DE102011109079A1

DE102011109079A1 - Dünnschicht-Solarzellenmodul und Herstellungsverfahren dafür

Info

Publication number: DE102011109079A1
Application number: DE102011109079A
Authority: DE
Inventors: Jeonghun Son; Heonmin Lee; Jinhyung Ahn; Byungki Yang; Sungeun Lee; Youngjoo EO
Original assignee: LG Electronics Inc
Current assignee: LG Electronics Inc
Priority date: 2010-11-04
Filing date: 2011-07-27
Publication date: 2012-05-10
Also published as: KR101291277B1; US20120048330A1; KR20120047678A

Abstract

Hier werden ein Dünnschicht-Solarzellenmodul und ein Herstellungsverfahren davon erörtert. Das Solarzellenmodul umfasst photoelektrische Umwandlungsschichten auf der transparenten Elektrodenschicht einschließlich mindestens einer ersten photoelektrischen Umwandlungsschicht, einer zweiten photoelektrischen Umwandlungsschicht und einer dritten photoelektrischen Umwandlungsschicht, wobei die photoelektrischen Umwandlungsschichten ferner eine erste Zwischenschicht zwischen der ersten und der zweiten photoelektrischen Umwandlungsschicht, die durch erste Trennuten durchtrennt ist, oder/und eine zweite Zwischenschicht zwischen der zweiten und der dritten photoelektrischen Umwandlungsschicht, die durch zweite Trennuten durchtrennt ist, umfassen, und wobei die erste Zwischenschicht und die zweite Zwischenschicht jeweils aus einem transparenten leitfähigen Oxid (TCO) gebildet sind. Dabei werden interne Kurzschlüsse verhindert und eine Füllfaktor-Verringerung aufgrund eines während eines Ritz-Vorgangs erzeugten Nebenwiderstands wird verringert oder verhindert.

Description

Querverweis auf verwandte Anwendung
Diese Anmeldung beansprucht die Priorität und den Nutzen der am 4. November 2010 bei dem koreanischen Amt für geistiges Eigentum eingereichten koreanischen Patentanmeldung Nr. 10-2010-0109373 , deren Offenbarung hierin durch Bezugnahme aufgenommen wird.
Hintergrund der Erfindung
1. Gebiet der Erfindung
Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung beziehen sich auf ein Dünnschicht-Solarzellenmodul und ein Herstellungsverfahren davon.
2. Beschreibung des Stands der Technik
In letzter Zeit ist das Interesse an neuen, alternativen Energiequellen gestiegen, da erwartet wird, dass sich herkömmliche Energiequellen wie Erdöl und Kohle erschöpfen. Unter alternativen Energiequellen stehen Solarzellen als Vorrichtungen der nächsten Generation, die Sonnenlichtenergie mittels Halbleiterbauelementen direkt in elektrische Energie umwandeln, im Mittelpunkt der Aufmerksamkeit.
Solarzellen verwenden üblicherweise P-N-Übergänge und werden verschiedentlich in einkristalline Silizium-Solarzellen, polykristalline Silizium-Solarzellen, Solarzellen aus amorphem Silizium, Gemisch-Solarzellen, Farbstoff-Solarzellen und so weiter, entsprechend ihren Materialien eingeteilt, um eine Verbesserung von Wirkungsgrad und Eigenschaften zu erzielen. Unter Solarzellen haben die weit verbreiteten kristallinen Silizium-Solarzellen hohe Materialkosten in Bezug auf den Wirkungsgrad der Stromerzeugung und werden durch ein kompliziertes Verfahren hergestellt. Um diese Probleme zu lösen, hat das Interesse an Dünnschicht-Solarzellen, in denen Silizium mit einer geringen Dicke auf einer Oberfläche eines preiswerten Glas- oder Kunststoff-Substrats abgeschieden ist, zugenommen.
Dennoch haben die Dünnschicht-Solarzellen niedrigere photoelektrische Umwandlungswirkungsgrade als die Silizium-Solarzellen. Daher ist eine Tandem-Struktur oder eine dreifache Struktur, worin photoelektrische Umwandlungsschichten mit Silizium von unterschiedlichen Kristallinitäten vertikal angeordnet sind, erforscht worden, und eine einfallendes Licht reflektierende Zwischenschicht ist zwischen den jeweiligen photoelektrischen Umwandlungsschichten so eingefügt, um den photoelektrischen Umwandlungswirkungsgrad zu maximieren.
Jedoch kann in einer solchen Struktur der photoelektrische Umwandlungswirkungsgrad aufgrund von Mängeln wie zum Beispiel internen Kurzschlüssen, die auftreten, wenn die Zwischenschicht und eine hintere Elektrode miteinander in elektrischen Kontakt geraten, herabgesetzt sein.
Ferner kann, wenn Ritz-Vorgänge zum Bilden eines Solarzellenmoduls durchgeführt werden, entferntes leitfähiges Material (zum Beispiel Materialien von einer TCO-basierten Zwischenschicht) sich an den seitlichen Oberflächen der photoelektrischen Umwandlungsschichten wieder ablagern, wodurch ein Nebenwiderstandspfad gebildet wird, d. h. ein unnötiger Strompfad, womit ein Füllfaktor verringert wird und der Stromerzeugungswirkungsgrad daher gemindert wird.
Zusammenfassung der Erfindung
Ein Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, ein Dünnschicht-Solarzellenmodul, welches eine Minderung des Stromerzeugungswirkungsgrads verringert oder verhindert, und ein Herstellungsverfahren dafür bereitzustellen.
Um die oben genannten Ziele zu erreichen, wird eine Dünnschicht-Solarzelle gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung bereitgestellt, umfassend ein vorderes Substrat, eine transparente Elektrodenschicht, die so auf dem vorderen Substrat strukturiert ist, dass sie zumindest erste transparente Elektroden und zweite transparente Elektroden aufweist, auf der transparenten Elektrodenschicht vorgesehene photoelektrische Umwandlungsschichten mit zumindest einer ersten photoelektrischen Umwandlungsschicht, einer zweiten photoelektrischen Umwandlungsschicht und einer dritten photoelektrischen Umwandlungsschicht und eine auf den photoelektrischen Umwandlungsschichten gebildete hintere Elektrode, wobei die photoelektrischen Umwandlungsschichten ferner eine zwischen der ersten photoelektrischen Umwandlungsschicht und der zweiten photoelektrischen Umwandlungsschicht vorgesehene, durch erste Trennuten durchtrennte erste Zwischenschicht oder/und eine zwischen der zweiten photoelektrischen Umwandlungsschicht und der dritten photoelektrischen Umwandlungsschicht vorgesehene, durch zweite Trennuten durchtrennte zweite Zwischenschicht umfassen, und wobei die erste Zwischenschicht und die zweite Zwischenschicht jeweils aus einem transparenten leitfähigen Oxid, kurz TCO (für engl.: Transparent Conductive Oxide), gebildet sind.
Die ersten Trennuten und die zweite Trennuten können an verschiedenen Stellen in den photoelektrischen Umwandlungsschichten bis zu einer Oberseite der transparenten Elektrodenschicht reichen, wobei die zweite photoelektrische Umwandlungsschicht die ersten Trennuten ausfüllen kann und die dritte photoelektrische Umwandlungsschicht die zweiten Trennuten ausfüllen kann.
Die dritte photoelektrischen Umwandlungsschicht kann durch dritte Trennuten durchtrennt sein, die an anderen Stellen als die ersten Trennuten und die zweiten Trennuten in den photoelektrischen Umwandlungsschichten bis zur Oberseite der transparenten Elektrodenschicht reichen, wobei die hintere Elektrode die dritten Trennuten ausfüllen kann, um eine Verbindung zur transparenten Elektrodenschicht herzustellen.
Die hintere Elektrode kann durch vierte Trennuten an anderen Stellen als die ersten Trennuten bis zu den dritten Trennuten in den photoelektrischen Umwandlungsschichten durchtrennt sein, wobei die vierten Trennuten bis zur Oberseite der transparenten Elektrodenschicht reichen können, um eine Isolierschicht zu bilden.
