CN111448671A - 半透明薄膜太阳能模块 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种薄膜太阳能模块，其具有基板及在其上施加的层结构，所述层结构包括后电极层、前电极层和设置在后面电极层和前电极层之间的吸收体层，其中在层区域中通过图案化区形成串联连接的太阳能电池，所述图案化区在每种情况下具有后电极层区段，其中层区域具有至少一个线性去涂层区域，通过所述线性去涂层区域将串联连接的太阳能电池细分成两个太阳能电池串，其中去涂层区域具有光学透明区和电极区的交替序列，其中光学透明区在每种情况下是无后电极层的并且电极区在每种情况下是无吸收体层的并且具有后电极层区段，其中由一个太阳能电池串的一个太阳能电池和另一个太阳能电池串的一个太阳能电池组成的至少一对的后电极层区段通过至少一个电极区的后电极层区段区域地与彼此连接。

Description

半透明薄膜太阳能模块
背景技术
在开放空间系统中，可以观察到太阳能模块中的大增长；然而，在建筑物集成的设置中的应用当前仍然以小得多的规模在进展。鉴于朝着分散式能量解决方案的增强的努力，真正的需求正在发展成能够也使用外观表面以用于光伏发电。出于建筑和结构工程的原因，平坦不透明太阳能模块和透光的太阳能模块两者都是对于集成到建筑物中所必需的。太阳能模块的总面积之上平均的对可见光的渗透率在从5 %到50 %（光学半透明）的范围内是可期望的，以便在一方面具有充足的电功率，并且在另一个方面确保足够的光透射率。对于半透明太阳能模块的其它应用领域为消声壁（道路、铁路）、室外地区（area）中的隐私屏障或用于温室的壁。
与在其中太阳能电池原则上仅能被实现为不透明的晶体硅技术（c-Si）形成对照，薄膜太阳能电池具有以下优点：作为单片串联连接的结果，电和光学活性地区以及围绕的消极区域可以被非常灵活地设计。此外，与利用基于非晶硅的吸收体相比，通过基于黄铜矿的吸收体可以实现显著更高的效率水平。薄膜太阳能电池制造中的工艺技术的一个特性是全表面涂层和局部去涂层的序列执行，其中，例如，为了制造太阳能电池，将不同的层直接施加到载体基板上，该载体基板在将这些层图案化到前侧透明覆盖层之后被胶合（“层压”）以形成耐候稳定的（weathering-stable）复合物。借助于全表面涂层和局部去涂层的方式避免了如微电子技术中通常的掩模工艺。对于大型薄膜太阳能模块，掩模工艺是非常成本密集且耗时的。
直到现在，主要已使用薄膜硅作为用于吸收体的起始材料以用于制造半透明模块，特别是结合透明的前电极和透明的后电极。为此，已经将吸收体层制作得如此薄，使得整个层系统对于红外和红色波长范围内的电磁辐射是透明的。然而，不期望的滤色器效果通常发展为薄的吸收体的结果。
形成对照，本发明的目的在于有利地改进现有技术中已知的半透明薄膜太阳能模块以及它们的制造，其中所述模块应具有在可见光范围内有显著透明度的相对大的光学活性地区。而且，这些模块应当是视觉上吸引人的，并且特别地，不具有滤色器效果。
根据本发明的提议，通过半透明薄膜太阳能模块以及根据并列权利要求的用于其制造的方法来实现这些和其他目的。通过从属权利要求的特征来指示本发明的有利实施例。
在本发明的上下文中，术语“透明度”是指至少85 %的可见光透射率。典型地，可见光在从380nm至780nm的波长范围内。术语“不透明度”是指小于5 %的可见光透射率。因此，太阳能电池的光学透明区具有在从85 %至100 %的范围内的可见光透射率；不透明区具有在从0 %（完全不透明）至小于5 %的范围内的可见光透射率。术语“半透明”指的是在5 %到小于85 %的范围内的可见光透射率。在本发明的上下文中，术语“半透明”与在薄膜太阳能模块的所有太阳能电池的整个面积之上平均的可见光透射率结合使用，换言之，期望的半透明由对薄膜太阳能模块的所有太阳能电池之上的不透明和光学透明区域的光学透射率进行平均引起。
根据本发明，呈现了一种具有集成的串联连接的太阳能电池的半透明薄膜太阳能模块。与术语“半透明”的以上定义一致，薄膜太阳能模块具有太阳能电池的（光学）不透明和光学透明区域，其中太阳能电池的半透明是在所有太阳能电池的整个面积上平均可见光透射率的结果。薄膜太阳能模块的（半）透明可以通过测量布置来以简单的方式确定，其中，例如，白色光源（可见光源）布置在薄膜太阳能模块的一侧上，而可见光的检测器布置在薄膜太阳能模块的另一侧上。这里必要的是，检测器可以（例如，同时）检测穿过薄膜太阳能模块的所有太阳能电池的光，以便能够对在太阳能电池的整个面积上的薄膜太阳能模块的光学透明度进行平均。
根据本发明的薄膜太阳能模块包括具有层结构的基板，所述层结构具有用于光伏能量生成的太阳能电池的单片集成的串联连接。与术语“薄膜太阳能模块”的通常使用一致，它是指具有层结构的模块，该层结构具有例如几微米的低厚度，使得需要载体基板以用于足够的机械稳定性。载体基板可以例如由无机玻璃、塑料或金属制成（特别是由金属合金制成），并且可以依赖于相应的层厚度和特定材料性质被设计为刚性板或柔性膜。本发明涉及基板配置中的薄膜太阳能模块以及上覆层配置中的薄膜太阳能模块两者，其中，为了制造太阳能电池，将所述层结构施加在面向光入射侧的基板表面上，在所述覆层配置中，基板是透明的并且所述层结构被施加在背向光入射侧的基板表面上。
