DE102016216378A1 - Thin-film solar module with light emission channels - Google Patents
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Abstract
Die vorliegende Erfindung betrifft ein photovoltaisches Dünnschichtsolarmodul, enthaltend eine Substratschicht, eine Rückelektrodenschicht, eine Halbleiterabsorberschicht, eine transparente oder semitransparente Frontelektrodenschicht, ferner umfassend voneinander beabstandete mit einem Isolatormaterial befüllte erste Strukturierungstrenngräben, welche benachbarte Solarzellen definieren, wobei die ersten Strukturierungstrenngräben sich von der Substratschicht in Richtung der Frontelektrodenschicht erstrecken, und eine leitfähige Brücke über den bzw. die ersten Strukturierungstrenngräben, welche sich aus Richtung der Rückelektrodenschicht bis zu der Frontelektrodenschicht erstreckt, wobei die leitfähige Brücke aus leitfähigem Material besteht oder dieses umfasst und wobei das Isolatormaterial in den ersten Strukturierungstrenngräben oder das leitfähige Material der leitfähigen Brücke transparent oder semitransparent sind und Lichtemissionskanäle ausbilden. Ferner betrifft die Erfindung eine Beleuchtungseinrichtung umfassend ein erfindungsgemäßes Dünnschichtsolarmodul. Außerdem betrifft die Erfindung eine Fassade mit einem erfindungsgemäßen Dünnschichtsolarmodul oder mit einer erfindungsgemäßen Beleuchtungseinrichtung sowie die Verwendung des erfindungsgemäßen Dünnschichtsolarmoduls für Beleuchtungseinrichtungen zur Fassadenbeleuchtung. Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Energiegewinnung oder Beleuchtung mit einem erfindungsgemäßen Dünnschichtsolarmodul sowie ein Verfahren zur Herstellung eines erfindungsgemäßen Dünnschichtsolarmoduls.The present invention relates to a photovoltaic thin film solar module comprising a substrate layer, a back electrode layer, a semiconductor absorber layer, a transparent or semi-transparent front electrode layer, further comprising spaced first insulating trellis filled with an insulator material defining adjacent solar cells, the first trimming trenches extending from the substrate layer in the direction the front electrode layer and a conductive bridge across the first pattern trench (s) extending from the direction of the back electrode layer to the front electrode layer, wherein the conductive bridge is or comprises conductive material and wherein the insulator material is in the first pattern trenches or the conductive pattern Material of the conductive bridge are transparent or semi-transparent and form light emission channels. Furthermore, the invention relates to a lighting device comprising a thin-film solar module according to the invention. Moreover, the invention relates to a facade with a thin-film solar module according to the invention or with a lighting device according to the invention and the use of the thin-film solar module according to the invention for lighting devices for facade lighting. Furthermore, the invention relates to a method for energy production or illumination with a thin-film solar module according to the invention and to a method for producing a thin-film solar module according to the invention.
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Dünnschichtsolarmodul mit Lichtemissionskanälen. Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zur Energiegewinnung sowie ein Verfahren zur Herstellung des Dünnschichtsolarmoduls. Auch betrifft die Erfindung eine Beleuchtungsfläche und eine Fassade mit dem Dünnschichtsolarmodul.The present invention relates to a thin film solar module having light emission channels. The invention further relates to a method for energy production and to a method for producing the thin-film solar module. The invention also relates to a lighting surface and a facade with the thin-film solar module.
Dünnschichtsolarmodule sind seit langem bekannt und im Handel erhältlich. Hierbei wird meist ein Glassubstrat verwendet, auf welchem eine Molybdänrückelektrodenschicht aufliegt. Diese wird üblicherweise in geeignete CISoder CIGS-Systeme umgewandelt.Thin film solar modules have long been known and commercially available. In this case, usually a glass substrate is used, on which rests a molybdenum back electrode layer. This is usually converted into suitable CIS or CIGS systems.
Die Effizienz der Dünnschichtsolarmodule hängt oftmals von der Reinheit der bei den verwendeten Schichten eingesetzten Materialien ab. Diese wird insbesondere durch die interne Diffusion von Komponenten, Dotierstoffen oder Verunreinigungen beeinträchtigt. Insbesondere das Substrat und die Halbleiterabsorberschicht können Dotierstoffe oder Verunreinigungen enthalten. Beispielsweise können Dotierstoffe der Halbleiterschicht in die Rückelektrodenschicht diffundieren und so die Effizienz erniedrigen.The efficiency of the thin-film solar modules often depends on the purity of the materials used in the layers used. This is particularly affected by the internal diffusion of components, dopants or impurities. In particular, the substrate and the semiconductor absorber layer may contain dopants or impurities. For example, dopants of the semiconductor layer may diffuse into the back electrode layer, thus lowering the efficiency.
Auch sind Solarzellen bekannt, welche als Ganzes transparent sind. Hierbei kann es sich um eine Solarzellenfolie handeln, welche auf ein herkömmliches Display gelegt werden kann, ohne die Darstellung des herkömmlichen Displays wesentlich zu beeinträchtigen. Ein Nachteil der in diesem Zusammenhang bekannten Lösungen ist der sehr niedrige Wirkungsgrad solcher Solarzellen. Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, die Nachteile des Stands der Technik zu überwinden und insbesondere ein integriertes Beleuchtungssystem bereitzustellen, welches gleichzeitig der Energiegewinnung dient. Insbesondere ist es die Aufgabe, ein System bereitzustellen, welches sich dadurch auszeichnet, dass das Verhältnis von Energieerzeugung zum Energieverbrauch besser ist als bei herkömmlichen Lösungen. Ferner ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein System bereitzustellen, welches Licht fokussiert. Insbesondere ist es eine Aufgabe, ein System bereitzustellen, welches sich kostengünstig herstellen lässt und strukturell vergleichsweise einfach aufgebaut sein kann.Also, solar cells are known which are transparent as a whole. This may be a solar cell sheet, which can be placed on a conventional display, without significantly affecting the appearance of the conventional display. A disadvantage of the solutions known in this context is the very low efficiency of such solar cells. The object of the present invention is to overcome the disadvantages of the prior art and, in particular, to provide an integrated lighting system which simultaneously serves to generate energy. In particular, it is the object to provide a system which is characterized in that the ratio of energy production to energy consumption is better than in conventional solutions. Further, it is an object of the present invention to provide a system which focuses light. In particular, it is an object to provide a system that can be produced inexpensively and structurally relatively simple.
Gelöst wird die Aufgabe durch ein photovoltaisches Dünnschichtsolarmodul, enthaltend mindestens eine Substratschicht, mindestens eine Rückelektrodenschicht, mindestens eine Halbleiterabsorberschicht, mindestens eine transparente oder semitransparente Frontelektrodenschicht, ferner umfassend voneinander beabstandete mit mindestens einem Isolatormaterial befüllte erste Strukturierungstrenngräben, welche benachbarte Solarzellen definieren, wobei die ersten Strukturierungstrenngräben sich von der Substratschicht oder einer zweiten Barriereschicht in Richtung der Frontelektrodenschicht erstrecken, und mindestens eine leitfähige Brücke über den bzw. die ersten Strukturierungstrenngräben, welche sich aus Richtung der Rückelektrodenschicht bis zu der Frontelektrodenschicht erstreckt, wobei die leitfähige Brücke aus leitfähigem Material besteht oder dieses umfasst, wobei das Isolatormaterial in den ersten Strukturierungstrenngräben und/oder das leitfähige Material der leitfähigen Brücke und gegebenenfalls die Substratschicht oder Abschnitte hiervon Lichtemissionskanäle ausbilden oder Bestandteil hiervon sind. Hierbei wird der erste Strukturierungstrenngraben zweckmäßigerweise vor der Ausformung der Frontelektrodenschicht gebildet.The object is achieved by a photovoltaic thin-film solar module comprising at least one substrate layer, at least one back electrode layer, at least one semiconductor absorber layer, at least one transparent or semitransparent front electrode layer, further comprising spaced first filled with at least one insulator material first Patterning trenches defining adjacent solar cells, the first pattern trenches extending from the substrate layer or a second barrier layer toward the front electrode layer, and at least one conductive bridge across the first pattern trenches extending from the direction of the back electrode layer to the front electrode layer; wherein the conductive bridge is or comprises conductive material, wherein the insulator material in the first pattern trenches and / or the conductive material of the conductive bridge, and optionally the substrate layer or portions thereof, form or are part of light emitting channels. In this case, the first patterning trench is expediently formed prior to the formation of the front electrode layer.