Um die oben genannten Ziele zu erreichen, wird ein Herstellungsverfahren einer Dünnschicht-Solarzelle gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zur Verfügung gestellt, umfassend Bilden einer transparenten Elektrodenschicht auf einem Substrat und anschließend derartiges Strukturieren der transparenten Elektrodenschicht, dass sie zumindest erste transparente Elektroden und zweite transparente Elektroden aufweist, Bilden photoelektrischer Umwandlungsschichten mit zumindest einer ersten photoelektrischen Umwandlungsschicht, einer zweiten photoelektrischen Umwandlungsschicht und einer dritten photoelektrischen Umwandlungsschicht auf den ersten transparenten Elektroden und den zweiten transparenten Elektroden und anschließendes Strukturieren der photoelektrischen Umwandlungsschichten und Bilden einer hinteren Elektrode auf den photoelektrischen Umwandlungsschichten und anschließendes Strukturieren der hinteren Elektrode, wobei das Bilden und Strukturieren der photoelektrischen Umwandlungsschichten das Bilden erster Trennuten durch Bilden einer ersten Zwischenschicht auf der ersten photoelektrischen Umwandlungsschicht und anschließendes Strukturieren der ersten Zwischenschicht oder/und das Bilden zweiter Trennuten durch Bilden einer zweiten Zwischenschicht auf der zweiten photoelektrischen Umwandlungsschicht und anschließendes Strukturieren der zweiten Zwischenschicht umfasst, und wobei die erste Zwischenschicht und die zweite Zwischenschicht jeweils aus einem transparenten leitfähigen Oxid, kurz TCO, gebildet werden und die ersten Trennuten und die zweiten Trennuten an verschiedenen Stellen in den photoelektrischen Umwandlungsschichten bis zu einer Oberseite der zweiten transparenten Elektroden reichen.
Das Bilden und Strukturieren der photoelektrischen Umwandlungsschichten kann ferner das Bilden dritter Trennuten durch Strukturieren der dritten photoelektrischen Umwandlungsschicht umfassen, und die ersten Trennuten, die zweiten Trennuten und die dritten Trennuten können bis zu der Oberseite der zweiten transparenten Elektroden an verschiedenen Stellen in den photoelektrischen Umwandlungsschichten reichen.
Um die oben genannten Ziele zu erreichen, wird ein Dünnschicht-Solarzellenmodul gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung bereitgestellt, umfassend ein vorderes Substrat, eine auf dem vorderen Substrat strukturierte transparente Elektrodenschicht, photoelektrische Umwandlungsschichten, die auf der transparenten Elektrodenschicht vorgesehen sind und zumindest eine erste photoelektrische Umwandlungsschicht, eine zweite photoelektrische Umwandlungsschicht und eine dritte photoelektrische Umwandlungsschicht umfassen, Trennuten, die vollständig durch die photoelektrischen Umwandlungsschichten durchgehend gebildet sind und bis zu einer Oberseite der transparenten Elektrodenschicht reichen, um die photoelektrischen Umwandlungsschichten zu unterteilen, und eine hintere Elektrode, welche so auf der Oberseite der photoelektrischen Umwandlungsschichten vorgesehen ist, dass sie die Trennuten ausfüllt.
Die photoelektrischen Umwandlungsschichten umfassen ferner eine zwischen der ersten photoelektrischen Umwandlungsschicht und der zweiten photoelektrischen Umwandlungsschicht vorgesehene erste Zwischenschicht oder/und eine zwischen der zweiten photoelektrischen Umwandlungsschicht und der dritte photoelektrischen Umwandlungsschicht vorgesehene zweite Zwischenschicht, wobei die erste Zwischenschicht und die zweite Zwischenschicht Siliziumoxid (SiOx) umfassen.
Die erste photoelektrische Umwandlungsschicht kann aus amorphem Silizium (a-Si) gebildet sein, die zweite photoelektrische Umwandlungsschicht kann aus amorphem Silizium-Germanium (a-Si:Ge) gebildet sein, und die dritte photoelektrische Umwandlungsschicht kann aus mikrokristallinem Silizium (μc-Si) oder mikrokristallinem Silizium-Germanium (μc-Si:Ge) gebildet sein. Ferner kann die die erste Zwischenschicht aus amorphem Siliziumoxid gebildet sein und die zweite Zwischenschicht aus mit Germanium dotiertem amorphen Siliziumoxid gebildet sein.
Die erste Zwischenschicht und die zweite Zwischenschicht können mit Verunreinigungen dotiert sein.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Die oben genannten und andere Aufgaben, Merkmale und andere Vorteile der Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden deutlicher anhand der folgenden detaillierten Beschreibung in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen verstanden werden, in denen:
1 eine Querschnittsansicht eines Dünnschicht-Solarzellenmoduls in Übereinstimmung mit einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist;
2 bis 9 Ansichten sind, die ein Herstellungsverfahren des Dünnschicht-Solarzellenmoduls aus 1 veranschaulichen;
10 eine Querschnittsansicht eines Dünnschicht-Solarzellenmoduls gemäß einem anderen Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist; und
11 eine Querschnittsansicht eines Dünnschicht-Solarzellenmoduls in Übereinstimmung mit noch einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist.
Detaillierte Beschreibung der Ausführungsbeispiele
Es wird nun ausführlich auf beispielhafte Ausgestaltungen der vorliegenden Erfindung Bezug genommen, von denen Beispiele in den beigefügten Zeichnungen dargestellt sind. Wo immer möglich, werden dieselben Bezugszeichen in den Zeichnungen verwendet, um auf dieselben oder ähnliche Teile zu verweisen.
Bevor die Ausführungsbeispiele beschrieben werden, versteht es sich, dass, wenn Elemente als ”auf” oder ”unter” anderen Elemente bezeichnet werden, diese unmittelbar oder mittelbar auf oder unter den anderen Elementen sein können. Positionsbeziehungen zwischen jeweiligen Elementen werden anhand der beigefügten Zeichnungen dargestellt. Ferner sind in den Zeichnungen die Dicken oder Größen der entsprechenden Elemente übertrieben, weggelassen oder schematisch zum Zwecke der Bequemlichkeit und Klarheit der Beschreibung dargestellt. Daher zeigen die Größen oder Flächen der jeweiligen Elemente nicht die tatsächlichen Größen oder Flächen davon an.
Nachfolgend werden die Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben.
1 ist ein Querschnittsansicht eines Dünnschicht-Solarzellenmoduls in Übereinstimmung mit einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
Mit Bezug auf 1 umfasst ein Dünnschicht-Solarzellenmodul 100 in Übereinstimmung mit einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ein vorderes Substrat 110, auf welches Sonnenlicht einfällt, eine auf dem vorderen Substrat 110 strukturierte transparente Elektrodenschicht 120, photoelektrische Umwandlungsschichten 170, die auf der transparenten Elektrodenschicht 120 strukturiert sind und mindestens eine erste photoelektrische Umwandlungsschicht 130, eine zweite photoelektrische Umwandlungsschicht 140 und eine dritte photoelektrischen Umwandlungsschicht 150 umfassen, und eine auf den photoelektrischen Umwandlungsschichten 170 gebildete hintere Elektrode 160.
Das Substrat 110 kann aus einem transparenten Material, wie zum Beispiel Glas oder einem Polymer, gebildet sein, um Licht zu übertragen.
Die transparente Elektrodenschicht 120 kann aus mindestens einem gebildet sein, das ausgewählt ist aus Metalloxiden, zum Beispiel Zinn-Oxid (SnO₂), Zink-Oxid (ZnO) und Indium-Zinn-Oxid (ITO), oder sie kann aus einem durch Mischen mindestens einer Verunreinigung mit solch einem Metalloxid erhaltenen Gemisch gebildet sein.
Weiterhin umfasst die transparente Elektrodenschicht 120 zumindest erste transparente Elektroden 121 und zweite transparente Elektroden 122, die durch Musterbildung oder Ritzen getrennt sind.
Das Dünnschicht-Solarzellenmodul 100 in Übereinstimmung mit diesem Ausführungsbeispiel wird durch Anschließen einer Vielzahl von photoelektrischen Umwandlungseinheiten A in Reihe gebildet. Deshalb wird im Folgenden zum Zwecke des Verständnisses eine beliebige photoelektrische Umwandlungseinheit A einschließlich einer ersten transparenten Elektrode 121 und einer zweiten transparenten Elektrode 122 beschrieben werden.
