CN102299208B - 薄膜太阳能电池模块及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于制造薄膜太阳能电池模块的方法，该薄膜太阳能电池模块带有多个设置在共同的基板(1)上的并且电串联的片段(5，7)。此外，本发明还涉及一种相应的薄膜太阳能电池模块和适于实施所述制造方法的生产线。所述方法包括：用于将层施加到基板(1)上以形成至少一个电极(2，4)和光敏层序列(3)的步骤，以及用于结构化所施加的和/或要施加的层以形成所述多个片段(5，7)的步骤。在实施用于结构化的步骤之前，施加至少一个电极(2，4)和光敏层序列(3)。

Description

薄膜太阳能电池模块及其制造方法
本申请是2010年1月11日递交中国专利局的名为“薄膜太阳能电池模块及其制造方法”的申请号为200880024175.9的专利申请的分案申请。
技术领域
本发明涉及一种用于制造薄膜太阳能电池模块的方法，该薄膜太阳能电池模块带有多个设置在共同的基板上的并且电串联的片段。此外，本发明涉及相应的薄膜太阳能电池模块和适于实施所述制造方法的生产线。
背景技术
薄膜太阳能电池模块(也称为薄膜光致电压模块)具有光敏层，这些光敏层带有微米量级的层厚度。在此，使用在光敏层中的半导体材料可以是无定形的或者微晶的。例如在所谓的串联型电池和所谓的三结电池(Tripelzellen)的情况中，在电池内的无定形的半导体材料构成的层和微晶半导体材料构成的层的组合也是可能的。作为半导体材料使用Si、Ge和化合物半导体如CdTe或者Cu(In，Ga)Se2(缩写为CIS或者称为CIGS)。尽管有略为更低的效率，薄膜太阳能电池模块由于其明显更少的材料需求因而是对于基于可见厚度的、单晶的或者多晶的半导体层制造的太阳能电池模块的一种经济的并且技术上意义重大的替选方案。
为了能够使用具有尽可能大面积的经济的模块而横向引开到太阳能电池的电极中的电流不会大到使得出现高的欧姆损耗，薄膜太阳能电池模块通常被划分为多个片段。在此，带状的并且通常数毫米至数厘米宽的片段通常与模块的边缘平行地延伸。形成这些片段的方式是，在连续的基板的情况下通过薄的分离线中断太阳能电池的层结构的各层。分离线一方面导致相邻片段的相同层彼此电绝缘，并且另一方面导致随后施加的层可以沿着接触线与其下的层电连接。在分离线的合适的布置的情况下，可以通过这种方式实现各片段的串联电路。
根据现有技术，分离线的构建分别直接在施加层之后进行。因为施加层通常在真空条件下进行，然而分离线的构建在空间上与其分离地在空气条件下进行，所以根据现有技术的制造工艺要求复杂的工艺过程(Prozessfuehrung)。此外，在通常的进入真空的引入过程和从真空中的引出过程中，存在将污染物引入太阳能电池的层之间的危险。沉积在所述层上的、在结构化过程期间被剥离的材料可能是这种污染物。
发明内容
因此，本发明的任务是，提出一种用于制造薄膜太阳能电池模块的方法，其允许更简单的和更有效的工艺过程。本发明的另外的任务是，提出一种可以以这种方法制造的薄膜太阳能电池模块，并且实现一种用于制造这种薄膜太阳能电池模块的生产线。
根据本发明的第一方面，该任务通过一种用于制造薄膜太阳能电池模块的方法来解决，该薄膜太阳能电池模块带有多个设置在共同的基板上的并且电串联的片段，其中该方法具有用于将层施加到基板上以形成至少一个电极和光敏层序列的步骤，并且具有用于结构化所施加的和/或要施加的层以形成多个片段的步骤。在实施用于结构化的步骤之前，施加至少一个电极和光敏层序列。
于是在实施用于分割的结构化步骤之前首先执行至少两个用于沉积层的工艺的组。对分别在类似的条件(例如真空条件相对于空气条件)下实施的工艺步骤进行结合地编组使得工艺实施变得容易，并且适于减少将污染物引入到薄膜太阳能电池模块的层之间。
在该方法的一个有利的扩展方案中，对已经施加的层的结构化通过射进激光辐射生成分离线和/或通过机械刻刮和/或通过选择性的刻蚀来进行。特别优选的是，在此将激光辐射射进使得将一个或多个层局部地去除或者将一个或多个层局部地加热，使得改变所述层的至少之一的物理特性，特别是其导电性。
在该方法的另一有利的扩展方案中，对已经施加的层的结构化通过射进激光辐射生成接触线来进行。特别优选的是，在此将激光射进使得不同材料构成的相叠的层被局部地加热并且构建材料化合物，该材料化合物具有不同于原始的材料的物理特性并且特别是导电的。
在该方法的另一有利的扩展方案中，在分离线之一内由电绝缘的材料生成绝缘线。特别优选的是，在此通过喷墨印刷方法来施加绝缘线。
根据该方法的另一有利的扩展方案，对随后要施加的层的结构化借助可溶性材料构成的覆盖线来进行。特别优选的是，在此通过喷墨印刷方法来施加覆盖线。
根据本发明的第一方面，该方法的所提及的有利的扩展方案提出了一些结构化措施，这些结构化措施适于在具有至少两个相继施加的层的层堆叠内也进行(单个)层的结构化。因此，其为根据本申请的方法的理想的结构化措施。
根据本发明的第二方面，该任务通过带有多个电串联的片段的薄膜太阳能电池模块来解决，该薄膜太阳能电池模块通过根据权利要求1至16中的任一项所述的方法来制造。
根据本发明的第三方面，该任务通过带有多个电串联的片段的薄膜太阳能电池模块来解决，其中由绝缘材料构成的绝缘线施加到分离线的区域中并且被第二电极覆盖，其中该分离线中断薄膜太阳能电池模块的第一电极用于形成片段。优选的是，绝缘线包含绝缘的聚合物。
