DE102010009294A1

DE102010009294A1 - Fotovoltaikmodul und Verfahren zur Herstellung eines Fotovoltaikmoduls

Info

Publication number: DE102010009294A1
Application number: DE201010009294
Authority: DE
Inventors: Victor Dr. 04105 Verdugo
Original assignee: SUNFILM AG; Sunfilm AG 01900
Current assignee: Schueco Tf & Co Kg De GmbH
Priority date: 2010-02-25
Filing date: 2010-02-25
Publication date: 2011-08-25

Abstract

Ein Fotovoltaikmodul umfasst einen Abschnitt (11) einer leitfähigen Schicht (10), eine erste Schichtanordnung (Z11) mit einer lichtempfindlichen Schicht (31a) zum Erzeugen einer Ladung beim Einfall von Licht in die lichtempfindliche Schicht der ersten Schichtanordnung und eine zweite Schichtanordnung (Z12) mit einer lichtempfindlichen Schicht (31b) zum Erzeugen einer Ladung beim Einfall von Licht in die lichtempfindliche Schicht der zweiten Schichtanordnung. Die lichtempfindliche Schicht (31a) der ersten Schichtanordnung (Z11) und die lichtempfindliche Schicht (31b) der zweiten Schichtanordnung (Z12) sind jeweils auf dem Abschnitt (11) der leitfähigen Schicht (10) angeordnet, wobei die jeweiligen lichtempfindlichen Schichten (31a, 31b) der ersten und zweiten Schichtanordnung jeweils durch einen Graben (G3) voneinander beabstandet angeordnet sind.

Description

Die Erfindung betrifft ein Fotovoltaikmodul, bei dem eine leitfähige Schicht, auf der sich bei einem Lichteinfall auf das Fotovoltaikmodul eine Ladung ansammelt, mit einem Leiter zum Abgreifen eines Spannungspotentials kontaktiert ist. Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Herstellen eines Fotovoltaikmoduls, bei dem eine leitfähige Schicht, auf der sich beim Lichteinfall auf das Fotovoltaikmodul eine Ladung ansammelt, mit einem Leiter zum Abgreifen eines Spannungspotentials verbunden ist.
Eine spannungserzeugende Fotozelle eines Fotovoltaikmoduls umfasst eine Trägerschicht, auf der eine Schichtstruktur aus einer ersten leitfähigen Schicht, einer lichtempfindlichen Schicht und einer zweiten leitfähigen Schicht angeordnet ist. Die Trägerschicht kann als eine Glasscheibe ausgebildet sein. Die darauf angeordnete erste leitfähige Schicht kann transparent sein. Beim Einfall von Licht durch die Glasscheibe werden in der lichtempfindlichen Schicht freie Ladungsträger erzeugt, so dass zwischen den beiden leitfähigen Schichten eine Spannung entsteht.
Bei einer möglichen Ausführungsform eines Fotovoltaikmoduls können mehrere solcher spannungserzeugender Fotozellen streifenförmig nebeneinander angeordnet sein. Dazu ist die auf dem Substrat angeordnete erste leitfähige Schicht in einzelne Abschnitte unterteilt, die voneinander getrennt sind. Auf jedem dieser Abschnitte der ersten leitfähigen Schicht ist eine Schichtstruktur aus einer lichtempfindlichen Schicht und einer darüber angeordneten zweiten leitfähigen Schicht vorgesehen. Ein einzelner Fotozellstreifen wird somit aus dem Abschnitt der ersten leitfähigen Schicht und der darüber angeordneten lichtempfindlichen und der zweiten leitfähigen Schicht gebildet. Benachbarte Fotozellstreifen sind durch Gräben voneinander getrennt bezweckt in Serie geschaltet sind.
Zum Abgreifen eines Spannungspotentials an einem derart aufgebauten Fotovoltaikmodul können die beiden an dem Modul randseitig angeordneten Zellstreifen jeweils mit einem Leiter verbunden werden. Der Leiter kann beispielsweise ein Kontaktband sein, das mit Zink, einer Zinklegierung oder einem Lötmittel auf Basis von Zink beschichtet ist. Das Kontaktband kann an mehreren Stellen mit der zweiten leitfähigen Schicht des Zellstreifens verlötet werden. Bei dem Zellstreifen, der zur Kontaktierung mit dem Leiter dient, ist die auf dem Abschnitt des Trägersubstrats angeordnete erste leitfähige Schicht mit der zweiten leitfähigen Schicht verbunden. Durch diese niederohmige Verbindung trägt die lichtempfindliche Schicht des Zellstreifens, an dem der Leiter kontaktiert ist, nicht zur Spannungserzeugung bei, wenn Licht auf das Fotovoltaikmodul einfällt. Da die beiden leitfähigen Schichten des Zellstreifens nicht voneinander isoliert sind, sondern miteinander verbunden sind, ist der gesamte Zellstreifen bei Lichteinfall inaktiv.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Fotovoltaikmodul bereitzustellen, bei dem die Fläche einer inaktiven Fotozelle, auf der ein Leiter zum Abgreifen eines Spannungspotentials angeordnet wird, möglichst gering ist. Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren zum Herstellen eines Fotovoltaikmoduls bereitzustellen, bei dem die Fläche einer inaktiven Fotozelle, auf der ein Leiter zum Abgreifen eines Spannungspotentials angeordnet ist, möglichst gering ist.
Eine Ausführungsform eines Fotovoltaikmoduls umfasst einen Abschnitt einer leitfähigen Schicht, eine erste Schichtanordnung mit einer lichtempfindlichen Schicht zum Erzeugen einer Ladung beim Einfall von Licht in die lichtempfindliche Schicht der ersten Schichtanordnung und eine zweite Schichtanordnung mit einer lichtempfindlichen Schicht zum Erzeugen einer Ladung beim Einfall von Licht in die lichtempfindliche Schicht der zweiten Schichtanordnung. Die lichtempfindliche Schicht der ersten Schichtanordnung und die lichtempfindliche Schicht der zweiten Schichtanordnung sind jeweils auf dem Abschnitt der leitfähigen Schicht angeordnet, wobei die jeweiligen lichtempfindlichen Schichten der ersten und zweiten Schichtanordnung jeweils durch einen Graben voneinander beabstandet angeordnet sind.
Die erste Schichtanordnung kann eine leitfähige Schicht umfassen, die über der lichtempfindlichen Schicht der ersten Schichtanordnung angeordnet ist. Die leitfähige Schicht der ersten Schichtanordnung kann mit dem Abschnitt der leitfähigen Schicht kontaktiert sein. Die jeweiligen leitfähigen Schichten der ersten und zweiten Schichtanordnung sind jeweils durch den Graben voneinander beabstandet. Durch die niederohmige Verbindung zwischen der leitfähigen Schicht der ersten Schichtanordnung und dem Abschnitt der leitfähigen Schicht entsteht zwischen den beiden leitfähigen Schichten ein Kurzschluss. Somit trägt die erste Schichtanordnung trotz des Vorhandenseins einer lichtempfindlichen Schicht zwischen leitenden Schichten nicht zur Spannungserzeugung bei einem Lichteinfall bei.
Zur Herstellung der niederohmigen Verbindung kann in der lichtempfindlichen Schicht der ersten Schichtanordnung ein zweiter Graben vorgesehen sein, der sich durch die lichtempfindliche Schicht der ersten Schichtanordnung bis zu dem Abschnitt der leitfähigen Schicht erstreckt. Die leitfähige Schicht der ersten Schichtanordnung kann sich in dem weiteren Graben bis auf den Abschnitt der leitfähigen Schicht erstrecken.
Ebenfalls kann auch die zweite Schichtanordnung eine leitfähige Schicht umfassen, die über der lichtempfindlichen Schicht der zweiten Schichtanordnung angeordnet ist. Die zweite Schichtanordnung kann derart ausgebildet sein, dass zwischen der leitfähigen Schicht der zweiten Schichtanordnung und dem Abschnitt der leitfähigen Schicht bei einem Lichteinfall in die lichtempfindliche Schicht der zweiten Schichtanordnung eine Spannung entsteht. Somit trägt die zweite Schichtanordnung zur Ladungsträgererzeugung bei.