Mit Bezug auf 1 sind die photoelektrischen Umwandlungsschichten 170 auf der strukturierten transparenten Elektrodenschicht 120, d. h., der ersten transparenten Elektrode 121 und der zweiten transparenten Elektrode 122, bereitgestellt und sind in einer drei- oder mehrfachen Struktur umfassend mindestens die erste photoelektrische Umwandlungsschicht 130, die zweite photoelektrische Umwandlungsschicht 140 und die dritte photoelektrische Umwandlungsschicht 150 gebildet.
Die erste photoelektrische Umwandlungsschicht 130 kann eine aus amorphem Silizium (a-Si) gebildete P-Typ-Halbleiterschicht, eine intrinsische Halbleiterschicht und eine N-Typ-Halbleiterschicht umfassen. Die zweite photoelektrische Umwandlungsschicht 140 kann eine aus amorphem Silizium-Germanium (a-Si:Ge) gebildete P-Typ-Halbleiterschicht, eine intrinsische Halbleiter-Schicht und eine N-Typ-Halbleiterschicht umfassen. Die dritte photoelektrischen Umwandlungsschicht 150 kann eine aus mikrokristallinem Silizium (μc-Si) oder mikrokristallinem Silizium-Germanium (μc-Si:Ge) gebildete P-Typ-Halbleiterschicht, eine intrinsische Halbleiterschicht und eine N-Typ-Halbleiterschicht umfassen. Entsprechende photoelektrische Umwandlungsschichten 130, 140 und 150 können aus entsprechenden Halbleitern gebildet sein.
Dabei können die erste photoelektrische Umwandlungsschicht 130, die zweite photoelektrische Umwandlungsschicht 140 und die dritte photoelektrische Umwandlungsschicht 150 unterschiedliche Bandlücken-Energien haben. Da Wellenlängenbereiche von Licht, wie zum Beispiel von der ersten photoelektrischen Umwandlungsschicht 130, der zweiten photoelektrischen Umwandlungsschicht 140 und der dritten photoelektrischen Umwandlungsschicht 150 absorbiertes Sonnenlicht unterschiedlich sind, absorbiert das Dünnschicht-Solarzellenmodul 100 verschiedene Wellenlängenbereiche von Sonnenlicht effektiver.
Ferner umfassen die photoelektrischen Umwandlungsschichten 170 eine zwischen der ersten photoelektrischen Umwandlungsschicht 130 und der zweiten photoelektrischen Umwandlungsschicht 140 gebildete erste Zwischenschicht 135 oder/und eine zwischen der zweiten photoelektrischen Umwandlungsschicht 140 und der dritten photoelektrischen Umwandlungsschicht 150 gebildete zweite Zwischenschicht 145. Obwohl 1, zum Beispiel, die photoelektrischen Umwandlungsschichten 170 als sowohl die erste Zwischenschicht 135 und die zweite Zwischenschicht 145 umfassend zeigt, ist die Struktur der photoelektrischen Umwandlungsschichten 170 nicht darauf beschränkt.
Die erste Zwischenschicht 135 und die zweite Zwischenschicht 145 können gebildet sein aus mindestens einem, das ausgewählt ist aus transparenten leitfähigen Oxiden, kurz TCO, zum Beispiel lichtdurchlässigen Metalloxiden wie Zinnoxid (SnO₂), Zinkoxid (ZnO) und Indium-Zinn-Oxid (ITO), oder sie können aus einem durch Mischen mindestens einer Verunreinigung mit solch einem Metalloxid gebildeten Gemisch gebildet sein.
Die erste Zwischenschicht 135 und die zweite Zwischenschicht 145 reflektieren einfaltendes Licht, wodurch sie Lichtabsorptionsverhältnisse der ersten photoelektrischen Umwandlungsschicht 130 und der zweiten photoelektrischen Umwandlungsschicht 140 verbessern. Dabei können die erste photoelektrische Umwandlungsschicht 130 und die zweite photoelektrische Umwandlungsschicht 140 jeweils mit einer dünneren oder dünnen Dicke gebildet sein.
Die erste Zwischenschicht 135 ist durch eine erste Trennut 137 durchtrennt, und die zweite Zwischenschicht 145 ist durch eine zweiten Trennut 147 durchtrennt.
Die erste Trennut 137 schneidet die erste Zwischenschicht 135 und erstreckt sich zu einer oberen Oberfläche der zweiten transparenten Elektrode 122. Die erste Trennut 137 ist mit der zweiten photoelektrischen Umwandlungsschicht 140 gefüllt.
Durch das Ausfüllen der ersten Trennut 137 mit der zweiten photoelektrischen Umwandlungsschicht 140 auf eine solche Art und Weise können interne Kurzschlüsse, die aufgrund direkten elektrischen Kontakts zwischen der zu einer Nutzfläche C1 der photoelektrischen Umwandlungseinheit A gehörenden ersten Zwischenschicht 135 und der Rückelektrode 160 auftreten, verhindert werden.
Ferner gehört, obwohl leitende Materialien der ersten Zwischenschicht 135 auf der seitlichen Oberfläche der ersten photoelektrischen Umwandlungsschicht 130 wieder abgelagert werden und so einen Nebenwiderstandspfad während eines ersten P2 Ritz-Vorgangs zum Formen der ersten Trennut 137 bilden, die erste Trennut 137 zu einem unwirksamen Bereich C2 und hat Silizium, das die zweite photoelektrische Umwandlungsschicht 140 bildet, einen hohen Widerstand, und daher kann ein Stromfluss durch den Nebenwiderstandspfad blockiert werden. In Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung bezieht sich ein Verweis auf eine Nutzfläche C1 auf Bereiche, in denen verschiedene Schnitte nicht ausgebildet sind oder fehlen, und ein Verweis auf einen unwirksamen Bereich C2 bezieht sich auf Bereiche, in denen verschiedene Schnitte gebildet oder enthalten sind.
Die zweite Trennut 147 schneidet die zweite Zwischenschicht 145 an einer von der ersten Trennut 137 abweichenden Position und erstreckt sich zu der oberen Oberfläche der zweiten transparenten Elektrode 122.
Die zweite Trennut 147 ist mit der dritten photoelektrischen Umwandlungsschicht 150 gefüllt. Dadurch können interne Kurzschlüsse, die aufgrund elektrischen Kontakts zwischen der zu der Nutzfläche C1 der photoelektrischen Umwandlungseinheit A gehörenden zweiten Zwischenschicht 145 und der hinteren Elektrode 160 auftreten, verhindert werden. Ferner kann ein Stromfluss durch einen Nebenwiderstandspfad, der während der Bildung der zweiten Trennut 147 geformt wird, blockiert werden, wodurch eine Verringerung eines Füllfaktors verringert oder verhindert wird.
Die dritte photoelektrische Umwandlungsschicht 150 ist durch eine dritte Trennut 157 durchtrennt, die an einer sich von der ersten Trennut 137 und der zweiten Trennut 147 verschiedenen Position gebildet ist, wobei sich die zweite Trennut 147 zur oberen Oberfläche der zweiten transparenten Elektrode 122 erstreckt und mit der hinteren Elektrode 160 gefüllt ist.
Eine hintere reflektierende Schicht kann zwischen der photoelektrischen Umwandlungsschicht 150 und der hinteren Elektrode 160 gebildet sein. Die hintere reflektierende Schicht reflektiert einfallendes Licht und verbessert somit einen photoelektrischen Umwandlungswirkungsgrad der dritten photoelektrischen Umwandlungsschicht 150. Wenn die hintere reflektierende Schicht gebildet ist, kann die dritte Trennut 157 sowohl die dritte photoelektrische Umwandlungsschicht 150 als auch die hintere reflektierende Schicht schneiden.
Die hintere Elektrode 160 kann gebildet sein aus einem, das ausgewählt aus Metallen mit hervorragender elektrischer Leitfähigkeit, wie zum Beispiel Gold (Au), Silber (Ag) und Aluminium (Al), und füllt die dritte Trennut 157, damit sie direkt mit der zweiten transparenten Elektrode 122 verbunden ist. Dabei werden die oben beschriebene erste photoelektrische Umwandlungsschicht 130, zweite photoelektrische Umwandlungsschicht 140 und dritte photoelektrische Umwandlungsschicht 150 in Reihe geschaltet.