根据本发明的第四方面，该任务通过带有多个电串联的片段的薄膜太阳能电池模块来解决，其中朝向基板的由导电氧化物构成的电极通过分离线来电中断，其中电极在分离线的区域中局部地具有与分离线之外不同的物理特性。
优选的是，在分离线的区域中的局部不同的物理特性基于在分离线的区域中电极再结晶之后的掺杂的变化或者基于在分离线的区域中来自与电极相邻的光敏层序列的元素的氧化物的形成。特别优选的是，光敏层序列具有Si并且分离线包含Si氧化物。
根据本发明的第五方面，该任务通过带有多个电串联的片段的薄膜太阳能电池模块来解决，该薄膜太阳能电池模块包括第一电极、光敏层序列和第二电极，其中存在接触线，第二电极通过该接触线与第一电极电连接为片段的串联电路，其中接触线在光敏层序列的区域中包含光敏层序列的元素与第二电极的元素构成的导电的材料化合物和/或导电的合金。优选的是，光敏层序列具有Si并且接触线包含硅化物。
根据本发明的第六方面，该任务通过带有多个电串联的片段的薄膜太阳能电池模块来解决，其中导电的胶带或者导电膏的绳在分离线的区域中为了重建电连接而被施加到第二电极上，其中所述分离线将薄膜太阳能电池模块的第一电极中断以形成片段并且中断第二电极。
在根据本发明的第二至第六方面的薄膜太阳能电池模块中，不同的层(电极和光敏层序列)被结构化，使得在已经施加至少两个层之后，可以实施串联布线。在薄膜太阳能电池模块的情况下，用于施加层的工艺步骤的结合导致较少的污染物(其例如由于频繁的引入和引出过程而造成的)，并且由此导致更好的层质量，由此得到电池的更高的效率。此外，在所提出的薄膜太阳能电池模块中，可以把用于结构化层的工艺步骤结合，这导致不同层中的结构化措施相对于彼此更好的定位。由此得到用于串联布线的小的接触区域，并且于是得到电池的更高的面积产出(Flaechenertrag)。
根据本发明的第七方面，该任务通过一种用于在玻璃基板上制造薄膜太阳能电池模块的生产线来解决，其中具有涂层设备，该涂层设备具有第一真空闸、至少两个涂层站以及第二真空闸，并且设计为使得玻璃基板在通过第一真空闸引入涂层设备之后，在该基板通过第二真空闸又从涂层设备引出之前，可以在真空条件下相继地经过所述至少两个涂层站。生产线能够执行根据第一方面的方法，并且能够实现与其关联的优点。
附图说明
下面将借助五个附图根据实施例来详细阐述本发明。
其中：
图1示出了根据现有技术的薄膜太阳能电池模块的层结构的示意图；
图2至图4示出了在根据本申请的方法之一中分别针对不同方法阶段的薄膜太阳能电池模块的层结构的示意图；以及
图5示出了用于制造薄膜太阳能电池模块的装置。
具体实施方式
图1以示意图示出了根据现有技术的薄膜太阳能电池模块的层结构。在基板1上施加了第一电极2、光敏层序列3以及第二电极4。第一电极2、光敏层序列3以及第二电极4通过分离线10、11、12横向地中断。三个分离线10、11、12在其侧横向地彼此间隔并且将薄膜太阳能电池模块的所示的部分分为分离线10左边的第一片段5、分离线12右边的第二片段7以及位于其间的接触区域6。
通常，在薄膜太阳能电池模块中的电极2、4和光敏层序列3在真空工艺中施加。为此，PVD(物理气相沉积)工艺例如等离子体溅射或电极射束蒸发、或者CVD(化学气相沉积)工艺例如LPCVD(低压CVD)或者PECVD(等离子体增强的CVD)是适合的。
作为用于光敏层序列3的有源半导体材料可以使用无定形的或者微晶的IV族半导体，例如a-Si、a-SiGe、μC-Si或者化合物半导体例如CdTe或者Cu(In，Ga)Se2(缩写为CIS或者CIGS)。在此，在光敏层序列3中也可以将所提及的不同的材料的层组合。此外，在光敏层序列3中可以部分地设置导电氧化物和/或导电半导体层构成的反射层(中间反射器)。
光敏层序列3通常包括至少一个p掺杂的和n掺杂的半导体层，也即二极管结。在基于硅的薄膜太阳能电池的情况下，p掺杂的和n掺杂的层通常还通过延展的本征层(i层)来分离。为了更好地利用波长谱，可以将具有不同的吸收谱的多个pin层堆叠相叠设置。Si串联型电池(Tandemzelle)例如具有a-Si构成的pin层堆叠和μC-Si构成的pin层堆叠，并且在Si三结电池中附加地还设置了a-Si(Ge)构成的pin层堆叠。在该上下文中明确地指出：在本申请的范围中光敏层序列3并不局限于pin层堆叠或者nip层堆叠(二极管结)，而是包括多重堆叠如串联型电池或者三结电池的多重堆叠。
通常p掺杂的层朝向太阳。关于制造过程，依据光敏层序列3的不同地掺杂的层所施加的顺序在所谓的pin电池和nip电池之间区分。在pin电池的情况下，(生长)基板1是透明的并且在完成的模块的情况下也形成朝向太阳的支承基板。通常，为此使用(扁平)玻璃。在nip电池的情况下，可以使用玻璃或者(金属)膜作为生长基板。在工作中阳光通过其入射的支承基板在制造工艺结束时才层压到模块上。nip层堆叠在此保持与生长基板连接。
所有示出的实施例示出了pin电池。这纯粹是示例性的，而非限制的。所有在本申请的范围中描述的方法都可以应用于pin电池中以及nip电池中。
在图1所示的pin电池的例子中，朝向太阳的第一电极2(在下面也将该电极称为前侧电极)通常由透明导电氧化物(TCO，transparentconductive oxides)例如SnO2或者ZnO或者ITO(铟锡氧化物)形成。背离太阳的第二电极4(在下面也将该电极称为后侧电极)同样可以具有TCO层或者通过金属如Ag、Al、Mo形成或者由TCO和金属层的组合来形成。
