordnung der Halbleiter-Schichten hierauf können demnach die Halbleiter-Schichten an diesen Stellen abplatzen.
  • 6 zeigt das Endprodukt eines Verfahrens zur Herstellung eines solchen Solarmoduls nach dem Stand der Technik. Nacheinander werden dabei auf dem Substrat 61 die erste elektrische Kontaktschicht 62, die Halbleiter-Schichten 63 und die zweite elektrische Kontaktschicht 64 abgeschieden. An den Bezugszeichen 69 sind zwei Kurzschlüsse der Variante 1 gezeigt.
  • 7 zeigt das Endprodukt eines Verfahrens zur Herstellung eines Solarmoduls nach dem Stand der Technik. Nacheinander werden dabei auf dem Substrat 71 die erste elektrische Kontaktschicht 72, die Halbleiter-Schichten 73 und die zweite elektrische Kontaktschicht 74 abgeschieden. An den Bezugszeichen 79 sind zwei Kurzschlüsse der Variante 2 gezeigt.
  • Solche Solarmodule weisen nachteilig einen geringen Wirkungsgrad auf.
  • 8 zeigt das Endprodukt eines erfindungsgemäßen Verfahrens zur Herstellung eines Solarmoduls, bei dem auf die Bildung streifenförmiger photovoltaischer Elemente verzichtet wurde. Nacheinander werden dabei auf dem Substrat 81 die erste elektrische Kontaktschicht 82 und die Halbleiter-Schichten 83 angeordnet. Material der ersten elektrischen Kontaktschicht, welches wie nach dem Verfahren des ersten Ausführungsbeispiels abgeschieden wurde, tritt dabei wie in der 4 und 6 gezeigt an der Oberfläche der Halbleiter-Schichten 83 heraus. An diesen Stellen könnten ohne Gegenmaßnahme die Kurzschlüsse der Variante 1 nach Anordnung der zweiten elektrischen Kontaktschicht entstehen.
  • Sodann erfolgt aber der erfindungsgemäße Ätzschritt, vorliegend in 0,5%-iger Salzsäure für 260 Sekunden. Die Salzsäure bewirkt vorteilhaft, dass das freiliegende Material der ersten elektrischen Kontaktschicht weggeätzt wird. An diesen Stellen wird dann nicht nur das Material der ersten elektrischen Kontaktschicht auf der Oberfläche der Halbleiter-Schichten 83 weggeätzt. Vielmehr wird auch das Material der ersten elektrischen Kontaktschicht 82, welches durch die Halbleiter-Schichten hindurch tritt, weggeätzt, so dass ein Kanal (nicht dargestellt) in den Halbleiter-Schichten bis hinab zu der Oberfläche des Substrats 81 gebildet wird. Bei fortgesetzter Ätzung der ersten elektrischen Kontaktschicht 82 werden die Hohlräume HR durch den seitlichen Unterätz ausgebildet. Auf diese Weise werden alle potentiellen Kurzschlüsse der Variante 1 verhindert.
  • Bei der nachfolgenden Anordnung der zweiten elektrischen Kontaktschicht 84 auf den Halbleiter-Schichten 83 wird nicht nur die Oberfläche der Halbleiter-Schichten 83 entsprechend ganzflächig bedeckt, sondern auch der Kanal in den Halbleiter-Schichten 83 mit dem Material der zweiten elektrischen Kontaktschicht 84 verfüllt (8). Das Material der zweiten elektrischen Kontaktschicht 84 tritt dabei bis auf die Oberfläche des Substrats 81, jedoch ohne Kontakt mit dem Material der ersten elektrischen Kontaktschicht 82 auszubilden. An diesen Stellen ist durch die Hohlräume HR der Kurzschluss zwischen der ersten elektrischen Kontaktschicht 82 und der zweiten elektrischen Kontaktschicht 84 verhindert.
  • 9 zeigt das Endprodukt eines erfindungsgemäßen Verfahrens zur Herstellung eines Solarmoduls. Nacheinander werden dabei auf dem Substrat 91 die erste elektrische Kontaktschicht 92 und die Halbleiter-Schichten 93 angeordnet. Das Material der ersten elektrischen Kontaktschicht 92, welches wie nach dem Verfahren des ersten Ausführungsbeispiels abgeschieden wurde, ist nicht gleichmäßig auf dem Substrat 91 angeordnet, oder das Material der Halbleiter-Schichten 93 ist nicht gleichmäßig auf der ersten elektrischen Kontaktschicht 92 angeordnet. In diesen Fällen kann, wie in den 5b und 7, das Material der nachfolgend angeordneten zweiten elektrischen Kontaktschicht 94, wie in der 7 gezeigt, bis an die Oberfläche der ersten elektrischen Kontaktschicht geführt werden und dort Kurzschlüsse der Variante 2 ausbilden. Ein Kanal, wie er exemplarisch in der 7 bis an die Oberfläche des Substrats gezeigt ist, ist dann vorhanden.
  • Bevor die zweite elektrische Kontaktschicht 94 auf den Halbleiter-Schichten angeordnet wird erfolgt daher der erfindungsgemäße Ätzschritt in 0,5%-iger Salzsäure für 260 Sekunden. Die Salzsäure bewirkt vorteilhaft, dass das freiliegende Material der ersten elektrischen Kontaktschicht auf der Oberfläche des Substrats 91 weggeätzt wird. Bei fortgesetzter Ätzung der ersten elektrischen Kontaktschicht 92 werden die Hohlräume HR durch den seitlichen Unterätz ausgebildet. Auf diese Weise werden alle potentiellen Kurzschlüsse der Variante 2 verhindert.