以本身已知的方式，层结构包括后电极层、前电极层和布置在后电极和前电极层之间的光伏活性吸收体层。优选地，吸收体层由黄铜矿化合物制成，其是例如来自铜铟/二硫化镓/二硒化物（Cu（In，Ga）（S，Se）2）的I-III-VI半导体，例如铜铟二硒化物（CuInSe2或CIS）或相关化合物。吸收体层典型地是不透明的，或者如果其非常薄，则至少是频率选择性透明的，使得一般而言，发生某种滤色器效果或滤频器效果。后电极层典型地是不透明的。前电极层典型地是光学透明的，特别是在基板配置中的薄膜太阳能模块的情况下，因为必须实现光到层结构的通过。
在层结构中，常规地借助于图案化区来形成集成的串联连接的太阳能电池。因此，至少后电极层由第一图案化线P1细分成区段，这些区段形成太阳能电池的后电极。另外，至少吸收体层由第二图案化线P2细分成区段，所述区段在每种情况下是与太阳能电池相关联的吸收体，且至少前电极层由第三图案化线P3细分成区段，这些区段形成太阳能电池的前电极。彼此相邻的太阳能电池经由第二图案化线P2彼此串联电连接，其中一个太阳能电池的前电极电连接到相邻太阳能电池的后电极，并且典型地但并非强制地直接接触它。
一般而言，图案化线以顺序P1-P2-P3来布置。图案化区由第一至第三图案化线P1-P2-P3的直接序列形成。图案化区可以是例如线性的，特别是直线的。一般而言，图案化线以包括第一至第三图案化线P1-P2-P3的序列彼此平行地布置，并且例如平行于矩形或方形模块的一个边缘而延展。例如，图案化线P1-P2-P3在每种情况下可以一直伸展到层结构的边缘。图案化线P1-P2-P3的延伸方向可被定义为模块或太阳能电池宽度；垂直于其的方向可以被定义为模块或太阳能电池长度。每个太阳能电池具有例如与层结构的宽度对应的宽度。
与该术语的普遍使用一致，在本发明的上下文中，术语“太阳能电池”是指具有前电极层区段（其形成太阳能电池的前电极）、吸收体层区段（其形成太阳能电池的光伏活性吸收体）和后电极层区段（其形成太阳能电池的后电极）的层结构的区域（在下文中也称为“层区域”），并且由彼此直接相邻的两个图案化区来界定，在每种情况下由图案化线P1-P2-P3组成。这通过类比而应用于模块的边缘区域中，其中，代替图案化区，存在用于电接触太阳能电池的串联连接的连接区段，使得太阳能电池由具有前电极、吸收体和后电极的层区域限定，所述太阳能电池位于图案化区和紧密相邻的连接区段之间。典型地，层区域沿着（一个或多个）相邻图案化区的完整长度而延伸。每个图案化区形成光伏无活性（死）区，然而，形成对照，层区域具有（单个）光伏活性区并且是光伏活性的。
根据本发明，层结构具有至少一个线性去涂层区域（去涂层线），通过所述线性去涂层区域将串联连接的太阳能电池细分成至少两个太阳能电池串。所述至少一个线性去涂层区域在其整个延伸上是光伏无活性的。因此，所述至少一个线性去涂层区域将串联连接的太阳能电池分成具有第一太阳能电池的第一太阳能电池串和具有第二太阳能电池的第二太阳能电池串。第一太阳能电池和第二太阳能电池在每种情况下相邻于线性去涂层区域。在本发明的上下文中，第一太阳能电池串的第一太阳能电池和与其相对定位的第二太阳能电池串的第二太阳能电池在每种情况下形成太阳能电池的对。每个太阳能电池具有后电极层区段或后电极。
线性去涂层区域具有光学透明区和电极区的交替序列或由其组成。特定地，光学透明区可以被边缘区所围绕，电极区仅是边缘区的一部分。在光学透明区和电极区的交替序列中，光学透明区在每种情况下位于两个电极区之间，和/或电极区在每种情况下位于两个光学透明区之间。每个光学透明区是无后电极层的（rear-electrode-layer-free），并且优选地也是无吸收体层的（absorber-layer-free）。每个电极区是无吸收体层的，但具有后电极层的区段。
在此重要的是，由一个太阳能电池串的一个太阳能电池和另一个太阳能电池串的一个太阳能电池组成的至少一对（即，由第一太阳能电池串的第一太阳能电池和紧密相邻的第一太阳能电池的第二太阳能电池串的第二太阳能电池组成的一对）的后电极层区段（即，后电极）通过至少一个电极区的后电极层区段区域地（areally）与彼此连接。因此，两个太阳能电池的后电极或后电极层区段区域地是连续的。然而，吸收体层不是连续的，因为它被线性去涂层区域完全细分。因此，以垂直于线性去涂层区域（例如，平行于图案化区）的行布置的不同太阳能电池串的太阳能电池以串联连接与彼此直接电连接。
借助于太阳能电池的连续后电极可以实现有利的效果。特别地，对局部阴影的相对高敏感度的问题被避免。另一个重要的效果是避免了热点，即，由于高电流密度而导致的局部过热的部位。此外，由于太阳能电池的连续后电极充当电势补偿表面，因此可以避免层不均匀性的不利效果。
典型地，利用由所述线性去涂层区域细分成各个串联连接的太阳能电池串的太阳能电池的串联连接，所述至少一个线性去涂层区域在多个太阳能电池之上连续延伸，特别是在所有串联连接的太阳能电池之上延伸。根据本发明，太阳能电池的后电极在垂直于线性去涂层区域的方向上串联连接。
有利的是，薄膜太阳能模块的所有太阳能电池通过电极区在垂直于线性去涂层区域的相应行中串联电连接，其中可以设想的是，这不应用于各个太阳能电池，使得由第一太阳能电池和第二太阳能电池组成的至少一个太阳能电池对的后电极没有区域地与彼此连接并且不直接电连接。