在将本申请中所描述的方法转用到nip电池的情况下要注意的是，电极2和4的功能相应地对调。在nip电池的情况下，首先施加的第一电极2可以包括金属层，并且是工作中背离太阳的后侧电极。相应地，最后施加的第二电极4被透明地实施并且形成朝向太阳的前侧电极。
在图1所示的根据现有技术的薄膜太阳能电池模块的制造过程中，首先将前侧电极2例如TCO施加到基板1例如玻璃上。随后，通过合适波长(例如1064nm)的激光辐射或者通过机械刻刮或者通过选择性刻蚀在前侧电极2中产生分离线10。该分离线10在模块的整个宽度上延伸(在附图中垂直于纸平面)。在此，激光辐射可以通过基板1以及从层侧面射进。分离线10以5μm至1000μm的宽度将电极2在其整个高度中分开，其中典型的宽度在10μm至50μm的范围中。在进行前侧电极2的结构化之后，施加光敏层序列3并且随后通过产生分离线11来结构化。在使用Si作为光敏材料的情况下，在光敏层序列3中的分离线11通常通过532nm波长的激光的照射来产生。随后，施加后侧电极4，该后侧电极在分离线11的区域中与前侧电极2直接接触。在最后的步骤中，产生分离线12以便将第一片段5的后侧电极4与第二片段7的后侧电极4电隔离。通常，在此通过基板1引入如下波长的激光辐射：该波长不被前侧电极2吸收，而是被光敏层序列3吸收，即例如又是532nm的波长，使得光敏层序列3蒸发，其中金属的后侧电极4可以熔融并且在分离线12的区域中裂开，或者在其侧也可以蒸发。交替的用于施加层和用于将层结构化的步骤导致两个片段5和7的串联布线，如通过图1中表示电流走向的箭头可以看出的那样。
在工艺技术上产生的困难是，将真空中完成的用于层沉积的步骤与气氛条件下(环境空气或者保护气氛)完成的并且在完全不同的工艺阶段中进行的用于形成分离线10、11、12的结构化步骤交替。除了在工艺实施中提高的开销，相应地经常需要的引入过程和引出过程暴露出污染物淤积在层之间的危险。
此外，在薄膜太阳能电池中值得的是将接触区域6实施得尽可能窄，因为该接触区域是非活性面，这些非活性面降低了太阳能电池模块的面积产出。然而分离的结构化工艺(在这些工艺之间基板此外被输送到另外的工艺室中用于施加层)必然导致在分离线10、11、12的定位中的误差。结果是必然将分离线10、11、12彼此的距离从开始就选择得大到使得不可避免的定位误差对于正确实施片段的串联布线是无害的。
图2示出了根据本申请的用于制造薄膜太阳能电池模块的方法的第一实施例。
如图2a所示，首先将第一电极2和光敏层序列3施加到基板1上。例如，基板1是扁平玻璃，第一电极2是TCO构成的前侧电极，并且光敏层序列3是p掺杂的、本征的硅和n掺杂的无定形的或者微晶的硅的序列。前侧电极2和光敏层序列3可以在相继的真空涂层工艺中施加，而基板1不必为此从真空中引出。同样可能的是，以已经设置有TCO层作为前侧电极2的基板1开始。在这种情况中，只要施加光敏层序列3。
在将基板1从真空中引出之后，进行第一结构化步骤，其中为了形成宽度大于100μm并且典型为150μm的分离线20而将光敏层序列3中断。这例如可以通过从层侧或者通过基板1引入波长为532nm的激光辐射来进行。在图2b中示意性示出了得到的层结构。
随后，在分离线20的区域内产生另一分离线21，该分离线以典型为10μm至40μm的宽度将前侧电极2中断(参见图2c)。为了形成分离线21，波长为1046nm或355nm的激光辐射是合适的。有利的是，分离线21并未相对于分离线20居中地定位，而是设置在分离线20的左边区域，例如设置为使得分离线20和21的左边缘横向彼此间隔大约20μm至30μm。如分离线20那样，分离线21也可以借助从层侧或者从基板侧射进的激光辐射来产生。
在此有利的是，为了形成分离线20和21所需的激光辐射由单个的在基板1上移动的工艺头(Prozesskopf)提供，由此保证了两个分离线20和21在分离线的整个长度上相对于彼此的尽可能准确的恒定定位。
随后，如图2d中所示的那样，将绝缘线22如电绝缘的绳那样沿着分离线21来施加。有利的是，绝缘线22填满分离线21并且在两侧伸入分离线20中大约20μm至30μm，使得将分离线20的左边缘绝缘和钝化。然而重要的是，在分离线20中的前侧电极2的足够的、典型为20μm至50μm宽的区域并未被绝缘线22覆盖。绝缘线22的高度典型地可以为5μm至50μm。
为了施加绝缘线22，特别是喷墨印刷方法是合适的。作为绝缘材料，可以使用电绝缘的并且在涂敷之后硬化的聚合物。
绝缘线22的高宽比在此可以通过绝缘材料的施加技术以及其流动特性来确定。在此，优选应当构建没有边缘以及垂直于基板延伸的部分的表面，使得该表面上随后可以良好地长满随后要施加的后侧接触部4。在图2d中示例性地示出了较高的、圆形的轮廓以及作为替选方案用虚线示出了绝缘线22的平坦的轮廓。
