DE102015121144A1

DE102015121144A1 - Dünnschichtsolarmodul und Verfahren zur Herstellung eines Dünnschichtsolarmoduls

Info

Publication number: DE102015121144A1
Application number: DE102015121144.0A
Authority: DE
Inventors: Stephan Marschall; Stélio Adalberto Gonçalves Dias Correia
Original assignee: SOLIBRO HI-TECH GmbH
Current assignee: Nice Solar Energy GmbH
Priority date: 2015-12-04
Filing date: 2015-12-04
Publication date: 2017-06-08
Anticipated expiration: 2035-12-05
Also published as: DE102015121144B4

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Dünnschichtsolarmodul, aufweisend ein Substrat (1) mit Substratkanten und einem entlang der Substratkanten umlaufenden Randabschnitt; eine Rückelektrodenschicht (2), die auf dem Substrat (1) angeordnet und durch eine Vielzahl an Rückelektrodenschicht-Trennrillen (21) in Rückelektrodenschichtstreifen geteilt ist, die sich entlang einer Erstreckungsrichtung (E) erstrecken; eine Aktivschicht (3), die auf der Rückelektrodenschicht (2) angeordnet und durch eine Vielzahl an Aktivschicht-Trennrillen (31) in Aktivschichtstreifen geteilt ist, die sich entlang der Erstreckungsrichtung (E) erstrecken; eine Frontelektrodenschicht (4), die auf der Aktivschicht (3) angeordnet und durch eine Vielzahl an Frontelektrodenschicht-Trennrillen (41) in Frontelektrodenschichtstreifen geteilt ist, die sich entlang der Erstreckungsrichtung (E) erstrecken; einen Randbereich (5), der sich senkrecht zu der Erstreckungsrichtung (E) entlang des Randabschnitts des Substrats erstreckt, in dem das Substrat (1) von der Rückelektrodenschicht (2), der Aktivschicht (3) und der Frontelektrodenschicht (4) unbedeckt ist; und einen Endbereich (6), der sich senkrecht zu der Erstreckungsrichtung (E) angrenzend zum Randbereich (5) erstreckt. In dem Endbereich (6) sind die Aktivschicht (3) auf dem Substrat (1) angrenzend zur Rückelektrodenschicht (2) und die Frontelektrodenschicht (4) auf dem Substrat (1) benachbart zur Aktivschichtschicht (3) angeordnet. Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Dünnschichtsolarmoduls.

Description

Die Erfindung betrifft ein Dünnschichtsolarmodul und ein Verfahren zur Herstellung eines Dünnschichtsolarmoduls. Im Unterschied zu Wafersolarmodulen, die üblicherweise Halbleiterwafer mit einer Dicke von etwa 120 μm bis 240 μm aufweisen, weisen Dünnschichtsolarmodule Dünnschichten mit einer Schichtdicke von Nanometern bis nur einigen Mikrometern auf. Das Dünnschichtsolarmodul weist ein Substrat mit Substratkanten und einem entlang der Substratkanten umlaufenden Randabschnitt auf. Auf dem Substrat ist ein Dünnschichtstapel angeordnet, der eine Rückelektrodenschicht, eine Aktivschicht und eine Frontelektrodenschicht aufweist. Die Rückelektrodenschicht ist auf dem Substrat angeordnet und durch eine Vielzahl an Rückelektrodenschicht-Trennrillen in Rückelektrodenschichtstreifen geteilt, die sich entlang einer Erstreckungsrichtung erstrecken. Die Rückelektrodenschicht-Trennrillen werden im Fachjargon auch als P1 scribes bezeichnet. Die Aktivschicht ist auf der Rückelektrodenschicht angeordnet und durch eine Vielzahl an Aktivschicht-Trennrillen, die auch als P2 scribes bezeichnet werden, in Aktivschichtstreifen geteilt, die sich entlang der Erstreckungsrichtung erstrecken. Die Frontelektrodenschicht ist auf der Aktivschicht angeordnet und durch eine Vielzahl an Frontelektrodenschicht-Trennrillen in Frontelektrodenschichtstreifen geteilt, die sich entlang der Erstreckungsrichtung erstrecken. Die Frontelektrodenschicht-Trennrillen werden auch als P3 scribes bezeichnet. Das Dünnschichtsolarmodul weist einen Randbereich auf, der sich senkrecht zu der Erstreckungsrichtung entlang des Randabschnitts des Substrats erstreckt und in dem das Substrat von der Rückelektrodenschicht, der Aktivschicht und der Frontelektrodenschicht unbedeckt ist.