在根据本发明的薄膜太阳能模块的有利实施例中，至少一个线性去涂层区域垂直于图案化区来布置。然而，也可能的是，以与倾斜到图案化区90°不同的（非0°）角度来布置至少一个线性去涂层区域。原则上，至少一个线性去涂层区域可以以与图案化区倾斜的任何角度来布置。
在本发明的特别有利的实施例中，通过多个线性去涂层区域将层结构细分成平行布置，其中由每个线性去涂层区域创建了串联连接的太阳能电池的两个相邻太阳能电池串（即，具有第一太阳能电池的第一太阳能电池串和具有第二太阳能电池的第二太阳能电池串）。在层结构的内部区域中，线性去涂层区域的第二太阳能电池串与紧密相邻的线性去涂层区域的第一太阳能电池串相同，并且反之亦然。
原则上，光学透明区可以具有任何形状。优选地，透明区在每种情况下是线性的、点状的、圆盘形状的或方形的。
有利地，所有光学透明区的总面积与所有太阳能电池的总面积的比率在从5 %至50 %的范围内。在薄膜太阳能模块上平均的可见光的光学透明度优选在从5 %至50 %的范围内，并且特别地为20 %。以此方式，一方面，可实现相对高的电输出，而另一方面，光学透射率对于实际应用来说足够高，使得可实现对于光学透明度和输出的冲突性质的良好折衷。
在根据本发明的薄膜太阳能模块的有利实施例中，至少一个光学透明区被紧密相邻的边缘区所围绕，所述边缘区是无吸收体层但具有后电极层的区段。如已经指出的，电极区在每种情况下被理解为边缘区的组成部分，换言之，光学透明区的边缘区包括相邻光学透明区的电极区。因此，电极区和边缘区的结构是相同的。
当将热激光工艺用于制造光学透明区的去涂层工艺（例如，通过使用具有在从5至50纳秒范围内的脉冲持续时间的脉冲激光束）时，通常存在对于短路电流路径（“分流”）在去涂层地区的边缘上发展的风险，从而增加功率损耗。这种不利的效果可以通过在边缘区中的部分去涂层来避免，并且可以有利地提高模块的效率。
根据本发明，优选的是，对于光学透明区的总面积与边缘区的总面积的比率大于1，优选大于10。通过这种方式，可以令人满意地实现所提及的有利效果，而不维持通过光伏无活性边缘区的过度功率损耗。
本发明还延伸到用于制造如上所述实现的薄膜太阳能模块的方法。所述方法包括以下步骤：
首先，提供了平坦基板。在基板的一侧上沉积后电极层。后电极层可以直接沉积到基板的表面上。备选地，至少一个附加层可以位于基板和后电极层之间。在后电极层之上沉积吸收体层。后电极层位于基板和吸收体层之间。吸收体层可直接沉积到后电极层的一个表面上。备选地，至少一个附加层可位于后电极层和吸收体层之间。在吸收体层之上沉积前电极层。吸收体层位于前电极层和后电极层之间。前电极层可直接沉积到吸收体层的表面上。备选地，至少一个附加层可位于前电极层和吸收体层之间。典型地，至少一个缓冲层位于吸收体层和前电极层之间。层结构由至少由后电极层、吸收体层和前电极层组成的层序列形成。
至少后电极层被第一图案化线（P1）图案化（细分）。在沉积吸收体层之前，典型地但不是强制地完成后后电极层的图案化。至少吸收体层被第二图案化线（P2）图案化（细分）。在沉积前电极层之前，典型地但不是强制地完成吸收体层的图案化。至少前电极层被第三图案化线（P3）图案化（细分）。图案化线的创建典型地按以下顺序进行：P1-P2-P3。第一图案化线（P1）、第二图案化线（P2）和第三图案化线（P3）的直接序列形成图案化区（14），其中太阳能电池的单片串联连接由图案化区形成。由于通过第一图案化线（P1）对后电极的细分，太阳能电池在每种情况下具有后电极层区段。
在每种情况下是无后电极层的光学透明区也通过以区段方式（section-wise）移除至少后电极层来生成。另外，通过以区段方式移除至少吸收体层来创建电极区，所述电极区在每种情况下是无吸收体层的，但是具有后电极层区段。光学透明区和电极区被实现为使得它们以交替序列来布置，并且一起形成至少一个线性去涂层区域，通过所述线性去涂层区域，串联连接的太阳能电池被细分成至少两个太阳能电池串。在此必须的是实现光学透明区和电极区，使得由一个太阳能电池串的一个太阳能电池和另一个太阳能电池串的一个太阳能电池组成的至少一对的后电极层区段通过至少一个电极区的后电极层区段区域地与彼此连接。
根据根据本发明的方法的一个实施例，通过由利用脉冲激光束照射和/或由机械材料移除来以区段方式移除至少后电极层来制造光学透明区。
根据本发明的方法的另一个实施例，通过由利用脉冲激光束照射和/或机械材料移除来以区段方式移除至少吸收体层来制造电极区以及可选地制造边缘区。
一般来说，在制作图案化区之前，换言之，在太阳能电池的形成和单片串联连接的工艺期间，或在制作图案化区之后，换言之，在创建太阳能电池的单片串联连接之后，可创建光学透明区。对于电极区以及可选提供的边缘区也是同样成立的，其可在制作图案化区期间或之后创建。
在本发明的有利实施例中，在制作图案化区之前创建光学透明区，并且，在制作图案化区之后创建电极区以及可选地创建边缘区。
有利地，这样的方法包括其中在沉积吸收体层之前通过以区段方式移除至少后电极层而制造光学透明区的步骤。后电极层的去涂层优选通过利用激光束的照射来完成。该方法包括进一步的步骤，在所述步骤中在沉积吸收体层和前电极层之后以及在制造第三图案化线（P3）之后，通过以区段方式移除至少吸收体层和前电极层来制造电极区以及可选地制造边缘区。吸收体层和前电极层的去涂层优选通过机械材料移除来完成。