此外，在分离线20右边的区域中在基板1的整个宽度上同样绳状地将可溶性漆构成的覆盖线23涂敷到光敏层序列3上(图2e)。为此，喷墨印刷方法又适合于此。对于覆盖线23，尽可能盒状的轮廓是有利的，如图2e中理想化地示出的那样。覆盖线23的宽度典型地为50μm，并且该线至分离线20的右边缘的距离应当为大约20μm至50μm。覆盖线23的高度无关紧要，然而该高度应当在还要施加的后侧电极4的厚度以上。有利的是，绝缘线22以及覆盖线23都以同一工艺头从层侧来施加。也可能的是，所有结构化的措施、即将激光射进以形成分离线20和21以及施加分离线22和覆盖线23都通过唯一的工艺头来进行，该工艺头从层侧开始工作。通过这种方式，最佳地保证了所有结构化的元件彼此之间的相对定位。如果绝缘线22和覆盖线23通过独立的工艺头在激光结构化之后来施加，则该第二工艺头之前会连接有光学检测系统，通过该检测系统在分离线20或21的所检测到的地点跟踪工艺头的位置。
如图2f中所示的那样，随后进行施加后侧电极4，例如ZnO层，随后是以真空沉积方法或者可能以喷射涂层方法施加的Ag层和/或Al层。一侧为绝缘线22和另一侧为覆盖线23的不同轮廓导致绝缘线22上长满连续的层，而覆盖线23的侧边上并未长满或者只是不完全地长满有后侧电极4。
随后，通过合适的溶剂将覆盖线23的可溶性漆去除，由此在后侧电极4中留有分离线24。覆盖线23的施加就此而言是对于要施加的层(在此为后侧电极)的结构化工艺。
该方法得到图2g中所示的薄膜太阳能电池模块。在示意图中绘出了得到的左边的第一片段5、右边的第二片段7以及位于其间的接触区域6的划分。此外绘出了箭头，这些箭头表示电流并且表明了所实现的片段5和7的串联电路。
薄膜太阳能电池模块的特征在于长满后侧电极4的并且由此完全被包围的绝缘线22。在前面的描述中所给出的结构化元件的典型的大小和距离可以得到接触区域的小于200μm的宽度，这得到对薄膜太阳能电池模块的面积的有效利用。
在图2h中示出了薄膜太阳能电池模块的一个可替选的扩展方案。在该实施形式中，分离线20并未在结合图2b所说明的整个宽度上实施。更确切地说，实施更窄的分离线25，这次将分离线21居中地引入到分离线25中并且形成另外的分离线26。这种划分为两个将光敏层序列3中断的分离线在工艺技术上可以是有利的，因为总体上更小的宽度还必须被剥离并且由此相应地需要更小的激光功率。
在图2中所示的方法的一个优点是，在实施第一结构化步骤之前施加两个层或者层序列(参见图2a)。在不同的工艺阶段之间转移的数目以及至为了施加层所需的真空中的引入和引出过程的数目保持较小。此外，全部的结构化步骤可以编组地在一个工艺阶段中相继实施，由此省去了在每个结构化步骤之前将基板1的相应重新对齐。必要时完全可能的是，几乎同时地借助一个工艺头来进行所有的结构化步骤。为了在结构化时提高生产量，此外可以彼此并行地使用多个这种工艺头用于加工在不同的片段之间的接触区域。在此，这些工艺头可以配备有独立的激光器，或者由独立的激光器来供给，或者由一个激光器来供给，该激光器的光通过分束器输送给不同的工艺头。
图3以类似于图2的方式示出了根据本申请的方法的另一实施例。结合图2所进行的关于可能的材料的说明可以转用于该实施例。
如图3a所示，在此在随后进行第一结构化步骤之前，将前侧电极2、光敏层序列3和后侧电极4涂敷到基板1上。如图3b所示，作为第一结构化步骤，将分离线30引入到光敏层3和后侧电极4中。如在图1中结合分离线12所描述的那样，分离线30可以通过将合适波长例如532nm的波长的激光从基板侧射进来实现。
随后，产生图3c中所示的接触线31。通过将例如200nm至10μ的范围中的合适波长的激光从层侧射进，将后侧电极4以及光敏层3局部受限地熔融，然而并不蒸发。同样可能的是，将激光从基板侧来射进。在这种情况中，例如大约300nm至2μ的波长是合适的。
通过在熔融物中的扩散工艺，形成了硅化物，例如带有近似金属的导电性的AgAlSi，或者形成了Si和Ag构成的共晶体，该共晶体同样具有高的导电性。由此，电流可以在该位置从后侧电极4流入到前侧电极2中。优选的是，在此在接触线31的区域中存在至前侧电极2的欧姆接触部。在此，用于形成接触线31的方法并不局限于该实施例中所采用的材料系。在局部构建的熔融物中的来自光敏层3和后侧电极4的元素的混合也可以在其他系统中用于构建导电的材料化合物或者合金。
最后，在分离线31左边构建分离线32用于中断前侧电极2。为了构建分离线32，将前侧电极中被吸收的例如1064nm的波长的激光辐射通过基板1引入。激光辐射的功率和加工时间选择为使得前侧电极2被局部地加热并且激发用于再结晶过程，而并不以物理方式上去除该材料。与结合图2所描述的分离线20和21或者在上述实施例中的分离线30不同，在分离线32的情况下材料于是并不被去除，而是仅仅在其特性、特别是其导电性方面进行改变。并没有形成空隙。在前侧电极2上的层(光敏层3和后侧电极4)不受影响或者仅仅不明显地受到影响。在此有利的是，使用脉冲式的激光辐射，通过这种激光辐射可以实现在引入的热量扩散到环境中之前将前侧电极2局部短时间地加热。于是，可以局部短时间地达到高的温度水平，而不会明显地将环境加热。在此特别合适的是短于微秒并且优选在纳秒或者皮秒范围中的脉冲持续时间。由此引起的在分离线32的区域中前侧电极2的TCO材料的微结构的变化导致在该区域中其导电性的明显降低。原因是，主要是掺杂剂负责TCO层的导电性，这些掺杂剂由于再结晶过程而不再嵌在晶体中。导致导电性降低的一种可能的第二机制是将前侧电极2的材料与位于其上的光敏层序列3的材料混合。在此，前侧电极2的TCO材料的氧与光敏层序列3的硅形成电绝缘的氧化硅(SiO或者SiO2)。该过程受到高的氧化物形成焓(Oxidbildungsenthalpie)决定性的影响。在此可以是有利的是，选择激光辐射的参数(波长、功率、脉冲持续时间)，使得在前侧电极2上的光敏层序列3同样一同被加热。在此也可能的是，两个波长的激光辐射同时射进，其中一个优选在前侧电极2中被吸收，而另一个优选在光敏层序列3中被吸收。然而没有材料又被去除。后侧电极4不应改变，使得从第一片段5通过接触区域6至右边第二片段7的供电线路未受影响。