Die erste und zweite Schichtanordnung können Teil einer Fotozelle sein. Die Fotozelle weist eine Schichtstruktur aus dem Abschnitt der leitfähigen Schicht und der darüber angeordnete Schichtanordnung aus der lichtempfindlichen Schicht und der leitfähigen Schicht auf. Die Schichtstruktur der Fotozelle umfasst somit die lichtempfindliche Schicht, die auf dem Abschnitt der leitfähigen Schicht angeordnet ist, und die leitfähige Schicht, die auf der lichtempfindlichen Schicht angeordnet ist. Die lichtempfindliche Schicht und die leitfähige Schicht sind zunächst jeweils als durchgehende ununterbrochene Schichten auf dem Abschnitt der leitfähigen Schicht angeordnet. Durch das Einbringen des Grabens in die leitfähige Schicht und lichtempfindliche Schicht entsteht aus der zunächst durchgehenden Schichtanordnung aus der lichtempfindlichen Schicht und der leitfähigen Schicht die erste und zweite Schichtanordnung, die durch den Graben voneinander getrennt sind. Jede der ersten und zweiten Schichtanordnung umfasst somit einen Abschnitt der lichtempfindlichen Schicht und einen Abschnitt der auf der lichtempfindlichen Schicht angeordneten leitfähigen Schicht.
Die erste und zweite Schichtanordnung können sich jeweils streifenförmig in einer Längsrichtung des Fotovoltaikmoduls erstrecken. Bei einer möglichen Ausführungsform verläuft der Graben zwischen der ersten und zweiten Schichtanordnung in der Längsrichtung des Fotovoltaikmoduls.
Das Fotovoltaikmodul kann mehrere Abschnitte der leitfähigen Schicht aufweisen, die voneinander getrennt sind. Das Fotovoltaikmodul kann mehrere Fotozellen aufweisen, die jeweils eine Schichtstruktur aus einem jeweiligen Abschnitt der leitfähigen Schicht und einer darauf angeordneten Schichtanordnung umfassen. Die Schichtanordnung enthält eine lichtempfindliche Schicht und eine auf der lichtempfindlichen Schicht angeordnete leitfähige Schicht.
Die jeweiligen Abschnitte der leitfähigen Schicht der weiteren Fotozellen und die jeweiligen Schichtanordnungen der weiteren Fotozellen können ebenfalls streifenförmig angeordnet sein. Bei den weiteren Fotozellen ist die leitfähige Schicht der Schichtanordnung von dem zu der Fotozelle zugehörigen Abschnitt der leitfähigen Schicht durch die dazwischen angeordnete lichtempfindliche Schicht getrennt. Bei einem Lichteinfall auf das Fotovoltaikmodul tragen daher die weiteren Fotozellen zur Spannungserzeugung bei.
Die weiteren Fotozellen sind durch einen dritten Graben voneinander getrennt. Ebenso ist auch die Fotozelle, die die erste und zweite Schichtanordnung umfasst, von einer dazu benachbart angeordnete Fotozelle der weiteren Fotozellen durch einen dritten Graben getrennt.
Die weiteren Fotozellen und die Fotozelle, die die erste und zweite Schichtanordnung umfasst, können sich jeweils streifenförmig in einer Längsrichtung des Fotovoltaikmoduls erstrecken. Bei einem Modul mit einer Länge von 1,30 m und einer Breite von 1,10 m können beispielsweise 108 Fotozellstreifen gebildet werden, wobei die Zellfläche eines Fotozellstreifens eine Breite von etwa 1 cm und eine Länge von 130 cm aufweisen kann. Bei einem Tandemsolarmodul können in Abhängigkeit vom Lichteinfall Fotoströme im Bereich zwischen 10 mA bis 15 mA pro Quadratzentimeter erzeugt werden.
Der Graben der Fotozelle, der die erste und zweite Schichtanordnung der Fotozelle voneinander isoliert, ist zwischen der niederohmigen Verbindung der leitfähigen Schicht der ersten Schichtanordnung und dem dritten Graben angeordnet, der die zweite Schichtanordnung der Fotozelle von der Schichtanordnung aus leitfähiger Schicht und lichtempfindlicher Schicht der benachbarten Fotozelle trennt. Die zweite Schichtanordnung der Fotozelle kann zur Spannungserzeugung bei Lichteinfall in die lichtempfindliche Schicht der zweiten Schichtanordnung genutzt werden.
Wenn der Graben näher an der niederohmigen Verbindung zwischen der leitfähigen Schicht der ersten Schichtanordnung und dem Abschnitt der leitfähigen Schicht als an dem dritten Graben angeordnet ist, ist die Zellfläche, die von der zweiten Schichtanordnung gebildet wird, größer als die Zellfläche, die von der ersten Schichtanordnung gebildet wird. Somit kann durch das Vorsehen eines Grabens in der Schichtstruktur der Fotozelle ein relativ großer Flächenbereich der Fotozelle zur Spannungserzeugung bei Lichteinfall auf die Fotozelle genutzt werden. Die erste Schichtanordnung der Fotozelle, die eine kleinere Zellfläche als die zweite Schichtanordnung bildet, wird lediglich zur Kontaktierung des Fotovoltaikmoduls verwendet.
Der Fotozellstreifen mit der ersten und zweiten Schichtanordnung kann an verschiedenen Stellen des Fotovoltaikmoduls angeordnet sein. Es können auch mehrere solcher Fotozellstreifen, die eine durch einen Graben getrennte erste und zweite Schichtanordnung aufweisen, auf einem Fotovoltaikmodul vorhanden sein. Zwischen diesen zur Kontaktierung verwendeten Fotozellstreifen können jeweils weitere aktive Fotozellstreifen, so dass auf einem Fotovoltaikmodul mehrere Submodule gebildet werden.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform können die erste und zweite Schichtanordnung der Fotozelle näher an der Randseite des Fotovoltaikmoduls angeordnet sein als die Schichtanordnungen der weiteren Fotozellen. Insbesondere können die erste und zweite Schichtanordnung der Fotozelle an einer Seite des Fotovoltaikmoduls angeordnet sein, wobei die erste Schichtanordnung näher an der Seite des Fotovoltaikmoduls angeordnet ist als die zweite Schichtanordnung.
Der Graben kann derart zwischen der ersten und zweiten Schichtanordnung geführt werden, dass er entlang der Seite des Fotovoltaikmoduls verläuft. Der Graben kann sich dabei entlang eines ersten Abschnitts der Seite des Fotovoltaikmoduls weiter in die zweite Schichtanordnung erstrecken als an einem zweiten Abschnitt der Seite des Fotovoltaikmoduls, der an den ersten Abschnitt angrenzt. Wenn der Graben sich an mehreren ersten Abschnitten der Seite des Fotovoltaikmoduls weiter in die zweite Schichtanordnung erstreckt als er sich an mehreren zweiten Abschnitten der Seite des Fotovoltaikmoduls in die zweite Schichtanordnung erstreckt, entstehen entlang den ersten Abschnitten der Seite des Fotovoltaikmoduls Ausbuchtungen der ersten Schichtanordnung, die sich in die zweite Schichtanordnung erstrecken.
Die Fotozelle und die weiteren Fotozellen können untereinander in einer Reihenschaltung verbunden sein. Dazu ist die leitfähige Schicht der Schichtanordnung einer Fotozelle mit dem Abschnitt der leitfähigen Schicht der benachbarten Fotozelle verbunden. Zum Abgreifen eines Spannungspotentials, das an der leitfähigen Schicht der ersten Schichtanordnung entsteht kann das Fotovoltaikmodul einen Leiter aufweisen. Die leitfähige Schicht der ersten Schichtanordnung hat an den Bereichen, die sich weiter in die zweite Schichtanordnung als die übrigen Bereiche erstrecken, eine größere Fläche als an den übrigen Bereichen. Somit können diese Bereiche als Kontaktbereiche verwendet werden, an denen der Leiter zum Abgreifen eines Spannungspotentials mit der leitfähigen Schicht der ersten Schichtanordnung kontaktiert wird. Die Kontaktierung kann beispielsweise durch ein Verlöten oder Verkleben des Leiters an den Kontaktbreichen entlang der ersten Abschnitte der Seite des Fotovoltaikmoduls erfolgen.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform des Fotovoltaikmoduls können mehrere Gräben des Grabens getrennt voneinander zwischen der ersten und zweiten Schichtanordnung derart verlaufen, dass mehrere Schichtanordnungen der ersten Schichtanordnung gebildet werden, die untereinander isoliert und jeweils von der zweiten Schichtanordnung umgeben sind. Die ersten Schichtanordnungen können jeweils an die Seite des Fotovoltaikmoduls angrenzen und sind jeweils durch einen Graben von der zweiten Schichtanordnung getrennt.