Von der Substratkante ausgehend sind Dünnschichtsolarmodule im Bereich von wenigen Millimetern entschichtet. Diese so genannte Randentschichtung erfolgt üblicherweise nach dem P3 scribe. Dafür kommen zum Beispiel mechanische und/oder optische Verfahren zum Einsatz, mit denen im Randbereich die Dünnschichtpakete bis hinunter zum Substrat entfernt werden. Im Ergebnis bleibt eine Dünnschichtpaket-Kante als Grenze zum Randbereich stehen. Optische Verfahren nutzen üblicherweise Laserenergieabsorption. Abhängig von Laserpulsenergie und Laserpulslänge werden die zu entfernenden Dünnschichten explosionsartig verdampft und reißen dabei benachbarte Bereiche mit fort. Daher kann es an der Dünnschichtpaket-Kante passieren, dass sich resublimiertes Material oder Bruchstücke abgesprengter Schichten auf der Stirnfläche der Dünnschichtpaket-Kante ablagern. In beiden Fällen eröffnet dies Wege unerwünschter Kriechströme, die zwischen Front- und Rückelektrode der Dünnschichtsolarzelle fließen.
Daher ist eine elektrisch möglichst saubere Trennung bzw. Isolierung zwischen der Frontelektrodenschicht und der Rückelektrodenschicht in dem Randabschnitt notwendig.
Ferner weist das Solarmodul einen Endbereich auf, der sich senkrecht zu der Erstreckungsrichtung angrenzend zum Randbereich erstreckt
Der Ausdruck „angrenzend“ ist im Sinne der Erfindung so zu verstehen, dass die angrenzenden Schichten oder Strukturen ohne dazwischen liegendes Material in unmittelbarem Kontakt zueinander stehen. Der Ausdruck „benachbart“ ist im Sinne der Erfindung so zu verstehen, dass die benachbarten Schichten oder Strukturen beabstandet im Bereich eines Millimeters voneinander angeordnet sind oder unmittelbar aneinander angrenzend d.h. ohne dazwischen liegendes Material in unmittelbarem Kontakt zueinander angeordnet sind.
In dem Endbereich sind die Rückelektrodenschicht und die Frontelektrodenschicht voneinander elektrisch getrennt, um das Auftreten von Kriechströmen zu reduzieren oder zu eliminieren, da diese die Leistung des Dünnschichtsolarmoduls verringern. Dazu ist aus dem nicht druckschriftlich belegten Stand der Technik, eine Entschichtung mehrerer Schichten in dem Endbereich beschrieben. Diese wird über mechanische Prozesse oder mehrstufige Prozesse unter Verwendung eines Lasers ggf. in Kombination mit einem mechanischen Prozessschritt erzeugt. Es besteht weiterhin ein Bedarf an einem Dünnschichtsolarmodul, das einfach und kostengünstig herzustellen ist. Weiterhin besteht ein Bedarf an einem Dünnschichtsolarmodul mit einer verbesserten Leistung.
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Dünnschichtsolarmodul bereitzustellen, das eine gute elektrische Isolierung zwischen der Frontelektrodenschicht und der Rückelektrodenschicht aufweist. Ferner ist es eine Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zur Herstellung eines Dünnschichtsolarmoduls bereitzustellen, das einfach und kostengünstig ist.
Die Aufgaben werden durch ein Dünnschichtsolarmodul mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 und durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 9 gelöst.
Erfindungsgemäß ist in dem Dünnschichtsolarmodul vorgesehen, dass in dem Endbereich die Aktivschicht auf dem Substrat angrenzend zur Rückelektrodenschicht und die Frontelektrodenschicht auf dem Substrat benachbart zur Aktivschichtschicht angeordnet sind.
Dadurch wird eine einfachere elektrische Isolierung zwischen der Frontelektrodenschicht und der Rückelektrodenschicht ermöglicht. Dadurch wird das Auftreten von Kriechströmen insbesondere an der Dünnschichtpaket-Kante im Randabschnitt des Dünnschichtsolarmoduls reduziert oder verhindert, was zu einer verbesserten Leistung des Solarmoduls führt. Das Dünnschichtsolarmodul ist außerdem einfach und kostengünstig herstellbar.
Unter dem Ausdruck „Aktivschicht“ ist im Sinne der Erfindung eine photovoltaisch aktive Schicht zu verstehen, in der Elektronenakzeptoren und Elektronendonatoren auftreten. Die Aktivschicht ist ausgebildet, Licht in freie Ladungsträger umzuwandeln und wird auch als Absorberschicht bezeichnet.
Das Dünnschichtsolarmodul weist vorzugsweise eine Pufferschicht auf, die auf der Aktivschicht angeordnet ist und durch die Vielzahl an Aktivschicht-Trennrillen geteilt ist. Während die Aktivschicht-Trennrillen die Aktivschicht und die Pufferschicht, wenn vorhanden, nicht aber die Rückelektrodenschicht teilen, teilen die Frontelektroden-Trennrillen die Frontelektrodenschicht, die Aktivschicht und die Pufferschicht, wenn vorhanden, aber nicht die Rückelektrodenschicht.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist die Pufferschicht im Endbereich zwischen der Aktivschicht und der Frontelektrodenschicht derart angeordnet, dass sich die Pufferschicht im Endbereich von der Frontelektrodenschicht herunter bis auf das Substrat erstreckt. Eine derartige übergreifende Struktur kann beispielsweise durch das sukzessive Abscheiden der entsprechenden Dünnschichten mittels Masken erzeugen werden, die sukzessiv größere Öffnungen aufweisen.