Auch wird die Aufgabe gelöst durch ein photovoltaisches Dünnschichtsolarmodul, enthaltend, insbesondere in dieser Reihenfolge, vorzugsweise mindestens eine an der Substratschicht unmittelbar anliegende leitfähige erste Barriereschicht, insbesondere transparente oder semitransparente erste Barriereschicht, mindestens eine Substratschicht, vorzugsweise mindestens eine zwischen der Substratschicht und Rückelektrodenschicht liegende leitfähige zweite Barriereschicht, insbesondere transparente oder semitransparente zweite Barriereschicht, mindestens eine, insbesondere an einer Barriereschicht und/oder der Substratschicht anliegende, Rückelektrodenschicht, insbesondere eine Bulk-Rückelektrodenschicht, vorzugsweise mindestens eine an der Rückelektrodenschicht unmittelbar anliegende leitfähige dritte Barriereschicht, vorzugsweise mindestens eine, insbesondere an der dritten Barriereschicht unmittelbar anliegende, Kontaktschicht, insbesondere Ohm’sche Kontaktschicht, mindestens eine, insbesondere an der Kontaktschicht oder Rückelektrodenschicht unmittelbar anliegende, Halbleiterabsorberschicht, insbesondere Chalkopyrit- oder Kesterit-Halbleiterabsorberschicht, vorzugsweise mindestens eine, insbesondere an der Halbleiterabsorberschicht unmittelbar anliegende, erste Pufferschicht, enthaltend oder im Wesentlichen aus CdS oder einer CdS-freien Schicht, insbesondere enthaltend oder im Wesentlichen aus Zn(S, OH) oder In2S3, vorzugsweise mindestens eine, insbesondere an der Halbleiterabsorberschicht oder der ersten Pufferschicht unmittelbar anliegende, zweite Pufferschicht, enthaltend und im Wesentlichen aus intrinsischem Zinkoxid und/oder hochohmigem Zinkoxid, mindestens eine, insbesondere an der Halbleiterabsorberschicht, der ersten Pufferschicht und/oder der zweiten Pufferschicht unmittelbar anliegende, transparente oder semitransparente Frontelektrodenschicht, insbesondere enthaltend oder im Wesentlichen aus n-dotiertem Zinkoxid, ferner umfassend voneinander beabstandete mit mindestens einem Isolatormaterial befüllte erste Strukturierungstrenngräben, welche benachbarte Solarzellen definieren, wobei die ersten Strukturierungstrenngräben sich von der Substratschicht oder der zweiten Barriereschicht in Richtung der Frontelektrodenschicht erstrecken, und mindestens eine leitfähige Brücke über dem oder den ersten Strukturierungstrenngräben, welche sich aus Richtung der Rückelektrodenschicht bis zu der Frontelektrodenschicht erstreckt, wobei die leitfähige Brücke aus leitfähigem Material besteht oder dieses umfasst, wobei das Isolatormaterial und/oder das leitfähige Material, insbesondere sowohl das Isolatormaterial als auch das leitfähige Material, und gegebenenfalls die Substratschicht oder Abschnitte hiervon sowie gegebenenfalls die zweite Barriereschicht transparent oder semitransparent sind und Lichtemissionskanäle, insbesondere durch die ersten Strukturierungstrenngräben hindurch, ausbilden oder Bestandteil hiervon sind.The object is also achieved by a photovoltaic thin-film solar module comprising, preferably in this order, preferably at least one conductive first barrier layer immediately adjacent to the substrate layer, in particular transparent or semitransparent first barrier layer, at least one substrate layer, preferably at least one conductive layer located between the substrate layer and back electrode layer Second barrier layer, in particular transparent or semitransparent second barrier layer, at least one, in particular at a barrier layer and / or the substrate layer adjacent, back electrode layer, in particular a bulk back electrode layer, preferably at least one on the back electrode layer directly adjacent conductive third barrier layer, preferably at least one, in particular the third barrier layer directly adjacent, contact layer, in particular ohmic contact layer, at least one, i nsbesondere directly to the contact layer or back electrode layer directly adjacent, semiconductor absorber layer, in particular chalcopyrite or kesterite semiconductor absorber layer, preferably at least one, in particular directly adjacent to the semiconductor absorber layer, first buffer layer containing or substantially of CdS or a CdS-free layer, in particular containing or im Substantially of Zn (S, OH) or In 2 S 3 , preferably at least one, in particular on the semiconductor absorber layer or the first buffer layer immediately adjacent, second buffer layer containing and consisting essentially of intrinsic zinc oxide and / or high-resistance zinc oxide, at least one, in particular the semiconductor absorber layer, the first buffer layer and / or the second buffer layer directly adjacent, transparent or semi-transparent front electrode layer, in particular containing or substantially of n-doped zinc oxide, further comprising beabs tanded first patterning trenches filled with at least one insulator material defining adjacent solar cells, the first patterning trenches extending from the substrate layer or the second barrier layer toward the front electrode layer, and at least one conductive bridge over the first or the first pattern trenches extending from the direction of the back electrode layer extends to the front electrode layer, wherein the conductive bridge consists of or comprises conductive material, wherein the insulator material and / or the conductive material, in particular both the insulator material and the conductive material, and optionally the substrate layer or portions thereof and optionally the second barrier layer are transparent or semitransparent and form or are part of light emission channels, in particular through the first structuring trenches.
Es hat sich überraschenderweise gezeigt, dass Dünnschichtsolarmodule so modifiziert werden können, dass ein hoher Wirkungsgrad und gleichzeitig Lichtemissionskanäle bereitgestellt werden können. Besagte Lichtemissionskanäle ermöglichen es, in das Substrat bzw. in die Substratschicht Licht einzustrahlen, welches an der dem Substrat bzw. der Substratschicht gegenüberliegende Seite des Dünnschichtsolarmoduls abgegeben wird. Besonders vorteilhaft ist dabei, dass die Lichtemissionskanäle gleichzeitig ein Isolatormaterial und/oder leitfähiges Material umfassen, das aufgrund seiner elektrischen Eigenschaften im Fall des Isolatormaterials einzelne Solarzellen auf demselben Substrat trennt oder aber im Fall des leitfähigen Materials über eine leitfähige Brücke verbindet. Obgleich Strukturierungstrenngräben und leitfähige Brücken an sich nicht gänzlich unbekannt sind, konnte nunmehr eine Doppelfunktion als Elektronen- und Photonenleiter genutzt werden, um die effiziente Energiegewinnung und Lichtabgabe zu ermöglichen.It has surprisingly been found that thin film solar modules can be modified so that a high efficiency and at the same time light emission channels can be provided. Said light emission channels make it possible to irradiate light into the substrate or into the substrate layer which is emitted at the side of the thin-film solar module opposite the substrate or the substrate layer. It is particularly advantageous that the light emission channels simultaneously comprise an insulator material and / or conductive material, which separates individual solar cells on the same substrate due to its electrical properties in the case of the insulator material or connects in the case of the conductive material via a conductive bridge. Although structuring trenches and conductive bridges are not entirely unknown in themselves, a dual function as electron and photon conductors could now be used to enable efficient energy generation and light emission.
Im Sinne der vorliegenden Erfindung bedeutet transparent, dass ein entsprechender transparenter Stoff einen Transmissionsgrad > 0,5 aufweist, d.h. mehr als 50 % des einfallenden sichtbaren Lichts transmittiert. Der Transmissionsgrad T ist definiert als der Quotient zwischen der Lichtintensität I hinter einem Hindernis und der Lichtintensität I0 vor einem Hindernis. In the context of the present invention, transparent means that a corresponding transparent substance has a transmittance> 0.5, ie transmits more than 50% of the incident visible light. The transmittance T is defined as the quotient between the light intensity I behind an obstacle and the light intensity I 0 in front of an obstacle.
Das Hindernis im Sinne der genannten Definition ist eine ebene, plane Schicht des transparenten Materials mit einer Schichtdicke von 10 µm, vorzugsweise 100 µm, auf welche der Lichtstrahl senkrecht auftrifft. Vorzugsweise ist der so bestimmte Transmissionsgrad eines transparenten Stoffes im Sinne der vorliegenden Erfindung ≥ 0,8, insbesondere ≥ 0,9. Bestimmt wird der Transmissionsgrad bzw. die Lichtintensitäten bei einer Wellenläge von 470 nm, 550 nm oder 650 nm. Für die Definition bzw. Erfindung hinreichend ist es, wenn die Transparenzeigenschaft für mindestens eine der genannten Wellenlängen erfüllt ist, vorzugsweise jedoch zumindest für die Wellenlänge 650 nm. Insbesondere bevorzugt ist es, wenn der Transmissionsgrad für alle drei genannten Wellenlängen besagte Transmissionsgrade aufweist.The obstacle in the sense of the abovementioned definition is a flat, planar layer of the transparent material with a layer thickness of 10 μm, preferably 100 μm, on which the light beam impinges perpendicularly. For the purposes of the present invention, the transmittance of a transparent substance determined in this way is preferably ≥ 0.8, in particular ≥ 0.9. The degree of transmission or the light intensities is determined at a wavelength of 470 nm, 550 nm or 650 nm. It is sufficient for the definition or invention if the transparency characteristic is fulfilled for at least one of said wavelengths, but preferably at least for the wavelength 650 nm. It is particularly preferred if the transmittance for all three wavelengths has said transmittances.