Auch bei dieser Ausführungsform kann das Fotovoltaikmodul einen Leiter zum Abgreifen eines Spannungspotentials von der leitfähigen Schicht der ersten Schichtanordnung aufweisen. Die mehreren der ersten Schichtanordnung können Kontaktbereiche darstellen, an denen der Leiter zum Abgreifen des Spannungspotentials von der leitfähigen Schicht der ersten Schichtanordnung kontaktiert werden kann.
Die jeweilige Zellfläche, die von den mehreren ersten Schichtanordnungen, die durch die mehreren getrennt voneinander angeordneten Gräben von der zweiten Schichtanordnung getrennt sind, gebildet wird, ist kleiner als die Zellfläche, die von der zweiten Schichtanordnung gebildet wird. Der Graben zwischen der ersten und zweiten Schichtanordnung ist des Weiteren derart geführt, dass auch die Fläche der leitfähigen Schicht der ersten Schichtanordnung kleiner als die Fläche der leitfähigen Schicht der zweiten Schichtanordnung ist.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform des Fotovoltaikmoduls kann das Modul eine Isolierschicht aufweisen. Der Leiter kann über der leitfähigen Schicht der zweiten Schichtanordnung derart angeordnet sein, dass der Leiter durch die Isolierschicht von der leitfähigen Schicht der zweiten Schichtanordnung getrennt ist. Dazu kann der Leiter an einer der ersten Schichtanordnung zugewandten Seite des Leiters abschnittweise mit der Isolierschicht beschichtet sein.
Im Folgenden wird ein Verfahren zum Herstellen eines Fotovoltaikmoduls angegeben. Gemäß einer Ausführungsform des Verfahrens wird ein Abschnitt einer leitfähigen Schicht bereitgestellt. Des Weiteren wird eine erste Schichtanordnung mit einer lichtempfindlichen Schicht zum Erzeugen einer Ladung beim Einfall von Licht in die lichtempfindliche Schicht und mit einer leitfähigen Schicht bereitgestellt, wobei die leitfähige Schicht über der lichtempfindlichen Schicht angeordnet ist und die leitfähige Schicht der ersten Schichtanordnung mit dem Abschnitt der leitfähigen Schicht kontaktiert ist. Des Weiteren wird eine zweite Schichtanordnung mit einer lichtempfindlichen Schicht zum Erzeugen einer Ladung beim Einfall von Licht in die lichtempfindliche Schicht und mit einer leitfähigen Schicht bereitgestellt, wobei die leitfähige Schicht über der lichtempfindlichen Schicht der zweiten Schichtanordnung angeordnet ist. Die zweite Schichtanordnung ist derart ausgebildet, dass bei einem Lichteinfall in die lichtempfindliche Schicht der zweiten Schichtanordnung zwischen der leitfähigen Schicht der zweiten Schichtanordnung und der leitfähigen Schicht eine Spannung entsteht. Die erste und zweite Schichtanordnung wird auf dem Abschnitt der leitfähigen Schicht angeordnet. Ein erster Graben wird zwischen die leitfähigen Schichten und die lichtempfindlichen Schichten der ersten und zweiten Schichtanordnung eingebracht, wodurch die lichtempfindlichen Schichten der ersten und zweiten Schichtanordnung auf dem Abschnitt der leitfähigen Schicht voneinander beabstandet angeordnet sind.
Gemäß einer anderen Ausführungsform des Verfahrens wird eine Fotozelle bereitgestellt, die einen Abschnitt einer leitfähigen Schicht und eine Schichtanordnung aufweist. Die Schichtanordnung umfasst eine leitfähige Schicht und eine lichtempfindliche Schicht zum Erzeugen einer Ladung beim Einfall von Licht in die lichtempfindliche Schicht. Die leitfähige Schicht der Schichtanordnung ist über der lichtempfindlichen Schicht der Schichtanordnung angeordnet. Die leitfähige Schicht der Schichtanordnung ist an einem Bereich der Fotozelle mit dem Abschnitt der leitfähigen Schicht kontaktiert. Zwischen die leitfähige Schicht der Schichtanordnung und die lichtempfindliche Schicht der Schichtanordnung wird ein Graben eingebracht, wodurch die Schichtanordnung in eine erste und zweite Schichtanordnung unterteilt wird, die voneinander durch den Graben getrennt sind. Jede der ersten und zweiten Schichtanordnung umfasst somit jeweils einen Teil der leitfähigen Schicht und einen Teil der lichtempfindlichen Schicht.
Es kann ein zweiter Graben in der lichtempfindlichen Schicht der ersten Schichtanordnung vorgesehen werden, der sich durch die lichtempfindliche Schicht der ersten Schichtanordnung bis zu dem Abschnitt der leitfähigen Schicht erstreckt. Die leitfähige Schicht der ersten Schichtanordnung wird in den zweiten Graben eingebracht, wodurch die leitfähige Schicht der ersten Schichtanordnung mit dem Abschnitt der leitfähigen Schicht kontaktiert ist.
Das Fotovoltaikmodul kann mehrere Fotozellen aufweisen, wobei die Fotozellen jeweils durch einen dritten Graben getrennt sind. Der erste Graben wird zwischen dem Bereich der Fotozelle, in dem die leitfähige Schicht der ersten Schichtanordnung mit dem Abschnitt der leitfähigen Schicht verbunden ist, und dem dritten Graben beziehungsweise zwischen dem zweiten Graben und dem dritten Graben eingebracht. Der erste Graben kann dabei derart eingebracht werden, dass der erste Graben näher an dem zweiten Graben als an dem dritten Graben angeordnet ist.
Der erste Graben kann entlang einer Seite des Fotovoltaikmoduls derart in die Fotozelle eingebracht werden, das sich der erste Graben entlang eines ersten Abschnitts der Seite des Fotovoltaikmoduls weiter in die zweite Schichtanordnung erstrecken als an einem zweiten Abschnitt der Seite des Fotovoltaikmoduls, der an den ersten Abschnitt angrenzt. Wenn der erste Graben sich an mehreren ersten Abschnitten der Seite des Fotovoltaikmoduls weiter in die zweite Schichtanordnung erstreckt als er sich an mehreren zweiten Abschnitten der Seite des Fotovoltaikmoduls in die zweite Schichtanordnung erstreckt, entstehen entlang den ersten Abschnitten der Seite des Fotovoltaikmoduls mehrere erste Bereiche der ersten Schichtanordnung, die Ausbuchtungen der ersten Schichtanordnung in Richtung der zweiten Schichtanordnung darstellen, und sich weiter in Richtung der zweiten Schichtanordnung erstrecken als sich mehrere zweite an die ersten Bereiche angrenzende Bereiche der ersten Schichtanordnung in die zweite Schichtanordnung erstrecken.
Zur Kontaktierung der leitfähigen Schicht der ersten Schichtanordnung kann ein Leiter zum Abgreifen eines Spannungspotentials von der leitfähigen Schicht der ersten Schichtanordnung bereitgestellt werden.
Eine Isolierschicht kann auf der leitfähigen Schicht der zweiten Schichtanordnung in dem ersten Bereich der zweiten Schichtanordnung angeordnet werden. Der Leiter kann in dem ersten Bereich der ersten Schichtanordnung mit der leitfähigen Schicht der ersten Schichtanordnung kontaktiert werden. Der Leiter kann über der leitfähigen Schicht der zweiten Schichtanordnung derart angeordnet werden, dass der Leiter durch die Isolierschicht von der leitfähigen Schicht der zweiten Schichtanordnung getrennt ist.
Es können auch mehrere voneinander getrennte erste Gräben zwischen die erste und zweite Schichtanordnung derart eingebracht werden, dass mehrere erste Schichtanordnungen entlang einer Seite des Fotovoltaikmoduls gebildet werden, die jeweils untereinander isoliert sind und von der zweiten Schichtanordnung umgeben sind. Bei dieser Ausführungsform kann der Leiter mit den mehreren ersten Schichtanordnungen kontaktiert werden und ist an den Stellen der zweiten Schichtanordnung durch eine Isolierschicht von der zweiten Schichtanordnung isoliert.