Ferner ist die hintere Elektrode 160 durch eine vierte Trennut 167 an einer von den ersten, zweiten und dritten Trennuten 137, 147 und 157 abweichenden Position durchtrennt, und die vierte Trennut 167 erstreckt sich zu der oberen Oberfläche der zweiten transparenten Elektrode 122, wodurch eine photoelektrische Umwandlungseinheit A gebildet wird. Eine Vielzahl von photoelektrischen Umwandlungseinheiten kann durch eine Vielzahl vierter Trennuten 167 gebildet sein. Die vierte Trennut 167 ist mit Luft gefüllt, wodurch eine isolierende Schicht zwischen den benachbarten photoelektrischen Umwandlungseinheiten A gebildet wird. Die vierten Trennuten 167 können mit einem anderen Gas oder Material gefüllt sein.
Die oben beschriebene erste transparente Elektrode 121 kann als die zweite transparente Elektrode 122 von einer benachbarten photoelektrischen Umwandlungseinheit A dienen und die oben beschriebene zweite transparente Elektrode 122 kann als die erste transparente Elektrode 121 von einer anderen angrenzenden photoelektrischen Umwandlungseinheit A dienen, und die Mehrzahl von photoelektrischen Umwandlungseinheiten A kann in Reihe geschaltet werden.
2 bis 9 sind Ansichten, die ein Herstellungsverfahren des Dünnschicht-Solarzellenmoduls der 1 veranschaulichen.
Mit Bezug auf die 2 bis 9 wird das Herstellungsverfahren des Dünnschicht-Salarzellenmoduls 100 beschrieben. Zuerst wird, wie in 2 dargestellt, die transparente Elektrodenschicht 120 auf einer gesamten Oberfläche des Substrats 110 abgeschieden und dann strukturiert, wodurch die ersten Elektroden 121 und die zweiten Elektroden 122 gebildet werden.
Die transparente Elektrodenschicht 120 kann durch eine Wärmebehandlung einer leitfähigen transparenten Elektrodenbildungspaste auf dem Substrat 110, ein Ablagerungsverfahren unter Verwendung eines Zerstäubungsvorgangs oder ein Beschichtungsverfahren gebildet werden.
Die transparente Elektrodenschicht 120 kann von mindestens einem aus dem Kreis Metalloxiden ausgewählt aus, zum Beispiel, Zinn-Oxid (SnO₂), Zink-Oxid (ZnO) und Indium-Zinn-Oxid (ITO), oder aus einem durch Mischen von mindestens einer Verunreinigung mit einem solchen Metalloxid erhaltenen Gemisch gebildet werden.
Strukturieren der transparenten Elektrodenschicht 120 kann durch ein P1-Ritzverfahren durchgeführt werden. Das P1-Ritzverfahren ist ein Verfahren, in dem ein Laser von unten auf das Substrat 110 gestrahlt wird, um die in einige Bereichen angeordnete transparente Elektrodenschicht 120 zu verdampfen. Dabei umfasst die transparente Elektrodenschicht 120 zumindest die erste transparente Elektrode 121 und die zweite transparente Elektrode 122, die voneinander durch einen Abstand getrennt sind, der regelmäßig sein kann.
Danach werden, wie in den 3 bis 8 dargestellt, die photoelektrischen Umwandlungsschichten 170 auf der ersten transparenten Elektrode 121 und der zweiten transparenten Elektrode 122 gebildet und dann strukturiert.
Die photoelektrischen Umwandlungsschichten 170 sind in einer drei- oder mehrfachen Struktur einschließlich mindestens der ersten photoelektrischen Umwandlungsschicht 130, der zweiten photoelektrischen Umwandlungsschicht 140 und der dritten photoelektrischen Umwandlungsschicht 150 gebildet. Weiterhin umfassen die photoelektrischen Umwandlungsschichten 170 mindestens eine von der ersten Zwischenschicht 135, die zwischen der ersten photoelektrischen Umwandlungsschicht 130 und der zweiten photoelektrischen Umwandlungsschicht 140 gebildet ist, und der zweiten Zwischenschicht 145, die zwischen der zweiten photoelektrischen Umwandlungsschicht 140 und der dritten photoelektrischen Umwandlungsschicht 150 gebildet ist.
Obwohl dieses Ausführungsbeispiel die photoelektrischen Umwandlungsschichten 170 veranschaulicht, die in der dreifachen Struktur gebildet sind, in der sowohl die erste Zwischenschicht 135 und die zweite Zwischenschicht 145 gebildet sind, ist die dreifache Struktur der photoelektrischen Umwandlungsschichten 170 nicht darauf beschränkt. In dem Herstellungsverfahren, wie unten beschrieben, kann Bilden der ersten Zwischenschicht 135 oder Bilden der zweiten Zwischenschicht 145 in anderen Ausführungsbeispielen ausgelassen werden.
Mit Bezug auf die 3 und 4 werden die erste photoelektrische Umwandlungsschicht 130 und die erste Zwischenschicht 135 auf der ersten transparenten Elektrode 121 und der zweiten transparenten Elektrode 122 durch CVD, wie zum Beispiel PECVD, abgeschieden, und dann werden die abgeschiedene erste photoelektrische Umwandlungsschicht 130 und erste Zwischenschicht 135 strukturiert, wodurch die erste Trennut 137 gebildet wird.
Die erste photoelektrische Umwandlungsschicht 130 hat eine p-i-n-Struktur einschließlich amorphen Siliziums (a-Si), und wenn die erste photoelektrische Umwandlungsschicht 130 abgeschieden ist, füllt die erste photoelektrische Umwandlungsschicht 130 auch einen Raum zwischen der ersten transparenten Elektrode 121 und der zweiten transparenten Elektrode 122.
Die erste Zwischenschicht 135 kann aus einem TCO-basierten Material auf die gleiche Art und Weise wie die transparente Elektrodenschicht 120 gebildet werden und reflektiert einfallendes Sonnenlicht so, dass das reflektierte Sonnenlicht zurück auf die erste photoelektrische Umwandlungsschicht 130 fällt. Daher ist der Wirkungsgrad der ersten photoelektrischen Umwandlungsschicht 130 verbessert.
Die erste Trennut 137 wird durch den ersten P2-Ritzvorgang gebildet und erstreckt sich auf die obere Oberfläche der zweiten transparenten Elektrode 122. Eine Ausgangsleistung eines in dem ersten P2-Ritzvorgang verwendeten Lasers ist niedriger als eine Ausgangsleistung des in dem P1-Ritzvorgang verwendeten Lasers.
Daher wird, wenn der Laser von unten auf das Substrat 110 gestrahlt wird, um den ersten P2-Ritzvorgang durchzuführen, die zweite transparente Elektrode 122 nicht verdampft, sondern die erste photoelektrische Umwandlungsschicht 130 und die erste Zwischenschicht 135 auf der zweiten transparenten Elektrode 122 werden selektiv verdampft und somit entfernt. In einem Ausführungsbeispiel der Erfindung wird die erste Trennut 137 nur durch die erste photoelektrische Umwandlungsschicht 130 und die erste Zwischenschicht 135 an einer bestimmten Position gebildet.
Wenn die erste Zwischenschicht 135 ausgelassen wird, wird die zweite photoelektrische Umwandlungsschicht 140 direkt auf der ersten photoelektrischen Umwandlungsschicht 130 gebildet und Bilden der ersten Trennut 137 wird ebenfalls ausgelassen.
Danach wird, wie in 5 und 6 dargestellt, die zweite photoelektrische Umwandlungsschicht 140 und die zweite Zwischenschicht 145 abgeschieden und dann strukturiert, wodurch die zweite Trennut 147 gebildet wird.
Die zweite photoelektrischen Umwandlungsschicht 140 hat eine p-i-n-Struktur einschließlich amorphen Silizium-Germaniums (a-Si:Ge) und füllt die erste Trennut 137.
Daher werden interne Kurzschlüsse, die aufgrund elektrischen Kontakts zwischen der ersten Zwischenschicht 135 und der hinteren Elektrode 160 auftreten, die später beschrieben werden, verhindert. Ferner, da die zweite photoelektrische Umwandlungsschicht 140 einen größeren Widerstand als die erste Zwischenschicht 135 hat, wird, obwohl leitende Materialien der ersten Zwischenschicht 135 auf der seitlichen Oberfläche der ersten photoelektrischen Umwandlungsschicht 130 wieder abgelagert werden und so einen Nebenwiderstandspfad bilden, wenn die erste Trennut 137 gebildet wird, ein Stromfluss durch den Nebenwiderstandspfad blockiert.