Im Sinne der vorliegenden Erfindung bedeutet semitransparent, dass ein entsprechender transparenter Stoff einen Transmissionsgrad von 0,1 bis 0,5 aufweist. Vorzugsweise ist der so bestimmte Transmissionsgrad eines semitransparenten Stoffes im Sinne der vorliegenden Erfindung 0,2 bis 0,5, insbesondere 0,4 bis 0,5. Die Bestimmung des Transmissionsgrads erfolgt analog zu transparenten Stoffen. Bestimmt wird der Transmissionsgrad bzw. die Lichtintensitäten bei einer Wellenläge von 470 nm, 550 nm oder 650 nm. Für die Definition bzw. Erfindung hinreichend ist es, wenn die Semitransparenzeigenschaft für mindestens eine der genannten Wellenlängen erfüllt ist, vorzugsweise jedoch zumindest für die Wellenlänge 650 nm. Insbesondere bevorzugt ist es, wenn der Transmissionsgrad für alle drei genannten Wellenlängen besagte Transmissionsgrade aufweist. Weist ein Stoff für einige Wellenlängen Transmissionsgrade der Semitransparenz auf und für andere Wellenlängen der Transparenz, so ist der Stoff als Transparent anzusehen, wobei vorzugsweise jedoch die Bestimmung bei der Wellenlänge 650 nm maßgeblich ist.For the purposes of the present invention semitransparent means that a corresponding transparent substance has a transmittance of 0.1 to 0.5. In the context of the present invention, the transmittance of a semi-transparent substance determined in this way is preferably 0.2 to 0.5, in particular 0.4 to 0.5. The determination of the transmittance is analogous to transparent substances. The degree of transmission or the light intensities is determined at a wavelength of 470 nm, 550 nm or 650 nm. It is sufficient for the definition or invention if the semitransparent property is satisfied for at least one of said wavelengths, but preferably at least for the wavelength 650 nm. It is particularly preferred if the transmittance for all three wavelengths has said transmittances. If a substance has transmittances of semitransparency on and for other wavelengths of transparency for some wavelengths, then the substance is to be regarded as transparent, although preferably the determination at the wavelength 650 nm is decisive.
Lichtemissionskanäle im Sinne der vorliegenden Erfindung sind Kanäle, vorzugsweise in Form von Gräben, insbesondere umfassend Strukturierungstrenngräben, durch welche sichtbares Licht transmittiert werden kann. Besagte Lichtemissionskanäle erstrecken sich zwischen Substratschicht und Frontelektrodenschicht. In einer besonders geeigneten Ausführungsform sind die Kanäle über ihre gesamte Erstreckung hinweg transparent oder semitransparent, wobei der Transmissionsgrad orthogonal zur Frontelektrodenschicht bestimmt wird. In diesem Sonderfall wird der Transmissionsgrad also nicht über eine Schichtdicke von 10 µm, vorzugsweise 100 µm, bestimmt, sondern über die Tiefe der Kanäle hinweg, wobei die Tiefe vorzugsweise orthogonal zur Frontelektrodenschicht bestimmt wird. Vorzugsweise ist besagter Transmissionsgrad bei einer Wellenläge von 470 nm, 550 nm oder 650 nm ≥ 0,5, insbesondere ≥ 0,7, oder entspricht einem der vorstehend beschriebenen bevorzugten Transmissionsgraden.Light emission channels in the sense of the present invention are channels, preferably in the form of trenches, in particular comprising structuring trenches, through which visible light can be transmitted. Said light emission channels extend between substrate layer and front electrode layer. In a particularly suitable embodiment, the channels are transparent or semitransparent over their entire extension, wherein the transmittance is determined orthogonal to the front electrode layer. In this special case, the transmittance is thus not determined over a layer thickness of 10 .mu.m, preferably 100 .mu.m, but across the depth of the channels, wherein the depth is preferably determined orthogonal to the front electrode layer. Preferably, said transmittance at a wavelength of 470 nm, 550 nm or 650 nm ≥ 0.5, in particular ≥ 0.7, or corresponds to one of the preferred transmission levels described above.
In einer besonders geeigneten Ausführungsform ist es vorgesehen, dass das photovoltaische Dünnschichtsolarmodul voneinander beabstandete mit mindestens einem leitfähigen Material befüllte oder versehene zweite Strukturierungstrenngräben enthält, wobei diese sich bis zur Kontaktschicht oder bis zur Rückelektrodenschicht oder bis zur dritten Barriereschicht, insbesondere bis zur dritten Barriereschicht oder bis zur Rückelektrodenschicht, erstrecken und jeweils benachbart zu einem befüllten ersten Strukturierungstrenngraben vorliegen, und das photovoltaische Dünnschichtsolarmodul ferner beabstandete dritte Strukturierungstrenngräben enthält, beispielsweise mit einer Tinte befüllte dritte Strukturierungstrenngräben, welche sich bis zur Kontaktschicht oder bis zur Rückelektrodenschicht oder bis zur zweiten oder dritten Barriereschicht, insbesondere bis zur dritten Barriereschicht oder bis zur Rückelektrodenschicht, erstrecken und jeweils benachbart zu einem zweiten Strukturierungstrenngraben, jenseits des ersten Strukturierungstrenngrabens, zu welchem der zweite Strukturierungstrenngraben benachbart ist, vorliegen, und wobei mindestens eine leitfähige Brücke ausgebildet ist durch leitfähiges Material, welches sich durch mit besagtem leitfähigen Material befüllten oder versehenen zweiten Strukturierungstrenngräben und über benachbarte erste Strukturierungstrenngräben hinweg bis zu der Frontelektrodenschicht der hierzu benachbarten Solarzelle erstreckt. Für das leitfähige Material der leitfähigen Brücke kann auch auf eine leitfähige Tinte zurückgegriffen werden.In a particularly suitable embodiment, it is provided that the photovoltaic thin-film solar module spaced from each other with at least one conductive material filled or provided second structuring trenches which extend to the contact layer or to the back electrode layer or to the third barrier layer, in particular to the third barrier layer or to the back electrode layer, and in each case adjacent to a filled first structuring trench, and the photovoltaic thin film solar module further includes spaced third structuring trenches, for example third structuring trenches filled with an ink, which extend to the contact layer or to the back electrode layer or to the second or third barrier layer, in particular to the third barrier layer or to the back electrode layer, and in each case adjacent to a second structuring trench, beyond the first structuring trench the second patterning trench adjacent, are present, and wherein at least one conductive bridge is formed by conductive material, which extends through second structuring trenches filled or provided with said conductive material and over adjacent first structuring trenches to the front electrode layer of the adjacent solar cell. The conductive material of the conductive bridge can also be accessed using a conductive ink.
In einer geeigneten weiteren Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Dünnschichtsolarmoduls ist es vorgesehen, dass dieses voneinander beabstandete vierte Strukturierungstrenngräben enthält, die sich bis zur Kontaktschicht oder bis zur Rückelektrodenschicht oder bis zur zweiten oder dritten Barriereschicht, insbesondere bis zur dritten Barriereschicht oder bis zur Rückelektrodenschicht, erstrecken und jeweils benachbart zu einem befüllten ersten Strukturierungstrenngraben vorliegen und die einen ersten Volumenbereich, der sich entlang der zum ersten Strukturierungstrenngraben benachbarten Trenngrabenwand erstreckt und der mit dem mindestens einen leitfähigen Material ausgefüllt oder versehen ist, und einen hierzu benachbarten zweiten Volumenbereich, der sich von der Kontaktschicht oder von der Rückelektrodenschicht oder von der dritten Barriereschicht, insbesondere von der dritten Barriereschicht, bis zur Frontelektrodenschicht erstreckt, umfassen, und wobei die mindestens eine leitfähige Brücke ausgebildet ist durch leitfähiges Material, welches sich durch mit besagtem leitfähigen Material befüllten oder versehenen ersten Volumenbereichen der vierten Strukturierungstrenngräben und über benachbarte erste Strukturierungstrenngräben hinweg bis zu der Frontelektrodenschicht der hierzu benachbarten Solarzelle erstreckt.In a suitable further embodiment of the thin-film solar module according to the invention, it is provided that this contains spaced fourth structuring trenches extending to the contact layer or to the back electrode layer or to the second or third barrier layer, in particular to the third barrier layer or to the back electrode layer, and respectively adjacent to a filled first patterning trench and having a first volume region extending along the trench wall adjacent the first pattern trench and filled or provided with the at least one conductive material, and a second volume region adjacent thereto from the contact layer or the back electrode layer or from the third barrier layer, in particular from the third barrier layer, extends to the front electrode layer, and wherein the at least one conductive bridge is formed by conductive material which extends through first volume areas of the fourth patterning trenches filled or provided with said conductive material and over adjacent first patterning trenches to the front electrode layer of the adjacent solar cell.