Die folgenden Figuren zeigen Ausführungsbeispiele eines Fotovoltaikmoduls und eines Verfahrens zur Herstellung eines Fotovoltaikmoduls, anhand derer die Erfindung näher erläutert wird. Es zeigen:
1 eine Ausführungsform eines Fotovoltaikmoduls mit verschiedenen Schichten einer Schichtanordnung in einer Queransicht,
2 eine Ausführungsform eines Fotovoltaikmoduls mit seriell geschalteten Schichtanordnungen in einer Queransicht,
3 eine Ausführungsform eines Fotovoltaikmoduls mit seriell angeordneten streifenförmigen Fotozellen in einer Draufsicht,
4 eine weitere Ausführungsform eines Fotovoltaikmoduls mit seriell angeordneten streifenförmigen Fotozellen und einem Leiter zum Abgreifen eines Spannungspotentials,
5 eine Ausführungsform eines Fotovoltaikmoduls mit seriell geschalteten Schichtanordnungen von Fotozellen,
6 eine weitere Ausführungsform eines Fotovoltaikmoduls mit seriell geschalteten Schichtanordnungen von Fotozellen in einer Queransicht,
7 eine weitere Ausführungsform eines Fotovoltaikmoduls mit seriell geschalteten streifenförmigen Fotozellen in einer Queransicht,
8 ein Fotovoltaikmodul mit mehreren seriell geschalteten streifenförmigen Fotozellen und einem Leiter zum Abgreifen eines Spannungspotentials,
9 eine weitere Ausführungsform eines Fotovoltaikmoduls mit mehreren seriell geschalteten streifenförmigen Fotozellen in einer Draufsicht.
1 zeigt eine Schichtenfolge 100 eines Fotovoltaikmoduls. Die Schichtenfolge weist eine Substratschicht 1 auf, die beispielsweise als eine Glasschicht ausgebildet sein kann. Auf der Substratschicht 1 ist eine erste leitfähige Schicht 10 angeordnet. Auf der leitfähigen Schicht 10 ist eine lichtempfindliche Schicht 30 angeordnet, die halbleitende, fotoaktive Materialien, aufweist.
In der Ausführungsform eines Tandem-Solarmoduls kann die lichtempfindliche Schicht 30 aus verschiedenen Teilschichten gebildet sein. Im Ausführungsbeispiel der 1 weist die lichtempfindliche Schicht 30 eine Teilschicht 30a und eine Teilschicht 30b auf. Die Teilschichten sind für Licht unterschiedlicher Wellenlänge empfindlich. Die Teilschicht 30a kann mikrokristallines Silizium enthalten und wird dadurch empfindlich für Lichtstrahlen des sichtbaren Lichtspektrums, die eine verhältnismäßig lange Wellenlänge aufweisen und für Teile des Lichtspektrums im infraroten Bereich. Die im Vergleich zur Teilschicht 30a dünnere Teilschicht 30b ist zur Wandlung von Lichtstrahlen kürzerer Wellenlänge des sichtbaren Spektrums in elektrische Energie ausgebildet und kann beispielsweise amorphes Silizium enthalten.
Über der lichtempfindlichen Schicht 30 ist eine zweite leitfähige Schicht 20 vorgesehen. Zur Verkapselung der Schichtstruktur aus der ersten leitfähigen Schicht 10, der lichtempfindlichen Schicht 30 und der zweiten leitfähigen Schicht 20 ist über der leitfähigen Schicht 20 eine Folienschicht 40 aus einem thermoplastischen Kunststoff und eine Glasscheibe 2 vorgesehen. Die Schichtstruktur aus der lichtempfindlichen Schicht 30 und den beiden leitfähigen Schichten 10 und 20 ist somit zwischen den beiden Glasschichten 1 und 2 in einer Verbundanordnung verkapselt.
Die erste leitfähige Schicht 10, die einen Frontkontakt des Fotovoltaikmoduls bildet, kann als lichttransparente Schicht ausgebildet sein. Die zweite leitfähige Schicht 20 kann beispielsweise ein transparentes leitfähiges Oxid oder eine Metallschicht aufweisen. Die zweite leitfähige Schicht 20 bildet die Rückseiten-Metallisierung des Moduls. Beim Einfall von Licht durch die untere Glasscheibe 1 und die transparente leitfähige Schicht 10 dringt das Licht in die lichtempfindliche Schicht 30 ein, in der freie Ladungsträger erzeugt werden. Auf den leitfähigen Schichten 10 und 20 entstehen somit beim Lichteinfall entgegengesetzte Spannungspotentiale.
Zur Kontaktierung der zweiten leitfähigen Schicht 20 wird vor der Verkapselung der Schichtstruktur aus der lichtempfindlichen Schicht 30 und den leitfähigen Schichten 10 und 20 ein elektrischer Leiter mit der leitfähigen Schicht 20 verbunden. Damit die Schichtstruktur zwischen den beiden Glasscheiben verkapselt werden kann, kann als Leiter ein Kontaktband verwendet werden, an dem sich bei Lichteinfall auf die lichtempfindliche Schicht ein Spannungspotential abgreifen lässt.
2 zeigt eine Ausführungsform eines Fotovoltaikmoduls in einer Querschnittsdarstellung. Das Fotovoltaikmodul umfasst mehrere Zellstreifen Z1, Z2, Z3 und Z4, die untereinander in einer Reihenschaltung angeordnet sind. Die Zellstreifen Z2, Z3 und Z4 stellen aktive Fotozellen dar, die beim Einfall von Licht eine Spannung erzeugen. Zur Herstellung der in 2 gezeigten Ausführungsform eines Fotovoltaikmoduls kann beispielsweise auf einem Trägersubstrat 1, das eine Glasscheibe sein kann, zunächst eine erste leitfähige Schicht 10 abgeschieden werden.
In einem Strukturierungsschritt P1 wird die erste leitfähige Schicht 10 in einzelne Abschnitte 11, 12, 13 und 14 unterteilt, indem in die zunächst noch ununterbrochene leitfähige Schicht 10 Gräben G1 eingebracht werden. Anschließend wird über den Abschnitten 11, 12, 13 und 14 der leitfähigen Schicht 10 die lichtempfindliche Schicht 30 angeordnet. In einem Strukturierungsschritt P2 werden Gräben G2 in die lichtempfindliche Schicht 30 eingebracht. Dadurch entstehen voneinander getrennte lichtempfindliche Schichten 31, 32, 33 und 34. Die Gräben G2 reichen bis auf die Abschnitte der leitfähigen Schicht 10. Nachfolgend kann die zweite leitfähige Schicht 20 über den lichtempfindlichen Schichten 31, 32, 33 und 34 angeordnet werden. Die Gräben G2 zwischen den lichtempfindlichen Schichten 31, 32, 33 und 34 werden dabei von der zweiten leitfähigen Schicht 20 aufgefüllt.
Zur Trennung der einzelnen Zellen Z1, Z2, Z3 und Z4 werden in einem nachfolgenden Strukturierungsschritt P3 Gräben G3 an Bereichen angeordnet, an denen die leitfähige Schicht 20 mit den Abschnitten 11, 12, 13 und 14 der leitfähigen Schicht 10 kontaktiert ist. Durch die Gräben G3 sind die einzelnen Zellen Z1, Z2, Z3 und Z4 voneinander getrennt. Eine Fotozelle umfasst somit einen Abschnitt der ersten leitfähigen Schicht, auf der eine lichtempfindliche Schicht angeordnet ist, über der sich wiederum eine zweite leitfähige Schicht befindet.
Zur Kontaktierung der einzelnen Fotozellen in einer Reihenschaltung ist jeweils ein Abschnitt der leitfähigen Schicht 10 einer Fotozelle mit einem Abschnitt der leitfähigen Schicht 20 der benachbarten Fotozelle verbunden. Bei dem Strukturierungsschritt P3 bleibt dazu ein schmaler Bereich der leitfähigen Schicht 20 erhalten, der mit dem Abschnitt der leitfähigen Schicht 10 der Nachbarzelle verbunden ist.
Beim Einfall von Licht auf die in 2 dargestellte Struktur des Fotovoltaikmoduls entstehen in der lichtempfindlichen Schicht jeder Fotozelle freie Ladungsträger, sodass zwischen den leitfähigen Schichten einer Fotozelle eine Spannung entsteht.
Zum Abgreifen eines Spannungspotentials kann beispielsweise auf der leitfähigen Schicht 21 einer Fotozelle Z1, die am Rand des Fotovoltaikmoduls angeordnet ist, ein Leiter 200 angeordnet, der über eine Zuführungsleitung 220 mit einem Kontaktanschluss 210 verbunden ist. Da die leitfähige Schicht 21 durch den Graben G2 mit dem Abschnitt 11 der leitfähigen Schicht 10 kontaktiert ist, trägt die randseitige Fotozelle Z1 nicht zur Ladungsträgererzeugung beim Lichteinfall auf das Modul bei.