Die zweite Trennut 147 wird durch einen zweiten P2-Ritzvorgang gebildet, ist an einer Position angeordnet, dich sich von der ersten Trennut 137 unterscheidet, und erstreckt sich zu der oberen Oberfläche der zweiten transparenten Elektrode 122. Eine Ausgangsleistung eines in dem zweiten P2-Ritzvorgang verwendeten Lasers ist niedriger ist als eine Ausgangsleistung des in dem P1-Ritzvorgangs verwendeten Lasers, und damit wird die zweite transparente Elektrode 122 nicht verdampft. In einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird die zweite Trennut 147 nur durch die erste photoelektrische Umwandlungsschicht 130, die erste Zwischenschicht 135, die zweite photoelektrische Umwandlungsschicht 140 und die zweite Zwischenschicht 145 an einer bestimmten Stelle gebildet.
Wenn die zweite Zwischenschicht 145 ausgelassen wird, wird die dritte photoelektrische Umwandlungsschicht 150 direkt auf der zweiten photoelektrischen Umwandlungsschicht 140 gebildet, und Bilden der zweiten Trennut 147 wird ebenfalls ausgelassen.
Danach wird, wie in den 7 und 8 dargestellt, die dritte photoelektrische Umwandlungsschicht 150 abgeschieden und dann strukturiert, wodurch die dritte Trennut 157 gebildet wird.
Die dritte photoelektrische Umwandlungsschicht 150 hat eine p-i-n-Struktur einschließlich mikrokristallinen Siliziums (μc-Si) oder mikrokristallinen Silizium-Germaniums (μc-Si:Ge) und füllt die zweite Trennut 147.
Daher wird direkter elektrischer Kontakt zwischen der zweiten Zwischenschicht 145 und der hinteren Elektrode 160 verhindert, und ein Stromfluss durch einen auf der seitlichen Oberfläche der zweiten Zwischenschicht 145 gebildeten Nebenwiderstandspfad wird blockiert, wodurch die Verringerung eines Füllfaktors verringert oder verhindert wird.
Die dritte Trennut 157 wird durch einen dritten P2-Ritzvorgang gebildet, ist an einer von der oben beschriebenen ersten Trennut 137 und zweiten Trennut 147 verschiedenen Position angeordnet und erstreckt sich zu einer oberen Oberfläche der zweiten transparenten Elektrode 122.
Weiterhin ist eine Ausgangsleistung von einem in dem dritten P2-Ritzvorgang verwendeten Laser niedriger als eine Ausgangsleistung des in dem P1-Ritzvorgang verwendeten Laser, und somit wird die zweite transparente Elektrode 122 nicht verdampft, wenn der Laser von unten auf das Substrat 110 gestrahlt wird. In einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird die dritte Trennut 157 nur durch die erste photoelektrische Umwandlungsschicht 130, die erste Zwischenschicht 135, die zweite photoelektrische Umwandlungsschicht 140, die zweite Zwischenschicht 145 und die dritte photoelektrische Umwandlungsschicht 150 an einer bestimmten Position gebildet.
ine hintere reflektierende Schicht zur Verbesserung des photoelektrischen Umwandlungswirkungsgrads der dritten photoelektrischen Umwandlungsschicht 150 kann an der dritten photoelektrischen Umwandlungsschicht 150 gebildet werden. In diesem Fall kann die hintere reflektierende Schicht sowie die dritte Trennut 157 durch die dritte Trennut 157 durchtrennt werden.
Danach wird, wie in der 9 dargestellt, die hintere Elektrode 160 auf der dritten photoelektrischen Umwandlungsschicht 150 gebildet und dann strukturiert, wodurch die vierte Trennut 167 gebildet wird.
Die hintere Elektrode 160 kann aus einem leitfähigen Metall gebildet werden und kann aus einem aus verschiedenen Materialien gemäß Formverfahren davon ausgewählt werden.
Zum Beispiel kann, wenn die hintere Elektrode 160 durch ein Rasterdruckverfahren gebildet wird, die hintere Elektrode 160 aus einem ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Silber (Ag), Aluminium (Al) und einer Kombination davon gebildet werden, und wenn die hintere Elektrode 160 durch ein Tintenstrahl-Verfahren oder ein Abgabe-Verfahren gebildet wird, kann die hintere Elektrode 160 aus einem ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Nickel (Ni), Silber (Ag) und einer Kombination davon gebildet werden. Andere Materialien oder Metalle können verwendet werden.
Ferner kann, wenn die hintere Elektrode 160 durch ein Beschichtungsverfahren gebildet wird, die hintere Elektrode 160 aus einem aus der Gruppe bestehend aus Nickel (Ni), Kupfer (Cu), Silber (Ag) und Kombinationen davon gebildet werden, und wenn die hintere Elektrode 160 durch eine Abscheidungsverfahren gebildet wird, kann die hintere Elektrode 160 aus einem ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Aluminium (Al), Nickel (Ni), Kupfer (Cu), Silber (Ag), Titan (Ti), Blei (Pb), Chrom (Cr), Wolfram (W) und Kombinationen davon gebildet werden. Andere Materialien oder Metalle können verwendet werden.
Ferner kann, in Bezug auf die durch das Rasterdruckverfahren gebildete hintere Elektrode 160, die hintere Elektrode 160 aus einer Mischung von Aluminium (Al) und einem leitfähigen Polymer gebildet werden.
Die hintere Elektrode 160 füllt die dritte Trennut 157 und ist direkt mit der zweiten transparenten Elektrode 122 verbunden. Dabei sind die erste photoelektrischen Umwandlungsschicht 130, die zweite photoelektrische Umwandlungsschicht 140 und die dritte photoelektrische Umwandlungsschicht 150 in Reihe geschaltet.
Die vierte Trennut 167 wird durch einen P3-Ritzvorgang gebildet. Das heißt, die vierte Trennut 167 wird durch Bestrahlen eines Laser von unten auf das Substrat 110 ausgebildet, und die vierte Trennut 167 erstreckt sich zu der oberen Oberfläche der zweiten transparenten Elektrode 122. In einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird die vierte Trennut 167 nur durch die erste photoelektrische Umwandlungsschicht 130, die erste Zwischenschicht 135, die zweite photoelektrische Umwandlungsschicht 140, die zweite Zwischenschicht 145, die dritte photoelektrische Umwandlungsschicht 150 und die hintere Elektrode an einem bestimmten Ort gebildet.
Die vierte Trennut 167 ist mit Luft gefüllt, wodurch eine isolierende Schicht gebildet wird und somit benachbarte photoelektrische Umwandlungseinheiten in Reihe geschaltet werden.
10 ist eine Querschnittsansicht eines Dünnschicht-Salarzellenmodul gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
Mit Bezug auf 10 umfasst ein Dünnschicht-Solarzellenmodul 200 in Übereinstimmung mit diesem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ein vorderes Substrat 210, auf das Sonnenlicht fällt, eine transparente Elektrodenschicht 220, die auf dem vorderen Substrat 210 strukturiert ist, photoelektrischen Umwandlungsschichten 270, die auf der transparenten Elektrodenschicht 220 angeordnet sind und mindestens eine erste photoelektrische Umwandlungsschicht 230, eine zweite photoelektrische Umwandlungsschicht 240 und eine dritte photoelektrischen Umwandlungsschicht 250 umfassen, und eine auf den photoelektrischen Umwandlungsschichten 270 gebildete hintere Elektrode 260.
Darüber hinaus umfassen die photoelektrischen Umwandlungsschichten 270 mindestens eine von einer dritten Zwischenschicht 235, die zwischen der ersten photoelektrischen Umwandlungsschicht 230 und der zweiten photoelektrischen Umwandlungsschicht 240 gebildet ist, und einer vierten Zwischenschicht 245, die zwischen der zweiten photoelektrischen Umwandlungsschicht 240 und der dritten photoelektrischen Umwandlungsschicht 250 gebildet ist. Obwohl 10 die photoelektrischen Umwandlungsschichten 270 als sowohl die dritte Zwischenschicht 235 und die vierte Zwischenschicht 245 umfassend darstellt, ist die Struktur der photoelektrischen Umwandlungsschichten 270 jedoch nicht darauf beschränkt.