Überraschenderweise hat sich gezeigt, dass die vorstehend beschriebenen ersten und/oder zweiten Strukturierungstrenngräben sich eignen, um Lichtemissionskanäle auszubilden, falls das darin vorliegende Isolatormaterial und/oder das leitfähige Material transparent oder semitransparent ist. In einer Ausgestaltung kann beispielsweise nur das leitfähige Material transparent oder semitransparent sein. In diesem Fall ist es vorteilhaft, wenn die zweiten Strukturierungstrenngräben die Rückelektrodenschicht durchstoßen und auf diesem Wege Lichtemissionskanäle ausbilden.Surprisingly, it has been found that the above-described first and / or second structuring trenches are suitable for forming light emission channels if the insulator material and / or the conductive material present therein is transparent or semitransparent. For example, in one embodiment, only the conductive material may be transparent or semi-transparent. In this case, it is advantageous if the second patterning trenches pierce the back electrode layer and form light emission channels in this way.
In einer alternativen Ausgestaltung ist das leitfähige Material nicht transparent und das Isolatormaterial transparent oder semitransparent. Hierbei kann es vorgesehen sein, dass das leitfähige Material leitfähige Brücken über die ersten Strukturierungstrenngräben hinweg ausbildet, jedoch so dünn verwendet wird, dass das nicht transparente leitfähige Material dennoch bis zu einem gewissen Grad lichtdurchlässig ist. Insbesondere wenn die Dicke des leitfähigen Materials im Bereich des ersten Strukturierungstrenngrabens nur wenige Nanometer beträgt, weisen auch nicht transparente Materialien eine gewisse Lichtdurchlässigkeit bei hinreichender Leitfähigkeit auf. Somit kann ein Lichtemissionskanal durch das Isolatormaterial und die nur wenige Nanometer dicke leitfähige Brücke erzeugt werden.In an alternative embodiment, the conductive material is not transparent and the insulator material is transparent or semitransparent. In this case, it may be provided that the conductive material forms conductive bridges across the first patterning trenches, but is used so thin that the non-transparent conductive material is nevertheless translucent to a certain extent. In particular, if the thickness of the conductive material in the region of the first patterning trench is only a few nanometers, non-transparent materials also have a certain translucence with sufficient conductivity. Thus, a light emission channel can be created by the insulator material and the conductive bridge only a few nanometers thick.
Ganz besonders bevorzugt ist jedoch eine weitere Ausgestaltung, wobei sowohl das Isolatormaterial als auch das leitfähige Material transparent oder semitransparent ist. In dieser Ausgestaltung ist es denkbar, einen oder sogar zwei Typen von Lichtemissionskanälen zu erzeugen. In jedem Fall bilden die ersten Strukturierungstrenngräben Lichtemissionskanäle aus, da die verwendete Befüllung transparent ist und auch die leitfähige Brücke transparent ausgestaltet werden kann. Für die zweiten Strukturierungstrenngräben ist es letztendlich maßgeblich, ob diese die Rückelektrodenschicht durchstoßen. In diesem Fall bilden die zweiten Strukturierungstrenngräben einen zweiten Typ von Lichtemissionskanälen. Bei der genannten Ausgestaltung ist es vorzuziehen, wenn dies nicht der Fall ist und die zweiten Strukturierungstrenngräben somit keine Lichtemissionskanäle ausbilden. Es hat sich gezeigt, dass ein zweiter Typ von Lichtemissionskanälen oftmals entbehrlich ist und die Leitfähigkeit der Rückelektrodenschicht besser ist, wenn diese nicht durch die zweiten Strukturierungstrenngräben durchstoßen wird. Gleichwohl kann ein zweiter Typ an Lichtemissionskanälen dann vorzuziehen sein, wenn die Lichtdurchlässigkeit des Dünnschichtsolarmoduls nochmals verbessert werden soll.However, a further embodiment is very particularly preferred, with both the insulator material and the conductive material being transparent or semitransparent. In this embodiment, it is conceivable to produce one or even two types of light emission channels. In any case, the first patterning trenches form light emission channels, since the filling used is transparent and also the conductive bridge can be made transparent. For the second structuring trenches it is ultimately decisive whether they pierce the back electrode layer. In this case, the second patterning trenches form a second type of light emitting channel. In the embodiment mentioned, it is preferable if this is not the case and the second patterning trenches thus do not form light emission channels. It has been found that a second type of light emission channel is often dispensable and the conductivity of the back electrode layer is better if it is not pierced by the second patterning trenches. However, a second type of light emission channels may be preferable if the light transmission of the thin film solar module is to be further improved.
Vorzugsweise ist das leitfähige Material der leitfähigen Brücke transparent oder semitransparent. Es hat sich gezeigt, dass es insbesondere bevorzugt ist, wenn die leitfähige Brücke zumindest in dem Bereich, welcher über dem ersten Strukturierungstrenngraben liegt, aus transparentem Material besteht. Beispielsweise kann es vorgesehen sein, dass die leitfähige Brücke aus einem ersten und einem zweiten leitfähigen Material besteht, wobei die zweiten Strukturierungstrenngräben und/oder die ersten Volumenbereiche der vierten Strukturierungstrenngräben mit dem ersten leitfähigen Material ausgefüllt sind, welches transparent, semitransparent oder opak (opak heißt ein Transmissionsgrad ≤ 0,2 bei analogen Bedingungen, wie vorstehend für die Transparenzdefinition beschrieben, oder keine Lichtdurchlässigkeit bei besagten Bedingungen) ist, und der Bereich der Brücke, welcher über dem ersten Strukturierungstrenngraben liegt, insbesondere der überwiegende oder gesamte Bereich der Brücke, welcher oberhalb der Frontelektrodenschicht liegt mit leitfähigen Material ausgefüllt ist, welches transparent oder semitransparent, insbesondere transparent, ist.Preferably, the conductive material of the conductive bridge is transparent or semi-transparent. It has been found that it is particularly preferred if the conductive bridge consists of transparent material at least in the region which lies above the first structuring trench. For example, it may be provided in that the conductive bridge consists of a first and a second conductive material, wherein the second structuring trenches and / or the first volume regions of the fourth structuring trenches are filled with the first conductive material, which is transparent, semitransparent or opaque (opaque is called a transmittance ≤ 0.2 in analogous conditions, as described above for the transparency definition, or no light transmission under said conditions), and the area of the bridge which lies above the first patterning trench, in particular the predominant or entire area of the bridge, which is above the front electrode layer with conductive material is filled, which is transparent or semitransparent, in particular transparent.
In einer bevorzugten Ausgestaltung, entspricht das leitfähige Material dem Material der Frontelektrodenschicht. Insbesondere ist es bevorzugt, wenn die leitfähige Brücke einstückig mit der Frontelektrodenschicht ausgebildet wird. Hierbei können beispielsweise die zweiten Strukturierungstrenngräben mit dem Material der Frontelektrodenschicht gefüllt sein, welches sich bis zur Rückelektrodenschicht erstreckt.In a preferred embodiment, the conductive material corresponds to the material of the front electrode layer. In particular, it is preferable if the conductive bridge is formed integrally with the front electrode layer. Here, for example, the second structuring trenches may be filled with the material of the front electrode layer, which extends to the back electrode layer.