在本发明的另一有利实施例中，仅在制作图案化区之后，换言之，在制造太阳能电池的单片串联连接之后，制造光学透明区和电极区以及可选地制造边缘区。该过程具有如下优点：常规制造的薄膜太阳能模块的太阳能电池的串联连接可经受根据本发明的方法，以便为薄膜太阳能模块提供期望的半透明度。可有利地保留已经用于制造串联连接的太阳能电池的方法。
有利地，用于制造由边缘区围绕的光学透明区的这样的方法包括在其中至少吸收体层在处理区中以区段被移除的步骤。处理区在每种情况下在其尺寸方面对应于要制造的光学透明区和边缘区的尺寸。这里，在处理区的内部区域中制造光学透明区，并且在每种情况下在围绕内部区域的处理区的边缘区域中制造边缘区。在处理区中的层移除优选地通过机械材料移除来完成。该方法包括进一步的步骤，在所述步骤中在处理区的内部区域中移除至少后电极层，由此意味着制造光学透明区。围绕处理区的无后电极层的内部区域的边缘区域形成无吸收体层的边缘区，然而其确实具有后电极层的区段。优选地通过利用脉冲激光束照射来完成内部区域中的层移除。
根据本发明的一个实施例，通过利用脉冲激光束照射至少后电极层（特别是层结构）来制造光学透明区，其中脉冲具有小于1纳秒的脉冲持续时间。备选地，通过利用脉冲激光束照射至少后电极层（特别是层结构）来制造光学透明区，其中脉冲具有至少1纳秒的脉冲持续时间。还可以设想的是机械材料移除，例如，通过针写入、刷涂或刮擦。优选地，脉冲激光束（其脉冲具有小于1纳秒，特别优选地小于100皮秒的持续时间）用于制造光学透明区。如由发明人的实验揭示的，使用具有在例如从5纳秒到50纳秒的范围内的较长脉冲宽度的激光脉冲导致层结构的局部损坏，这是由于进入吸收体层中的高热流入和前电极层与后电极层之间的熔合连接的制造。令人惊讶的是，有利的是，可以通过使用具有小于1纳秒的持续时间的激光脉冲来显著降低这些不利影响。
优选地，甚至可通过利用脉冲激光束照射至少吸收体层而制造电极区以及可选地制造边缘区，其中脉冲具有小于1纳秒的脉冲持续时间。备选地，可通过机械材料移除，例如，通过针写入、刷涂或刮擦来完成层移除。特别有利地，其脉冲具有小于1纳秒，优选小于100皮秒，的持续时间的激光束也可用于制造围绕光学透明区的边缘区，以便避免制造熔合连接。
使用激光束在层结构中选择性移除层以用于制造光学透明区和电极区以及可选地制造边缘区可被实现，尤其可通过变更以下工艺参数中的一个或多个来实现：
-激光功率，
-激光束相对于基板或层结构的被照射表面的行进速度，
-激光脉冲重复率，
-脉冲持续时间，
-激光的接通或断开周期。
特别地，特别是在层结构中制造的孔的深度可以通过激光脉冲的空间重叠而变化，由此意味着，例如，在边缘区的情况下，基本上只有在后电极层上面的层可以被移除。
例如，通过改变激光脉冲的工艺参数照射功率和/或重复率，例如在单个工艺步骤期间在单级过程中借助于激光脉冲可完成透明区以及电极或边缘区的制造。在此，在每种情况下，制造光学透明区，并然后制造电极区或边缘区。然而，还可能的是两级过程，其中在第一工艺步骤中制造所有光学透明区，并且在具有变更的工艺参数的另外的工艺步骤中制造所有电极区或边缘区。在此，顺序是不相关的。
在成本方面有利的本发明的实施例中，使用激光束源的脉冲激光束来制造层结构中的光学透明区（即，制作图案化区），其中激光束的脉冲具有大于1纳秒，特别是在从5纳秒到50纳秒的范围内，的脉冲持续时间。然后，使用激光束源的脉冲激光束制造电极区以及可选地制造边缘区，其中激光束的脉冲具有小于1纳秒，优选小于100皮秒，的持续时间。备选地，可在层结构中使用机械材料移除来制造电极区以及可选地制造边缘区，所述机械材料移除例如通过针写入、刷涂或刮擦。出于经济原因，优选的是在层结构中使用机械材料移除以用于制造边缘区。
在根据本发明的方法中，层结构中的层移除（在制作图案化区之后）可以通过使用脉冲激光从层结构的侧面照射来完成，以用于制造光学透明区和电极区以及可选地制造边缘区。备选地，可通过透明基板（“烧蚀”）完成层移除。为此，在透明基板（例如，玻璃）上施加层结构。在烧蚀期间，引入的激光能量被吸收在后电极层上，其中后电极的一小部分汽化，使得在其上具有完整层结构的后电极层由于膨胀气体而凸出。这发生直到凸出区域以圆形形状从围绕的层堆叠断开为止。作为断开的结果，圆形区域的边缘保持不分流，因为没有明显的激光能量已经熔化了该边缘区域或者甚至熔合后电极和前电极。以这种方式，可以制造具有相对小比例的分流路径的透明区，由此意味着可以降低模块的性能损失。
本发明的各种实施例可以单独地或以任何组合来实现。特别地，在不脱离本发明的范围的情况下，上面提到的和下文中的特征不仅可以在所指示的组合中使用，而且还可以在其它组合中或独立使用。
附图说明
现在使用示例性实施例并参考附图详细解释本发明。它们以简化的方式描绘而非按比例表示：
图1 在横截面图中根据根据本发明的薄膜太阳能模块的一个实施例的太阳能电池的集成串联连接的示意性表示；
图2 在平面图中根据本发明的薄膜太阳能模块的示例性实施例的示意性表示；
图3 在平面图中根据本发明的薄膜太阳能模块的另一示例性实施例的示意性表示；
图4 具有围绕的边缘区的光学透明区的示意性表示；
图5 沿着截面线A-A的图4的光学透明区和边缘区的横截面图；