In einer bevorzugten Ausführungsform weist das Dünnschichtsolarmodul eine nicht-leitende Barriereschicht auf, die als Diffusionsbarriere zwischen dem Substrat und der Rückelektrodenschicht wirkt. Das Substrat kann in dem Randbereich von der nicht-leitenden Barriereschicht bedeckt sein. In einer anderen Ausführungsvariante ist das Substrat in dem Randbereich von der nicht-leitenden Barriereschicht unbedeckt. Vorzugsweise ist die nicht-leitende Barriereschicht im Endbereich angeordnet, sie ist vorzugsweise zwischen dem Substrat und der Aktivschicht bzw. dem Substrat und der Frontelektrodenschicht und, wenn die sich im Endbereich von der Frontelektrodenschicht herunter bis auf das Substrat erstreckende Pufferschicht vorhanden ist, zwischen dem Substrat und der Pufferschicht daran angrenzend angeordnet.
Vorzugsweise weisen die Aktivschicht-Trennrillen in die Erstreckungsrichtung eine längere Länge als die Rückelektrodenschicht-Trennrillen auf und reichen in den Endbereich hinein. Dadurch kann das Auftreten parasitärer Ströme noch weiter reduziert oder vermieden werden. In einer anderen bevorzugten Ausführungsform weisen die Rückelektrodenschicht-Trennrillen in die Erstreckungsrichtung eine längere Länge als die Aktivschicht-Trennrillen auf und reichen in den Endbereich hinein. In einer bevorzugten Ausführungsform erstrecken sich die Frontelektrodenschicht-Trennrillen von einem Randbereich zu einem weiteren Randbereich an einer gegenüberliegenden Substratkante.
In einer bevorzugten Ausführungsform erstecken sich die Aktivschicht-Trennrillen, die Rückelektrodenschicht-Trennrillen und die Frontelektrodenschicht-Trennrillen in der Erstreckungsrichtung betrachtet von einem Endbereich zu einem weiteren Endbereich an einer gegenüberliegenden Substratkante. Unter der Formulierung, dass „sich die Aktivschicht-Trennrillen, die Rückelektrodenschicht-Trennrillen und die Frontelektrodenschicht-Trennrillen in der Erstreckungsrichtung betrachtet von einem Endbereich zu einem weiteren an einer gegenüberliegenden Substratkante verlaufenden Endbereich erstrecken“ ist zu verstehen, dass die Aktivschicht-Trennrillen sich mindestens von einem Endbereich zu einem weiteren an einer gegenüberliegenden Substratkante verlaufenden Endbereich erstrecken, d.h. sich auch von einem Randbereich zu einem weiteren an einer gegenüberliegenden Substratkante verlaufenden Randbereich erstrecken können. In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weisen die Aktivschicht-Trennrillen in Erstreckungsrichtung betrachtet die gleiche Länge wie die Rückelektrodenschicht-Trennrillen auf und/oder sie enden vorzugsweise jeweils im gleichen Abstand zur Substratkante.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist das Dünnschichtsolarmodul als Substrat-Modul ausgebildet, dessen Aktivschicht als CIS- oder CIGS-Schicht ausgebildet ist. Die Schichtdicke der Aktivschicht liegt vorzugsweise im Bereich von 1000 bis 3000 nm, bevorzugter 1500 bis 2500 nm, noch bevorzugter 1700 bis 2200 nm. Vorzugsweise weist das Substrat als Glasscheibe ausgebildet. Das Substrat weist vorzugsweise eine Dicke von 1,5 bis 4,0 mm, bevorzugter 2,5 bis 3,5 mm, noch bevorzugter 2,7 bis 3,2 mm auf. Das Material der Rückelektrodenschicht weist bevorzugt überwiegend Molybdän auf. Die Schichtdicke der Rückelektrodenschicht liegt vorzugsweise im Bereich von 100 bis 500 nm, bevorzugter 200 bis 400 nm, noch bevorzugter 250 bis 350 nm. Das Material der Frontelektrodenschicht weist vorzugsweise ein transparentes, elektrisches leitfähiges Oxid (TCO) beispielsweise Indiumzinnoxid, Fluorzinnoxid, Aluminiumzinkoxid und/oder Antimonzinkoxid auf. Die Schichtdicke der Frontelektrodenschicht liegt vorzugsweise im Bereich von 850 bis 1200 nm, bevorzugter 900 bis 1150 nm, noch bevorzugter 1000 bis 1100 nm. Die nicht-leitende Barriereschicht, wenn vorhanden, weist vorzugsweise SiN (Siliziumnitrid) und bevorzugt eine Schichtdicke im Bereich von 50 bis 200nm, bevorzugter 70 bis 150 nm, noch bevorzugter 100 bis 130 nm auf. Die Pufferschicht, wenn vorhanden, weist zum Beispiel Cadmiumsulfid (CdS) auf und hat bevorzugt eine Schichtdicke im Bereich von 10 bis 200 nm, bevorzugter 30 bis 150 nm, noch bevorzugter 50 bis 80 nm. Das Substrat weist vorzugsweise folgende Abmessungen als Kantenlängen auf: 1190 mm × 790 mm. Die Breite des Randabschnittes beträgt vorzugsweise 10 bis 25 mm und bevorzugter 12 bis 20 mm. Alternativ bevorzugt kann die Breite des Randabschnittes auch im Bereich 0,5 bis 10 mm und bevorzugter 1 bis 5 mm sein.
Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zur Herstellung eines Dünnschichtsolarmoduls, aufweisend die Schritte: Bereitstellen eines Substrats mit Substratkanten und einem entlang der Substratkanten umlaufenden Randabschnitt, wobei auf dem Substrat eine Rückelektrodenschicht angeordnet ist, die angrenzend oder überlappend mit dem Randabschnitt einen bis zum Substrat oder bis zu einer unmittelbar auf dem Substrat angeordneten nicht-leitenden Barriereschicht herunter reichenden Graben oder eine bis zum Substrat oder zu einer unmittelbar auf dem Substrat angeordneten nicht-leitenden Barriereschicht herunter reichende Stufe, die sich bis zur Substratkante erstreckt, aufweist, wobei auf der Rückelektrodenschicht eine Aktivschicht angeordnet ist, die den Graben oder die Stufe ausfüllt und im Graben oder in der Stufe an das Substrat oder an die unmittelbar auf dem Substrat angeordnete nicht-leitende Barriereschicht angrenzt und wobei auf der Aktivschicht eine Frontelektrodenschicht angeordnet ist, und Entfernen der Frontelektrodenschicht und der Aktivschicht in einem zur Substratkante hin orientierten Teilabschnitt des Grabens durch das Erzeugen einer elektrischen Isolierstruktur, der sich parallel zum Graben oder zur Stufe erstreckt.
Das Verfahren ist einfach und kostengünstig. Die Stufe kann beispielsweise durch maskierte Abscheidung der Rückelektrode erzeugt werden. Der Graben kann durch maskierte Abscheidung der Rückelektrode oder durch Entfernen eines Teils der Rückelektrodenschicht erzeugt werden.
In einer bevorzugten Ausführungsform beseitigt der Arbeitsschritt des Entfernens die Schichten in einem einzigen Laserbearbeitungsschritt bis zur Substratkante hin. Dadurch bleibt das Verfahren einfach und kostengünstig realisierbar.
Vorzugsweise ist die Isolierstruktur als Isoliergraben ausgebildet, der in einem mechanischen Arbeitsschritt hergestellt wird. Dadurch kann vermieden werden, dass die Substratkante bei einem Laserprozess mittels des Lasers beschädigt werden kann. Der Nachteil bei einem Laserprozess ist, dass der Laser die Frontelektrodenschicht im Randbereich mit dem Halbleiter verschmelzen und dadurch einen Shunt über den dann leitfähigen Halbleiter erzeugen kann. Der mechanische Arbeitsschritt kann beispielsweise mittels Sandstrahlen oder mittels eines mechanischen Abtragens unter Verwendung einer Kratzklinge realisiert werden. Vorzugsweise werden die Reste der Rückelektrodenschicht, der Aktivschicht und der Frontelektrodenschicht zwischen dem Isoliergraben und der Substratkante in einem weiteren Laserbearbeitungsschritt entfernt.