In einer geeigneten Ausgestaltung ist vorgesehen, dass die Rückelektrodenschicht enthält oder im Wesentlichen gebildet ist aus V, Mn, Cr, Mo, Ti, Co, Zr, Ta, Nb und/oder W und/oder enthält oder im Wesentlichen gebildet ist aus einer Legierung enthaltend V, Mn, Cr, Mo, Ti, Co, Fe, Ni, AI, Zr, Ta, Nb und/oder W. Die Rückelektrodenschicht im Sinne der vorliegenden Erfindung kann auch als Bulk-Rückelektrodenschicht und das System aus Bulk-Rückelektrodenschicht bzw. Rückelektrodenschicht, zweiter Barriereschicht und Kontaktschicht als Mehrschicht-Rückelektrodenschicht bezeichnet werden.In a suitable embodiment, it is provided that the back electrode layer contains or is essentially formed from V, Mn, Cr, Mo, Ti, Co, Zr, Ta, Nb and / or W and / or contains or is essentially formed from an alloy containing V, Mn, Cr, Mo, Ti, Co, Fe, Ni, Al, Zr, Ta, Nb and / or W. The back electrode layer according to the present invention can also be used as a bulk back electrode layer and the system of bulk back electrode layer or Back electrode layer, second barrier layer and contact layer are referred to as a multi-layer back electrode layer.
Ferner ist es bevorzugt, wenn die Rückelektrodenschicht jeweils dicker als, insbesondere mindestens doppelt so dick ist wie, die Kontaktschicht, die zweite Barriereschicht, die dritte Barriereschicht, die erste Pufferschicht und/oder die zweite Pufferschicht. Insbesondere bevorzugt ist es, wenn die Rückelektrodenschicht jeweils dicker ist als die Kontaktschicht, die zweite Barriereschicht, die dritte Barriereschicht, die erste Pufferschicht und die zweite Pufferschicht – sofern diese vorhanden sind. Es hat sich gezeigt, dass eine vergleichsweise dickere Rückelektrodenschicht mit einem besseren Wirkungsgrad einhergeht.Furthermore, it is preferred if the back electrode layer is thicker than, in particular at least twice as thick as, the contact layer, the second barrier layer, the third barrier layer, the first buffer layer and / or the second buffer layer. It is particularly preferred if the back electrode layer is thicker than the contact layer, the second barrier layer, the third barrier layer, the first buffer layer and the second buffer layer - if these are present. It has been found that a comparatively thicker back electrode layer is associated with a better efficiency.
Dabei kann auch vorgesehen sein, dass die erste, zweite und/oder dritte Barriereschicht jeweils eine Barriere, insbesondere eine bidirektionale Barriere, für migrierende, insbesondere diffundierende bzw. diffundierbare Komponenten, insbesondere für Alkaliionen oder Verbindungen enthaltend Alkaliionen, vorzugsweise Natriumionen, darstellt. Beispielsweise verhindert die zweite Barriereschicht die Abreicherung der Halbleiterschicht an einem diese Schicht bildenden Dotierstoff, z. B. Natrium, wodurch ein unbeeinträchtigter Wirkungsgrad beibehalten werden kann. In this case, it can also be provided that the first, second and / or third barrier layer in each case represents a barrier, in particular a bidirectional barrier, for migrating, in particular diffusing or diffusible components, in particular for alkali ions or compounds containing alkali metal ions, preferably sodium ions. For example, the second barrier layer prevents the depletion of the semiconductor layer on a dopant forming this layer, eg. As sodium, whereby an unimpaired efficiency can be maintained.
Die erste, zweite und/oder dritte Barriereschicht ist zweckmäßiger Weise eine Barriere für Alkaliionen, insbesondere Natriumionen, oder Verbindungen enthaltend Alkaliionen, Selen oder Selenverbindungen, Schwefel oder Schwefelverbindungen und/oder Metalle, insbesondere Cu, In, Ga, Fe, Ni, Ti, Zr, Hf, V, Nb, Ta, AI und/oder W. The first, second and / or third barrier layer is expediently a barrier for alkali ions, in particular sodium ions, or compounds containing alkali metal ions, selenium or selenium compounds, sulfur or sulfur compounds and / or metals, in particular Cu, In, Ga, Fe, Ni, Ti, Zr, Hf, V, Nb, Ta, Al and / or W.
In einer weiteren Ausgestaltung ist vorgesehen, dass die Kontaktschicht enthält oder im Wesentlichen gebildet ist aus Mo, W, Ta, Nb, Zr und/oder Co, insbesondere Mo und/oder W, und/oder mindestens ein Metallchalkogenid enthält oder hieraus im Wesentlichen gebildet ist und/oder mindestens eine erste Lage, benachbart zur dritten Barriereschicht, enthaltend oder im Wesentlichen aus Mo, W, Ta, Nb, Zr und/oder Co, insbesondere Mo und/oder W, und mindestens eine zweite Lage, nicht benachbart zur dritten Barriereschicht, enthaltend oder im Wesentlichen aus mindestens einem Metallchalkogenid, umfasst. In einer Ausführungsform stimmen das Metall der ersten Lage und das Metall der zweiten Lage der Kontaktschicht überein. Auch kann es vorgesehen sein, dass das Metall der ersten Lage und/oder das Metall der zweiten Lage der Kontaktschicht mit dem Metall der Bulk-Rückelektrodenschicht übereinstimmen und/oder dass das Metall der Kontaktschicht mit dem Metall der Bulk-Rückelektrodenschicht übereinstimmen.In a further embodiment, it is provided that the contact layer contains or is essentially formed from Mo, W, Ta, Nb, Zr and / or Co, in particular Mo and / or W, and / or contains or at least essentially forms a metal chalcogenide and / or at least one first layer, adjacent to the third barrier layer, containing or consisting essentially of Mo, W, Ta, Nb, Zr and / or Co, in particular Mo and / or W, and at least one second layer, not adjacent to the third Barrier layer comprising or consisting essentially of at least one metal chalcogenide. In one embodiment, the metal of the first layer and the metal of the second layer of the contact layer coincide. It can also be provided that the metal of the first layer and / or the metal of the second layer of the contact layer coincide with the metal of the bulk back electrode layer and / or that the metal of the contact layer coincide with the metal of the bulk back electrode layer.
In einer weiteren Ausgestaltung ist vorgesehen, dass die Halbleiterabsorberschicht eine quaternäre IB-IIIA-VIA-Chalkopyritschicht, insbesondere eine Cu(In, Ga)Se2-Schicht, eine penternäre IB-IIIA-VIA-Chalkopyritschicht, insbesondere eine Cu(In, Ga)(Se1-x, Sx)2-Schicht, oder eine Kesterit-Schicht, insbesondere eine Cu2ZnSn(Sex, S1-x)4-Schicht, z.B. eine Cu2ZnSn(Se)4- oder eine Cu2ZnSn(S)4-Schicht, darstellt oder umfasst, wobei x Werte von 0 bis 1 annimmt.In a further embodiment, it is provided that the semiconductor absorber layer comprises a quaternary IB-IIIA-VIA chalcopyrite layer, in particular a Cu (In, Ga) Se 2 layer, a pentanary IB-IIIA-VIA chalcopyrite layer, in particular a Cu (In, Ga) (Se 1-x , S x ) 2 layer, or a kesterite layer, in particular a Cu 2 ZnSn (Se x , S 1-x ) 4 layer, for example a Cu 2 ZnSn (Se) 4 - or a Cu 2 ZnSn (S) 4 layer, where x takes values from 0 to 1.
Ferner ist es bevorzugt, wenn das Substrat eine Glasscheibe insbesondere Sodalime-Floatglas, Borsilikatglas, Quarzglas, Rotosil, Glaskeramik, Walzglas, Alkali-armes Glas oder eine Kunststoffscheibe, insbesondere mit einer Breite größer 0,2 m, insbesondere größer 1,0 m, und einer Länge größer 0,6 m, insbesondere größer 1,5 m, darstellt. Die Dicke ist üblicherweise vergleichsweise gering.Furthermore, it is preferred if the substrate comprises a glass pane, in particular sodalime float glass, borosilicate glass, quartz glass, rotosil, glass ceramic, rolled glass, low-alkali glass or a plastic pane, in particular with a width greater than 0.2 m, in particular greater than 1.0 m, and a length greater than 0.6 m, in particular greater than 1.5 m. The thickness is usually comparatively low.
In einer bevorzugten Ausgestaltung ist es vorgesehen, dass die Rückelektrodenschicht Molybdän und/oder Wolfram, insbesondere Molybdän, enthält oder aus diesem gebildet ist, die leitfähige Barriereschicht TiN enthält oder im Wesentlichen aus diesem gebildet ist, und die Kontaktschicht MoSe2 enthält oder im Wesentlichen aus diesem gebildet ist. In a preferred embodiment, it is provided that the back electrode layer molybdenum and / or tungsten, in particular molybdenum, contains or is formed from this, the conductive barrier layer TiN contains or is formed substantially from this, and the contact layer MoSe 2 contains or is formed substantially from this.