  • Bei der nachfolgenden Anordnung der zweiten elektrischen Kontaktschicht 94 auf den Halbleiter-Schichten 93 wird nicht nur die Oberfläche der Halbleiter-Schichten 93 entsprechend ganzflächig bedeckt, sondern auch der Kanal in den Halbleiter-Schichten 93 mit dem Material der zweiten elektrischen Kontaktschicht 94 verfüllt. Das Material der zweiten elektrischen Kontaktschicht 94 tritt dabei bis auf die Oberfläche des Substrats 91, jedoch ohne Kontakt mit dem Material der ersten elektrischen Kontaktschicht 92 auszubilden. An diesen Stellen ist durch die Hohlräume HR der Kurzschluss zwischen der ersten elektrischen Kontaktschicht 92 und der zweiten elektrischen Kontaktschicht 94 verhindert.
  • Es versteht sich, dass diese Prozesse nach den 8 und 9 gleichzeitig während des erfindungsgemäßen Ätzschritts passieren. Selbstverständlich werden also mit einem Ätzschritt, wie beschrieben, beide Varianten 1 und 2 an Kurzschlüssen verhindert.
  • Drittes bis 13. Ausführungsbeispiel:
  • Es werden in dem ersten und in dem zweiten Ausführungsbeispiel an Stelle der dort genannten 0,5-igen Salzsäure und der Ätzdauer von 260 Sekunden die nachfolgend genannten Säuren und Ätzzeiten gewählt: Tabelle 1:
    Ätzlösung Chemische Summenformel Konzentration [mol/l] Ätzdauer [Sekunden]
    Salzsäure HCl 0,137 mol/l1 260 s
    Salzsäure HCl 0,274 mol/l2 140 s
    Salzsäure HCl 0,548 mol/l 70 s
    Salzsäure HCl 1,37 mol/l 30 s
    Flusssäure HF 0,5 mol/l 330 s
    Flusssäure HF 1,0 mol/l 170 s
    Flusssäure HF 2,5 mol/l 70 s
    Flusssäure HF 5,0 mol/l 35 s
    Schwefelsäure H2SO4 0,1 mol/l 330 s
    Phosphorsäure H3PO4 1,26 mol/l 300 s
    Salpetersäure HNO3 0,3 mol/l 120 s
  • Es ist zu beachten, dass Schwefelsäure und Salpetersäure relativ starke Oxidationsmittel darstellen. Bei dem erfindungsgemäßen Ätzprozess mit dieser Ätzlösung wird gegebenenfalls nicht nur das Zinkoxid geätzt, sondern es kann auch die Siliziumoberfläche zu SiO2 oxidiert werden. Diese Schicht kann gegebenenfalls die Funktionsweise des Solarmoduls beeinträchtigen. Es ist daher vorteilhaft, nach einem Ätzschritt mit einem starken Oxidationsmittel einen weiteren Ätzschritt mit Flusssäure (z. B. 1% für 10 s) durchzuführen, um diese SiO2 Schicht wieder zu entfernen.
  • Wie aus der Tabelle ersichtlich ist, sind die Konzentrationen und die Ätzzeiten durch einen etwa linearen Zusammenhang gekennzeichnet. Es ist denkbar, daher auch beliebige andere Konzentrationen zu wählen und die Ätzzeiten hieran anzupassen.
  • Es ist im Übrigen möglich, mit dem erfindungsgemäßen Verfahren nicht nur Solarmodule herzustellen, sondern auch Schichtenfolgen wie TFT-Bauelemente. Ein solches Verfahren sieht die Schritte vor:
    Verfahren zur Herstellung einer Schichtenfolge mit den Schritten:
    • a) auf einem Substrat 1 wird eine erste elektrische Kontaktschicht 2 angeordnet,
    • b) auf der ersten elektrischen Kontaktschicht 2 werden aktive Halbleiter-Schichten 3 angeordnet,
    • c) auf den aktiven Halbleiter-Schichten 3 wird eine zweite elektrische Kontaktschicht 4 angeordnet,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    zwischen Schritt b) und Schritt c) ein nasschemischer Ätzschritt durchgeführt wird.
  • Durch die oben beschriebene neuartige Herstellungsmethode nach den Ausführungsbeispielen wird auch dabei das Auftreten lokaler Kurzschlüsse reduziert. Eine Situation vor dem Aufbringen der zweiten Kontaktschicht, welche bei üblicher Weiterprozessierung zum lokalen Kurzschluss im Bauelement führt, wird durch den erfindungsgemäßen selektiven, isotropen, z. B. nasschemischen Ätzschritt verhindert. Dabei wird immer die erste Kontaktschicht 2 an den Stellen, welche nicht vom Halbleiterschichtsystem bedeckt sind, entfernt, während das Halbleiterschichtsystem durch den Ätzprozess nicht angegriffen wird. Aufgrund der Isotropie des gewählten Ätzverfahrens kommt es zum Unterätzen des Halbleiterschichtsystems. Die Ätzdauer ist grundsätzlich so zu wählen, dass hinreichend viel Material der ersten Kontaktschicht 2 entfernt wird. Dies geschieht auf Kosten einer geringfügigen Erzeugung toter (Solar-)zellenfläche, aus der kein (Photo-)strom eingesammelt werden kann. Diese Totfläche ist vergleichsweise vernachlässigbar.
  • Bei der Abscheidung der zweiten Kontaktschicht ist ein gerichtetes Verfahren zu wählen.
  • Die Führung des Lasers in Linien oder mäandrierend ist frei wählbar.