Vorzugsweise umfasst das bereitgestellte Substrat mit den darauf angeordneten Dünnschichten monolithisch miteinander verschaltete Dünnschichtsolarzellen, die sich entlang einer Erstreckungsrichtung erstrecken, wobei der Graben senkrecht zur Erstreckungsrichtung orientiert ist.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Figuren erläutert. Hierbei zeigen:
1a schematisch eine Teil-Querschnittsansicht eines Dünnschichtsolarmoduls gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung;
1b schematisch eine Teil-Draufsicht auf das in 1a gezeigte Dünnschichtsolarmodul;
2a schematisch eine Teil-Querschnittsansicht eines Dünnschichtsolarmoduls gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung;
2b schematisch eine Teil-Draufsicht auf das in 2a gezeigte Dünnschichtsolarmodul;
3a schematisch eine Teil-Querschnittsansicht eines Dünnschichtsolarmoduls gemäß einer dritten Ausführungsform der Erfindung;
3b schematisch eine Teil-Draufsicht auf das in 3a gezeigte Dünnschichtsolarmodul;
4a schematisch eine Teil-Querschnittsansicht eines Dünnschichtsolarmoduls gemäß einer vierten Ausführungsform der Erfindung;
4b schematisch eine Teil-Draufsicht auf das in 4a gezeigte Dünnschichtsolarmodul;
5a schematisch eine Teil-Querschnittsansicht eines Dünnschichtsolarmoduls gemäß einer fünften Ausführungsform;
5b schematisch eine Teil-Draufsicht auf das in 5a gezeigte Dünnschichtsolarmodul; und
6a bis 6c schematisch ein Verfahren zur Herstellung des in 5a gezeigten Dünnschichtsolarmoduls.
1a zeigt schematisch und nicht maßstabsgerecht eine Teil-Querschnittsansicht eines Dünnschichtsolarmoduls gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung. Das Dünnschichtsolarmodul weist ein Substrat 1 auf, auf dem ein Schichtstapel mit den nachfolgend beschriebenen Schichten angeordnet ist. Auf dem Substrat 1 ist eine Rückelektrodenschicht 2 angeordnet. Eine Aktivschicht 3 ist auf der Rückelektrodenschicht 2 angeordnet. Auf der Aktivschicht 3 ist eine Pufferschicht 8 angeordnet. Weiterhin ist eine Frontelektrodenschicht 4 auf der Pufferschicht 8 angeordnet. Das Dünnschichtsolarmodul weist den vorstehend beschriebenen Schichtstapel und einen entlang der Substratkanten (nicht gezeigt) umlaufenden Randabschnitt (nicht gezeigt) auf. Weiterhin weist das Dünnschichtsolarmodul einen Randbereich 5 auf, in dem das Substrat 1 von der Rückelektrodenschicht 2, der Aktivschicht 3, der Pufferschicht 8 und der Frontelektrodenschicht 4 unbedeckt ist. Der Randbereich 5 erstreckt sich senkrecht zu einer Erstreckungsrichtung E entlang des Randabschnitts des Substrats. Entlang der Erstreckungsrichtung E werden die Dünnschichten mit so genannten P1-, P2- und P3-Scribes strukturiert. In diesem Randbereich 5 ist die Randentschichtung des Dünnschichtsolarmoduls nach der Abscheidung und Strukturierung der Dünnschichten optisch und/oder mechanisch vorgenommen worden.
Angrenzend zu dem Randbereich 5 erstreckt sich weiterhin ein Endbereich 6 ebenfalls senkrecht zu der Erstreckungsrichtung E. In dem Endbereich 6 sind die Aktivschicht 3 auf dem Substrat 1 angrenzend zur Rückelektrodenschicht 2 und die Frontelektrodenschicht 4 auf dem Substrat 1 benachbart zur Aktivschichtschicht 3 angeordnet. Dadurch wird eine zusätzliche elektrische Isolierungsfunktion gegenüber Kriechströmen geschaffen, die über die Dünnschichtpaket-Kante zwischen Frontelektrode 4 und Rückelektrode 2 fließen. Die Pufferschicht 8 ist im Endbereich 6 zwischen der Aktivschicht 3 und der Frontelektrodenschicht 4 derart angeordnet, dass sich die Pufferschicht 8 im Endbereich 6 von der Frontelektrodenschicht 4 herunter bis auf das Substrat 1 erstreckt.
1b zeigt schematisch eine Teil-Draufsicht auf das in 1a gezeigte Dünnschichtsolarmodul. Die Rückelektrodenschicht (nicht gezeigt) ist durch eine Vielzahl an Rückelektrodenschicht-Trennrillen 21, von denen eine gestrichelt gezeigt ist, da sie in der Draufsicht auf das Dünnschichtsolarmodul eigentlich nicht sichtbar ist, in Rückelektrodenschichtstreifen (nicht gezeigt) geteilt, die sich entlang der Erstreckungsrichtung E erstrecken. Weiterhin ist die Aktivschicht (nicht gezeigt) durch eine Vielzahl an Aktivschicht-Trennrillen 31, von denen eine gestrichelt gezeigt ist, weil sie in der Draufsicht auf das Dünnschichtsolarmodul eigentlich nicht sichtbar ist, in Aktivschichtstreifen (nicht gezeigt) geteilt, die sich entlang der Erstreckungsrichtung E erstrecken. Ferner ist die Frontelektrodenschicht (nicht gezeigt) durch eine Vielzahl an Frontelektrodenschicht-Trennrillen 41, von denen eine gezeigt ist, in Frontelektrodenschichtstreifen (nicht gezeigt) geteilt, die sich entlang der Erstreckungsrichtung E erstrecken. Die Aktivschicht-Trennrillen 31 und die Rückelektrodenschicht-Trennrillen 21 weisen in Erstreckungsrichtung E betrachtet die gleiche Länge auf. Sie erstrecken sich in der Erstreckungsrichtung E betrachtet von einem Endbereich 6 zu einem weiteren an einer gegenüberliegenden Substratkante verlaufenden Endbereich (nicht gezeigt). Die Frontelektrodenschicht-Trennrillen 41 weisen in Erstreckungsrichtung E betrachtet eine längere Länge als die Aktivschicht-Trennrillen 31 und die Rückelektrodenschicht-Trennrillen 21 auf. Die Frontelektrodenschicht-Trennrillen 41 ragen in den Endbereich 6 hinein und erstrecken sich in der Erstreckungsrichtung E betrachtet von einem Randbereich 5 zu einem weiteren an einer gegenüberliegenden Substratkante verlaufenden Randbereich (nicht gezeigt).