图6 用于图示根据本发明的方法的示例性实施例的流程图。
具体实施方式
图1示意性图示了使用横截面图的作为整体用数字1引用的根据本发明的薄膜太阳能模块。薄膜太阳能模块1包括以集成形式彼此串联连接的多个太阳能电池11，其中以大大简化的方式仅描绘了两个太阳能电池11。当然，一般而言，在薄膜太阳能模块1中，大量太阳能电池11（例如，大约100-150个）串联连接。
薄膜太阳能模块1在基板配置中具有复合窗格结构，换言之，其具有第一基板2，第一基板2具有由施加在其上的薄膜制成的层结构3，其中层结构3布置在第一基板2的光进入侧表面上。在此，第一基板2例如被实现为具有相对高的光透射率的刚性玻璃板，而相对于所执行的工艺步骤具有期望的稳定性和惰性行为的其他电绝缘材料可同样地被使用。
层结构3包括布置在第一基板2的光进入侧表面上的不透明后电极层5，其例如由诸如钼（Mo）的不透光金属制成并且通过气相沉积或磁控管增强型阴极溅射（溅射）施加在第一基板2上。后电极层5具有例如在从300nm至600nm范围内的层厚度。
在后电极层5上施加由掺杂有金属离子的半导体制成的光伏活性（不透明）吸收体层6，所述金属离子的带隙能够吸收最大可能的太阳光份额。吸收体层6例如由p-导电黄铜矿化合物半导体制成，例如，族Cu（In / Ga）（S / Se）2（特别是钠（Na）掺杂的Cu（In/Ga）（S/ Se）2）的化合物。前述化学式被理解为意指铟（In）或镓（Ga）以及硫（S）或硒（Se）可以备选地或组合地呈现。吸收体层6具有例如在从1到5 μm的范围内的层厚度，并且特别地大约是2μm。典型地，对于吸收体层6的制造，各种材料层例如通过溅射被施加，并且随后通过在熔炉（RTP=快速热处理）（可选地，在包含S-和/或Se的气氛中）中加热而被热转化以形成化合物半导体。化合物半导体的这种制造方式对于本领域技术人员是公知的，使得不需要在此详细讨论。
沉积在吸收体层6上的是缓冲层7，其在此例如由单层硫化镉（CdS）和单层本征氧化锌（i-ZnO）组成，未在图1中详细描绘。
例如，通过溅射在缓冲层7上施加前电极层8。前电极层8对可见光谱范围（“窗口电极”）中的辐射是透明的，使得入射的太阳光（在图1中由四个平行箭头描绘）仅轻微地被削弱。前电极层8例如基于掺杂的金属氧化物，例如，n-导电铝（Al）-掺杂的氧化锌（ZnO）。这样的前电极层8通常被称为TCO层（TCO=透明导电氧化物）。前电极层8的层厚度例如为大约500nm。异质结（即，相反导体类型的层的序列）通过前电极层8与缓冲层7和吸收体层6一起形成。缓冲层7可实现吸收体层6与前电极层8之间的电子适配。
对于太阳能电池11的形成和串联连接，使用合适的图案化技术（例如，激光光刻和/或机械移除）来图案化层结构3。典型地，在每种情况下，以层沟槽形式的三个图案化线P1-P2-P3的多个紧接序列以这种顺序被引入层结构3中。这里，通过制造相应沟槽，至少后电极5被第一图案化线P1细分；至少吸收体层被第二图案化线P2细分；以及至少前电极层8被第三图案化线P3细分。例如，经由第二图案化线P2，一个太阳能电池11的前电极层8在每种情况下电导通地连接到相邻太阳能电池11的后电极层5，其中前电极层8直接接触后电极层5。在所描绘的示例性实施例中，第一图案化线P1的沟槽由吸收体层6的材料填充。第二图案化线P2的沟槽由前电极层8的材料填充，且第三图案化线P3的沟槽由在以下提及的粘合剂层9填充。第一、第二和第三图案化线P1-P2-P3的每个紧接序列形成图案化区14。在图1中，举例来说，仅描绘了单个图案化区14，借助于该单个图案化区14定义了两个相邻太阳能电池11的串联连接，其中要理解，在薄膜太阳能模块1中，提供了大量的这样的图案化区14以用于太阳能电池11的图案化和串联连接。
在这里描绘的示例性实施例中，薄膜太阳能模块1的正电源连接器（+）和负电源连接器（-）两者都经由后电极层5布线以及并且在那里电接触。为此目的，层结构3的层一直被移除到薄膜太阳能模块1的两个外围连接区段13中的后电极层5。
为了保护免遭环境影响，用于封装层结构3的（塑料）粘合剂层9被施加在前电极层8上。与粘合剂层9粘连地结合的是对太阳光透明的第二基板10，其例如以由具有低铁含量的特别白的玻璃制成的玻璃片的形式实现，其中同样可能使用相对于所执行的工艺步骤具有期望强度和惰性行为的其它电绝缘材料。第二基板10用做密封并且用做层结构3的机械保护。薄膜太阳能模块1可以经由第二基板10的前侧模块表面4吸收光，以便在两个电源连接器（+、-）上制造电压。通过串联布置的箭头在图1中描绘了所得到的电流路径1。
两个基板2、10经由粘合剂层9彼此固定结合（“层压”），其中粘合剂层9在此实现为例如热塑性粘合剂层，其可通过加热而塑性地再成型并且在其冷却期间将两个基板2、10彼此固定结合。粘合剂层9在此例如由PVB制成。两个基板2、10与嵌入在粘合剂层9中的太阳能电池11一起形成层压复合物12。
现在参考图2和3，其中，在每种情况下，在平面图中描绘了根据本发明的薄膜太阳能模块1的示例性实施例的示意性表示。两个薄膜太阳能模块1在每种情况下具有太阳能电池11的集成串联连接，如参考图1所描述的。