Das vordere Substrat 210, die transparente Elektrodenschicht 220, die photoelektrischen Umwandlungsschichten 270 und die hintere Elektrode 260 in diesem Ausführungsbeispiel sind im Wesentlichen die gleichen wie jene in dem vorherigen in 1 gezeigten Ausführungsbeispiel, und eine ausführliche Beschreibung derselben wird daher weggelassen.
Die dritte Zwischenschicht 235 und die vierte Zwischenschicht 245 können Siliziumoxid (SiO_x) enthalten. Siliziumoxid, welches die dritte Zwischenschicht 235 und die vierte Zwischenschicht 245 bildet, ist im Wesentlichen dasselbe wie Silizium, welches die die photoelektrischen Umwandlungsschichten 270 bildet, und daher wird eine Haftkraft der dritten Zwischenschicht 235 und der vierten Zwischenschicht 245 verbessert.
Wie oben beschrieben kann die erste photoelektrische Umwandlungsschicht 230 aus amorphem Silizium (a-Si) gebildet sein, die zweite photoelektrische Umwandlungsschicht 240 kann aus amorphem Silizium-Germanium (a-Si:Ge) gebildet sein, und die dritte photoelektrische Umwandlungsschicht 250 kann aus mikrokristallinem Silizium (μc-Si) oder mikrokristallinem Silizium-Germanium (μc-Si:Ge) gebildet sein.
Dabei kann zum Beispiel die dritte Zwischenschicht 235 aus amorphem Silizium-Oxid gebildet sein, das ähnlich zu dem Material der ersten photoelektrischen Umwandlungsschicht 230 ist, und die vierte Zwischenschicht 245 kann aus mit Germanium (Ge) dotiertem amorphen Silizium-Oxid gebildet sein, das ähnlich zu dem Material der zweiten photoelektrischen Umwandlungsschicht 240 ist, und somit wird eine Haftkraft der dritten Zwischenschicht 235 und der vierten Zwischenschicht 245 verbessert.
Ferner sind die dritte Zwischenschicht 235 und die vierte Zwischenschicht 245 mit N-Typ- oder P-Typ-Verunreinigungen dotiert, wodurch sie eine verbesserte elektrische Leitfähigkeit aufweisen.
Die dritte Zwischenschicht 235 und die vierte Zwischenschicht 245 reflektieren einfallendes Licht oder reflektieren ausgewählte Wellenlängenbereiche des einfallenden Lichts, wodurch die Lichtabsorptionsverhältnisse der ersten photoelektrischen Umwandlungsschicht 230 und der zweiten photoelektrischen Umwandlungsschicht 240 verbessert werden.
Die photoelektrischen Umwandlungsschichten 270 sind einmal durch erste Trennuten 257 durchtrennt, wobei die ersten Trennuten 257 sich zu der oberen Oberfläche der transparenten Elektrodenschicht 220 erstrecken und die hintere Elektrode 260 die ersten Trennuten 257 ausfüllt und somit elektrisch mit der transparenten Elektrodenschicht 220 verbunden ist.
Das heißt, dass interne Kurzschlüsse nicht auftreten, da die dritte Zwischenschicht 235 und die vierte Zwischenschicht 245 nicht aus leitenden Materialien gebildet sind, obwohl die dritte Zwischenschicht 235 und die vierte Zwischenschicht 245 direkt die hintere Elektrode 260 berühren. Daher können Trennuten zum Durchschneiden der dritten Zwischenschicht 235 und der vierten Zwischenschicht 245 weggelassen werden.
Ferner wird, obwohl ein Ritz-Vorgang zum Formen der fünften Trennuten 257 durchgeführt wird, ein Nebenwiderstandspfad durch erneute Ablagerung von leitenden Materialien nicht gebildet. Daher verhindert das Dünnschicht-Solarzellenmodul 200 in Übereinstimmung mit diesem Ausführungsbeispiel der Erfindung interne Kurschlüsse und blockiert einen Stromfluss durch den Nebenwiderstandspfad, wodurch Verringerung eines Füllfaktors verringert oder verhindert wird.
Die hintere Elektrode 260 wird durch sechste Trennuten 267 durchtrennt, und die sechsten Trennuten 267 sind mit Luft gefüllt, wodurch eine isolierende Schicht gebildet wird. Anderes Gas oder Material kann darin gefüllt werden.
11 ist eine Querschnittsansicht eines Dünnschicht-Solarzellenmoduls gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
Mit Bezug auf 11 umfasst ein Dünnschicht-Solarzellenmodul 300 in Übereinstimmung mit diesem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ein Substrat 310, eine auf dem Substrat 210 gebildete transparente Elektrodenschicht 320, eine erste photoelektrische Umwandlungsschicht 330, eine zweite photoelektrische Umwandlungsschicht 340 und eine dritte photoelektrische Umwandlungsschicht 350, die sequentiell auf der transparenten Elektrodenschicht 320 gestapelt sind, und eine auf der dritten photoelektrischen Umwandlungsschicht 350 gebildete hintere Elektrode 360. Die erste photoelektrischen Umwandlungsschicht 330, die zweite photoelektrische Umwandlungsschicht 340 und die dritte photoelektrische Umwandlungsschicht 350 werden von siebten Trennuten 357 durchtrennt, und die hintere Elektrode 360 füllt die siebten Trennuten 357 und ist somit elektrisch mit der transparenten Elektrodenschicht 230 verbunden.
Das Substrat 310, die transparente Elektrodenschicht 320 und die hintere Elektrode 360 in diesem Ausführungsbeispiel sind im Wesentlichen die gleichen wie die in dem vorherigen in 1 gezeigten Ausführungsbeispiel, und eine ausführliche Beschreibung davon wird daher weggelassen.
Mit Bezug auf den Teil B der 11 kann die erste photoelektrischen Umwandlungsschicht 330 eine aus amorphem Silizium (a-Si) gebildete P-Typ-Halbleiterschicht, eine intrinsische Halbleiterschicht 333 und eine N-Typ-Halbleiterschicht 335 umfassen. Die intrinsische Halbleiterschicht 333 verringert eine Kopplungsrate von Trägern und dient dazu, Licht zu absorbieren, und die P-Typ-Halbleiterschicht und die N-Typ-Halbleiterschicht 335 sind mit verschiedenen Arten von Verunreinigungen dotiert und sammeln daher von der intrinsischen Halbleiterschicht 333 erzeugte Elektronen und Löcher.
Auf die gleiche Art und Weise kann die zweite photoelektrische Umwandlungsschicht 330 eine aus amorphem Silizium-Germanium (a-Si:Ge) gebildete P-Typ-Halbleiterschicht 341, eine intrinsische Halbleiterschicht 343 und eine N-Typ-Halbleiterschicht 345 umfassen. Die dritte photoelektrische Umwandlungsschicht 350 kann eine aus mikrokristallinem Silizium (μc-Si) oder mikrokristallinem Silizium-Germanium (μc-Si:Ge) gebildete P-Typ-Halbleiterschicht 351, eine intrinsische Halbleiterschicht 353 und ein N-Typ-Halbleiterschicht 355 umfassen.
Dabei sind, da die erste photoelektrische Umwandlungsschicht 330, die zweite photoelektrische Umwandlungsschicht 340 und die dritte photoelektrische Umwandlungsschicht 350 verschiedene Bandlücken-Energien haben, Wellenlängenbereiche des Sonnenlichts, die von der ersten photoelektrischen Umwandlungsschicht 330, der zweiten photoelektrischen Umwandlungsschicht 340 und der dritten photoelektrischen Umwandlungsschicht 350 absorbiert werden, unterschiedlich, und daher absorbiert das Dünnschicht-Solarzellenmodul 300 effektiver das Sonnenlicht.
Ferner kann ein Brechungsindex der intrinsischen Halbleiterschicht 333 der ersten photoelektrischen Umwandlungsschicht 330 größer sein als ein Brechungsindex der N-Typ-Halbleiterschicht 335 der ersten photoelektrischen Umwandlungsschicht 330, oder der Brechungsindex der N-Typ-Halbleiterschicht 335 der ersten photoelektrischen Umwandlungsschicht 330 kann größer sein als ein Brechungsindex von der P-Typ-Halbleiterschicht 341 der zweiten photoelektrischen Umwandlungsschicht 340.