2a zeigt schematisch eine Teil-Querschnittsansicht eines Dünnschichtsolarmoduls gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung, während 2b schematisch eine Teil-Draufsicht auf das in 2a gezeigte Dünnschichtsolarmodul zeigt. Das in 2a gezeigte Dünnschichtsolarmodul entspricht dem in 1a gezeigten Dünnschichtsolarmodul, während das in 2b gezeigte Dünnschichtsolarmodul dem in 1b gezeigten Dünnschichtsolarmodul entspricht mit dem Unterschied, dass die Aktivschicht-Trennrillen 31 in Erstreckungsrichtung E betrachtet eine längere Länge als die Rückelektrodenschicht-Trennrillen 21 aufweisen. Die Aktivschicht-Trennrillen 31 ragen in den Endbereich 6 hinein. Dadurch wird ein zusätzlicher elektrischer Isolationseffekt zwischen der Potentialdifferenz von Frontelektrodenschicht 4 und Rückelektrodenschicht 2 hergestellt. In dem Randbereich 5 ist das Substrat (nicht gezeigt) in Draufsicht sichtbar.
3a zeigt schematisch eine Teil-Querschnittsansicht eines Dünnschichtsolarmoduls gemäß einer dritten Ausführungsform der Erfindung, und 3b zeigt schematisch eine Teil-Draufsicht auf das in 3a gezeigte Dünnschichtsolarmodul. Das in 3a gezeigte Dünnschichtsolarmodul entspricht dem in 1a gezeigten Dünnschichtsolarmodul mit dem Unterschied, dass eine nicht-leitende Barriereschicht 9 auf dem Substrat 1 angeordnet ist. Die nicht-leitende Barriereschicht 9 ist zwischen dem Substrat 1 und der Rückelektrodenschicht 2 angeordnet und erstreckt sich in den Endbereich 6 und in dem Randbereich 5, sodass sie das Substrat 5 in dem Randbereich 5 bedeckt. Das in 3b gezeigte Dünnschichtsolarmodul entspricht dem in 1b gezeigten Dünnschichtsolarmodul mit dem Unterschied, dass in dem Randbereich 5 die nicht-leitende Barriereschicht (nicht gezeigt) anstelle des Substrats (nicht gezeigt) sichtbar ist. Die zu der ersten Ausführungsform gemachten Ausführungen gelten für die dritte Ausführungsform entsprechend.
4a zeigt schematisch eine Teil-Querschnittsansicht eines Dünnschichtsolarmoduls gemäß einer vierten Ausführungsform der Erfindung, und 4b zeigt schematisch eine Teil-Draufsicht auf das in 4a gezeigte Dünnschichtsolarmodul. Das in 4a gezeigte Dünnschichtsolarmodul entspricht dem in 3a gezeigten Dünnschichtsolarmodul mit dem Unterschied, dass die nicht-leitende Barriereschicht 9 das Substrat 1 im Randbereich 5 nicht bedeckt, während das in 4b gezeigte Dünnschichtsolarmodul dem in 3b gezeigten Dünnschichtsolarmodul entspricht mit dem Unterschied, dass in dem Randbereich 5 das Substrat (nicht gezeigt) anstelle der nicht-leitenden Barriereschicht (nicht gezeigt) sichtbar ist.