3 zeigt eine Draufsicht auf das in 2 in einer Queransicht dargestellte Fotovoltaikmodul. Die randseitige Fotozelle Z1 und die Fotozellen Z2, Z3 und Z4 sind streifenförmig angeordnet. In der Draufsicht auf das Fotovoltaikmodul ist von jedem Zellstreifen die leitfähige Schicht 21, 22, 23 und 24 dargestellt. Des Weiteren sind diejenigen Bereiche markiert, an denen die Strukturierungsschritte P1, P2 und P3 erfolgen.
Die Fotozelle Z2 ist beispielsweise von der Fotozelle Z1 durch einen Graben G3 getrennt, der durch den Strukturierungsschritt P3 erzeugt worden ist. Durch den Strukturierungsschritt P3 ist die leitfähige Schicht 22 der Fotozelle Z2 von der leitfähigen Schicht 21 der Fotozelle Z1 getrennt. Die Fotozelle Z1 ist mit der Fotozelle Z2 verbunden, indem durch den Strukturierungsschritt P2 der Graben G2 erzeugt wurde, der mit der leitfähigen Schicht 21 aufgefüllt ist. In der gleichen Weise sind auch die streifenförmig ausgebildeten Fotozellen Z2, Z3 und Z4 durch eine Reihenschaltung miteinander verbunden. Die Zellen sind jeweils durch den Graben G3 räumlich voneinander getrennt.
Die Fotozelle Z1 weist durch den Strukturierungsschritt P2 den Graben G2 auf, der mit der leitfähigen Schicht 21 aufgefüllt ist und somit den auf dem Trägersubstrat 1 des Fotovoltaikmoduls angeordneten Abschnitt 11 der leitfähigen Schicht 10 mit der leitfähigen Schicht 21 niederohmig verbindet beziehungsweise kurzschließt.
Zur Kontaktierung des Fotovoltaikmoduls ist entlang einer Seite A des Fotovoltaikmoduls auf der Fotozelle Z1 der Leiter 200 angeordnet. Der Leiter 200 kann ein bandförmiger Leiter, beispielsweise ein Kontaktband, sein, das an verschiedenen Bereichen B1 mit der kurzgeschlossenen leitfähigen Schicht 21 verbunden ist. Da die leitfähige Schicht 21 nicht von dem Abschnitt 11 der leitfähigen Schicht 10 isoliert ist, kann die Fotozelle Z1 nicht zur Spannungserzeugung bei einem Lichteinfall auf die lichtempfindliche Schicht 31 beitragen. Da der komplette Zellstreifen Z1 elektrisch inaktiv ist, kann ein relativ großer Bereich des Fotovoltaikmoduls nicht zur Spannungserzeugung genutzt werden.
4 zeigt eine weitere Ausführungsform des Fotovoltaikmoduls in einer Draufsicht. Das Fotovoltaikmodul umfasst die streifenförmig angeordneten Fotozellen Z2, Z3 und Z4, die durch den Strukturierungsschritt P3 und den daraus resultierenden Graben G3 voneinander getrennt sind. Im Unterschied zu der in 3 gezeigten Ausführungsform des Fotovoltaikmoduls weist die Fotozelle Z1 einen zusätzlichen Graben G3 auf, der durch den zusätzlichen Strukturierungsschritt P3 erzeugt worden ist.
Durch den Strukturierungsschritt P3 ist durch die leitfähige Schicht 21 und die darunter angeordnete lichtempfindliche Schicht 31 der Fotozelle Z1 ein Graben G3 in die Fotozelle Z1 eingebracht worden. Der Graben G3 erstreckt sich durch die leitfähige Schicht 21 und die lichtempfindliche Schicht 31 bis auf den Abschnitt 11 der leitfähigen Schicht 10. Der Graben G3 trennt somit die Fotozelle Z1 in eine Schichtanordnung Z11 und eine Schichtanordnung Z12.
Da lediglich die Schichtanordnung Z11 durch den Graben G2, der mit dem Material der leitfähigen Schicht 21a gefüllt ist, eine Verbindung zwischen der leitfähigen Schicht 21a und dem Abschnitt 11 der leitfähigen Schicht 10 aufweist, kann lediglich die Schichtanordnung Z11 bei einem Lichteinfall auf die Fotozelle Z1 nicht zur Spannungserzeugung genutzt werden. In der Schichtanordnung Z12 sind die leitfähige Schicht 21b und der Abschnitt 11 der leitfähigen Schicht 10 durch die lichtempfindliche Schicht 10 voneinander getrennt. Daher kann die Schichtanordnung Z12 bei einem Lichteinfall auf die Fotozelle Z1 zur Ladungsträgererzeugung und damit zur Spannungserzeugung genutzt werden.
Durch die Führung des Grabens G3 weist die bei Lichteinfall elektrisch inaktive Schichtanordnung Z11 lediglich eine geringe Fläche auf. Somit kann ein Großteil der Fotozelle Z1, nämlich die gesamte Fläche der Schichtanordnung Z12, zur Spannungserzeugung bei Lichteinfall genutzt werden.
Der durch den Strukturierungsschritt P3 erzeugte Graben G3 verläuft entlang einer Seite A des Fotovoltaikmoduls. Der Graben G3 ist dabei derart geführt, dass sich ein Bereich B1 der Schichtanordnung Z11 entlang eines Abschnitts A1 der Seite A des Fotovoltaikmoduls weiter in die Schichtanordnung Z12 erstreckt als sich die Schichtanordnung Z11 in einem Bereich B2 entlang eines Abschnitts A2 der Seite des Fotovoltaikmoduls in die Schichtanordnung Z12 erstreckt. Der Bereich B2 schließt sich an den Bereich B1 an. Der Abschnitt A2 der Seite A schließt sich an den Abschnitt A1 der Seite A an.
Durch die Grabenführung des Grabens G3 in der Schichtanordnung der Fotozelle Z1 erstreckt sich ein Bereich C1 der Schichtanordnung Z12 entlang des Abschnitts A2 der Seite A weiter in die Schichtanordnung Z11 als sich ein Bereich C1 der Schichtanordnung Z12 entlang des Abschnitts A1 der Seite A in die Schichtanordnung Z11 erstreckt. Die Bereiche C1 und C2 der Schichtanordnung schließen aneinander an.
Zum Abgreifen einer Spannung an der leitfähigen Schicht 21a ist der bandförmige Leiter 200 vorgesehen. Der bandförmige Leiter 200 ist abschnittweise mit einer Isolierschicht 300 beschichtet.
5 zeigt die Ausführungsform des Fotovoltaikmoduls der 4 nach dem Aufbringen des Leiters 200 auf die Fotozelle Z1. An den Bereichen B1 ist der Leiter 200 mit der leitfähigen Schicht 21a der Schichtanordnung Z11 verbunden. Die Isolierschicht ist derart auf dem Leiter 200 angebracht, dass lediglich die Bereiche B1 der Schichtanordnung Z11 mit dem Leiter 200 kontaktiert werden können. Die zwischen den Bereichen B1 angeordneten Bereiche B2 der leitfähigen Schicht 21a sind durch die Isolierschicht 300 von dem Leiter 200 isoliert. Da der Leiter aufgrund seiner Breite auch über den Bereichen C2 der leitfähigen Schicht 21b der Schichtanordnung Z12 angeordnet ist, ist auch die in dem Bereich C2 der Schichtanordnung Z12 angeordnete leitfähige Schicht 21b durch die Isolierschicht 300 von dem Leiter 200 getrennt. Dadurch wird gewährleistet, dass die Schichtanordnung Z12 der Fotozelle Z1 zur Spannungserzeugung bei Lichteinfall genutzt werden kann.
6 zeigt einen Querschnitt durch das Fotovoltaikmodul in der in 5 gezeigten Ausführungsform an dem Bereich B1 der Schichtanordnung Z11 beziehungsweise dem Bereich C1 der Schichtanordnung Z12. Bei der Herstellung der Schichtanordnung für die Fotozelle Z1 ist zunächst über dem Abschnitt 11 der leitfähigen Schicht 10 die lichtempfindliche Schicht 31 angeordnet, über der sich die leitfähige Schicht 21 befindet. Sowohl die lichtempfindliche Schicht 31 als auch die leitfähige Schicht 21 sind über dem Abschnitt 11 der leitfähigen Schicht 10 als durchgehende ununterbrochene Schichten angeordnet. Durch den Strukturierungsschritt P3 ist die leitfähige Schicht 21 randseitig mit dem Abschnitt 12 der leitfähigen Schicht 10 verbunden. Die Schichtanordnung der Fotozelle Z1 entspricht somit zunächst der in 2 gezeigten Ausführungsform der Fotozelle Z1.
