DE102004013442B4 - Verfahren zur Herstellung von bandförmigen Solarzellen der CIS-Technologie - Google Patents
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Abstract
Verfahren
zur Herstellung von bandförmigen
Solarzellen der CIS-Technologie im roll-to-roll-Verfahren mit elektrochemischer
Abscheidung des Precursors, dadurch gekennzeichnet, dass gleichzeitig zwei
Bänder
prozessiert werden, wobei diese vor dem Einlauf in die Galvanik
mit ihren Rückseiten
miteinander verklebt, anschließend
wieder getrennt und so gedreht und aneinander angenähert werden,
dass die Precursor-beschichtetenSeiten aufeinanderliegend oder in
sehr geringem Abstand bei gleichzeitiger seitlicher Abdichtung des Zwischenraums
zwischen den Bändern
den Temperofen durchlaufen.
Description
- Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von bandförmigen Solarzellen der CIS-Technologie im roll-to-roll-Verfahren mit elektrochemischer Abscheidung des Precursors.
- Unter den Dünnschicht-Technologien zur Herstellung preisgünstiger Solarzellen nimmt die CIS-Technologie (Kupfer-Indium/Gallium-Selen/Schwefel) insofern eine Sonderstellung ein, als hierbei die Abscheidung des so genannten Precursors" (des „Vorläufers" der späteren Absorber-Schicht) galvanisch auf ein endloses, flexibles Metallband erfolgen kann (roll-to-roll-Verfahren). Üblich ist die Abscheidung von Cu, In, Ga und Se im Hochvakuum auf Glasscheiben, die zuvor mit einem dünnen Überzug aus Molybdän Versehen wurden. Es sind aber auch galvanische Bandabscheidungen auf Kupfer bekannt geworden (
DE 196 34 580 C2 ) sowie die sequentielle Elektro-Deposition, die binäre Legierungsabscheidung oder die ternäre/quaternäre Verbindungs-Halbleiter-Abscheidung auf schmalen (beispielsweise 35 mm breiten) Edelstahl- oder anderen Metallbändern (DE 199 1 758 C2 ). Ein besonderes Problem stellt hierbei die Behandlung der Bandrückseite dar, weil eine Benetzung mit Elektrolyt und somit eine unerwünschte. Abscheidung von Precursor-Materialien auf der der Bandrückseite nahezu unvermeidbar ist. Auch kann es zu unerwünschten Reaktionen des rückseitigen Bandmaterials in den durchlaufenden Elektrolyt-Bädern kommen, falls die metallische Bandrückseite ungeschützt ist. - Im Anschluss an die Precursor-Deposition durchläuft das Band eine Temperaturbehandlung (RTP = rapid thermal process), wobei es darauf ankommt, dass
- a) das Band sehr gleichmäßig über die gesamte Fläche erhitzt wird, wobei fleckige Abscheidungen auf der Bandrückseite die Homogenität beeinträchtigen würden,
- b) das Band sehr rasch auf eine hohe Temperatur (über 300 °C) gebracht wird und
- c) verhindert wird, dass Bestandteile des Precursors, insbesondere Selen oder Schwefel, abdampfen und sich die Stöchiometrie der Abscheidung hierdurch verändert.
- Einzelne CIS-Solarzellen werden daher bei verschiedenen Herstellern in geschlossenen Graphit-Boxen dem RTP unterworfen, was bei einem roll-to-roll-Prozess offensichtlich nicht praktikabel ist. Für ein durchlaufendes Band wurde eine Konstruktion des Temperofens vorgeschlagen, bei welcher das Band durch einen engen, mit Quarzgläsern abgeschlossenen, tunnelartigen Raum geführt wird. Zusätzlich wird für diesen Temperofen (
DE 100 06 772 C2 ) vorgeschlagen, eine „Deckelung" durch ein zweites flexibles Metallband vorzunehmen, das zusammen mit dem dort kondensierten Selen nachfolgend als Abfall verworfen wird. Beide Lösungswege erscheinen realisierbar, jedoch wenig elegant. Die inDE 100 06 778 C2 geschützte, bandunter- und oberseitig getrennte und unterschiedliche Temperaturführung erscheint nicht erforderlich, so sie denn überhaupt realisierbar ist. - Aus
US 5,821,597 A ist ein roll-to-roll-Verfahren zum Herstellen von bandförmigen Solarzellen bekannt, bei dem zur Produktivitätssteigerung statt einer Bandführung parallel zu den Elektrodenplatten des Plattenreaktors ein Zickzack-Weg des Bandes im Reaktor empfohlen wird. Zur weiteren Verdopplung der Produktivität wird empfohlen, zwei bandförmige Substrate. back-to-back zu verhindern. Es werden bei diesem Verfahren Absorber aus Silizium mittels plasmaverstärkter Gasphasenabscheidung erzeugt. Außerdem bestehen die bandförmigen Substrate aus organischen Materialien wie PET oder Polyimid. - Die Lösung nach
DE 42 07 411 A1 verwendet ein roll-to-roll-Verfahren zur Herstellung von Solarzellen und verbindet zwei bandförmige Substrate ebenfalls back-to-back, scheidet Absorberschichten ab und trennt die Substrate wieder, um diese getrennt wieder aufzuwickeln. - Die vorliegende Erfindung hat es sich zur Aufgabe gemacht, eine Bandführung durch die galvanische Abscheidung und durch den nachfolgenden RTP-Durchlauf-Ofen vorzuschlagen, der die genannten Nachteile vermeidet.