5a zeigt schematisch eine Teil-Querschnittsansicht eines Dünnschichtsolarmoduls gemäß einer fünften Ausführungsform, und 5b zeigt schematisch eine Teil-Draufsicht auf das in 5a gezeigte Dünnschichtsolarmodul. Das in 5a gezeigte Dünnschichtsolarmodul entspricht dem in 1a gezeigten Dünnschichtsolarmodul mit dem Unterschied, dass im Endbereich 6 nur die Aktivschicht 3 derart angeordnet ist, dass sie sich im Endbereich 6 von der Pufferschicht 8 bzw. Frontelektrodenschicht 4 herunter bis auf das Substrat 1 erstreckt. Die Pufferschicht 8 und die Frontelektrodenschicht 4 sind im Endbereich 6 nicht derart angeordnet, dass sie sich im Endbereich 6 bis auf das Substrat 1 herunter erstrecken; vielmehr ist die Pufferschicht 8 ausschließlich auf der Aktivschicht 3 und die Frontelektrodenschicht 4 ausschließlich auf der Pufferschicht 8 angeordnet. Das in 5b gezeigte Dünnschichtsolarmodul entspricht dem in 1b gezeigten Dünnschichtsolarmodul mit dem Unterschied, dass im Endbereich 6 ausschließlich die Aktivschicht an das Substrat angrenzt.
6a bis 6c zeigen schematisch ein Verfahren zur Herstellung des in 5a gezeigten Dünnschichtsolarmoduls. In 6a wird ein Substrat 1 mit Substratkanten (nicht gezeigt) und einem entlang der Substratkanten umlaufenden Randabschnitt 10 bereitgestellt. Auf dem Substrat 1 ist eine Rückelektrodenschicht 2 angeordnet, die überlappend mit dem Randabschnitt 10 einen bis zum Substrat 1 herunter reichenden Graben 22 oder eine Stufe 220 aufweist, die angrenzend zu einem nicht gezeigten Randabschnitt ist. Auf der Rückelektrodenschicht 2 ist eine Aktivschicht 3 angeordnet, die den Graben 22 oder die Stufe 220 ausfüllt und im Graben 22 oder in der Stufe 220 an das Substrat 1 angrenzt. Auf der Aktivschicht 3 ist eine Pufferschicht 8 angeordnet, auf der eine Frontelektrodenschicht 4 angeordnet ist. In 6b ist ein Dünnschichtsolarmodul gezeigt, bei dem die Frontelektrodenschicht 4 und die Aktivschicht 3 in einem zur Substratkante hin orientierten Teilabschnitt 221 des Grabens 22 durch das Erzeugen einer elektrischen Isolierstruktur 7 entfernt wurden, die sich parallel zum Graben 22 oder zur Stufe 220 erstreckt. Die Isolierstruktur 7 ist als Isoliergraben ausgebildet, der in einem mechanischen Arbeitsschritt hergestellt wurde. In 6c ist ein Dünnschichtsolarmodul gezeigt, bei dem die Reste der Rückelektrodenschicht 2, der Aktivschicht 3 und der Frontelektrodenschicht 4 zwischen der Isolierstruktur 7 und der Substratkante in einem weiteren Laserbearbeitungsschritt entfernt wurden. Das in 6c gezeigte Dünnschichtsolarmodul entspricht dem in 5a gezeigtem Dünnschichtsolarmodul, wobei der Randabschnitt 10 dem Randbereich 5 entspricht.
Bezugszeichenliste

E: Erstreckungsrichtung
1: Substrat
2: Rückelektrodenschicht
21: Rückelektrodenschicht-Trennrille
22: Graben
220: Stufe
221: Teilabschnitt
3: Aktivschicht
31: Aktivschicht-Trennrille
4: Frontelektrodenschicht
41: Frontelektrodenschicht-Trennrille
5: Randbereich
51: Teilabschnitt
6: Endbereich
7: Isolierstruktur
8: Pufferschicht
9: nicht-leitende Barriereschicht
10: Randabschnitt

Claims

Dünnschichtsolarmodul, aufweisend – ein Substrat (1) mit Substratkanten und einem entlang der Substratkanten umlaufenden Randabschnitt; – eine Rückelektrodenschicht (2), die auf dem Substrat (1) angeordnet und durch eine Vielzahl an Rückelektrodenschicht-Trennrillen (21) in Rückelektrodenschichtstreifen geteilt ist, die sich entlang einer Erstreckungsrichtung (E) erstrecken; – eine Aktivschicht (3), die auf der Rückelektrodenschicht (2) angeordnet und durch eine Vielzahl an Aktivschicht-Trennrillen (31) in Aktivschichtstreifen geteilt ist, die sich entlang der Erstreckungsrichtung (E) erstrecken; – eine Frontelektrodenschicht (4), die auf der Aktivschicht (3) angeordnet und durch eine Vielzahl an Frontelektrodenschicht-Trennrillen (41) in Frontelektrodenschichtstreifen geteilt ist, die sich entlang der Erstreckungsrichtung (E) erstrecken; – einen Randbereich (5), der sich senkrecht zu der Erstreckungsrichtung (E) entlang des Randabschnitts des Substrats erstreckt, in dem das Substrat (1) von der Rückelektrodenschicht (2), der Aktivschicht (3) und der Frontelektrodenschicht (4) unbedeckt ist; und – einen Endbereich (6), der sich senkrecht zu der Erstreckungsrichtung (E) angrenzend zum Randbereich (5) erstreckt; dadurch gekennzeichnet, dass in dem Endbereich (6) die Aktivschicht (3) auf dem Substrat (1) angrenzend zur Rückelektrodenschicht (2) und die Frontelektrodenschicht (4) auf dem Substrat (1) benachbart zur Aktivschichtschicht (3) angeordnet ist.