在两种情况中(去除掺杂剂；形成氧化硅)，前侧电极2在电学上被中断或者其导电性至少被充分地降低。用于形成分离线32的该方法也并不局限于该实施例中所采用的材料系。例如，在基于CI(G)S的光敏层序列3的情况下可以在分离线32中形成Gu氧化物，或者在包含Cd的光敏层序列3的情况下可以在分离线32中形成Cd氧化物，它们将前侧电极2在电学上中断或者将前侧电极在分离线32的区域中的导电性充分地降低。
在图3d中示出了结果，其中又示出了第一片段5、第二片段7以及位于其间的接触区域6的所形成的区域，并且其中在片段5、7的串联布线中通过箭头表示了电流。所形成的薄膜太阳能电池模块的特征在于后侧电极4中的含硅的接触线31以及在前侧电极1中的再结晶的或者含有氧化硅的分离线32。
如已经在第一实施例中那样，这里也有利的是，所有结构化步骤可以被编组。此外，结构化措施的至少两个(即从层侧进行分离线30和接触线31的建立)可以由唯一的工艺头来实施。其余的结构化措施(建立分离线32)可以在薄膜太阳能电池模块的相同位置通过与第一工艺头并行引导的第二工艺头从基板侧来实施。特别有利的是，在执行结构化措施的组之前施加所有层。为了在结构化中提高生产量，此外同样可以并行使用多个工艺头。
在该方法的一种可替选的扩展方案中可能的是，以如下的基板1来开始：该基板已经设置有TCO层作为前侧电极2，并且其中已经通过传统方式产生了分离线32。在这种情况中，于是将光敏层序列3和后侧电极4施加到预先结构化的前侧电极2上。即使由此不再将所有结构化措施结合，该方法相对于现有技术提供的优点是，其中每个层沉积都跟随有随后的结构化措施。
图4示出了用于制造薄膜太阳能电池模块的方法的另外的两个实施例。
如在图3所示的实施例中那样，首先将前侧接触部2、光敏层序列3以及背面接触部4施加到基板1上(图4a)。随后将分离线40引入到后侧电极4和光敏层序列3中(图4b)。横向上与分离线40间隔地于是在后侧电极4和光敏层序列3之间形成接触线41。除了该工艺阶段之外，该方法与结合图3所示的方法一样地进行，因此关于进一步的细节参见那里的描述。
随后，如图4d所示的那样产生分离线42，该分离线除了基板之外中断整个层结构，即前侧电极2、光敏层序列3以及后侧电极4。分离线42可以优选通过合适波长(1064nm或者355nm)的激光通过基板射进来实现。可替选地，也可以从层侧借助非常高的射束能量来加工。在此可能的是，所有层被同时去除，也可能的是，在相继的步骤中将相同或者不同波长的激光射进，由此在多个步骤中剥离层。例如，在第一步骤中(如在形成分离线40时)去除光敏层序列3和后侧电极4，并且在第二步骤中(如在形成分离线10时(参见图1)或者分离线20时(参见图2))去除前侧电极2。
最后，将导电的胶带43施加到分离线42上，由此将通过分离线42导致的后侧电极4的不希望的中断在电学上又闭合。在此，导电的胶带43例如可以由导电聚合物构成。在施加时要注意的是，胶带43不铺设在分离线40上，该分离线的目的正是将相邻片段5、7的后侧电极4电分离。分离线40和42的距离为大约100μm。然而以这种位置精度来铺设胶带43在技术上是可行的。在此不必将导电胶带43连续地施加到薄膜太阳能电池模块的整个宽度上。当导电胶带43的分布于宽度上的片段作为电流桥梁存在时就足够。
在图4e中绘出了由该制造方法得到的薄膜太阳能电池模块。相邻的片段5和7以及位于其间的接触区域6又被绘出，并且这些片段的串联布线的电流通过所示的箭头来表示。
在图4f中示出了一种用于将通过分离线42分离的后侧电极4连接的替选方法。替代胶带43施加了导电膏构成的导电绳44，该导电膏的稠度选择为使得其并不侵入或者仅仅不明显地侵入到分离线42中。导电膏(该导电膏可以是硬化的导电聚合物)的施加可以通过喷墨印刷方法来实现。如在导电胶带的情况中那样，并不需要导电绳44在模块的宽度上是连续的，虽然在连续的实施情况下得到更好的电连接和对分离线42的保护性的密封作为优点。
从这两种方法替选方案中得到的薄膜太阳能电池模块的特征在于含有硅化物的接触线41以及施加到后侧电极4上的胶带43或者导电绳44。
图5示出了一种生产线，作为实施根据本申请的薄膜太阳能电池模块的生产方法的合适装置。
该生产线具有第一传送系统50，用于接收玻璃基板51。该传送系统50汇入到净化台52中，该净化台通过第一真空闸53与涂层装置54连接。涂层装置54具有第二传送系统55、第一PVD/(LP)CVD涂层台56、多个PECVD涂层台57以及第二PVD/(LP)CVD涂层台58。在第二PVD/(LP)CVD涂层台58上连接有第二真空闸59，第三传送系统60从该第二真空闸引出。该第三传送系统60引导通过结构化装置61，该结构化装置具有多个可移动的工艺头62。在第三传送系统60上通过结构化装置61之后，制成的薄膜太阳能电池粗制模块63离开生产线。