Vorzugsweise weisen die ersten, zweiten, dritten und/oder vierten Strukturierungstrenngräben mindestens abschnittsweise, insbesondere vollständig, eine durchschnittliche Breite von nicht mehr als 50 μm, insbesondere von nicht mehr als 30 μm und vorzugsweise von nicht mehr als 10 μm, auf. Ferner ist es bevorzugt, wenn benachbarte erste Strukturierungstrenngräben und/oder benachbarte zweite Strukturierungstrenngräben und/oder benachbarte dritte Strukturierungstrenngräben und/oder benachbarte vierte Strukturierungstrenngräben mindestens abschnittsweise einen durchschnittlichen Abstand im Bereich von 3 mm bis 10 mm, insbesondere von 4 mm bis 8 mm, aufweisen.The first, second, third and / or fourth structuring trenches preferably have, at least in sections, in particular completely, an average width of not more than 50 μm, in particular not more than 30 μm and preferably not more than 10 μm. Furthermore, it is preferred if adjacent first structuring trenches and / or adjacent second structuring trenches and / or adjacent third structuring trenches and / or adjacent fourth structuring trenches at least partially have an average spacing in the range from 3 mm to 10 mm, in particular from 4 mm to 8 mm ,
Auch ist es bevorzugt, wenn zu ersten Strukturierungstrenngräben benachbarte zweite und dritte Strukturierungstrenngräben und/oder benachbarte erste und vierte Strukturierungstrenngräben mindestens abschnittsweise, insbesondere vollständig, einen durchschnittlichen Abstand im Bereich von 5 μm bis 100 μm, insbesondere im Bereich von 10 μm bis 50 μm, zueinander aufweisen. In einer Ausgestaltung ist es möglich, dass die ersten Strukturierungstrenngräben mit dem Isolatormaterial über das Niveau der Kontaktschicht, insbesondere über das Niveau der zweiten Puffersicht, hinaus mit dem Isolatormaterial befüllt werden.It is also preferred if second and third structuring trenches adjacent to first structuring trenches and / or adjacent first and fourth structuring trenches have at least sections, in particular completely, an average spacing in the range of 5 μm to 100 μm, in particular in the range of 10 μm to 50 μm. to each other. In one embodiment, it is possible for the first patterning trenches to be filled with the insulator material beyond the level of the contact layer, in particular beyond the level of the second buffer layer, with the insulator material.
Besonders bevorzugt ist ein Dünnschichtsolarmodul, welches eine Vielzahl an, insbesondere monolithisch integriert serienverschalteten, Solarzellen umfasst, die jeweils durch die beabstandeten ersten Strukturierungstrenngräben voneinander getrennt sind, insbesondere wobei zwischen den Solarzellen die Lichtemissionskanäle vorliegen, d.h. die ersten Strukturierungstrenngräben die Lichtemissionskanäle ausbilden und/oder Bestandteil der Lichtemissionskanäle sind.Particularly preferred is a thin-film solar module, which comprises a plurality of, in particular monolithically integrated serienverschalteten, solar cells, which are each separated by the spaced first structuring trenches, in particular wherein between the solar cells, the light emission channels are present, i. the first structuring trenches form the light emission channels and / or are part of the light emission channels.
In einer ganz besonders bevorzugten Ausgestaltung ist vorgesehen, dass das Dünnschichtsolarmodul Leuchtmittel, insbesondere LEDs, OLEDs oder Halogenlampen, umfasst, welche auf einer von der Rückelektrodenschicht abgewandten Seite der Substratschicht angeordnet sind. Hierbei hat sich gezeigt, dass Licht homogen oder inhomogen durch das Dünnschichtsolarmodul gestrahlt werden kann. Die Lichtintensität dieses Systems ermöglicht es, eine beleuchtete Oberfläche auf Seiten der Frontelektrodenschicht zu erzeugen.In a very particularly preferred embodiment, it is provided that the thin-film solar module comprises lighting means, in particular LEDs, OLEDs or halogen lamps, which are arranged on a side of the substrate layer facing away from the back electrode layer. It has been shown that light can be irradiated homogeneously or inhomogeneously through the thin-film solar module. The light intensity of this system makes it possible to create an illuminated surface on the front electrode layer side.
Bei einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen photovoltaischen Dünnschichtsolarmodule können auf der Substratschicht zunächst eine zweite leitfähige Barriereschicht, hierauf die Rückelektrodenschicht, hierauf die Kontaktschicht, hierauf die Halbleiterabsorberschicht, hierauf gegebenenfalls die erste oder zweite Pufferschicht, und hierauf die Frontelektrodenschicht vorliegen. In einer weiteren Ausführungsform auf der Substratschicht können zunächst eine zweite leitfähige Barriereschicht, hierauf die Rückelektrodenschicht, hierauf die dritte leitfähige Barriereschicht, hierauf die Kontaktschicht, hierauf die Halbleiterabsorberschicht, hierauf gegebenenfalls die erste oder zweite Pufferschicht, und hierauf die Frontelektrodenschicht vorliegen. Des Weiteren können bei den erfindungsgemäßen Dünnschichtsolarmodulen in einer weiteren Ausführungsform, welche bevorzugt ist, auf der Substratschicht zunächst die Rückelektrodenschicht, hierauf die leitfähige Barriereschicht, hierauf die Kontaktschicht hierauf die Halbleiterabsorberschicht, hierauf gegebenenfalls die erste oder zweite Pufferschicht, und hierauf die Frontelektrodenschicht vorliegen. Weitere bevorzugte Schichtfolgen ergeben sich aus den Ausführungsbeispielen.In one embodiment of the photovoltaic thin-film solar modules according to the invention, a second conductive barrier layer may be present on the substrate layer, followed by the back electrode layer, then the contact layer, then the semiconductor absorber layer, optionally the first or second buffer layer, and then the front electrode layer. In a further embodiment on the substrate layer, first a second conductive barrier layer, then the back electrode layer, then the third conductive barrier layer, then the contact layer, then the semiconductor absorber layer, optionally the first or second buffer layer, and then the front electrode layer. Furthermore, in the thin-film solar modules according to the invention, in a further embodiment, which is preferred, the back electrode layer is present on the substrate layer, then the conductive barrier layer, then the contact layer thereon, the semiconductor absorber layer, optionally the first or second buffer layer, and then the front electrode layer. Further preferred layer sequences result from the exemplary embodiments.
In einer geeigneten Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung umfasst das Dünnschichtsolarmodul Leuchtmittel, insbesondere LEDs, OLEDs oder Halogenlampen, welche auf einer von der Rückelektrodenschicht abgewandten Seite der Substratschicht und/oder in mindestens einem Randbereich der Substratschicht, vorzugsweise umlaufend, angeordnet, insbesondere fixiert, sind, wobei der Randbereich sich vorzugsweise zwischen zwei zueinander planparallelen gegenüberliegenden Seiten der Substratschicht erstreckt, insbesondere wobei eine ganzflächige und/oder partielle Ausleuchtung der Substratschicht erfolgt. Die Anordnung der Leuchtmittel ermöglicht eine optimale Verwendung des Dünnschichtsolarmoduls als Beleuchtungseinrichtung bzw. -fläche. Grundsätzlich ist es aber auch denkbar, die Leuchtmittel nicht in das Dünnschichtsolarmodul zu integrieren und stattdessen eine anderweitige Beleuchtung vorzusehen, beispielsweise durch künstliches Licht oder Sonnenlicht, welches über Reflektoren zur Substratseite gelenkt wird.In a suitable embodiment of the present invention, the thin-film solar module comprises light sources, in particular LEDs, OLEDs or halogen lamps, which are arranged on a side of the substrate layer facing away from the back electrode layer and / or in at least one edge region of the substrate layer, preferably circumferential, in particular fixed the edge region preferably extends between two mutually plane-parallel opposite sides of the substrate layer, in particular wherein a full-area and / or partial illumination of the substrate layer takes place. The arrangement of the bulbs allows optimal use of the thin-film solar module as a lighting device or surface. In principle, however, it is also conceivable not to integrate the bulbs in the thin-film solar module and instead to provide another illumination, for example by artificial light or sunlight, which is directed via reflectors to the substrate side.