Claims (11)

  1. Verfahren zur Herstellung eines Solarmoduls mit den Schritten: a) auf einem Substrat (1) wird eine erste elektrische Kontaktschicht (2) angeordnet, b) auf der ersten elektrischen Kontaktschicht (2) werden aktive Halbleiter-Schichten (3) angeordnet, c) auf den aktiven Halbleiter-Schichten (3) wird eine zweite elektrische Kontaktschicht (4) angeordnet, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen Schritt b) und Schritt c) ein nasschemischer Ätzschritt durchgeführt wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch Wahl von Flusssäure, Salzsäure oder einer anderen Säure oder Base als nasschemisches Ätzmittel.
  3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch einen Ätzschritt mit Salzsäure in einer Konzentration von 0,1 bis 2 mol·l–1.
  4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Ätzdauer von 10 bis 400 Sekunden.
  5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass für die erste elektrische Kontaktschicht (2) ZnO als Material gewählt wird.
  6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass nach dem Aufbringen der Halbleiter-Schichten (3) und vor dem Ätzschritt eine Mehrzahl parallel angeordneter erster Gräben (5) gebildet und darin die Oberfläche der ersten elektrischen Kontaktschicht (2) freigelegt wird, so dass streifenförmige photovoltaische Elemente über die Länge des Solarmoduls gebildet werden.
  7. Verfahren nach vorherigem Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass nach dem Ätzschritt benachbart und seitlich versetzt zu den ersten Gräben (5) zweite Gräben (6) gebildet und darin die Oberfläche der ersten elektrischen Kontaktschicht freigelegt wird.
  8. Verfahren nach vorherigem Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass eine zweite elektrische Kontakt-Schicht (4) auf den Schichten (1, 2, 3) angeordnet wird, so dass in den zweiten Gräben (6) ein Kontakt von der zweiten elektrischen Kontaktschicht (4) eines ersten streifenförmigen Elements (A) zu einer ersten elektrischen Kontaktschicht (2) eines benachbarten zweiten streifenförmigen Elements (B) gebildet wird, ohne dass es zu einem Kontakt dieser Schichten in den ersten Gräben (5) kommt und ohne dass die zweite elektrische Kontaktschicht über dem ersten Graben elektrisch unterbrochen wird.
  9. Verfahren nach vorherigem Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass benachbart und seitlich versetzt zu den ersten und zweiten Gräben dritte Gräben (7) in der zweiten elektrischen Kontaktschicht gebildet werden, die benachbarte streifenförmige Elemente (A, B, C) voneinander elektrisch trennen, so dass die streifenförmigen Elemente (A, B, C) serienverschaltet werden.
  10. Solarmodul, umfassend ein Substrat und eine Schichtenfolge auf diesem Substrat bestehend aus erster elektrischer Kontaktschicht (2), aktiven Halbleiter-Schichten (3) und hierauf angeordneter zweiter elektrischen Kontaktschicht (4), gekennzeichnet durch unterätzte Halbleiter-Schichten (3).
  11. Solarmodul nach Anspruch 10, umfassend eine Vielzahl an benachbarten streifenförmigen, photovoltaischen Elementen, wobei jedes photovoltaische Element eine Schichtenfolge auf einem Substrat bestehend aus erster elektrischen Kontaktschicht, aktiven Halbleiter-Schichten und hierauf angeordneter zweiter elektrischen Kontaktschicht darstellt, und zur Serienverschaltung die zweite elektrische Kontaktschicht eines photovoltaischen Elements (A) bis auf die erste elektrische Kontaktschicht eines hierzu benachbarten photovoltaischen Elements (B) angeordnet ist.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
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Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111947794B (zh) * 2020-07-31 2023-01-31 电子科技大学 一种超导纳米线单光子探测器的制备方法