在所示的生产线中制造薄膜太阳能电池模块的初始点是通过第一传送系统50输送的玻璃基板51。优选的是，该生产线设计为使得可以接收和处理通常的宽度为3.21m的扁平玻璃片。在该情况中，该生产线也可以优选直接耦合到扁平玻璃生产线上。在净化台52中净化之后，玻璃基板51被直接地并且与周围的空气无接触地输送给第一真空闸53。因此可以省去用于防止灰尘颗粒的净化室环境。
在随后的第一PVD/(LP)CVD涂层台56中可以施加电极。在CVD(化学气相淀积)涂层的情况中，可以使用低压方法(LPCVD，低压CVD)。此外，可以将(干)刻蚀装置集成到第一PVD/(LP)CVD涂层台56中。优选的是，第一PVD/(LP)CVD涂层台56以连续方法(in-line(串列))工作。
随后，可以在不同的PECVD涂层台57中施加光敏层序列。优选的是，这些PECVD涂层台57实施为固定的涂层台。可替选地，在这些台之一中也可以在固定的工艺中施加电极。在这种情况中，可以省去第一PVD/(LP)CVD涂层台56。此外也可能的是，玻璃基板51例如通过在玻璃制造商的生产线中的在线涂层已经具有前电极(Frontelektrode)。在这种情况中，也可以省去第一PVD/(LP)CVD涂层台56。此外可能的是，在以PVD涂层工艺制造前侧电极的情况下为了所需的对前电极的粗化而使用后置的(干)刻蚀工艺。相应的工艺台集成在PVD/(LP)CVD涂层台56中或者是PECVD涂层台57之一。由于涂层台56、57和58的设置，不费事的线性绞盘可以用作涂层装置54的真空中的第二传送系统55。
为了制造Si串联型电池，例如可以由PECVD涂层台57相继地施加消除氢的无定形的p、i和n掺杂的a-Si：H层和/或微晶的p、i和n掺杂的Si层和/或另外的基于a-Si(Ge)：H的吸收层。此外，该生产线设计为使得玻璃基板51在PECVD涂层台57之后没有真空中断地经过PVD/(LP)CVD涂层台58，其中后侧电极的金属层例如以溅射工艺涂覆。PVD/(LP)CVD涂层台58优选又设计为用于连续涂层方法的串列(in-line)台并且可以在CVD涂层的情况下以低压方法工作。也可能的是，设置多个PVD/(LP)CVD涂层台58，以便能够沉积不同的金属例如Ag和/或Al和/或Mo。
随后，玻璃基板51通过第二真空闸59又从真空中引出并且在第三传送系统60上经过生产线的结构化装置61。
根据本发明的精神，所提出的生产线也可以用于制造基于化合物半导体的薄膜太阳能电池模块(CdTe、CIS)。
结合图2至4所描述的根据本申请的方法的特征在于，编组成用于沉积层的工艺步骤以及用于结构化(例如用于形成分离线、绝缘线、覆盖线和接触线)的工艺步骤是可能的。这反映在涂层装置54中结合了用于沉积层所需的工艺台以及在结构化装置61中结合了用于结构化所需的结构化工具。作为结构化工具，可以使用激光器、激光传输光学系统、喷墨印刷头以及用于涂覆胶带的装置。在此有利的是，把对于彼此关联的工艺步骤所需的尽可能多的结构化工具集成在一个工艺头62上。这例如设计不同波长的激光器，它们产生不同的、但是相对于彼此尽可能正确定位的分离线。在该上下文中，也参照图2至4所涉及的工艺头的有利的扩展方案的实施形式。为了提高生产量，可以存在多个相同的工艺头62，借助它们可以并行地加工玻璃基板51的不同的区域。
如果在离开结构化装置61之后还需要施加后侧电极4，例如用于制造结合图2所描述的薄膜太阳能电池模块，必要时可以独立地实施PVD/(LP)CVD涂层台58，而不是集成在涂层装置54中。而PECVD涂层台57和PVD/(LP)CVD涂层台56在涂层装置54中的结合不受其影响。
随后，存在完成的薄膜太阳能电池粗制模块63。接下来，仅需要外围的加工步骤如封装、对边缘去层(Entschichten)、接触等等，以最终完成薄膜太阳能电池模块。此外，它们可以独立于在该生产线之外实施，或者同样可以集成到该生产线中。
通过上述描述可知，本发明的实施例公开了但不限于如下方案：
附记1.一种用于制造薄膜太阳能电池模块的方法，该薄膜太阳能电池模块带有多个设置在共同的基板(1)上的并且电串联的片段(5，7)，所述方法包括：-用于将层施加到基板(1)上以形成至少一个电极(2，4)和光敏层序列(3)的步骤，以及-用于结构化所施加的和/或要施加的层以形成所述多个片段(5，7)的步骤，其中在随后实施用于结构化的步骤之前，施加至少一个电极(2，4)和光敏层序列(3)。
附记2.根据附记1所述的方法，其中电极(2，4)的制造包括施加至少一个层，所述至少一个层包括透明导电氧化物和/或金属层。
附记3.根据附记1或2所述的方法，其中光敏层序列(3)的制造包括施加至少一个单层，所述至少一个单层包括无定形的或者微晶的Si和/或无定形的或者微晶的SiGe和/或化合物半导体。
附记4.根据附记3所述的方法，其中所述化合物半导体是CdTe或者CIS或者CIGS。
附记5.根据附记3所述的方法，其中光敏层序列(3)的制造包括施加p掺杂的、本征的和n掺杂的无定形Si层和/或p掺杂的、本征的和n掺杂的微晶Si层和/或p掺杂的、本征的和n掺杂的无定形SiGe层。
附记6.根据附记1或2所述的方法，其中所述层的施加通过PVD工艺和/或CVD工艺来实现。
附记7.根据附记6所述的方法，其中所述PVD工艺是溅射工艺，且所述CVD工艺是PECVD工艺。
附记8.根据附记1或2所述的方法，其中使用玻璃作为基板(1)。