Im Sinne der vorliegenden Erfindung umfasst das Solarmodul vorzugsweise eine Vorderseite, welche in Richtung der Frontelektrodenschicht anzutreffen ist, und eine gegenüberliegende Rückseite, welche in Richtung der Substratschicht anzutreffen ist. Die Leuchtmittel befinden sich vorzugsweise an der Rückseite und/oder an einem Randbereich des Substrats. Hierbei ist es bevorzugt, wenn die Leuchtmittel, insbesondere LEDs, OLEDs oder Halogenlampen, so angeordnet sind, dass Licht der Leuchtmittel durch den Randbereich einkoppelt, wobei eine von der Rückelektrodenschicht abgewandte Seite der Substratschicht eine Reflektorschicht, insbesondere in Form von einer reflektierenden metallischen Dünnschicht, darstellt, umfasst oder zu einer solchen unmittelbar benachbart ist. Dies ermöglicht eine höher Lichtausbeute. Die Reflektorschicht kann auch in Form einer ersten Barriereschicht ausgeführt sein. In diesem Fall müsste die erste Barriereschicht reflektierende Eigenschaften aufweisen. Beispielsweise kann Licht in einem Randbereich der Substratschicht eingekoppelt und solange innerhalb des Substrats reflektiert werden, bis das Licht durch die Lichtemissionskanäle entweicht. Die Reflektionen erfolgen dabei an der Reflektorschicht und ggf. der Rückelektrodenschicht oder der zweiten Barriereschicht. Es wird der rückseitige Austritt von Licht vermindert, insbesondere gänzlich unterbunden, und die Lichtausbeute erhöht.For the purposes of the present invention, the solar module preferably comprises a front side, which is to be found in the direction of the front electrode layer, and an opposite rear side, which is to be found in the direction of the substrate layer. The light sources are preferably located on the rear side and / or on an edge region of the substrate. In this case, it is preferred if the lighting means, in particular LEDs, OLEDs or halogen lamps, are arranged such that light from the lighting means couples in through the edge region, wherein a side of the substrate layer facing away from the back electrode layer has a reflector layer, in particular in the form of a reflective metallic Thin film, comprises, or is immediately adjacent to one such. This allows a higher light output. The reflector layer can also be designed in the form of a first barrier layer. In this case, the first barrier layer should have reflective properties. For example, light can be coupled in an edge region of the substrate layer and reflected within the substrate until the light escapes through the light emission channels. The reflections take place at the reflector layer and optionally the back electrode layer or the second barrier layer. It is the back exit of light reduced, in particular completely suppressed, and increases the luminous efficacy.
In einer Ausgestaltung ist vorgesehen, dass die Leuchtmittel durch eine Leuchtmittel-Fläche, insbesondere flächige Leuchtmittel-Matrix mit diskreten Leuchtmitteln oder eine kontinuierliche Leuchtfläche, bereitgestellt werden. Es kann sich beispielsweise um eine LED-Matrix oder OLED-Fläche handeln.In one embodiment, it is provided that the luminous means are provided by a luminous means surface, in particular flat illuminant matrix with discrete illuminants or a continuous luminous surface. It may, for example, be an LED matrix or OLED surface.
In einer anderen Ausgestaltung ist hingegen vorgesehen, dass linear oder streifenförmig angeordnete Leuchtmittel oder Leuchtmittelflächen verwendet werden. Insbesondere randständige Anordnungen von LED-Reihen oder parallelen Mehrfachreihen, welche Leuchtlinien oder Leuchtstreifen ausbilden, sind bevorzugt. Vorzugsweise ist vorgesehen, dass das Dünnschichtsolarmodul eine zweite Barriereschicht umfasst, welche transparent oder semi-transparent ist, und/oder dass die ersten Strukturierungstrenngräben sich bis zu Substratschicht erstrecken. Es hat sich gezeigt, dass derartige Solarmodule eine besonders einfache Konstruktion der Lichtemissionskanäle ermöglichen.In another embodiment, on the other hand, it is provided that bulbs or illuminant surfaces arranged linearly or in strips are used. In particular, marginal arrangements of LED rows or parallel multiple rows, which form light lines or light strips, are preferred. It is preferably provided that the thin-film solar module comprises a second barrier layer, which is transparent or semi-transparent, and / or that the first structuring trenches extend as far as the substrate layer. It has been found that such solar modules allow a particularly simple construction of the light emission channels.
Bei bevorzugten Ausgestaltungen handelt es sich bei Leuchtmitteln im Sinne der Erfindung nicht um eine isolierte, einzelne Punktleuchtquelle. Leuchtmittel im Sinne der vorliegenden Erfindung sind vielmehr vorzugsweise ein Vielzahl von Leuchtmitteln, welche in einer Linie oder einer Fläche angeordnet sind, oder eine Leuchtfläche, insbesondere ein Leuchtstreifen, wobei die ganze Fläche bzw. der ganze Streifen kontinuierlich leuchtet. Dies bedeutet, dass mehrere Leuchtmittel, beispielsweise mehrere LEDs, Halogenlampen oder Glühbirnen, zum Einsatz kommen. Alternativ kann es sich beispielsweise auch um eine OLED-Fläche oder eine Halogenlampe mit einer Längserstreckung handeln. In preferred embodiments, bulbs according to the invention are not an isolated, single point source of illumination. For the purposes of the present invention, illuminants are preferably a multiplicity of illuminants which are arranged in a line or a surface, or a luminous surface, in particular a luminous strip, the entire surface or the entire strip illuminating continuously. This means that several light sources, for example several LEDs, halogen lamps or light bulbs, are used. Alternatively, it can also be, for example, an OLED surface or a halogen lamp with a longitudinal extent.
In einer weiteren Ausgestaltung umfasst das Dünnschichtsolarmodul mindestens eine Witterungsschutzschicht zwischen der Trägerschicht und den Leuchtmitteln. Alternativ oder zusätzlich umfasst das Dünnschichtsolarmodul mindestens eine Diffusorschicht zwischen der Trägerschicht und den Leuchtmitteln.In a further embodiment, the thin-film solar module comprises at least one weather protection layer between the carrier layer and the lighting means. Alternatively or additionally, the thin-film solar module comprises at least one diffuser layer between the carrier layer and the lighting means.
Vorzugsweise ist die Anzeigefläche ausgelegt und eingerichtet, Licht, insbesondere Sonnenlicht, zu absorbieren und Licht, insbesondere künstliches Licht, zu emittieren. In einer besonders geeigneten Ausgestaltung umfasst die das erfindungsgemäße Dünnschichtsolarmodul und/oder die Anzeigefläche Absorptionsbereiche und Emissionsbereiche, wobei letztere weniger als 20%, insbesondere weniger als 10%, vorzugsweise weniger als 5%, der Fläche der Absorptionsbereiche in Anspruch nehmen. Hierbei ist es bevorzugt, wenn Absorptionsbereiche und Emissionsbereiche alternierend angeordnet sind, insbesondere wobei jedem Absorptionsbereich eine Solarzelle zuzuordnen ist.Preferably, the display surface is designed and arranged to absorb light, in particular sunlight, and to emit light, in particular artificial light. In a particularly suitable embodiment, the thin-film solar module according to the invention and / or the display surface comprises absorption areas and emission areas, the latter occupying less than 20%, in particular less than 10%, preferably less than 5%, of the area of the absorption areas. In this case, it is preferred if absorption regions and emission regions are arranged alternately, in particular wherein each absorption region is to be assigned a solar cell.
Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Energiegewinnung mit einem Dünnschichtsolarmodul, insbesondere einem erfindungsgemäßen Dünnschichtsolarmodul, wobei das Dünnschichtsolarmodul an einer Rückseite Leuchtmittel umfasst, welche Licht in eine Substratschicht an der Rückseite einkoppeln und an der Vorderseite emittiert, wobei das Dünnschichtsolarmodul von einer der Rückseite gegenüberliegenden Frontseite Energie aus Licht, insbesondere Sonnenlicht, gewinnt, welches von der Frontseite her eingestrahlt wird.The invention further relates to a method for obtaining energy with a thin-film solar module, in particular a thin-film solar module according to the invention, wherein the thin-film solar module comprises on a rear side lighting means, which couple light into a substrate layer at the back and emits at the front, wherein the thin-film solar module from a front side opposite the back Energy from light, especially sunlight, wins, which is radiated from the front.
Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zur Energiegewinnung und/oder Beleuchtung mit einem Dünnschichtsolarmodul, insbesondere ein erfindungsgemäßes Dünnschichtsolarmodul, wobei das Dünnschichtsolarmodul an einer Rückseite Leuchtmittel umfasst, welche Licht in eine Substratschicht an der Rückseite einkoppeln und an einer der Rückseite gegenüberliegenden Vorderseite emittiert, Energie aus Licht, insbesondere Sonnenlicht, gewinnt, welches von der Frontseite her eingestrahlt wird.The invention further relates to a method for obtaining energy and / or illumination with a thin-film solar module, in particular a thin-film solar module according to the invention, wherein the thin-film solar module comprises on a rear side lighting means which couple light into a substrate layer at the rear and emit energy at a front side opposite the rear side Light, especially sunlight, wins, which is radiated from the front.
Die Erfindung betrifft ferner die Verwendung des erfindungsgemäßen Dünnschichtsolarmoduls für Beleuchtungseinrichtungen und zur Fassadenbeleuchtung. Auch betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines erfindungsgemäßen Dünnschichtsolarmoduls, umfassend:
- a) Zurverfügungstellung einer, insbesondere flächigen, Substratschicht,
- b) subsequentes Aufbringen der Schichten, welche zwischen Substratschicht und Frontelektrodenschicht anzutreffen sind, einschließlich der Rückelektrodenschicht, der Halbleiterabsorberschicht, insbesondere in der Schichtfolge wie sie vorstehend für das erfindungsgemäße Dünnschichtsolarmodul beschrieben wurde, sowie Aufbringen der Frontelektrodenschicht,
- c) mindestens einen ersten Strukturierungsschritt, umfassend Entfernen der auf die Substratschicht aufgebrachten Schichten entlang voneinander beabstandeter Linien mittels Laserablation, insbesondere mit Laserlichtpulsen mit einer Pulsdauer im Bereich von 1 pico-Sekunden bis 1 nano-Sekunde, unter Ausbildung erster Strukturierungstrenngräben, welche benachbarte Solarzellen trennen,
- d1) mindestens einen zweiten Strukturierungsschritt und einen nachfolgenden dritten Strukturierungsschritt unter Ausbildung der zweiten und dritten Strukturierungstrenngräben oder aber einen vierten Strukturierungsschritt unter Ausbildung der vierten Strukturierungstrenngräben, wobei der zweite, dritte und vierte Strukturierungsschritt durch Entfernung der Schichten im Bereich der zweiten und dritten bzw. der vierten Strukturierungstrenngräben mittels Laserablation, insbesondere mit Laserlichtpulsen mit einer Pulsdauer im Bereich von 1 pico-Sekunden bis 1 nano-Sekunde, oder mechanisch, insbesondere mittels Nadelritzens, erfolgt,
- e1) Füllen der ersten Strukturierungstrenngräben mit mindestens einem Isolatormaterial, das nach der Befüllung transparent oder semitransparent in dem ersten Strukturierungstrenngraben vorliegt,
- f1) Füllen der zweiten Strukturierungstrenngräben oder des ersten Volumenbereichs der vierten Strukturierungstrenngräben unter Nichtbefüllung des hierzu benachbarten zweiten Volumenbereichs mit einem leitfähigen Material, insbesondere einem transparenten oder semitransparenten Material,
- g1) Ausbilden mindestens einer leitfähigen Brücke umfassend das leitfähige Material zwischen dem Substrat oder der dritten Barriereschicht und der Frontelektrodenschicht der hierzu benachbarten Solarzelle, so dass benachbarte Solarzellen elektrisch serienverschaltet werden, oder als Alternative zu den Schritten d1) bis g1)
- d2) mindestens einen zweiten Strukturierungsschritt und einen nachfolgenden dritten Strukturierungsschritt unter Ausbildung der zweiten und dritten Strukturierungstrenngräben, wobei der zweite Strukturierungsschritt durch die chemische Phasenumwandlung und/oder thermischer Zersetzung und/oder Laserablation der Schichten im Bereich der zweiten Strukturierungstrenngräben unter Ausbildung linienförmiger leitfähiger Bereiche mit einem leitfähigen Material erfolgt, wobei der dritte Strukturierungsschritt durch Entfernung der Schichten im Bereich der dritten Strukturierungstrenngräben mittels Laserablation, insbesondere mit Laserlichtpulsen mit einer Pulsdauer im Bereich von 1 pico-Sekunden bis 1 nano-Sekunde, oder mechanisch, insbesondere mittels Nadelritzens, erfolgt,
- e2) Füllen der ersten Strukturierungstrenngräben mit mindestens einem Isolatormaterial, das nach der Befüllung transparent oder semitransparent in dem ersten Strukturierungstrenngraben vorliegt,
- g2) Ausbilden mindestens einer leitfähigen Brücke umfassend das leitfähige Material zwischen dem Substrat oder der dritten Barriereschicht und der Frontelektrodenschicht der hierzu benachbarten Solarzelle, so dass benachbarte Solarzellen elektrisch serienverschaltet werden.
- a) providing a, in particular flat, substrate layer,
- b) subsequent application of the layers which are to be found between substrate layer and front electrode layer, including the back electrode layer, the semiconductor absorber layer, in particular in the layer sequence as described above for the thin layer solar module according to the invention, and application of the front electrode layer,
- c) at least one first structuring step, comprising removing the layers applied to the substrate layer along spaced-apart lines by means of laser ablation, in particular with laser light pulses having a pulse duration in the range of 1 pico-seconds to 1 nanosecond, forming first structuring trenches separating adjacent solar cells,
- d1) at least one second structuring step and a subsequent third structuring step to form the second and third structuring trenches or a fourth structuring step to form the fourth structuring trenches, the second, third and fourth structuring steps by removing the layers in the region of the second and third and fourth structuring trenches by means of laser ablation, in particular with laser light pulses having a pulse duration in the range of 1 pico-seconds to 1 nano-second, or mechanically, in particular by Nadelritzens takes place,
- e1) filling the first structuring trenches with at least one insulator material that is transparent or semi-transparent in the first structuring trench after filling,
- f1) filling the second structuring trenches or the first volume region of the fourth structuring trenches while not filling the second volume region adjacent thereto with a conductive material, in particular a transparent or semitransparent material,
- g1) forming at least one conductive bridge comprising the conductive material between the substrate or the third barrier layer and the front electrode layer of the adjacent thereto solar cell, so that adjacent solar cells are electrically series-connected, or as an alternative to the steps d1) to g1)
- d2) at least one second structuring step and a subsequent third structuring step to form the second and third structuring trenches, wherein the second structuring step comprises chemical phase transformation and / or thermal decomposition and / or laser ablation of the layers in the region of the second structuring trenches to form linear conductive regions conductive material takes place, wherein the third structuring step takes place by removal of the layers in the region of the third structuring trenches by means of laser ablation, in particular with laser light pulses having a pulse duration in the range of 1 pico-seconds to 1 nano-second, or mechanically, in particular by Nadelritzens
- e2) filling the first structuring trenches with at least one insulator material that is transparent or semi-transparent in the first structuring trench after filling,
- g2) forming at least one conductive bridge comprising the conductive material between the substrate or the third barrier layer and the front electrode layer of the adjacent thereto solar cell, so that adjacent solar cells are electrically series-connected.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachgehenden Beschreibung, in der bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung beispielhaft anhand schematischer Zeichnungen erläutert sind. Dabei zeigen:Further features and advantages of the invention will become apparent from the following description, are explained in the preferred embodiments of the invention by way of example with reference to schematic drawings. Showing:
Die Ohm'sche Kontaktschicht
Die Schicht
Die in der vorstehenden Beschreibung, in den Ansprüchen sowie in den Zeichnungen offenbarten Merkmale der Erfindung können sowohl einzeln aus auch in jeder beliebigen Kombination für die Verwirklichung der Erfindung in ihren verschiedenen Ausführungsformen wesentlich sein.The features of the invention disclosed in the foregoing description, in the claims and in the drawings may be essential both individually and in any combination for the realization of the invention in its various embodiments.
Claims (14)
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DE102016216378.7A DE102016216378A1 (en) | 2016-08-31 | 2016-08-31 | Thin-film solar module with light emission channels |
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DE102016216378.7A DE102016216378A1 (en) | 2016-08-31 | 2016-08-31 | Thin-film solar module with light emission channels |
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ID=61166503
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DE102016216378.7A Withdrawn DE102016216378A1 (en) | 2016-08-31 | 2016-08-31 | Thin-film solar module with light emission channels |
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DE (1) | DE102016216378A1 (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2020252808A1 (en) * | 2019-06-21 | 2020-12-24 | 信利半导体有限公司 | Thin-film photovoltaic cell and manufacturing method therefor |
-
2016
- 2016-08-31 DE DE102016216378.7A patent/DE102016216378A1/en not_active Withdrawn
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