Gemäß der in 6 gezeigten Ausführungsform wird die Schichtanordnung der Fotozelle Z1 nun einem zusätzlichen Strukturierungsschritt P3 unterzogen, bei dem der Graben G3 in die leitfähige Schicht 21 und die lichtempfindliche Schicht 31 eingebracht wird. Der Graben reicht bis zum Abschnitt 11 der leitfähigen Schicht 10. Durch den Graben entstehen somit voneinander getrennte Schichtanordnungen Z11 und Z12. Die Schichtanordnung Z11 umfasst die lichtempfindliche Schicht 31a und die darüber angeordnete leitfähige Schicht 21a. Die Schichtanordnung Z12 umfasst die lichtempfindliche Schicht 31b und die darüber angeordnete leitfähige Schicht 21b. Da die leitfähige Schicht 21b von dem Abschnitt 11 der leitfähigen Schicht 10 getrennt ist, kann die Schichtanordnung Z12 zur Spannungserzeugung genutzt werden, wenn in die lichtempfindliche Schicht 31b Licht einfällt. Die Schichtanordnung Z11 ist bei Lichteinfall hingegen elektrisch inaktiv, da die leitfähige Schicht 21a mit dem Abschnitt 11 der leitfähigen Schicht 10 durch den mit dem Material der leitfähigen Schicht 21a aufgefüllten Graben G2 niederohmig verbunden beziehungsweise kurzgeschlossen ist.
Der Strukturierungsschritt P3 wird derart ausgeführt, dass der Graben G3 näher an der Verbindung der leitfähigen Schicht 21 mit dem Abschnitt 11 der leitfähigen Schicht 10 als an der benachbarten Fotozelle Z2 angeordnet ist. Der Graben G3 ist somit näher an dem aufgefüllten Graben G2 der Fotozelle Z1 angeordnet als an dem Graben G3, der die Randzelle Z1 von der benachbarten Fotozelle Z2 trennt. Da der Graben G3 nahe der Randseite des Fotovoltaikmoduls angeordnet ist, ist die Fläche beziehungsweise der Raum, den die Schichtanordnung Z11 in der Fotozelle einnimmt im Vergleich zur Fläche beziehungsweise dem Raum, den die Schichtanordnung Z12 in der Fotozelle einnimmt, deutlich geringer. Somit kann ein relativ großer Bereich der Fotozelle Z1 zur Spannungserzeugung genutzt werden.
Im Bereich B1 ist der Leiter 200 mit seiner gesamten Fläche über der Schichtanordnung Z11 angeordnet und mit der leitfähigen Schicht 21a kontaktiert. Die Kontaktierung kann beispielsweise durch ein Verlöten oder Verkleben des Leiters 200 mit der leitfähigen Schicht 21a erfolgen.
7 zeigt einen Querschnitt durch das Fotovoltaikmodul gemäß der in 5 gezeigten Ausführungsformen an einem Bereich B2 der Schichtanordnung Z11 beziehungsweise an einem Bereich C1 der Schichtanordnung Z12. Im Bereich B2 ist der Strukturierungsschritt P3 näher an der Seite A des Fotovoltaikmoduls als im Bereich B1 ausgeführt. Dadurch reicht die Schichtanordnung Z12 bis unter den Leiter 200. Damit die leitfähige Schicht 21b durch den Leiter 200 nicht mit der leitfähigen Schicht 21a und somit mit dem Abschnitt 11 der leitfähigen Schicht 10 niederohmig verbunden wird, ist zwischen dem Leiter 200 und der leitfähigen Schicht 21b im Bereich B1 der Schichtanordnung Z11 beziehungsweise im Bereich C2 der Schichtanordnung Z12 die Isolierschicht 300 angeordnet. Wenn die gesamte Unterseite des Leiters 200 in dem Bereich B2 beziehungsweise C1 mit der Isolierschicht beschichtet ist, ist sowohl die leitfähige Schicht 21a der Schichtanordnung Z11 als auch die leitfähige Schicht 21b der Schichtanordnung Z12 von dem Leiter 200 isoliert. Somit ist der Leiter 200 lediglich an den Bereichen B1 mit der leitfähigen Schicht 21a kontaktiert.
Durch die in den 4 bis 7 gezeigte Grabenführung des Grabens G3 innerhalb der Schichtanordnung der Fotozelle Z1 kann sich die fotoelektrisch aktive Schichtanordnung Z12 in den Bereichen C2 weiter in die Schichtanordnung Z11 erstrecken als im Bereich C1. Somit kann der elektrisch aktive Teil der Fotozelle Z1 vergrößert werden. Bei den Ausführungsbeispielen der 4 bis 7 können die Fotozellen Z2, Z3 und Z4 beispielsweise eine Breite von ungefähr 10 mm aufweisen. Der Graben G3 kann innerhalb der randseitigen Fotozelle Z1 derart angebracht werden, dass die Schichtanordnung Z11 zwischen dem Graben G3 und der Randseite A des Fotovoltaikmoduls eine Breite zwischen 100 μm bis 4 mm aufweist.
Der Graben G3 kann zwischen der Schichtanordnung Z11 und der Schichtanordnung Z12 derart geführt sein, dass die Schichtanordnung Z11 im Bereich B1 entlang des Abschnitts A1 der Seite A des Moduls eine Breite von 4 mm aufweist. Im Bereich B2 kann die Schichtanordnung Z11 entlang des Abschnitts A2 der Seite A des Moduls eine Breite von lediglich 100 μm aufweisen. Die Schichtanordnung Z12 kann zwischen dem Graben G3, der die Schichtanordnung Z12 von der Schichtanordnung Z11 trennt, und dem Graben G3, der die Schichtanordnung Z12 von der benachbarten Fotozelle Z2 trennt, eine Breite zwischen 5 mm bis 20 mm aufweisen.
8 zeigt eine weitere Ausführungsform des Fotovoltaikmoduls, bei dem die Schichtanordnungen der Fotozellen Z1, Z2, Z3 und Z4 streifenförmig angeordnet sind. Die Fotozellen Z2, Z3 und Z4 sind jeweils durch einen Graben G3 voneinander getrennt und untereinander in einer Reihenschaltung verschaltet. Die randseitige Fotozelle Z1 weist die Schichtanordnung Z12 und die Schichtanordnung Z11 auf, wobei die Schichtanordnungen Z11 und Z12 durch den Graben G3 voneinander getrennt sind. Der Graben G3 erstreckt sich durch die leitfähige Schicht 21 und die darunter angeordnete lichtempfindliche Schicht 31 der Schichtanordnung der Fotozelle Z1 bis auf den Abschnitt 11 der leitfähigen Schicht 10.
Im Unterschied zu den in den 4 bis 7 gezeigten Ausführungsformen ist der Graben G3 in der Schichtanordnung der Fotozelle Z1 derart geführt, dass voneinander getrennt angeordnete Schichtanordnungen Z11a, Z11b und Z11c entstehen. Die Schichtanordnungen Z11a, Z11b und Z11c umfassen jeweils die leitfähige Schicht 21a, die darunter liegende lichtempfindliche Schicht 31a und den unterseitig angeordneten Abschnitt 11 der leitfähigen Schicht 10. Die Schichtanordnung Z12 umfasst die leitfähige Schicht 21b, die darunter angeordnete lichtempfindliche Schicht 31b und den unterseitig angeordneten Abschnitt 11 der leitfähigen Schicht 10.
Zur Kontaktierung des Abschnitts 11 der leitfähigen Schicht 10 mit der leitfähigen Schicht 21a erstreckt sich der Graben G2 nicht entlang der Seite des Moduls sondern ist nur innerhalb des Gebiets der Schichtanordnung Z11a, Z11b und Z11c lokal angeordnet. Der Graben G2 ist mit dem Material der leitfähigen Schicht 21a aufgefüllt und ist somit als Stichleitung ausgeführt, durch die die leitfähige Schicht 21a innerhalb der jeweiligen Gebiete der Schichtanordnungen Z11a, Z11b und Z11c mit dem Abschnitt 11 der leitfähigen Schicht 10 verbunden ist. Die Schichtanordnungen Z11a, Z11b, Z11c tragen somit nicht zur Spannungserzeugung bei Lichteinfall bei.
Da der Graben G2 nicht entlang der kompletten Randseite des Fotovoltaikmoduls verläuft, kann die bei Lichteinfall elektrisch aktive Schichtanordnung Z12 im Vergleich zu der in den 4 bis 7 gezeigten Ausführungsformen des Fotovoltaikmoduls zwischen den Schichtanordnungen Z11a, Z11b und Z11c an den Bereichen C1 weiter bis zur Randseite A des Fotovoltaikmoduls ausgedehnt werden.