附记9.根据附记1或2所述的方法，其中对已经施加的层的结构化由通过射进激光辐射和/或通过机械刻刮和/或通过选择性刻蚀来建立分离线(10-12，20，21，24-26，30，32，40，42)而实现。
附记10.根据附记9所述的方法，其中射进激光使得局部地去除一个或多个层。
附记11.根据附记9所述的方法，其中射进激光使得将一个或多个层局部地加热，使得改变所述层中的至少一个层的物理特性。
附记12.根据附记11所述的方法，其中所述物理特性是导电性。
附记13.根据附记1或2所述的方法，其中对已经施加的层的结构化由通过射进激光辐射建立接触线(31，41)来实现。
附记14.根据附记13所述的方法，其中射进激光使得将不同材料构成的相叠的层局部地加热，并且构建材料化合物，该材料化合物具有不同于原始材料的物理特性。
附记15.根据附记14所述的方法，其中所述材料化合物是导电的。
附记16.根据附记14所述的方法，其中局部地形成不同材料的熔融物，并且其中由熔融物形成材料化合物。
附记17.根据附记9所述的方法，其中在分离线(20，21，25)之一内由电绝缘的材料产生绝缘线(22)。
附记18.根据附记17所述的方法，其中绝缘线(22)通过喷墨印刷方法来施加。
附记19.根据附记1或2所述的方法，其中对随后要施加的层的结构化借助可溶性材料构成的覆盖线(23)来实现。
附记20.根据附记19所述的方法，其中覆盖线(23)通过喷墨印刷方法来施加。
附记21.一种带有多个电串联的片段(5，7)的薄膜太阳能电池模块，该薄膜太阳能电池模块通过根据附记1至20中的任一项所述的方法来制造。
附记22.一种带有多个电串联的片段(5，7)的薄膜太阳能电池模块，其中绝缘材料构成的绝缘线(22)施加到分离线(20，21)的区域中并且被第二电极(4)覆盖，其中所述分离线中断薄膜太阳能电池模块的第一电极(2)用于形成所述片段(5，7)。
附记23.根据附记22所述的薄膜太阳能电池模块，其中绝缘线(22)包括绝缘的聚合物。
附记24.一种带有多个电串联的片段(5，7)的薄膜太阳能电池模块，包括第一电极(2)、光敏层序列(3)和第二电极(4)，其中存在接触线(31)，第二电极(4)通过所述接触线与第一电极(2)电连接为所述片段(5，7)的串联电路，其中接触线(31)在光敏层序列(3)的区域中包含光敏层序列(3)和第二电极(4)中的元素构成的导电的材料化合物和/或导电的合金。
附记25.根据附记24所述的薄膜太阳能电池模块，其中光敏层序列(3)具有Si，并且其中接触线(31)包含硅化物。
附记26.一种带有多个电串联的片段(5，7)的薄膜太阳能电池模块，其中在分离线(42)的区域中将导电的胶带(43)或者导电膏的绳(44)施加到第二电极(4)上以重建电连接，其中所述分离线将薄膜太阳能电池模块的第一电极(2)中断用于形成片段(5，7)，以及将第二电极(4)中断。
附记27.一种用于按照根据附记1至20中的任一项所述的方法在玻璃基板(51)上制造薄膜太阳能电池模块的生产线，带有涂层装置(54)，该涂层装置具有第一真空闸(53)、至少两个涂层台(56，57，58)和第二真空闸(59)，并且该涂层装置被设计为使得玻璃基板(51)在通过第一真空闸(53)引入涂层装置(54)中之后，在该基板通过第二真空闸(59)又从涂层装置(54)引出之前能够相继地在真空条件下经过所述至少两个涂层台(56，57，58)。
附记28.根据附记27所述的生产线，其中在涂层装置(54)中设置有PECVD涂层台(57)和/或PVD/CVD涂层台(56，58)。
附记29.根据附记28所述的生产线，其中所述CVD涂层台是LPCVD涂层台。
附记30.根据附记27或28所述的生产线，其中净化台(52)直接与第一真空闸(53)耦合。
附记31.根据附记27或28所述的生产线，其中设置有线性绞盘作为通过涂层装置(54)的传送系统(55)。
附记32.根据附记27或28所述的生产线，其中设置了结构化装置(61)，其中在能够移动的工艺头(62)上提供有至少两个不同的结构化工具，用于将薄膜太阳能电池模块的至少一个层结构化。
附记33.根据附记32所述的生产线，其中所述工艺头(62)设计为同时提供至少两个不同波长的激光辐射。
附记34.根据附记32所述的生产线，其中工艺头(62)设计用于提供激光辐射并且具有喷墨印刷装置。
附记35.根据附记32所述的生产线，其中工艺头(62)设计用于将胶带(43)铺设到薄膜太阳能电池模块上。
附记36.一种带有多个电串联的片段(5，7)的薄膜太阳能电池模块，其中由导电氧化物构成的电极(2)通过分离线(32)电中断，其中电极(2)在分离线(32)的区域中局部地具有与分离线(32)之外不同的物理特性。
附记37.根据附记36所述的薄膜太阳能电池模块，其中在分离线(32)的区域中的局部不同的物理特性基于在分离线(32)的区域中电极(4)再结晶之后的掺杂的变化。
附记38.根据附记36所述的薄膜太阳能电池模块，其中在分离线(32)的区域中的局部不同的物理特性基于在分离线(32)的区域中来自与所述电极(2)相邻的光敏层序列(3)中的元素的氧化物的形成。
附记39.根据附记38所述的薄膜太阳能电池模块，其中光敏层序列(3)具有Si并且其中分离线(32)包含Si氧化物。
附图标记表
1基板
2第一电极(前侧电极)
3光敏层序列
4第二电极(后侧电极)
5第一片段
6接触区域
7第二片段
10，11，12分离线
20，21分离线
22绝缘线
23覆盖线