首先考虑图2：方形或典型地为矩形形状的薄膜太阳能模块1在平面图中是可辨别的。图2中描绘了第一至第三图案化线P1-P2-P3的紧接序列，它们与彼此平行并形成图案化区14，为了更简单的表示，在每种情况下作为仅单线。在每种情况下，图案化区14形成可对能量制造（energy production）没有贡献的光伏无活性死区15。如图2中所描绘的，在每个情况下，图案化区14被布置成平行于模块边缘，在此例如在x方向上，其也可以被称为薄膜太阳能模块1的宽度。于其垂直的y方向可被称为薄膜太阳能模块1的长度。图1中描绘的外围连接区段13 未在图2中详细示出。在每种情况下，两个连接区段13也形成可以对能量制造没有贡献的光伏无活性死区。
在每种情况下，位于相邻图案化区14的两侧上的是层结构3的层区域16，其在本发明的上下文中表示具有光伏活性区17的太阳能电池11。在薄膜太阳能模块1的内部区域中，每个层区域16布置在两个紧密相邻的图案化区14之间并且由此界定。在两个外围太阳能电池11的情况下，在每种情况下，层区域16被布置在图案化区14和相邻的连接器区段13之间并且由此界定。层区域16在相邻的图案化区14的完整的尺寸上在x方向上延伸。
如图2中所描绘，层结构3还包括垂直于图案化区14伸展的多个线性去涂层区域19。由于对线性去涂层区域19的细分，串联连接的太阳能电池11被细分成多个太阳能电池串22-1、22-2、22-3，其在每个情况下具有串联连接的太阳能电池11-1、11-2、11-3。图2以示例的方式描绘了限定三个太阳能电池串22-1、22-2、22-3的两个线性去涂层区域19。在本发明的上下文中，太阳能电池串的太阳能电池彼此相对地定位，在每种情况下，其中彼此相对地定位的两个太阳能电池紧密相邻去涂层区域19的两侧上的线性去涂层区域19并且属于形成太阳能电池的对的两个紧密相邻的太阳能电池串。在图2中，太阳能电池11-1、11-2彼此相对地定位并布置在上部线性去涂层区域19的两侧上，从而形成太阳能电池对。对于同样形成太阳能电池对的布置在下部线性去涂层区域19的两侧上并相对彼此定位的太阳能电池11-2、11-3来说同样也是成立的。在每种情况下，第一太阳能电池串的太阳能电池11-1包括后电极层区段或后电极5-1、吸收体层区段或吸收体6-1、以及前电极层区段或前电极8-1。对应地，第二太阳能电池串22-2的太阳能电池11-2在每种情况下包括后电极层区段或后电极5-2、吸收体层区段或吸收体6-2以及前电极层区段或前电极8-2；并且第二太阳能电池串22-3的太阳能电池11-3在每种情况下包括后电极层区段或后电极5-3、吸收体层区段或吸收体6-3以及前电极层区段或前电极8-3。
在各个情况下，去涂层区域19在层结构3之上在多个太阳能电池11之上连续延伸。每个线性去涂层区域19是光伏无活性的，并且由光学透明区18和电极区20以交替序列构成，换言之，光学透明区18位于两个电极区20之间和/或电极区20位于两个光学透明区18之间。
光学透明区18和电极区20的结构在图4和图5中图示。光学透明区18和电极区20的层序列在图5中呈现，图5是图4沿截面线A-A的横截面图。因此，为了实现薄膜太阳能模块1的所期望光学透明度，光学透明区18是无后电极层的，并且优选地也是无吸收体层的。如图5中所示，例如，在光学透明区18中，层结构3的所有层都被一路移除至基板2（即，后电极层5、吸收体层6、缓冲层7和前电极层8）。然而，也可能的是，不是在光学透明区18中移除层结构3的所有层，在任何情况下其中移除通常不透明的后电极层5。
如所示的，光学透明区18由边缘区21围绕，其中电极区20是彼此相对定位的边缘区21的两个区段。因此，电极区20和包含它们的边缘区21中的层序列是相同的。在电极区20或边缘区21中，移除了除后电极层区段5-4以外的所有层。
为了进一步描述，现在再次对图2做出参考。与图4和图5的实施例相比，在这些实施例中，光学透明区18不是完全地由边缘区21围绕，而是在每种情况下存在两个与光学透明区18毗邻的电极区20。电极区20在每种情况下是矩形的，并且在x方向上平行于图案化区14延伸，其中它们完全桥接线性去涂层区域19的尺寸，使得在每种情况下，彼此相邻的太阳能电池的对的两个紧密相邻的太阳能电池11-1和11-2或者11-2和11-3的后电极层区段5-1和5-2或者5-2和5-3通过电极区20的后电极层区段5-4区域地与彼此连接。因此，以垂直于线性去涂层区域19的行布置的太阳能电池11-1、11-2、11-3的后电极5-1、5-2、5-3通过电极区10区域地与彼此连接。因此，以垂直于线性去涂层区域19的行布置的太阳能电池11-1、11-2、11-3以串联连接与彼此直接电连接。当然，以垂直于线性去涂层区域19的行布置的太阳能电池11-1、11-2、11-3的两个紧密相邻的后电极层区段5-1和5-2或者5-2和5-3在每种情况下也可以通过多个电极区20区域地与彼此接合。在图2中，线性去涂层区域19垂直于图案化区14来布置，其中同等可能的是，它们相对于图案化区14以不同于90°的角度倾斜布置。
光伏活性区17或太阳能电池11是不透明的，并且具有对可见光的小于5%的透射率。与此形成对比的是，线性去涂层区域19的光学透明区18具有对可见光的至少85%的透射率。所有光学透明区18的总面积与太阳能电池11的总面积的比率在5%至50%的范围内。因此，在薄膜太阳能模块1的总面积之上平均的半透明薄膜太阳能模块的光学透明度也在5%至50%的范围内，特别是20%。