Nach dem Snell-Gesetz wird, wenn einfallendes Licht aus einem Material mit einem hohen Brechungsindex auf ein Material mit niedrigem Brechungsindex fällt, wenn ein Einfallswinkel größer als ein kritischer Winkel ist, die Gesamtheit des Lichts von einer Grenzfläche zwischen den beiden Materialien mit unterschiedlichen Brechungsindices reflektiert.
Deshalb wird, wenn der Brechungsindex der intrinsischen Halbleiterschicht 333 der ersten photoelektrischen Umwandlungsschicht 330 größer als der Brechungsindex der N-Typ-Halbleiterschicht 335 der ersten photoelektrischen Umwandlungsschicht 330 ist oder der Brechungsindex der N-Typ-Halbleiterschicht 335 der ersten photoelektrischen Umwandlungsschicht 330 größer als der Brechungsindex der P-Typ-Halbleiterschicht 341 der zweiten photoelektrischen Umwandlungsschicht 340 ist, Licht, das durch die intrinsische Halbleiterschicht 333 der ersten photoelektrischen Umwandlungsschicht 330 gelaufen ist, durch die N-Typ-Halbleiterschicht 335 der ersten photoelektrischen Umwandlungsschicht 330 oder die P-Typ-Halbleiterschicht 341 der zweiten photoelektrischen Umwandlungsschicht 340 reflektiert und fällt anschließend wieder auf die intrinsische Halbleiterschicht 333 der ersten photoelektrischen Umwandlungsschicht 330, wodurch ein photoelektrischer Umwandlungswirkungsgrad der ersten photoelektrischen Umwandlungsschicht 330 verbessert wird.
Auf gleiche Art und Weise kann ein Brechungsindex der intrinsischen Halb-leiterschicht 343 von der zweiten photoelektrischen Umwandlungsschicht 340 größer sein als ein Brechungsindex von der N-Typ-Halbleiterschicht 345 der zweiten photoelektrischen Umwandlungsschicht 340, oder der Brechungsindex der N-Typ-Halbleiterschicht 345 der zweiten photoelektrischen Umwandlungsschicht 340 kann größer sein als ein Brechungsindex der P-Typ-Halbleiter-Schicht 351 der dritten photoelektrischen Umwandlungsschicht 350, wodurch der photoelektrische Umwand-lungswirkungsgrad der zweiten photoelektrischen Umwandlungsschicht 340 verbessert wird.
Das heißt, dass in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung die N-Typ-Halbleiterschicht 335 der ersten photoelektrischen Umwandlungsschicht 330 oder die P-Typ-Halbleiterschicht 341 der zweiten photoelektrischen Umwandlungsschicht 430 als die erste Zwischenschicht 135 aus 1 fungiert, und die N-Typ-Halbleiterschicht 345 der zweiten photoelektrischen Umwandlungsschicht 340 oder die P-Typ-Halbleiterschicht 351 der dritten photoelektrischen Umwandlungsschicht 350 als die zweite Zwischenschicht 135 aus 1 fungiert.
Da die N-Typ-Halbleiterschicht 335 der ersten photoelektrischen Umwandlungsschicht 330, die P-Typ-Halbleiterschicht 341 der zweiten photoelektrischen Umwandlungsschicht 340, die N-Typ-Halbleiterschicht 345 der zweiten photoelektrischen Umwandlungsschicht 340 und die P-Typ-Halbleiterschicht 351 der dritten photoelektrischen Umwandlungsschicht 350 nicht aus leitfähigen Materialien gebildet sind, obwohl die N-Typ-Halbleiterschicht 335, die P-Typ-Halbleiterschicht 341, die N-Typ-Halbleiterschicht 345 und die P-Typ-Halbleiter Schicht 351 direkt die hintere Elektrode 360 berühren, treten keine internen Kurzschlüsse auf.
Ferner wird, obwohl ein Ritz-Vorgang zum Bilden der siebten Trennuten 357 durchgeführt wird, ein Nebenwiderstandspfad aufgrund erneuter Ablagerung von leitenden Materialien nicht gebildet.
Daher verhindert das Dünnschicht-Solarzellenmodul 300 in Übereinstimmung mit diesem Ausführungsbeispiel der Erfindung interne Kurzschlüsse und blockiert einen Stromfluss durch den Nebenwiderstandspfad, wodurch eine Verringerung eines Füllfaktors verringert oder verhindert wird.
Die hintere Elektrode 360 ist durch achte Trennuten 367 durchtrennt, und die achten Trennuten 367 sind mit Luft gefüllt, wodurch eine isolierende Schicht gebildet wird. Anderes Gas oder Material kann darin gefüllt werden.
Wie aus der obigen Beschreibung offensichtlich ist, verhindert ein Dünnschicht-Solarzellenmodul mit einer drei- oder mehrfachen Struktur in übereinstimmung mit Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung interne Kurzschlüsse.
Ferner verringert oder verhindert das Dünnschicht-Solarzellenmodul eine Verringerung eines Füllfaktors durch Nebenwiderstand, der während eines Ritz-Vorgangs erzeugt werden kann.
Obwohl die Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung zum Zwecke der Veranschaulichung offenbart wurden, können Fachleute auf dem Gebiet erkennen, dass verschiedene Modifikationen und Anwendungen möglich sind, ohne von dem Umfang und Geist der Erfindung, wie sie in den beigefügten Ansprüchen offenbart ist, abzuweichen. Zum Beispiel können die im Detail in den Ausführungen beschriebenen jeweiligen Elemente geändert werden. Darüber hinaus versteht es sich, dass Unterschiede in Bezug auf derartige Modifikationen und Anwendungen innerhalb des Schutzbereichs der in den beigefügten Ansprüchen definierten Erfindung liegen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

KR 10-2010-0109373 [0001]

Claims

Dünnschicht-Solarzellenmodul, umfassend: – ein vorderes Substrat, – eine transparente Elektrodenschicht, die so auf dem vorderen Substrat strukturiert ist, dass sie zumindest erste transparente Elektroden und zweite transparente Elektroden aufweist, – auf der transparenten Elektrodenschicht vorgesehene photoelektrische Umwandlungsschichten mit zumindest einer ersten photoelektrischen Umwandlungsschicht, einer zweiten photoelektrischen Umwandlungsschicht und einer dritten photoelektrischen Umwandlungsschicht und – eine auf den photoelektrischen Umwandlungsschichten gebildete hintere Elektrode, wobei die photoelektrischen Umwandlungsschichten ferner eine zwischen der ersten photoelektrischen Umwandlungsschicht und der zweiten photoelektrischen Umwandlungsschicht vorgesehene, durch erste Trennuten durchtrennte erste Zwischenschicht oder/und eine zwischen der zweiten photoelektrischen Umwandlungsschicht und der dritten photoelektrischen Umwandlungsschicht vorgesehene, durch zweite Trennuten durchtrennte zweite Zwischenschicht umfassen, und wobei die erste Zwischenschicht und die zweite Zwischenschicht jeweils aus einem transparenten leitfähigen Oxid, kurz TCO, gebildet sind.
Dünnschicht-Solarzellenmodul nach Anspruch 1, wobei die ersten Trennuten und die zweiten Trennuten an verschiedenen Stellen in den photoelektrischen Umwandlungsschichten bis zu einer Oberseite der transparenten Elektrodenschicht reichen und die zweite photoelektrische Umwandlungsschicht die ersten Trennuten ausfüllt und die dritte photoelektrische Umwandlungsschicht die zweiten Trennuten ausfüllt.
Dünnschicht-Solarzellenmodul nach Anspruch 2, wobei die dritte photoelektrische Umwandlungsschicht durch dritte Trennuten durchtrennt ist, die an anderen Stellen als die ersten Trennuten und die zweiten Trennuten in den photoelektrischen Umwandlungsschichten bis zur Oberseite der transparenten Elektrodenschicht reichen, und wobei die hintere Elektrode die dritten Trennuten ausfüllt, um eine Verbindung zur transparenten Elektrodenschicht herzustellen.
Dünnschicht-Salarzellenmodul nach Anspruch 3, wobei die hintere Elektrode durch vierte Trennuten an anderen Stellen als die ersten Trennuten bis zu den dritten Trennuten in den photoelektrischen Umwandlungsschichten durchtrennt ist und wobei die vierten Trennuten bis zur Oberseite der transparenten Elektrodenschicht reichen, um eine Isolierschicht zu bilden.