24-26分离线
30分离线
31接触线
32分离线
40分离线
41接触线
42分离线
43导电胶带
44导电绳
50第一传送系统
51玻璃基板
52净化台
53第一真空闸
54涂层装置
55第二传送系统
56第一PVD/(LP)CVD涂层台
57PECVD涂层台
58第二PVD/(LP)CVD涂层台
59第二真空闸
60第三传送系统
61结构化装置
62工艺头
63薄膜太阳能电池粗制模块

Claims (28)

1.一种用于制造薄膜太阳能电池模块的方法，该薄膜太阳能电池模块带有多个设置在共同的基板(1)上的并且电串联的片段(5，7)，所述方法包括：
-用于将层施加到基板(1)上以形成至少一个电极(2，4)、一个光敏层序列(3)和另一电极，以使得光敏层序列被设置在所述电极与所述另一电极之间的步骤，以及
-用于结构化所施加的和/或要施加的层以形成所述多个片段(5，7)的步骤，
其中在随后实施用于结构化的步骤之前，施加所述至少一个电极(2，4)、所述一个光敏层序列(3)和所述另一电极；并且
其中对已经施加的层的结构化包括：建立分离线，所述分离线中断所述至少一个电极、所述一个光敏层序列和所述另一电极。
2.根据权利要求1所述的方法，其中电极(2，4)的制造包括施加至少一个层，所述至少一个层包括透明导电氧化物和/或金属层。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其中光敏层序列(3)的制造包括施加至少一个单层，所述至少一个单层包括无定形的或者微晶的Si和/或无定形的或者微晶的SiGe和/或化合物半导体。
4.根据权利要求3所述的方法，其中所述化合物半导体是CdTe或者CIS或者CIGS。
5.根据权利要求3所述的方法，其中光敏层序列(3)的制造包括施加p掺杂的、本征的和n掺杂的无定形Si层和/或p掺杂的、本征的和n掺杂的微晶Si层和/或p掺杂的、本征的和n掺杂的无定形SiGe层。
6.根据权利要求1或2所述的方法，其中所述层的施加通过PVD工艺和/或CVD工艺来实现。
7.根据权利要求6所述的方法，其中所述PVD工艺是溅射工艺，且所述CVD工艺是PECVD工艺。
8.根据权利要求1或2所述的方法，其中使用玻璃作为基板(1)。
9.根据权利要求1或2所述的方法，其中对已经施加的层的结构化由通过射进激光辐射和/或通过机械刻刮和/或通过选择性刻蚀来建立分离线(10-12，20，21，24-26，30，32，40，42)而实现。
10.根据权利要求9所述的方法，其中射进激光使得局部地去除一个或多个层。
11.根据权利要求9所述的方法，其中射进激光使得将一个或多个层局部地加热，使得改变所述层中的至少一个层的物理特性。
12.根据权利要求11所述的方法，其中所述物理特性是导电性。
13.根据权利要求1或2所述的方法，其中对已经施加的层的结构化由通过射进激光辐射建立接触线(31，41)来实现。
14.根据权利要求13所述的方法，其中射进激光使得将不同材料构成的相叠的层局部地加热，并且构建材料化合物，该材料化合物具有不同于原始材料的物理特性。
15.根据权利要求14所述的方法，其中所述材料化合物是导电的。
16.根据权利要求14所述的方法，其中局部地形成不同材料的熔融物，并且其中由熔融物形成材料化合物。
17.根据权利要求1或2所述的方法，其中对随后要施加的层的结构化借助可溶性材料构成的覆盖线(23)来实现。
18.根据权利要求17所述的方法，其中覆盖线(23)通过喷墨印刷方法来施加。
19.一种带有多个电串联的片段(5，7)的薄膜太阳能电池模块，该薄膜太阳能电池模块通过根据权利要求1至18中的任一项所述的方法来制造。
20.一种用于按照根据权利要求1至18中的任一项所述的方法在玻璃基板(51)上制造薄膜太阳能电池模块的生产线，带有涂层装置(54)，该涂层装置具有第一真空闸(53)、至少两个涂层台(56，57，58)和第二真空闸(59)，并且该涂层装置被设计为使得玻璃基板(51)在通过第一真空闸(53)引入涂层装置(54)中之后，在该基板通过第二真空闸(59)又从涂层装置(54)引出之前能够相继地在真空条件下经过所述至少两个涂层台(56，57，58)。
21.根据权利要求20所述的生产线，其中在涂层装置(54)中设置有PECVD涂层台(57)和/或PVD/CVD涂层台(56，58)。
22.根据权利要求21所述的生产线，其中所述CVD涂层台是LPCVD涂层台。
23.根据权利要求20或21所述的生产线，其中净化台(52)直接与第一真空闸(53)耦合。
24.根据权利要求20或21所述的生产线，其中设置有线性绞盘作为通过涂层装置(54)的传送系统(55)。
25.根据权利要求20或21所述的生产线，其中设置了结构化装置(61)，其中在能够移动的工艺头(62)上提供有至少两个不同的结构化工具，用于将薄膜太阳能电池模块的至少一个层结构化。
26.根据权利要求25所述的生产线，其中所述工艺头(62)设计为同时提供至少两个不同波长的激光辐射。
27.根据权利要求25所述的生产线，其中工艺头(62)设计用于提供激光辐射并且具有喷墨印刷装置。
28.根据权利要求25所述的生产线，其中工艺头(62)设计用于将胶带(43)铺设到薄膜太阳能电池模块上。
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