光学透明区18沿线性去涂层区域19均匀分布在薄膜太阳能模块1上，通过所述均匀分布意味着可以获得非常平滑的整体视觉效果。借助于以垂直于线性去涂层区域19的行布置的太阳能电池11-1、11-2、11-3的串联连接，可以实现介绍中提到的优点（例如，对阴影的低灵敏度、避免热点、层不均匀性的电势补偿）。
现在对图3做出参考，其中以平面图描述了根据本发明的薄膜太阳能模块1的另一个示例性实施例。为了避免不必要的重复，仅解释了相对于图2的示例性实施例的差异，否则，参考在那里的陈述。因此，在此光学透明区18在每种情况下具有已经结合图4和5描述的完全围绕光学透明区18的边缘区21。每个边缘区21包括彼此相对定位的两个电极区20，其中，除去涂层区域19的末端以外，一个电极区20属于两个紧密相邻的边缘区21。借助于边缘区21，可以有利地避免去涂层的地区的边缘上的短路电流路径。有利地，光学透明区18的总面积与边缘区21的总面积的比率大于1，优选大于10。
图6图示了根据本发明的用于制造薄膜太阳能模块1的示例性方法。
根据所述方法，在步骤I中，提供了具有在其上施加的层结构3的基板2，在所述层结构3中引入了用于形成串联连接的太阳能电池11的图案化区14。
在步骤II中，制造了线性去涂层区域19。在此，光学透明区18是通过使用激光束源的脉冲激光束将层结构3的所有层一路移除到基板2而制造的。为此目的，利用脉冲激光束照射层结构3，其中脉冲具有小于1纳秒的持续时间。优选地，层结构3通过透明基板2来照射；然而，从避开基板2的一侧直接照射层结构3也是可能的。备选地，光学透明区18可以通过机械材料移除来制造。此外，电极区20是通过利用脉冲激光束（其中脉冲具有小于1纳秒的持续时间）照射层结构3和/或通过机械材料移除来制造的。电极区20将以横向于线性去涂层区域19的行布置的太阳能电池11-1、11-2、11-3的后电极层区段5-1、5-2、5-3区域地接合。光学透明区18和电极区20的制造不一定在时间上继承执行。相反，可以立即继承地制造一个光学透明区18和相邻电极区20。
在备选中，在步骤II中，在光学透明区18周围制造包括电极区20的边缘区21。边缘区21是通过利用脉冲激光束（其中脉冲具有小于1纳秒的持续时间）照射层结构3和/或通过机械材料移除来制造的。当在光学透明区18周围制造边缘区21时，还可能的是，通过利用脉冲激光束的照射来制造光学透明区18，所述脉冲激光束的脉冲具有至少1纳秒的持续时间。
本发明使一种对可见光半透明的薄膜太阳能模块可用，在所述薄膜太阳能模块中层结构由线性去涂层区域被细分成多个太阳能电池串，其中每个线性去涂层区域具有以交替序列的光学透明区和电极区。光学透明区可以以简单的方式以相对复杂的图案来布置。因此，可以以简单的方式实现将表面图案化成小部分的视觉上吸引人的划分。借助于以垂直于线性去涂层区域的行布置的太阳能电池的区域地连接的后电极，防止了由于高电流密度导致的局部阴影和局部过热的部位的问题。此外，由于连接的后电极层充当电势补偿表面，因此可以避免层不均匀性的不利影响。
如从以上描述显而易见的，本发明有利地实现了薄膜太阳能模块的技术上相对不复杂、高度通用且经济的制造，其中可以获得具有薄膜太阳能模块的相对高可见光透射率的相对大光学活性地区。
参考符号的列表
1 薄膜太阳能模块
2 第一基板
3 层结构
4 模块表面
5 后电极层
5-1、5-2、5-3、5-4 后电极层区段
6 吸收体层
6-1、6-2、6-3、6-4 后电极层区段
7 缓冲层
8 前电极层
8-1、8-2、8-3 前电极层区段
9 粘合剂层
10 第二基板
11、11-1、11-2-11-3 太阳能电池
12 复合物
13 连接区段
14 图案化区
15 死区
16 层区域
17 光伏活性区
18 光学透明区
19 去涂层区域
20 电极区
21 边缘区
22-1、22-2、22-3 太阳能电池串

Claims (15)

1.一种薄膜太阳能模块（1），其具有基板（2）和施加在所述基板（2）上的层结构（3），所述层结构（3）包括后电极层（5）、前电极层（8）和在所述后电极层和所述前电极层之间布置的吸收体层（6），其中通过图案化区（14）在所述层结构（3）中形成串联连接的太阳能电池（11-1、11-2、11-3），所述图案化区（14）在每个情况下具有后电极层区段（5-1、5-2、5-3），其中所述层结构（3）具有至少一个线性去涂层区域（19），通过所述线性去涂层区域（19），所述串联连接的太阳能电池（11）被细分成至少两个太阳能电池串（22-1、22-2、22-3），其中所述去涂层区域（19）具有光学透明区（18）和电极区（20）的交替序列，其中所述光学透明区（18）在每种情况下是无后电极层的，并且所述电极区（20）在每种情况下是无吸收体层的并且具有后电极层区段（5-4），其中由一个太阳能电池串（22-1、22-2-、22-3）的一个太阳能电池（11-1、11-2、11-3）和另一个太阳能电池串（22-1、22-2-、22-3）的一个太阳能电池（11-1、11-2、11-3）组成的至少一对的所述后电极层区段（5-1、5-2、5-3）通过至少一个电极区（20）的所述后电极层区段（5-4）区域地与彼此连接。
2.根据权利要求1所述的薄膜太阳能模块（1），其中所述光学透明区（18）是无吸收体层的。