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102007032283A1 (de) * 2007-07-11 2009-01-15 Stein, Wilhelm, Dr. Dünnschichtsolarzellen-Modul und Verfahren zu dessen Herstellung
DE102009031592A1 (de) * 2009-07-03 2011-01-13 Forschungszentrum Jülich GmbH Verfahren zur Herstellung und Serienverschaltung von streifenförmigen Elementen auf einem Substrat

Family Cites Families (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS6197875A (ja) * 1984-10-18 1986-05-16 Sanyo Electric Co Ltd 半導体装置の製造方法
EP0236938A3 (de) * 1986-03-11 1989-11-15 Siemens Aktiengesellschaft Verfahren zur Vermeidung von Kurzschlüssen bei der Herstellung von Dünnschichtsolarzellen aus amorphem Silizium
US5055416A (en) * 1988-12-07 1991-10-08 Minnesota Mining And Manufacturing Company Electrolytic etch for preventing electrical shorts in solar cells on polymer surfaces
EP1045454A4 (de) * 1998-07-27 2001-10-24 Citizen Watch Co Ltd Solarzelle und herstellungsverfahren, und maske für photolithographie zur herstellung der solarzelle
US20070240759A1 (en) * 2006-04-13 2007-10-18 Applied Materials, Inc. Stacked thin film photovoltaic module and method for making same using IC processing
US20100323471A1 (en) * 2008-08-21 2010-12-23 Applied Materials, Inc. Selective Etch of Laser Scribed Solar Cell Substrate
WO2010123196A1 (en) * 2009-04-24 2010-10-28 Jusung Engineering Co., Ltd. Thin film type solar cell, and method for manufacturing the same

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102007032283A1 (de) * 2007-07-11 2009-01-15 Stein, Wilhelm, Dr. Dünnschichtsolarzellen-Modul und Verfahren zu dessen Herstellung
DE102009031592A1 (de) * 2009-07-03 2011-01-13 Forschungszentrum Jülich GmbH Verfahren zur Herstellung und Serienverschaltung von streifenförmigen Elementen auf einem Substrat

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Study on the Wet Etch Beahvior of a Zinc-Oxide Semiconductor in Acid Solutions. In: Journal of the Korean Physical Society, 2008, 402-405. *

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102012111895A1 (de) 2012-12-06 2014-06-12 Lpkf Laser & Electronics Ag Verfahren zur Herstellung eines Solarmoduls

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