Zur Kontaktierung der Schichtanordnungen Z11a, Z11b, Z11c kann ein bandförmiger Leiter 200 verwendet werden, der an seiner Unterseite abschnittweise mit der Isolierschicht 300 beschichtet ist. Die Isolierschicht ist dabei derart auf dem Leiter aufgebracht, dass beim Anbringen des Leiters auf der Randzelle Z1 nur die Schichtanordnungen Z11a, Z11b und Z11c mit dem Leiter 200 kontaktiert sind. An den Bereichen der Randzelle Z1, an denen der Leiter 200 über der Schichtanordnung Z12 angeordnet ist, ist der Leiter unterseitig mit der Isolierschicht 300 beschichtet. Somit ist der Leiter 200 in den Bereichen C1 der Schichtanordnung Z12 von der leitfähigen Schicht 21b isoliert.
9 zeigt das in 8 gezeigte Fotovoltaikmodul, wobei der bandförmige Leiter 200 auf der Fotozelle Z1 angeordnet ist. Der Leiter 200 ist lediglich an den Bereichen, an denen die elektrisch inaktiven Schichtanordnungen Z11a, Z11b und Z11c angeordnet sind, mit der leitfähigen Schicht 21a kontaktiert. Der Leiter kann auf die leitfähige Schicht 21a der Schichtanordnungen Z11a, Z11b, Z11c gelötet oder geklebt sein. Somit kann bei den in den 8 und 9 gezeigten Ausführungsformen des Fotovoltaikmoduls die elektrisch aktive Fläche der Schichtanordnung Z12 gegenüber den Ausführungsformen des Fotovoltaikmoduls der 4 bis 7 weiter ausgedehnt werden.
Die Erfindung wurde am Beispiel des Superstrataufbaus eines Fotovoltaikmoduls beschrieben, ist aber ebenso bei einem Fotovoltaikmodul im Substrataufbau anwendbar. Beim Superstrataufbau, der beispielsweise in 1 gezeigt ist, ist auf einem Träger, beispielsweise einer ersten Glasschicht, eine erste transparente leitfähige Schicht abgeschieden. Über der ersten transparenten leitfähigen Schicht ist eine lichtempfindliche Schicht angeordnet, über der eine zweite leitfähige Schicht als Rückkontakt angeordnet ist. Die zweite leitfähige Schicht umfasst eine reflektierende Schichtlage. Über der zweiten leitfähigen Schicht ist eine zweite Glasschicht vorgesehen. Der Lichteinfall erfolgt durch die erste Glasschicht, wobei das einfallende Licht nach Durchgang durch die lichtempfindliche Schicht an der reflektierenden Schichtlage der zweiten leitfähigen Schicht in die lichtempfindliche Schicht zurückgestreut wird.
Beim Substrataufbau wird auf einer ersten Trägerschicht, beispielsweise einer Glasschicht, eine leitfähige Schicht, beispielsweise eine Metallschicht, als Reflektor abgeschieden und in Zellstreifen strukturiert. Auf der leitfähigen Schicht wird eine lichtempfindliche Schicht (CIGS-Schicht), die beispielsweise Kupfer, Indium, Gallium, Selenit oder Sulfit enthalten kann, abgeschieden, über der eine weitere leitfähige Schicht als Frontkontakt angeordnet wird. Über den Frontkontakt kann ein transparentes Polymer mit einer frontseitigen Glasabdeckung laminiert sein. Bei einem Lichteinfall dringt das Licht durch die zweite leitfähige Schicht in das Modul ein und wird an der ersten leitfähigen Schicht reflektiert und in die lichtempfindliche Schicht zurückgestreut. Bei einem Fotovoltaikmodul im Substrataufbau sind somit im Vergleich zu dem in 1 im Superstrataufbau gezeigten Modul die erste und zweite leitfähige Schicht 10 und 20 vertauscht angeordnet.
Bezugszeichenliste

1, 2: Glasscheibe
10, 20: leitfähige Schicht
30: lichtempfindliche Schicht
100: Fotovoltaikmodul
200: Leiter
210: Kontaktanschluss
220: Zuführungsleitung
P: Strukturierungsschritt
G: Graben
Z11, Z12: Schichtanordnungen
Z1, Z2, Z3, Z4: Fotozelle
B: Bereich der Schichtanordnung Z11
C: Bereich der Schichtanordnung Z12

Claims

Fotovoltaikmodul, umfassend: – einen Abschnitt (11) einer leitfähigen Schicht (10), – eine erste Schichtanordnung (Z11) mit einer lichtempfindlichen Schicht (31a) zum Erzeugen einer Ladung beim Einfall von Licht in die lichtempfindliche Schicht der ersten Schichtanordnung, – eine zweite Schichtanordnung (Z12) mit einer lichtempfindlichen Schicht (31b) zum Erzeugen einer Ladung beim Einfall von Licht in die lichtempfindliche Schicht der zweiten Schichtanordnung, – wobei die lichtempfindliche Schicht (31a) der ersten Schichtanordnung (Z11) und die lichtempfindliche Schicht (31b) der zweiten Schichtanordnung (Z12) jeweils auf dem Abschnitt (11) der leitfähigen Schicht (10) angeordnet sind, – wobei die jeweiligen lichtempfindlichen Schichten (31a, 31b) der ersten und zweiten Schichtanordnung jeweils durch einen Graben (G3) voneinander beabstandet angeordnet sind.
Fotovoltaikmodul nach Anspruch 1, – wobei die erste Schichtanordnung (Z11) eine leitfähigen Schicht (21a) umfasst, wobei die leitfähige Schicht (21a) der ersten Schichtanordnung (Z11) über der lichtempfindlichen Schicht (31a) der ersten Schichtanordnung (Z11) angeordnet ist, – wobei die erste Schichtanordnung (Z11) derart ausgebildet ist, dass die leitfähige Schicht (21a) der ersten Schichtanordnung mit dem Abschnitt (11) der leitfähigen Schicht (10) kontaktiert ist.
Fotovoltaikmodul nach einem der Ansprüche 1 oder 2, – wobei die zweite Schichtanordnung (Z12) eine leitfähigen Schicht (21b) umfasst und die leitfähige Schicht (21b) der zweiten Schichtanordnung (Z12) über der lichtempfindlichen Schicht (31b) der zweiten Schichtanordnung (Z12) angeordnet ist, – wobei die zweite Schichtanordnung (Z12) derart ausgebildet ist, dass zwischen der leitfähigen Schicht (21b) der zweiten Schichtanordnung (Z12) und dem Abschnitt (11) der leitfähigen Schicht (10) bei einem Lichteinfall in die lichtempfindliche Schicht (31b) der zweiten Schichtanordnung (Z12) eine Spannung entsteht, – wobei die jeweiligen leitfähigen Schichten (21a, 21b) der ersten und zweiten Schichtanordnung (Z11, Z12) jeweils durch den Graben (G3) voneinander beabstandet angeordnet sind.
Fotovoltaikmodul nach einem der Ansprüche 1 bis 3, – wobei in der lichtempfindlichen Schicht (31a) der ersten Schichtanordnung (Z11) ein weiterer Graben (G2) vorgesehen ist, der sich durch die lichtempfindliche Schicht (31a) der ersten Schichtanordnung (Z11) bis zu dem Abschnitt (11) der leitfähigen Schicht (10) erstreckt, – wobei sich die leitfähige Schicht (21a) der ersten Schichtanordnung (Z11) in dem weiteren Graben (G2) bis auf den Abschnitt (11) der leitfähigen Schicht (10) erstreckt.
Fotovoltaikmodul nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die leitfähige Schicht (21b) der zweiten Schichtanordnung (Z12) von dem Abschnitt (11) der leitfähigen Schicht (10) durch die lichtempfindliche Schicht (31b) der zweiten Schichtanordnung (Z12) getrennt ist.