Dünnschichtsolarmodul nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Pufferschicht (8), die auf der Aktivschicht (3) angeordnet ist und durch die Vielzahl an Aktivschicht-Trennrillen (31) geteilt ist.
Dünnschichtsolarmodul nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Pufferschicht (8) im Endbereich (6) zwischen der Aktivschicht (3) und der Frontelektrodenschicht (4) derart angeordnet ist, dass sich die Pufferschicht (8) im Endbereich (6) von der Frontelektrodenschicht (4) herunter bis auf das Substrat (1) erstreckt.
Dünnschichtsolarmodul nach einem der vorangehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine nicht-leitende Barriereschicht (9), die auf dem Substrat (1) angeordnet ist und durch eine Vielzahl an Rückelektrodenschicht-Trennrillen (31) geteilt ist.
Dünnschichtsolarmodul nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Substrat (1) in dem Randbereich (5) von der nicht-leitenden Barriereschicht (9) unbedeckt ist.
Dünnschichtsolarmodul nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Aktivschicht-Trennrillen (31) in die Erstreckungsrichtung (E) eine längere Länge als die Rückelektrodenschicht-Trennrillen (21) aufweisen und in den Endbereich (6) hineinreichen.
Dünnschichtsolarmodul nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Rückelektrodenschicht-Trennrillen (21) in die Erstreckungsrichtung (E) eine längere Länge als die Aktivschicht-Trennrillen (31) aufweisen und in den Endbereich (6) hineinreichen.
Dünnschichtsolarmodul nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Aktivschicht-Trennrillen (31), die Rückelektrodenschicht-Trennrillen (21) und die Frontelektrodenschicht-Trennrillen (41) in der Erstreckungsrichtung (E) betrachtet von einem Endbereich (6) zu einem weiteren Endbereich (6) an einer gegenüberliegenden Substratkante erstrecken.
Verfahren zur Herstellung eines Dünnschichtsolarmoduls, aufweisend die Schritte: – Bereitstellen eines Substrats (1) mit Substratkanten und einem entlang der Substratkanten umlaufenden Randabschnitt (10), wobei auf dem Substrat (1) eine Rückelektrodenschicht (2) angeordnet ist, die angrenzend oder überlappend mit dem Randabschnitt (10) einen bis zum Substrat (1) oder bis zu einer unmittelbar auf dem Substrat angeordneten nicht-leitenden Barriereschicht (9) herunter reichenden Graben (22) oder eine bis zum Substrat (1) oder zu einer unmittelbar auf dem Substrat angeordneten nicht-leitenden Barriereschicht (9) herunter reichende Stufe (220), die sich bis zur Substratkante erstreckt, aufweist, wobei auf der Rückelektrodenschicht (2) eine Aktivschicht (3) angeordnet ist, die den Graben (22) oder die Stufe (220) ausfüllt und im Graben (22) oder in der Stufe (220) an das Substrat (1) oder an die unmittelbar auf dem Substrat angeordnete nicht-leitende Barriereschicht (9) angrenzt und wobei auf der Aktivschicht (3) eine Frontelektrodenschicht (4) angeordnet ist, – Entfernen der Frontelektrodenschicht (4) und der Aktivschicht (3) in einem zur Substratkante hin orientierten Teilabschnitt (221) des Grabens (22) durch das Erzeugen einer elektrischen Isolierstruktur (7), der sich parallel zum Graben (22) oder zur Stufe (220) erstreckt.
Verfahren gemäß Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Arbeitsschritt des Entfernens die Schichten in einem einzigen Laserbearbeitungsschritt bis zur Substratkante hin beseitigt.
Verfahren gemäß Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Isolierstruktur (7) als Isoliergraben ausgebildet ist, der in einem mechanischen Arbeitsschritt hergestellt wird.
Verfahren gemäß Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Reste der Rückelektrodenschicht (2), der Aktivschicht (3) und der Frontelektrodenschicht (4) zwischen dem Isoliergraben (7) und der Substratkante in einem weiteren Laserbearbeitungsschritt entfernt werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass das bereitgestellte Substrat (1) mit den darauf angeordneten Dünnschichten monolithisch miteinander verschaltete Dünnschichtsolarzellen umfasst, die sich entlang einer Erstreckungsrichtung (E) erstrecken, wobei der Graben (22) senkrecht zur Erstreckungsrichtung (E) orientiert ist.