Dünnschicht-Solarzellenmodul nach Anspruch 1, wobei die erste photoelektrische Umwandlungsschicht aus amorphem Silizium (a-Si) gebildet ist.
Dünnschicht-Solarzellenmodul nach Anspruch 1, wobei die zweite photoelektrische Umwandlungsschicht aus amorphem Silizium-Germanium (a-Si:Ge) gebildet ist.
Dünnschicht-Salarzellenmodul nach Anspruch 1, wobei die dritte photoelektrische Umwandlungsschicht aus mikrokristallinem Silizium (μc-Si) oder mikrokristallinem Silizium-Germanium (μc-Si:Ge) gebildet ist.
Dünnschicht-Solarzellenmodul nach Anspruch 1, wobei das TCO eines ist, das ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Zinn-Oxid (SnO₂), Zink-Oxid (ZnO) und indium-Zinn-Oxid (ITO).
Herstellungsverfahren eines Dünnschicht-Solarzellenmoduls, umfassend: – Bilden einer transparenten Elektrodenschicht auf einem Substrat und anschließend derartiges Strukturieren der transparenten Elektrodenschicht, dass sie zumindest erste transparente Elektroden und zweite transparente Elektroden aufweist, – Bilden photoelektrischer Umwandlungsschichten mit zumindest einer ersten photoelektrischen Umwandlungsschicht, einer zweiten photoelektrischen Umwandlungsschicht und einer dritten photoelektrischen Umwandlungsschicht auf den ersten transparenten Elektroden und den zweiten transparenten Elektroden und anschließendes Strukturieren der photoelektrischen Umwandlungsschichten und – Bilden einer hinteren Elektrode auf den photoelektrischen Umwandlungsschichten und anschließendes Strukturieren der hinteren Elektrode, wobei das Bilden und Strukturieren der photoelektrischen Umwandlungsschichten das Bilden erster Trennuten durch Bilden einer ersten Zwischenschicht auf der ersten photoelektrischen Umwandlungsschicht und anschließendes Strukturieren der ersten Zwischenschicht oder/und das Bilden zweiter Trennuten durch Bilden einer zweiten Zwischenschicht auf der zweiten photoelektrischen Umwandlungsschicht und anschließendes Strukturieren der zweiten Zwischenschicht umfasst, und wobei die erste Zwischenschicht und die zweite Zwischenschicht jeweils aus einem transparenten leitfähigen Oxid, kurz TCO, gebildet werden und die ersten Trennuten und die zweiten Trennuten an verschiedenen Stellen in den photoelektrischen Umwandlungsschichten bis zu einer Oberseite der zweiten transparenten Elektroden reichen.
Herstellungsverfahren nach Anspruch 9, wobei das Bilden und Strukturieren der photoelektrischen Umwandlungsschichten ferner das Bilden dritter Trennuten durch Strukturieren der dritten photoelektrischen Umwandlungsschicht umfasst und wobei die ersten Trennuten, die zweite Trennuten und die dritten Trennuten an verschiedenen Stellen in den photoelektrischen Umwandlungsschichten bis zur Oberseite zweiten transparenten Elektroden reichen.
Herstellungsverfahren nach Anspruch 10, wobei das Bilden und Strukturieren der hinteren Elektrode das Bilden vierter Trennuten durch Bilden der hinteren Elektrode auf den dritten Trennuten und der dritten photoelektrischen Umwandlungsschicht und anschließendes Strukturieren der hinteren Elektrode auf der dritten photoelektrischen Umwandlungsschicht umfasst und wobei die ersten Trennuten bis zu den vierten Trennuten an verschiedenen Stellen in den photoelektrischen Umwandlungsschichten sich zur Oberseite der zweiten transparenten Elektroden reichen.
Herstellungsverfahren nach Anspruch 11, wobei die ersten Trennuten bis zu den vierten Trennuten jeweils durch einen entsprechenden Laser-Ritzvorgang gebildet werden.
Dünnschicht-Solarzellenmodul, umfassend: – ein vorderes Substrat, – eine auf dem vorderen Substrat strukturierte transparente Elektrodenschicht, – photoelektrische Umwandlungsschichten, die auf der transparenten Elektrodenschicht vorgesehen sind und zumindest eine erste photoelektrische Umwandlungsschicht, eine zweite photoelektrische Umwandlungsschicht und eine dritte photoelektrische Umwandlungsschicht umfassen, – Trennuten, die vollständig durch die photoelektrischen Umwandlungsschichten durchgehend gebildet sind und bis zu einer Oberseite der transparenten Elektrodenschicht reichen, um die photoelektrischen Umwandlungsschichten zu unterteilen, und – eine hintere Elektrode, welche so auf der Oberseite der photoelektrischen Umwandlungsschichten vorgesehen ist, dass sie die Trennuten ausfüllt.
Dünnschicht-Solarzellenmodul nach Anspruch 13, wobei die photoelektrischen Umwandlungsschichten ferner eine zwischen der ersten photoelektrischen Umwandlungsschicht und der zweiten photoelektrischen Umwandlungsschicht vorgesehene erste Zwischenschicht oder/und eine zwischen der zweiten photoelektrischen Umwandlungsschicht und der dritte photoelektrischen Umwandlungsschicht vorgesehene zweite Zwischenschicht umfassen und wobei die erste Zwischenschicht und die zweite Zwischenschicht Siliziumoxid (SiO_x) umfassen.
Dünnschicht-Solarzellenmodul nach Anspruch 13, wobei die erste photoelektrische Umwandlungsschicht aus amorphem Silizium (a-Si) gebildet ist, die zweite photoelektrische Umwandlungsschicht aus amorphem Silizium-Germanium (a-Si:Ge) gebildet ist und die dritte photoelektrische Umwandlungsschicht aus mikrokristallinem Silizium (μc-Si) oder mikrokristallinem Silizium-Germanium (μc-Si:Ge) gebildet ist und wobei die erste Zwischenschicht aus amorphem Siliziumoxid gebildet ist und die zweite Zwischenschicht aus mit Germanium dotiertem amorphen Siliziumoxid gebildet ist.
Dünnschicht-Solarzellenmodul nach Anspruch 13, wobei die erste Zwischenschicht und die zweite Zwischenschicht mit Verunreinigungen dotiert sind.
Dünnschicht-Solarzellenmodul nach Anspruch 13, wobei die erste photoelektrische Umwandlungsschicht direkt die zweite photoelektrische Umwandlungsschicht berührt, und die zweite photoelektrische Umwandlungsschicht direkt die dritte photoelektrische Umwandlungsschicht berührt.
Dünnschicht-Solarzellenmodul nach Anspruch 13, wobei die erste photoelektrische Umwandlungsschicht amorphes Silizium (a-Si) umfasst, die zweite photoelektrische Umwandlungsschicht amorphes Silizium-Germanium (a-Si:Ge) umfasst und die dritte photoelektrische Umwandlungsschicht mikrokristallines Silizium (μc-Si) oder mikrokristallines Silizium-Germanium (μc-Si:Ge) umfasst.
Dünnschicht-Solarzellenmodul nach Anspruch 18, wobei die erste photoelektrische Umwandlungsschicht eine erste P-Typ-Halbleiterschicht aus amorphem Silizium (a-Si), eine erste intrinsische Halbleiterschicht und eine erste N-Typ-Halbleiterschicht umfasst, die zweite photoelektrische Umwandlungsschicht eine zweite P-Typ-Halbleiterschicht aus amorphem Silizium-Germanium (a-Si:Ge), eine zweite intrinsische Halbleiterschicht und eine zweite N-Typ-Halbleiterschicht umfasst und die dritte photoelektrische Umwandlungsschicht eine dritte P-Typ-Halbleiterschicht aus dem mikrokristallinen Silizium (μc-Si) oder dem mikrokristallinen Silizium-Germanium (μc-Si:Ge), eine dritte intrinsische Halbleiterschicht und eine dritte N-Typ-Halbleiterschicht umfasst.
Dünnschicht-Solarzellenmodul nach Anspruch 13, wobei ein Brechungsindex mindestens einer Schicht der ersten photoelektrischen Umwandlungsschicht größer ist als ein Brechungsindex mindestens einer Schicht der zweiten photoelektrischen Umwandlungsschicht.