3.根据权利要求1或2中一项所述的薄膜太阳能模块（1），其中所述至少一个线性去涂层区域（19）垂直于所述图案化区（14）或者以不同于90°的角度倾斜于所述图案化区（14）来布置。
4.根据权利要求1至3中一项所述的薄膜太阳能模块（1），其中由一个太阳能电池串（22-1、22-2-、22-3）的一个太阳能电池（11-1、11-2、11-3）和另一个太阳能电池串（22-1、22-2-、22-3）的一个太阳能电池（11-1、11-2、11-3）组成的至少一对的所述后电极层区段（5-1、5-2、5-3）没有通过至少一个电极区（20）的所述后电极层区段（5-4）区域地与彼此连接。
5.根据权利要求1至4中一项所述的薄膜太阳能模块（1），其中所述层结构（3）具有以平行布置的多个线性去涂层区域（19）。
6.根据权利要求1至5中一项所述的薄膜太阳能模块（1），其中至少一个光学透明区（18）由是无吸收体层的紧密相邻的边缘区（21）完全围绕。
7.根据权利要求6所述的薄膜太阳能模块（1），其中所述光学透明区（18）的总面积与所述边缘区（21）的总面积的比率大于1，优选大于10。
8.根据权利要求1至7中一项所述的薄膜太阳能模块（1），其中所述光学透明区（18）的总面积与所述太阳能电池（11）的总面积的比率在5%至50%的范围内。
9. 一种用于制造根据权利要求1至8中一项所述的薄膜太阳能模块（1）的方法，其包括以下步骤：
-提供平坦基底（2）
-在所述基板（2）的一侧上沉积后电极层（5），
-在所述后电极层（5）之上沉积吸收体层（6），
-在所述吸收体层（6）之上沉积前电极层（8），
-通过第一图案化线（P1）图案化所述后电极层（5），
-通过第二图案化线（P2）图案化所述吸收体层（6），
-通过第三图案化线（P3）图案化所述前电极层（8），
其中图案化区（14）由第一图案化线（P1）、第二图案化线（P2）和第三图案化线（P3）的紧接序列形成，其中所述图案化区（14）形成太阳能电池（11-1、11-2、11-3）的单片串联连接，其中所述太阳能电池（11-1、11-2、11-3）在每种情况下具有后电极层区段（5-1、5-2、5-3），
-通过以区段方式移除至少所述后电极层（5）来形成光学透明区（18），所述光学透明区（18）在每种情况下是无后电极层的，
-通过以区段方式移除至少所述吸收体层（6）来形成电极区（20），所述电极区（20）在每种情况下是无吸收体层的并且具有后电极层区段（5-4），
其中所述光学透明区（18）和所述电极区（20）被形成，以使得它们以交替序列来布置并形成至少一个线性去涂层区域（19），通过所述线性去涂层区域（19），所述串联连接的太阳能电池被细分成至少两个太阳能电池串（22-1、22-2、22-3），其中由一个太阳能电池串（22-1、22-2-、22-3）的一个太阳能电池（11-1、11-2、11-3）和另一个太阳能电池串（22-1、22-2-、22-3）的一个太阳能电池（11-1、11-2、11-3）组成的至少一对的所述后电极层区段（5-1、5-2、5-3）通过至少一个电极区（20）的所述后电极层区段（5-4）区域地与彼此连接。
10. 根据权利要求9所述的方法，其中所述光学透明区[sic]（18）是通过以下项通过以区段方式移除至少所述后电极层（5）来创建：
-利用脉冲激光束照射，和/或
-机械材料移除。
11. 根据权利要求9或10所述的方法，其中通过以下项通过以区段方式移除至少所述吸收体层（6）来创建所述电极区（20）以及可选地创建边缘区（21）：
-利用脉冲激光束照射，和/或
-机械材料移除。
12.根据权利要求9至11中一项所述的方法，其中在制作所述图案化区（14）之前制造所述光学透明区（18），并且在制作所述图案化区（14）之后制造所述电极区（20）和可选地制造所述边缘区（21）。
13.根据权利要求12所述的方法，其包括以下步骤：
-在沉积所述吸收体层（6）之前通过以区段方式移除至少所述后电极层（6）来创建所述光学透明区（18），优选地是通过利用激光束的照射；
-在沉积所述吸收体层（6）和前电极层（8）之后，以及在创建所述第三图案化线（P3）之后，通过以区段方式移除至少所述吸收体层（6）和所述前电极层（8）来创建所述电极区（20）以及可选地创建边缘区（21），优选地是通过机械材料移除。
14.根据权利要求9至11中一项所述的方法，其中在制作所述图案化区（14）之后制造所述光学透明区（18）和电极区（20）以及可选地制造所述边缘区（21）。
15.根据权利要求14所述的方法，其中由边缘区（21）围绕的光学透明区（18）通过以下项来创建：
-在处理区中，优选通过机械材料移除，以区段方式移除至少所述吸收体层（6），所述处理区在每个情况下对应于要创建的所述光学透明区（18）以及围绕的边缘区（21），其中在内部区域中创建所述光学透明区（18）并且在所述处理区的边缘区域中创建所述边缘区（21），
-优选地通过利用脉冲激光束的照射，在所述处理区的所述内部区域中移除至少所述后电极层（5），以用于创建所述光学透明区（18），其中所述处理区的所述边缘区域形成所述边缘区（21）。
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