- Hierzu werden erfindungsgemäß immer zwei Bänder. gleichzeitig durch die Anlage geführt.
- In einem ersten Verfahrensschritt werden die vertikal angeordneten Bänder mit ihren Rückseiten flüssigkeitsdicht, zugleich aber leicht lösbar miteinander verklebt, indem eine Adhäsionsfolie zwischengelegt oder eine dünne Schicht Silikon bzw. ein anderes rückstandsfrei und einfach ablösbares Klebemittel bandrückseitig aufgebracht wird.
- Nach Durchlaufen der Elektrolyt-Bäder werden die Bänder wieder getrennt, die Adhäsionsfolie bzw. Klebstoffreste vollständig entfernt und die laufenden Bänder so gedreht, dass sie „face to face", d.h. mit ihren Precursor-Seiten aufeinanderliegend oder mit sehr geringem Abstand der Precursor-Seiten voneinander in den RTP-Ofen einlaufen und in eben dieser Anordnung bei gleichzeitig seitlicher Abdichtung durch den Ofen geführt werden.
- Anschließend werden die beiden Bänder erneut getrennt und entweder einzeln oder nach einer erneuten Verklebung „Rückseite gegen Rückseite" den folgenden Prozessschritten, z.B. einer KCN-Ätzung und einer bandgeeigneten Deposition der Puffer-Schicht, zugeleitet. Eine erneute Verklebung (durch Adhäsionsband) ist insbesondere dann vorteilhaft, wenn die Fensterschicht-Abscheidung nasschemisch erfolgt, was angestrebt wird, bisher jedoch noch nicht etablierter Stand der Technik ist.
- Soweit bisher weltweit galvanische roll-to-roll-Prozesse für die Abscheidung von flexiblen CIS-Bandzellen bekannt sind, ergeben sich, im Vergleich hierzu, durch die erfindungsgemäße Bandführung folgende Vorteile:
- a) Eine aufwändige Beschichtung der Rückseite des Bandes zum Schutz gegen unerwünschte Abscheidung, gegen Reaktionen mit den Elektrolyten oder gegen Kontamination des Precursors durch Rückseiten-Material entfällt.
- b) Zusatzmaßnahmen im Durchlauf-Temperofen wie Graphit-Boxen, Quarzglas-Verkapselungen oder Abdeckung durch zusätzliche Materialien/Bänder entfallen.
- c) Da die im RTP-Ofen eingesetzte Infrarot-Wärmestrahlung direkt auf das Band auftrifft und nicht erst durch eine Graphit-Schicht o.ä. absorbiert und dann ggf. per Wärmeleitung ungleichmäßig an das Zellenband weitergegeben wird, wird der Energieverbrauch minimiert, die Aufheizgeschwindigkeit erhöht und die Regelung der Absorber-Temperatur vereinfacht.
- d) Von einer Herstellungsanlage, die für die beiderseitige galvanische Precursor-Beschichtung nur vergleichsweise geringfügig zu modifizieren ist, wird die doppelte Bandmenge produziert.
- Es versteht sich, dass zwischen der Trennung der Bänder nach dem Durchlaufen der Precursor-Abscheidung und der Drehung in eine face-to-face-Position ein oder mehrere Prozessschritte liegen können, in welchen die Bänder einzeln behandelt werden. Beispielsweise kann es vorteilhaft sein, dass das Band einer „Rückseiten-Schwärzung" unterzogen wird. Bekanntlich reflektieren Metalle im infraroten Spektralbereich vergleichsweise gut, so dass RTP-Öfen, die bei anderen Materialien (beispielsweise Silizium) eine hohe Erwärmungsgeschwindigkeit aufweisen, diese erwünschte Eigenschaft bei einem metallischen Substrat nicht zu besitzen scheinen. Eine Schwärzung der Bandrückseite, die vor dem Einlauf in den RTP-Ofen vorzunehmen ist, schafft diesbezüglich Abhilfe.
Claims (3)
- Verfahren zur Herstellung von bandförmigen Solarzellen der CIS-Technologie im roll-to-roll-Verfahren mit elektrochemischer Abscheidung des Precursors, dadurch gekennzeichnet, dass gleichzeitig zwei Bänder prozessiert werden, wobei diese vor dem Einlauf in die Galvanik mit ihren Rückseiten miteinander verklebt, anschließend wieder getrennt und so gedreht und aneinander angenähert werden, dass die Precursor-beschichtetenSeiten aufeinanderliegend oder in sehr geringem Abstand bei gleichzeitiger seitlicher Abdichtung des Zwischenraums zwischen den Bändern den Temperofen durchlaufen.
- Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass. zur leicht löslichen, rückseitigen Verklebung der Bänder eine Adhäsionsfolie benutzt wird.
- Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Trägerbänder vor dem Einlauf in den Temperofen rückseitig zwecks Erhöhung der Strahlungsabsorption in infraroten Bereich behandelt werden, beispielsweise geschwärzt werden.
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