Fotovoltaikmodul nach einem der Ansprüche 1 bis 5, – wobei der Graben (G3) entlang einer Seite (A) des Fotovoltaikmoduls zwischen der ersten und zweiten Schichtanordnung (Z11, Z12) derart verläuft, dass sich ein erster Bereich (B1) der ersten Schichtanordnung (Z11) entlang eines ersten Abschnitts (A1) der Seite des Fotovoltaikmoduls weiter in die zweite Schichtanordnung (Z12) erstreckt als sich ein zweiter an den ersten Bereich angrenzender Bereich (B2) der ersten Schichtanordnung entlang eines an den ersten Abschnitt (A1) angrenzenden zweiten Abschnitts (A2) der Seite des Fotovoltaikmoduls in die zweite Schichtanordnung (Z12) erstreckt, – wobei der Graben (G3) entlang der Seite (A) des Fotovoltaikmoduls derart verläuft, dass sich ein erster Bereich (C1) der zweiten Schichtanordnung (Z12) entlang des zweiten Abschnitts (A2) der Seite des Fotovoltaikmoduls weiter in die erste Schichtanordnung (Z11) erstreckt als sich ein zweiter an den ersten Bereich angrenzender Bereich (C2) der zweiten Schichtanordnung (Z12) entlang des ersten Abschnitts (A1) der Seite des Fotovoltaikmoduls in die erste Schichtanordnung (Z11) erstreckt.
Fotovoltaikmodul nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei mehrere Gräben des Grabens (G3) getrennt voneinander zwischen der ersten und zweiten Schichtanordnung (Z11, Z12) derart verlaufen, dass mehrere Schichtanordnungen (Z11a, Z11b, Z11c) der ersten Schichtanordnung gebildet werden, die untereinander isoliert und jeweils von der zweiten Schichtanordnung (Z12) umgeben sind.
Fotovoltaikmodul nach Anspruch 7, wobei die mehreren Schichtanordnungen (Z11a, Z11b, Z11c) der ersten Schichtanordnung entlang einer Seite (A) des Fotovoltaikmoduls angeordnet sind.
Fotovoltaikmodul nach einem der Ansprüche 1 bis 8, umfassend: – eine Isolierschicht (300), – einen Leiter (200) zum Abgreifen eines Spannungspotentials von der leitfähigen Schicht (21) der ersten Schichtanordnung (Z11), – wobei der Leiter (200) in dem ersten Bereich (B1) der ersten Schichtanordnung mit der leitfähigen Schicht (21a) der ersten Schichtanordnung (Z11) kontaktiert ist, – wobei der Leiter (200) über der leitfähigen Schicht (21b) der zweiten Schichtanordnung (Z12) derart angeordnet ist, dass der Leiter (200) durch die Isolierschicht (300) von der leitfähigen Schicht (22) der zweiten Schichtanordnung (Z12) getrennt ist.
Verfahren zum Herstellen eines Fotovoltaikmoduls, umfassend die folgenden Schritte: – Bereitstellen eines Abschnitts (11) einer leitfähigen Schicht (10), – Bereitstellen einer ersten Schichtanordnung (Z11) mit einer lichtempfindlichen Schicht (31a) zum Erzeugen einer Ladung beim Einfall von Licht in die lichtempfindliche Schicht und einer leitfähigen Schicht (21a), wobei die leitfähige Schicht (21a) über der lichtempfindlichen Schicht (31a) angeordnet ist, – wobei die leitfähige Schicht (21a) der ersten Schichtanordnung (Z11) mit dem Abschnitt (11) der leitfähigen Schicht (10) kontaktiert ist, – Bereitstellen einer zweiten Schichtanordnung (Z12) mit einer lichtempfindlichen Schicht (31b) zum Erzeugen einer Ladung beim Einfall von Licht in die lichtempfindliche Schicht und einer leitfähigen Schicht (21b), wobei die leitfähige Schicht (21b) über der lichtempfindlichen Schicht (31b) der zweiten Schichtanordnung (Z12) angeordnet ist, wobei die zweite Schichtanordnung (Z12) derart ausgebildet ist, dass bei einem Lichteinfall in die lichtempfindliche Schicht (32) der zweiten Schichtanordnung (Z12) zwischen der leitfähigen Schicht (22) der zweiten Schichtanordnung (Z12) und der leitfähigen Schicht (10) eine Spannung entsteht, – Anordnen der ersten und zweiten Schichtanordnung (Z11, Z12) auf dem Abschnitt der leitfähigen Schicht (10), – Einbringen eines ersten Grabens (G3) zwischen die leitfähigen Schichten (21a, 21b) und die lichtempfindlichen Schichten (31a, 31b) der ersten und zweiten Schichtanordnung (Z11, Z12), wodurch die lichtempfindlichen Schichten (31a, 31b) der ersten und zweiten Schichtanordnung auf dem Abschnitt (11) der leitfähigen Schicht (10) voneinander beabstandet angeordnet sind.
Verfahren nach Anspruch 10, umfassend: – Einbringen eines zweiten Grabens (G2) in die lichtempfindliche Schicht (31a) der ersten Schichtanordnung (Z11), wobei sich der zweite Graben (G2) bis auf den Abschnitt (11) der leitfähigen Schicht (10) erstreckt, – Anordnen der leitfähigen Schicht (21a) der ersten Schichtanordnung (Z11) über der lichtempfindlichen Schicht (31a) der ersten Schichtanordnung und in dem zweiten Graben (G2), wodurch die leitfähige Schicht (21a) der ersten Schichtanordnung mit dem Abschnitt (11) der leitfähigen Schicht (10) kontaktiert ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 10 oder 11, umfassend: – Einbringen des ersten Grabens (G3) entlang einer Seite (A) des Fotovoltaikmoduls zwischen der ersten und zweiten Schichtanordnung (Z11, Z12) derart, dass sich ein erster Bereich (B1) der ersten Schichtanordnung (Z11) entlang eines ersten Abschnitts (A1) der Seite des Fotovoltaikmoduls weiter in die zweite Schichtanordnung (Z12) erstreckt als sich ein zweiter an den ersten Bereich angrenzender Bereich (B2) der ersten Schichtanordnung entlang eines an den ersten Abschnitt (A1) angrenzenden zweiten Abschnitts (A2) der Seite des Fotovoltaikmoduls in die zweite Schichtanordnung (Z12) erstreckt, – Einbringen des ersten Grabens (G3) entlang der Seite (A) des Fotovoltaikmoduls zwischen der ersten und zweiten Schichtanordnung derart, dass sich ein erster Bereich (C1) der zweiten Schichtanordnung (Z12) entlang des zweiten Abschnitts (A2) der Seite des Fotovoltaikmoduls weiter in die erste Schichtanordnung (Z11) erstreckt als sich ein zweiter an den ersten Bereich angrenzender Bereich (C2) der zweiten Schichtanordnung (Z12) entlang des ersten Abschnitts (A1) der Seite des Fotovoltaikmoduls in die erste Schichtanordnung (Z11) erstreckt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 12, umfassend: – Bereitstellen eines Leiters (200) zum Abgreifen eines Spannungspotentials von der leitfähigen Schicht (21a) der ersten Schichtanordnung (Z11), – Anordnen einer Isolierschicht (300) auf der leitfähigen Schicht (21b) der zweiten Schichtanordnung (Z12) in dem ersten Bereich (C1) der zweiten Schichtanordnung (Z12), – Kontaktieren des Leiters (200) in dem ersten Bereich (B1) der ersten Schichtanordnung mit der leitfähigen Schicht (21a) der ersten Schichtanordnung (Z11), – Anordnen des Leiters (200) über der leitfähigen Schicht (21b) der zweiten Schichtanordnung (Z12) derart, dass der Leiter durch die Isolierschicht (300) von der leitfähigen Schicht (21b) der zweiten Schichtanordnung (Z12) getrennt ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 12, umfassend: Einbringen mehrerer voneinander getrennter erster Gräben des Grabens (G3) zwischen die erste und zweite Schichtanordnung (Z11, Z12) derart, dass mehrere erste Schichtanordnungen (Z11a, Z11b, Z11c) entlang einer Seite (A) des Fotovoltaikmoduls gebildet werden, die jeweils untereinander isoliert sind und von der zweiten Schichtanordnung (Z12) umgeben sind.
Verfahren nach Anspruch 14, umfassend: – Bereitstellen eines Leiters (200) zum Abgreifen eines Spannungspotentials von der leitfähigen Schicht (21a) der ersten Schichtanordnung (Z11), – Anordnen einer Isolierschicht (300) auf der leitfähigen Schicht (21b) der zweiten Schichtanordnung (Z12) in dem ersten Bereich (C1) der zweiten Schichtanordnung (Z12), – Kontaktieren des Leiters (200) mit den mehreren ersten Schichtanordnungen (Z11a, Z11b, Z11c), – Anordnen des Leiters (200) über der leitfähigen Schicht (21b) der zweiten Schichtanordnung (Z12) derart, dass der Leiter durch die Isolierschicht (300) von der leitfähigen Schicht (21b) der zweiten Schichtanordnung (Z12) getrennt ist.